計(jì)算機(jī)組成原理-第九章 總線

1、2第九章第九章 總線總線 總線的基本概念總線的基本概念 9.19.1 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) 9.29.2 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式9.39.3 總線仲裁和定時(shí)總線仲裁和定時(shí) 9.49.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn) 9.59.539.1 9.1 總線的基本概念總線的基本概念 v 總線指通過(guò)分時(shí)共享的方式，將信息以一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線。是計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道公共通道。v 分時(shí)和共享是總線的兩個(gè)基本特性。 共享是指多個(gè)部件連接在同一條總線上，各個(gè)部件之間都可以通過(guò)這條總線來(lái)進(jìn)行信息的交換。 分時(shí)是指同一時(shí)刻，總線上只能傳輸一

2、個(gè)部件一個(gè)部件發(fā)送出來(lái)的信息。 49.1 9.1 總線的基本概念總線的基本概念 總線的特性總線的特性一一 總線的分類(lèi)總線的分類(lèi)二二 總線的性能指標(biāo)總線的性能指標(biāo) 三三5一、總線的特性一、總線的特性v電氣特性電氣特性電氣特性指總線上每一根傳輸線的信號(hào)傳遞方向和有效電平范圍。v機(jī)械特性機(jī)械特性機(jī)械特性指總線在機(jī)械連接方式上的一些特性。v功能特性功能特性功能特性指總線中每一根傳輸線的功能。 v時(shí)間特性時(shí)間特性時(shí)間特性指總線的每一根傳輸線在什么時(shí)間內(nèi)有效，以及每一根線產(chǎn)生的信號(hào)之間時(shí)序關(guān)系。時(shí)間特性一般可以用信號(hào)的時(shí)序圖來(lái)表示。只有嚴(yán)格按照總線特性設(shè)計(jì)的部件或外設(shè)接口，才能保證系統(tǒng)的可靠傳輸和運(yùn)行。6

3、二、總線的分類(lèi)二、總線的分類(lèi)v 按連接部件分類(lèi)按連接部件分類(lèi) CPU內(nèi)部總線：即內(nèi)總線，是CPU內(nèi)部各部件之間的信息傳送線。 系統(tǒng)總線：指連接CPU與主存或I/O接口之間的信息傳送線，它是連接整機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通信總線：主要是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的通信。按數(shù)據(jù)傳送方式分類(lèi)按數(shù)據(jù)傳送方式分類(lèi)并行總線采用多根數(shù)據(jù)線同時(shí)傳送一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字的所有位。 串行總線采用一根數(shù)據(jù)線一位一位地傳送數(shù)據(jù)。 7二、總線的分類(lèi)二、總線的分類(lèi)v 按總線的通信定時(shí)方式分類(lèi)按總線的通信定時(shí)方式分類(lèi) 同步總線：指互聯(lián)的部件或設(shè)備均通過(guò)統(tǒng)一的時(shí)鐘進(jìn)行同步，即所有的互聯(lián)的部件或設(shè)備都必須使用同一個(gè)時(shí)鐘（同步時(shí)

4、鐘），在規(guī)定的時(shí)鐘節(jié)拍內(nèi)進(jìn)行規(guī)定的總線操作，來(lái)完成部件或設(shè)備之間的信息交換。異步總線：指沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘而依靠各部件或設(shè)備內(nèi)部定時(shí)操作，所有部件或設(shè)備是以信號(hào)握手的方式進(jìn)行，即發(fā)送設(shè)備和接受設(shè)備互用請(qǐng)求（request）和確認(rèn)（acknowledgement）信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào)動(dòng)作，總線操作時(shí)序不是固定的。因此，異步總線能兼容多種不同的設(shè)備，而且不必?fù)?dān)心時(shí)鐘變形或同步問(wèn)題使得總線長(zhǎng)度不受限制。例如，火線協(xié)議（Firewire 或IEEE1394）和USB2.0協(xié)議都是異步總線協(xié)議。 8三、總線的性能指標(biāo)三、總線的性能指標(biāo) v總線寬度總線寬度：即數(shù)據(jù)總線寬度，指一次總線操作中通過(guò)總：即數(shù)據(jù)總線寬度，指一次

