第12章 总线与接口标准

1、1第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 主要内容：主要内容：1 1、概述、概述 2 2、系统总线、系统总线 3 3、PCI局部总线局部总线 4 4、通用外设接口标准、通用外设接口标准USB 5、高性能串行总线标准、高性能串行总线标准IEEE 1394 6、SCSI接口标准接口标准 7、IDE接口标准接口标准 8、AGP图形加速端口图形加速端口 9、传统的接口标准、传统的接口标准 10、IEEE 488总线及总线及VXI卡式仪器总线卡式仪器总线重点内容：重点内容： 总线和接口标准的含义、分类、组成、性能参数总线和接口标准的含义、分类、组成、性能参数2第第12 12章章 总线与接口标准

2、总线与接口标准 11.1 11.1 总线的发展史总线的发展史1、从从2020世纪世纪6060年代末，年代末，DECDEC公司在公司在PDPPDP1111小型机小型机 使用面向总线的系统以来，尤其是世界首台使用面向总线的系统以来，尤其是世界首台PCPC 也采用相同技术构造，人们就感到用总线技术也采用相同技术构造，人们就感到用总线技术 和模块来组装系统的好处，不仅使各种和模块来组装系统的好处，不仅使各种 CPUCPU模模 块、存储器模块、块、存储器模块、I IO O模块可以相互组合，实模块可以相互组合，实 现不同性能，还便于实现系统的扩展与维护。现不同性能，还便于实现系统的扩展与维护。3第第12

3、12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、20世纪世纪70年代初，年代初，VLSI技术迅速发展，在世技术迅速发展，在世 界上第一台微处理器界上第一台微处理器4004问世问世4年后，年后，1975年，年， 一家位于美国新墨西哥镇，名为一家位于美国新墨西哥镇，名为MITS的小公的小公 司，由司，由Ed Roberts以以8080微处理器设计安装了微处理器设计安装了 全球第一台全球第一台PC，Altair单板机系统。单板机系统。 当把当把Altair总线推向世界并被制造商接受后，总线推向世界并被制造商接受后， 便有了一个名字：便有了一个名字：S100，后来基于，后来基于 S100 型总型总 线得到

4、了线得到了IEEE的认可，的认可， 被命名为被命名为IEEE 696总总 线标准。线标准。4第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、IBM PC问世问世20余年，随着领域的扩大，总线技术也余年，随着领域的扩大，总线技术也 随之不断创新。随之不断创新。 由最初的由最初的 PC/XT，微处理器的日新，微处理器的日新 月异、月异、 不同性能的实现、不同性能的实现、PC 应用到应用到 ISA、 MCA、 EISA、VESA， 到到 PCI、AGP、IEEE 1394、USB， 再到再到EV6、PCIX、UMA、NGIO总线等。总线等。 究其原因，究其原因， 是因为是因为CPU的处理能力迅

5、速提升，与其的处理能力迅速提升，与其 相连的外围设备通道（带宽）过窄且总落后于相连的外围设备通道（带宽）过窄且总落后于 CPU 的处理能力，造成整个系统的瓶颈。的处理能力，造成整个系统的瓶颈。 这样，不得不这样，不得不 一次次改造总线，其重点是局部总线。目前，一次次改造总线，其重点是局部总线。目前，AGP 局部总线传输率可达局部总线传输率可达533MB/s，PCIX可达可达1GB/s。5第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 11.2 11.2 总线的基本概念总线的基本概念一、总线概述一、总线概述 总线：总线：是指计算机中多个部件之间公用的一组连线，是指计算机中多个部件之间公用的一组

6、连线， 是若干互连信号线的集合，由它构成系统插件是若干互连信号线的集合，由它构成系统插件 间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。 在微型计算机系统中，总线是各个部件信息交换的公在微型计算机系统中，总线是各个部件信息交换的公 共通道，各部件之间的联系都是通过总线实现的，总共通道，各部件之间的联系都是通过总线实现的，总 线在计算机中起着重要的作用。线在计算机中起着重要的作用。微型计算机广泛采用微型计算机广泛采用 总线技术，以便简化硬件、软件的系统设计。总线技术，以便简化硬件、软件的系统设计。6第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 随着微型计算机

7、的发展，总线技术也在不断地发展随着微型计算机的发展，总线技术也在不断地发展与完善，并且已经出现了一系列的标准化总线，这些标与完善，并且已经出现了一系列的标准化总线，这些标准化总线的广泛使用，对微型计算机系统在各个领域的准化总线的广泛使用，对微型计算机系统在各个领域的普及和应用起到了积极的推动作用。为了使微型计算机普及和应用起到了积极的推动作用。为了使微型计算机应用系统朝模块化、标准化的方向发展。应用系统朝模块化、标准化的方向发展。标准总线应具有以下特点：标准总线应具有以下特点： （1）可以简化计算机软件和硬件的设计；）可以简化计算机软件和硬件的设计； （2）可以简化系统的结构；）可以简化系统的

8、结构； （3）易于系统的扩展；）易于系统的扩展； （4）便于系统的更新；）便于系统的更新； （5）便于系统的调试和维修。）便于系统的调试和维修。 7第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 二、总线分类二、总线分类 在微型计算机系统中按照总线的规模、用途及应用在微型计算机系统中按照总线的规模、用途及应用 场合，可将总线分为以下三类。场合，可将总线分为以下三类。（1）微处理器芯片总线）微处理器芯片总线 也称为元件级总线，这是在构成一块也称为元件级总线，这是在构成一块CPU插件或用插件或用 微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常 用于用于

