第四章 总线技术

1、总线技术 BUS Technology 第四章 1. 了解总线的基本概念及其优点 2. 掌握总线的类型 3. 掌握总线的数据传输 4. 掌握总线的性能指标和标准规范 5. 了解总线的发展历程及常见种类 target 教学目标 教学重点 1. 总线的类型 2. 总线的数据传输 3. 总线的性能指标 4. 总线的种类 教学难点 1. 总线的数据传输 2. 三种总线之间的关系 3. 各类型总线的特点 01 02 总线的基本概念 The basic concept of the bus 系统总线的发展历程和种类 The development of the system bus and species

2、 CONTENT 本章主要介绍了总线的基本概念， 系统总线和局部总线及一些典型的总 线标准，总线的类别，总线的数据传 输，描述总线性能的主要参数以及总 线的标准规范说明。使用总线设计计 算机系统，讲到总线的诸多的优点。 本章也详细介绍了总线的发展与包括 诸如PC总线，ISA，VESA，PCI，PCI Express，USB,AGP等总线标准种类。 知识导学图 01 总线的基本概念 The basic concept of the bus PART ONE 4.1.1 总线的概述 总线是连接计算机不同部件和设备 并在微机系统各个模块之间传送信息 的公共通道。计算机系统中广泛采用 总线将五大部件联

3、系起来。如右图表 示了采用总线连接计算机各个部件的 形式。 4.1.2 总线的类型 4.1.3总线的数据传输 总线的主要功能是实现数据传输。 总线上连接有许多模块(或称设备 ,Device)。当一个模块需要与另一 个模块传输信息时，它需要首先获 得控制总线的权利，然后发出模块 地址和读写控制信号，最终完成数 据的传输。控制总线完成数据传输 的模块是主控（Master）模块或 主模块、主设备，与之相应，被动 实现数据交换的模块则是被控 (Slave)模块或从模块、从设备。 总线上可能连接有多个可以作为 主模块的器件，但是在总线使用 上有限制，即在某一时刻，只能 有一个主模块控制总线，其他模 块此

4、时可以作为从模块。同样， 在某一时刻，只能有一个模块向 总线发送数据，但可以有多个模 块从总线接收数据。 4.1.3 总线的数据传输 四个阶段 总线进行数据传输的 1 2 3 A. 总线请求和仲裁 （Bus Request & Arbitration）阶段 B. 寻址（Address）阶段 C. 数据传送（Data Transfer）阶段 4D. 结束（Ending）阶段 4.1.3 总线的数据传输 A集中仲裁 系统中有一个中央仲裁器 （控制器），负责主模块的总线 请求并分配总线的使用。在简单 的单处理器系统中，中央仲裁器 是处理器的一部分，而当前总线 标准的中央仲裁器一般都是一个 单独的模块

5、。主模块有两条信号 线连接到中央仲裁器，一条是送 往仲裁器的总线请求信号，另一 条是来自总裁器的总线响应信号。 B分布仲裁 系统中不需要中央仲裁器， 各个模块都有自己的仲裁器和唯 一的仲裁号。主模块请求总线时， 要将其仲裁号发送到共享的仲裁 总线上，其他仲裁器获得此号后 与自身的仲裁号比较。如果有多 个主模块请求，则优先权高者获 胜，其仲裁号保留在仲裁总线上， 该主模块可以控制总线。 确定使用总线的主模块，目的是避免多个 主模块同时占用总线，确保总线任何时候总线上只有一个模块发送信息。 仲裁的基本原则实先来先服务，并使用优先权原则处理同时请求的情况。 实现仲裁有以下两种方式： 4.1.4 总线

6、的性能指标 单位时间内总线上可 传送的数据量，即每 秒传送多少字节的数 据。单位是B/s或 MB/s。 总线能同时传送的数 据位数。在固定频率 下，总线的带宽与总 线的位宽成正比。 123 也称为总线的时钟频率， 用于协调总线上的各种 操作的时钟信号的频率。 工作频率越高则总线工 作的速度就越快，总线 的带宽也就越高。 4.1.5 总线的标准规范 为了充分发挥总线的作用，每个总线标准都必须有详细和明确的规范说明， 一般包括： 包括模板尺寸、信号线线型尺寸、接插件和接插槽的型号等。 定义各信号的名称、时序、功能和引脚编号。 定义各信号的有效电平、有效边沿、负载能力和极限参数等。 4.1.6 总线

