《第十二章总线》ppt课件

1、第十二章第十二章 总线与接口标准总线与接口标准12.1 概述概述 在微机系统中，利用总线实现芯片内部、印刷电路在微机系统中，利用总线实现芯片内部、印刷电路板各部件之间、机箱内各插件板之间、主机与外部设备板各部件之间、机箱内各插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信。总线是构成微型之间或系统与系统之间的连接与通信。总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设计好坏会直接影响计算机应用系统的重要技术，总线设计好坏会直接影响整个微机系统的性能、可靠性、可扩展性和可升级性。整个微机系统的性能、可靠性、可扩展性和可升级性。 采用标准总线可以简化系统设计、简化系统结构、采用标准总线可以

2、简化系统设计、简化系统结构、提高系统可靠性、易于系统的扩充和更新等等。提高系统可靠性、易于系统的扩充和更新等等。 2、总线标准、总线标准 为使不同供应商的产品间能够互换，给用户更多为使不同供应商的产品间能够互换，给用户更多的选择，总线的技术规范要标准化。的选择，总线的技术规范要标准化。总线标准（技术规范）包括以下几部分：总线标准（技术规范）包括以下几部分：机械结构规范：机械结构规范：模块尺寸、总线插头、总线接插件模块尺寸、总线插头、总线接插件以及按装尺寸均有统一规定。以及按装尺寸均有统一规定。功能结构规范：功能结构规范：确定引脚确定引脚名称与功能，以及其相互名称与功能，以及其相互作用的协议。是

3、总线的核心，通常包括如下内容：作用的协议。是总线的核心，通常包括如下内容： 数据线、地址线、读数据线、地址线、读/写控制逻辑线、时钟线和写控制逻辑线、时钟线和电源线、地线等；电源线、地线等； 中断机制；中断机制； 总线主控仲裁总线主控仲裁; 应用逻辑，如握手联络线、复位、自启动、休应用逻辑，如握手联络线、复位、自启动、休眠维护等。眠维护等。 电气规范：电气规范：总线每条信号线的有效电平、动态转总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力等。换时间、负载能力等。3. 接口接口(略略) 4.接口标准接口标准 接口标准是外设接口的规范，涉及接口信号线定接口标准是外设接口的规范，涉及接口信号线定义

4、、信号传输方向、拓扑结构，以及电气特性和机械义、信号传输方向、拓扑结构，以及电气特性和机械特性等。不同类型的外设，有不同的接口及接口标准，特性等。不同类型的外设，有不同的接口及接口标准，只有符合接口标准的外设，才能使用这种接口。因此，只有符合接口标准的外设，才能使用这种接口。因此，从传统的观念来看，不同接口标准是不能通用的。但从传统的观念来看，不同接口标准是不能通用的。但是，随着计算机技术的迅速发展，目前一些新型接口是，随着计算机技术的迅速发展，目前一些新型接口标准，如标准，如USB、IEEE1394等，和传统的接口标准不等，和传统的接口标准不同，允许同时连接不同的外设，具有公用性，因此，同，

5、允许同时连接不同的外设，具有公用性，因此，也将它们称作也将它们称作“外设总线外设总线”。5. 总线标准和接口标准的特点总线标准和接口标准的特点总线标准与接口标准在概念上是不同的，但是，往总线标准与接口标准在概念上是不同的，但是，往往把一些接口标准说成是总线标准。其实两者之间往把一些接口标准说成是总线标准。其实两者之间是有区别的，两种标准的特点如下：是有区别的，两种标准的特点如下：(1)总线标准的特点：总线标准的特点： 公用性同时挂接多种不同类型的功能模块；公用性同时挂接多种不同类型的功能模块； 在机箱内以总线扩展槽形式提供使用；在机箱内以总线扩展槽形式提供使用； 一般为并行传输；一般为并行传输

6、； 定义的信号线多且齐全，包括分离的数据、地址定义的信号线多且齐全，包括分离的数据、地址和控制线以及电源线。和控制线以及电源线。(2)接口标准的特点接口标准的特点 专用性，一般是一个接口只接一类或一专用性，一般是一个接口只接一类或一种设备；种设备； 一设在机箱外，以接口插头一设在机箱外，以接口插头(座座)形式提形式提供使用；供使用； 有并行和串行两种传输；有并行和串行两种传输； 定义的信号线少，且不齐全，一般是控定义的信号线少，且不齐全，一般是控制信号线、数据信号线、地址信号线共用。制信号线、数据信号线、地址信号线共用。二、总线的接口标准的分类二、总线的接口标准的分类1. 总线分类总线分类 总

7、线的分类方法很多，从总线的性质和应用总线的分类方法很多，从总线的性质和应用来看，可分成来看，可分成3大类。大类。 系统总线系统总线( (标准总线、板级总线）标准总线、板级总线）：微机内部各：微机内部各部件部件( (插板插板) )之间进行连接和传输信息的一组信号之间进行连接和传输信息的一组信号线，如线，如ISAISA总线等。总线等。 局部总线：局部总线：介于介于CPUCPU总线和系统总线之间的一级总线和系统总线之间的一级总线。它有两侧，一侧直接面向总线。它有两侧，一侧直接面向CPUCPU，另一侧面向，另一侧面向系统总线，分别由桥接电路连接。特点：数据传系统总线，分别由桥接电路连接。特点：数据传输

