第5章 总线技术

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本章主要教学内容总线基本概念；常用系统总线特点和功能；常用局部总线特点和功能;外部设备总线特点和功能第5章总线技术

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本章教学目的及要求

通过学习:理解总线的基本概念熟悉微机总线的组成结构掌握常用系统总线、局部总线、外部设备总线，侧重其应用第5章总线技术

3第5章5-1概述

5.1.1总线的概念总线是微机系统中多个部件之间公用的一组连线。总线由许多传输线组成。微机采用总线技术的目的是为了简化硬软件系统设计。微机总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线用于芯片一级的互连；系统总线用于插件板一级的互连；外部总线用于设备一级的互连。4第5章5.1.2总线的结构1．单总线结构(CPU，主存，I/O)2．双总线结构(存储总线，I/O总线)3．多总线结构(主存总线，I/O总线，DMA总线，Cache总线)

5第5章5.1.3总线的分类1．按相对于CPU芯片的位置分类(内/外)2．按总线功能分类(AB,DB,CB)3．按总线的层次结构分类

6图5-1所示为常见微机总线层次典型结构。图5-1微型计算机总线层次结构示意图7第5章5.1.4总线性能及标准1．总线的特性(机械，电气，功能，时间)2．总线标准（规定总线特性及接口）3．总线的性能指标（宽度，传输率，总线频率，同步/异步，总线复用，总线控制方式(如仲裁方式)，负载能力等）

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5.1.5总线传输和控制1．总线传输的4个阶段（1）总线请求和仲裁阶段（2）寻址阶段（3）数据传送阶段（4）结束阶段2．总线传输控制方式（1）同步传输方式（2）异步传输方式(时间不定，需要起始和结束指示)

第5章9第5章5.2系统总线

5.2.1概述系统总线是微机主板上微处理器和外部设备之间进行通信时所采用的数据通道，可支持各种端口、处理器、RAM和其他部件。微机系统总线从性能上可分为低端总线和高端总线。（1）低端总线：支持8位、16位微处理器，主要功能是进行I/O处理。（2）高端总线：支持32位、64位微处理器，提高了数据传输率和处理能力,具备良好兼容性、支持高速缓存Cache、支持多微处理器以及可自动配置等特点。10第5章

5-2-2ISA总线

ISA总线是早期比较有代表性的总线。

IBM公司推出PC/XT和PC/AT个人计算机后，IEEE在1987年定义了工业标准体系结构（ISA），将PC/XT总线定义为8位ISA，将PC/AT总线定义为16位ISA。11第5章

ISA总线具有以下特点：支持8位、16位数据操作；可将PC/AT总线和PC/XT总线运行速度提升至8MHz；提供1KB的I/O空间、15级硬件中断、7级DMA通道、8个设备负载能力；总线中的地址、数据线采用非多路复用形式，使系统的扩展设计更为简便；12第5章

1.8位ISA总线也叫PC总线。支持8位数据传输和10位寻址空间，把CPU视为总线的惟一总控设备，其余外围设备均为从属设备。

8位ISA总线是一种开放式的结构总线，在总线母板上有8个系统插槽，用于I/O设备和PC机的连接。由于该总线具有价格低、可靠性好、使用灵活等特点，并且对插板兼容性好。13第5章

8位ISA总线引脚信号总共有62条。通过一个31脚分为A、B两面的连接插槽来实现，其中，A面为元件面，B面为焊接面。

8位ISA总线引脚信号具有20条地址线、8条数据线、若干控制信号线、电源、接地等接口信号线。14第5章2.16位ISA总线在62引脚总线基础上增加一个36引脚插槽，形成前62引脚和后32引脚两个插座，构成16位ISA总线。可利用前62引脚的插座插入与PC/XT总线兼容8位接口电路卡，也可利用整个插座插入16位接口电路卡。

16位ISA总线中新增加的36引脚插槽信号扩展了8位数据线、7位地址线、存储器和I/O设备的读写控制线、中断和DMA控制线、电源和地线等。15第5章

3.ISA总线的体系结构在利用ISA总线构成的微机系统中，当内存速度较快时，通常采用将内存移出ISA总线并转移到自己的专用总线——内存总线上的体系结构，如图5-5所示。16图5-5ISA体系结构17第5章

5-3局部总线5-3-1PCI总线

1．PCI总线概述

PCI总线是目前最常用的系统总线。该总线专门为Pentium系列芯片设计。

PCIV2.0版本支持32/64位数据总线，总线时钟为25～33MHz，数据传输率达132～264MB/s。

PCIV2.1版本支持64位数据总线，总线速度为66MHz，最大数据传输率达528MB/s。18第5章

2．PCI总线的特点（1）数据线和地址线复用。（2）提供两种工作信号环境，5V和3.3V。（3）允许32位与64位器件相互协作。（4）允许PCI局部总线扩展卡和元件进行自动配置，提供即插即用能力。（5）PCI总线独立于处理器，工作频率与CPU时钟无关，可支持多机系统。（6）PCI总线具有良好兼容性，可支持ISA、MCA、SCSI、IDE等多种总线。19第5章3.PCI总线信号的定义

