《微機(jī)原理與接口技術(shù)》第7章-微機(jī)總線及IO接口標(biāo)準(zhǔn)課件

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)總線的基本概念總線的主要技術(shù)參數(shù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)總線的基本概念1第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.1概述

連接微型計(jì)算機(jī)各部件（器件）間的通信電纜（線路）就稱為總線，為各部件之間的數(shù)據(jù)、地址和控制等信號(hào)的傳輸提供通道。

7.1.1

總線的分類1.按所傳輸信號(hào)的類型劃分（1）數(shù)據(jù)總線（DataBus）第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.1概述2第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，總線中傳輸數(shù)據(jù)的線路數(shù)稱為總線寬度，總線寬度在很大程度上決定了總線的數(shù)據(jù)傳輸性能。例如ISA總線的數(shù)據(jù)線是16條，則表示ISA總線在一個(gè)總線周期內(nèi)最多可傳輸16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，總線3第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)（2）地址總線（AddressBus）負(fù)責(zé)地址信號(hào)的傳輸，總線的地址線數(shù)決定了總線的尋址能力。地址線越多，尋址范圍越大。例如ISA總線有24根地址線，則其尋址范圍為224=16M。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)（2）地址總線（Address4第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)（3）控制總線（ControlBus）負(fù)責(zé)控制信號(hào)的傳輸，控制總線決定了總線功能的強(qiáng)弱和適用性?？偩€的控制線越多，則總線的控制功能也越強(qiáng)，但連接也越復(fù)雜。除了上述三類信號(hào)線外，還有電源線和地線。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)（3）控制總線（Control5第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)按系統(tǒng)的層次、位置，總線可分為:1.片總線又稱為元件級(jí)總線或CPU總線，用于芯片級(jí)的互連。由于CPU及相應(yīng)芯片組各不相同，片總線無(wú)互換性，不能標(biāo)準(zhǔn)化。2.內(nèi)部總線又稱為系統(tǒng)總線，用于微型計(jì)算機(jī)中各插件板與系統(tǒng)之間的連接。如：ISA、MAC和PCI等。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)按系統(tǒng)的層次、位置，總線可分為:6第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.按總線的層次結(jié)構(gòu)劃分（1）局部總線：是指連接CPU與外圍各芯片的連線，如主板上的印刷線路。（2）系統(tǒng)總線：是指連接計(jì)算機(jī)內(nèi)各部件的連線，如軟硬盤(pán)連線。（3）外部總線：是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連線，如鍵盤(pán)連線。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.按總線的層次結(jié)構(gòu)劃分（17第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.1.2總線的性能參數(shù)對(duì)總線的主要性能要求是數(shù)據(jù)傳輸速率?？偩€的數(shù)據(jù)傳輸速速率主要由總線寬度和總線頻率決定，除此之外對(duì)總線的性能要求性還有數(shù)據(jù)的同步方式及信號(hào)線數(shù)等。數(shù)據(jù)線越多→數(shù)據(jù)傳輸速率越快地址線越多→尋址范圍越大

