微機(jī)原理及應(yīng)用：第十一章 總線技術(shù)

1、第十一章 總線技術(shù)什么是總線微型計算機(jī)相同大都采用總線技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)的特點是采用一組公用的信號線作為微型計算機(jī)多個部件之間的通信線。這種公用信號線就稱為總線?？偩€能為多個部件服務(wù)，總線的基本工作方式通常是由發(fā)送信息的部件分時地將信息發(fā)往總線，再由總線將這些信息同時發(fā)往各個接收信息的部件。究竟由哪個部件接收信息，要由CPU給出的設(shè)備地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生的控制信號來決定。面向總線的體系結(jié)構(gòu)使各部件之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為面向總線的單一關(guān)系：設(shè)計和使用某一部件，無須考慮該部件和其他相應(yīng)部件間的復(fù)雜關(guān)系，只要滿足它和總線之間的關(guān)系即可。標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個廠商的廣泛支持，便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件。模塊結(jié)構(gòu)方

2、式便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級。便于故障診斷和維修，同時也降低了成本。第一節(jié) 總線分類和性能指標(biāo)一、總線分類按總線所在位置分類按信息傳送形式分類按傳送信息的內(nèi)容分類按總線所在位置分類片內(nèi)總線片總線內(nèi)總線外總線片內(nèi)總線位于微處理器芯片的內(nèi)部，用于ALU與各種寄存器或其它功能單元之間的連接。片總線又稱元件級總線或局部總線用于各芯片之間連接的總線，是微型機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的重要總線。接口芯片與CPU連接時就涉及到這樣的總線。它一般是CPU芯片引腳的延伸，往往需要增加鎖存、驅(qū)動等電路，以提高CPU引腳的驅(qū)動能力。內(nèi)總線又稱微型計算機(jī)總線或板總線，一般稱為系統(tǒng)總線。用于微型計算機(jī)系統(tǒng)各插件板之間的連接，是微型計算機(jī)系統(tǒng)的

3、最重要的一種總線，通常所說的微型機(jī)總線指的就是這種總線。微型計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)插件板與主板的連接就是由內(nèi)總線來完成的。外總線又稱通信總線用于系統(tǒng)之間的連接，如微機(jī)系統(tǒng)之間，微機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)之間的連接。常用的外總線有RS-232C、IEEE488等。按信息傳送形式分類并行總線串行總線按傳送信息的內(nèi)容分類地址總線：單向、三態(tài)總線數(shù)據(jù)總線：雙向、三態(tài)總線控制總線：有的為單向，有的為雙向，有的為兩態(tài)，有的為三態(tài)。電源和地線備用線：留作功能擴(kuò)充和用戶的特殊要求使用。二、性能指標(biāo)總線帶寬、總線寬度、總線工作頻率三者之間的關(guān)系就像高速公路上的車流量、車道數(shù)和車速的關(guān)系。車流量取決于車道數(shù)和車速，車道數(shù)越多、車速越快

4、則車流量越大：同樣，總線帶寬取決于總線寬度和工作頻率，總線寬度越寬、工作頻率越高則總線帶寬越大?？偩€帶寬的計算公式如下： Q=fWN常見總線的帶寬和傳輸率三、總線的數(shù)據(jù)傳輸方式在利用總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送通信時，需要有一種控制一次通信起止的辦法，以保證信息傳輸?shù)恼_與可靠，這就是總線通信協(xié)議應(yīng)解決的問題?？偩€數(shù)據(jù)傳輸方式 1.同步方式 2.半同步方式 3.異步方式同步方式這種方式用系統(tǒng)時鐘作為控制數(shù)據(jù)傳送的時間標(biāo)準(zhǔn)。在這種方式下，各部件的動作時間被嚴(yán)格限定。同步方式動作簡單，可以獲得較高的系統(tǒng)速度，但要解決各種速度的模塊的時間匹配。半同步方式半同步方式是對同步方式所存在缺陷的一種改進(jìn)?？傮w而言，它仍

5、然是一種同步系統(tǒng)，即對能按預(yù)定時刻傳輸?shù)牟考耆凑胀椒绞絺鬏敚瑢Σ荒馨凑疹A(yù)定時刻傳輸?shù)穆僭O(shè)備，則可以請求延長操作時間，以協(xié)調(diào)主、從部件的數(shù)據(jù)傳輸。8086/8088總線讀、寫周期采用的就是半同步方式。異步方式采用“應(yīng)答式”傳輸技術(shù)。用“請求”（REQ）和“應(yīng)答”（ACK）兩條信號線來協(xié)調(diào)傳輸過程，而不依賴于公共時鐘信號?？梢愿鶕?jù)各部件的工作速度自動調(diào)整響應(yīng)時間，因此可與任何工作速度的設(shè)備接口，而無需考慮與主、從部件的速度匹配問題。缺點是比較復(fù)雜，每次操作都必須經(jīng)過四個步驟：請求、響應(yīng)、撤消請求、撤消響應(yīng)，影響工作效率。第二節(jié) 常見系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部總線外部總線內(nèi)部總線S100總線STD總線

