《微机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 胡 蔷 第5章 总线》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 胡 蔷 第5章 总线（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第5章 总线,内容提要：本章主要介绍了微处理器总线的分类、组成、传输方式等基本概念，描述了几种常用的总线结构。 学习目标：重点掌握PCI总线、USB总线、IEEE 1394总线相关信号的定义、分配等常用信息和使用方法。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,2,第5章 总线,本章目录 5.1 总线概述 5.2 几种总线标准 小结,机械工业出版社 微机原理及接口技术,3,5.1 总线概述,为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路配置以适当的接口电路与各部件和外设连接，这组共用的连接线路被称为总线。 总线是用来连接各部件的各种信号线的集合，换言之，总线是一种在多于两个模块(设备或子系统)
2、间传送数据、地址和控制信息的公共通道。为在各模块之间实现信息共享和交换，总线由传送信息的物理介质以及一套管理信息传输的协议所构成。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,4,1总线分类,在微机系统中，有各种各样的总线，这些总线可以从不同的层次和角度进行分类。 (1)按总线的功能分类 1) 地址总线； 2) 数据总线； 3) 控制总线。 通常所说的总线都包括上述三个组成部分：地址总线（AB）用来传送地址信息，数据总线（DB）用来传送数据信息，控制总线（CB）用来传送各种控制信号。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,5,(2)按总线的层次结构分类 1）CPU总线：它包括地址线（CAB）、数据线（C
3、DB）和控制线（CCB），用来连接CPU和控制芯片。 2）存储总线：它包括地址线（MAB）、数据线（MDB）和控制线（MCB），用来连接存储控制器和DRAM。 3）系统总线：它也称为I/O通道总线，包括地址线（SAB）、数据线（SDB）和控制线（SCB），用来连接扩充插槽上的各扩充板卡。系统总线有多种标准，以适用于各种系统。 4）外部总线：它用来连接外设控制芯片，如主机板上的I/O控制器和键盘控制器，包括地址线（XAB）、数据线（XDB）和控制线（XCB）。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,6,(3)按总线在微机系统中的位置分类 1）机内总线：上面介绍的各类总线都是机内总线。 2）机外总线
4、：它是指与外部设备接口的总线，实际上 是一种外设的接口标准。 目前在PC上流行的接口标准有IDE, SCSI, USB和IEEE 1394四种。前两种主要是与硬盘、光驱等IDE设备接口，后面两种新型外部总线可以用来连接多种外部设备。 (4)按总线的通信方式分类 计算机的通信方式可分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。 1）并行总线：并行总线通信速度快，实时性好，但由于占用的口线多，不适合小型化产品。 2）串行总线：串行总线通信速率虽低，但在数据通信量不很大的微处理器电路中，显得更加简易、方便、灵活。 (5)局部总线分类 局部总线可分为专用局部总线和PCI总线。,机械工
5、业出版社 微机原理及接口技术,7,2.总线特性,(1) 物理特性：指总线的物理连接方式，包括总线的根数、总线接头的形状、引脚排列形式及编号顺序等。 (2) 功能特性：指总线中每根线的作用，一般分为3种功能，即常用的三大总线-地址总线、数据总线、控制总线。 (3) 电气特性：指总线中每根线的有效电平范围、信号传送方向。一般规定进入CPU的信号称输入信号，从CPU发出的信号称输出信号。 (4) 时序特性：定义总线中每根线的时序，即每根线在哪个时钟周期有效。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,8,3.总线完成一次数据传输要经历四个阶段,(1) 申请(Arbitration)占用总线阶段：需要使用总
6、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，如存储器或I/O接口的地址，通过译码使被访问的从属模块被选中，从而开始启动。 (3) 传数(Data Transfering)阶段：主模块和从属模块进行数据交换。数据由源模块发出经数据总线流入目的模块。对于读传送，源模块是存储器或I/O接口，而目的模块是总线主控者CPU；对于写传送，源模块是总线主控者，如CPU，而目的模块是存储器或I/O接口。 (
7、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，以便其他模块能继续使用。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,9,4. 实现总线传输的控制,（1）同步传输：同步传输是采用精确稳定的系统时钟，作为各模块动作的基准时间。模块间通过总线完成一次数据传输(即一个总线周期)，时间是固定的，每次传输一旦开始，主、从模块都必须按严格的时间规定完成相应的动作。 （2）异步传输：同步传输要求总线上的各模块速度要严格匹配，为了能使不同速度的模块组成系统，因此采用异步传输控制数据传输。 （3）半同步传输：半同步传输是综合同步和异步传输的优点而设计出来的混合式传输。,机械工业出版社 微机
8、原理及接口技术,10,5.总线性能指标,总线的性能指标有多个方面，下面五条是容易理解且比较重要的。 （1）总线宽度 总线宽度指的是总线中数据总线的数量，用bit（位）表示，总线宽度有8位、16位、32位和64位之分。显然，总线的数据传输量与总线宽度成正比。 （2）总线时钟 总线时钟是总线中各种信号的定时标准。一般来说，总线时钟频率越高，其单位时间内数据传输量越大，但不完全成正比例关系。 （3）最大数据传输速率 最大数据传输速率指的是在总线中每秒钟传输的最大字节量，用MB/s表示，即每秒多少兆字节。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,11,在现代微机中，一般可做到一个总线时钟周期完成一次数据传
