微机总线与io接口标准

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1、第7章 微机总线及I/O接口标准,总线结构是微型计算机的重要特征之一。有了总线标准以后，微型计算机的组装、维护和扩展才得以方便地进行，它使微型计算机系统能够支持模块化设计，具有开放性、通用性和灵活性等特点。 本章介绍总线、总线标准及接口标准的基本概念和微型计算机系统中常有的系统总线标准及接口等内容。,2019年11月1日,第1页,主要内容:,7.1 概述 7.2 系统总线标准 7.3 外部总线（接口）标准,2019年11月1日,第2页,7.1概述,7.1.1 总线和总线标准 1总线 总线是一组信号线的集合，是一种在各模块间传送信息的公共通路。 2. 总线标准 总线标准，是指通过总线进行连接和传

2、输信息时应遵守的一 些协议与规范。,2019年11月1日,第3页,7.1概述,7.1.1 总线和总线标准 3总线的分类 从总线的性质和应用来看，可分为3大类。 系统总线。它是微型计算机系统内部各部件（插板）之间进行连接和传输信息的一组信号线。 局部总线。局部总线是介于CPU总线和系统总线之间的一级总线。它有两侧，一侧直接面向CPU总线，另一侧面向系统总线，分别由桥接电路连接。 通信总线。通信总线是系统之间或微型计算机系统与设备之间进行通信的一组信号线。,2019年11月1日,第4页,7.1概述,7.1.1 总线和总线标准 4总线的组成 数据总线。用于传输数据，采用双向三态逻辑。 地址总线。用于

3、传送地址信息，采用单向三态逻辑。 控制总线。用于传送控制和状态信号，根据不同的使用条件，控制总线有的为单向，有的为双向，有的为三态，有的为非三态。 电源线和地线。决定总线使用的电源种类及地线分布和用法。,2019年11月1日,第5页,7.1概述,7.1.1 总线和总线标准 5总线的性能参数 总线时钟频率 总线宽度 总线传输速率 同步方式 多路复用 负载能力 信号线数控制线及电源线的总和。 总线控制方式 其他性能,2019年11月1日,第6页,7.1概述,7.1.1 总线和总线标准 6总线的优点及发展趋势 使用标准总线具有以下优点 : 简化了软、硬件的设计 简化了系统结构 便于系统的扩充 便于系

4、统的更新,2019年11月1日,第7页,7.1概述,7.1.1 总线和总线标准 6总线的优点及发展趋势 总线的主要发展趋势如下: 传输速率不断提高。 降低功耗。 功能结构不断调整更新。,2019年11月1日,第8页,7.1概述,7.1.2 接口和接口标准 1接口 外部设备与CPU交换数据的中间环节或称为“界面”，这个 中间环节就称为接口电路或接口。 2. 接口标准 接口标准是外设接口的规范，包括接口信号线定义、信号 传输速率、传输方向、拓扑结构，以及电气特性和机械特性等。,2019年11月1日,第9页,7.1概述,7.1.2 接口和接口标准 3接口标准分类 传统的串行/并行接口标准。 通用外设

5、接口标准。 外存储设备接口标准。 图形显示器接口标准。 测试仪器接口标准。,2019年11月1日,第10页,7.1概述,7.1.3 总线标准与接口标准的特点 1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。 在机箱内以总线扩展插槽形式提供使用。 一般为并行传输。 定义的信号线多，且齐全，包括分离的数据、地址和控制信号线及电源线。,2019年11月1日,第11页,7.1概述,7.1.3 总线标准与接口标准的特点 2接口标准的特点 专用性，一般是一个接口只接一类或一种设备。 一般设在机箱外，以接口插头（座）形式提供使用。 有并行和串行两种传输。 定义的信号线少，且不齐全，一般是控制信号线

6、、数据信号线、地址信号线共用。,2019年11月1日,第12页,7.2系统总线标准,7.2.1 ISA总线 ISA（Industry Standard Architecture）总线又称AT总线，它具有16位数据宽度，最高工作频率为8MHz，数据传输速率达到16MB/s，地址线24条，可寻访16MB地址单元。 1地址线 SA0SA19和LA17LA23。SA0SA19是可锁存的地址信号，LA17LA23为非锁存地址信号，由于没有锁存延时，因而给外设插板提供了一条快捷途径。SA0SA19加上LA17LA23可实现16MB空间寻址（其中SA17SA19和LA17LA19是重复的）。,2019年11

7、月1日,第13页,7.2系统总线标准,7.2.1 ISA总线 2数据线 SD0SD7为低8位数据线，SD8SD15为高8位数据线。 3. 控制线 AEN：地址允许信号，输出线，高电平有效。 BALE：允许地址锁存，输出线，这一信号由总线控制器8288提供，作为CPU地址的有效标志。 ：I/O读命令，输出线，低电平有效，用来把选中的I/O设备的数据读到数据总线上。 ：I/O写命令，输出线，低电平有效，用来把数据总线上的数据写入被选中的I/O端口。,2019年11月1日,第14页,7.2系统总线标准,7.2.1 ISA总线 和 ：存储器读/写命令，低电平有效，用于对A0A19这20位地址寻址的1M

