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1、第八章 总线技术 第八章 总线技术第一讲:总线技术回顾：通信的基本概念及并行通信的特点与应用本讲重点： 总线讲述内容：总线标准与总线体系结构8.1 总线标准与总线体系结构一、什么是总线？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。在微机系统中，可以利用总线实现芯片内部各功能部件、印刷电路板各功能部件之间、机箱内各插件板之间及主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信。采用标准总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。二、总线分类与结构1总线规范 机械结构规范：规定模块尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格。 功能结构规范：确定引脚名称与功能，
2、以及其相互作用的协议，是总线的核心，通常包括如下内容 数据线、地址线、读/写控制逻辑线、时钟线及电源线、地线等； 中断机制； 总线主控仲裁 应用逻辑，如握手联络线、复位、自启动、休眠维护等。 电气规范：规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。2总线分类 片内总线在集成电路芯片内部，用来连结各功能单元的信息通路，例如CPU芯片中的内部总线，它是连接算逻单元ALU及各种通用、专用寄存器之间的信息通路。 局部总线在印刷电路板上实现各芯片之间连接的公共通路，例如CPU及其支持芯片与所在电路板的局部资源之间的通道。这些资源包括在板资源及插在板上局部总线扩展槽上的功能扩展板上的资源等，例P
3、C系列机中ISA、EISA、VESA和PCI等均属局部总线标准。 系统总线又称为内总线，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，它可以是多处理器系统中各CPU板之间的通信通道，也可以是用来扩展某块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。如目前较流行的标准微机系统总线，有16位的MULTIBUS I，STDBUS；32位的MULTIBUS II，STD32和VME等。 通信总线又称为外总线，用于微机系统与系统之间，微机系统与外部设备如打印机、盘驱动设备或微机系统与智能仪器、仪表之间的通信通道，总线数据传输方式可以是并行(如打印机)或串行，
4、如IEEE488，SCSI，RS232C等。8.2 PC总线PC总线又称为在板局部总线。即只是单板机上的I/O扩展总线，不支持多主CPU的并行处理，不存在多CPU共享资源，也不存在总线仲裁的问题。PC机采用开放式的结构，即在底板上设置一些标准扩展插槽(Slot)，要扩充PC机的功能，只要设计或购置符合插槽标准的适配器板，然后将板插入插槽即可。一、ISA 工业标准总线ISA是工业标准体系结构(Industrial Standard Architecture)的缩写，是一种在原始IBM PC中引入的8位总线结构，1984年在IBM PC/AT中将其扩展到16位。ISA是现代个人计算机的基础，是目前
5、市场上大多数PC系统采用的主要体系结构。18位ISA总线主要用在早期IBM PC/XT计算机的底板上，共有8个插槽。常称为IBM PC总线或PC/XT总线，它有62条“金手指”引脚，引脚间隔为2.54mm。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，以便使8位ISA总线适配器板可以继续在AT机的插槽上使用，同时为使数据总线扩展到16位，地址总线扩展到24位，又增加一个扩展的36引脚插槽。二、PCI总线1992年初，Intel联合IBM、Compaq、DEC、Apple等大公司创立了PCI
6、局部总线标准。PCI是“Peripheral Component Interconnect”的缩写，即外围元件互联。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。由于PCI在传统的总线结构上多加了一层，因此PCI总线通常又被称为夹层总线（Mezzanine Bus）。PCI旁路了标准的I/O总线，使用系统总线来提高总线时钟速率，获取CPU数据通道的全部优势。PCI规范确定了3种板的配置，每一种都为一类特定的系统类型而设计，配有专门的电源。5V规格适用于固定式计算机系统，3.3V规格适用于便携式机器，通用规格适用于能在两种系统中
7、工作的主板和板卡。作为另一个重要特性，事实上PCI已经成为Intel即插即用（PnP）规范的典范，意味着PCI卡上不存在跳线和开关等硬件设置，而代之以软件配置。三、加速图形端口（AGP）加速图形端口（AGP）是Intel为高性能图形和视频支持而专门设计的一种新型总线标准。AGP以PCI为基础，但在物理、电气和逻辑上均独立于PCI。与PCI带有多个连接器（插槽）的真正总线不同，AGP是专为系统中一块视频卡设计的点到点的高性能连接，只有一个AGP插槽就可以插入单块视频卡。AGP是一种高速连接，以66MHz的基频运行（实际为66.66MHz），为标准PCI的两倍。基本AGP模式称为1X，每个周期完成