9、CPU芯片、存储器芯片、芯片、存储器芯片、I/O 接口芯片等之间接口芯片等之间 的信息传送。按所传送的信息类别不同，可将芯片的信息传送。按所传送的信息类别不同，可将芯片 总线分为传送地址、传送数据和传送控制信息等三总线分为传送地址、传送数据和传送控制信息等三 组总线，分别为地址总线、数据总线和控制总线。组总线，分别为地址总线、数据总线和控制总线。8第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 （2）内总线）内总线 也称为板极总线或系统总线，它是微型计算机系统也称为板极总线或系统总线，它是微型计算机系统 内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种

10、 扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的 总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系 统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间 进行通讯时所采用的数据通道。进行通讯时所采用的数据通道。（3）外部总线）外部总线 也称为通信总线，主要用于微机系统与微机系统之也称为通信总线，主要用于微机系统与微机系统之 间或微机与外部设备（如打印机、硬盘设备）、仪间或微机与外部设备（如打印机、硬盘设备）、仪 器仪表之间的通信，常用于设备级的互连。这种总器仪表之间的通信，常用

11、于设备级的互连。这种总 线的数据传输可以是并行的，也可以是串行的，数线的数据传输可以是并行的，也可以是串行的，数 据传输速率低于系统内部的总线。据传输速率低于系统内部的总线。 9第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 微型计算机的总线层次结构微型计算机的总线层次结构扩充存储器扩充存储器打印机接口打印机接口通信接口通信接口网络接口网络接口仪表接口仪表接口计算机计算机打印机打印机智能仪表智能仪表局域网络局域网络ROMRAMI/O接口接口CPU片内片内总线总线内总线内总线片总线片总线外部总线外部总线主机板主机板10第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 三、总线的裁决三、总线的裁

12、决 总线由多个部件共享，为了正确地实现各部件之间的总线由多个部件共享，为了正确地实现各部件之间的 信息传送，必须对总线的使用进行合理的分配和管理。信息传送，必须对总线的使用进行合理的分配和管理。 当总线上的某个部件要与另一个部件进行通信时，首当总线上的某个部件要与另一个部件进行通信时，首 先应该发出请求信号，有时会发生在同一时刻总线上先应该发出请求信号，有时会发生在同一时刻总线上 有多个部件发出总线请求信号的情况，这就要求根据有多个部件发出总线请求信号的情况，这就要求根据 一定的总线裁决原则来确定占用总线的先后次序。只一定的总线裁决原则来确定占用总线的先后次序。只 有获得总线使用权的部件，才能

13、在总线上传送信息，有获得总线使用权的部件，才能在总线上传送信息， 这就是所谓的总线裁决问题。通常，有并联、串联和这就是所谓的总线裁决问题。通常，有并联、串联和 循环等三种总线分配的优先级技术。循环等三种总线分配的优先级技术。11第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 1、并联优先权判别法并联优先权判别法 当采用并联优先权判别法时，优先级别是通过一个优当采用并联优先权判别法时，优先级别是通过一个优 先权裁决电路进行判断的。共享总线的每个部件具有先权裁决电路进行判断的。共享总线的每个部件具有 独立的总线请求线，通过请求线将各部件的请求信号独立的总线请求线，通过请求线将各部件的请求信号 送

14、往裁决电路。裁决电路一般由一个优先权编码器和送往裁决电路。裁决电路一般由一个优先权编码器和 一个译码器组成。该电路接收到某个部件或多个部件一个译码器组成。该电路接收到某个部件或多个部件 发来的请求信号后，首先经优先权编码器进行编码，发来的请求信号后，首先经优先权编码器进行编码， 然后由译码器产生相应的输出信号，发往请求总线部然后由译码器产生相应的输出信号，发往请求总线部 件中优先级最高的部件，允许该部件尽快获得总线。件中优先级最高的部件，允许该部件尽快获得总线。 但需注意，即使某个部件获得了最先占有总线的特权，但需注意，即使某个部件获得了最先占有总线的特权， 它也不一定能立即使用总线，而必须在

15、总线不忙时，它也不一定能立即使用总线，而必须在总线不忙时， 即原占有总线部件传送即原占有总线部件传送结束后才能使用总线。结束后才能使用总线。 12第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、串联优先级判别法、串联优先级判别法 串联优先级判别法不需要优先权编码器和译码器，它串联优先级判别法不需要优先权编码器和译码器，它 采用链式结构，把共享总线的各个部件按规定的优先采用链式结构，把共享总线的各个部件按规定的优先 级别链接在链路的不同位置上。在链式结构中位置越级别链接在链路的不同位置上。在链式结构中位置越 前面的部件，优先级别越高。当前面的部件要使用总前面的部件，优先级别越高。当前面的部

16、件要使用总 线时便发出信号，禁止后面的部件使用总线。通过这线时便发出信号，禁止后面的部件使用总线。通过这 种方式，就确定了请求总线各部件中优先级最高的部种方式，就确定了请求总线各部件中优先级最高的部 件。显然，在这种方式中，当优先级高的部件频繁请件。显然，在这种方式中，当优先级高的部件频繁请 求时，优先级低的部件很可能很长时间都无法获得总求时，优先级低的部件很可能很长时间都无法获得总 线使用权。线使用权。 13第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、循环优先权判别法、循环优先权判别法 循环优先权判别法类似于并联优先权判别法，只是其中的优先权循环优先权判别法类似于并联优先权判别法，