5、總線操作中通過(guò)總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般有線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般有8 8、1616、3232和和6464位。位。v總線周期總線周期：指一次總線操作所用的時(shí)間。：指一次總線操作所用的時(shí)間。v總線頻率總線頻率：總線的工作頻率，單位是：總線的工作頻率，單位是MHZMHZ。工作頻率越高，。工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。總線工作速度越快，總線帶寬越寬。v總線帶寬（標(biāo)準(zhǔn)傳輸率）總線帶寬（標(biāo)準(zhǔn)傳輸率）：指單位時(shí)間內(nèi)總線上可傳送：指單位時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量，用每秒多少兆字節(jié)（的數(shù)據(jù)量，用每秒多少兆字節(jié)（MB/SMB/S）表示?？偩€帶寬）表示。總線帶寬= =總線寬度總線寬度/8/8總線工作頻

6、率總線工作頻率 MB/sMB/sv信號(hào)線類(lèi)型信號(hào)線類(lèi)型：指信號(hào)線是專(zhuān)用還是分時(shí)復(fù)用。將地址線：指信號(hào)線是專(zhuān)用還是分時(shí)復(fù)用。將地址線和數(shù)據(jù)線單獨(dú)設(shè)置可使寫(xiě)操作的性能更高，因?yàn)榈刂泛秃蛿?shù)據(jù)線單獨(dú)設(shè)置可使寫(xiě)操作的性能更高，因?yàn)榈刂泛蛿?shù)據(jù)可在同時(shí)傳送出去。而采用分時(shí)復(fù)用可使總線利用數(shù)據(jù)可在同時(shí)傳送出去。而采用分時(shí)復(fù)用可使總線利用率更高。率更高。v仲裁方法仲裁方法：指集中式裁決還是分布式裁決。：指集中式裁決還是分布式裁決。v定時(shí)方式定時(shí)方式：指同步方式還是異步方式。：指同步方式還是異步方式。99.2 9.2 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) v 根據(jù)連接方式的不同，單機(jī)系統(tǒng)中采用的總線結(jié)構(gòu)有3種基本類(lèi)型：?jiǎn)?/p>

7、總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。10雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)11三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)12四總線結(jié)構(gòu)四總線結(jié)構(gòu)139.3 9.3 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式 v 并行傳送并行傳送并行傳送：指每一位數(shù)據(jù)需要1根傳輸線，多位數(shù)據(jù)同時(shí)傳送。并行傳送的優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快。但該傳送方式要求線數(shù)多，成本高，一般在近距離時(shí)采用并行傳送。系統(tǒng)總線上傳送的信息必須采用并行傳送方式 。并行傳送的速度指標(biāo)為最大數(shù)據(jù)傳輸率（MB/S），例如，時(shí)鐘頻率為33MHZ的PCI總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率為132MB/S（32位）164MB/S(64位)。149.3 9.3 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式 v串行傳送串行傳

8、送 采用按位進(jìn)行傳送，發(fā)送用一根數(shù)據(jù)線，接收用一根數(shù)據(jù)線，適合于遠(yuǎn)距離傳輸。 發(fā)送方:并串轉(zhuǎn)換，接收方:串并轉(zhuǎn)換； 串行傳送的速度指標(biāo)為每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)（波特率）。 串行傳送方式有異步方式和同步方式兩種。15串行傳送方式串行傳送方式 異步方式：以一個(gè)字符為一個(gè)傳送單位即一幀。一幀信息通常以1個(gè)起始位（低電平表示）和開(kāi)始；接著是58位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位從低位到高位順序傳送；然后可以有（或沒(méi)有）一個(gè)校驗(yàn)位；最后是12個(gè)停止位（高電平）來(lái)作為一幀的結(jié)束。 同步方式：將若干個(gè)字符作為1個(gè)傳送單位或1個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳送，在數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束處用1個(gè)或幾個(gè)同步字符做標(biāo)志，而數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)字符不再有起始、停

9、止附加位。 同步方式比異步方式速度快，但它要求由時(shí)鐘時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端的同步，并且接口的硬件較復(fù)雜。169.3 9.3 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式v 分時(shí)傳送分時(shí)傳送v分時(shí)傳送有兩種含義。一種是：指采用總線復(fù)用，即在傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息，這樣可以減少總線的線數(shù)，為此，必須劃分時(shí)間片，使得同一總線上在不同的時(shí)間片中完成傳送地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。二種是：指共享總線的部件分時(shí)使用總線。因?yàn)?，總線是系統(tǒng)的公共資源，可以有很多部件掛在總線上，但在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，總線只為一對(duì)互相交換信息的源設(shè)備和目的設(shè)備提供服務(wù)。所以，如果有多個(gè)設(shè)備要求使用總線時(shí)，要由總線控制器按時(shí)間片來(lái)

