微机原理与接口技术第11章

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1、微机原理与接口技术,第11章 总 线 技 术,第11章 总 线 技 术,教学提示：在微型计算机中，微型计算机由若干功能部件组成，各功能部件之间通过总线来互连和进行通信。总线是各功能部件之间进行相互通信的公共通路，在这个通路上传送地址信息、数据信息和控制信息。因此，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。 在微机系统中，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、主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信的一组公共信号线。 总之，总线就是各个部件之间、设备之间和系统之间的共用信号通路。 教学要求：通过本章学习，使读者了解总线的概念、分类和功能。,本章内

2、容,11.1 总线技术的概述25311.1.1 总线的分类25311.1.2 采用标准总线的优点25411.2 系统总线25411.2.1 ISA总线25411.2.2 EISA总线25811.2.3 VESA总线25911.2.4 PCI总线25911.3 外部通信总线26011.3.1 IEEE-488 总线26011.3.2 VXI总线26311.3.3 SCSI总线26311.3.4 RS-232C串行通信总线26611.3.5 RS-422A、RS-485总线268,11.1 总线技术的概述,所谓总线(Bus)，是指可以由多个信息处理单元(包括电路芯片、电路模块及电路板的设备)所共享

3、的信息通道。 11.1.1 总线的分类 总线的分类根据划分方法不同可以有多种，常见分类方式有两种：一种按照功能划分；另一种按照位置划分。 1按照功能分类 根据总线的功能，总线包括数据总线(DB，Data Bus)、地址总线(AB，Address Bus)、控制总线(CB，Control Bus)。另外，总线也提供电源线、地线和复位线(复位线也可归为控制总线)。 (1) 控制总线，控制总线专用于传送一个部件对另一个部件的控制信号。控制总线是双向的。 (2) 地址总线，地址总线专用于传送地址信号。地址总线是单向的。 (3) 数据总线，数据总线用于传送数据信息。数据总线是双向的。 总线的三态性，使各

4、部件均可连接在总线上。,11.1 总线技术的概述,2按照位置分类 1)片内总线：在集成电路芯片内部，用来连接各功能单元的信息通路。 2)局部总线：在印刷电路板上连接各芯片之间的公共通路。 3)系统总线：系统总线(或内总线)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板之间的通信通道，也可以用来扩展某块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通道。 4)通信总线：通信总线(或外总线)用于微机系统与系统之间，微机系统与外部设备如打机、盘设备或微机系统和仪器仪表之间的通信通道。 11.1.2 采用标准总线的优点 采用标准总

5、线可以简化系统设计、简化系统结构、提高系统可靠性、易于系统的扩充和更新等等。,11.2 系 统 总 线,11.2.1 ISA总线 ISA即工业标准体系结构(Industrial Standard Architecture)，ISA总线也叫AT总线，是一种在原始IBM PC引入的8位总线结构。1984年在IBM PC/AT中将ISA扩展到16位。ISA是现代个人计算机的基础，是目前市场上大多数PC系统采用的主要体系结构。 18位ISA总线 8位ISA总线共有8个插槽，主要用在早期的IBM PC/XT计算机的底板上，通常称作IBM PC总线(或PC/XT总线)。它具有62条“金手指”引脚，引脚间隔

6、为2.54mm。各引脚的安排如图11.1所示 216位ISA总线 1984年IBM公司推出286机(AT机)时，将原来8位的ISA总线扩展为16位的ISA总线，它保持原来8位ISA总线的62个引脚信号，以使原先的8位ISA总线适配器板可以插在AT机的插槽上。同时为使数据总线扩展到16位，地址总线扩展到24位，而增加一个延伸的36引脚插槽。新增加的36个引脚排列如图11.2所示 。,11.2 系 统 总 线,11.2 系 统 总 线,随后Intel公司推出80386 CPU，数据总线由16位增至32位。内部结构也发生了飞跃性进步，CPU处理能力大大提高了。通过总线与存储器、显示器、I/O设备传送

7、数据速度就显得很慢了。为了解决低性能总线与高性能CPU之间的矛盾，IBM公司率先在他们设计的一台386微机上，设计了一种完全不同于ISA总线的微通道体系结构，即MCA总线体系结构，并且其与ISA总线不相兼容。 MCA微通道结构总线，也称为PS/2总线，它分为16位和32位两种。16位的MCA总线与ISA总线处理能力基本相同，只是在总线上增加了一些辅助扩展功能而已。而32位MCA则是一种全新的系统总线结构，它支持186针插接器的适配器板，系统总线上的数据宽度为32位，可同时传送4字节数据。这种总线能充分利用386，486 CPU的强大处理能力，使PC的整体性能得到很大提高。,11.2 系 统 总

8、 线,11.2.2 EISA总线 随着高性能微处理器的推出，低性能的系统总线与高性能处理器间产生的瓶颈问题更为突出。为此，以Compaq公司为首，包括HP、AST、Epson等几家世界著名公司联合推出了一个新的总线标准EISA(Extended Industrial Standard Architecture)。EISA总线既保持了与PC总线和ISA总线的100%兼容，也能较好地满足32位微处理器的数据传输要求，支持多个总线主控部件和突发式传送(Burst Transfer)，是一种高性能的32位标准总线，其高性能主要体现以下几个方面。 (1)与ISA总线100%兼容，保护了用户投资，使用户对