8、速度快输速度快( (原因：离原因：离CPUCPU总线更近总线更近) )。 局部总线又可分为局部总线又可分为3种种: 专用局部总线，是一些大公司为自己系专用局部总线，是一些大公司为自己系统开发的专用总线，无通用性。统开发的专用总线，无通用性。 VL总线总线(VESA Local BUS)，用于，用于486机型的一种过渡通用局部总线标准，目前已机型的一种过渡通用局部总线标准，目前已淘汰。淘汰。 PCI总线，先进的新的局部总线标准，目总线，先进的新的局部总线标准，目前高档微机普遍采用。前高档微机普遍采用。 通信总线：通信总线：又称为外总线，是系统之间或微机又称为外总线，是系统之间或微机系统与设备之间

9、进行通信的一组信号线。系统与设备之间进行通信的一组信号线。2. 接口标准的分类接口标准的分类(使用最多的外设使用最多的外设) 根据接口所连的设备的性质与功能来进行分类。根据接口所连的设备的性质与功能来进行分类。 (1) 传统的串传统的串/并接口标准并接口标准 (2) 通用外设接口标准通用外设接口标准 (3) 外存储设备接口标准外存储设备接口标准 (4) 图形显示器接口标准图形显示器接口标准 (5) 测试仪器接口标准测试仪器接口标准三、总线的组成三、总线的组成 微机总线主要由微机总线主要由数据总线数据总线、地址总线地址总线、控控制总线制总线、电源线和地线电源线和地线4部分组成。部分组成。 数据总

10、线数据总线。用于传输数据，采用双向三。用于传输数据，采用双向三态逻辑。态逻辑。ISAISA总线是总线是1616位数据线，位数据线，EISAEISA总线总线是是3232位数据线，位数据线，PCIPCI总线是总线是3232位或位或6464位数据位数据线。线。 总线中数据总线的宽度表示总线数据总线中数据总线的宽度表示总线数据的传输能力，反映了总线的性能。的传输能力，反映了总线的性能。 地址总线地址总线 是微机传送地址信息用的，采用单向三态逻是微机传送地址信息用的，采用单向三态逻辑。总线中的地址数目决定了该总线构成的微机辑。总线中的地址数目决定了该总线构成的微机系统所具有的寻址范围。例如，系统所具有的

11、寻址范围。例如，ISA总线为总线为24位位地址线，可寻址地址线，可寻址16MB。EISA总线有总线有32位地址位地址线，可寻址线，可寻址4GB。PCI总线有总线有32位或位或64位地址线。位地址线。 控制总线控制总线 提供系统操作所必需的控制信号，对提供系统操作所必需的控制信号，对操作过程进行控制与定时。操作过程进行控制与定时。 电源线和地线电源线和地线四、总线的性能参数四、总线的性能参数 总线时钟频率：总线时钟频率：总线工作频率，以总线工作频率，以MHzMHz表示，表示，它是影响总线传输速率的重要因素之一。总线信号它是影响总线传输速率的重要因素之一。总线信号中有一个中有一个CLKCLK时钟，

12、时钟，CLKCLK越高每秒钟传输数据的速度越高每秒钟传输数据的速度越快。越快。ISAISA、EISAEISA为为8MHz8MHz，PCIPCI为为33.3MHz33.3MHz， PCI-2PCI-2可达可达66.6MHz66.6MHz。 总线宽度：总线宽度：数据总线的位数，用位数据总线的位数，用位(bit)(bit)表示。表示。如总线宽度为如总线宽度为8 8位、位、1616位、位、3232位和位和6464位。例：位。例：S100S100为为8 8位，位，ISAISA为为1616位，位，EISAEISA为为3232位，位，PCI-2PCI-2可达可达6464位。位。总线宽度不会超过微处理器外部数

13、据总线的宽度。总线宽度不会超过微处理器外部数据总线的宽度。 总线传输速率总线传输速率 ：在总线上每秒钟传输的最大字在总线上每秒钟传输的最大字节数，节数，MB/s表示。表示。总线数据传输率总线数据传输率=(总线位宽总线位宽/8 )总线工作频率总线工作频率(MB/s)若总线工作频率为若总线工作频率为8MHz，总线宽度为，总线宽度为8位，则最位，则最大传输速率为大传输速率为8MB/s 。另。另PCI总线的总线频率总线的总线频率为为33.3MHz，总线宽度为，总线宽度为64位的情况下，总线位的情况下，总线数据传输率为数据传输率为266MB/s 。 同步方式：同步方式：总线工作方式有同步和异步之分。总线

14、工作方式有同步和异步之分。 多路复用：多路复用：数据线和地址线是否共用。数据线和地址线是否共用。 负载能力：负载能力：一般采用一般采用“可连接的扩展槽电路的数可连接的扩展槽电路的数量量”来表示。来表示。 信号线数：信号线数：表明总线拥有信号线的数目，是数据、表明总线拥有信号线的数目，是数据、地址、控制线的总和。地址、控制线的总和。 总线控制方式：总线控制方式：如传输方式，并发工作，设备自如传输方式，并发工作，设备自动配置，中断及仲裁方式。动配置，中断及仲裁方式。 其它性能：其它性能：电源电压等级是电源电压等级是5V还是还是3.3V，能否，能否扩展扩展64位宽度等。位宽度等。 P333表表12.