17、只是其中的优先权 是动态分配的，原来的优先权编码器由一个更为复杂的电路代替，是动态分配的，原来的优先权编码器由一个更为复杂的电路代替， 该电路把占用总线的优先权在发出总线请求的那些部件之间循环该电路把占用总线的优先权在发出总线请求的那些部件之间循环 移动，从而使每个总线部件使用总线的机会相同。移动，从而使每个总线部件使用总线的机会相同。 以上三种优先权判别法各有优缺点，循环优先权判别法需要大量以上三种优先权判别法各有优缺点，循环优先权判别法需要大量 的外部逻辑才能实现。串联优先权判别法不需要使用外部逻辑电的外部逻辑才能实现。串联优先权判别法不需要使用外部逻辑电 路，但这种方法中所允许链接的部件

18、数目受到很严格的限制，因路，但这种方法中所允许链接的部件数目受到很严格的限制，因 为部件太多，那么链路产生的延时就将超过时钟周期长度，总线为部件太多，那么链路产生的延时就将超过时钟周期长度，总线 优先级别的裁决必须在一个总线周期中完成。从一般意义上讲，优先级别的裁决必须在一个总线周期中完成。从一般意义上讲， 并联优先权判别方法较好，它允许在总线上连接许多部件，而裁并联优先权判别方法较好，它允许在总线上连接许多部件，而裁 决电路又不太复杂。在实际使用时可根据具体情况决定采用哪种决电路又不太复杂。在实际使用时可根据具体情况决定采用哪种 优先权判别方法。优先权判别方法。 14第第12 12章章 总线

19、与接口标准总线与接口标准 四、总线数据的传送四、总线数据的传送 1、总线数据的传送方式、总线数据的传送方式 信息在总线上有三种传送方式：信息在总线上有三种传送方式： 串行传送、并行传送和并串行传送。串行传送、并行传送和并串行传送。 （1）串行传送方式）串行传送方式 当信息以串行方式传送时只使用一条传输线，当信息以串行方式传送时只使用一条传输线， 而且采用脉冲传送。具体操作就是在传输线上而且采用脉冲传送。具体操作就是在传输线上 按顺序传送表示一个数码的所有二进制位的脉按顺序传送表示一个数码的所有二进制位的脉 冲信号，每次一位。通常第一个脉冲信号表示冲信号，每次一位。通常第一个脉冲信号表示 数码的

20、最低有效位，最后一个脉冲信号表示数数码的最低有效位，最后一个脉冲信号表示数 码的最高有效位。码的最高有效位。15第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 （2）并行传送方式）并行传送方式 采用并行方式传送二进制信息时，每个数据位都需要采用并行方式传送二进制信息时，每个数据位都需要 一条单独的传输线。信息由多少个二进制位组成，机一条单独的传输线。信息由多少个二进制位组成，机 器就需要有多少条传输线，从而让二进制信息在不同器就需要有多少条传输线，从而让二进制信息在不同 的线上同时进行传送。的线上同时进行传送。 当进行并行传送时，所有的位同时传送，所以并行传当进行并行传送时，所有的位同时传送

21、，所以并行传 送方式的速度比串行传送的速度要快得多。并行传送送方式的速度比串行传送的速度要快得多。并行传送 是微机系统内部常用的传送方式。是微机系统内部常用的传送方式。源源目目的的01010110010101108位数据线位数据线源源0 1 1 0 1 0 1 0目的目的8T16第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 （3）并串行传送方式）并串行传送方式 并串行传送方式是并行传送方式与串行传送方式并串行传送方式是并行传送方式与串行传送方式 的结合。当信息在总线上以并串行方式传送时，的结合。当信息在总线上以并串行方式传送时， 如果一个数据字由两个字节组成，那么当传送一如果一个数据字由两

22、个字节组成，那么当传送一 个字节时采用并行方式，字节之间采用串行方式。个字节时采用并行方式，字节之间采用串行方式。 例：例：有的微型计算机中有的微型计算机中CPU的数据用的数据用16位并行运算。位并行运算。 但由于但由于CPU芯片引脚数的限制，出入芯片引脚数的限制，出入CPU的数据的数据 据总线宽度是据总线宽度是 8 位。因此，当数据从位。因此，当数据从CPU中进入中进入 数据总线时以字节为单位，采用并串行方式进行数据总线时以字节为单位，采用并串行方式进行 行传送。行传送。17第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、总线数据传送的通讯协议、总线数据传送的通讯协议 通讯协议是实现总

23、线裁决和信息传送的手段，通常通讯协议是实现总线裁决和信息传送的手段，通常 分为同步方式和异步方式。分为同步方式和异步方式。 （1）同步通讯方式）同步通讯方式 总线上的部件通过总线进行信息交换时用一个总线上的部件通过总线进行信息交换时用一个 公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步 通讯。在同步方式中，由于采用了公共时钟，通讯。在同步方式中，由于采用了公共时钟， 每个部件何时发送或接收信息都由统一的时钟每个部件何时发送或接收信息都由统一的时钟 规定，在通讯时不用附加时间标志或来回应答规定，在通讯时不用附加时间标志或来回应答 信号。所以，同步通讯具有较高的传

