微機原理講義(第15章-總線技術(shù))課件

1、第15章 總線技術(shù)湖南中醫(yī)藥大學 王志輝第15章 總線技術(shù)湖南中醫(yī)藥大學 王志輝本章教學重點PCI的特點和層次化結(jié)構(gòu)總線的分類和性能指標本章教學重點PCI的特點和層次化結(jié)構(gòu)總線的分類和性能指標基本概念總線（BUS），是指在計算機系統(tǒng)中的各部件之間、設(shè)備與設(shè)備之間傳遞信息的一組公用的信號線。微型計算機系統(tǒng)中的各種操作，如CPU與存儲器之間是數(shù)據(jù)傳遞、CPU內(nèi)部的寄存器操作、CPU的中斷操作等，無不通過總線進行信息的交換。 基本概念總線（BUS），是指在計算機系統(tǒng)中的各部件之間、設(shè)備15.1 總線的分類和性能指標計算機系統(tǒng)中，任何總線均包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線的三總線結(jié)構(gòu)。按PC機系統(tǒng)的不

2、同層次結(jié)構(gòu)劃分，總線可分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部接口總線。 15.1 總線的分類和性能指標計算機系統(tǒng)中，任何總線均包括1內(nèi)部總線 片內(nèi)總線是在集成電路芯片內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路。例如CPU芯片中的內(nèi)部總線，它是ALU寄存器和控制器之間的信息通路。 2局部總線局部總線是部件（插件板）內(nèi)各芯片之間互連的總線，又稱芯片級總線。它是中央處理器模塊或一個很小系統(tǒng)所用的總線。例如CPU及其支持芯片與其局部資源之間的通道。1內(nèi)部總線 片內(nèi)總線是在集成電路芯片內(nèi)部，用來連接各3系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線又稱內(nèi)總線，它是指微型計算機箱內(nèi)的底板總線，用來連接構(gòu)成微型機的各插件板?？梢允怯脕頂U展某塊CPU板的局

3、部資源，或是總線上所有CPU板擴展共享資源之間的通信通道。4外部總線外部總線又稱通信總線，它是微機系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、微機系統(tǒng)與外部設(shè)備或微機系統(tǒng)和儀器儀表之間的通信通道。這種總線的數(shù)據(jù)傳輸方式可以是并行或串行。例如，串行通信的RS-232C總線、用于硬磁盤接口的IDE、SCSI；用于并行打印機的Centronic總線等。3系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線又稱內(nèi)總線，它是指微型計算機箱內(nèi)的底板總線分類7按所處位置(數(shù)據(jù)傳送范圍)內(nèi)部總線局部總線（片間總線、元件級總線）系統(tǒng)總線（插板級總線）外部總線（通信總線）非通用總線（與具體芯片有關(guān)）通用標準總線地址總線控制總線按總線功能數(shù)據(jù)總線并行總線串行總線按數(shù)據(jù)格式按時序

4、關(guān)系(握手方式)同步異步半同步同步異步總線分類7按所處位置內(nèi)部總線局部總線（片間總線、元件級總線）8微機的典型多級總線結(jié)構(gòu)存儲總線高速IO總線低速IO總線8微機的典型多級總線結(jié)構(gòu)存儲總線高速IO總線低速IO總線9910微機系統(tǒng)中的內(nèi)總線（插板級總線）10微機系統(tǒng)中的內(nèi)總線（插板級總線）11微機系統(tǒng)中的外總線（通信總線）11微機系統(tǒng)中的外總線（通信總線）常用的系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是系統(tǒng)板與外圍設(shè)備之間的信息通道。在微機中系統(tǒng)總線的種類很多，有PC總線、ISA總線、MCA微通道總線、EISA總線、VESA局域總線、PCI總線、ASUS多媒體總線和APG總線，目前采用最多的是PCI總線，最為流行的是AG