15、1 几种微型计算机总结性能参数几种微型计算机总结性能参数1.总线传输过程总线传输过程 挂在总线上的模块，通过进行信息交换。挂在总线上的模块，通过进行信息交换。系统总线的基本任务是保证数据能在总线上系统总线的基本任务是保证数据能在总线上高速可靠地传输。高速可靠地传输。总线上完成一次数据传输要经历总线上完成一次数据传输要经历4个阶段：个阶段： 申请申请(Arbitration)占用总线阶段。占用总线阶段。需要使用总线需要使用总线的主控模块的主控模块(如如CPU或或DMAC)。向总线仲裁机构提。向总线仲裁机构提出占有总线控制权的申请。由总线仲裁机构判别确出占有总线控制权的申请。由总线仲裁机构判别确定

16、，把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请定，把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。者。 寻址寻址(Addressing)阶段。阶段。获得总线控制权的主获得总线控制权的主模块，通过地址总线发出本次打算访问的从属模块，模块，通过地址总线发出本次打算访问的从属模块，如存储器或如存储器或I/O接口的地址。通过译码使被访问的接口的地址。通过译码使被访问的从属模块被选中，而开始启动。从属模块被选中，而开始启动。 传数传数(Aata Transferring)阶段。阶段。主模块和从主模块和从属模块进行数据交换。数据由源模块发出经数据属模块进行数据交换。数据由源模块发出经数据总线流入目的模块。对于读传

17、送，源模块是存储总线流入目的模块。对于读传送，源模块是存储器或器或I/O接口，而目的模块是总线主控者接口，而目的模块是总线主控者CPU；对于写传送，则源模块是总线主控者，如对于写传送，则源模块是总线主控者，如CPU，而目的模块是存储器或而目的模块是存储器或I/O接口。接口。 结束结束(Ending)阶段。阶段。主、从模块的有关信息主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它模块能继均从总线上撤除，让出总线，以便其它模块能继续使用。续使用。 对于只有一个总线主控设备的简单系对于只有一个总线主控设备的简单系统，对总线无需申请、分配和撤除。而对统，对总线无需申请、分配和撤除。而对于多于多C

18、PU或含有或含有DMA的系统，就要有总线的系统，就要有总线仲裁机构，来授理申请和分配总线控制权。仲裁机构，来授理申请和分配总线控制权。总线上的主、从模块通常采用以一定方式总线上的主、从模块通常采用以一定方式用握手信号的电压变化来指明数据传送的用握手信号的电压变化来指明数据传送的开始和结束，用同步、异步或半同步这开始和结束，用同步、异步或半同步这3种种方式之一实现总线传输的控制。方式之一实现总线传输的控制。2. 总线数据传输的握手方式总线数据传输的握手方式4种种 同步方式：同步方式：该方式使用一个该方式使用一个“系统时钟系统时钟”控控制数据传输的时间标准。制数据传输的时间标准。 同步总线所用的控

19、制信号是时钟振荡器，时同步总线所用的控制信号是时钟振荡器，时钟的上升沿和下降沿分别表示一个总线周期的开钟的上升沿和下降沿分别表示一个总线周期的开始和结束。典型的同步协定的定时信号如图所示。始和结束。典型的同步协定的定时信号如图所示。 同步系统的主要优点是简单，数据传送同步系统的主要优点是简单，数据传送由单一信号控制。然而，同步总线在处理由单一信号控制。然而，同步总线在处理接到总线上慢速的受控设备方面存在一系接到总线上慢速的受控设备方面存在一系列问题。如对于接到总线上的快慢不同的列问题。如对于接到总线上的快慢不同的受控设备，必须降低时钟信号的频率，以受控设备，必须降低时钟信号的频率，以满足总线上

20、响应最慢的受控设备的需要。满足总线上响应最慢的受控设备的需要。这样，即使低速设备很少被访问，它也会这样，即使低速设备很少被访问，它也会使整个系统的操作速度降低很多。使整个系统的操作速度降低很多。 对于具有不同存取时间的各种设备，是不适宜对于具有不同存取时间的各种设备，是不适宜采用同步总线协定的。因为这时总线要以最低速设采用同步总线协定的。因为这时总线要以最低速设备的速度运行。因此，如果对高速设备能具有高速备的速度运行。因此，如果对高速设备能具有高速操作，而对低速设备能具有低速操作，从而对不同操作，而对低速设备能具有低速操作，从而对不同的设备具有不同的操作时间，就可采用异步总线。的设备具有不同的

21、操作时间，就可采用异步总线。异步总线的定时信号及控制信号如图所示。异步总线的定时信号及控制信号如图所示。 在全互锁协定中阴影区表示的意义和同步协定在全互锁协定中阴影区表示的意义和同步协定中相同，建立时间至少要足以允许地址译码和缓中相同，建立时间至少要足以允许地址译码和缓冲器被选通。保持时间没有表示出来，然而它是冲器被选通。保持时间没有表示出来，然而它是存在的。通常保持时间是通过在存在的。通常保持时间是通过在WRITE完成之完成之后或对于后或对于READ是在总线上出现数据之后，延迟是在总线上出现数据之后，延迟SLAVE信号一个保持时间而被加进受控设备的。信号一个保持时间而被加进受控设备的。而主控

22、接收到受控信号的转变之后，使它的动作而主控接收到受控信号的转变之后，使它的动作推迟一个保持时间也同样可以把保持时间加到主推迟一个保持时间也同样可以把保持时间加到主控设备上。控设备上。 因为异步总线的传输延迟严重地限制了最高因为异步总线的传输延迟严重地限制了最高的频带宽度，因此，总线设计师结合同步和异步的频带宽度，因此，总线设计师结合同步和异步总线的优点设计出混合式的总线，即半同步总线，总线的优点设计出混合式的总线，即半同步总线，半同步总线的定时信号如图所示。半同步总线的定时信号如图所示。 4. 分离方式分离方式 为充分利用主、从模块通过数据总线传输为充分利用主、从模块通过数据总线传输数据的总线

