总线技术专业课件

1、总线技术1 精品PPT 第10章 总线技术10.1 基本概念10.2 常用的系统总线2 精品PPT 10.1 基本概念总线（BUS），是指在计算机系统中的各部件之间、设备与设备之间传递信息的一组公用的信号线。微型计算机系统中的各种操作，如CPU与存储器之间是数据传递、CPU内部的寄存器操作、CPU的中断操作等，无不通过总线进行信息的交换。 3 精品PPT 10.1.1 总线的分类计算机系统中，任何总线均包括数据总线、地址总线和控制总线的三总线结构。按PC机系统的不同层次结构划分，总线可分为内部总线、系统总线和外部接口总线。 4 精品PPT 1内部总线 片内总线是在集成电路芯片内部，用来连接各功

2、能单元的信息通路。例如CPU芯片中的内部总线，它是ALU寄存器和控制器之间的信息通路。 2局部总线 局部总线是部件（插件板）内各芯片之间互连的总线，又称芯片级总线。它是中央处理器模块或一个很小系统所用的总线。例如CPU及其支持芯片与其局部资源之间的通道。这些资源可以是在板资源，也可以是插在板上局部总线扩展槽上的功能扩展板上的资源。如PC系列机中的8位ISA、16位ISA、EISA、VESA和PCI等总线标准。5 精品PPT 3系统总线 系统总线又称内总线，它是指模块式微型计算机箱内的底板总线，用来连接构成微型机的各插件板。可以是用来扩展某块CPU板的局部资源，或是总线上所有CPU板扩展共享资源

3、之间的通信通道。4外部总线外部总线又称通信总线，它是微机系统与系统之间、微机系统与外部设备或微机系统和仪器仪表之间的通信通道。这种总线的数据传输方式可以是并行或串行。例如，串行通信的RS-232C总线、用于硬磁盘接口的IDE、SCSI；用于连接仪器仪表的IEEE.488；用于并行打印机的Centronic总线等。6 精品PPT 10.1.2 总线传输信息的方式计算机系统的传输接口可以分为有线连接传输与无线传输两种。有线连接传输包括串行传送、并行传送，有线连接传输的输入输出接口在设计上，必须考虑到几个因素。如电平匹配，防止连接时干扰的产生。无线传输接口包括有红外线、GSM、GPRS、IEEE80

4、2.11与蓝牙模块等，这些无线的传输接口用途很广泛。 7 精品PPT 1串行传送串行传送的主要优点是只需一条传输线，因此成本较低廉，这对长距离传输来说是很重要的。在外部总线中通常采用串行传送方式。8 精品PPT 2并行传送 并行传送一般采用多位同时传送，因此其速度要比串行传送方式快得多。微型计算机系统中的内部总线一般都采用并行传送方式。9 精品PPT 10.1.3 总线通信方式总线通信方式也称总线数据传输方式，是指共享总线的设备之间如何进行通信联络实现数据传输。总线上的通信方式通常有两种：同步方式和异步方式。10 精品PPT 9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2022/7/112022

5、/7/11Monday, July 11, 202210、低头要有勇气，抬头要有低气。2022/7/112022/7/112022/7/117/11/2022 10:52:59 PM11、人总是珍惜为得到。2022/7/112022/7/112022/7/11Jul-2211-Jul-2212、人乱于心，不宽余请。2022/7/112022/7/112022/7/11Monday, July 11, 202213、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2022/7/112022/7/112022/7/112022/7/117/11/202214、抱最大的希望，作最大的努力。11 七月 2022202

6、2/7/112022/7/112022/7/1115、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。七月 222022/7/112022/7/112022/7/117/11/202216、业余生活要有意义，不要越轨。2022/7/112022/7/1111 July 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2022/7/112022/7/112022/7/112022/7/111同步通信同步通信方式是指通信双方（主从模块之间）使用统一的时钟信号来同步数据传输过程中的每一个步骤，即以该统一时钟作为双方动作的时间标准。每一个部件何时发送数据，何时接收数据均在统一的时钟控制下进行，所以同步通信可以