5、P總線。常用的系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是系統(tǒng)板與外圍設(shè)備之間的信息通道。在微總線標準總線標準的概念與特性總線標準：指芯片之間、擴展卡之間以及系統(tǒng)之間，通過總線進行連接和傳輸信息時，應(yīng)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。 ISA總線PCI總線PCI-Express總線IEEE1394總線USB總線串行總線總線標準總線標準的概念與特性2 總線的性能指標總線的性能指標總線頻率：總線的工作頻率，以MHz表示。它是總線工作速度的一個重要參數(shù)，工作頻率越高，速度越快?？偩€寬度：是指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，用bit（位）來表示。如8位、16位、32位、64位總線寬度?？偩€的數(shù)據(jù)傳輸率：是指在一定的時間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)總量，用每秒最

6、大傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)量來表示。 總線的數(shù)據(jù)傳輸率=（總線寬度/8位）總線頻率單位是MB/s，總線頻率以MHz為單位。如PCI總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為32位的情況下，其數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s。2 總線的性能指標總線的性能指標PCI插槽是基于PCI局部總線(Pedpherd Component Interconnect，外圍部件互聯(lián)組合)的擴展插槽，其顏色一般為乳白色，位于主板上AGP插槽的下方，ISA插槽的上方。PCI總線位寬為32位或64位，工作頻率為33MHz,最大數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/sec(32位)和266MB/sec(64位)?？刹褰语@卡、聲卡、網(wǎng)卡、內(nèi)置Modem、

7、內(nèi)置ADSL Modem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、電視卡、視頻采集卡以及其它種類繁多的擴展卡。PCI插槽是主板的主要擴展插槽，通過插接不同的擴展卡可以獲得目前電腦能實現(xiàn)的幾乎所有功能，是名副其實的“萬用”擴展插槽。 15.2 PCI的特點和層次化結(jié)構(gòu)PCI插槽是基于PCI局部總線(Pedpherd CompoPCI插槽實物照片16PCI插槽實物照片161 PCI概況先后推出三代PCI總線：PCI、PCI-X、PCI Express2 PCI特點高傳輸率：64位傳輸，傳輸率達到528Mps高效率 ：PCI控制器中集成高速緩沖器，支持數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸模式即插即用功

8、能：適配器中的存儲器存放了配置信息獨立于CPU負載能力強且易擴展：通過“PCI-PCI橋”擴展PCI總線兼容各類總線 1 PCI概況先后推出三代PCI總線：PCI、PCI-X、微型機系統(tǒng)中多層次的局部總線 3 PCI層次化結(jié)構(gòu)微型機系統(tǒng)中多層次的局部總線 3 PCI層次化結(jié)構(gòu)CPU總線：最快的總線，連接外部高速緩存北橋：連接CPU總線、主存、AGP、基礎(chǔ)PCI總線，內(nèi)含高速緩存控制器、存儲器控制器和PCI控制器基礎(chǔ)PCI總線：連接訪問相對頻繁、速度較快的部件南橋：PCI/ISA擴展橋，內(nèi)含中斷控制器、DMA控制器、USB接口和EIDE接口CPU總線：最快的總線，連接外部高速緩存15.3 PCI

9、總線信號2015.3 PCI總線信號20必備的PCI總線信號地址和數(shù)據(jù)信號AD31:0，雙向三態(tài)C/BE3:0，雙向三態(tài)，低有效PAR，奇偶校驗信號，雙向三態(tài)接口控制信號FRAME，幀周期信號，低電平有效IRDY，主設(shè)備準備好信號，低電平有效TRDY，從設(shè)備準備好信號，低電平有效STOP，從設(shè)備要求主設(shè)備停止當前數(shù)據(jù)傳輸，低電平有效IDSEL，初始化設(shè)備選擇，輸入DEVSEL，設(shè)備選擇信號，低電平有效21必備的PCI總線信號地址和數(shù)據(jù)信號21必備的PCI總線信號（續(xù)）錯誤報告信號PERR，報告數(shù)據(jù)奇偶檢驗錯，低電平有效SERR，系統(tǒng)出錯信號，低電平有效仲裁信號REQ，總線占用請求信號，雙向三態(tài)