23、空闲时间，将一个读周期分解成为数据的总线空闲时间，将一个读周期分解成为两个分离的子周期。把两个独立子周期之间的两个分离的子周期。把两个独立子周期之间的空闲时间给系统中其它主模块使用，从而大大空闲时间给系统中其它主模块使用，从而大大提高了总线的利用率，使系统的整体性能增强，提高了总线的利用率，使系统的整体性能增强，尤其对多微机系统更加有利。尤其对多微机系统更加有利。 分离式传输很适合于有多个主模块分离式传输很适合于有多个主模块(多个多个处理器或多个处理器或多个DMA设备设备)六、使用标准总线的优点六、使用标准总线的优点 简化了软硬件的设计简化了软硬件的设计 简化了系统结构。由于采用标准总线，简化

24、了系统结构。由于采用标准总线，各模块各模块(板板)之间只要挂在总线上就可以之间只要挂在总线上就可以构成微型计算机的硬件系统。构成微型计算机的硬件系统。 便于系统的扩充。只要按扩充的要求便于系统的扩充。只要按扩充的要求自行设计或直接购买适当的模块，插到自行设计或直接购买适当的模块，插到总线上即可。总线上即可。 便于系统的更新。便于系统的更新。七、总线的发展趋势七、总线的发展趋势 传输速率不断提高。除采用并行传输措施传输速率不断提高。除采用并行传输措施外，还引入突发外，还引入突发(burst)数据传输技术。此数据传输技术。此外，流水线技术，多级缓冲概念也广泛应用外，流水线技术，多级缓冲概念也广泛应

25、用于总线规范。为适应多媒体技术的发展，又于总线规范。为适应多媒体技术的发展，又引入音频视频总线，甚至在光计算机中，应引入音频视频总线，甚至在光计算机中，应用光传输总线。总线的传输速率从几用光传输总线。总线的传输速率从几MB/s发展到几百发展到几百MB/ s 。 降低功耗。降低功耗。 绿色芯片及绿色计算机绿色芯片及绿色计算机 功能结构不断调整更新。功能结构不断调整更新。八、总线的层次化结构八、总线的层次化结构1.PC总线的层次总线的层次3 个层次个层次微处理器总线微处理器总线(或称或称Host Bus) 局部总线局部总线(以以PCI总线为主总线为主)系统总线系统总线(如如 ISA总线总线)2.

26、总线桥及芯片组总线桥及芯片组桥桥 ：是一个总线转换器和控制器，不对称。：是一个总线转换器和控制器，不对称。北桥：用于实现各类微处理器总线到北桥：用于实现各类微处理器总线到PCI总线的连接，并允许相互通信。主要挂高总线的连接，并允许相互通信。主要挂高速设备。速设备。南桥：用于实现南桥：用于实现PCI总线到各类标准总线总线到各类标准总线(如如ISA、EISA等总线等总线)的连接，并允许相的连接，并允许相互通信。主要挂低速设备。互通信。主要挂低速设备。 处理器处理器高速缓冲器高速缓冲器Cache处理器总线与处理器总线与PCI总线桥接器总线桥接器Cache控制器控制器Memory控制器控制器主存储器主

27、存储器数据缓冲器数据缓冲器PCI ISA桥接器桥接器SCSI控控制器制器IDE控制器控制器PCI EISA桥接器桥接器图形加图形加速器速器PCI -PCI 桥接器桥接器Ethernet控制器控制器PCMCIA控制器控制器高速高速I/OI/O支持支持I/O支持支持基础基础I/O 软盘软盘键盘键盘串口串口并口并口游戏游戏声频声频PCI可选槽可选槽PCI总线总线EISA总线总线ISA总线总线PCI总线总线 处理器总线处理器总线第一级总线第一级总线第二级总线第二级总线第三级总线第三级总线思考题思考题(P402)1.微机总线有哪几种？微机总线有哪几种？2.评价一种总线的性能有哪几个方面评价一种总线的性能

28、有哪几个方面?3.总线数据传输的握手方式有哪几种？总线数据传输的握手方式有哪几种？各有何特点？各有何特点？12.2 系统总线系统总线(PC总线总线) PC总线又称为在板局部总线。总线又称为在板局部总线。即只是单即只是单板机上的板机上的I/O扩展总线，不支持多主扩展总线，不支持多主CPU的并行处理，不存在多的并行处理，不存在多CPU共享资源，不共享资源，不存在也不需要总线仲裁。存在也不需要总线仲裁。PC机采用开放式机采用开放式的结构，即在底板上设置一些标准扩展插的结构，即在底板上设置一些标准扩展插槽槽(Slot)，要扩充，要扩充PC机的功能，只要设计机的功能，只要设计符合插槽标准的适配器板，然后

29、将板插入符合插槽标准的适配器板，然后将板插入插槽即可。插槽即可。 ISA ISA是工业标准体系结构是工业标准体系结构(Industrial (Industrial Standard Architecture)Standard Architecture)的缩写，是一的缩写，是一种在原始种在原始IBM PCIBM PC引入的引入的8 8位总线结构，位总线结构，19841984年在年在IBM PC/ATIBM PC/AT中将其扩展到中将其扩展到1616位。位。ISAISA是现代个人计算机的基础，是目前市是现代个人计算机的基础，是目前市场上大多数场上大多数PCPC系统采用的主要体系结构。系统采用的主要

30、体系结构。 18位位ISA总线总线 主要用在早期的主要用在早期的IBM PC/XT计算机的底板上，计算机的底板上，共有共有8个个62芯的芯的I/O扩展插扩展插槽，引脚间隔为槽，引脚间隔为2.54mm。常称为常称为IBM PC总线或总线或PC/XT总线。各引脚的安总线。各引脚的安排如右图所示。排如右图所示。 1984年年IBM公司推出公司推出286机（机（AT机）机）时，将原来时，将原来8位的位的ISA总线扩展为总线扩展为16位位的的ISA总线，它保持原来总线，它保持原来8位位ISA总线的总线的62个引脚信号，以便原先的个引脚信号，以便原先的8位位ISA总总线适配器板可以插在线适配器板可以插在A