6、PC/XT、ISA（PC/AT）總線MCA、EISA總線VESA、PCI總線總線性能表S100總線S100總線是最早推出的標(biāo)準(zhǔn)化微型計算機(jī)總線，因它總共有100條引腳而得名。它最初是以8080微處理器為基礎(chǔ)設(shè)計的，后來經(jīng)IEEE(美國電氣電子工程師協(xié)會)會議修改?？捎糜?6位微處理器。TP801單板機(jī)采用S100總線這種最早期的微型機(jī)結(jié)構(gòu)。由于S100總線采用大板結(jié)構(gòu)，抗沖擊和抗震能力差。又由于引腳多，可靠性相對較差，目前這種總線已很少有人使用了。STD總線STD總線是1987年推出的用于工業(yè)控制微型計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線。它的高可靠性、小板結(jié)構(gòu)、高度模塊化等優(yōu)越的性能在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和

7、迅速發(fā)展。STD總線起初是8位微處理器為廉價模塊化總線結(jié)構(gòu)使用而提供的技術(shù)規(guī)范。隨著新技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用的需要，STD總線經(jīng)過修訂和改進(jìn)，利用復(fù)用技術(shù)，在保證同原有的I/O功能板兼容的條件下，提供了全16位數(shù)據(jù)傳送能力，地址總線可以擴(kuò)展到24位。目前，國內(nèi)所采用的大多是這種8位、16位兼容的STD總線。PCXT總線PC/XT總線是IBM PC/XT個人計算機(jī)上采用的微型計算機(jī)總線，它是針對Intel 8088微處理器設(shè)計的。IBM PC以I/O通道形式經(jīng)過擴(kuò)充和經(jīng)過驅(qū)動器再驅(qū)動，以增加帶負(fù)載的能力而連至擴(kuò)充插槽上，作為I/O接口板和主機(jī)之間的信息數(shù)據(jù)交換通道。PC/XT總線是一種開放式結(jié)構(gòu)的

8、計算機(jī)總線，該底板總線有62個引腳，支持8位雙向數(shù)據(jù)傳輸和20位尋址空間，有8個接地和電源引腳、25個控制信號引腳、1個保留引腳?？偩€底板上有5個系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備與PC機(jī)連接。該總線的特點是把CPU視為總線的惟一主控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。ISA（PC/AT）總線IBM公司在PC總線基礎(chǔ)上增加36個引腳，形成了AT總線。即從1982年以后，逐步確立的IBM公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，簡稱為ISA（Industry Standard Architecture）總線，有時也稱為PC/AT總線。MCA總線1987年IBM公司為保護(hù)自身的利益，在宣布PC/2機(jī)器時，推出相對封閉的微通道結(jié)構(gòu)，

9、簡稱為MCA總線，試圖由該公司加以專利控制。EISA總線為了打破IBM的壟斷，1988年9月，Compaq，AST，Epson，HP，Olivetti，NEC等9家公司聯(lián)合起來，推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線，即EISA總線。VESA總線1992年VESA（Video Electronics Standards Association視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）聯(lián)合60余家公司，對PC總線進(jìn)行了第五次創(chuàng)新，推出了VESA Local Bus（簡稱VL總線）局部總線標(biāo)準(zhǔn)VESA V10。PCI總線PCI總線解決了微處理器與外圍設(shè)備之間的高速通道總線的頻率為33MHz，與CPU的時鐘頻率無關(guān)?？偩€寬度為32位

10、，并可以擴(kuò)展到64位，所以其帶寬達(dá)到132Mb/s264Mb/s。PCI總線與ISA、EISA總線完全兼容?？偩€性能表外部總線RS-232C總線USB總線IEEE-488總線SCSI總線RS-232C總線 RS232C總線是為了用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，通常通過調(diào)制器將表示邏輯1和0的高低電壓轉(zhuǎn)換成高和低的頻率在電話網(wǎng)絡(luò)中傳遞，在接收端用解調(diào)器把頻率變成一系列高和低的電壓以表示“1”和“0”。近程通信和微機(jī)之間的連接可直接采用RS232C接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接。它是一種串行的外部總線，利用它實行計算機(jī)和終瑞的串行通信。USB總線USB（Universal Serial Bus）稱為通用串行總線，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NT（北方電訊）七家公司推出的新一代接口標(biāo)準(zhǔn)總線。IEEE-488總線 IEEE488總線是一種并行外部總線。用它可實現(xiàn)系統(tǒng)之間的通信，而不是模塊板之間的數(shù)據(jù)交換。它使用24線組合插頭，采用負(fù)邏輯工作。最多可掛接14臺設(shè)備。SCSI總線SCSI的原文是Small Computer SystemInter