《微机原理与接口技术-05-2-系统总线》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术-05-2-系统总线（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、主要内容 总线的概念 总线 的 分类 总线 的层次结构 总线 的主要技术指标 总线 的标准化 常用总线 第五章 CPU总线与系统总线 系统总线 一、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 ，是计算机系统 内部的各部件之间以及外部的各系统之间 传输信息的公共 通道。 总线结构 的特点 为计算机系统内部各 部件或 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 计算机设备 具有很强的兼容性 组态 灵活、易于扩展等 1. 什么是总线 2. 总线的分类 按 传输方式分类 并行 总线 每个信号都有自己的信号线，传输速度快、接口简单 ， 但使用 电缆线
2、 数多 串行 总线 多个信号复用少量信号线，电缆线数少，便于远距离传播 ， 但传输速度慢 ，接口 复杂 按 信号功能分类 数据总线 地址总线 控制总线 电源 和地线 备用线 2. 总线的分类 按时钟信号分类 同步总线 同步总线的时钟信号独立于数据 ，即用 一根单独的 线路传送时钟信号； 传输 由唯一时钟进行控制，规定在一定数目的时钟周期 (总线周期 )内完成传送。 异步总线 异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的，通常利用数据信号的边沿来作为时钟 同步信号； 传输通过双方的握手 (Handshaking)信号来进行。不受统一时钟的限制。 2. 总线的分类 按 总线在系统结构中的层次 位置 片
3、内总线 (On-Chip BUS) 芯片级互连 大规模集成电路 芯片内部 ，连接 各功能单元的信息 通路 或 连接 系统 中各种不同 器件 局部总线（ Local Bus），微处理器的引脚信号 内部 总线（ Internal Bus) 模板级 互连 用于 计算机 内部 功能 单元 (模板 )之间 通信，如主板上连接 CPU、存储器、 I/O接口等各种芯片的信息通路，包括 STD、 ISA、 MCA、 PCI、 PCI-Express等 又称为系统 总线（ System Bus）是微机系统的主要 总线 外部 总线（ External Bus) 设备级 互连 用于 计算机之间或计算机与外部设备之间
4、 通信 包括 IEEE488、 RS232、 RS485、 USB等 又 称 为 通讯 总线 3. 总线的层次结构 总线 层次结构 示意图 片内总线 4. 总线的主要技术指标 数据宽度 工作时钟 传输速率 构成总线的信号数目 总线的负载能力 总线支持的工作模式 其中最关键的一项技术指标：总线传输速率 通过带宽 (Bandwidth)来进行描述，单位为 每秒字节 (Bps)，用于并行传输 每秒位 (bps)，用于串行传输。 5. 总线的标准化 什么是总线标准 所谓总线标准，是国际 上正式公布、推荐或业界广泛使用的总线规范 。 对 总线的插座尺寸、引线数目、信号和时序所作的统一规定 。 制定标准的
5、两种方式 一种方式是由某些厂商首先开发使用并获得广泛响应，成为事实上的行业标准，然后被接受并修改成为国际标准。 另一种方式是由标准化组织委托专家组研究制定，或是对已有方案进行综合处理后形成。 5. 总线的标准化 总线标准包含的 内容 机械特性：规定模板尺寸、插头、连接器的形状、尺寸等规格位置 电气特性：规定信号的逻辑电平 、有效 方式 、负载能力 、 抗干扰能力、 信号 传递方向及电源电压等 功能特性：每个引脚名称、功能、时序及协议 通信协议：通信 双方的沟通方式、数据格式等 。 5. 总线的标准化 总线标准的意义 有了总线和总线接口的标准，互连设备的任何一方在设计和生产时，只需考虑总线界面，
6、而不必考虑对方的情况。这有利于组织大规模专业化的生产。 采用总线结构和符合总线接口标准的部件来构建系统，可以简化设计，缩短研制周期。 为灵活配置系统，以及系统的升级、改造和维护带来方便。 二、常用总线 1. 微机总线 的发展 16位 PC机：单总线结构 IBM PC机和 IBM PC/XT机的 IBM PC总线 IBM PC/AT机的 IBM AT总线，即 ISA总线 32位 PC机 MCA总线 EISA总线（扩展 ISA总线） 32位局部总线 VESA 64位 PC机：多总线结构 系统总线：外设部件互连 PCI、 PCI-X 显示总线：图形加速接口 AGP、 PCI-E 外设接口：键盘接口、
7、鼠标接口、并行打印机接口、串行通信接口，通用串行接口 USB， IEEE 1394接口 2. PC总线 IBM-PC及 XT使用的总线称为 PC总线。当时使用的 CPU是 Intel公司的准 16位 CPU 8088，但 PC总线不是 CPU引脚的延伸，而是通过了 8282、锁存器、 8286发送接收器、 8288总线控制器、 8259中断控制器、 8237DMA控制器以及其他逻辑的重新驱动和组合控制而成，所以又称为 I/O通道。它共有 62条引线，全部引到系统板 8个双列扩充槽插座上，每个插座相对应的引脚连在一起，再连到总线的相应信号线上。 插件板分 A、 B两面， A面为元件侧。用户自行设