10、分時(shí)提供服務(wù)。179.4 9.4 總線仲裁和定時(shí)總線仲裁和定時(shí) 一、總線仲裁一、總線仲裁 總線仲裁和定時(shí)總線仲裁和定時(shí)二、總線的定二、總線的定時(shí)時(shí) 18一、總線仲裁一、總線仲裁v總線上可以掛很多設(shè)備，但任一時(shí)刻都只能由一個(gè)設(shè)備控制和使用總線，此設(shè)備稱為主設(shè)備。v當(dāng)多個(gè)設(shè)備同時(shí)提出使用總線的請(qǐng)求時(shí)，必須由總線控制器按事先規(guī)定的原則按事先規(guī)定的原則進(jìn)行仲裁，確定使用總線的先后次序，從而決定由哪一個(gè)設(shè)備控制總線，稱為總線仲裁。v除CPU外，I/O設(shè)備也可以提出總線請(qǐng)求。在對(duì)多個(gè)主設(shè)備提出的占用總線請(qǐng)求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)行仲裁。v根據(jù)總線仲裁電路的位置不同，總線仲裁方式可分為： 集中式仲裁方

11、式集中式仲裁方式 1 分布式仲裁分布式仲裁 2191 1、集中式仲裁方式、集中式仲裁方式 v 將總線訪問(wèn)的控制邏輯做在一個(gè)控制器中，通過(guò)將所有總線請(qǐng)求集中起來(lái)，采用一個(gè)特定的仲裁算法來(lái)進(jìn)行仲裁。v 該總線控制器可能是處理器中的部件，也可能是一個(gè)獨(dú)立的控制單元。系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備至少有兩條控制線連接到總線控制器上 一條是送往總線控制器的總線請(qǐng)求信號(hào)BR； 另一條是總線控制器送出的總線授權(quán)信號(hào)BG； （可能）還有一條送往總線控制器的總線忙信號(hào)BS。v 常用的集中式總線仲裁方式重要有鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請(qǐng)求方式。20鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞?v 優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能實(shí)現(xiàn)按一定優(yōu)先級(jí)

12、的總線仲裁，并且鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。v 缺點(diǎn)：對(duì)查詢鏈的電路故障很敏感，如果第i個(gè)設(shè)備接口中有關(guān)鏈的電路出現(xiàn)故障，則該設(shè)備后的設(shè)備都不能工作。v 查詢鏈的優(yōu)先級(jí)是固定不變的，假如優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備出現(xiàn)繁忙的總線請(qǐng)求，則優(yōu)先級(jí)低的設(shè)備可能長(zhǎng)期得不到總線的使用權(quán)。21計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式 v 為總線上的每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)總線地址，各設(shè)備的總線地址按連續(xù)值分配，并且在總線控制器中設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器，若設(shè)備數(shù)為N，計(jì)數(shù)器的位數(shù)n應(yīng)滿足。總線請(qǐng)求信號(hào)BR和總線忙信號(hào)BS與鏈?zhǔn)讲樵兎绞酵瑯拥嘏c控制器連接。v 計(jì)算器定時(shí)查詢方式的優(yōu)先級(jí)設(shè)置較為靈活，但它需要增加額外的計(jì)數(shù)線。 22獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立

13、請(qǐng)求方式v 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，不需要一個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備地查詢；而且，對(duì)優(yōu)先級(jí)的控制非常靈活，總線控制器可以根據(jù)一定的仲裁算法給各請(qǐng)求線以固定的優(yōu)先級(jí)；也可以通過(guò)編程設(shè)置動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)；另外還可以用屏蔽（禁止）某個(gè)請(qǐng)求線的辦法，不響應(yīng)無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求。由于獨(dú)立請(qǐng)求方式的這些優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請(qǐng)求方式。232 2、分布式仲裁、分布式仲裁 v 分布式仲裁方式?jīng)]有獨(dú)立的總線控制器，總線上每個(gè)主設(shè)備都有自己的總線仲裁邏輯。每次總線仲裁都由各個(gè)設(shè)備的總線仲裁邏輯根據(jù)一定的仲裁算法來(lái)決定自己是否占用總線。v 常用的分布式仲裁方式分為： 自舉分布式仲裁 沖突檢測(cè)分