一般來(lái)說(shuō)：控制線越多→控制功能越強(qiáng)第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.1.2總線的性能參數(shù)8第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)1.總線寬度即總線能同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)。2.總線頻率總線頻率是指總線工作的時(shí)鐘頻率。3.總線數(shù)據(jù)傳輸速率總線數(shù)據(jù)傳輸速率(也稱總線帶寬)是指單位時(shí)間內(nèi)總線最大能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，單位為byte/S（字節(jié)/秒）。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)1.總線寬度2.總線頻率3.9第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)傳輸速率與總線寬度和總線頻率有關(guān)，其關(guān)系為：總線數(shù)據(jù)傳輸速率＝(總線寬度/8)×總線頻率例如，總線寬度為64位，總線頻率66MHz，則總線帶寬為：（64位/8位）×66MHz＝528MB/S即每秒鐘傳輸528兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)傳輸速率與總線寬10第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.同步方式同步是指數(shù)據(jù)接收方必須按照發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和碼元重復(fù)頻率（即波特率）來(lái)接收數(shù)據(jù)。同步方式有兩種：(1)同步傳輸以一個(gè)數(shù)據(jù)塊(若干個(gè)字符)為傳輸單位，在同步時(shí)鐘的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，收發(fā)雙方的時(shí)鐘必須在一個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)保持同步，進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間是固定的。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.同步方式同步是指數(shù)11第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(2)異步傳輸通常以一個(gè)字節(jié)為傳輸單位，傳輸時(shí)同步時(shí)鐘只需在一個(gè)字節(jié)內(nèi)保持同步即可，采用應(yīng)答方式進(jìn)行總線握手，數(shù)據(jù)傳輸周期可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(2)異步傳輸通常以一12第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.1.3總線標(biāo)準(zhǔn)制定總線標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了使計(jì)算機(jī)各部件生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的部件能相互連接。負(fù)責(zé)制定總線標(biāo)準(zhǔn)的組織主要有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、電氣及電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)和電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）等。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.1.3總線標(biāo)準(zhǔn)制定13第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)在總線標(biāo)準(zhǔn)中，主要規(guī)定總線結(jié)構(gòu)的外形、相關(guān)尺寸及其排列方式、地址線的數(shù)目、數(shù)據(jù)的位數(shù)、有關(guān)控制信號(hào)及時(shí)鐘同步方式等，常見(jiàn)的總線標(biāo)準(zhǔn)有：1.

ISA總線即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（IndustryStandardArchitecture），又稱AT總線。該總線的數(shù)據(jù)線是8位和16位兼容的總線，地址線是24位，時(shí)鐘頻率為8MHz。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)在總線標(biāo)準(zhǔn)中，主要規(guī)定總14第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.

EISA總線即擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(ExtendedIndustryStandardArchitecture)，由于ISA總線不能充分發(fā)揮32位微處理器的性能，因此制定了EISA總線標(biāo)準(zhǔn)，該總線與ISA總線是兼容的，即原來(lái)能通過(guò)ISA總線接入的設(shè)備，也可通過(guò)EISA總線連接到計(jì)算機(jī)。EISA總線的數(shù)據(jù)線是32位，地址線是32位，時(shí)鐘頻率為8.33MHz，總線最大數(shù)據(jù)傳輸速率為33.3MB/s。

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.EISA總線即擴(kuò)展15第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.

VESA總線是由視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（VideoElectronicStandardAssociation）制定的，又稱VL-Bus（VESALocalBus），是一種32位（數(shù)據(jù)線）的局部總線，為了保持與ISA總線的兼容性，在結(jié)構(gòu)上VL-Bus分成兩個(gè)部分，一部分與ISA總線保持一致，另一部分能以33MHz的速率工作。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.VESA總線是由視16第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.

PCI總線即外圍器件互連（PeripheralComponentInterconnect），是目前微型計(jì)算機(jī)中廣泛使用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，該總線具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、性能好、可靠性高、價(jià)格低及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.PCI總線即外圍器17第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)5.

RS-232總線是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustriesAssociation）制定的。該總線是一種串行總線，即采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，是目前常用的一種總線，該總線標(biāo)準(zhǔn)建議采用DB-25連接器，但只定義了22個(gè)引腳，該總線標(biāo)準(zhǔn)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，在當(dāng)時(shí)主要是用于連接調(diào)制解調(diào)器（Modem），最大傳輸距離為15m，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為19.2Kbps。

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)5.RS-232總線是18第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)1.RS-232-C機(jī)械規(guī)范

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)1.RS-232-C機(jī)械規(guī)范19第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.RS-232-C電氣規(guī)范

RS-232-采用負(fù)邏輯:邏輯0:3V～15V邏輯1:-3V～-15VTTL電平到232電平：MC1488232電平到TTL電平：MC1489

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.RS-232-C電氣規(guī)范R20第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.RS-232-C功能規(guī)范

保護(hù)地(PG)發(fā)送數(shù)據(jù)(TxD)接收數(shù)據(jù)(RxD)請(qǐng)求發(fā)送(RTS)允許發(fā)送(CTS)第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.RS-232-C功能規(guī)范保21第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)裝置就緒(DSR)數(shù)據(jù)終端就緒(DTR)接收數(shù)據(jù)(RxD)數(shù)據(jù)載波檢測(cè)(DCD)振鈴信號(hào)(RI)信號(hào)地(SG)4.RS-232-C過(guò)程規(guī)范

