微型计算机原理与及接口技术(第二版)第六

微型计算机原理与接口技术

（第二版）第六章总线技术

第一节总线概述总线（BUS）是微型计算机各功能部件之间实现互连的一组公共信号线，用作相互间信息交换的公共信道。总线在物理形态上就是一组公用的导线，是各种信号线的集合。为了在各模块间实现系信息交换和信息共享，总线由传输信息的物理介质和一套管理信息传输的通用规则所构成。它是计算机中传送信息代码的公共通信线，在微型计算机系统中，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、主机与外部设备间或系统与系统之间的连接与通信。微机系统采用了总线以后，不仅可以提高系统的效率和处理速度，简化微机的系统结构，使系统易于扩充，而且可以大大简化系统硬件的设计过程，减轻了软件的设计和调试工作，缩短了软件研制周期，从而降低了系统的成本。总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设计质量的高低将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。一．总线标准（一）．总线规范的基本内容总线标准是国际正式公布或推荐的互连各个模块的标准，它是把各种不同的模块组成计算机系统(或计算机应用系统)时必须遵守的规范。总线标准为计算机系统(或计算机应用系统)中各模块的互连提供了一个标准界面，该界面对界面两侧的模块而言都是透明的。每个总线标准都必须有详细和明确的规范说明，一般包括如下几部分：1．机械结构规范。规定模板尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格及位置。2．功能结构规范。确定引脚名称、定义、功能与逻辑关系,以及其相互作用的协议进行说明。功能结构规范是总线的核心，通常以时序及状态描述信息交换与流向，说明信息的管理规则。总线功能结构规范包括内容：①数据线、地址线、读／写控制逻辑线、时钟线和电源线、地线等；②中断机制；③总线主控仲裁；④应用逻辑，如握手联络线，复位、自启动等。3．电气规范。规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。（二）.PC总线的负载能力

所谓总线的负载能力即驱动能力，是指当总线接上负载(接口设备)后必须不影响总线输入输出的逻辑电平。PC总线中的输出信号，在输出低电平时要吸收电流(由负载流入信号源)，以IOL表示，这时的负载能力就是指当它吸收了规定电流时，仍能保持逻辑低电平。输出高电平的负载能力以IOH表示，这是一个由信号源流向负载的输出电流，当输出电流超过规定值时，输出逻辑电平会降低，甚至变到阈值以下。对于输入信号来说，系统总线就成了I／O插件板的负载，当输入低电平时总线向插件板灌人电流，以IIL表示。要求插件板在流人了这个电流后，还能向总线输出一个正确的低电平。驱动电路还要给总线接收电路提供输入高电平时的电流，记为IIH。当总线上所接负载超过总线的负载能力时，必须在总线和负载之间加接缓冲器或驱动器，最常用的是三态缓冲器，其作用是驱动和隔离。

(三)．总线的性能指标

1．总线的传输率

总线的传输率指的是单位时间内总线上可传送的数据字节数。单位是字节／秒(B／s)或兆字节／秒(MB／s)。

2．总线的宽度

总线的宽度指的是总线能同时传送的数据位数，即我们常说的16位、32位、64位等总线宽度的概念。在工作频率固定的条件下，总线的传输率与总线的宽度成正比。

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。它是指用于协调总线上的各种操作的时钟信号的频率。工作频率越高则总线工作速度越快，也即总线传输率越高。总线传输率取决于总线宽度和工作频率，总线宽度越宽，工作频率越高，则总线传输率越大。当然，单方面提高总线的宽度或工作频率都只能部分提高总线的带宽，并容易达到各自的极限。只有两者配合才能使总线的带宽得到更大的提升。总线传输率的计算公式如下：

总线传输率BW＝(总线宽度／8)×总线时钟频率／每个存取周期的时钟数例如，总线时钟频率为66MHz的32位总线，若每两个时钟周期完成一次总线存取操作，则总线带宽＝32／8×66／2＝132MB／s。

二总线分类 按着总线传送的信息的类别，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。按总线在微机结构中所处的不同层次位置上分类，总线可分为4类。

1．片内总线片内总线在集成电路芯片内部，用来连结各功能单元的信息通路，例如CPU芯片中的内部总线，它是算术逻辑运算单元ALU、寄存器和控制器之间的信息通路。过去这种总线是由芯片生产厂家设计的。微机系统的设计者和用户并不关心。但是随着微电子学的发展，出现了专用集成电路ASIC技术，用户可以按自己的要求借助CAD技术，设计自己的专用芯片。这种情况下，用户就必须掌握片内总线技术。2．片间总线（Chipbus）各类微处理器的引脚信号即片间总线，例如8086／8088CPU的地址线、数据线和控制线等即构成该芯片的片间总线。在一个较小系统中，系统主机板上的CPU、存储器、接口电路等，各种不同器件连接在一起的总线；用于芯片级互连。片间总线又称在板局部总线或组件级总线（芯片总线）。这种总线限制在一块印刷电路板内，实现在印刷电路板内各芯片和各元器件之间连接的公共信号线即是总线，例如CPU及其支持芯片与其局部资源之间的连接，必须使用片间总线。片间总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线。3．内总线(SystemBus)内总线又称为系统总线，或称为板级总线，或称为微机总线。它是微机系统所特有的总线；用于模板级互连。这是指模块式微型计算机机箱内的底板总线，用来连接构成微型机的各插件板。它可以是多处理机系统中各CPU板之间的通信信道，也可以是用来扩展某块CPU板的局部资源，或为总线上所有CPU板扩展共享资源之间的通信信道。内总线常用的有STD总线、MULTIBUS总线，PC/XT总线，PC/AT总线等，32位微机总线，如MCA总线、VME总线、EISA总线等。系统总线对微机设计者和微机应用系统的用户来说都是很重要的。选择具有标准化和开放性总线的计算机系统，通过适当选择各种模块构成符合要求的计算机系统，是当前选择微机应用系统的趋势。在使用各种插件板来组成和扩充微机系统时，就要选择适当的系统总线，并且严格按照总线的规范来设计制作插件板。本章主要讲解PC机的系统总线。4．外总线(ExternalBus)外总线又称为通信总线，它用于微机系统与系统之间，微机系统与外部设备如打印机、磁盘设备或微机系统和仪器仪表之间的通信信道。这种总线数据传输方式可以是并行(如打印机)或串行。数据传输速率比内总线低。不同的应用场合有不同的总线标准。例如，串行通信的EIA—RS232C总线，RS—485总线，用于硬磁盘接口的IDE，SCSI，用于连接仪器仪表的IEEE一488，VXI总线，现场总线。用于并行打印机的centronics等总线。这种总线非微型计算机专有，一般是利用工业领域的已有标准。微机的系统结构是总线结构。总线连接方法广泛用于微机系统的各个连接层次上，从大规模集成电路芯片内部(如微处理器的内部总线)，主机板中微处理器、存储器及I／O接口电路之间，主机模板与各种接口模板之间(控制领域常称一块具有特定功能的印刷电路板为模板,简称为“板”)，直到微机系统之间以及微机系统与外部设备之间。各总线之间的关系如图6.1所示。它是一个利用系统总线组成的工业控制微机的典型结构。三.总线数据传输通讯协定挂在总线上的模块有两种工作方式：主控方式和从方式。模块工作于主控方式时,可以控制总线并启动信息传送，工作在主控方式的模块叫做总线主控模块(主设备)。主控模块对总线具有控制能力，例如CPU和DMA控制器。工作于从方式时只能按主模块的要求工作。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。系统总线的数据传输是在主控模块的控制下进行的，而总线的从模块（从设备）则没有对总线的控制能力，从模块只能接收和执行总线主模块发来的命令，并对总线传来的信号进行地址译码。从总线主控设备申请使用总线到数据传送完毕的整个过程，要经过总线请求、总线仲裁、寻址、传送数据、检错和发出数据出错信号几个步骤。总线控制线路包括总线仲裁逻辑、驱动器和中断逻辑等。总线上完成一次数据传输要经历以下4个阶段。①申请(arbitration)占用总线阶段。需要使用总线的主控模块(如CPU或DMAC),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定，把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。②寻址(addressing)阶段。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，③数据传输(datatransfeting)阶段。主模块和从模块进行数据交换。④结束(ending)阶段。主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它模块能继续使用。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。而对于多CPU或含有DMA的系统，就要有总线仲裁机构，来受理申请和分配总线控制权。总线传输的控制有以下3种方式：同步方式、异步方式和半同步方式。(一).同步方式传输

