微機原理總線課件

8.1概述8.2ISA總線8.3PCI總線18.1概述總線是在模塊與模塊之間或者設備與設備之間傳送信息的一組公用信號線?？偩€的特點在于其公用性，某兩個模塊或設備之間專用的信號線不能稱為總線?？偩€的基本概念1970年DEC公司PDP-11小型計算機首次采用總線技術?？偩€結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：便于采用模塊化結(jié)構(gòu)設計方法，簡化系統(tǒng)設計標準總線得到各廠商的支持，便于開發(fā)相互兼容的硬件板卡和軟件模塊結(jié)構(gòu)便于系統(tǒng)的擴充和升級便于故障診斷和維修…...2總線的基本概念微型計算機自誕生以來一直采用總線結(jié)構(gòu)目前在微型計算機系統(tǒng)中常把總線作為一個獨立的部件看待微機系統(tǒng)中的I/O接口本質(zhì)上是I/O設備與微機系統(tǒng)總線的接口3總線的基本概念控制總線控制總線用來傳送控制信號、定時信號以及具有控制含義的狀態(tài)信號。在總線上，可以控制其他部件的部件稱為總線主控或主設備，被控部件稱為從控或從設備。根據(jù)不同的使用意義，有的控制信號為雙向，有的為單向，有的為三態(tài)，有的非三態(tài)5總線的基本概念地址總線地址總線上傳送地址信號，總線主控用地址信號指定其需要訪問的部件（如外設、存儲器單元）。總線主控發(fā)出地址信號后，總線上的所有部件均感受到該地址信號，但只有經(jīng)過譯碼電路選中的部件才接收主控的控制信號，并與之通信。地址總線是單向的，即地址信號只能由總線主控至從控；地址總線也是三態(tài)的，非主控部件不能驅(qū)動地址總線。地址總線的根數(shù)決定總線的尋址能力。6總線的基本概念數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線上傳送數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)總線是雙向的，數(shù)據(jù)信息可由主控至從控（寫），也可由從控至主控（讀）。數(shù)據(jù)總線是三態(tài)的，未被地址信號選中的部件，不驅(qū)動數(shù)據(jù)總線（其數(shù)據(jù)引腳為高阻）。數(shù)據(jù)總線的根數(shù)稱為總線寬度。16位總線，指其數(shù)據(jù)總線為16根。7總線的性能指標3.傳輸率也稱為總線帶寬，通常指總線所能達到的最高數(shù)據(jù)傳輸率，單位是Bps（每秒傳送字節(jié)數(shù)）計算公式：Q=W×f/NW——數(shù)據(jù)寬度；f——總線時鐘頻率；N——完成一次數(shù)據(jù)傳送所需的時鐘周期數(shù)。PCI總線1.0版的總線帶寬132MBps9總線的性能指標4.是否支持突發(fā)傳送總線上數(shù)據(jù)傳送方式：正常傳送——每個傳送周期先傳送數(shù)據(jù)的地址，再傳送數(shù)據(jù)。突發(fā)傳送——支持成塊連續(xù)數(shù)據(jù)的傳送，只需給出數(shù)據(jù)塊的首地址，后續(xù)數(shù)據(jù)地址自動生成。PCI總線支持突發(fā)傳送，ISA不支持5.負載能力總線上能夠連接的設備數(shù)10總線的握手協(xié)議總線握手技術主要是解決主設備取得總線控制權后，如何在主設備和從設備之間實現(xiàn)可靠的尋址和數(shù)據(jù)傳送問題?？偩€的握手方式： 同步總線 異步總線 半同步總線11總線的握手協(xié)議異步總線讀命令地址數(shù)據(jù)主握手從握手AddrData異步總線上的數(shù)據(jù)傳送不是在總線時鐘控制下進行，而是用兩條握手信號線采取請求-應答的方式進行。