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)裝置就緒(DSR)4.RS-22第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.USB總線即通用串行總線（UniversalSerialBus），USB總線是一種較新的總線標(biāo)準(zhǔn)，該總線較好地解決了微機(jī)系統(tǒng)中各種外設(shè)與CPU連接因?yàn)榻涌跇?biāo)準(zhǔn)相互不兼容而無(wú)法共享所帶來(lái)的安裝與配置困難的問(wèn)題。USB總線連接簡(jiǎn)單，只有２條數(shù)據(jù)線、１條電源線和１條地線，外形為長(zhǎng)方形，最高數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到480Mbps。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.USB總線即通用串23第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2PCI系統(tǒng)總線

1991年Intel公司首先提出了PCI的概念，并聯(lián)合IBM、Compaq等多家公司成立PCI集團(tuán)，制定了PCI總線標(biāo)準(zhǔn)。7.2.1PCI總線信號(hào)及特點(diǎn)PCI總線標(biāo)準(zhǔn)定義的信號(hào)線共有120根（包括電源、地和保留引腳），通?？煞譃?大類：必選信號(hào)和可選信號(hào)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2PCI系統(tǒng)總線124第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)1.必選信號(hào)主控設(shè)備49根，目標(biāo)設(shè)備47根。主控設(shè)備是指取得PCI總線控制權(quán)的設(shè)備，目標(biāo)設(shè)備是指被主設(shè)備選中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備。2.可選信號(hào)

51根，主要用于PCI總線64位擴(kuò)展、中斷請(qǐng)求、高速緩存支持等。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)1.必選信號(hào)2.可選信號(hào)25第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCI總線的特點(diǎn)主要有：1.數(shù)據(jù)傳輸率高最大數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s，若數(shù)據(jù)寬度升級(jí)到64位，最大數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)266MB/s。

2.多總線共存采用PCI總線可在一個(gè)系統(tǒng)中讓多種總線共存，使不同速度的設(shè)備一起工作。具體做法是通過(guò)PCI-ISA橋接器組件芯片，將PCI總線與ISA橋接，構(gòu)成一個(gè)分層次的多總線系統(tǒng)，如圖7.2-1所示。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCI總線的特點(diǎn)主要有：1.26第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)CPUHOST-PCI橋接器（82443BX）PCI-ISA橋接器（82371EB）PCI總線ISA總線圖7.2-1PCI總線與ISA總線共存方式第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)CPUHOST-PCI橋接器PC27第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.獨(dú)立于CPUPCI總線不依附于任何具體的處理器，即PCI總線可用于多種不同處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)處理器更換時(shí)，只需更換不同的HOST-PCI橋接器即可。

4.自動(dòng)識(shí)別與配置外設(shè)，方便用戶。PCI總線共有4種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，分別支持32位、64位微處理器以及3.3V和5.5V工作環(huán)境，總線頻率為33.3MHz/66MHz。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.獨(dú)立于CPU4.自動(dòng)28第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)

7.2.2PCI總線接口規(guī)范1.PCI總線的物理尺寸77.481.191.27B1A1B49A49B52A52B62A62圖7.2-2PCI總線插槽（單位：mm）第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.2PCI總線接口規(guī)范29第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCI總線插槽共有120個(gè)引腳，但只定義了116個(gè)信號(hào)。兩個(gè)設(shè)備通過(guò)PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其中取得總線控制權(quán)的設(shè)備稱為主設(shè)備，而被主設(shè)備選中進(jìn)行通信的設(shè)備稱為目標(biāo)設(shè)備（又稱從設(shè)備）。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCI總線插槽共有12030第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCI總線各信號(hào)的主要功能：1.系統(tǒng)信號(hào)線CLK：總線時(shí)鐘信號(hào)，輸入，最高頻率可達(dá)33MHz/66MHz。

：復(fù)位信號(hào)，輸入，使PCI總線的專用特性寄存器和定時(shí)器等的內(nèi)容恢復(fù)到初始狀態(tài)值。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCI總線各信號(hào)的主要功能：1.31第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.地址/數(shù)據(jù)線AD31～0：地址/數(shù)據(jù)信號(hào)，雙向三態(tài)輸入/輸出信號(hào)。