7、具有较高的传输速率。同步通信方式适用于通信距离较短各部件的工作速度比较接近的情况，因为在同步通信中，任何两台设备（或部件）间的通信都作相同的时间安排，若是速度慢了，不能与同步时钟或通信对方相配合，就会出现数据错误。 12 精品PPT 9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2022/7/112022/7/11Monday, July 11, 202210、低头要有勇气，抬头要有低气。2022/7/112022/7/112022/7/117/11/2022 10:52:59 PM11、人总是珍惜为得到。2022/7/112022/7/112022/7/11Jul-2211-Jul-2212、人

8、乱于心，不宽余请。2022/7/112022/7/112022/7/11Monday, July 11, 202213、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2022/7/112022/7/112022/7/112022/7/117/11/202214、抱最大的希望，作最大的努力。11 七月 20222022/7/112022/7/112022/7/1115、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。七月 222022/7/112022/7/112022/7/117/11/202216、业余生活要有意义，不要越轨。2022/7/112022/7/1111 July 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍

9、要自强不息。2022/7/112022/7/112022/7/112022/7/112异步通信 异步方式也叫应答方式，通信双方没有统一时钟信号，通信时，主模块（源部件）在发出信息的同时还发有本设备的时间标志（也称请求信号），只有当对方（即模块或目标部件）发回应答确认信号后，主模块才开始下一个信息的发送。 该方式是具有较高的可靠性，适用于那些工作速度差异较大的设备（部件）间的通信，对总线长度也没有严格的要求。实际中得到广泛的应用。 14 精品PPT 10.1.4 总线的性能指标（1）总线的带宽总线的带宽指总线上每秒传输的最大字节量，以MB/s为单位，即每秒多少兆个字节(B)。（2）总线的位宽总线

10、的位宽指总线能够同时传输的数据位数，如通常所说的16位、32位、64位等总线宽度。总线的带宽与总线的位宽成正比。（3）总线的工作频率总线的工作频率也称为总线的时钟频率，以MHz为单位。它是协调总线上各种操作时钟信号的频率；总线的位宽是同时传送的数据位数(16位、32位、64位等)；总线的带宽是单位时间内传送的数据量，也就是总线位宽和总线工作频率的乘积。工作频率越高，总线的带宽就越宽。以上三者的关系可用下式表示：总线带宽(总线位宽/8)总线工作频率(MB/s)假如总线工作频率为88MHz，位宽为8位(bit)，则其最大传输率（带宽）为88MB/s。对于32位总线，工作频率为66MHz，则总线带宽

11、：32/866=264MB/s。15 精品PPT 10.2 常用的系统总线系统总线是系统板与外围设备之间的信息通道。在微机中系统总线的种类很多，有PC总线、ISA总线、MCA微通道总线、EISA总线、VESA局域总线、PCI总线、ASUS多媒体总线和APG总线，目前采用最多的是PCI总线，最为流行的是AGP/PCI-E总线。16 精品PPT 10.2.1 PC总线PC总线是IBMPC机和XT机中采用的总线标准，用于8位的数据传送。它的最大通信速率为5MB/s，有62根引脚，可以插入符合PC总线的各种扩展板。PC总线有8根双向数据线、20根地址线以及控制线、状态线等。17 精品PPT 10.2.

12、2 ISA总线 工业标准体系结构，在PC总线基础上发展而来，最高工作频率为8MHz，24根地址线，16位数据线，拥有大量接口卡，历经286、386、486和Pentium几代微机。18 精品PPT EISA总线在结构上与ISA兼容，保护了原有投资。同时又充分发挥32位微处理器的功能。它支持32位地址，可寻址4GB地址空间，32位数据宽度，工作频率为8.3MHZ，数据传输率可达33MB/S。EISA总线19 精品PPT 10.2.3 局部总线CPU 性能提高（80486） 数据传输率提高图形模式数据量增加（Windows) 需要高速总线系统总线：信息都经过CPU,向下兼容时任何部件都应能挂总线。