主設備在總線上進行讀操作時，首先發(fā)出讀命令和地址，待穩(wěn)定后啟動主設備握手信號（通知已作好讀數(shù)準備），從設備識別地址和讀命令后將數(shù)據(jù)送到總線上并啟動從設備握手信號（回答數(shù)據(jù)已送出），主設備讀取數(shù)據(jù)后撤消主設備握手信號（通知數(shù)據(jù)已接收），從設備撤消從設備握手信號（回答知道數(shù)據(jù)已被接收），接下來可以開始新的總線周期。異步總線嚴密的握手信號使數(shù)據(jù)傳送絕對可靠，但是控制電路復雜，且握手信號在總線上來回請求應答造成額外延時，數(shù)據(jù)傳送速度較低。全互鎖異步總線讀數(shù)據(jù)時序13總線的握手協(xié)議半同步總線PCI總線和ISA總線都采用半同步協(xié)議AddrData主設備時鐘讀命令地址數(shù)據(jù)DataAddr等待半同步總線在主設備的時鐘信號和從設備的等待信號下傳送數(shù)據(jù)。主設備在總線上進行讀操作時，首先發(fā)出讀命令和地址。從設備采樣并識別地址，如果從設備響應速度足夠快，能夠在一個時鐘周期完成操作，則不置起等待信號；如果從設備不能在一個時鐘周期完成讀操作，那么就需要置起等待信號，直到數(shù)據(jù)送到總線上再撤消等待信號。主設備在總線周期的第二個時鐘上升沿對從設備的等待信號采樣，如果等待信號無效，則讀取數(shù)據(jù)，總線周期結(jié)束；否則在后續(xù)的時鐘上升沿對從設備的等待信號采樣，直到等待信號無效，再讀取數(shù)據(jù)，總線周期結(jié)束。綜合了同步總線和異步總線的優(yōu)點半同步總線讀數(shù)據(jù)時序14總線的層次結(jié)構(gòu)計算機的總線系統(tǒng)由處于計算機系統(tǒng)不同層次上的若干總線組成：CPU總線、局部總線、系統(tǒng)總線、外部總線。CPU總線CPU、RAM、ROM、控制芯片組等芯片之間的信號連接關系稱為CPU總線或主總線（HostBus），包括控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線CPU總線實現(xiàn)了CPU與主存儲器、Cache、控制芯片組、以及多個CPU之間的連接，并提供了與系統(tǒng)總線的接口CPU與主存儲器以及Cache構(gòu)成主機系統(tǒng)。15系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線為主機系統(tǒng)與外圍設備之間的通信通道。在主板上，系統(tǒng)總線表現(xiàn)為與擴展插槽相連接的一組邏輯電路和導線，所以系統(tǒng)總線也叫I/O通道總線系統(tǒng)總線必須有統(tǒng)一的標準，以便按標準設計各類適配卡ISA、EISA、MCA、VESA、PCI、AGP總線的層次結(jié)構(gòu)17系統(tǒng)總線總線的層次結(jié)構(gòu)主板上同一類型擴展插槽對應位置的引腳是互相連接的18局部總線用于主機與外部特定子系統(tǒng)之間的緊密連接，設置局部總線的目的是為了提高CPU與高帶寬占用部件（如顯卡）之間的數(shù)據(jù)傳輸速率PCI、VESA、AGP為局部總線總線的層次結(jié)構(gòu)19總線的層次結(jié)構(gòu)82439TXSystemController(MTXC)82371ABPCIISAIDEXcelerator(PIIX4)21總線的層次結(jié)構(gòu)22PC/XT結(jié)構(gòu)與PC總線