图6.2同步总线协定定时信号总线上的部件通过总线进行信息传送时，用一个公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步方式传输。在该方式下使用一个系统时钟作为控制数据传输的时间标准。主设备和从设备进行一次数据传输其所用的时间称为一个总线周期（或者传输周期）。一个总线周期的时间是是固定的。在同步方式中，由于采用了公共时钟，每个部件什么时候发送或接收信息都由统一的时钟规定，所以，同步通讯具有较高的传输频率。同步总线所用的控制信号仅是时钟振荡器，时钟的上升沿和下降沿分别表示一个总线周期的开始和结束。挂在总线上的处理器、存储器和外围设备都是由同一个时钟振荡器所控制，以使这些模块能步调一致地操作，即一个周期一个周期地随着控制线上的时钟信号的标志而展开。典型的同步协定的定时信号和受控设备的内部结构如图所示。总线时钟信号用来使所有的模块同步在一个共同的时钟基准上。同步系统的主要优点是简单，数据传送由单一信号控制。由于同步方式对任何两个设备之间的通讯都给予同样的时间安排。因而，就总线长度来讲，必须按距离最长的两个设备的传输延迟来设计公共时钟，以满足最长距离的要求；就部件速度来讲，必须按速度最慢的部件来设计公共时钟，以适应最慢部件的需要。因此，同步通讯适用于总线上各部件之间的距离以及各部件的速度比较接近的情况。（二）异步方式传输

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备的速度运行。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，从而对不同的设备具有不同的操作时间，就可采用异步传输方式。异步传输总线的定时信号及控制信号如图6.3所示。这种总线有两个控制信号，即由主控来的CLOCK和受控来的WAIT信号，它们起着异步总线REQ和ACK的作用，但传输延迟是异步总线的一半，这是因为成功的握手只需要一个来回行程。对于快速设备，这种总线本质上是由时钟信号单独控制的同步总线。如果受控设备快得足以在一个时钟周期内作出响应的话，它就不发WAIT信号，这时的半同步总线像同步总线一样的工作。如果受控设备不能在一个周期内作出响应，则它就使WAIT信号变高，而主控暂停。只要WAIT信号高电平有效，其后的时钟周期就会知道主控处于空闲状态。当受控设备能响应时,它使WAIT信号变低，而主控运用标准同步协定的定时信号接收受控设备的回答。这样，半同步总线就具有同步总线的速度和异步总线的适应性。

第二节IBMPC/XT和PC/AT系统总线

PC机采用开放式的结构，即在底板上设置一些标准扩展插槽(slot)，要扩充PC机的功能，只要设计符合插槽标准的适配器板，然后将板插入插槽即可。这些插槽又称为PC总线。随着CPU的更新换代，PC总线也随之变化。下面对PC机发展过程中形成的几种总线标准作简要介绍。一.IBMPC/XT总线(一)总线.结构PC／XT总线的信号是当前总线种类中最为精简者，在充分了解各种信号的功能及应用的目的后，对于更复杂的扩展总线系统就能更深入探究。总线在PC／XT机的底板上共有8个插槽，称为IBMPC/XT总线。PC／XT总线在每个插槽（扩展槽）配有62个引脚,代表各种不同的信号。每—个插槽对应的管脚均有相同的意义。因此，所有的接口卡可插于任何一个插槽上。引脚间隔为2．54mm。各引脚的安排如图6．5所示。除了供特殊需要的±12V电源外，其它的任何信号均与TTL的逻辑电平兼容。若为输出信号，至少可以驱动两个低功率LS负载。PC/XT的总线62根引线包括8根数据线、20根地址线、21根控制线、2根状态线和11根辅助线及电源线。图6.5是PC总线62芯插槽的信号引脚名称。现将PC/XT总线各信号的意义分述如下：1.地址线(20根)A19～A0：地址输出信号，用来寻址系统总线相连接的存储器和I／O端口。在系统总线周期中A19～A0由微处理器驱动，在DMA周期由DMA控制器驱动。2.数据线(8根):D7～DO3.控制线(21根)⑴ALE:地址锁存允许输出信号，高电平有效。⑵IRQ2～IRQ7：中断请求输入信号。IRQ2(即B4端子)是用户中断请求的引入端，IRQ7级别最低。这6个输入信号用来产生系统总线对8088微处理器的中断请求。这些信号直接送至处理器插件上的8259A中断控制器。⑶IOR：I／O端口读信号，输出，低电平有效。IOR有效，将选中的I／O端口中的数据读到数据总线上。⑷IOW：I／O写信号，输出，低电乎有效。IOW有效，把数据总线上的数据写入选中的I／O端口。它是在8088启动的总线周期中由8288总线控制器驱动的，指明数据总线的数据要写入地址总线选中的端口，端口要利用这个信号的上升沿来锁存数据。⑸MEMW：存储器写信号，这是—个低电平有效的输出信号。此信号有效，将数据总线上的数据写入选中的内存单元。⑹MEMR：存储器读信号，该信号是一个低电平有效的输出信号。此信号有效，用来请求从存储器读取数据。⑺DREQl～DREQ3；DMAC信道1～3的DMA请求信号，输入，高电平有效，由请求服务的I／O端口发出，其中DREQl(即B18端子)是留给用户使用的CHlDMA请求引入端。I／O设备可以升高DRQ线电平来提出DMA请求。⑻DACK0～DACK3：DMAC信道0～3的DMA响应信号，由DMA控制器发出，低电平有效。

