计算机总线技术资料

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1、系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *1 随着微处理器技术的飞速发展，总线技术也得到不断 创新。先后出现了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI 、AGP、IEEE1394、SATA、USB等总线。 芯片内部的总线技术也在不断发展，AMBA、Core Connect 、CoreRAM等已经形成集成电路内部十分 具有竞争力的总线标准。 工业控制的CAN、PROFIBUS，FF等现场总线技术 。 总线的数据传输速度也不断提升，目前，AGP局部 总线数据可达528MB/s，PCI-X可达1GB/s，系统总 线传输速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的 1

2、33MB/s、150MB/s、200MB/s。 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *2 PCI-E槽: PCI-Express，Intel提出， 可全面取代现行的PCI和AGP，最终实 现总线标准的统一。传输率目前最高 可达到10GB/s以上 AGP槽: Accelerate Graphical Port，加速图形接口 ，实质为PCI 2.1 DIMM槽: Dual Inline Memory Module， 双列直插内存模块 ISA 槽 南桥主要是负责IO 北桥用于CPU和内存、显卡、PCI交换数据 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线

3、技术 *3 计算机总线技术 总线的基本概念 内部总线 外部总线 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *4 1 总线的基本概念 总线就是一组信号线的集合，它定义了各引 线的信号、电气和机械特性，使计算机系统 内部的各部件之间以及外部的各系统之间建 立信号联系，进行数据传递和通信。 规定了各引线的信号、时序、电气和 机械特性 为计算机系统内部各部件、各模块之 间或计算机各系统之间提供了标准的 公共信息通路 采用总线标准设计、生产的计算机模 板和设备具有很强的兼容性 总线的定义 总线的特点 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *5 按照总线

4、内部信息传输的性质 ，总线可分为 1.1 总线的分类 数据总线:DB 用于传送数据信息 地址总线:AB 是专门用来传送地址的 控制总线:CB 控制总线包括控制、时序和中断信号线 电源总线:PB 用于向系统提供电源 DBDB ABAB CBCB PBPB 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *6 按照总线在系统结构中的层次位置 ，总线可分为 总线的分类（续） 片内总线 (On-Chip Bus) 在集成电路的内部，用来连接各功能单元 的信息通路 内部总线 (Internal Bus) 用于计算机内部模块（板）之间通信 外部总线 (External Bus)：又称通讯

5、总线 用于计算机之间或计算机与设备之间通信 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *7 根据总线的数据传输方式 ，总线可分为 并行总线：每个信号都有自己的信号线 串行总线：所有信号复用一对信号线 总线的分类（续） 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *8 计算机总线结构示意图 总线的分类（续） 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *9 l在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。 总线的分类（续） 片内总线 l 受芯片面积及对外引脚数的限 制，片内总线大多采用单总线结 构，这有利于芯片集成度和成品 率

6、的提高，而对于内部数据传送 速度要求较高的，也可采用双总 线或三总线结构。 l ASIC技术的出现，用户也可以 按照自己的要求，借助于适当的 EDA工具，设计自己的芯片。 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *10 内部总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微 机总线就是指系统总线，如STD总线、PC总线、ISA总线 、PCI总线等 总线的分类（续） 内部总线：系统总线或板级总线 按功能可分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线 CB、和电源总线PB 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *11 数据总线D：用于传递数据信息 总线

7、宽度：数据信号线的根数。 决定设备获得最大性能 影响计算机系统性能 地址总线宽度： 地址线的根数 决定直接寻址能力 避免IO地址与内存地址的重叠 地址总线A：用于传递地址信息 控制总线C： 包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种 控制信息，决定了总线的性能好坏 电源总线P：提供电源 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *12 如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等 外部总线 总线的分类（续） 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *13 1.2 总线主要性能指标 又称总线传输率，表示在总线上每秒传输字节的多 少，单位是M

8、B/S。影响总线传输率的因素有总线 宽度、总线频率等。一般的， 总线带宽（MB/S）= 1/8总线宽度总线频率 总线频率总线频率即总线工作时钟频率，单位为MHz，它是影响总 线传输速率的重要因素之一。 总线宽度总线宽度 又称总线位宽，是总线可同时传输的数据位数， 用bit（位）表示，如8位、16位、32位等。显然 ，总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更 多的数据。 总线带宽总线带宽 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *14 表明总线拥有多少信号线，是数据总线、地址 总线、控制总线和电源总线的总和。信号线数 与总线性能不成正比，但一般与复杂度成正比 。 同步方