：總線命令/字節(jié)使能信號(hào)，三態(tài)。在PCI總線的地址周期傳輸總線命令，在數(shù)據(jù)周期時(shí)傳輸字節(jié)使能信號(hào)。PAR：針對(duì)AD31～0和C/BE3～0信號(hào)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)的校驗(yàn)位，雙向三態(tài)輸入/輸出信號(hào)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.地址/數(shù)據(jù)線AD31～0：地32第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.接口控制信號(hào)

：幀周期信號(hào)，三態(tài)，由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，低電平有效，有效表示一次傳輸?shù)拈_(kāi)始和持續(xù)，從設(shè)備最后一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸完失效。

：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。

：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.接口控制信號(hào)33第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)

：數(shù)據(jù)傳輸終止信號(hào)，三態(tài)，由目標(biāo)設(shè)備發(fā)出。IDSEL：初始化設(shè)備選擇信號(hào)，輸入，在參數(shù)配置讀寫(xiě)期間，用作片選信號(hào)。

：設(shè)備選擇信號(hào)，三態(tài)，由目標(biāo)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，有效時(shí)表示PCI總線上的某一設(shè)備已被選中。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)：數(shù)據(jù)傳輸終34第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.仲裁信號(hào)

：總線請(qǐng)求信號(hào)，雙向三態(tài)，輸入/輸出，有效表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備請(qǐng)求使用總線。

：總線允許信號(hào)，雙向三態(tài)，輸入/輸出，有效表示設(shè)備使用總線請(qǐng)求已獲批準(zhǔn)。

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.仲裁信號(hào)：35第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)5.中斷信號(hào)

：中斷A，用于請(qǐng)求一次中斷。

：僅用于請(qǐng)求一次多功能設(shè)備上的中斷。

：中斷C，功能同B。

：中斷D，功能同B。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)5.中斷信號(hào)：36第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)在PCI總線中，所謂的多功能設(shè)備是指一個(gè)設(shè)備有多種功能，每一個(gè)功能都連接到任何一條中斷線上，由中斷寄存器決定該功能用哪一條中斷線去請(qǐng)求中斷。若多功能設(shè)備只用一條中斷線，則這條中斷線就稱為INTA，若該多功能設(shè)備使用了2條中斷線，則稱為INTA和INTB，依此類推。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)在PCI總線中，37第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)6.64位總線擴(kuò)展信號(hào)

：擴(kuò)展的32位地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用信號(hào)，雙向，三態(tài)，輸入/輸出信號(hào)。

：64位傳輸請(qǐng)求信號(hào)。

：64位傳輸確認(rèn)信號(hào)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)6.64位總線擴(kuò)展信號(hào)38第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.3PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程1.

PCI總線的讀操作時(shí)序123456789圖7.2-3PCI總線的讀操作時(shí)序CLKFRAMEAD31～AD0C/BE3～0IRDYTRDYDEVSEL數(shù)據(jù)1地址輸出數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3總線命令BE3～0第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.3PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)39第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(1)

一旦信號(hào)有效，地址周期開(kāi)始。(2)

在地址周期內(nèi)，AD31～0提供地址，提供一個(gè)總線命令。(3)

在數(shù)據(jù)周期內(nèi)(從時(shí)鐘3處開(kāi)始)，AD31～0提供數(shù)據(jù)，信號(hào)指明哪些數(shù)據(jù)是有效的。(4)由主設(shè)備提供，有效表示能夠完成一個(gè)數(shù)據(jù)周期。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(1)一旦40第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(5)

信號(hào)由被選中的從設(shè)備提供。信號(hào)同時(shí)有效才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，否則插入一個(gè)等待周期。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(5)41第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.