針對IBMPC/XT機(8086)PC總線時鐘頻率4.77MHz，總線寬度8位，尋址能力1MB、半同步時序協(xié)議，最快存儲器訪問周期由4個時鐘周期組成——帶寬約1MBpsPC/AT結(jié)構(gòu)與AT總線

針對IBMPC/AT機(286)AT總線時鐘頻率8MHz，總線寬度16位，尋址能力16MB半同步時序協(xié)議，最快存儲器訪問周期由3個時鐘周期組成——帶寬約5MBpsPC總線與AT總線后來經(jīng)過標準化，稱為ISA總線IndustryStandardArchitecture——工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)微機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)總線的發(fā)展23高檔PC機的三級總線結(jié)構(gòu)和PCI總線

針對Pentium以上處理器PCI:PeripheralComponent——外部設備互連微機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)總線的發(fā)展25高檔PC機的三級總線結(jié)構(gòu)和PCI總線

PCI1.0版總線時鐘頻率33.3MHz，總線寬度32位，尋址能力4GB、半同步時協(xié)議，支持突發(fā)傳送——帶寬約132MBpsPCI2.0版總線時鐘頻率33.3MHz，總線寬度64位，尋址能力4GB、半同步時協(xié)議，支持突發(fā)傳送——帶寬約264MBpsPCI2.1版總線時鐘頻率66.6MHz，總線寬度64位，尋址能力4GB、半同步時協(xié)議，支持突發(fā)傳送——帶寬約528MBps微機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)總線的發(fā)展26地址線A19~A0存儲器地址A19~A0，最大存儲器1M。I/O地址A15~A0，最大64K，在PC及XT機上實際使用A9~A0，I/O范圍為0000~03FFH。8位ISA總線接口29數(shù)據(jù)線D7~D0控制線21條8位ISA總線接口AEN：AddressEnable，地址允許信號PC總線可由CPU或DMA控制器控制，當DMAC控制總線時，它產(chǎn)生AEN信號，用于禁止CPU控制總線。即：30控制線21條8位ISA總線接口ALE：AddressLatchEnable，地址鎖存允許在ALE的下降沿鎖存來自CPU的地址信號讀/寫信號31控制線21條8位ISA總線接口IRQ7~IRQ2：中斷請求信號總線上的設備通過IRQ7~IRQ2向主板上的中斷控制器8259發(fā)出中斷請求，IRQ7~IRQ2對應8259的引腳IR7~IR2。8259的8個請求輸入端IR7~IR0中IRQ0被主板上的系統(tǒng)定時器占用、IRQ1被鍵盤占用，因此，IRQ0和IRQ1不在PC總線上出現(xiàn)32控制線21條8位ISA總線接口DRQ3~DRQ1：DMA請求信號DMA控制器8237有四個通道，允許四個設備請求進行DMA傳送，但通道0用于DRAM刷新，因此，DRQ0和不在PC總線上出現(xiàn):DMA響應信號33控制線21條8位ISA總線接口T/C：計數(shù)結(jié)束信號一次DMA請求可傳送多個字節(jié)，當任一DMA通道傳送結(jié)束時，T/C上出現(xiàn)高電平。ResetDrv：系統(tǒng)總清信號34控制線21條8位ISA總線接口 I/O通道奇偶校驗信號。當I/O通道上的設備或存儲器的奇偶校驗有錯時，該信號有效。 I/O通道準備好信號。該信號為低電平時（未準備好），使CPU或DMA插入等待周期。3516位ISA總線接口在IBMPC/AT（80286）機上首先使用，故又稱為AT總線，在8位PC總線上擴展而成3616位ISA總線接口16位ISA總線在擴展PC總線時，保留了原62芯PC總線信號的大部分定義，僅做了少量更改3716位ISA總線接口在擴展的36芯插座上，ISA重新定義了部分信號24位地址信號，允許最大存儲器16MSD15~SD0：16位數(shù)據(jù)信號38SBHE：總線高字節(jié)允許IRQ15、IRQ14、IRQ12、IRQ11、IRQ10AT機上使用2片中斷控制器8259（主片和從片），可有15級中斷請求16位ISA總線接口DMA請求/響應線3916位ISA總線接口存儲器讀/寫信號16位訪問周期信號指出當前傳送的是16位總線周期總線主控當DMA控制器使用總線期間，為低電平408.3PCI總線PCI總線的引腳PCI總線支持32位和64位接口卡，64位卡有94個接插點，32位卡僅有接插點1~62