⑼AEN：地址允许信号，输出，高电平有效。AEN=1，进行DMA传送。AEN=0，无DMA传送。⑽T／C：计数结束信号，输出，高电平有效。由DMA控制器发出，当任意一个DMA信道计数结束时，发出有效的T／C脉冲。⑾RESETDRV：复位驱动器，系统复位信号。它在系统接通电源后保持有效高电平，直到所有的电平都达到其规定的工作范围才失效。4．状态线(2根)（1）I/OCHCK：I／O信道奇偶校验出错信号，这是低电平有效的输入信号。用于检查接口插件出错情况，当此信号为低电平，表示I／O通道上的设备出现奇偶校验错，产生非屏蔽中断(NMI)。（2）I／OCHRDY：I／O信道准备就绪信号，输入，高电平有效。当扩展槽上连接有低速的存储器或I／O接口卡时，可使该信号为低电平，用来延长总线周期，插入TW状态。二．ISA总线(PC/AT总线)

PC／AT总线是在PC／XT总线的基础上扩展而成的16位总线。以80286作为微处理器的PC／AT机，使用1SA总线。1SA总线又称AT总线。ISA总线的数据宽度为16位，工作频率为8MHz，数据传输率最高为8MB／s。AT总线在PC/XT总线(62芯插槽)的基础上增加了一个36芯的副插槽，使数据线增加到16根，地址线增加到24根，可以寻址16MB地址空间。也就是说，AT总线的主插槽与PC/XT总线是兼容的。美国电子和电气工程师协会IEEE成立了一个专门委员会，并且确定以PC/AT总线为标准，称之为工业标准体系结构ISA，所以AT总线又称为ISA(industrystandardarchitecture)总线。386SX档次以下的兼容机大都采用AT总线结构。(一).ISA总线62芯插槽引脚信号分布与功能定义与PC总线基本相同，分为5类：1．时钟与定时⑴．OSC：周期为70ns的振荡信号。⑵．CLK：频率为6MHz，周期为167ns的系统时钟。⑶．RESETDRV：复位信号。⑷．OWS：零等待状态输入，通知CPU无需插入等待周期即可完成当前总线操作。在XT机的62脚插座中B8位置是一个保留位，未被使用。在AT机中，该位置是一个名为OWS的输入信号。2．数据线SD7～SD0：8根双向数据线。3．地址线SAl9～SAO：20根地址线，提供对存储器和I／O端口寻址。4.控制线⑴BALE：由8288总线控制器提供，允许锁存来自CPU的有效地址。⑵AEN：禁止CPU和其它I／O端口使用系统总线，允许DMA控制器控制地址总线、数据总线和读／写命令线，进行DMA传送。⑶IRQ9，IRQ3～IRQ7：I／O端口的中断请求线，IRQ9优先级最高(由于AT机中IRQ2用作从片8259的中断申请，因此IRQ2不出现在62芯插槽引脚中)，IRQ9(B4端子)即是用户的中断请求输入端。⑷DRQl～DRQ3：I／O端口的DMA请求线。⑸DACK1～DACK3：DMA响应回答信号线。⑹T／C：当任意一个DMAC信道计数结束时，由DMA控制器发出。⑺IOR：I／O端口读命令。⑻IOW：I／O端口写命令。⑼SMEMR：存储器读命令，仅对低于1MB的存储空间有效。⑽SMEMW：存储器写命令。仅对低于1M的存储空间有效。XT机的62脚插座中Bl1和B12的MEMW和MEMR在AT机的相同位置上，是功能完全相同的两个信号，但在AT机中，信号名分别为SMEMW和SMEMR，这两个信号仅对低于1M的存储地址有效。⑿I/OCHCK：I／O信道奇偶校验出错信号。⒀I／OCHRDY：I／O信道准备好信号。⒁REFRESH：用以表明刷新周期。IBMPC／AT有单独的刷新电路，用REFRESH表明刷新周期，该信号也可由I／O通道上的微处理器来驱动。5．电源与地线

+5V，-5V，+12V，-12V，GND

(二).ISA总线36芯插槽引脚ISA总线扩展槽将主插槽62脚与插座一起使用，才真正构成16位数据总线。36脚副插槽共分为4类：1．数据线

SDl5～SD8：数据总线高字节，双向数据线，和SD7～SD0一起构成16位数据总线。2．地址线

LA23～LAl7：非锁存地址线，这些信号在ALE为高电平时有效。这些信号是用于对系统内的存储器进行寻址的。它们使系统能有16MB的寻址能力。3．控制线⑴SBHE：数据高字节允许信号。该信号有效表明数据传送在数据总线上的高字节D15～D8进行。16位设备用SBHE控制数据总线缓冲区，使之连接于SD15～SD8。⑵MEMCS16：存储器16位的的片选信号,低电平有效。如果总线上的某一存储器卡要传送16位数据,则必须产生个有效的低电平MEMCS16信号，该倌号加到系统板上通知主板实现16位数据传送。⑶I/OCS16：I/O端口的16位的片选信号。该信号有效，表示当前的数据传送周期是具有一个等待状态的16位I／O端口读写周期。它由地址译码来驱动。该信号为低电平有效输入信号，并且由集电极开路或三态门来驱动(拉电流能力20mA)。⑷IRQl0～IRQl2，IRQl4～IRQl5：中断请求信号。这些信号同IRQ3～IRQ7及IRQ9，一起构成扩展槽总线中的中断申请信号。⑸DRQ0，DRQ5～DRQ7：DMA请求信号，DRQ0为最高级。这些信号与DRQ1～DRQ3一起构成I／O通道的DMA请求信号。(6)DACK0，DACK5～DACK7：DMA应答信号，低电平有效。⑺MASTER：主控信号,输入低电平有效。利用该信号，可以使总线插板上设备变为总线主控器，用来控制总线上的各种操作。⑻MEMR：存储器读命令，对所有的存储空间执行存储器读周期时有效。该信号指示存储设备将其数据送上数据总线。MEMR可被系统内任一微处理器或DMA控制器所驱动，在I／O通道上的微处理器驱动MEMR时，它必须在总线上有一个系统周期的地址线有效时间。这是一个输入／输出双向信号。⑼MEMW：存储器写命令，对所有的存储空间执行存储器写周期时有效。该信号指示存储器存储当前数据总线上的数据，MEMW在存储器写周期有效。MEMW可由系统内任一微处理器或DMA所驱动。当在I／O通道上的微处理器想驱动MEMW时，它必须在总线上有一个系统周期的地址线有效时间。这是一个输入／输出双向信号。4.电源和地线该插座有+5V电源，地线GND。(三).ISA总线时序：IBMPC／AT的一个16位总线周期由三个时钟周期组成，大约500ns，其中2个时钟周期是80286所要求的，另由IBMPC／AT的设计而自动插入一个等待周期。其目的主要是为了降低对动态存储器或外围接口芯片的要求。AT机对8位数据端口的读写需要6个时钟周期，其中4个等待周期是AT机自动插入的，这样8位端口的一个读写周期是1μs，与XT机的I／O端口周期相同，因此，把对XT机所设计的I／O插件板直接用于AT机，仍能正常工作。根据AT总线制定的ISA标准中，16位总线的处理器时钟上限一般是8MHz左右，其8位输入输出总线周期是16位输入输出总线周期的两倍。随着集成技术的发展，微处理器的时钟频率越来越高，但只要是ISA总线，16位总线时钟频率仍限定在8MHz左右。在ISA总线中有两组存储器读写控制信号，一组是SMEMR和SMEMW、另一组是MEMR和MEMW。其中的SMEMR和SMEMW与PC／XT总线中的MEMR和MEMW有相似的功能，它们与地址A19～A0相配合，在1MB的范围内对存储器进行寻址及读写控制。由于A19～A0对整个存储器读写周期有效，利用这些信号进行存储器控制电路的设计简单，而且可做到PC／XT及ISA总线的兼容，但这组信号只寻址1MB的存储器空间。对于更大容量的存储器寻址，应该利用ISA总线LA23～LA17地址信号线进行寻址，同时读写控制要使用MEMR和MEMW。由于没有对LA23～LA17进行地址锁存，这组地址线仅在ALE为高时有效．ALE下降沿并没有锁存它们，使它们变为无效。为了保护LAl7～LA23产生的译码信号，ALE下降沿时，将这些地址译码信号锁存，用被锁存的译码信号来选通存储器单元，并与MEMR或MEMW一起控制存储器的读写。为了进行的存储器读写操作，必须使用MEMCS16这个信号。利用对存储器地址的译码信号经过驱动器送ISA总线对应的MEMCS16管脚上去。ISA总线的使用过程中，MEMCS16信号在地址有效的特定时间内被驱动去执行一个16位的操作。16位存储器读写总线周期时序，如图6.7所示。2．16位I/O端口读写时序若一个外设支持16位的读写操作，为了进行16位的I／O端口读写，必须使用ISA总线扩展槽内I/OCS16信号线。这个信号不仅说明I/O设备支持16位数据，它还允许总线占有者执行一个很短的隐含操作周期，I/OCS16信号直接对A15～A0端口地址线译码，不需要任何其他命令信号的参与。