8、B内存的读/写操作。 和 ：低电平有效，存储器读/写命令，用于对24位地址线全部存储空间的读/写操作。 和 ：它们是存储器16位片选信号和I/O 16位片选信号，分别指明当前数据传送是16位存储器周期和I/O周期。 SBHE：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是高位字节数据。,2019年11月1日,第15页,7.2系统总线标准,7.2.1 ISA总线 IRQ3IRQ7和IRQ10IRQ15：用于作为来自外部设备的中断请求输入线，分别连到主片8259A和从片8259A中断控制器的输入端。 DRQ0DRQ3和DRQ5DRQ7：来自外部设备的DMA请求输入线，高电平有效，分别连到

9、主片8237A和从片8237A DMA 控制器输入端。 和 ：DMA应答信号，低电平有效。 T/C：DMA终止/计数结束，输出线。 ：输入信号，低电平有效。 RESET：系统复位信号，输出线，高电平有效。,2019年11月1日,第16页,7.2系统总线标准,7.2.1 ISA总线 ：I/O通道检测，输出线，低电平有效。 I/O CHRDY：通道就绪，输入线，高电平表示“就绪”。该信号线可供低速I/O设备或存储器请求延长总线周期之用。 ：零等待状态信号，输入线。,2019年11月1日,第17页,7.2系统总线标准,7.2.2 PCI局部总线 1PCI总线的主要特点 传输速率高。 多总线共存。 独

10、立于CPU。 自动识别与配置外设，用户使用方便。 适应5V和3.3V电源环境，可进行两种环境的转换，扩大了它的适应范围。,2019年11月1日,第18页,7.2系统总线标准,7.2.2 PCI局部总线 2PCI总线信号的定义 必需信号线：主控设备49条，目标设备47条。 可选信号线：51条（主要用于64位扩展、中断请求、高速 缓存支持等）。,2019年11月1日,第19页,7.2系统总线标准,7.2.3 PCI-E局部总线 1PCI-E总线的主要特点 使用了串行差分技术 可扩展带宽模式 内建时钟与8b/10b 编码,2019年11月1日,第20页,7.2系统总线标准,7.2.3 PCI-E局部

11、总线 2PCI-E的信号线定义,2019年11月1日,第21页,表7-3 PCI-E1模式的引脚定义,7.3.1 传统的串行/并行接口标准,1. 串行接口标准 （1）RS-232C机械规范和电气规范 机械规范规定：RS-232C接口通向外部的连接器（插针和插 座）是一种标准的“D”型保护壳的25针插头。,2019年11月1日,第22页,1,13,14,25,标准25针“D”型插头,7.3 外部总线（接口）标准,RS-232C总线的电气规范,2019年11月1日,第23页,逻辑0：315V,7.3.1传统的串行/并行接口标准,1. 串行接口标准 (2)功能规范,2019年11月1日,第24页,图

12、7-3 采用MC1488和MC1489电平转换芯片时，RS-232C与UART的连接,RS-232C的引脚功能分配,2019年11月1日,第25页,连接计算机与计算机的RS-232接口,2019年11月1日,第26页,7.3.1传统的串行/并行接口标准,2 . 并行接口标准IEEE 1284 (1) 并行接口标准的提出 (2) IEEE 1284标准的基本内容 并行接口的操作模式 信号定义 并行接口的连接器和连接线,2019年11月1日,第27页,7.3.2 通用外设接口标准,1. USB接口标准 (1) USB接口标准的特点 使用方便。 速度快。 连接灵活，易扩展。 能够采用总线供电。,20

13、19年11月1日,第28页,7.3.2 通用外设接口标准,1. USB接口标准 (2) USB的系统模型和拓扑结构,2019年11月1日,第29页,USB的物理拓扑,7.3.2 通用外设接口标准,1. USB接口标准 (3) USB的逻辑拓扑,2019年11月1日,第30页,USB的逻辑拓扑,7.3.2 通用外设接口标准,1. USB接口标准 (4)USB系统的接口信号和电气特性,2019年11月1日,第31页,USB集线器和设备的电阻连接,1. USB接口标准 (5) USB的供电方式 USB设备有两种供电方式，自给方式（设备自带电源） 和总线供给方式。USB Hub采用自给方式。 (6)

14、USB数据流类型和数据传输方式 USB数据流类型有4种：控制信号流、块数据流、中断数 据流和实时数据流。,2019年11月1日,第32页,7.3.2 通用外设接口标准,2. 高性能串行总线标准IEEE 1394 (1) IEEE 1394的主要性能特点 通用性强。 传输速率高。 实时性好。 为被连设备提供电源。 系统中的设备之间是平等关系。 连接简单，使用方便。,2019年11月1日,第33页,7.3.2 通用外设接口标准,2. 高性能串行总线标准IEEE 1394 (2) IEEE 1394的拓扑结构,2019年11月1日,第34页,IEEE 1394总线系统结构图,7.3.2 通用外设接口标准,2. 高性能串行总线标准IEEE 1394 (3) IEEE 1394数据传输方式 IEEE 1394支持异步和同步（等时）两种数据传输方式。 (4) IEEE 1394