24、输频率。信号。所以，同步通讯具有较高的传输频率。18第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 （2） 异步通讯方式异步通讯方式 如果总线上各部件之间的距离和设备的速度相差如果总线上各部件之间的距离和设备的速度相差 很大，势必会降低总线的效率，在这种情况下往很大，势必会降低总线的效率，在这种情况下往 往采用异步通讯方式。异步通讯允许总线上各个往采用异步通讯方式。异步通讯允许总线上各个 部件有各自的时钟，部件之间进行通讯时没有公部件有各自的时钟，部件之间进行通讯时没有公 共的时间标准，而是在发送信息的同时发出该部共的时间标准，而是在发送信息的同时发出该部 件的时间标志信号，用应答方式来协调

25、通信过程。件的时间标志信号，用应答方式来协调通信过程。 异步通讯又分为单向方式和双向方式两种。单向异步通讯又分为单向方式和双向方式两种。单向 方式不能判别数据是否正确传送到对方，故大多方式不能判别数据是否正确传送到对方，故大多 采用双向方式，即应答式异步通讯。采用双向方式，即应答式异步通讯。 19第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、总线数据传送的错误检测、总线数据传送的错误检测 由于外界或者自身存在着各种随机出现的干扰由于外界或者自身存在着各种随机出现的干扰 因素，总线上传输的信息可能产生错误。为此，需因素，总线上传输的信息可能产生错误。为此，需 要采用错误检测电路来发现或纠

26、正出现的错误，用要采用错误检测电路来发现或纠正出现的错误，用 专用的总线信号来报告出现的错误。专用的总线信号来报告出现的错误。 最常用也是最简单的错误检测方法是奇偶校验最常用也是最简单的错误检测方法是奇偶校验 法。在地址、数据或控制信息传输的同时，将它的法。在地址、数据或控制信息传输的同时，将它的 奇偶校验信息通过另一根总线传输到信号接收方，奇偶校验信息通过另一根总线传输到信号接收方， 接收方通过查验接收的信号是否符合校验规则来判接收方通过查验接收的信号是否符合校验规则来判 断收到信号的正确性。一旦发现奇偶校验的错误，断收到信号的正确性。一旦发现奇偶校验的错误， 则通过另一条总线告知信号发送方

27、发生了错误，这则通过另一条总线告知信号发送方发生了错误，这 时就可根据协定处理发现的错误。时就可根据协定处理发现的错误。 20第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 总线进行高速和大批量信息传输时，常采用的错误校总线进行高速和大批量信息传输时，常采用的错误校验方式是循环冗余校验验方式是循环冗余校验 CRC。 CRC 校验将传输的数据经校验将传输的数据经过专门的电路，产生一个过专门的电路，产生一个 16位或位或 32位的位的 CRC 码，加在数码，加在数据的最后发送。在数据的接收端，采用相同的电路对接收据的最后发送。在数据的接收端，采用相同的电路对接收到的数据进行处理。如果数据传输准确

28、无误，则从线路上到的数据进行处理。如果数据传输准确无误，则从线路上接收到的校验码应该与接收数据产生的校验码一致，否则接收到的校验码应该与接收数据产生的校验码一致，否则就表示发生了传输错误。就表示发生了传输错误。 CRC校验方式对于成块数据传送中数据检错十分有效，校验方式对于成块数据传送中数据检错十分有效，但电路相对复杂一些，但电路相对复杂一些，USB总线就是采用的这个方法。总线就是采用的这个方法。 21第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 五、总线标准五、总线标准 目前总线标准有两类：目前总线标准有两类： （1 1）是）是 IEEEIEEE（美国电气及电子工程师协会）标准委员会（美

29、国电气及电子工程师协会）标准委员会 定义与解释的标准，如：定义与解释的标准，如：IEEE-488 IEEE-488 总线和总线和 RS-232RS-232C C 串行接口标准等，这类标准现已有串行接口标准等，这类标准现已有2020多个。多个。 （2 2）是因广泛应用而被大家接受与公认的标准，如）是因广泛应用而被大家接受与公认的标准，如S-100S-100 总线、总线、 IBM PCIBM PC总线、总线、ISAISA总线、总线、EISAEISA总线、总线、STDSTD总线总线 接口标准等。接口标准等。 不同的总线标准可以用于不同的微机不同的总线标准可以用于不同的微机 系统或者同一微机系统的不同

30、位置。系统或者同一微机系统的不同位置。22第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 通常情况下，总线能达到什么样的性能是由总线的指标体现的，通常情况下，总线能达到什么样的性能是由总线的指标体现的， 主要有以下两点：主要有以下两点：（1）总线宽度）总线宽度 总线宽度是指可以同时传输的数据位数，位数越多，一次传输总线宽度是指可以同时传输的数据位数，位数越多，一次传输 的信息就越多。如的信息就越多。如EISA总线宽度为总线宽度为16位，位，PCI总线宽度为总线宽度为32位，位， PCI-2 总线宽度可达到总线宽度可达到64位。位。 微计算机的总线宽度一般不会超微计算机的总线宽度一般不会超 过

31、过CPU外部数据总线的宽度。外部数据总线的宽度。（2）总线频率）总线频率 总线通常都有一个基本时钟，总线上其它信号都以这个时钟为总线通常都有一个基本时钟，总线上其它信号都以这个时钟为 基准，这个时钟的频率也是总线工作的最高频率。时钟的频率基准，这个时钟的频率也是总线工作的最高频率。时钟的频率 越高，单位时间内传输的数据量就越大。越高，单位时间内传输的数据量就越大。 EISA 总线的时钟频总线的时钟频 率为率为8MHz，PCI总线为总线为33.3MHz，PCI-2总线可达总线可达66MHz。 23第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 11.3 系统总线系统总线 系统总线是组成微机系统