10、，低有效GNT，總線占用允許信號，雙向單臺，低有效系統(tǒng)信號CLK：時鐘，輸入RST，復位，輸入22必備的PCI總線信號（續(xù)）錯誤報告信號22可選的PCI總線信號64位總線擴展信號AD64:32，雙向三態(tài)C/BE7:4，雙向三態(tài)，低電平有效REQ64，64傳輸請求，低電平有效ACK64，表示從設(shè)備將用64位傳輸，低電平有效PAR64，奇偶雙字節(jié)校驗，雙向三態(tài)，低電平有效接口控制信號LOCK，鎖定信號，低電平有效中斷信號INTA/INTB/INTC/INTD，中斷信號，低電平有效，漏極開路23可選的PCI總線信號64位總線擴展信號23可選的PCI總線信號（續(xù)）Cache支持信號SBO，試探返回信號

11、，低電平有效，輸入或輸出SDONE，表示命中一個緩沖行，輸入或輸出。有效時，表明探測完成，無效時，表明探測結(jié)果仍未確定邊界掃描信號TDI，數(shù)據(jù)輸入TDO，數(shù)據(jù)輸出TCK，時鐘TMS，模式選擇TRST，復位24可選的PCI總線信號（續(xù)）Cache支持信號2415.4 PCI的命令類型C/BE3:2 命令類型說明0 0 0 0中斷應(yīng)答（中斷識別）0 0 0 1特殊周期0 0 0 0I/O讀（從I/O口地址中讀數(shù)據(jù)）0 0 1 1I/O寫（向I/O口地址空間寫數(shù)據(jù)）0 1 0 0保留0 1 0 1保留0 1 1 0存儲器讀（從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)據(jù)）0 1 1 1存儲器寫（從內(nèi)存空間映像中寫數(shù)據(jù)）1

12、0 0 0保留1 0 0 1保留1 0 1 0配置讀1 0 1 1配置寫1 1 0 0存儲器多行讀1 1 0 1雙地址周期1 1 1 0存儲器讀一行1 1 1 1存儲器寫并無效2515.4 PCI的命令類型C/BE3:2 命令類型說明15.515.7自學15.515.7自學ISA（ Industry Standard Architecture）總線的特點由8位PC總線擴展而成；用于PC/AT機中的總線是16位；386以上的32位微機系統(tǒng)中也大量采用ISA總線；又稱為PCAT總線。ISA總線接插槽為6236芯長短兩個接插槽。15.8 PCI兼容的局部總線15.8.1局部總線ISAISA（ Ind

13、ustry Standard Archite二、總線信號ISA總線分4大類：數(shù)據(jù)傳輸總線地址總線控制總線時鐘、定時與電源二、總線信號 15.8.2 EISA（ Extended Industry Standard Architecture）總線的特點一、特點： ISA總線的擴展；支持多個總線主控器；增加突發(fā)式傳送（Burst Transfer）；高性能的32位標準總線；可同時存在多個master；由EISA總線提供公平的循環(huán)優(yōu)先總線仲裁。 15.8.2 EISA（ Extended Indus微機原理講義(第15章_總線技術(shù))課件15.9 外部總線也稱通信總線，用于計算機之間、計算機和一部分外