9、EISA的投资不仅能享用EISA的高性能，而且可以继续沿用原来ISA的资源。 (2)具有较高的输入/输出性能，这主要体现在它具有32位宽的数据总线，33MB/s的数据传输率，支持循环的总线仲裁方式。 (3)扩充卡安装容易，自动配置无需DIP开关。 (4)真正的多主控总线，支持多个总线主控部件，增加了猝发式传输方式。,11.2 系 统 总 线,11.2.3 VESA总线 随着80486和Pentium等高性能CPU的问世，因其内部处理速度大大提高了，再加上集成高速缓存和数字协处理器FPU，高速的CPU和内存访问同慢速I/O操作成为PC技术中的瓶颈。多媒体的出现，对于图形和高速显示提出能更快速传送

10、大量信息的要求。而这些问题ISA和EISA总线都无法解决。为此，PC领域出现两种比较优秀的局部总线，即VESA(视频电子标准协会)的VESA Bus和PCI。 VESA总线是VESA视频电子标准协会同60余家公司联合推出的一个全开放的局部总线标准VL总线。VL总线与CPU同步，数据宽度为32位，最高传输率达132MB/s，它极大地增强了系统的性能。VL作为一个通用局部总线标准，具有以下特点。 (1)支持多总线主控器，VL总线最多支持3个总线主控器。 (2)支持高速视频控制器、硬盘控制器和LAN卡等外部设备。 (3)具有32位数据宽度，可增加到64位。 (4)外设与CPU同步工作，理论上最高工作

11、频率为66MHz，最大数据传输速率可达264MB/s，但由于受扩展槽电气特性限制，实际最高工作频率为40MHz。,11.2 系 统 总 线,11.2.4 PCI总线 1992年初，Intel公司联合IBM、Compaq、DEC、Apple等大公司创立了PCI局部总线标准。PCI是Peripheral Component Interconnect的缩写，即外围部件互联。PCI总线支持33MHz的时钟频率，数据宽度为32位，可扩展到64位，数据传输率可达132MB/s264MB/s。PCI总线通常称为夹层总线(Mezzanine Bus)，因为在传统的总线结构上多加了一层。 PCI总线的特点如下。

12、 (1)高性能。 (2)PCI数据总线宽度为32位，可扩充到64位，工作频率33MHz。1995年新标准可为 66MHz，与CPU时钟频率无关，其数据传输率可达528MB/s(64位时)，支持并发传送。 (3)兼容性好，易于发展。 (4)自动配置功能。 (5)规范。,11.3 外部通信总线,微机的外部通信总线主要面向各种输入输出设备及网络互连等，所以也称为外部总线或设备总线。下面我们介绍微机中常用的几种外部通信总线。11.3.1 IEEE-488 总线 惠普公司在20世纪70年代开发了GPIB通用仪器控制接口总线标准。IEEE国际组织在1975年对GPIB进行了标准化，由此GPIB变成了IEE

13、E-488标准。 1977年国际电子委员会(IEC)也予以认可和推荐，将其认定为IEC-625总线，称为IEC总线接口或IEC仪器总线。 1IEEE-488总线使用的约定 (1)IEEE-488总线是双向异步总线。 (2)总线交换的必须是数字信号，不能是模拟信号。 (3)总线最大传输率不得超过1MB/s(与系统总线相比，速度较低)。 (4)任何两个仪器间的连接电缆不得超过4m，总线最长不得超过20m。 (5)信号逻辑电平采用标准TTL电平，逻辑0为00.8V，逻辑1为2.05V5 V，0.8V2V间为不确定。 (6)连接在总线上的设备(包括作为主控器的微型机)不大于15个。,11.3 外部通信

14、总线,2系统上设备的工作方式 IEEE-488总线接口结构如图11.4所示。 在IEEE-488系统中，每一个设备可按如下3种方式工作。“听者”方式：当某一设备是从其他 设备或控制者接收信息时，称为该设备工作于听者方式。,(2) “讲者”方式：向数据总线发送数据，一个系统可以有两个以上的“讲者”，但一个设备可以既是讲者，又是听者。(3) “控者”方式：用于控制其他设备，决定谁是讲者，谁是听者及向其他设备发送地址或命令，处理各种请求服务，系统中可能有几个控制器，但同一时刻只能有一个控制者，一般微机为控制者。,11.3 外部通信总线,3IEEE-488总线信号定义说明 IEEE-488总线使用24

15、线组合插头座。 IEEE-488的信号线除8条地线外，有以下3类信号线。 (1) D7D0数据总线，除了用于传送数据外，还用于“听”、“讲”方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。 (2) 字节传送控制线，在IEEE-488总线上，数据传送采用异步握手(挂钩)联络方式。即用DAV，NRFD和NDAC这3根线进行握手联络。 (3) 接口管理线。包括：IFC(Interface Clear)，SRQ(Service Request)，ATN(Attention Line)，EOI(End or Identify)，REN(Remote Enable)。,11.3 外部通信总线,4IEEE-4

16、88总线传送数据时序 IEEE-488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NDAC这3条信号线进行握手联络。数据传送的时序图如图11.5所示。 从时序图如图11.5所示可见，总线上每传送一个字节数据，就有一次DAV、NRFD和NDAC 3线握手过程。,11.3 外部通信总线,11.3.2 VXI总线 VXI总线系统是一种在世界范围内完全开放的、适用于多厂商的模块化仪器总线系统，是目前世界上最新的仪器总线系统。 VXI总线具有小型便携、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。 VXI被IEEE确定为正式标准IEEE-

17、1155。 采用VXI总线构成系统具有如下特点。 (1) 系统最多可以包含256个器件(或称装置)，每个器件都具有惟一的逻辑地址单元。 (2) 一个模块是一个VXI器件，允许灵活处理。 (3) 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。 (4) VXI总线中地址线有16位、24位和32位3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。此外VXI总线还定义了多种控制线、中断线、时钟线、触发线、识别线和模拟线等。 (5) 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。,