32、所用的总线。常用的系统总系统总线是组成微机系统所用的总线。常用的系统总线有线有8/168/16位位ISAISA和和EISAEISA两种。两种。 8 8位位ISAISA总线也称为总线也称为PCPC总线，总线，1616位位ISAISA总线也称为总线也称为PC/ATPC/AT总线，总线，8080年代末期出现了年代末期出现了3232位的位的EISAEISA总线。由于早期总线的时钟频率和最大传输率受主板总线。由于早期总线的时钟频率和最大传输率受主板上的扩展槽数量、传输线长度及扩展卡电路负载的限制，上的扩展槽数量、传输线长度及扩展卡电路负载的限制，系统总线传输速率较低，已成为限制计算机系统工作速度系统总线

33、传输速率较低，已成为限制计算机系统工作速度的一个瓶颈。随着芯片制造技术的不断提高，计算机结构的一个瓶颈。随着芯片制造技术的不断提高，计算机结构的更新与工作速度也大幅度提高，全新一代的系统总线也的更新与工作速度也大幅度提高，全新一代的系统总线也在不断涌现。在不断涌现。24第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 一、一、PCPC总线总线 20世纪世纪70年代末，苹果微型计算机的成功证明了个年代末，苹果微型计算机的成功证明了个人电脑市场是确实存在的，人电脑市场是确实存在的， IBM公司最高决策层下令研公司最高决策层下令研制个人电脑，制个人电脑， 在佛罗里达的波克镇成立了一个在佛罗里达的波克

34、镇成立了一个13人的研人的研制小组。制小组。 1981年，该小组推出了以年，该小组推出了以8088为为CPU的新一代的新一代个人计算机，为增加扩充能力也设计了总线。个人计算机，为增加扩充能力也设计了总线。 该总线被该总线被称为称为PC或或PC / XT总线，总线， 是是PC总线的第一次创新与以前总线的第一次创新与以前其它公司做法不同的是，其它公司做法不同的是，IBM向外界完全公开了包括向外界完全公开了包括PC总线完整规范在内的技术文件。总线工作频率总线完整规范在内的技术文件。总线工作频率4.77MHz，总线宽度总线宽度w =1Byte，传送一次数据所需时钟周期数，传送一次数据所需时钟周期数N=

35、2，所以总线传输率为所以总线传输率为Q=4.77112=2.38MB/s。25第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 PC总线也叫做总线也叫做PC/XT总线，是早期总线，是早期PC/XT微机中采用微机中采用的系统总线，它支持的系统总线，它支持8位数据传输和位数据传输和10位寻址空间，最大通位寻址空间，最大通信速率为信速率为5 MB/s。 它有它有62根引脚，可插入符合根引脚，可插入符合PC总线的各总线的各种扩展板，以扩展微机的功能。其特点是把种扩展板，以扩展微机的功能。其特点是把 CPU 视为总线视为总线的唯一总控设备，的唯一总控设备， 其余外围设备均为从属设备。其余外围设备均为从属

36、设备。 具有价格具有价格低、可靠性好、兼容性好和使用灵活等优点。低、可靠性好、兼容性好和使用灵活等优点。 PC总线总线62条引脚信号通过一个条引脚信号通过一个 31 脚分为脚分为A、B两面连两面连接插槽，其中接插槽，其中A面为元件面，面为元件面，B面为焊接面。这面为焊接面。这62条引脚信条引脚信号分为地址线、号分为地址线、 数据线、控制线、状态线、辅助线与电源数据线、控制线、状态线、辅助线与电源等等5类接口信号线。类接口信号线。 26第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 1、地址线、地址线A0A19 （20条）条） 20条地址总线为双向传输，其中条地址总线为双向传输，其中A19为最

37、高位，为最高位，A0为最低位，为最低位， 它们用来指出内存地址或它们用来指出内存地址或I/O接口地址。在系统总线周期中由接口地址。在系统总线周期中由 CPU 驱动，在驱动，在 DMA周期中由周期中由DMA控制器驱动，采用地址允控制器驱动，采用地址允 许信号许信号AEN来确定。来确定。 在存储器寻址时，利用这在存储器寻址时，利用这20条地址线可条地址线可 访问访问1MB的存储空间，在进行的存储空间，在进行I/O端口寻址时，利用端口寻址时，利用16条地址条地址 线线A15A0可访问可访问64K个端口地址，此时个端口地址，此时A19A16无效。无效。2、数据线、数据线D0D7 （8条）条） 数据线也

38、是双向传输，其中数据线也是双向传输，其中D7为最高位，为最高位，D0为最低位。用于为最低位。用于 在在CPU、存储器及、存储器及I/O端口之间传输数据信息及指令操作码，端口之间传输数据信息及指令操作码， 可采用相应的控制线来进行数据选通。可采用相应的控制线来进行数据选通。27第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、控制线（、控制线（21条）条） （1）AEN：地址允许信号，输出线，高电平有效。：地址允许信号，输出线，高电平有效。 （2）ALE：地址锁存允许输出信号，高电平有效。：地址锁存允许输出信号，高电平有效。 （3）MEMR：存储器读信号，输出线，低电平有效。：存储器读信号，