与ISA总线16位存储器读／写总线周期类似，I/OCSl6必须在地址有效后的规定时间内被驱动有效，以执行16位的I/O操作，有效的I/OCS16信号的产生时序如图6.8所示。同样，自A15~A0地址信号译码所产生的信号被送往ISA总线扩展槽的I/OCSl6引脚，要将该译码信号进行驱动，驱动器应该是三态门或集电极开路门，要具有20mA的拉电流能力。16位的I／O总线周期为3个时钟周期，8位的I／O总线周期为6个时钟周期,16位I/O总线读/写周期时序如6.8所示。第三节PC机的其他系统总线一.MCA总线MCA总线的特点是：将数据线和地址线都扩展到32位，成为标准的32位扩展总线系统，同时系统的寻址范围扩展到4GB，它的传输速率为40MB／s，具有多总线功能；有总线仲裁机构;可支持多处理器，具有并行处理能力；可进行多任务处理；易于机器识别和系统诊断；具有可编程的任选机制，可自动进行系统配置和安装等。但是，MCA总线与广泛应用的ISA总线不兼容，因此，失去了相当大的PC机市场；IBM公司注册MCA的版权，影响了MCA总线的推广。MCA总线的市场占有率不高。二.EISA总线在80386芯片问世后，由于CPU是32位，如果仍采用ISA总线，将使CPU性能不能充分发挥。因此IBM公司在推出它的第1台386微机时，开发了与ISA标准完全不同的系统总线标准MCA总线。由于IBM公司对MCA总线实行保护政策，致使以Compaq为代表的美国9大计算机厂家联合制定了一种32位总线结构EISA(extendedindustrialstandardarchitecture)总线。该总线是ISA总线的32位扩展，与ISA总线兼容，它具有32位数据线，33MB／S的数据传输率，提供多处理器控制功能(multi-master)，其多主控总线使一般微机的单处理器环境升级至多处理器环境，扩展卡安装方便,自动配置，无需跳线，保持与ISA总线百分之百兼容。三.VL总线(VESA局部总线)1991年，局部总线标准VL(VESALOCAL)出现了，它比EISA性能更完善，传输速率更高，它将外设直接挂接到CPU局部总线上，并以CPU的速度运行，极大地提高了外设的运行速度。所谓局部总线就是CPU总线，它将CPU芯片、存储器、外围接口器件等连接在一起，构成系统主板或某种CPU插件板，为系统的各器件之间提供标准的信息接口及高速的信息传输通道，并为高速缓存、高速控制卡等服务。VL总线数据宽度为32位，可以扩展到64位，与CPU同步工作，最大运行速度可达66MHz，VL的最大传输率达到132MB／s，是ISA总线传输率的16倍。但是，VESA总线存在着规范定义不严格、兼容性差、总线速度受CPU速度影响等缺陷。四．PCI局部总线：.PCI总线的特点

局部总线PCI(peripheralcomponentinterconnect)起初是作为外围部件互连用的，故称为局部总线，由于其性能优越，PCI也已不再只是局部总线，而成为一种受欢迎的高端总线和现代总线作为微机的系统总线被采用。PCI比VESA规范定义严格，因而具有良好的兼容性。PCI总线主要是为奔腾微处理器的开发使用而设计的，也支持80386／80486微处理器系统。PCI总线时钟为33MHz，与CPU时钟无关，总线带宽为32位，可扩充到64位，最大传输率为120MB／S,支持并发工作方式。随着高档微型计算机的发展，且为了与早期的微机系统兼容，如今的微机系统结构多采用不同总线构成的多总线结构，在主机板上留有不同总线的插槽。Pentium系统微机使用ISA总线(AT总线)和PCI总线。高档的PentiumⅡ到PentiumⅣ系统微机唯一使用的总线为PCI总线。

PCI总线是外部设备互连总线，是目前局部总线的最新技术。PCI总线目前有4个主要的标准规格，分别支持32位和64位，其下又细分为3.3V和5V两种信号。PCI总线的设计与VL总线有较大的区别，PCI并没有与微处理器直接相连，而是利用桥路（Bridge）把PCI与局部总线相连接起来。因此，PCI是位于微处理器的局部总线与标准扩展总线之间的一种总线结构，其结构如图6.9所示。PCI总线主要优点：(1)高性能。32位总线宽度，可升级到64位；支持猝发工作方式：同步总线操作的工作频率可达到33MHz，数据传输速率可达到132／264MB／s。(2)通用性强，适用面广。PCI的设计不依赖于微机的CPU，它的工作频率与CPU时钟无关，不仅适用于现在的PC机，而且适用于将来的机型，可支持多机系统。既适用于5V信号环境，也适用于3．3V环境，并可进行两种环境的转换，扩大了它的适应范围。