31、T机的插槽上。机的插槽上。同时为使数据总线扩展到同时为使数据总线扩展到16位，地址总位，地址总线扩展到线扩展到24位，而增加一个延伸的位，而增加一个延伸的36引引脚插槽。新增加的脚插槽。新增加的36个引脚排列如图所个引脚排列如图所示，各引脚功能列于教材示，各引脚功能列于教材P338图图12.2 。98根线分成根线分成5类：类：地址线地址线、数据数据线线、控制线控制线、时钟线时钟线、电源线电源线。1.地址线地址线SA0SA19和和LA17 LA23 SA0SA19 ： 是可锁存的地址信是可锁存的地址信号，号， LA17 LA23为非锁存的信号，为非锁存的信号，由于没有锁存延时，因而给外设由于没有

32、锁存延时，因而给外设插板提供了一条快捷途径。插板提供了一条快捷途径。 SA0SA19加上加上LA17 LA23加上加上可实现可实现16MB空间的寻址。空间的寻址。2. 数据线数据线SD0SD7为低为低8位数据线，位数据线，SD8SD15为高为高8位数据线。位数据线。3. 控制线控制线(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。AEN=1，表明处于，表明处于DMA控制周期控制周期AEN=0，表明，表明非非DMA控制周期控制周期(2)BALE：允许地址锁存，输出线。由系统总线控允许地址锁存，输出线。由系统总线控制器制器8288提供，作为提供，作为CPU地址的有

33、效标志，当地址的有效标志，当BALE为高电平时，将为高电平时，将SA0-SA19接到系统总线，接到系统总线，其下降沿用来锁存其下降沿用来锁存SA0-SA19。(3)IOR： I/O 读命令。读命令。(4)IOW：I/O 写命令写命令(5)SMEMR和和SMEMW：存储器读：存储器读/写命令，写命令，低电平有效，用于对低电平有效，用于对A0-A19这这20位地址寻址的位地址寻址的1MB内存的读内存的读/写操作。写操作。(6) MEMR和和MEMW：存储器读：存储器读/写命令，低写命令，低电平有效，用于对电平有效，用于对24位地址线全部存储空间读位地址线全部存储空间读/写操作。写操作。(7)MEM

34、 CS16和和I/O CS16：它们是存储器：它们是存储器16位片选信号和位片选信号和16位位I/O片选信号，分别指明当片选信号，分别指明当前数据传送是前数据传送是16位存储器周期和位存储器周期和16位位I/O 周期。周期。(8)SBHE：总线高字节允许信号，该信号有效：总线高字节允许信号，该信号有效时，表示数据总线上传送的高位字节数据。时，表示数据总线上传送的高位字节数据。(9)IRQ3-IRQ7和和IRQ10-IRQ15：用于作为来自：用于作为来自外部设备的中断请求输入线，分别连到主片外部设备的中断请求输入线，分别连到主片8259A和从片和从片8259A中断控制器的输入端。中断控制器的输入

35、端。(10) DRQ0-DRQ3和和DRQ5-DRQ7：来自外部设：来自外部设备的请求输入线，高电平有效，分别连到主片备的请求输入线，高电平有效，分别连到主片8237A和从片和从片8237A DMA控制器输入端。控制器输入端。 DRQ0优先级最高，优先级最高， DRQ7优先级最低，优先级最低， DRQ4用于级连，在总线上不出现。用于级连，在总线上不出现。(11)DACK0-DACK3和和DACK5-DACK7：DMA回回答信号，低电平有效。有效时，表示答信号，低电平有效。有效时，表示DMA请求请求被接受，被接受，DMA控制器占用总线，进入控制器占用总线，进入DMA周期。周期。(12)T/C:D

36、MA终未终未/计数结束，输出线。该信号是计数结束，输出线。该信号是一个正脉冲，表明一个正脉冲，表明DMA传送的数据已达到其程序预传送的数据已达到其程序预置的字节数，用来结束一次置的字节数，用来结束一次DMA数据块传送。数据块传送。(13)MASTER：输入信号，低电平有效。：输入信号，低电平有效。 ISAISA主模主模块确立信号，块确立信号，ISAISA发出此信号，与主机内发出此信号，与主机内DMACDMAC配合配合使使ISAISA卡成为主模块，全部控制总线。卡成为主模块，全部控制总线。(14)(14)RESET DRV：系统复位信号，输出线，高电：系统复位信号，输出线，高电平有效。此信号在系

37、统电源接通时为高电平，当所平有效。此信号在系统电源接通时为高电平，当所有电平都达到规定电平生就低，即上电复位时有效。有电平都达到规定电平生就低，即上电复位时有效。用它来复位和初始化接口和用它来复位和初始化接口和 I/O设备。设备。(15)(15)I/O CHCK: I/O I/O通道检查，输出线，代电通道检查，输出线，代电平有效。平有效。ISAISA卡奇偶校验错。卡奇偶校验错。(16) (16) I/O CHRDY： I/OI/O通道就绪，输入线，通道就绪，输入线，高电平表示高电平表示“就绪就绪”。ISAISA卡准备好，可控卡准备好，可控制插入等待周期。制插入等待周期。(17)(17)：OWS

38、：零等待状态信号，输入线。该信零等待状态信号，输入线。该信号为代电平时，无需插入等待周期。号为代电平时，无需插入等待周期。(18)(18)OSC/CLK：及电源及电源12V12V、 5V5V、地线等。、地线等。ISAISA总线的数据宽度为总线的数据宽度为1616位，工作频率为位，工作频率为8MHz8MHz，最大数据传输速率为最大数据传输速率为16MB/s16MB/s。1988年年9月月COMPAQ公司联合公司联合HP，AST，AT&T，TANDY，NEC等等9家计算机公司，家计算机公司，宣布研制一种新的总线标准，这种总线不宣布研制一种新的总线标准，这种总线不仅具有仅具有MCA(微通道结

