第四章 總線技術(shù)

1、總線技術(shù) BUS Technology 第四章 1. 了解總線的基本概念及其優(yōu)點(diǎn) 2. 掌握總線的類型 3. 掌握總線的數(shù)據(jù)傳輸 4. 掌握總線的性能指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 5. 了解總線的發(fā)展歷程及常見種類 target 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重點(diǎn) 1. 總線的類型 2. 總線的數(shù)據(jù)傳輸 3. 總線的性能指標(biāo) 4. 總線的種類 教學(xué)難點(diǎn) 1. 總線的數(shù)據(jù)傳輸 2. 三種總線之間的關(guān)系 3. 各類型總線的特點(diǎn) 01 02 總線的基本概念 The basic concept of the bus 系統(tǒng)總線的發(fā)展歷程和種類 The development of the system bus and species

2、 CONTENT 本章主要介紹了總線的基本概念， 系統(tǒng)總線和局部總線及一些典型的總 線標(biāo)準(zhǔn)，總線的類別，總線的數(shù)據(jù)傳 輸，描述總線性能的主要參數(shù)以及總 線的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范說明。使用總線設(shè)計計 算機(jī)系統(tǒng)，講到總線的諸多的優(yōu)點(diǎn)。 本章也詳細(xì)介紹了總線的發(fā)展與包括 諸如PC總線，ISA，VESA，PCI，PCI Express，USB,AGP等總線標(biāo)準(zhǔn)種類。 知識導(dǎo)學(xué)圖 01 總線的基本概念 The basic concept of the bus PART ONE 4.1.1 總線的概述 總線是連接計算機(jī)不同部件和設(shè)備 并在微機(jī)系統(tǒng)各個模塊之間傳送信息 的公共通道。計算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用 總線將五大部件聯(lián)

3、系起來。如右圖表 示了采用總線連接計算機(jī)各個部件的 形式。 4.1.2 總線的類型 4.1.3總線的數(shù)據(jù)傳輸 總線的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 總線上連接有許多模塊(或稱設(shè)備 ,Device)。當(dāng)一個模塊需要與另一 個模塊傳輸信息時，它需要首先獲 得控制總線的權(quán)利，然后發(fā)出模塊 地址和讀寫控制信號，最終完成數(shù) 據(jù)的傳輸?？刂瓶偩€完成數(shù)據(jù)傳輸 的模塊是主控（Master）模塊或 主模塊、主設(shè)備，與之相應(yīng)，被動 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的模塊則是被控 (Slave)模塊或從模塊、從設(shè)備。 總線上可能連接有多個可以作為 主模塊的器件，但是在總線使用 上有限制，即在某一時刻，只能 有一個主模塊控制總線，其他模 塊此

4、時可以作為從模塊。同樣， 在某一時刻，只能有一個模塊向 總線發(fā)送數(shù)據(jù)，但可以有多個模 塊從總線接收數(shù)據(jù)。 4.1.3 總線的數(shù)據(jù)傳輸 四個階段 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1 2 3 A. 總線請求和仲裁 （Bus Request & Arbitration）階段 B. 尋址（Address）階段 C. 數(shù)據(jù)傳送（Data Transfer）階段 4D. 結(jié)束（Ending）階段 4.1.3 總線的數(shù)據(jù)傳輸 A集中仲裁 系統(tǒng)中有一個中央仲裁器 （控制器），負(fù)責(zé)主模塊的總線 請求并分配總線的使用。在簡單 的單處理器系統(tǒng)中，中央仲裁器 是處理器的一部分，而當(dāng)前總線 標(biāo)準(zhǔn)的中央仲裁器一般都是一個 單獨(dú)的模塊

5、。主模塊有兩條信號 線連接到中央仲裁器，一條是送 往仲裁器的總線請求信號，另一 條是來自總裁器的總線響應(yīng)信號。 B分布仲裁 系統(tǒng)中不需要中央仲裁器， 各個模塊都有自己的仲裁器和唯 一的仲裁號。主模塊請求總線時， 要將其仲裁號發(fā)送到共享的仲裁 總線上，其他仲裁器獲得此號后 與自身的仲裁號比較。如果有多 個主模塊請求，則優(yōu)先權(quán)高者獲 勝，其仲裁號保留在仲裁總線上， 該主模塊可以控制總線。 確定使用總線的主模塊，目的是避免多個 主模塊同時占用總線，確?？偩€任何時候總線上只有一個模塊發(fā)送信息。 仲裁的基本原則實(shí)先來先服務(wù)，并使用優(yōu)先權(quán)原則處理同時請求的情況。 實(shí)現(xiàn)仲裁有以下兩種方式： 4.1.4 總線

6、的性能指標(biāo) 單位時間內(nèi)總線上可 傳送的數(shù)據(jù)量，即每 秒傳送多少字節(jié)的數(shù) 據(jù)。單位是B/s或 MB/s。 總線能同時傳送的數(shù) 據(jù)位數(shù)。在固定頻率 下，總線的帶寬與總 線的位寬成正比。 123 也稱為總線的時鐘頻率， 用于協(xié)調(diào)總線上的各種 操作的時鐘信號的頻率。 工作頻率越高則總線工 作的速度就越快，總線 的帶寬也就越高。 4.1.5 總線的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 為了充分發(fā)揮總線的作用，每個總線標(biāo)準(zhǔn)都必須有詳細(xì)和明確的規(guī)范說明， 一般包括： 包括模板尺寸、信號線線型尺寸、接插件和接插槽的型號等。 定義各信號的名稱、時序、功能和引腳編號。 定義各信號的有效電平、有效邊沿、負(fù)載能力和極限參數(shù)等。 4.1.6 總線