14、設(shè)之間的通信。常用的通信方式有并行方式和串行方式。IDE和EIDE：IDE也稱ATA，用于主機和硬盤子系統(tǒng)相連，ATA66傳輸率達到66MB/sSCSI：用于工作站、服務(wù)器、高檔微機RS-232-CUSB：特點：連接方便、容易擴展、即插即用、節(jié)省能量、適用不同外設(shè)的速度要求（最高達到480Mb/s(USB 2.0)）設(shè)備類型：集線器和功能設(shè)備。本身含有多個寄存器，即USB設(shè)備的端口15.9 外部總線也稱通信總線，用于計算機之間、計算機和15.9.1 外部總線IDE和EIDE IDE接口智能驅(qū)動電路IDE(Intelligent Drive Equipment)總線是1984年Compaq與WD

15、公司聯(lián)合推出的一種硬盤接口標準,也稱ATA（PC/AT Attached）端口。標準IDE接口只支持2個智能設(shè)備(如磁盤驅(qū)動器等)，每個硬盤驅(qū)動器設(shè)備最多支持1024個柱面、63個扇區(qū)、16個磁頭，所以單個硬盤驅(qū)動器最大容量為512(字節(jié)/扇區(qū))63102416528MB。IDE接口只是ISA總線信號的一個子集，接口簡單，操作時對系統(tǒng)軟件透明，使用廣泛。大多數(shù)IDE接口和驅(qū)動器不支持DMA（直接存儲器存?。┓绞綌?shù)據(jù)傳輸，而采用PIO（編程輸入輸出）方式（因為硬盤驅(qū)動器內(nèi)有多個扇區(qū)緩沖，這些指令可以一次取指令多次重復I/O操作）與DMA傳送相比，有較高的速度和較低的總線利用率。IDE端口使用硬件

16、中斷（14#）來傳輸硬盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)。15.9.1 外部總線IDE和EIDE大多數(shù)IDE接口和驅(qū)EIDE接口 為支持更大容量、更多設(shè)備和更高的傳輸速率，為與SCSI接口標準競爭，1993年WD公司推出了增強型IDE接口，即EIDE(Enhanced IDE)接口，又稱ATA-2接口。EIDE可支持4個設(shè)備，每個硬盤驅(qū)動器最多可支持256個磁頭，故單個硬驅(qū)最大容量可達528MB162568.4GB。EIDE規(guī)范中還采納了ATAPI(AT Attached Packed Interface)新標準，使該接口支持CD-ROM驅(qū)動器。EIDE接口得到廣泛應(yīng)用，Pentium主板均內(nèi)置了EIDE型接口。E

17、IDE接口 為支持更大容量、更多設(shè)備和更高的傳輸速率，為與15.9.3 RS-232C串行通信總線 EIA RS-232C串行通信總線實際上是一個串行總線接口標準，是美國電子工業(yè)聯(lián)合會（DCE）開發(fā)的，廣泛應(yīng)用于計算機之間、計算機與終端或外設(shè)間的串行數(shù)據(jù)傳送，它對串行接口中的連接器規(guī)格、引線信號名稱、功能、信號電平等均作了統(tǒng)一規(guī)定，所以，也稱它是一個串行通信協(xié)議。該標準目前廣泛應(yīng)用于微機串行通信中。串行總線具有節(jié)省傳輸線和方便利用現(xiàn)存的通信信道(如電話線)的優(yōu)點，所以它適用于長距離或遠程數(shù)據(jù)通信。 15.9.3 RS-232C串行通信總線 EIA RS-21RS-232C串行通信的數(shù)據(jù)格式RS

18、-232C以串行方式傳送數(shù)據(jù)格式如圖10-4所示。串行數(shù)據(jù)的發(fā)送首先是1個起始位，起始位為0，數(shù)據(jù)位可以是58位，數(shù)據(jù)從最低有效位發(fā)送；在數(shù)據(jù)位后有奇偶校驗位（可以選擇奇校驗、偶校驗或無校驗）；最后是停止位，停止位為1（可以是1位、1位半或2位）。所以，串行方式傳送數(shù)據(jù)是7位ASC碼的數(shù)據(jù)連續(xù)傳送。以一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，起始位為低電平，停止位為高電平，以此構(gòu)成一幀信息。每幀信息之間允許有不定長度的空閑位，空閑位為1，是傳號(MARK)。1RS-232C串行通信的數(shù)據(jù)格式RS-232C以串行方2RS-232C串行通信的信息傳輸方式RS-232C串行總線標準定義了串行