39、输出线，低电平有效。 （4）MEMW：存储器写信号，输出线，低电平有效：存储器写信号，输出线，低电平有效 （5）IOR：I/O端口的读信号，输出低电平有效。端口的读信号，输出低电平有效。 （6）IOW：I/O端口的写信号，输出线，低电平有效。端口的写信号，输出线，低电平有效。 （7）IRQ7IRQ2：6级中断请求输入信号，高电平有效。级中断请求输入信号，高电平有效。 （8）DRQ3DRQ1：3条条DMA请求信号，输入线，高电平有效。请求信号，输入线，高电平有效。 （9）DACK0DACK3：4条条DMA响应信号，低电平有效。响应信号，低电平有效。 （10）T/C：计数结束信号，高电平有效。：计

40、数结束信号，高电平有效。 （11）RESET DRV：复位驱动信号，高电平有效。：复位驱动信号，高电平有效。 28第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 4、状态线（、状态线（2条）条） （1）I/O CHCK：I/O通道奇偶校验输入信号，低电平通道奇偶校验输入信号，低电平 有效。此信号由插入扩展槽的存储器卡或有效。此信号由插入扩展槽的存储器卡或I/O卡发卡发 出，用来向出，用来向CPU提供关于提供关于I/O通道上的设备或存储通道上的设备或存储 器的奇偶校验信息。器的奇偶校验信息。 当其为低电平时，当其为低电平时， 表明奇偶表明奇偶 校验有错，会对微处理器产生不可屏蔽中断。校验有错，

41、会对微处理器产生不可屏蔽中断。 （2）I/O CHRDY：I/O通道准备就绪信号，通道准备就绪信号， 高电平有高电平有 效。该信号由扩展槽中的存储器卡或效。该信号由扩展槽中的存储器卡或I/O卡发出。卡发出。 在数据传送过程中，在数据传送过程中， 当一些慢速外设跟不上当一些慢速外设跟不上 CPU 工作速度时，可将该信号变低来使工作速度时，可将该信号变低来使CPU或或DMA控控 制器插入适当的等待周期，从而延长制器插入适当的等待周期，从而延长I/O周期或存周期或存 储周期。此信号为低电平的时间不应超过储周期。此信号为低电平的时间不应超过 10 个时个时 钟周期。钟周期。 该信号主要用来解决慢速的外

42、设与快速该信号主要用来解决慢速的外设与快速 CPU或或DMA控制器之间的矛盾。控制器之间的矛盾。 29第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 5、辅助线、电源和地线（、辅助线、电源和地线（11条）条） （1）OSC：晶体振荡脉冲信号，振荡周期为：晶体振荡脉冲信号，振荡周期为 70ns，主频，主频 为为14.318MHz，占空比为，占空比为50%。 （2）CLK：系统时钟信号，此信号是由：系统时钟信号，此信号是由OSC三分频得到三分频得到 的，周期为的，周期为 210 ns，频率为，频率为 4.77MHz，占空，占空 比为比为33%，此信号用于总线周期同步。，此信号用于总线周期同步。

43、（3）CARDSLCTD：插件板选中信号，该信号只能用于：插件板选中信号，该信号只能用于 PC/XT 主板上第主板上第8个扩展槽中的插件板。个扩展槽中的插件板。 利利 用该信号向用该信号向CPU表明插件板已被选中，可以表明插件板已被选中，可以 进行读取数据的操作。进行读取数据的操作。 （4）电源线电源线：62 芯芯PC/XT总线有总线有5V、12V电源，其电源，其 中中+5V电源线电源线2条，其余电源线各条，其余电源线各1条条 。 （5）地线地线GND：有：有3条地线。条地线。 30第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 二、二、ISA总线总线 这是这是PC总线的第二次创新。总线的第

44、二次创新。80286 微处理器推出之微处理器推出之 后，后，IBM 决定开发功能比决定开发功能比 PC/XT 更强大的更强大的PC，称，称 为为PC/AT。由于原。由于原PC/XT总线与新机器性能指标不总线与新机器性能指标不 匹配，同时又要保证新机型必须与匹配，同时又要保证新机型必须与PC/XT的原有软的原有软 硬件兼容，这就要求必须对新机型的总线重新设计。硬件兼容，这就要求必须对新机型的总线重新设计。 IBM 公司在公司在PC总线基础上增加总线基础上增加 36 个引脚，形成了个引脚，形成了 AT 总线。即从总线。即从1982年以后，逐步确立的年以后，逐步确立的 IBM 公司公司 工业标准体系

45、结构，简称为工业标准体系结构，简称为 ISA 总线，有时也称为总线，有时也称为 PC/AT总线。总线。31第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 1、ISA总线的特点总线的特点 PC 总线仅适用于总线仅适用于 8 位数据的传送，位数据的传送， 所以，从所以，从 IBM PC/AT微机开始采用微机开始采用PC/AT总线，即总线，即ISA总线，总线， 该总线的数据传送速率最快为该总线的数据传送速率最快为8 MB/s，地址总线宽，地址总线宽 度为度为24位，可以支持位，可以支持16 MB的内存。的内存。 ISA总线在总线在PC总线的总线的62引脚的基础上增加了一引脚的基础上增加了一 个个3