PCI總線的寫(xiě)操作時(shí)序

圖7.2-4PCI總線的寫(xiě)操作時(shí)序CLKFRAMEAD31～AD0C/BE3～0IRDYTRDYDEVSEL數(shù)據(jù)1地址輸出數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3總線命令BE3～0第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.PCI總線的寫(xiě)操作時(shí)序42第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.傳輸?shù)慕K止過(guò)程

主設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都可以提出終止一次PCI總線傳送的請(qǐng)求，但雙方都不能單方面終止，需要相互配合，并且最終的停止控制要由主設(shè)備完成。終止傳輸?shù)臉?biāo)志是FRAME和IRDY均失效。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.傳輸?shù)慕K止過(guò)程主43第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(1)由主設(shè)備提出的終止有2種情況主設(shè)備會(huì)提出終止傳輸：主設(shè)備已經(jīng)完成了要做的事；超時(shí)。主設(shè)備通過(guò)撤消FRAME信號(hào)并建立IRDY信號(hào)，提出終止PCI傳輸請(qǐng)求，以告訴目標(biāo)設(shè)備現(xiàn)已進(jìn)入了最后的數(shù)據(jù)傳輸周期，此后IRDY信號(hào)一直保有效，直到出現(xiàn)TRDY信號(hào)，完成最后一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸，撤消IRDY信號(hào)，PCI傳輸終止，F(xiàn)RAME和IRDY均無(wú)效。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(1)由主設(shè)備提出的終止有244第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(2)由從設(shè)備提出的終止目標(biāo)設(shè)備向主設(shè)備發(fā)出STOP信號(hào)，表示終止一次PCI數(shù)據(jù)傳輸，STOP信號(hào)發(fā)出后必須保持到FRAME信號(hào)撤消為止，當(dāng)FRAME信號(hào)無(wú)效時(shí)應(yīng)使IDRY信號(hào)有效，F(xiàn)RAME信號(hào)撤消后，STOP信號(hào)也緊接著撤消，傳輸終止。

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(2)由從設(shè)備提出的終止45第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.總線的仲裁

CPU總線仲裁器橋接器PCI總線PCI設(shè)備①REQ，請(qǐng)求使用總線②GNT，允許使用總線第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.總線的仲裁總線仲裁器橋46第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.4PCI總線配制

PCI定義了3個(gè)物理地址空間，即存儲(chǔ)器空間、I/O地址空間和配置地址空間。前兩個(gè)是通常意義上的地址空間，最后一個(gè)是用于支持PCI硬件配置的特殊空間。1.配置空間頭區(qū)域及功能

PCI總線的一個(gè)物理設(shè)備可能包含一個(gè)或多個(gè)PCI功能設(shè)備，每個(gè)PCI功能設(shè)備都有64個(gè)配置雙字單元。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.4PCI總線配制47第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.5PCI總線BIOS通常對(duì)PCI總線的操作是通過(guò)PCIBIOS調(diào)用進(jìn)行的，PCIBIOS分為16位和32位的PCIBIOS調(diào)用。

1.16位的PCIBIOS調(diào)用在實(shí)模式下(DOS環(huán)境)可以通過(guò)INT1AH中斷來(lái)調(diào)用16位的PCIBIOS。調(diào)用時(shí)AH寄存器的內(nèi)容必須為0B1H（PCI功能號(hào)），AL寄存器的內(nèi)容為子功能號(hào)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.2.5PCI總線BIOS48第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCIBIOS的工能為：1)(AL)=01HPCIBIOS存在檢測(cè)2)(AL)=02H使用供應(yīng)商ID或設(shè)備ID找到系統(tǒng)中所有的PCI設(shè)備實(shí)例。3)(AL)=03H用指定的類代碼查找系統(tǒng)中具有指定類代碼的所有設(shè)備實(shí)例。4)(AL)=06H用于產(chǎn)PCI專用周期傳輸。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)PCIBIOS的工能為：1)49第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)5)(AL)=08H讀配置字節(jié)6)(AL)=09H讀配置字7)(AL)=0AH讀配置雙字8)(AL)=0BH寫(xiě)配置字節(jié)9)(AL)=0BH寫(xiě)配置字第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)5)(AL)=08H讀配置50第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.32位的PCIBIOS調(diào)用在80386的保護(hù)模式下（Windows環(huán)境）應(yīng)調(diào)用32位的PCIBIOS。在調(diào)用32位的PCIBIOS前應(yīng)先進(jìn)行如下2項(xiàng)操作：(1)確定需要調(diào)用的32位BIOS是否存在，以及它的入口地址是多少，可掃描物理內(nèi)存的000E0000H～000FFFF0H范圍內(nèi)的物理存儲(chǔ)區(qū)域，尋找一個(gè)16字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這個(gè)16字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.32位的PCIBIOS調(diào)51第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)structbios_32{DWORDsignature;//固定字符“_32_”DWORDentry;BYTErevision;BYTElength;BYTEchecksum;}(2)確定32位BIOS是否支持PCIBIOS服務(wù)。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)structbios_32{52第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.3外部通信總線7.3.1USB通用串行總線USB（UniversalSerialBus）通用串行總線是一種新型接口，目前在微型計(jì)算機(jī)中被廣泛使用，其主要優(yōu)點(diǎn)：1)連接簡(jiǎn)單