(3)低成本。这是因为PCI采用了最优化的芯片、标准的ASIC技术和其他处理技术相结合，多路复用体系统结构减少了管脚数和PCI部件等因素所致。此外，在ISA、EISA、MCA等基本系统上的扩展板，也可以在PCI系统中工作，并由厂家提供PCI到ISA、EISA和MCA的转换，既减少于用户的开发成本，又避免了混乱。(4)使用方便、灵活。PCI能够自动配置参数，支持PCI总线扩展板和部件；PCI设备包含配置寄存器，可用来存放设备配置的信息；多主控器允许任何PCI主设备和从设备之间进行点对点的访问；PCI有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多种总线，同时还预留了发展空间。此外，还具有可靠性高、数据完整以及软件兼容，即PCI部件和驱动程序可以在各种不同的平台上运行等特点。采用了PCI总线的计算机系统中，允许多条总线同时存在，多总线结构大大提高了系统的数据处理能力。图6.10是一个多总线系统的结框图。2．PCI总线管脚和信号简介PCI总线规定了两种PCI扩展卡及连接器(即主板插槽)：长卡与短卡。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。PCI总线包含所有的系统控制信号。同其他总线不同，PCI总线与32位（或64位）的数据总线、32位地址总线共同工作。另一区别是地址总线是多路复用的，以减小插件连接器的尺寸。这些多路复用引脚在连接器上标识为AD63～AD0。32位卡只有连接端1到62脚，而64位卡则有所有的94个连接端。主要管脚功能简介如下：AD63～AD0—双向三态信号，为地址与数据多路复用信号线。C／BE0～C／BE3—双向三态信号，为总线命令和字节允许多路复用信号线。FRAME—持续的、低电平有效的双向三态信号，为帧周期信号。由当前主设备驱动，表示一次访问的开始和持续时间。IRDY—持续的、低电平有效的双向三态信号，为主设备准备好信号。该信号有效表示发起本次传输的设备能够完成一个数据周期。TRDY—持续的、低电平有效的双向三态信号，为从设备准备好信号。该信号有效表示从设备已做好完成当前数据传输的准备。STOP—持续的、低电平有效的双向三态信号，为停止数据传送信号。该信号有效表示从设备要求主设备终止当前的数据传送。LOCK—持续的、低电平有效的双向三态信号，为锁存信号。该信号有效表示驱动它的设备进行的操作可能需要多个传输周期才能完成。IDSEL—输入信号，为初始化设备选择信号。在参数配置读写期间，用作片选信号。DEVSEL—持续的、低电平有效的双向三态信号，为设备选择信号。该信号有效表示驱动它的设备已成为当前访问的从设备。REQ—低电平有效的三态信号，为总线占用请求信号。该信号有效表示驱动它的设备要求使用总线。GNT—低电平有效的三态信号，为总线占用允许信号。该信号有效表示要求使用总线的请求已被获准。PERR—持续的、低电平有效的双向三态信号，为数据奇偶校验错误报告信号。SERR—低电平有效的漏极开路信号，为系统错误报告信号。INTA、INTB、INTC、INTD—低电平有效的漏极开路信号，用来实现中断请求，后三个只能用于多功能设备。SBO—低电平有效的输入输出信号，为试探返回信号。SDONE—高电平有效的输入输出信号，为监听完成信号。REQ64—持续的、低电平有效的双向三态信号，为64位传输请求信号。表示当前主设备要求采用64位数据传输。ACK64—持续的、低电平有效的双向三态信号，为64位传输响应信号。表示从设备将按64位传输数据。PAR64—高电平有效的双向三态信号，为奇偶双字节校验信号，是AD32～AD63和C／BE4～C／BE7的校验位。RST—低电平有效的输入信号，为复位信号。CLK—输入信号，为系统时钟信号。PCI卡可在PCI总线的两种方式下工作，主方式(master)和从方式(slave)。在从方式下，与传统的ISA总线卡类似，PCI卡完全是在主机CPU的控制之下工作。五．STD总线STD总线是是一种结构坚固、功能很强的8位工业微机总线,主要应用于以微处理器为核心的工业测控领域。实践证明，STD总线能修改和发展以适应新技术的要求。STD总线开始推出时，是针对当时的8位微型计算机的，随着技术的发展和应用的需要，STD总线经过修订和改进，实现了STD总线支持20位地址，寻址1MB的直接寻址能力。在保证同现有I／O插件板兼容的条件下，提供全16位数据的传送能力。20世纪80年代末，STD总线已由56个信号发展到114、136个信号。1989年美国的EAITECH公司开发出了32位的S'TD32，为高档的STD微机系统的发展提供了有利的条件。STD总线的特点：(1).STD总线具有较好的兼容性，可以向上向下兼容。例如，8位的STD产品可以与新标准的16位或32位STD产品一起工作。(2).STD总线的电路板采用小板结构，高度模块化，开发周期短，可根据用户的要求组成各种规模的微机应用系统。(3).STD总线采取一整套高可靠性措施，使该总线构成的工业控制机可以长期可靠地工作于恶劣环境之下。(4).STD总线结构简单，并能支持多微处理器系统，是一种规模小且性能好的系统总线。六.PC/104总线传统的台式计算机并不能够满足嵌入式的需要，19英寸的工控机机箱也太大。但又不想摆脱PC机的标准硬件软件和体系结构，这样，美国AMPRO公司率先推出PC／104的嵌入式标准。1992年初，几家嵌入式厂商成立了PC／104协会，并把PC／104模块定为IEEEP996．1国际标准。

图6．１1

PC/104总线外型图PC／104总线工控机的特点:1.使用超小型的模块，包括CPU模块在内，全部模块都按着PC/104标准设计。标准尺寸为90mm×96mm（3.55×3．775英寸），采用栈接式、模块化结构。采用自堆总线结构，取消了底板及插槽，利用模板的堆装总线插头座，把各模板堆叠连接在一起。整个系统结构紧凑，体积小，抗干挠性强，可靠性高。2．总线驱动电流小（6mA）,低功耗(1～2W)。为适应小型化的要求，各模扳采用VLSI器件、门阵列、ASCI专用集成芯片及大容量的SDD固态电子盘。3．PC/104总线与通用PC系列微机兼容。PC/104总线所构成的微机系统的软件都是与PC机兼容的。目前，具有奔腾133MHz的CPU卡，卡上有两个串口，两个可以都是RS232标准串行口，也可以选择其中一个为485串行口；还有并行口，键盘接口。目前，CHIPDISK的FLASHROM组成的电子盘可达到4～288MB.。其它配套模块有模数转换和定时器卡，输入输出卡，软盘和硬盘，显示(VGA)驱动卡，平板显示器，LCD驱动卡，电子盘卡等。第四节通信总线通信总线又称外总线，它用于微型计算机之间，微型计算机与远程终端，微型机与外部设备以及微型计算机与测量仪器仪表之间的通信。这类总线不是微型计算机系统所特有的总线，而是借用电子工业或其它领域已有的总线标准。通信总线分为并行总线和串行总线。支持并行通信的总线称之为并行总线，例如IEEE488、SCSI等；支持串行通信的总线为串行总线，例如RS-232C、USB等。一般说来，并行总线具有传输速率高、传输距离较近的特点，串行总线具有传输距离远、传输速率慢的特点。通信总线广泛应用应用于计算机网络、微型机自动测试系统、微型机工控系统。