46、6引脚的插槽，形成前引脚的插槽，形成前62引脚和后引脚和后36引脚的两个引脚的两个 插座，这样就构成了插座，这样就构成了 16 位位ISA总线。它可以利用前总线。它可以利用前 62引脚的插座插入与引脚的插座插入与PC总线兼容的总线兼容的8位接口电路卡，位接口电路卡， 也可以利用整个插座插入也可以利用整个插座插入16位接口电路卡。除了数位接口电路卡。除了数 据和地址线的扩充外，据和地址线的扩充外，16 位位 ISA部分还扩充了中断部分还扩充了中断 和和DMA请求、应答信号。请求、应答信号。 32第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、引脚信号功能、引脚信号功能 16位位ISA总线的

47、前总线的前62引脚的信号分布及其功能与引脚的信号分布及其功能与PC总线基本相同，总线基本相同， 16位总线中新增加的位总线中新增加的36引脚插槽信号扩展了数据线、地址线、存引脚插槽信号扩展了数据线、地址线、存 储器和储器和I/O设备的读写控制线、中断和设备的读写控制线、中断和 DMA控制线、电源和地线控制线、电源和地线 等。新插槽中的引脚信号分为等。新插槽中的引脚信号分为C（元件面）和（元件面）和D（焊接面）两列。（焊接面）两列。3、ISA总线的体系结构总线的体系结构 在利用在利用 ISA 总线构成的微机系统中，当内存速度较快时，通常采总线构成的微机系统中，当内存速度较快时，通常采 用将内存移

48、出用将内存移出 ISA 总线并转移到自己的专用总线总线并转移到自己的专用总线内存总线上的内存总线上的 体系结构，微型计算机系统内部采用高速总线，体系结构，微型计算机系统内部采用高速总线，DRAM通过内存通过内存 总线与总线与 CPU 进行高速信息交换。进行高速信息交换。ISA总线以扩展插槽形式对外开总线以扩展插槽形式对外开 放，磁盘控制器、显示卡、声卡、打印机等接口卡均可插在放，磁盘控制器、显示卡、声卡、打印机等接口卡均可插在 8/16 位位ISA总线插槽上，以实现总线插槽上，以实现ISA支持的各种外设与支持的各种外设与CPU的通信。的通信。 33第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标

49、准 内存内存CPUPIC系统系统DMACISA卡卡 ISA 总线总线局部总线（内存总线）局部总线（内存总线）ISA卡卡ISA卡卡34第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 三、三、MCA总线总线 在在80386处理器诞生后，一些计算机制造厂商和处理器诞生后，一些计算机制造厂商和IBM公司先后公司先后 推出功能更强的推出功能更强的 80386 PC。 为提高机器速度，增大可用内存，为提高机器速度，增大可用内存， 要要 管理管理 4GB 实际内存和实际内存和64TB虚拟内存，增加多处理能力等，又需要虚拟内存，增加多处理能力等，又需要 重新设计总线。在本次总线创新设计中，不同公司出于各自目

50、的，重新设计总线。在本次总线创新设计中，不同公司出于各自目的， 导致了导致了2种新型总线：种新型总线：MCA和和EISA的产生。的产生。 1987 年年 IBM 公司为保护自身的利益，在宣布公司为保护自身的利益，在宣布PC/2机器时，推机器时，推 出相对封闭的微通道结构，简称为出相对封闭的微通道结构，简称为 MCA 总线，试图由该公司加以总线，试图由该公司加以 专利控制。专利控制。 从技术层面上讲，从技术层面上讲，MCA 是比较先进的，其数据宽度为是比较先进的，其数据宽度为 32 位，位， 地址总线宽度也为地址总线宽度也为32位，寻址空间位，寻址空间4GB，总线时钟为，总线时钟为10MHz，最

51、大，最大 数据传输率为数据传输率为 40MB/s。MCA 配有总线仲裁机构，可支持配有总线仲裁机构，可支持16个总线个总线 主控制器，允许共享中断级，适用于多用户、多任务的环境。但是，主控制器，允许共享中断级，适用于多用户、多任务的环境。但是， 由于由于MCA总线与总线与ISA总线不兼容，不支持总线不兼容，不支持ISA外设，影响了在外设，影响了在PC兼兼 容机上的使用。容机上的使用。35第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 四、四、EISAEISA总线总线 如果将如果将MCA总线称为总线称为PC总线的第三次创新，那么，总线的第三次创新，那么，EISA总总 线就是线就是PC总线的第四

52、次创新了。总线的第四次创新了。 为了打破为了打破IBM的垄断，的垄断，1988年年9月，月，Compaq、AST，Epson、 HP、Olivetti、NEC等等9家公司联合起来，推出了一种兼容性更优家公司联合起来，推出了一种兼容性更优 越的总线，即越的总线，即EISA总线。总线。 设计设计EISA总线的目标有总线的目标有2个：为提高数据传输率用一个专门个：为提高数据传输率用一个专门 猝发式猝发式DMA策略使策略使32位总线能达到位总线能达到33MB/s； 在功能、电气、物在功能、电气、物 理上保持与理上保持与 PC/XT、PC/AT总线兼容。总线兼容。 EISA总线是扩展的总线是扩展的ISA