9、输，因此，总线的最大数据传输速率为总线宽度除以8（每次传输的字节数）再乘以总线时钟频率。 例如，PCI总线宽度为32位，总线时钟频率为33MHz，则最大数据传输速率为32833132MB/s。但有些总线采用了一些新技术（如在时钟脉冲的上升沿和下降沿都选通等），使最大数据传输速率比上面的计算结果高。 最大数据传输速率有时也被称为带宽（bandwidth）。 （4）信号线数 信号线数是总线中信号线的总数，包括数据总线、地址总线和控制总线。信号线数与性能不成正比，但反映了总线的复杂程度。 （5）负载能力 负载能力是总线带负载的能力。该能力强，表明可多接一些总线板卡。当然，不同的板卡对总线的负载不一样
10、，所接板卡负载的总和不应超过总线的最大负载能力。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,12,5.2 几种总线标准,总线标准是指在计算机系统中互连各个模块的标准，它通常对总线的物理特性、电气特性等都作了明确统一的规定。常用总线标准可分为：系统总线和外部总线。 系统总线： （1）PC总线。IBM PC机的62芯PC总线。 （2）ISA。是IBM公司为286/AT电脑制定的总线工业标准，也称为AT标准。 （3）PCI。它是SIG（Special Interest Group）集团推出的总线结构。自1992年起，已有Intel, HP, IBM, Apple, DEC, Compaq, NEC等著名的
11、厂商加盟。 （4）AGP。加速图形端口AGP是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范。因为它是点对点连接，即连接控制芯片和AGP显示卡，因此严格来说，AGP也是一种接口标准。 外部总线： （1）IEEE488总线 （2）EIA RS232总线,机械工业出版社 微机原理及接口技术,13,5.2.1 PC总线,IBM-PC及XT使用的总线称为PC总线，它是为配置外部I/O适配器和扩充存储器专门设计的一组I/O总线，又称为I/O通道，共有62条引线，全部引到系统板上8个62芯总线的扩展槽J1J8上，可插入不同功能的插件板，用以扩展系统功能，如图5-1所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,14,D
12、7D0共8条，是双向数据传送线，为CPU、存储器及I/O设备间提供信息传送通道。,1. 数据总线,2. 地址总线,A19A0共20条，用来选定存储器地址或I/O设备地址。当选定I/O设备地址时，A19A16无效。这些信号一般由CPU产生，也可以由DMA控制器产生。20位地址线允许访问1MB存储空间，16位地址线允许访问64 KB的I/O设备空间。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,15,控制总线共26条，可大致分为三类。 1) 纯控制线(21根) 2) 状态线(2根) 3) 辅助线(3根),3. 控制总线,5.2.2 ISA总线,ISA总线: (Industry Standard Archi
13、tecture:工业标准体系结构）是IBM公司为PC/AT电脑而制定的总线标准，为16位体系结构，只能支持16位的I/O设备，数据传输率大约是16MB/S。 ISA能实现16位数据传送，24位地址线可寻址16 MB地址空间，工作频率为8 MHz，数据传输率最高可达8 MB/s。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,16,ISA总线是采用80286CPU的IBM-PC/AT机使用的总线，又称PC/AT总线。将原来8位的IBM-PC总线扩展为16位的AT总线，它保持原来PC/XT总线的62个引脚信号，以便原先的PC/XT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2
14、4位，而增加一个延伸的36引脚插槽，其引脚如图5-2所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,17,PCI的含义是外围部件互连。PCI能够支持微处理器快速访问系统存储器，并支持适配器之间的相互访问。 典型的PCI系统结构如图5-3所示，展示了PCI、扩展系统、CPU及存储器之间的连接关系。,5.2.3 PCI总线,1PCI系统结构,机械工业出版社 微机原理及接口技术,18,机械工业出版社 微机原理及接口技术,19,2PCI局部总线的主要性能和特点,PCI总线是一种不依附于某个具体微处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，由一个桥接电路实现对这一层的管
15、理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。 （1）数据传输率高 PCI的数据总线宽度为32位，可扩充到64位。它以33MHz的时钟频率工作。因此，若采用32位数据总线，数据传输率可达132MB/s；而采用64位宽度数据总线，则最高传输率可达264MB/s。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,20,（2）支持突发传输 通常的数据传输是先输出地址后进行数据操作，即使所要传输数据的地址是连续的，每次也要有输出和建立地址的阶段。而PCI支持突发数据传输周期，该周期在一个地址相位后可跟若干个数据相位。 （3）支持多主控器 在同一条PCI总线上可以有多个总线主控器（主设备），各主控器通过PCI总线专门设
16、置的总线占用请求信号和总线占用允许信号竞争总线的控制权。 （4）减少存取延迟 PCI总线能够大幅度减少外设取得总线控制权所需的时间，以保证数据传输的畅通。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,21,（7）数据完整 PCI总线提供了数据和地址的奇偶校验功能，保证了数据的完整性和准确性。 （8）适用于多种机型 通过转换5V和3.3V工作环境，PCI总线可适用于各种规格的计算机系统，如台式机、便携式计算机及服务器等。 （9）低成本、高可靠性 PCI总线插槽短而精致，PCI芯片均为超大规模集成电路，体积小而可靠性高，PCI总线采用地址/数据引脚复用技术，减少了引脚需求。这使得PCI板卡的小型化成为可能，从而降低成本，提高可靠性。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,22,3. PCI总线信号定义,PCI总线引脚数为120条（包含电源、地、保留引脚等）。 PC
