第9章微机总线

第1节总线概述第2节ISA总线第3节PCI总线第4节通用串行总线USB第5节高速串行总线IEEE1394第6节其它总线简介第9章微机总线19.1总线概述如果将各个部件以及每一个外设分别用一组线路与CPU直接相连，连线将会非常复杂，甚至难以实现。常用一组线路，配置适当的接口电路，与各部件和外设连接，这组共用的线路就成为总线。使用总线可以简化系统结构；便于部件和设备的扩充；通过制定统一的总线准则还可以使不同设备间实现互联。29.1.1总线的分类1）

按总线的功能分类地址总线数据总线控制总线2）

按总线的层次结构分类CPU总线存贮总线系统总线外部总线33）

按总线在微机系统中的位置分类机内总线：上面介绍的各类都是机内总线。机外总线（PeripheralBus—外设总线），指与外部设备接口的总线，实际上是一种外设的接口标准。目前在PC机上流行的接口标准有：IDE、SCSI、USB和IEEE1394四种。注意：CPU总线、存储总线、外部总线在系统板上，不同的系统采用不同的芯片集，因此这些总线也不完成相同。他们不存在互换性的问题。系统总线总是与I/O扩充插槽相连，I/O扩充插槽中可插入各种扩充板卡，作为各种外设的适配器与外设相连。因此系统总线必须有统一的标准，以便和各类外设相连。要讨论的总线就是系统总线，各类总线标准也主要指系统总线标准。45）

局部总线分类专用局部总线，是一些大公司，如NEC、Dell、HP等，为自己系统开发的专用总线，用于图形处理、网络传输等。它们是非标准的，不能通用，也不被广大兼容机采用。PCI总线4）

系统总线的分类ISA，是IBM公司为286/AT电脑制定的总线工业标准。也称为AT标准。PCI，是SIG集团推出的总线结构。1992年起，先后有Intel、IBM、Apple等著名的厂商加盟重新组建。AGP，即加速图形端口。是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范。59.1.2总线的主要参数总线的带宽：指的是一定时间内总线上可传送的数据量，即常说的每秒钟传送多少MB的最大稳态数据传输率。总线的位宽：指的是总线能同时传送的数据位数，即常说的32位、64位等总线宽度的概念。总线的工作时钟频率：以MHz为单位，工作频率越高则总线工作速度越快，也即总线带宽越宽。69.2

ISA总线9.2.1ISA总线的主要性能指标7I/O地址空间0100H-03FFH24位地址线可直接寻址的内存容量为16MB8/16位数据线62+36引脚最大位宽16位(bit)最高时钟频率8MHz最大稳态传输率16MB/s中断功能DMA通道功能开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源89.2.2ISA总线信号定义99.3

PCI总线9.3.1PCI总线的主要性能指标(1)支持10台外设(2)总线时钟频率33.3MHz/66MHz(3)最大数据传输速率133MB/s(4)时钟同步方式(5)与CPU及时钟频率无关(6)总线宽度32位（5V）/64位（3.3V）(7)能自动识别外设(8)特别适合与Intel的CPU协同工作10典型的PCI系统结构11典型的PCI系统结构129.3.2PCI总线的信号定义139.3.3PCI总线的新发展当前PCI总线的最高版本是2.2版。Intel推出的新一代PCI总线规范称为PCI-X及PCI-X2.0，主要适用于133MHz总线时钟频率及更高的台式机主板。3GIO是Intel开发下一代I/O，后来Intel将3GIO1.0的技术规范移交给PCI-SIG审核，并且获得了这个组织的正式命名——PCIExpress。与PCI相比，PCIExpress导线数量比PCI减少了将近75％，在同一系统内能够以不同频率运行，而且能够延伸到系统之外，这是PCI无法做到的。它采用点对点技术，能够为每一设备分配独享通道，而PCI是所有设备共享同一条总线资源。149.4通用串行总线USB