14、布式仲裁 并行競(jìng)爭(zhēng)分布式仲裁24自舉分布式仲裁自舉分布式仲裁v 自舉分布式仲裁方式中，每個(gè)設(shè)備有一根自己的總線請(qǐng)求線，每個(gè)需要總線請(qǐng)求的設(shè)備在各自的總線請(qǐng)求線上發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，同時(shí)接收其他設(shè)備的總線請(qǐng)求信號(hào)；v 如果沒(méi)有接收到優(yōu)先級(jí)比自己高的設(shè)備的總線請(qǐng)求信號(hào)，且此時(shí)“總線忙”信號(hào)無(wú)效，則該設(shè)備可以立即使用總線，并發(fā)出“總線忙”信號(hào)以阻止其他設(shè)備使用總線。v 如果一個(gè)設(shè)備在發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，同時(shí)也檢測(cè)到其他優(yōu)先級(jí)更高的設(shè)備也請(qǐng)求使用總線，則該設(shè)備放棄本次對(duì)總線的請(qǐng)求。v “總線忙”信號(hào)是多個(gè)設(shè)備共享的一根信號(hào)。v 自舉分布式仲裁方式的缺點(diǎn)是：需要較多的連線，每個(gè)設(shè)備不僅要有發(fā)出總線請(qǐng)求的線，還

15、要有接收其他設(shè)備的總線請(qǐng)求線。25沖突檢測(cè)分布式仲裁方式?jīng)_突檢測(cè)分布式仲裁方式v 主要用于網(wǎng)絡(luò)通信總線。v 每個(gè)設(shè)備都可以獨(dú)立地請(qǐng)求總線，當(dāng)某個(gè)設(shè)備要使用總線時(shí)，它首先檢測(cè)是否有其他設(shè)備正在使用總線，如果沒(méi)有，則置總線忙，然后使用總線；v 如果多個(gè)設(shè)備同時(shí)檢測(cè)到總線不忙而造成同時(shí)使用總線時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖突，這時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突，并按照某種策略在沖突的各方選擇一個(gè)設(shè)備獲得總線控制權(quán)。不同的系統(tǒng)可以有不同的沖突解決策略，例如，以太網(wǎng)中，在同時(shí)訪問(wèn)總線的情景發(fā)生時(shí)，設(shè)備便檢測(cè)到“沖突”，采用的策略是沖突的幾個(gè)設(shè)備都停止傳送，經(jīng)過(guò)一段隨機(jī)延遲時(shí)間，再重新向搶占總線，直到搶占總線發(fā)送數(shù)據(jù)成功為止。這樣沖突就解決了，

16、這也就是以太網(wǎng)的不確定性特征，是一種不可預(yù)測(cè)的仲裁方案。 26并行競(jìng)爭(zhēng)仲裁方式并行競(jìng)爭(zhēng)仲裁方式v 每個(gè)主設(shè)備都有自己的仲裁號(hào)和控制器，當(dāng)某個(gè)設(shè)備有總線請(qǐng)求時(shí)，把它的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁線上，每個(gè)設(shè)備的控制器將仲裁線上接收到的號(hào)與自己的仲裁號(hào)進(jìn)行比較，如果比自己的仲裁號(hào)大，則在仲裁線上撤銷(xiāo)自己的仲裁號(hào)。最后，競(jìng)爭(zhēng)獲勝者的仲裁號(hào)被保留在仲裁線上。顯然，這種方案中仲裁號(hào)越大，優(yōu)先級(jí)越高。v 并行競(jìng)爭(zhēng)分布式仲裁比自舉分布式仲裁所需的的連接線要少，因?yàn)椋⑿懈?jìng)爭(zhēng)分布式仲裁中，對(duì)于n根仲裁線可以表示個(gè)優(yōu)先級(jí)。例如，在并行競(jìng)爭(zhēng)分布式仲裁中，具有8根仲裁線共可以表示256個(gè)優(yōu)先級(jí)，仲裁號(hào)為255的設(shè)備優(yōu)先級(jí)