8、计的或购买的与总线匹配的插件板就可插在这些插座上。其中第 8个插槽的 B8是该插槽的插件板选中 (CARD SLCTD)信号，由该插件板建立，它通知系统板该插件板已被选中。 AEN： 地址允许信号，输出线，高电平有效。表明正处于 DMA控制周期中，此信号可用来在 DMA期间禁止 I/O端口的地址译码。 3. ISA总线 ISA(Industy Standard Architecture)即工业标准体系结构总线，又称 AT总线 。 是 IBM/AT机推出时使用的总线，逐步演变为一个事实上的工业标准，得到广泛的使用 。 16位系统总线，用于 IBM PC/AT及其 兼容机。 16位数据宽度， 24
9、 条地址线，寻址 空间 16MB，最高传输速率 8Mbps。 它是在 PC总线的基 础上扩展一个 36条引线插槽形成的 。 由前 62引脚（ A和 B面）和后 36引脚（ C和 D接面）两个插槽 组成， 共计 98条引线 。 2个时钟周期传送 16位 数据 。 3. ISA总线 SD15 SD0： 16位双向数据信号线 SBHE：高字节允许信号 SA19 SA0：低 20位经过锁存输出的地址线 LA23 LA17：高 7位未锁存地址信号线 数据 和地址线 3. ISA总线 BALE：缓冲地址锁存允许，指示 CPU总线周期 IOR*， IOW*： I/O读和 I/O写信号 MEMR*， SMEM
10、R*：存储器读 MEMW*， SMEMW*：存储器写 MEMCS16*： 16位存储器总线周期 IOCS16*： 16位 I/O总线周期 I/O CH RDY： I/O通道准备好输入信号 OWS*：零等待状态（ Zero Wait State） 读写控制线 3. ISA总线 中断请求线 IRQ3 IRQ7， IRQ9 IRQ12， IRQ14， IRQ15 可屏蔽中断请求信号 ， 优先权顺序 IRQ9 IRQ12， IRQ14， IRQ15， IRQ3 IRQ7 16位 PC机共有 16个请求引脚 IRQ0和 IRQ1用于系统主机板的时钟和键盘中断 IRQ2用于两个中断控制器连接 IRQ8用于
11、实时时钟 IRQ13连接数值协处理器 其余引向系统总线 ， 有些已分配给系统外设 3. ISA总线 DMA传送控制线 AEN：地址允许 ， 指示 DMA总线周期 DRQ0 DRQ3， DRQ5 DRQ7： DMA请求 DACK0* DACK3*,DACK5* DACK7*： DMA响应 T/C：计数结束信号 ， 表示 DMA传送结束 MASTER*：主设备 16位 PC机的共有 8个 DMA通道 DRQ0 DRQ3用于 8位 DMA传送 DRQ5 DRQ7用于 16位 DMA传送 DRQ4已经用于连接两个 DMA控制器 3. ISA总线 其他信号线 RESET DRV：复位驱动信号 REFRE
12、SH*：刷新 I/OCH CK*： I/O通道校验 OSC：晶振频率脉冲 输出 14.31818MHz的主振频率 信号 CLK：系统时钟 IBM PC总线输出 4.77MHz IBM AT总线采用 6， 8， 10或 12MHz 32位 PC机的时钟频率是 8.33MHz 5V、 5V、 12V、 12V：电源 GND：地线 4. MCA总线 (Micro Channel Architecture) 1987年， IBM在推出 386时提出 独立与微处理器，具有通用性 数据、地址总线宽度 32位，支持 4GB的寻址能力，数据传输速率 33Mbps 配有总线仲裁机构，可支持 16个总线主控制器
13、在电气及物理上与 ISA不兼容，不支持 ISA外设 MAC受专利和许可协议保护 ， IBM还对 MCA施加了一些限制，以防止和它的小型计算机系统 竞争，这都限制 了 它的发展。 5. EISA总线 EISA(Extension Industry Standard Architecture)扩展工业标准体系结构 1988年由 Compaq等 9家公司联合推出的总线 标准 它 是在 ISA总线的基础上使用双层插座，在原来 ISA总线的 98条信号线上又增加了 98条信号线，也就是在两条 ISA信号线之间添加一条 EISA信号 线 与 ISA兼容，支持多个主模块 32位数据总线，支持 32位地址通路
14、 可根据需要 自动 进行 32、 16、 8位数据间的转换 总线 主控技术，扩展卡上具有总线主控处理器 支持 多总线主控模块 扩展卡的安装十分容易，可根据配置文件自动配置系统和扩展 板 5. EISA总线 EISA并没有重复 ISA的辉煌，它的成本过高，且速度潜力有限；另外在还没有来得及成为正式工业标准的时候，更先进的 PCI总线就开始出现， EISA也就成为附庸 。 不过 ， EISA总线并没有因此快速消失，它在计算机系统中与 PCI总线共存了很长的时光，直到 2000年后 EISA才正式彻底退出 而此时距 EISA标准的提出已经过去了 12年。 6. PCI总线 PCI(Peripheral Component Interconnect)总线称为外部设备互连总线，是一种高性能局部总线，它能与其他总线互连 。 1992年由 Intel公司带头制定的设备总线 标准 与处理器无关 支持 64位数据传送、多总线主控模块、线性猝发读写和并发工作方式 最高传送数据 132Mbps 集