39、构微通道结构)的功能，而且与的功能，而且与ISA结构完全兼容。这就是扩展的工业标结构完全兼容。这就是扩展的工业标准体系结构准体系结构EISA(Extended Industrial Standard Architecture)总线。总线。 为做到完全兼容，为做到完全兼容，EISA总线插座把总线插座把EISA总线的所总线的所有信号分成深度不同的上、下两层。上面一层包含有信号分成深度不同的上、下两层。上面一层包含ISA的全部信号，信号的排列、信号引脚间的距离以及信号的全部信号，信号的排列、信号引脚间的距离以及信号的定义规约与的定义规约与ISA完全一致。下层包含全部新增加的完全一致。下层包含全部新增

40、加的EISA信号，这些信号在横向位置上与信号，这些信号在横向位置上与ISA信号线错开。信号线错开。为保证为保证ISA标准的适配器板只能和上层标准的适配器板只能和上层ISA信号相连接，信号相连接，在下层的某些位置设置了几个卡键，用来阻止在下层的某些位置设置了几个卡键，用来阻止ISA适配适配器板滑入到深处的器板滑入到深处的EISA层；而在层；而在EISA的适配器板相应的适配器板相应卡键的位置上，则制作了大小相匹配的凹槽，从而保证卡键的位置上，则制作了大小相匹配的凹槽，从而保证EISA标准的适配器板能畅通无阻地插到深处层，和上标准的适配器板能畅通无阻地插到深处层，和上下两层信号相连接。下两层信号相连

41、接。为构成为构成EISA总线而增加到总线而增加到ISA总线上的主要信号线有：总线上的主要信号线有：BE0 BE3字节允许信号。这字节允许信号。这4个信号分别用来表示个信号分别用来表示32位数据总线上哪个字节与当前总线周期有关。它们位数据总线上哪个字节与当前总线周期有关。它们与与80386或或80486CPU上的上的功能相同。功能相同。M/IO 访问存储器或访问存储器或I/O接口指示。用该信号的不同接口指示。用该信号的不同电平，来区分电平，来区分EISA总线上是访问内存还是访问总线上是访问内存还是访问I/O接接口周期。口周期。 START起始信号。它有效表明起始信号。它有效表明EISA总线周期开

42、始。总线周期开始。 CMD定时控制信号。在定时控制信号。在EISA总线周期中提供定时总线周期中提供定时控制。控制。 LA2LA31地址总线。这些信号在底板上没有锁地址总线。这些信号在底板上没有锁存，可以实现高速传送，它们与存，可以实现高速传送，它们与BE0 BE3 一起，一起，共同对共同对4GB的寻址空间进行寻址。的寻址空间进行寻址。 D16D31高高16位的数据总线。它们与原位的数据总线。它们与原ISA总总线上定义的线上定义的D0D15共同构成共同构成32位数据总线。使位数据总线。使EISA总线具备传送总线具备传送32位数据的能力。位数据的能力。 MACKn总线认可信号。总线认可信号。n为相

43、应插槽号。利用为相应插槽号。利用该信号来表示第该信号来表示第n个总线主控器已获总线控制权。个总线主控器已获总线控制权。 MIREQn主控器请求信号。当总线主控器希望获主控器请求信号。当总线主控器希望获得总线时，发出此信号，用以请求得到总线控制得总线时，发出此信号，用以请求得到总线控制权。当然，该信号必须纳入总线裁决机构进行仲权。当然，该信号必须纳入总线裁决机构进行仲裁。裁。MSBUST： 该信号用来指明一个主控器有该信号用来指明一个主控器有能力完成一次猝发传送周期。能力完成一次猝发传送周期。SLBUST： 该信号用来指明一个受控器有该信号用来指明一个受控器有能力接受一次猝发传送周期。能力接受一

44、次猝发传送周期。 EX32、EX16：指示受控器是一块指示受控器是一块EISA标标准的板子，并能支持准的板子，并能支持32位或位或16位周期。若位周期。若一个周期开始，这两个信号都无效，则总线一个周期开始，这两个信号都无效，则总线变成变成ISA总线兼容方式。总线兼容方式。 EXRDY：该信号用来指示一个该信号用来指示一个EISA受控受控器准备结束一个周期。器准备结束一个周期。 EISA总线的数据传输速率可达总线的数据传输速率可达33MB/s，以这样高的速度进行，以这样高的速度进行32位位的猝发传输。因此很适合高速局域网、的猝发传输。因此很适合高速局域网、快速大容量磁盘及高分辨率图形显示，快速大

45、容量磁盘及高分辨率图形显示，其内存寻址能力达其内存寻址能力达4GB。EISA还可支还可支持总线主控，可以直接控制总线进行对持总线主控，可以直接控制总线进行对内存和内存和I/O设备的访问而不涉及主设备的访问而不涉及主CPU。四、四、 VESAVESA总线总线 随着随着80486和和Pentium等高性能等高性能CPU的问世，的问世，因其内部处理速度大大提高了，再加上集成高速因其内部处理速度大大提高了，再加上集成高速缓存和数字协处理器缓存和数字协处理器FPU，高速的，高速的CPU和内存访和内存访问同慢速问同慢速I/O操作成为操作成为PC技术中的瓶颈。多媒体技术中的瓶颈。多媒体的出现，对于图形和高速

