微型计算机系统总线

1、第五章 微型计算机系统总线,总线（BUS,芯片内部各单元电路之间、芯片与芯片之间、模块与模块之间、设备与设备之间、甚至系统与系统之间传输信息的公共通路，在物理上它是一组信号线（导线）的集合,硬件、软件设计的模块化,5.1 总线概述,5.1,一、总线标准与分类,总线标准（技术规范,1. 机械结构规范,定义物理连接的方式,模块几何尺寸、总线插头、总线接插件以及安装尺寸，总线根数和引脚如何排列等,5.1,2. 功能结构规范,功能上：地址总线、数据总线、控制总线、备用线和地线等,定义总线每条信号线（名称、方向、作用）、功能以及工作过程，以及相互作用的协议,3. 电气规范,定义信号的有效电平、动态转换时

2、间、负载能力、时序安排以及信息格式的约定等,4. 时序规范,定义信号的定时、应答时序与周期及各种操作的时间参数等,5.1,微机采用了分层次的多总线结构,按照在系统不同层次位置上分类,1. 片内总线,2. 系统总线,3. 外总线,4. 局部总线,插件板内部的总线,5.1,微机系统的系统总线标准,工业标准结构ISA总线,扩展工业标准结构EISA总线,微通道结构MCA总线,VESA总线,外部设备互联PCI总线,5.1,二、总线的连接方式,1. 单总线结构,5.1,2. 双总线结构,5.1,3. 三总线结构,5.1,三、总线数据的传送方式,串行传送、并行传送、并串行传送和分时传送,同步传送、异步传送、

3、半同步传送和分时传送,外部总线,系统总线,5.2 系统总线,一、系统总线概述,系统总线又称内总线或板级总线,用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统,系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息,数据总线DB（Data Bus） 地址总线AB（Address Bus） 控制总线CB（Control Bus,5.2,二、微机系统总线,1ISA 总线,IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准,AT总线（98线）它是对PC-XT总线(62线)的扩展,数据传输率为8Mb/s,20位空间地址,16位数据传输,扩充了中断和DMA,5.2,ISA总线插槽,5.2,ISA信号说

4、明,RESET、BCLK：复位及总线基本时钟，BLCK=8MHz,SA19-SA0：存储器及I/O空间20位地址，带锁存,LA23-LA17：使得寻址达16M，不带锁存。 其中LA19-LA17与SA19-SA17复用,BALE：总线地址锁存，外部锁存器的选通,AEN：地址允许，表明CPU让出总线，DMA开始,8位ISA存储器读写控制,SD15-SD0：数据总线。 SD15-SD8 +SD7-SD0,高字节允许，打开SD15-SD8数据通路,16位ISA存储器读写控制,5.2,ISA卡发出此信号确认可以进行16位传送,I/OCHRDY：ISA卡准备好，可控制插入等待周期,快速ISA发出不需插入

5、等待,ISA卡奇偶校验错,IRQ15、IRQ14、IRQ12-IRQ9、IRQ7-IRQ3：中断请求,DRQ7-DRQ5 、DRQ3-DRQ0： ISA卡DMA请求,7-5、3-0,DMA请求响应,ISA主模块确立信号，控制总线,5.2,2EISA总线,32 位寻址能力和16 位数据传输能力,能够通过软件实现系统板和扩展板的自动配置功能,总线裁决采用集中方式，使得ESIA 支持多微处理器系统,386、486 微型计算机系统采用，后来被淘汰,5.2,3VESA总线,VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推

6、出的一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。用于CPU与主存和Cache 的直接相连,32位数据线，且可 通过扩展槽扩 展到64 位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作,5.2,4PCI总线,PCI总线是当前最流行的总线之一,由Intel公司推出的一种局部总线。 它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线,支持突发读写操作，和即插即用。 最大传输速率可达132MB/s， 可同时支持多组外围设备,5.2,PCI 的外部引线信号,5.2,5Compact PCI,为工业现场环境而设计的系统总线,STD总

7、线、 VME总线、PC/104总线、Compact PCI,坚实的PCI,6. PCI-E总线,支持点对点串行连接,依靠高频率来获得高性能,每个设备都有自己的专用连接,全双工连接能提供更高的传输速率和质量,串行PCI,三、发展中的系统总线标准,5.2,计算机系统中的各个功能部件都是通过总线交换数据，总线的速度对系统性能有着极大的影响,AGP总线（加速图形接口,3GIO总线 （第三代I/O体系,Hyper Transport总线,从PC总线到ISA、PCI总线，再由PCI进入PCI Express和Hyper Transport体系，计算机在这三次大转折中也完成三次飞跃式的提升,5.3 外部总线

8、介绍,外部总线(External Bus)，用于微机与外设以及微机与测量仪器仪表之间的通信,分为并行总线和串行总线,5.3,1. RS-232-C串行通讯总线,美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准,2. RS- 485总线,通信距离为几十米到上千米,具有抑制共模干扰的能力：平衡发送和差分接收,多点互连，可以联网构成分布式系统,5.3,3. IEEE- 488总线,并行总线接口标准,仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元,最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s,4. USB总线

9、,通用串行总线,可以为外设提供电源,实现外设的简单快速连接,最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，还能支持多媒体,5.3,5. IEEE1394总线,高性能的串行总线,高传输速率,采用同步传输和异步传输两种数据传输模式,可以实现即插即用并支持热插拔,广泛地应用于多媒体声卡、图像和视频产品、打印机、扫描仪的图像处理等方面，尤其是磁盘阵列、数字照相机，显示器和数字录像机等,5.4 现场总线,一、概述,用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络,作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系,最显著的特

10、征：开放性、分散性与数字通讯,5.4,二、现场总线的技术特点,1、系统的开放性,2、互可操作性与互用性,3、现场设备的智能化与功能自治性,4、系统结构的高度分散性,5、对现场环境的适应性,5.4,三、现场总线的优点,1、节省硬件数量与投资,2、节省安装费用,3、节省维护开销,4、用户具有高度的系统集成主动权,5、系统的准确性与可靠性高,5.4,现场总线协议还有：Foudation Fieldbus（FF）、Lon Works、Profibus、HART、CAN、Dupline等,CAN,由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域,5.4,符合CAN协议的通信芯片：Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250等，还有插在PC机上的CAN总线接口卡,信号传输采用短帧结构,支持多主