PCI总线规定了两种PCI扩展卡及连接器：一种称为长卡，另一种称为短卡。长卡提供64位接口，插槽A、B两边共定义了188个引脚；短卡提供32位接口，插槽A、B两边共定义了124个引脚。

20第5章4.PCI总线的系统结构

PCI局部总线与Pentium机内部总线组合构成了多总线系统结构，典型的PCI系统如图5-6所示。21图5-6PCI总线系统结构25第5章

5-3-2AGP总线

1．AGP总线的特点（1）具有双重驱动技术。（2）总线上可实现地址/数据多路复用。（3）通过内存请求流水线技术对各种内存请求进行排队来减少延迟。（4）把图形接口绕行到AGP通道上，解决了PCI带宽问题。26第5章

2．AGP8X简介

AGP8X图形接口标准由Intel公司2000年8月推出。作为新一代AGP并行接口总线，在数据传输频宽上也是32位，但总线频率达了533MHz，数据传输带宽达到2.1Gbit/s。AGP8X主要特性：（1）减少操作延时（2）支持多接口27第5章

5.4外部设备总线5-4-1USB总线1.USB总线的特点（1）使用方便（2）速度加快（3）连接灵活（4）独立供电（5）支持多媒体28第5章

2.数据传输类型

USB规范中规定了4种不同的数据传输方式：（1）控制传输方式（2）同步传输方式（3）中断传输方式（4）批量传输方式29第5章3.USB总线的拓朴结构

USB设备和USB主机通过USB总线相连。USB的物理连接是一个星型结构，集线器（HUB）位于每个星形结构的中心，每一段都是主机和某个集成器，或某一功能设备之间的一个点到点的连接，也可以是一个集线器与另一个集线器或功能模块之间的点到点的连接。总线拓扑结构如图5-7所示。30图5-7USB的拓扑结构31第5章

4.USB系统的构成USB规范将USB分为5个部分：（1）控制器（2）控制器驱动程序（3）USB芯片驱动程序（4）USB设备（5）USB设备驱动程序32第5章5．USB总线的特性（1）电气特性（2）机械特性6．USB总线协议7．USB设备的接入和应用端口号信号典型电缆颜色端口号信号典型电缆颜色1VBUS红色4GND黑色2D－白色外皮屏蔽管线3D+绿色第一版USB1.0是在1996年出现的，速度只有1.5Mb/s；两年后升级为USB1.1，速度也大大提升到12Mb/s，至今在部分旧设备上还能看到这种标准的接口；2000年4月，目前广泛使用的USB2.0推出，速度达到了480Mb/s，是USB1.1的四十倍；如今八个半年头过去了，USB2.0的速度早已经无法满足应用需要，USB3.0也就应运而生，最大传输带宽高达5.0Gb/s，也就是625MB/s，同时在使用A型的接口时向下兼容。34第5章

5-4-2IEEE1394总线

IEEE1394是一种新型的高速串行总线。应用范围主要是那些带宽要求超过100Kbit/s的硬盘和视频外设，它允许把计算机、计算机外部设备如硬盘、光驱、打印机、扫描仪以及各种家电非常简单地连接在一起。35第5章

5-4-2IEEE1394总线1．IEEE1394的特点及系统结构2．IEEE1394的寻址3．IEEE1394协议36第5章5.5I2C总线

5.5.1I2C总线简介I2C总线是由Philips公司推出的一种芯片间的串行通信总线，广泛应用于单片机系统中，大大改变了单片机系统结构性能。目前Philips及I2C总线器件，除带有I2C总线的单片机、常用的通用外围器件外，在家电产品、电信、电视、音像产品中已发展了成套I2C总线器件，使得I2C总线系统得到了广泛的应用。

37第5章5.5I2C总线5.5.2I2C总线特性（1）二线传输。（2）系统中有多个主器件时，这些器件都可做总线的主控制器。（3）I2C总线传输时采用状态码的管理方法。（4）系统中所有外围器件及模块，采用器件地址和引脚地址的编址方法。（5）所有带I2C接口的外围器件都具有应答功能（6）I2C总线电气接口为开漏晶体管组成，开路输出没有连到电源的钳位二极管，而连到I2C总线的每个器件上，其自身的电源可以独立成线上各个结点，可在系统带电情况下接入或撤出。38第5章5.5I2C总线5.5.3I2C总线原理1．数据传输方式2．I2C总线的寻址约定39本章小结微机总线可分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部芯片与处理器间的总线，常用于CPU、存储器、I/O接口等芯片级互连。系统总线是微机各插