46、显示提出能更快速传送的出现，对于图形和高速显示提出能更快速传送大量信息的要求。而这些问题大量信息的要求。而这些问题ISA和和EISA总线都总线都无法解决。为此，无法解决。为此， PC机领域出现两种比较优秀机领域出现两种比较优秀的局部总线，即的局部总线，即VESA(视频电子标准协会视频电子标准协会)的的VESA BUS和和PCI。具有局部总线的。具有局部总线的PC体系结构体系结构如图所示。如图所示。 VESA总线是总线是1992年年8月由月由VESA(视频电子标准协视频电子标准协会会)公布的基于公布的基于80486CPU的的32位局部总线。位局部总线。VESA总线支持总线支持16MHz到到66M

47、Hz的时钟频率，数据宽度为的时钟频率，数据宽度为32位，可扩展到位，可扩展到64位。与位。与CPU同步工作时，总线传同步工作时，总线传送速率最大为送速率最大为132MB/s，这对于需要快速响应的视，这对于需要快速响应的视频、内存及磁盘控制器等部件都可通过频、内存及磁盘控制器等部件都可通过VESA局部总局部总线连接到线连接到CPU上，使系统运行速度更快。但是上，使系统运行速度更快。但是VESA总线是一种在总线是一种在CPU总线基础上扩展而成的。这种总总线基础上扩展而成的。这种总线使线使I/O速度可随速度可随CPU的速度不断加快而加快。它是的速度不断加快而加快。它是与与CPU类型相关的，因此开放性

48、差，并且由于类型相关的，因此开放性差，并且由于CPU总线负载能力有限。目前总线负载能力有限。目前VESA总线扩展槽只支持总线扩展槽只支持3个设备。实际是个设备。实际是VESA总线并不是新标准，所有总线并不是新标准，所有VESA卡都占用一个卡都占用一个ISA总线槽和一个总线槽和一个VESA扩展槽。扩展槽。一、一、PCI总线的特点总线的特点1.PCI总线的特点总线的特点 (1)传输速率高。传输速率高。最大数据传输率为最大数据传输率为133MB/s，当数据宽度升级到，当数据宽度升级到64位，数据传位，数据传输率可达输率可达266 133MB/s，这是其它总线难以，这是其它总线难以比拟的。它大缓解了数

49、据比拟的。它大缓解了数据I/O瓶颈，使高性能瓶颈，使高性能CPU的功能得以充分发挥，适应高速设备数据的功能得以充分发挥，适应高速设备数据传输的需要。传输的需要。(2)多总线共存多总线共存 采用采用PCI总线可在一个系统中让多种总线并存，总线可在一个系统中让多种总线并存，容纳不同速度的设备一起工作。通过容纳不同速度的设备一起工作。通过HOST-PCI桥接桥接组件芯片，使组件芯片，使CPU总线和总线和PCI总线桥接，通过总线桥接，通过PCI-ISA/EISA桥接组件芯片，将桥接组件芯片，将PCI总线与总线与ISA/EISA总总线桥接，构成一个分层次的多总线系统，如图示。高线桥接，构成一个分层次的多

50、总线系统，如图示。高速设备从速设备从ISA/EISA总线上卸下来，移到总线上卸下来，移到PCI总线上，总线上，低速设备仍可挂在低速设备仍可挂在ISA/EISA总线上，继承原有资源，总线上，继承原有资源，扩大了系统的兼容性。扩大了系统的兼容性。微处理器微处理器高速缓冲存储器高速缓冲存储器Cache处理器总线与处理器总线与PCI总线总线桥接器桥接器(北桥北桥)主存储器主存储器SCSI控制器控制器IDE控制器控制器PCI 到到ISA桥接桥接器器(南桥南桥)图形加图形加速器速器PCI-PCI桥桥接器接器Ethernet桥接器桥接器I/O支持支持软盘软盘键盘键盘串口串口基础基础I/O 高速高速I/O 第

51、一级总线第一级总线 第二级总线第二级总线 第三级总线第三级总线 处理器总线处理器总线 PCI总线总线 ISA总线总线 (3)独立于独立于CPU。PCI总线不依附于总线不依附于某一具体处理器，即某一具体处理器，即PCI总线支持多总线支持多种处理器及将来发展的新处理器，在种处理器及将来发展的新处理器，在更改处理器品种时，更换相应的桥接更改处理器品种时，更换相应的桥接器组件即可。器组件即可。(4)自动识别与配置外设，用户使用自动识别与配置外设，用户使用方便。方便。(5)并行操作能力。并行操作能力。2. PCI总线的主要性能总线的主要性能 总线时钟频率总线时钟频率33.3MHz/66.6MHz。 总线

52、宽度总线宽度32位位/64位。位。 最大数据传输率最大数据传输率133MB/s(266 MB/s)。 支持支持64位寻址。位寻址。 适应适应5V和和3.3V电源环境。电源环境。二、二、PCI总线的主要性信号定义总线的主要性信号定义PCI总线标准所定义的信号通常分成总线标准所定义的信号通常分成。其信号线数有：其信号线数有： 必需信号线：主控设备必需信号线：主控设备49 条，目标设备条，目标设备47条。条。 可选信号线：可选信号线：51条条(主要用于主要用于64位扩展、中断请位扩展、中断请求、高速缓存支持等求、高速缓存支持等) 信号线总数：信号线总数：120条条(包括电源、地、保留引脚包括电源、地