13、局部总线：快速响应部件（内存、显示、硬盘、网卡等）脱离系统总线接到局部总线上。 局部总线（Local Bus）是CPU周围的接口，以CPU相应速度传送，不改变系统的基本结构。两标准：VL、PCI20 精品PPT 1. VL Bus Video Electronic Standards Association ,VESA VESA Local Bus数据速度为32位，可扩展为64位。DB与AB直接与CPU相连：速度快，负载重、VL总线插槽不超过 3个，防止CPU负载太重、过热烧毁。每个插槽上可有一个总线主控设备。总线速度可达66MHz，VESA设备限速为40MHz。数据传输率可达132MB/sV

14、L卡比其它接口卡长，前端是MCA类插槽（高速33MHz）， 后端是ISA插槽（低速8MHz）。标准规范不完备，不兼容；只能用于80486，不能用于Pentium21 精品PPT 2. PCI局部总线PCI插槽是基于PCI局部总线(Pedpherd Component Interconnect，周边元件扩展接口)的扩展插槽，其颜色一般为乳白色，位于主板上AGP插槽的下方，ISA插槽的上方。其位宽为32位或64位，工作频率为33MHz,最大数据传输率为133MB/sec(32位)和266MB/sec(64位)。可插接显卡、声卡、网卡、内置Modem、内置ADSL Modem、USB2.0卡、IEE

15、E1394卡、IDE接口卡、RAID卡、电视卡、视频采集卡以及其它种类繁多的扩展卡。PCI插槽是主板的主要扩展插槽，通过插接不同的扩展卡可以获得目前电脑能实现的几乎所有功能，是名副其实的“万用”扩展插槽。 22 精品PPT PCI总线PCI总线的特点是： 高性能传输。支持10台外设，总线带宽高(硬盘数据传输率达33MB/s，网络数据传输率达100MB/s，图形数据传输率达200MB/s)。 自动配置功能。PCI总线最突出的特点是能自动识别外部设备(即插即用)；实时性强(播放声音和图像时，声音和画面能连续、平滑地变化)；复合性好(播放声音和图像时，能保持同步与协调)。 通用性强，适用面广。PCI

16、的设计不依赖于CPU，不仅适用于现在的微型计算机，也可用于将来的机型；既可用于5V环境，也可用于3.3V环境；支持64位寻址；软件兼容性好，PCI部件和驱动程序可通用于各种不同的平台。23 精品PPT 24 精品PPT 二、PCI信号定义2. PCI总线系统接口信号 CLK IN：PCI系统总线时钟 最高33MHz/66MHz，最低0Hz。PCI大部分信号在CLK的上升沿有效。2.地址与数据接口信号 AD31:00 T/S：它们是地址、数据多路复用的输入/输出信号25 精品PPT C/BE3:0# T/S：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线 PAR T/S：针对AD31:00和C/BE3:

17、0#进行奇偶校验的校验位 在FRAME#有效的第1个时钟，AD31:00上传送的是32位地址，称为地址期 。在IRDY#和TRDY#同时有效时，AD31:00上传送的为32位数据，称为数据期。二、PCI信号定义6.3.226 精品PPT 二、PCI信号定义 STOP# S/T/S：从设备发出的要求主设备终止当前的数据传送的信号。 LOCK# S/T/S：锁定信号 IDSEL IN：初始化设备选择信号 DEVSEL# S/T/S：设备选择信号 3.接口控制信号 FRAME# S/T/S：帧周期信号 IRDY# S/T/S：主设备准备好信号 TRDY# S/T/S：从设备准备好信号 6.3.227

18、 精品PPT 4.仲裁接口信号 REQ# T/S：总线占用请求信号 GNT# T/S：总线占用允许信号 5.错误报告接口信号 PERR# S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号 SERR# O/D：系统错误报告信号 6.中断接口信号 PCI有4条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#、INTD# ，电平触发，多功能设备可以任意选择一个或多个中断线，单功能设备只能用INTA#。二、PCI信号定义6.3.228 精品PPT 7. 64位总线扩展信号 AD63:32 T/S：扩展的32位地址和数据多路复用线 C/BE7:4# T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线 REQ64# S/T