7、的优点 通用性 便于系 统更新 便于用 户二次 开发 可不断 提高系 统功能 随着集成电路技术的发展，新 的芯片不断产生，微机系统需 要不断更新。采用统一的标准 总线结构使得系统的更新更加 方便。 采用总线标准可以为各模块互 连提供一个标准的界面，它对 于界面两端的模块来说是透明 的，界面的任一方只需根据总 线标准要求来设计和实现接口 功能，而不用考虑另一方的接 口方式。 采用同样总线标准来设计制造各 种功能的模块板，各个模块相互 独立地挂在总线上，用户可以根 据需要选用现成的功能模块板， 也可自行设计符合总线标准的模 块板。 采用总线标准，计算机的主要 功能部分 做成不同的模块板做 在总线上

8、。只要根 据新的要求， 设计新的模块，连接到总线上。 02 系统总线的发展历程和种类 The development of the system bus and species PART TWO 又称内总线或板级总线，该总线用来连接微机各功能部 件而构成一个完整微机系统。系统总线是微机系统中最重要的总线， 人们常说的微机总线就是指系统总线。 4.2 总线的发展历程及种类 系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此， 系统总线包含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、 地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）。 4.2 总

9、线的发展历程及种类 PC总线最早是IBM公司于1981年推出的基于8位机PC/XT 的总线，称为PC总线。1984年IBM公司推出了16位PC机PC/AT， 其总线称为AT总线。 PC总线 ISA（Industrial Standard Architecture，工业标准结构总 线标准）是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准， 所以也叫AT总线。在80286至80486时代应用非常广泛，以至于在奔 腾机中还保留有ISA总线插槽(主板上ISA插槽是黑色的长插槽)。 ISA总线 4.2 总线的发展历程及种类 EISA是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA 总线的9

10、8条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信 号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容 ISA总线信号。 EISA总线 VESA(video electrics standard association，视 频电子标准协会标准总线)是1992年由60家附件卡制造商联合推 出的一种局部总线，简称为VL(VEAS local bus)总线。 VL总线在设计上有两个特点： 1.接口卡的兼容性； 2.数据总线和地址总线与CPU相连，将数据传输最频繁的数据、地 址总线与微处理器相连,就可以达到与之相同的处理速率。 VESA总线 4.2 总线的发展历程及种类 PCI（per

11、ipheral component interconnect,外围部件互 连总线）是曾经最流行的总线之一，它是由Intel公司于1992年推出的一 种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线在主 板上是一个白色双列插槽。 1.PCI总线的技术标准 （1）分时复用的实现 （2）即插即用的实现 （3）中断共享的实现 2.PCI 总线的主要性能 3.PCI总线的特点 PCI总线 4.2 总线的发展历程及种类 Compact PCI的意思是“坚实的PCI”，是第一 个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标 准加欧式卡的工业组装标准，是一种工业计算机标准。Co

12、mpact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，同时 还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104 来扩充系统的I/O和其他功能。 Compact PCI PCI Express是新一代的总线接口, 并称之为第三 代I/O总线技术。在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM 在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范，并在2002年 完成，对其正式命名为PCI Express。 PCI Express 4.2 总线的发展历程及种类 USB（universal serial bus）通用串行总线是由Intel、 Compaq、IB

13、M、Microsoft、NEC、 Digital、 Northern Telecom等7 家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。 1、使用方便、扩充能力强 2、实现“即插即用” 3、支持多种传输速度、使用面广(具有3种传输速度) 4、低功耗、低成本、占用系统资源少 5、其他：USB还有好多其他优点，但也有连接电缆较短、协议复杂等 不足。 USB总线 4.2 总线的发展历程及种类 AGP（Accelerate Graphical Port），加速图形接口。随 着显示芯片的发展，PCI总线日益无法满足其需求。英特尔于1996年7月 正式推出了AGP接口，它是一种显示卡专用的局部总线。严格的说， AGP不能称为总线，它与PCI总线不同，因为它是点对点连接，即连接 控制芯片和AGP显示卡，但在习惯上我们依然称其为AGP总线。AGP接 口是基于PCI 2.1 版规范并进行扩充修改而成，工作频率为66MHz。 AGP总线 4.2 总线的发展历程及种类 笔记本型微机广泛采用是PCMCIA(个人计算机存储器 卡国际协会)总线，按此标准制造购板卡称为PCMCIA卡。目前生产