7、的優(yōu)點(diǎn) 通用性 便于系 統(tǒng)更新 便于用 戶二次 開發(fā) 可不斷 提高系 統(tǒng)功能 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，新 的芯片不斷產(chǎn)生，微機(jī)系統(tǒng)需 要不斷更新。采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 總線結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的更新更加 方便。 采用總線標(biāo)準(zhǔn)可以為各模塊互 連提供一個標(biāo)準(zhǔn)的界面，它對 于界面兩端的模塊來說是透明 的，界面的任一方只需根據(jù)總 線標(biāo)準(zhǔn)要求來設(shè)計和實(shí)現(xiàn)接口 功能，而不用考慮另一方的接 口方式。 采用同樣總線標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計制造各 種功能的模塊板，各個模塊相互 獨(dú)立地掛在總線上，用戶可以根 據(jù)需要選用現(xiàn)成的功能模塊板， 也可自行設(shè)計符合總線標(biāo)準(zhǔn)的模 塊板。 采用總線標(biāo)準(zhǔn)，計算機(jī)的主要 功能部分 做成不同的模塊板做 在總線上

8、。只要根 據(jù)新的要求， 設(shè)計新的模塊，連接到總線上。 02 系統(tǒng)總線的發(fā)展歷程和種類 The development of the system bus and species PART TWO 又稱內(nèi)總線或板級總線，該總線用來連接微機(jī)各功能部 件而構(gòu)成一個完整微機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)總線是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線， 人們常說的微機(jī)總線就是指系統(tǒng)總線。 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 系統(tǒng)總線上傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息，因此， 系統(tǒng)總線包含有三種不同功能的總線，即數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）、 地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）。 4.2 總

9、線的發(fā)展歷程及種類 PC總線最早是IBM公司于1981年推出的基于8位機(jī)PC/XT 的總線，稱為PC總線。1984年IBM公司推出了16位PC機(jī)PC/AT， 其總線稱為AT總線。 PC總線 ISA（Industrial Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總 線標(biāo)準(zhǔn)）是IBM 公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)， 所以也叫AT總線。在80286至80486時代應(yīng)用非常廣泛，以至于在奔 騰機(jī)中還保留有ISA總線插槽(主板上ISA插槽是黑色的長插槽)。 ISA總線 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 EISA是在ISA總線的基礎(chǔ)上使用雙層插座，在原來ISA 總線的9

10、8條信號線上又增加了98條信號線，也就是在兩條ISA信 號線之間添加一條EISA信號線。在實(shí)用中，EISA總線完全兼容 ISA總線信號。 EISA總線 VESA(video electrics standard association，視 頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)總線)是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推 出的一種局部總線，簡稱為VL(VEAS local bus)總線。 VL總線在設(shè)計上有兩個特點(diǎn)： 1.接口卡的兼容性； 2.數(shù)據(jù)總線和地址總線與CPU相連，將數(shù)據(jù)傳輸最頻繁的數(shù)據(jù)、地 址總線與微處理器相連,就可以達(dá)到與之相同的處理速率。 VESA總線 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 PCI（per

11、ipheral component interconnect,外圍部件互 連總線）是曾經(jīng)最流行的總線之一，它是由Intel公司于1992年推出的一 種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴(kuò)展為64位。PCI總線在主 板上是一個白色雙列插槽。 1.PCI總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （1）分時復(fù)用的實(shí)現(xiàn) （2）即插即用的實(shí)現(xiàn) （3）中斷共享的實(shí)現(xiàn) 2.PCI 總線的主要性能 3.PCI總線的特點(diǎn) PCI總線 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 Compact PCI的意思是“堅(jiān)實(shí)的PCI”，是第一 個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI總線的電氣和軟件標(biāo) 準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)，是一種工業(yè)計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。Co

12、mpact PCI是在原來PCI總線基礎(chǔ)上改造而來，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，同時 還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104 來擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能。 Compact PCI PCI Express是新一代的總線接口, 并稱之為第三 代I/O總線技術(shù)。在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM 在內(nèi)的20多家業(yè)界主導(dǎo)公司開始起草新技術(shù)的規(guī)范，并在2002年 完成，對其正式命名為PCI Express。 PCI Express 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 USB（universal serial bus）通用串行總線是由Intel、 Compaq、IB

13、M、Microsoft、NEC、 Digital、 Northern Telecom等7 家世界著名的計算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。 1、使用方便、擴(kuò)充能力強(qiáng) 2、實(shí)現(xiàn)“即插即用” 3、支持多種傳輸速度、使用面廣(具有3種傳輸速度) 4、低功耗、低成本、占用系統(tǒng)資源少 5、其他：USB還有好多其他優(yōu)點(diǎn)，但也有連接電纜較短、協(xié)議復(fù)雜等 不足。 USB總線 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 AGP（Accelerate Graphical Port），加速圖形接口。隨 著顯示芯片的發(fā)展，PCI總線日益無法滿足其需求。英特爾于1996年7月 正式推出了AGP接口，它是一種顯示卡專用的局部總線。嚴(yán)格的說， AGP不能稱為總線，它與PCI總線不同，因?yàn)樗屈c(diǎn)對點(diǎn)連接，即連接 控制芯片和AGP顯示卡，但在習(xí)慣上我們依然稱其為AGP總線。AGP接 口是基于PCI 2.1 版規(guī)范并進(jìn)行擴(kuò)充修改而成，工作頻率為66MHz。 AGP總線 4.2 總線的發(fā)展歷程及種類 筆記本型微機(jī)廣泛采用是PCMCIA(個人計算機(jī)存儲器 卡國際協(xié)會)總線，按此標(biāo)準(zhǔn)制造購板卡稱為PCMCIA卡。目前生產(chǎn)