9、式同步方式可分为同步方式和异步方式。在同步方式下，总线上 主模块与从模块进行一次数据传输的时间是固定的， 并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模块之间 的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，就可达 到很高的总线带宽。 总线复用总线复用采用多路复用技术，可以减少总线的数目。 信号线数信号线数 总线控制方式包括并发工作、自动配置、仲裁方式、 逻辑方式、计数方式等。 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *15 几种微型计算机总线性能参数 名称 ISA(PC- AT) EISASTDMCAPCIPCI-E 适用机型 80286,386, 486系列机 386,486,

10、586 IBM系列 机 Z-80， IBM-PC 系列机 IBM个人 机与工作 站 P5个人机, PowerPC, Alpha工作站 全面取代现有 内部总线，实 现统一标准 最大传输率8MB/s33MB/s2MB/s33MB/s133MB/s 1GB/s（1x） 8GB/s（16x） 总线宽度8/16位32位8/16位32位32位8位 总线频率8MHz8.33MHz2MHz10MHz2033MHz2.5GHz 同步方式半同步同步同步异步同步支持同步 地址宽度2432243232/6432/64 负载能力86无限制无限制3无限制 信号线数9814356109120164（x16） 64位扩展不可

11、无规定不可可可可 多路复用非非非是是 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *16 1.3 总线的模板化结构 模板化结构 按功能划分计算机的各个部件，并按总线标 准设计成由总线连接的模板结构：CPU主板 、RAM/ROM存储板、A/D、D/A、DI、DO 等 模板化结构的优点 增加计算机系统的通用性、灵活性、开放 性、扩展性和可靠性 为系统的维修提供了方便 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *17 总线控制 1.4 总线控制与总线传输 将控制逻辑集中在一处(如在CPU中) 。集中 控制是单总线、双总线和三总线结构计算机 主要采用的方式

12、，常见的集中控制方式主要 有链式查询方式、计数器定时查询方式和独 立请求总线控制方式。 将总线控制逻辑分散在与总线连接的各个部 件或设备上。如CAN总线 分布式分布式 集中式集中式 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *18 总线传输 总线上的数据在主模块的控制下进行传送。一般的，总 线在完成一次传输周期时，可分为四个阶段： 由需要使用总线的主模块(或主设备)提出申请，经总线仲裁机 构决定在下一传输周期是否能获得总线使用权； 取得了使用权的主模块，通过总线发出本次打算访问的从模 块(或从设备)的存储地址或设备地址及有关命令，启动参与 本次传输的从模块； 主模块和从

13、模块进行数据交换，数据由源模块发出经数 据总线流入目的模块； 主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。 申请分配阶段 寻址阶段 数据传输阶段 结束阶段 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *19 2 内部总线 STD总线 PC系列总线 本节主要内容本节主要内容 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *20 STD总线起初设计为可用于64K存储空间的8位总线，后发展成可用于寻址16M空间的16 位总线 美国PRO-LOG公司1978年推出，后被重新定名为IEEE961 2.1 STD总线 STD总线的特点： l56根并行总线，

14、采用小模板结构, 尺寸为165114mm l模块化的总体设计布局 l开放式的系统结构 l兼容式总线结构，拥有丰富的I/O功能，广泛适用 于工业控制 l小模板结构，模板尺寸小,可减少冲击和震动的影响 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *21 56根并行总线都有明确的定义，按功 能可分为五大类 (1)逻辑电源线6根(引线16) (2)数据总线8根(引线714) (3)地址总线16根(引线1530) (4)控制总线22根(引线3152) (5)辅助电源线4根(引线5356) STD总线的信号分配 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *22

15、 总线低位地址A0 A12直接连接到各 存储器芯片 STD总线与存储器连接方法 高位地址A13A15 用来选片（可选 64K基本存储器， 通过扩展，可增至 128K） 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *23 地址码的低位 字节连接到总 线译码器, 形成 6根选板信号和 2根选口信号, 选通I/O端口工 作 STD总线与I/O的连接方法 （可选128个 口，扩展后可 增至256个口 ） 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *24 ISA：Industry Standard Architecture 2.2 PC系列总线 MCA：Micro Channel Architecture EISA：Extension ISA PCI：Peripheral Components Interconnect IBM PC总线的简称，因IBM及其兼容机的广泛普及成为 全世界用户承认的一种事实上的标准 PCI-E：PCI Express 系统集成与总线技术系统集成与总线技术计算机总线技术计算机总线技术 *25 问世较早，是8位、16位数据