19、/S：64位传输请求信号 ACK64# S/T/S：64位传输允许信号 PAR64 T/S：奇偶双字节校验 二、PCI信号定义6.3.229 精品PPT 三、PCI插槽和PCI扩展卡6.3.21.PCI插槽 5V 32位插槽5V 64位插槽3.3V 32位插槽3.3V 64位插槽连接卡口a. 4种PCI卡插槽A1外内A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b. 5V32位PCI插槽30 精品PPT 6.3.22.PCI插卡 ICICIC1.9160.9612.741.680外边里边31 精品PPT 四、PCI总线命令 表 3.3 PCI总线命令表C/BE3:0#命令类

20、型说明C/BE3:0#命令类型说明0000中断响应1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O读(从I/O端口地址中读数据)1010配置读0011I/O写(向I/O端口地址中写数据)1011配置写0100保留1100存储器多行读0101保留1101双地址周期0110存储器读(从内存空间映像中读数)1110存储器行读0111存储器写(向内存空间映像中写)1111存储器写并无效6.3.232 精品PPT 6.3.2五、 PCI总线协议 1PCI总线的传输控制 遵循的管理规则：FRAME#和IRDY#定义了总线的忙/闲状态。 11空闲、00数据、10最后一个数据、01等待状态。(2) 一旦

21、FRAME#信号被置为无效，在同一传输期间不能重新设置。(3) 除非设置IRDY#信号，一般情况下不能设置FRAME#信号无效。(4) 一旦主设备设置了IRDY#信号，直到当前数据期结束为止，主设备一般不能改变IRDY#信号和FRAME#信号的状态。33 精品PPT 6.3.2基于PCI总线的微机系统 34 精品PPT 10.2.5 AGP总线AGP是Accelerated Graphics Port（图形加速端口）的缩写，是显示卡的专用扩展插槽，它是在PCI图形接口的基础上发展而来的。AGP规范是英特尔公司解决电脑处理(主要是显示)3D图形能力差的问题而出台的。 35 精品PPT AGP的含

22、义是加速图形端口，AGP插槽可以插入AGP显示卡。AGP总线是基于Pentium的平台上，专为提高视频带宽而设计的总线标准，设计的核心是在PC机上实现高性能的3D图像。AGP总线的主要特点有： AGP总线的位宽是32位，工作频率为双66MHz，数据读写采用流水线操作。AGP总线有1、2和4三种工作方式，总线带宽分别为266MB/s、532MB/s和1064MB/s。 AGP总线有两种工作模式。一种是直接内存访问(DMA)模式，另一种是直接内存执行(DIME)模式。AGP在直接内存执行模式时，3D图形数据不占用帧缓冲区，而是越过PCI总线，直接使用系统内存，完全取代显示卡的显示缓存，这种技术称为

23、统一内存体系结构(UMA)。AGP可以直接对系统内存中的纹理图像进行处理。 AGP总线采用多路信号分离技术，并通过边带寻址(SBA)，在时钟的上升沿和下降沿可同时存取数据。 AGP总线采用并行操作，允许在CPU访问内存的同时，AGP显示卡访问AGP内存。36 精品PPT 10.2.4 RS-232C串行通信总线 EIA RS-232C串行通信总线实际上是一个串行总线接口标准，是美国电子工业联合会（DCE）开发的，广泛应用于计算机之间、计算机与终端或外设间的串行数据传送，它对串行接口中的连接器规格、引线信号名称、功能、信号电平等均作了统一规定，所以，也称它是一个串行通信协议。该标准目前广泛应用于

24、微机串行通信中。串行总线具有节省传输线和方便利用现存的通信信道(如电话线)的优点，所以它适用于长距离或远程数据通信。 37 精品PPT 1RS-232C串行通信的数据格式RS-232C以串行方式传送数据格式如图10-4所示。串行数据的发送首先是1个起始位，起始位为0，数据位可以是58位，数据从最低有效位发送；在数据位后有奇偶校验位（可以选择奇校验、偶校验或无校验）；最后是停止位，停止位为1（可以是1位、1位半或2位）。所以，串行方式传送数据是7位ASC码的数据连续传送。以一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束，起始位为低电平，停止位为高电平，以此构成一帧信息。每帧信息之间允许有不定长