17、最高，仲裁號(hào)為0的設(shè)備優(yōu)先級(jí)最低。而在自舉分布式仲裁中，請(qǐng)求線是8根，只能表示8個(gè)優(yōu)先級(jí)，也即只有對(duì)8個(gè)設(shè)備進(jìn)行仲裁。27二、總線的定時(shí)二、總線的定時(shí)v總線的一次信息傳送過(guò)程，大致可分為五個(gè)階段：v 請(qǐng)求總線階段；v 總線仲裁階段；v 尋址階段；v 信息傳送階段；v 結(jié)束階段。v為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時(shí)協(xié)議定時(shí)協(xié)議。定時(shí)：是指事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)序關(guān)系。 數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中采用兩種定時(shí)方式： 同步定時(shí) 異步定時(shí)28同步定時(shí)同步定時(shí)v 在同步定時(shí)中，總線上有一根設(shè)備公用的時(shí)鐘信號(hào)線，每個(gè)信號(hào)出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定。 v 同步定時(shí)傳輸頻率較高。v 適用于總線長(zhǎng)度較短、各功

18、能模塊存取時(shí)間比較接近的情況。當(dāng)各功能模塊存取時(shí)間相差很大時(shí)，會(huì)大大損失總線效率。 29異步定時(shí)異步定時(shí) v 建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上。不需要統(tǒng)一的公共時(shí)鐘信號(hào)?？偩€周期的長(zhǎng)度是可變的。v 異步定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是：允許快速和慢速的功能模塊都能連接到同一總線上。異步定時(shí)傳送的可靠性高。v 缺點(diǎn)：增加了總線的復(fù)雜性和成本為代價(jià)。 309.5 9.5 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn) ISA ISA總線總線 一一 EISA EISA總線總線 二二 PCI Express PCI Express總線總線 三三 PCI PCI總線總線 四四 RS-232C/RS-485 RS-232C/RS-485接口總線接口總

19、線 五五 USB USB接口總線接口總線 六六七七 IEEE1394 IEEE1394接口總線接口總線 31一、一、ISAISA總線總線 v ISA總線也叫AT總線。286、386和486微機(jī)大多采用ISA總線。其主要特點(diǎn)如下： 主存尋址空間為16MB,I/O尋址空間為64KB；可進(jìn)行8位或16位數(shù)據(jù)訪問(wèn)；支持15級(jí)硬件中斷、7級(jí)DMA通道。 支持8種總線事務(wù)類(lèi)型：存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫(xiě)、I/O讀、I/O寫(xiě)、中斷響應(yīng)、DMA響應(yīng)、存儲(chǔ)器刷新、總線仲裁。 采用獨(dú)立時(shí)鐘，頻率為8MHZ，最大數(shù)據(jù)傳輸率為16Mb/s；信號(hào)線共98根它是一種簡(jiǎn)單的多主控總線。除了CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器

20、和帶處理器的智能接口卡等都可以成為總線的主設(shè)備。32二、二、EISAEISA總線總線 v EISA總線是在ISA總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充的開(kāi)放總線標(biāo)準(zhǔn)，它從CPU中分離出了總線控制權(quán)，支持多總線主控突發(fā)傳送方式。時(shí)鐘頻率為8.33MHz。它在原ISA總線98根線的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了100根線，并且與原ISA總線完全兼容。具有分立的數(shù)據(jù)線和地址線，數(shù)據(jù)線寬度為32位，可實(shí)現(xiàn)8位、16位和32位的數(shù)據(jù)傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸率為33Mb/s。地址線為32位，因此尋址空間達(dá)到4GB。33三、三、PCIPCI總線總線 v PCI（Peripheral Component Interconnect，外部設(shè)備互連）總線是一種由

21、Intel公司提出的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)連接高速外設(shè)接口，如硬盤(pán)控制器、高速網(wǎng)卡和圖形顯示卡等。v PCI設(shè)備可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備。掛接在PCI總線上的設(shè)備能與CPU并發(fā)工作。PCI橋使得PCI總線獨(dú)立于CPU，并且提供了數(shù)據(jù)緩沖功能。 34三、三、PCIPCI總線總線 35三、三、PCIPCI總線總線 v PCIPCI總線的主要性能：總線的主要性能：總線頻率為33.33/66.66MHz，與CPU時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)。數(shù)據(jù)線寬度為32/64位，數(shù)據(jù)最大傳輸率為132533Mb/s；地址線寬度為32/64位。采用同步傳送方式和集中式仲裁策略，并具有自動(dòng)配置能力。地址線和數(shù)據(jù)線分時(shí)復(fù)用，支持無(wú)限猝