一．IEEE488总线

IEEE488是一种并行的外总线。为了解决自动测试系统各种仪器仪表与各类计算机的接口问题，HP公司研制了通用接口总线HP—IB总线。1975年IEEE以IEEE488标准总线予以推荐，1977年国际电工委员会(IEC)也对该总线进行认可与推荐，定名为IEC—IB。所以这种总线同时使用了IEEE一488，IEC—ID(1EC接口总线)，HPID(HP接口总线)或GP—ID(通用接口总线)多种名称。用IEEE488标准建立一个由计算机控制的测试系统时，不要再加一大堆复杂的控制电路，IEEE488系统以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的积木测试系统。（一）．IEEE488总线使用的约定(1).信号的最大传输速度为1M字节／秒

(2).总线上最多可连接15个设备，整个系统的连接电缆最大长度为20m。总线实现CPU与输入输出设备的连接。

(3).整个系统的电缆总长度≤220m，若电缆长度超过220m，则会因延时而改变定时关系，从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器。

(4).所有数据交换都必须是数字化的。(5).总线规定使用24线的组合插头座，并且采用负逻辑，即用小于+0．8V的电平表示逻辑“1”；用大于2V的电平表示逻辑“0”。(6).按照位并行和字节串行方式传输数据。(7).用三线式信号交换的异步确认方式控制数据传输，故允许连接传输速度不同的设备。(二).系统上设备的工作方式

IEEE488总线接口结构如图6．12所示。IEEE488总线是一种异步双向简易型的总线，总线上连接的`设备分别称为送话设备、受话设备和控制设备。利用IEEE488总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。IEEE488系统中的每一个设备可按如下3种方式工作:（1）．“听者”方式：这是一种接收器，它从数据总线上接收数据，一个系统在同一时刻，可以有两个以上的“听者”在工作。可以充当“听者’’功能的设备有：微型计算机、打印机、绘图仪等。（２）．“讲者”方式：这是一种发送器，它向数据总线发送数据，一个系统可以有两个以上的“讲者”，但任一时刻只能有一个讲者在工作。具有“讲者”功能的设备有：微型计算机、磁带机、数字电压表、频谱分析仪等。（３）．“控制者”方式：这是一种向其它设备发布命令的设备，例如对其它设备寻址，或允许”讲者”使用总线。控制者通常由微型机担任。一个系统可以有不止一个控制者，但每一时刻只有一个控制者在工作。在IEEE488总线上的设备可以具备不同的功能。有的设备如微型计算机可以同时具有控制者、听者、讲者3种功能。有的设备只具有收、发功能，而有的设备只具有接收功能，如打印机。在某一时刻系统只能有一个控制者，而当进行数据传送时，某一时刻只能有一个发送者发送数据，允许多个接收器接收数据。也就是可以进行一对多的数据传送。图6．12给出了IEEE—488标准接口总线的结构图。(四)．IEEE488总线传送数据时序IEEE488总线上数据传送采用异步方式，即每传送一个字节数据都要利用DAV，NRFD和NDAC3条信号线进行握手联络。数据传送的时序图如图6．13所示。时序图说明总线上每传送一个字节数据，就有一次DAV，NRFD和NDAC3线握手过程。图6．13中，“①”表示原始状态讲者置DAV为高电平；听者置NRFD和NDAC两线为低电平。“②”表示讲者测试：NRFD，NDAC两线的状态，若它们同时为低电平时，则讲者将数据送上数据总线D7～Do。“⑧”表示中虚线表示一个设备接着一个设备陆续做好了接收数据准备(如打印机“不忙”)。“④”表示所有接收设备都已准备就绪，NRFD变为高电平。“⑤”表示当NRFD为高电平，而且数据总线上的数据已稳定后。讲者使DAV线变低，告诉听者数据总线上的数据有效。“⑥”表示听者一旦识别到这点，便立即将NRFD拉回低电平，这意味着在结束处理此数据之前不准备再接收另外的数据。“⑦”表示听者开始接收数据，最早接收完数据的听者欲使NDAC变高(如图中虚线示)。但其它听者尚未接收完数据，故NDAC线仍保持低电平。“⑧”表示只有当所有的听者都接收完毕此字节数据后，NDAC线才变为高屯平。“⑨”表示讲者确认NDAC线变高后，就升高DAV线。“⑩”表示讲者撤销数据总线上的数据。“⑩”表示听者确认DAV线为高后置NDAC为低，以便开始传送另一数据字节。至此完成传送一个数据字节的3线握手联络全过程。以后按上述定时关系重复进行。从数据传送的过程可见，IEEE488总线上数据传送是按异步方式进行的，总线上若是快速设备，则数据传送就快，若是慢速设备，则数据传送就慢。也就是说数据传送的定时是很灵活的。这意味着可以将不同速度的设备同时接在IEEE488总线上。二.VXI总线

目前在自动测试系统中IEEE488总线虽仍然广泛使用，但由于它的数据总线只有8位宽，系统的最高速传率只有1MB／s，体积也较大。因此往往不能适应现代科技和生产对测试系统的需要。1987年7月诞生了VXI总线标准。VXI是VMEbusextensionforinstrumentation的缩写，即VME总线在仪器领域的扩展。它是一种模块化仪器总线，完全开放的，适合于多供货厂商的标准总线，它吸取VME计算机系统总线的高速通信和IEEE488总线易于组成测试系统的优点，而且集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长。具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、软件标准化高、兼容性强、可扩性好和器件可重复使用等优点。组建系统灵活方便，能充分利用计算机的效能，易于利用数字信号处理的新原理和新方法以及构成虚拟仪器的优点，并便于接入计算机网构成信息采集，传输和处理的一体化网络。VXI技术把计算机技术、数字接口技术和仪器测量技术有机地结合起来。VXI被IEEE定为正式标准IEEE1155。VXI总线的路线基本功能：