25、度的空闲位，空闲位为1，是传号(MARK)。38 精品PPT 2RS-232C串行通信的信息传输方式RS-232C串行总线标准定义了串行传送的数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的接口信息。其信息传输方式根据数据传输方向的不同分为3种。 单工。数据只能按一个固定的方向传输。仅适用远程通信，单工通信采用两线制。 半双工。通信双方分时发送或接收，通信线路简单，但通信效率低，是一种经济实用的传输方式。半双工通信也采用两线制。 全双工。通信双方可以同时发送和接收，通信效率及数据传输速度很高。全双工通信一般采用四线制。39 精品PPT 10.2.5 USB接口通用串行接口总线USB(Uni

26、versal Serial Bus)是将串口、并口等不同接口统一起来，使其成为一种可共享、可扩充、使用方便的串行总线，并且不会损失带宽。USB是串行接口，可即插即用，适用多媒体数据的传送模式。USB接口连接方便，可提供功率有限的电源。USB的传送速率最高可达12MB/s，且其价格便宜。它既可用于低速的外部设备，如键盘、鼠标等，也可用于中速装置，如打印机、数码相机、调制解调器、扫描仪等。40 精品PPT 1USB通用串行总线 USB电缆。采用4芯电缆，外层有保护套。USB电缆有两根电源线(VBus和GND)；有两根信号线(D+和D-) 。 USB连接器。USB插头和插座都具有四个触点，并有屏蔽的

27、外壳，以及规定的坚固性和易于插拔的特性。 USB的数据传输。 USB2.0标准，数据传输率提高到480MB/s，适用于高速外围设备(如闪存盘、移动式硬盘等)。 41 精品PPT 2USB的主要特点USB总线主要有集线器和功能设备两种类型。 USB集线器(HUB)。是USB体系结构中的关键设备，可将单接入端口转换为多重接入端口。集线器有一个上行端口和多个下行端口，上行端口用于连接集线器和主机，下行端口用于连接其他集线器或功能设备。集线器可以发现下行端口上的设备插入和移出操作，并为下行设备分配电源。用USB连接的外设数目最多达127个，从主装置开始可以经由5层集线器进行菊花链连接，用户不必担心要连

28、接的装置数目受限制。 USB功能设备。能够从USB总线接收或发送数据或控制信息，向系统提供特定功能的设备，称为功能设备。如USB鼠标、游戏操纵杆、USB显示器、USB扫描仪、USB打印机、USB网卡、USB音箱和USB视频相机等。低功耗的装置可从总线获得电源。42 精品PPT 2USB的主要特点 USB有同步、中断、大批量等三种数据传送模式。同步传送主要用于数码相机、扫描仪等中速的外部设备；中断传送供键盘、鼠标等低速装置使用；大批量传送则供打印机、调制解调器等不定期传送大量数据的中速装置使用。 USB利用NRZ-1编码方式使数据获得同步，其特点是容易实现同步，但由于没有时钟信号，所以数据的可维

29、护性差。43 精品PPT 10.2.6 IEEE 1394串行接口总线IEEE 1394是高速串行总线接口，用来作为快速而且大量的数据传输，也称为Firewire。支持即插即用和带电热插拔的功能，接口传输速率较高，适于连接高速设备，如高分辨率扫描仪、高分辨率数码相机、DV便携摄相机、VCD、DVD播放机、视频电话、机顶盒、高速驱动器等。44 精品PPT 10.2.7 蓝牙模块（Blue tooth）蓝牙(Blue tooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术。利用蓝牙模块，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。现在无线局域网产品已经陆续支持蓝牙技术。45 精品PPT 蓝牙模块主要由三个部分所组成，分别是无线传输收发单元、基带处理单元以及数据传输接口，如图10-10所示。 图10-10蓝牙模块架构图当蓝牙无线信号由无线传输收发单元接收后，会将信号数据传送到基带处理单元，进行无线信号处理的工作。处理好的数字信号通过数据传输接口，传送到嵌入式系统微处理器之中进行数字数据处理的工作。46 精品PPT