19、傳送的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口信息。其信息傳輸方式根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向的不同分為3種。 單工。數(shù)據(jù)只能按一個固定的方向傳輸。僅適用遠程通信，單工通信采用兩線制。 半雙工。通信雙方分時發(fā)送或接收，通信線路簡單，但通信效率低，是一種經(jīng)濟實用的傳輸方式。半雙工通信也采用兩線制。 全雙工。通信雙方可以同時發(fā)送和接收，通信效率及數(shù)據(jù)傳輸速度很高。全雙工通信一般采用四線制。2RS-232C串行通信的信息傳輸方式RS-232C串行10.2.5 USB接口通用串行接口總線USB(Universal Serial Bus)是將串口、并口等不同接口統(tǒng)一起來，使其成為一種可共享、可擴充、

20、使用方便的串行總線，并且不會損失帶寬。USB是串行接口，可即插即用，適用多媒體數(shù)據(jù)的傳送模式。USB接口連接方便，可提供功率有限的電源。USB的傳送速率最高可達12MB/s，且其價格便宜。它既可用于低速的外部設(shè)備，如鍵盤、鼠標等，也可用于中速裝置，如打印機、數(shù)碼相機、調(diào)制解調(diào)器、掃描儀等。10.2.5 USB接口通用串行接口總線USB(Unive1USB通用串行總線 USB電纜。采用4芯電纜，外層有保護套。USB電纜有兩根電源線(VBus和GND)；有兩根信號線(D+和D-) 。 USB連接器。USB插頭和插座都具有四個觸點，并有屏蔽的外殼，以及規(guī)定的堅固性和易于插拔的特性。 USB的數(shù)據(jù)傳輸

21、。 USB2.0標準，數(shù)據(jù)傳輸率提高到480MB/s，適用于高速外圍設(shè)備(如閃存盤、移動式硬盤等)。 1USB通用串行總線 USB電纜。采用4芯電纜，外層有保2USB的主要特點USB總線主要有集線器和功能設(shè)備兩種類型。 USB集線器(HUB)。是USB體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵設(shè)備，可將單接入端口轉(zhuǎn)換為多重接入端口。集線器有一個上行端口和多個下行端口，上行端口用于連接集線器和主機，下行端口用于連接其他集線器或功能設(shè)備。集線器可以發(fā)現(xiàn)下行端口上的設(shè)備插入和移出操作，并為下行設(shè)備分配電源。用USB連接的外設(shè)數(shù)目最多達127個，從主裝置開始可以經(jīng)由5層集線器進行菊花鏈連接，用戶不必擔心要連接的裝置數(shù)目受限制。

22、 USB功能設(shè)備。能夠從USB總線接收或發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息，向系統(tǒng)提供特定功能的設(shè)備，稱為功能設(shè)備。如USB鼠標、游戲操縱桿、USB顯示器、USB掃描儀、USB打印機、USB網(wǎng)卡、USB音箱和USB視頻相機等。低功耗的裝置可從總線獲得電源。2USB的主要特點USB總線主要有集線器和功能設(shè)備兩種類型2USB的主要特點USB總線主要有集線器和功能設(shè)備兩種類型。 USB有同步、中斷、大批量等三種數(shù)據(jù)傳送模式。同步傳送主要用于數(shù)碼相機、掃描儀等中速的外部設(shè)備；中斷傳送供鍵盤、鼠標等低速裝置使用；大批量傳送則供打印機、調(diào)制解調(diào)器等不定期傳送大量數(shù)據(jù)的中速裝置使用。 USB利用NRZ-1編碼方式使數(shù)據(jù)獲得同步，其特