1．系统最多可以包含256个器件(或称装置)，每个器件都具有唯一的逻辑地址单元。2．它有A，B，C和D

4种尺寸的模块，A级最小(高10cm×深16cm)，D级最大(36．7cm×34cm)，其中C级(23．335cm×34cm)应用最多。3．一个模块是一个VXI器件，但也允许灵活处理。系统中以每一个主机箱为单位构成一个子系统。一般一个主机箱可以放置5～13块模块，主机箱的的背板为高质量的多层印刷电路板，其上印制着VXI总线。模块通过连接器与总线连接。有P1，P２和P３三种连接器。每种连接器是3排，共96个引脚。其中Pl是必需的，而P２和P３是可选择的。４．对VXI总线的控制分两种，一种是主机箱的外部控制者；另一种是嵌入主机箱的内部控制者。此外系统还有资源管理和零槽功能模块。前者负责系统的配置和管理系统的正常工作，后者主要给系统提供公共资源。当采用外部控制者时，可以通过IEEE488，RS—232C多系统扩展总线MXI，VME总线和计算机本地网等多种方式连接，这时资源管理者和零槽器件往往做成一个模块，通过上述方式与外部控制者连接。5．VXI总线中地址线有16位、24位、32位三种，数据线32位，在数据线上数据的传输速率可达40MB／s，当在相邻模块间用本地总线传输时，速率更可大幅度提高。6．在VXI总线规范文本中，对主机箱及模块的机械规程、供电、冷却、电磁兼容、系统控制、资源管理和通信规程等都做了明确规定。三.IDE总线硬盘驱动器(HardDiskDrive，HDD或FID)简称“硬盘(机)”是PC机中一个不可缺少的重要部件，它集电子技术、电磁转换技术、精密机械制造与传动技术之大成，又是使用频率最高的部件之一。IDE总线或称IDE接口,IDE(IntegratedDriveElectronics，集成驱动器电子部件)是1984年Compaq公司开发的，并由WesternDigital（WD）公司生产的硬盘驱动器接口标准。IDE接口并不是正式标准规范的名称，美国ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute，美国国家标准学会)于1991年正式把IDE接口命名为ATA(ATAttachment)接口，但一般还是习惯于沿用“IDE接口”的名字。IDE接口的最大特点是把原先ST506接口的控制器部分直接做到硬盘驱动器中，它把硬盘控制器电路跟硬盘驱动器本身的控制电路集成在一起，因而命名为“集成驱动器电子部件”。这样，在IDE接口的适配器电路中，不包含硬盘控制器。由于把控制器电路并入驱动器内，因此，从驱动器中引出的信号线已不是控制器同驱动器之间的接口信号线，而是通过简单处理后可同主系统连接的接口信号线，IDE接口采用40芯单排电缆连接，

ISA，EISA总线支持ElDE接口,数据传输率为4．1MB／s，而VESA总线上多采用FastEIDE接口，它的数据传输率为11～13MB／s。容量为850MB以上的硬盘要采用FastEIDE—2接口，其数据传输率为16．6MB／s。

EIDE的主要特性是：①数据传输率至少可达12～18Mb／s；②支持硬盘的最大容量可达8．4GB；③可连接4台满足EIDE标准的外部设备；④传输带宽为16位,可扩展到32位；⑤EIDE在内存及硬盘读写操作可并行处理。由于EIDE接口性能优越，已成为一般PC机硬盘的标准接口。硬盘机与主机进行数据交换的方式有二种：

(1)PIO(ProgrammingInput／Ouput，编程I／O)模式。这是通过CPU执行I／O端口指令来进行数据的读写，对硬盘读写一般采用I／O串操作指令，只需取一次指令就可重复多次完成I／O操作，使之达到高数据传输率。

(2)DMA(DirectMemoryAccess，直接存储器存取)模式。数据不经过CPU而直接在硬盘和内存之间传送，现在所有新的芯片组都支持总线主控DMA。四.SCSI总线在服务器领域、超级计算机系统中，由于系统要求连接的外设数量较多，而且数据传输速度很高，这样，EIDE接口就显得力不从心了，而SCSI接口标准却能满足上述高速度、多设备的接口要求。SCSI是SmallComputerSystemInterface的缩写，即小型计算机系统接口。SCSI是美国国家标准协会ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)的标准，它定义一种输入输出总线和逻辑接口，逻辑接口用来支持计算机和外部设备互连的总线。它的主要目标是提供一种设备独立的机理，用来连接主机和访问设备，包括一个或多个主机。通过单一的SCSI接口，不同的磁盘设备、磁带设备、打印机、光存储设备和其它设备能连接到主机系统中，而不需要修改一般的系统软件和硬件。SCSI总线用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、CD-ROM、可重写光盘、扫描仪、通信设备和打印机等外部设备的连接。从系统角度看，可使磁盘设备系统独立于实际的磁盘物理设备，它还允许不同的公司独立地开发系统和外设，并可一起使用。SCSI接口一般用于高端应用领域，作为一种智能型接口。SCSI接口的特点是数据传输速度快、可驱动的外部设备数目多，可靠性高、定义规范、互换性好等。（一）．SCSI总线的主要特点1．SCSI是一种低成本的通用多功能的计算机与外部设备并行外总线，可以采用异步传送，当采用异步传送8位的数据时，传送速率可达1．5MB／s。也可以采用同步传送，速率达5MB／s。当前最先进的SCSI接口是Ultra2SCSI和WideUltra2SCSI，前者将8位数据宽度下的传输率提高到40Mb／s，驱动能力为支持7台外设；而后者Ultra2SCSI标准的增强版，其数据宽度为16位，数据传输率为80Mb／s。但要注意的是，这两种接口都要使用LVD(LowVoltageDifferential，低压差分)收发器才能满足需要。2．SCSI的启动设备和目标设备通过高级命令进行通信，不涉及外设的物理层如磁头、磁道、扇区等物理参数，所以不管是与磁盘或CD—ROM接口，都不必修改硬件和软件，所以是一种连接很方便的通用、智能接口，对于多媒体集成接口此标准更显重要。3．当采用单端驱动器和单端接收器时，允许电缆长达6m，若采用差动驱动器和差动接收器时，允许电缆可长达25m。总线上最多可挂接8台总线设备(包括适配器和控制器)。但在任何时刻只允许两个总线设备进行通信。目前数据宽度有8位和32位两种。当前与硬盘和C—ROM连接多用8位。4．同IDE(包括EIDE)接口相比较，SCSI接口在速度和驱动设备能力上的优势是明显的。同时，它能支持多种计算机系统，包括PC机、SPARC工作站和大型主机等多种平台，因此，在服务器领域、超级计算机系统以及网络系统中得到广泛应用。（二）SCSI信号定义说明SCSI总线信号可以采用单端驱动器和单端接收器进行信号传送，也可以采用差动驱动器和差动接收器进行信号传送。1．单端SCSI总线信号定义单端SCSI总线采用50芯扁平电缆或25对双绞线，也可以采用圆型电缆。单端SCSI总线共有，9条数据线，10条控制线和31条地线。⑴.DB-1～DB-8:8条数据线，DB-p是奇偶校验信号线。这9条数据线的功能取决于总线的工作节拍。⑵.TERMPWR(26):经电缆向总线设备提供电源的引脚。⑶.ATN(32):注意信号。它由启动设备产生，用来通知目标设备，启动设备已准备好一个报文信息。⑷.BSY(36):忙信号。该信号可以由总线上的任何设备产生，它用来指示总线的工作状态。当其为高电平时，表示总线正被占用。⑸.ACK(38):认可信号。该信号传送节拍，由启动设备产生，作为对请求信号的响应。⑹.RST(40):重置信号。该信号可由总线上的任何设备产生，用来通知总线上的所有设备重置。⑺.MSG(42):指示信息类别信号。该信号由目标设备产生。用来通知启动设备，在信息传输节拍里，数据线上是报文还是其它信息。当MSG=“o”时，表示数据线上传输的是命令或状态信息；当MSG=“1”时，表示数据线上传输的是报文信息。⑻.SEL(44):选择信号。该信号可由选择目标设备的起始设备产生，也可以由重选起始设备的目标设备产生。⑼.C／D(46):控制／数据信号。它的状态决定当前数据线是控制信息，还是数据信息。当C／D=0时，数据线上为数据信息；当C／D=1时，数据线上为控制信息。⑽.REQ(48):请求信号。该信号由目标设备产生，用来请求进行数据传送。⑾．I／O(50):输入／输出信号。该信号由目标设备产生，在信息传输节拍里，用来通知启动设备信息传输的方向。当I／O=0时，表示起始设备为输出；当I／O=1时，表示起始设备为输入。在选择重选节拍里，该信号用来作为选择和重选的标志；当I／O=“0”时，表示为选择；当I／O=“1”时表示为重选.