USB(UniversalSerialBus)总线是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于PC机与外围设备的互联。9.4.1USB总线概述15USB总线的功能特点USB系统只有一个端口和一个中断，节省了系统资源。USB支持热插拔(HotPlug)USB支持即插即用（PnP）USB在设备供电方面提供了灵活性USB提供全速12Mbps和低速1.5Mbps的速率USB提供了4种不同的数据传送类型具有很高的容错性能16USB2.01999年2月，Compaq,HewlettPackard,Intel,Lucent,Microsoft,NECandPhilips这7家厂商联合制定了USB2.0的产品规格。USB2.0将设备之间的数据传输速度增加到了480Mbps，快过USB1.x的40倍。在高速的前提下一样保持了USB1.X的优秀特色后，更是保证了向下兼容。179.4.2USB系统的组成原理1）USB的拓扑结构182）USB的物理接口USB线缆与电阻的连接19典型USB功能器件结构209.5高速串行总线IEEE1394IEEE1394(即IEEE1394a)是一种串行接口标准，这种接口标准允许把电脑、电脑外部设备、各种家电非常简单地连接在一起。从IEEE1394可以连接多种不同外设的功能特点来看，也可以称为总线，即一种连接外部设备的机外总线。IEEE1394的原型是运行在AppleMac电脑上的FireWire(火线)，由IEEE采用并且重新进行了规范。21IEEE1394的主要性能特点采用“级联”方式连接各个外部设备。1394在一个端口上最多可以连接63个设备.采用基于内存的地址编码，具有高速传输能力。采用64位的地址宽度(16位网络ID，6位节点ID，48位内存地址)采用点对点结构(peertopeer)。任何两个支持IEEE1394的设备可以直接连接，不需要通过电脑控制安装方便且容易使用。允许热即插即用，不必关机即可随时动态配置外部设备22IEEE1394的工作模式IEEE1394标准定义了两种总线数据传输模式：Backplane模式支持12.5、25、50Mbps的传输速率；Cable模式支持100、200、400Mbps的速率。IEEE1394可同时提供同步(Synchronous)和异步(Asynchronous)数据传输方式2003年10月，IEEE1394b问世，它把传输速率提高到800Mbps～3.2Gbps，同时最大距离从原来的5米延伸至100米。23IEEE1394和USB的比较IEEE1394a规范的传输速度为100～400Mb/s；USB传输速度12Mb/s；IEEE1394的拓扑结构中，不需要集线器（Hub）就可连接63台设备；USB必须通过Hub来实现多重连接，每个Hub有7个连接头，整个USB网络中最多可连接127台机器，而且一定要有电脑的存在，作为总的控制；PC97标准已经纳入了USB规范；支持1394的外设产品也为数甚少；249.6其它总线简介SCSI(SmallComputerSystemInterface):即小型计算机系统接口。SCSI也是系统级接口,可与各种采用SCSI接口标准的外部设备相连,如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和磁带驱动器等。98年9月，发表了基于Ultra3SCSI的Ultra160/m接口标准，进一步把数据传输率提高到160MB/sSCSI接口卡和SCSI硬盘的价格高昂，通常用在高档服务器上

25高速图形显示总线AGPAGP（AcceleratedGraphicsPort）即加速图形端口；

AGP从PCI的132MB/s提高到266MB/s（×1模式）或者532MB/s（×2模式）…8×模式已正式推出(2.13GB/s)；严格说来，AGP不能称为总线，因为它是点对点连接，即连接控制芯片和AGP显示卡；AGP在主内存与显示卡之间提供了一条直接的通道；

26IDE接口IDE(IntegratedDeviceElectronics)即集成设备电子部件；IDE是由Compaq公司开发并由WesternDigital公司生产的控制器接口；IDE采用了40线的单组电缆连接；IDE实际上是系统级的接口,也称IDE为ATA接口(AT-Attachment:AT嵌入式接口)；UltraDMA100、UltraDMA133及SATA接口标准；串行ATA已经超过了现有的最快的ATA133；串行ATA第一代标准允许数据传输的最大速率约为150MB/s；27下一代高速总线PCIExpressPCIExpress导线数量比PCI减少了将近75%在同一系统内能够以不同频率运行，而且能够延伸到系统之外采用点对点技术，能够为每一设备分配独享通道32线PCIExpress的带宽达到了6．6GB/s比现在最快的PCI-X快6倍，每线带宽至少是PCI-X的12倍28下一代高速总线HyperTransportHyperTransport是一种为主板上集成电路互联而设计的总线技术应用于服务器、工作站、网络转换器以及嵌入式应用设备由AMD公司研制成功，主要是面向IT业和电信行业，但对任何需要速度快、响应时间短的应用都适用HyperTransport的峰值带宽可以达到12.8GB/s目标是提供比目前的技术更宽的带宽和更短的反应时间，并与标准的PC总线相兼容29下一代高速总线InfiniBandInfiniBand