8、一次数据传输。由于AGP总线为32位（4字节）宽，在每秒6600万次的条件下能达到大约266MB/s（每秒百万字节）的数据传输能力。原始AGP规范也定义了2X模式，每个周期完成两次数据传输，速率可以达到533MB/s。更新的AGP2.0规范增加了4X传输能力，每个周期可以完成四次数据传输，等价于1066MB/s的数据传输速率。由于AGP独立于PCI，使用AGP视频卡将省出PCI总线用于更多的传统输入输出。除了能获得更快的视频性能， Inte1公司设计AGP的另一主要原因，就是允许视频卡能与系统RAM之间能够直接进行高速数据传送。即允许AGP视频卡直接存取系统RAM，减少了对不断增加视频内存的需
9、求，使视频卡的速度能满足高速3D图形的需要。8.3 系统总线系统总线用来连接构成微型机系统的各插件板，它可以是多处理机系统中各CPU板之间的通信通道，也可以是用来扩展某块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。一、S-100总线S-100总线首先在MITS公司的Altair微机系统中使用，但该总线有缺陷。1979年经过两次修改后成为新的S-100总线，并由国际标准会议定名为IEEE696。S-100总线是一种曾得到广泛使用的系统总线。按功能可分为8组，包括：16条数据线，24条地址线，8条状态线，5条控制输出线，6条控制输入线，6条DMA控制线，8条向量中断线和2
10、5条其它用途线，采用100个引脚的插件板，每面50个引脚。二、Multi bus I和Multi bus IIMulti bus I和Multi bus II简称为MB I和MB II。MB I系统总线由Intel公司于1974年提出，用于SBC微型计算机系统，所以又称SBC多总线。这是一种16位多处理机的标准计算机系统总线，并由国际标准化会议承认而定名为IEEE796。20世纪80年代末随着32位高速CPU的问世，1985年Intel公司推出适应32位微机的总线MB bus II(IEEE1296)，它是由16位的MB I扩展而来的。MB II具有自动配置系统的能力，数据传输率可达40MB/
11、s(MB I数据传输率只有10MB/s)。三、STD busSTD总线是美国PROLOG公司1978年推出的一种工业控制微型机的系统总线标准，STD bus采用小板结构、高度模块化，具有一整套高可靠性措施，使用该总线构成的工业控制机系统，可以长期可靠地工作于恶劣环境下。该总线结构简单，其中只有56条引脚并能支持多微处理系统，是一种小规模且性能很好的系统总线，被国际标准化会议定名为IEEE961。STD bus不仅是国际上流行的工业控制机标准总线，也是国内工业控制机首选的标准总线。8.4 通信总线通信总线又称外总线，它用于微型计算机之间、微型计算机与远程终端、微型机与外部设备以及微型计算机与测量
12、仪器、仪表之间的连接。这类总线不是微型计算机系统所特有的，而是利用电子工业或其它领域已有的总线标准。通信总线分为并行总线和串行总线，在计算机网络、微型机自动测试系统、微型机工控系统中得到广泛的应用。一、 IEEE 488总线IEEE 488是一种并行的外总线，它以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的积木测试系统，是工业上应用最广泛的通信总线之一。利用IEEE 488总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。可以采用串行连接，也可以采用星形连接。在IEEE 488总线上的各种设备可以具备不同的功能。有的设备如微型计算机可以同时具有控制者、听者、讲者3种功能。有的设备只具有收、发功能，而有的
13、设备只具有接收功能，如打印机。在某一时刻系统只能有一个控制者，而在进行数据传送时，某一时刻只能有一个发送器发送数据，允许多个接收器接收数据，也就是可以进行一对多的数据传送。二、SCSI总线此外，目前微机中普遍使用的SCSI总线也引起人们的重视。SCSI是Small compute system interface，即小型计算机系统接口的缩写。它用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、CD-ROM、可重写光盘、扫描仪、通信设备和打印机等外围设备的连接。目前广泛用于微型计算机中主机与硬磁盘和光盘如CD-ROM的连接，成为最重要、最有潜力的新总线标准。此外还有RS232C和RS422/485等。习题
14、与思考：1. 总线规范的基本内容是什么？2. 根据在微型计算机系统的不同层次上的总线分类，微型机系统中共有哪几类总线?3. 采用标准总线结构组成微机系统有何优点？4. 总线数据传输的控制方式通常有哪几种？各有何特点?5. 同步、异步、半同步总线传送分别是如何实现总线控制的?6. 在总线上完成一次数据传输一般要经历哪几个阶段?7. 叙述PC总线的发展过程。8位ISA总线(或称XT总线)、16位ISA总线和PCI总线的各信号线以及地址线、数据线有何区别?8. STD总线主要用于什么场合? 各信号线的主要功能是什么？9. 试述IEEE 488总线完成一次数据传输的3线握手联络过程。10. 为什么要在RS-232C与TTL之间加电平转换器件。一般采用那些转换器件，请以图说明11. 叙述RS- 423A，RS-422和RS- 485等标准的特点和使用场合。1