22、發(fā)式數(shù)據(jù)無(wú)限猝發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸傳輸。在該模式下，PCI能在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。 PCI總線支持即插即用技術(shù)，當(dāng)配置PCI適配器時(shí)，配置帶有即插即用功能的BIOS，即可由軟件自動(dòng)識(shí)別插卡。36PCIPCI總線的信號(hào)線圖總線的信號(hào)線圖 37四、四、PCI ExpressPCI Express總線總線 v PCI Express和PCI不同的是實(shí)現(xiàn)了傳輸方式從并行到串行的轉(zhuǎn)變。PCI Express是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行連接方式，這個(gè)和以前的并行通道大為不同，它允許和每個(gè)設(shè)備建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道。不用再向整個(gè)系統(tǒng)請(qǐng)求帶寬，這樣也就輕松地到達(dá)了高帶寬要求。 PCI Express PCI Expre

23、ss總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) 1 PCI Express PCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn) 2381 1、PCI ExpressPCI Express總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) vPCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括： 根復(fù)合體（Root Complex）：將CPU和主存儲(chǔ)器連到PCI Express線路結(jié)構(gòu)（Fabric）的設(shè)備。根復(fù)合體內(nèi)部有一條虛擬PCI總線，總線號(hào)總是為0，可以下掛一個(gè)多個(gè)PCI Express端口，每個(gè)端口連出一條PCI Express鏈路，下掛一個(gè)端點(diǎn)設(shè)備或一個(gè)交換開(kāi)關(guān)。根復(fù)合體能代表CPU啟動(dòng)PCI Express事務(wù)和訪問(wèn)主存；能在端口上接收來(lái)自P

24、CI Express設(shè)備的訪存請(qǐng)求；也可以將事務(wù)從一個(gè)端口路由到另一個(gè)端口。根復(fù)合體內(nèi)部提供中央資源：熱插拔控制器、電源管理控制器、中斷控制器、錯(cuò)誤檢測(cè)和報(bào)告邏輯等。391 1、PCI ExpressPCI Express總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) vPCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括：v交換開(kāi)關(guān)（Switch）是一個(gè)具有2n個(gè)端口的設(shè)備，每個(gè)端口連一條PCI Express鏈路，在系統(tǒng)中用于多設(shè)備的互連。交換開(kāi)關(guān)可以將事務(wù)從任一個(gè)端口路由到另一個(gè)端口。 端點(diǎn)（Endpoint）是具體的設(shè)備，如以太網(wǎng)、USB或圖形設(shè)備，是PCI Express事務(wù)的請(qǐng)求者（啟動(dòng)事務(wù)）或完成者（響應(yīng)事務(wù)）。端

25、點(diǎn)使用PCI類(lèi)型00配置頭標(biāo)，每個(gè)端點(diǎn)初始化時(shí)設(shè)置一個(gè)設(shè)備ID，由總線號(hào)、設(shè)備號(hào)和功能號(hào)組成。端點(diǎn)作為掛連在一條鏈路上的唯一設(shè)備，設(shè)備號(hào)總是0。401 1、PCI ExpressPCI Express總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) vPCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括：v端口（Port）是PCI Express設(shè)備與鏈路之間的接口，由差分發(fā)送器和接收器組成。指向根復(fù)合體方向的端口為上游端口上游端口；離開(kāi)復(fù)合體方向的端口為下游端下游端口口。端點(diǎn)上只有上游端口，根復(fù)合體上只有下游端口，而交換開(kāi)關(guān)既有上游端口，也有下游端口。一個(gè)端口中接收包的是入端口，發(fā)送包的是出端口。 PCI Express到PCI