----------------------------------------------------------------|PCIComponentSide(sideB)||||||optional||____mandatory32-bitpins64-bitpins_____||___|||||||||||||||||||||||||||--|||||||--||||||||||||||^^^^^^^^b01b11b14b49b52b62b63b94微機系統(tǒng)采用98+22邊緣接插件PCI總線的信號線包括必備的和可選的兩類，其中必備信號從設備47條，主設備49條。418.3PCI總線PCI總線的引腳系統(tǒng)信號CLK:系統(tǒng)時鐘信號。為所有處理提供定時，在時鐘的上升沿采樣總線上各信號線的信號。CLK的頻率稱為PCI總線的工作頻率，為33MHz。RST#:復位信號。用來使PCI所有的特殊寄存器、定序器和信號恢復初始狀態(tài)。428.3PCI總線PCI總線的引腳地址和數(shù)據(jù)信號

AD[31:00]地址和數(shù)據(jù)共用相同的PCI引腳。一個PCI總線傳輸事務包含了一個地址信號期和接著的一個(或多個)數(shù)據(jù)期。PCI總線支持猝發(fā)讀寫功能。C/BE[3::00]總線命令和字節(jié)使能信號。在地址期,C/BE[3:0]#定義總線命令;在數(shù)據(jù)期,C/BE[3::0]#用作字節(jié)使能。PAR奇偶校驗信號。它通過AD[31::00]和C/BE[3::0]進行奇偶校驗438.3PCI總線PCI總線的引腳接口控制信號

FRAME#:當一個主控設備請求總線時，采樣FRAME#、IRDY#，若均為無效電平，并且同一時鐘的上升沿GNT#為有效電平，就認定以獲得總線控制權。在主控設備發(fā)起傳輸時，將FRAME#驅(qū)動為有效電平，并一直保持，直到開始傳輸最后一個數(shù)據(jù)時將FRAME#驅(qū)動為無效電平。IRDY#:主設備準備好信號。當與TRDY#同時有效時,數(shù)據(jù)能完整傳輸。在寫周期,IRDY#指出數(shù)據(jù)已在AD[31::00]上;在讀周期,IRDY#指示主控器準備接收數(shù)據(jù)。

44接口控制信號

TRDY#:從設備準備好信號。預示從設備準備完成當前的數(shù)據(jù)傳輸。在讀周期,TRDY#指示數(shù)據(jù)變量已在AD[31::0]中;在寫周期,指示從設備準備好接收數(shù)據(jù)STOP#:從設備要求主設備停止當前數(shù)據(jù)傳送。LOCK#:鎖定信號。用于鎖定目標存儲器地址。IDSEL:初始化設備選擇。在參數(shù)配置讀寫傳輸期間,用作設備配置寄存器的片選信號。DEVSEL:設備選擇信號。該信號有效時,表明總線上某設備被選中。8.3PCI總線PCI總線的引腳45仲裁信號

REQ#:總線占用請求信號。任何主控器都有它自己的REQ#信號。GNT#:總線占用允許信號,指明總線占用請求已被響應。任何主設備都有自己的GNT#信號。8.3PCI總線PCI總線的引腳46總線命令總線命令在地址期C/BE[3::0]#線有效時被譯碼，表明事務的類型0000中斷確認中斷識別命令0001特殊周期提供在PCI上的簡單廣播機制0010I/O讀從I/O口地址中讀數(shù)據(jù)0011I/O寫向I/O地址空間寫數(shù)據(jù)0110存儲器讀從內(nèi)存空間中讀出數(shù)據(jù)0111存儲器寫向內(nèi)存空間寫入數(shù)據(jù)1100多重存儲器讀只要FRAME#有效,就應保持存器管道連續(xù),以便大量傳輸數(shù)據(jù)47數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸由啟動方（主控）和目標方（從控）共同完成所有事件在時鐘下降沿同步，在時鐘上升沿對信號線采樣48