53、、保留引脚等等)。 主设备是指取得了总线控制权的设备，主设备是指取得了总线控制权的设备，而被主设备选中进行数据交换的设备称为而被主设备选中进行数据交换的设备称为从设备或从设备或(节点节点)。作为主设备需要。作为主设备需要49条信条信号线，若作为目标设备，由需要号线，若作为目标设备，由需要47条信号条信号线，可选的信号线有线，可选的信号线有51条。利用这些信号条。利用这些信号线便可以传输数据、地址、实现接口控制、线便可以传输数据、地址、实现接口控制、仲裁用系统的功能。仲裁用系统的功能。PCI局部总线信号具局部总线信号具体定义可参考体定义可参考PCI标准说明。标准说明。 PCI 总线设备总线设备必

54、备的必备的可选的可选的AD31:00AD63:32C/BE3:0#C/BE7:4#PARPAR64REQ64ACK6464位总线位总线扩展信号扩展信号地址地址/数据线数据线TRDY#IRDY#STOP#DEVSEL#IDSEL接口控制信号接口控制信号PERR#SERR#REQ#GNT#CLK RST#错误报告信号错误报告信号 仲裁信号仲裁信号 系统信号系统信号LOCK64INTA#INTB#INTC#INTD#SBO#SDONE#TDI#TDOTCKTMSTRST#接口控制接口控制 中断信号中断信号 支持支持Cache的信号的信号 测试访问端口测试访问端口与边界扫描与边界扫描 图图12.6 P

55、CI局部总线信号局部总线信号三、三、PCI总线的微机系统结构总线的微机系统结构1. PC总线的层次总线的层次2. 3个层次：个层次： 微处理器总线微处理器总线(HOST BUS) 局部总线局部总线(以以PCI在线为主在线为主) 系统总线系统总线(如如ISA总线总线)2. 总线桥及支持芯片组总线桥及支持芯片组 采用采用PCI局部总线的微机系统与局部总线的微机系统与ISA系统不系统不同，它采用桥芯片的结构形式，系统的控制芯同，它采用桥芯片的结构形式，系统的控制芯片主要由北桥芯片和南桥芯片组成。其中北桥片主要由北桥芯片和南桥芯片组成。其中北桥芯片与芯片与CPU、内存储器、内存储器、L2Cache(二

56、级高速二级高速缓存缓存)、局部总线等高速设备相连，用来管理、局部总线等高速设备相连，用来管理微机系统中的高速设备；南桥芯片与微机系统中的高速设备；南桥芯片与IDE接口、接口、ISA总线等低速设备相连，用来管理微机系统总线等低速设备相连，用来管理微机系统中的低速设备。中的低速设备。 在现代微型计算机系统中，为了规范众多的外在现代微型计算机系统中，为了规范众多的外部接插件的不同接入标准和插头插座的形式，提出部接插件的不同接入标准和插头插座的形式，提出并实现了一种称为通用串行总线并实现了一种称为通用串行总线USB(Universal Serial Bus)的接口。的接口。 USB接口规范接口规范可满

57、足微型计算机应用中接口规范接口规范可满足微型计算机应用中的大多数慢速或中速及高速外设的智能连接，如键的大多数慢速或中速及高速外设的智能连接，如键盘、鼠标、盘、鼠标、MODEM、话筒、扬声器、电话、数字、话筒、扬声器、电话、数字相机及打印机等外部设备。相机及打印机等外部设备。USB 2.0 接口的数据传接口的数据传输率可高达输率可高达480MB/s。USB连线的最大连接长度为连线的最大连接长度为5m，最多可连接，最多可连接127个设备个设备(含主机、集线器含主机、集线器HUB和各功能节点，支持各种设备的智能配置。和各功能节点，支持各种设备的智能配置。 1. USB的特点的特点 USB所有相连的设

58、备都所有相连的设备都由由USB总线供电总线供电。 USB规范的另一个优点是规范的另一个优点是自我识别外设自我识别外设，这个特，这个特性大大简化了安装。性大大简化了安装。 USB设备设备可以进行热插拔可以进行热插拔，这就是说每次连接或，这就是说每次连接或断开一个外设时，不必关机或重新启动计算机。断开一个外设时，不必关机或重新启动计算机。 USB这样的接口带来的最大好处是这样的接口带来的最大好处是只需要只需要PC机机中的一个中断中的一个中断。2 2、USBUSB的拓扑结构的拓扑结构 PCI总线总线宿主机宿主机USB主控制器主控制器/根根高速高速电话电话高速高速显示器显示器高速高速集线器集线器高速高

59、速麦克风麦克风扬声器扬声器高速高速扬声器扬声器高速高速键盘键盘高速高速低速低速麦克风麦克风麦克风麦克风低速低速高速高速=480Mb/s低速低速=1.5Mb/s 二、二、 USBUSB系统系统的接口信号和电气特性的接口信号和电气特性 1 1、接口信号线、接口信号线 高高/低速低速USB收发器收发器(主机主机或集线器端或集线器端口口)高速高速USB收收发器发器(主机端主机端口或高速设口或高速设备备)+5vdcD+D-地地15K15K+3.03.6vdc1.5KD+D-高高/低速低速USB收发器收发器(主机主机或集线器端或集线器端口口)低速低速USB收收发器发器(低速设低速设备备)+5vdcD+D-

60、地地15K15K+3.03.6vdc1.5KD+D-USB数据线数据线USB数据线数据线 USB接口插头采用方形插座及插头，它有接口插头采用方形插座及插头，它有9针及针及4 针两种形式。针两种形式。4针针USB接口外形如图接口外形如图示。其插针的针脚定义如下。示。其插针的针脚定义如下。 引脚引脚1引脚引脚2引脚引脚3引脚引脚44针引脚的针引脚的USB接头外接头外设设9针针USB接口引脚定义：接口引脚定义：1. +5V2. DATA0-3. DATA0+4. GND5. NONE6. +5V7. DATA1-8. DATA1+9. GND4针针USB接口引脚定义：接口引脚定义：1. +5V电源引脚电源引