26、/PCI-X的橋是將PCI/PCI-X總線和設(shè)備兼容到PCI Express系統(tǒng)的一個(gè)連接橋，PCI/PCI-X總線與系統(tǒng)統(tǒng)一編號(hào)。41PCI ExpressPCI Express總線結(jié)構(gòu)圖總線結(jié)構(gòu)圖 422 2、PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn) v 串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連v 差分信號(hào)傳送差分信號(hào)傳送v 采用交換開(kāi)關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備采用交換開(kāi)關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備v PCI Express PCI Express 事務(wù)與包事務(wù)與包PCI Express的事務(wù)分成兩類(lèi)：非轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即請(qǐng)求者發(fā)送請(qǐng)求包給完成者，完成者返回完成包給請(qǐng)求者，如存儲(chǔ)器讀事務(wù)；轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)

27、，即只有請(qǐng)求者給完成者發(fā)送請(qǐng)求包，而完成者不用返回完成包給請(qǐng)求者，如存儲(chǔ)器寫(xiě)事務(wù)。v 具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率432 2、PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn)v PCI ExpressPCI Express設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)442 2、PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn)v 錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤處理v 具有優(yōu)先級(jí)的傳送具有優(yōu)先級(jí)的傳送v 兩種中斷方式兩種中斷方式一種是類(lèi)似PCI-X的MSI協(xié)議，PCI Express設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)存儲(chǔ)器包，向根復(fù)合體發(fā)送一個(gè)中斷向量，根復(fù)合體再中斷CPU。另一種是使用

28、中斷消息事務(wù)向根復(fù)合體傳送傳統(tǒng)PCI總線上的INT x信號(hào)的跳變情況，這種中斷方式只對(duì)具有傳統(tǒng)功能的端點(diǎn)設(shè)備和PCI Express-PCI橋的系統(tǒng)有用。v 支持熱插拔支持熱插拔 45五、五、RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線 v RS232C通常應(yīng)用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的連接。v 如果要在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間直接用RS-232-C連接進(jìn)行串行通信，其最長(zhǎng)距離約為15米（在滿足最高速度誤碼率109前提下，在低速和誤碼率要求低的情況下，傳送距離可達(dá)300米）。46五、五、RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線

29、 v RS-232-C接口連接器一般使用型號(hào)為DB-9插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。PC機(jī)的RS-232口為9芯針插座。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232接口，因?yàn)椴皇箤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需要三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號(hào)地GND”。RS-232傳輸線采用屏蔽雙絞線。v 在RS-232-C中信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯。v RS-232-C總線傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。遠(yuǎn)距離串行通信必須使用Modem。47五、五、RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線 v 如果要求通信距離在幾十米到上千米時(shí)，可以

30、采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS485總線收發(fā)器具有較高的靈敏度，能檢測(cè)最低200mV的電壓，因此可以使超過(guò)千米的傳輸信號(hào)得到恢復(fù)。RS485采用半雙工通信，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，所以，發(fā)送電路必須由允許信號(hào)來(lái)控制。RS-485標(biāo)準(zhǔn)符合真正多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)要求，并且該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在一條單總線（2線）上支持32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和32個(gè)接收器。有些RS-485收發(fā)器修改輸入阻抗以便允許多達(dá)8倍以上的節(jié)點(diǎn)數(shù)連接到相同總線。RS-485最常見(jiàn)的應(yīng)用是在工業(yè)環(huán)境下可編程邏輯控制器之間、現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的通信連接，許多智能儀器設(shè)備均配有RS-485總線接口，將它們聯(lián)網(wǎng)也十分方便。48六、六、USBUSB接口總線

31、接口總線 vUSBUSB接口的主要特點(diǎn)有：接口的主要特點(diǎn)有： 即插即用 支持“熱”插拔 是一種通用萬(wàn)能插口 擴(kuò)展靈活 USB總線標(biāo)準(zhǔn)由1.1版升級(jí)到2.0版后，傳輸率由12Mbps增加到了240Mbps，更換介質(zhì)后連接距離由原來(lái)的5米增加到近百米?？梢灾С謱拵?shù)字?jǐn)z像設(shè)備及新型掃描儀、打印機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備。 USB總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：信號(hào)定義僅由2條電源線和2條信號(hào)線組成，編碼方式為NRZ-I編碼。 49六、六、USBUSB接口總線接口總線 v USB采用四線電纜，其中兩根是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為所接設(shè)備提供電源，對(duì)于高速且需要高帶寬的外設(shè)，USB以全速12Mbps的傳輸數(shù)據(jù)；對(duì)于低速外設(shè)，U