53、总线，总线， 引脚由原来引脚由原来ISA总线的总线的62个加个加 36个扩展到了个扩展到了98个，其数据总线被扩展到个，其数据总线被扩展到32位，但时钟速度仍维位，但时钟速度仍维 持在持在 8MHz，传输速率为，传输速率为33 MB/S，由于，由于EISA总线性能稳定，适总线性能稳定，适 用于网络服务器、高速图像处理、多媒体等领域，最常见的应用用于网络服务器、高速图像处理、多媒体等领域，最常见的应用 是作为磁盘控制器和视频图形适配器。是作为磁盘控制器和视频图形适配器。 由于由于 EISA 是兼容机厂商是兼容机厂商 共同推出的，所以其技术标准是公开的。共同推出的，所以其技术标准是公开的。36第第

54、12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 与与ISA总线相比总线相比EISA总线有如下特点：总线有如下特点：（1）EISA总线用于总线用于32 位微型计算机中，支持位微型计算机中，支持32位的地址总线寻址，位的地址总线寻址， 可寻址可寻址4GB的存储空间，也支持的存储空间，也支持64KB的的I/O端口寻址。端口寻址。（2）它具有）它具有 32 位数据线，大大提高了数据传输能力，保证了系统性位数据线，大大提高了数据传输能力，保证了系统性 能的提高，使最大数据传输速率达能的提高，使最大数据传输速率达33 MB/S。（3）EISA总线支持多处理器结构，支持多主控总线设备，具有较强总线支持多处理器

55、结构，支持多主控总线设备，具有较强 的的I/O扩展能力和负载能力。扩展能力和负载能力。（4）具有自动配置功能，）具有自动配置功能， 可以根据配置文件自动地初始化，可以根据配置文件自动地初始化， 配置系配置系 统板和多扩展卡。统板和多扩展卡。（5）扩展了）扩展了DMA的范围和传输速度，支持的范围和传输速度，支持 7 个个DMA通道，通道，DMA 数数 据传输既可在据传输既可在ISA方式下进行，也可在方式下进行，也可在 EISA 方式下进行。而且方式下进行。而且 在在 EISA方式下进行方式下进行 DMA 数据传输时，使用的数据总线和地址数据传输时，使用的数据总线和地址 总线都是总线都是32位的。

56、位的。（6）采用同步数据传送协议，）采用同步数据传送协议， 可支持常规的一次传送，可支持常规的一次传送， 也可支持突也可支持突 法方式即高速分组传送。法方式即高速分组传送。 37第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 11.4 局部总线局部总线 局部总线可看作是局部总线可看作是CPU总线和系统总线之间的一种总线。它具有总线和系统总线之间的一种总线。它具有较高的时钟频率和传输率，在一定程度上克服了系统总线的瓶颈问题，较高的时钟频率和传输率，在一定程度上克服了系统总线的瓶颈问题，提高了系统性能。提高了系统性能。 使用局部总线后，系统内有多条不同级别的总线，形成了使用局部总线后，系统内有多

57、条不同级别的总线，形成了 “ 分级分级总线结构总线结构 ”。在这种体系中，不同传输要求的设备。在这种体系中，不同传输要求的设备 “分类分类”连接在不同连接在不同性能的总线上，合理地分配系统资源，满足不同设备的不同需要。此性能的总线上，合理地分配系统资源，满足不同设备的不同需要。此外，局部总线信号独立于外，局部总线信号独立于CPU，处理器的更换不会影响系统结构。，处理器的更换不会影响系统结构。 现在常用的有现在常用的有 3 种局部总线：种局部总线：VESA 局部总线、局部总线、 PCI 局部总线、局部总线、AGP总线。总线。 38第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 一、一、 VES

58、A总线总线 1992年推出的年推出的VESA总线是一种总线是一种32位接口的局部总线，通常位接口的局部总线，通常 也称为也称为VL总线。它基于总线。它基于 80486 微处理机的微处理机的 32位局部总线，支持位局部总线，支持 16MHz66MHz 的时钟频率，其数据总线的宽度为的时钟频率，其数据总线的宽度为64位，地址位，地址 总线为总线为32位，数据传输率可高达位，数据传输率可高达267MB/s。 VESA局部总线接口卡参见图局部总线接口卡参见图11-4所示。与所示。与EISA总线一样，总线一样， VESA局部总线也是局部总线也是ISA总线的扩展，不同之处在于总线的扩展，不同之处在于 VE

59、SA 局部局部 总线没有在总线没有在 16位位 ISA总线连接器上增加任何器件，而是在总线连接器上增加任何器件，而是在 16位位 ISA总线连接器的后面增加了第总线连接器的后面增加了第3个连接器，即个连接器，即VESA连接器。连接器。 39第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 8位位ISAVESAVESA局部总线卡局部总线卡16位位ISA40第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 VESA局部总线上的连线与局部总线上的连线与EISA总线卡非常相似，总线卡非常相似，VESA局部总线局部总线还包括一个还包括一个32位地址和数据总线，用于将存储器和位地址和数据总线，用于将存储器

60、和I/O设备连接到微处设备连接到微处理器上。理器上。 VESA局部总线出现以后，虽然提高了计算机系统的整体性能，但局部总线出现以后，虽然提高了计算机系统的整体性能，但也存在一定的局限性。也存在一定的局限性。 主要表现在：主要表现在： （1）用户必须根据）用户必须根据 CPU 的速度及系统采用的扩展总线来选用的速度及系统采用的扩展总线来选用 特定的特定的VESA总线卡。总线卡。 （2）系统中的一个）系统中的一个VESA总线不能在多于两个总线不能在多于两个 VESA总线卡的总线卡的 情况下运行，否则将降低系统的性能。情况下运行，否则将降低系统的性能。 （3）由于其设计思想是低价格，）由于其设计思想