2．差分SCSI总线信号定义当SCSI总线采用差分驱动和差分接收时，对连接线的要求同单端一样，也是50芯扁平电缆或25对双绞线。但电缆的长度可达25m。单端和差分信号引脚相对应，只是单端一个信号只占用一个引脚，而差分一个信号要占用两个引脚，在单端时一些地引脚，在差分时是“+”的信号引脚。引脚21为D-EABLE，是总线允许信号，高电平为有效。在分动连接时，若D-EABLE为0，则总线无法工作。TERMPWR引脚，经电缆向总线设备提供电源，单端时用26号引脚，差分时用25和26引脚。（三）.SCSI总线的工作过程

各节拍的转换如图6.14所示。SCSI总线工作过程包括如下10个总线节拍：BUSFREE——总线自由节拍;ARB——总线仲裁节拍;SEL——总线选择节拍;RESEL——重新选择节拍;MSGIN—信息输入节拍；MSGOUT一信息输出节拍；DATAIN—数据输入节拍；DATAOUT—数据输出节拍；CMD——命令节拍;STATUS——状态节拍各节拍的转换如图6．14所示。

SCSI总线在复位之后进入总线自由节拍BUSFREE“在此状态下，总线上的设备可以提出请求，此后进入总线仲裁节拍ARB，通过ARB后，使优先权最高的请求设备获得总线仲裁权。然后进入选择节拍SEL，利用SEL和BSY信号及设备编码决定起始设备和目标设备。经过上述3个节拍后，总线进入信息传输节拍。利用MSG、C／D、I／O三个信号的不同编码，可以决定信息的传输方式。当信息传输完成或出现错误时，可利用RST信号使总线复位，总线重新回到BUSFREE节拍。SCSI总线设置很多命令，在软件支持下工作。详细内容可以查阅ECMA公布的SCSI标准。六.USB总线与IEEEl394(一)USB(UniversalSerialBus)总线

USB通用串行总线实际上是一个万能插口，可以取代PC机上所有的端口(包括串行端口和并行端口)，用户可以将几乎所有的外设装置——包括显示器、键盘、鼠标、调制解调器、游戏杆、打印机、扫描仪和数码相机等的插头插入标准的USB插口。同时，还可将一些USB外设进行串接，这样可以使一大串设备共用PC机上的一个端口。此外，一些USB产品，如数码相机和扫描仪，甚至可以不要使用独立电源即可工作。因为USB总线可提供电源。产生USB的原始动力是PC与电话连接的需求，是易于使用及端口膨胀的需求，而对USB的现行推动力是PC性能的不断提高、大数据量传输的要求以及外设性能与功能的增长。USB通过在原有12Mb／s、1．5Mb／s基础上增加第三种传输率480Mb／s来满足上述需求。目前，Pentium处理机中已提供了Intel生产的通用串行总线控制器：*Intel82371SBPCItOUSBUniversalHostController*USBRootHub1.USB的主要规范(1).数据传输速度有两种:用于连接打印机、扫描仪、交换器和电话机等设备的可达12Mb／s；用于连接键盘、鼠标器、调制解调器等的为1．5Mb／s；(2).最多可连接127个外设装置(包括转换器－HUB)；(3).连接结点(外设装置以及HUB)的距离可达5m；(4).USB信号定义在USB2．0规范中，USB定义了4个信号：VBus(电源)、GND(地)、D十(信号正端)、D一(信号负端)。它在一条4线电缆上传送信号和电源，如图6．15所示。其中一对标准规格的双绞信号线既可以传送单端信号，也可以传送差分信号；另一对电源线则可以携带提供给设备的电源。VBus在源端正常为+5V。在USB电缆上，允许以三种速率传输数据：．USB高速(high—speed)信号传输位速率为480Mb／s；．USB全速(full—speed)信号传输位速率为12Mb／s；．有限能力的低速(10w—speed)信号传输模式位速率为1．5Mb／s。时钟与差分数据一起被发送、编码。连接电缆种类有两种规格，传送速度为高速及全速的用带屏蔽双绞线，传送速度为1．5Mb／s的可用普通无屏蔽双绞线。连接器为4芯插针，其中2条用于信号连接，2条用于电源馈电线路连接。图6．15给出了USB连接器的2种常见类型的正视图。规定了2种凹形连接器，且均在使用中。每种连接引脚，包含表6．5所指示的信号。只要每个设备的电流值不超过100mA，则+5V就能够用于驱动与总线相连的设备。

图6.15USB连接器图

表6．5USB引脚配置

1Vbus5．0V2D－负数据

3Ｄ+正数据

4ＧND地

2．USB的特点(1).USB是一种快速的、双向的、通用的串行总线。USB与PC工业有协同作用。USB协议对于设计与集成来说是简单的；它与PC的即插即用结构相一致，USB具有真正的“即插即用”特性，主机可按外设的增删情况自动配置系统资源，同时用户可以在不关机的情况下进行外设的更换，外设装置的驱动程序的安装删除将实现自动化。(2).USB具有很强的连接能力，最多可以链接形式连接127个物理设备到同一系统，支持主机与设备间的多数据和消息流传输；允许接入复合设备。(3).USB的适用范围很宽。它适用于带宽从几ǧ±ÈÌØÿÃë到几百Õ×±ÈÌØÿÃë范围的设备；支持同一束电缆上的同步以及异步传输；支持多设备的并行操作；因为协议的额外开销较低，所以总线利用率很高。USB对电话、音频、视频等设备提供了足够的带宽和极低的等待时间，它完全支持实时数据操作。(4)空间的节省。USB的引入减轻了对目前PC机中所有标准端口的需求，从而也减少了对PC机插槽的需求。连接电缆轻巧、电源体积缩小。(5).USB是灵活的。它允许传送不同大小的包，并通过适配包的大小与等待时间来允许设备数据率有一定范围的变化；它在协议中建立了用于缓冲处理的流控制。USB有同步、中断和大批三种数据传送工作方式，可编程选择。(6).USB协议中建立了错误处理／故障恢复机制；可在被用户察觉的实时时间内识别动态加入和退出的设备，并支持故障设备的识别。(7).USB提供了低成本的实现方案。一方面使外设的设计制造过程比较简单，因为所有系统的智能机制都驻留在主机中，另一方面USB从1996年4月起并入了Intel芯片组，适应低成本外设的开发，从而使设备制造的开销降低。(7)USB与ETDM(EnhancedTimeDivisionMultiplexing，增强型时分多路转换)特性可以支持诸如ISDN(IntegratedServicesDigit