32、SB則以1.5Mbps的傳輸速率來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在兩種傳輸模式中自動(dòng)地動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。v USB是基于令牌的總線。USB主控制器廣播令牌，總線上設(shè)備檢測(cè)令牌中的地址是否與自身相符，通過(guò)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)來(lái)響應(yīng)。USB通過(guò)支持懸掛/恢復(fù)操作來(lái)管理USB總線電源。USB系統(tǒng)采用級(jí)聯(lián)星型拓?fù)?，該拓?fù)溆扇齻€(gè)基本部分組成：主機(jī)（Host)，集線器（Hub)和功能設(shè)備 50六、六、USBUSB接口總線接口總線 做在主板上或作為適配卡安裝在做在主板上或作為適配卡安裝在計(jì)算機(jī)上，主機(jī)包含有主控制器計(jì)算機(jī)上，主機(jī)包含有主控制器和根集線器，控制著和根集線器，控制著USBUSB總線上總線上的數(shù)據(jù)和控

33、制信息的流動(dòng)，每個(gè)的數(shù)據(jù)和控制信息的流動(dòng)，每個(gè)USBUSB系統(tǒng)只能有一個(gè)根集線器，系統(tǒng)只能有一個(gè)根集線器，它連接在主控制器上。它連接在主控制器上。 集線器提供端口集線器提供端口, ,將設(shè)備連接到將設(shè)備連接到USBUSB總線上，同時(shí)檢測(cè)連接在總線總線上，同時(shí)檢測(cè)連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測(cè)和源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測(cè)和恢復(fù)。恢復(fù)。集線器可為總線提供電源，亦可集線器可為總線提供電源，亦可為自身提供電源為自身提供電源, ,自身提供電源的自身提供電源的設(shè)備可插入總線提供電源的集線設(shè)備可插入總線提供電源的集線器中，但總線提供電源的設(shè)備不器中

34、，但總線提供電源的設(shè)備不能插入從外部得到電源的集線器能插入從外部得到電源的集線器或支持超過(guò)四個(gè)的端口中?；蛑С殖^(guò)四個(gè)的端口中。 USBUSB設(shè)備和主機(jī)的數(shù)據(jù)流傳輸由主控制器負(fù)責(zé)。設(shè)備和主機(jī)的數(shù)據(jù)流傳輸由主控制器負(fù)責(zé)。每個(gè)設(shè)備提供了一個(gè)或多個(gè)可以與客戶程序通每個(gè)設(shè)備提供了一個(gè)或多個(gè)可以與客戶程序通信的接口，每個(gè)接口由信的接口，每個(gè)接口由0 0個(gè)或多個(gè)管道組成，它個(gè)或多個(gè)管道組成，它們分別獨(dú)立地在客戶程序和設(shè)備的特定終端間們分別獨(dú)立地在客戶程序和設(shè)備的特定終端間傳輸數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)。USBUSB驅(qū)動(dòng)程序（驅(qū)動(dòng)程序（USBDUSBD）為主機(jī)軟件）為主機(jī)軟件建立了接口和管道，當(dāng)提出配置請(qǐng)求時(shí)，主控建立

35、了接口和管道，當(dāng)提出配置請(qǐng)求時(shí)，主控制器根據(jù)主機(jī)軟件提供的參數(shù)進(jìn)行服務(wù)。制器根據(jù)主機(jī)軟件提供的參數(shù)進(jìn)行服務(wù)。 51六、六、USBUSB接口總線接口總線vUSBUSB支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式：支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式：v 控制傳輸方式 用于外設(shè)與主機(jī)之間的控制、狀態(tài)、配置等信息的傳輸，為外設(shè)與主機(jī)之間提供一個(gè)控制通道。每種外設(shè)都支持控制傳輸方式，這樣主機(jī)與外設(shè)之間就可以傳送配置和命令/狀態(tài)信息。 v 等時(shí)（lsochronous)傳輸方式1.用于有周期性、有限時(shí)延和帶寬且數(shù)據(jù)傳輸速率固定的外設(shè)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。該方式無(wú)差錯(cuò)校驗(yàn)，故不能保證正確的數(shù)據(jù)傳輸，如計(jì)算機(jī)電話集成系統(tǒng)（CTI）和音頻系統(tǒng)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。 52六、六、USBUSB接口總線接口總線v USB支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式：