2)數(shù)據(jù)傳輸速率高

USB1.0→

1.5MB/s～12MB/s

USB2.0→

480MB/s。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.3外部通信總線7.3.153第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3)通用性好得到眾多計(jì)算機(jī)硬軟件廠商的廣泛支持。一個(gè)USB系統(tǒng)的組成包括USB硬件和USB軟件：1.

USB硬件(1)

USB主控制器(2)

USB設(shè)備：可分為集線器(HUB)設(shè)備和功能(Function)設(shè)備。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3)通用性好一個(gè)USB系統(tǒng)的組54第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.

USB軟件(1)

USB總線驅(qū)動(dòng)程提供對(duì)USB芯片的支持，由計(jì)算機(jī)主板生產(chǎn)商或OS開(kāi)發(fā)商提供。(2)

USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程提供對(duì)USB設(shè)備的支持，通常由USB設(shè)備生產(chǎn)商提供。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.

USB軟件(1)

U55第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.

USB接口的物理、電氣特性VCC提供+5V電源D(+)信號(hào)正端D(-)信號(hào)負(fù)端GND電源地圖7.3-14針USB接頭USB接口能向外設(shè)提供的電源4.75V～5.25V，最大電流500mA。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)3.

USB接口的物理、電氣特56第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)USB設(shè)備與計(jì)算機(jī)(或USBHub)的連接方式如下圖所示。

USB數(shù)據(jù)線主機(jī)(或USBHub)USB接口高速USB收發(fā)器(高速USB設(shè)備)+5VD+D-地+3.0V～3.6VD+D-地該上拉電阻用來(lái)識(shí)別USB設(shè)備速度第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)USB設(shè)備與計(jì)算機(jī)(或U57第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)USB數(shù)據(jù)線主機(jī)(或USBHub)USB接口低速USB收發(fā)器(低速USB設(shè)備)+5VD+D-地+3.0V～3.6VD+D-地該上拉電阻用來(lái)識(shí)別USB設(shè)備速度當(dāng)沒(méi)有設(shè)備連接到USB端口時(shí)，D+和D-的電壓接近地；當(dāng)D+和D-的電壓都上升到2.5V以上并持續(xù)2.5μs以上時(shí)，說(shuō)明設(shè)備已經(jīng)連接到USB端口,當(dāng)D+和D-的電壓都下降到0.8V以下并持續(xù)2.5μs以上時(shí)，說(shuō)明設(shè)備已經(jīng)與USB端口斷開(kāi)連接。

第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)USB數(shù)據(jù)線主機(jī)(或USBHu58第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.

USB總線的數(shù)據(jù)的傳輸類型USB數(shù)據(jù)流類型有4種：控制信號(hào)流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，與此對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸類型也有4種：(1)控制(Control)傳輸：主要用來(lái)傳輸主機(jī)與USB設(shè)備間的控制命令。(2)批(Bulk)傳輸：主要用來(lái)傳輸對(duì)時(shí)間要求不高，但有較高正確率要求的大批量數(shù)據(jù)，如掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)4.USB總線的數(shù)據(jù)的傳輸類型59第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(3)中斷(Interrupt)傳輸：該方式適用于數(shù)據(jù)量較小的傳輸，如鍵盤(pán)。

(4)同步(Isochroous)傳輸：適于傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率固定，對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)不進(jìn)行糾錯(cuò)，如視頻設(shè)備。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(3)中斷(Interrupt60第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.3.2IEEE1394高性能串行總線IEEE1394是1993年由Apple公司首先提出的，1995年成為正工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全稱是IEEE1394高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)。1.IEEE1394高性能串行總線的主要特點(diǎn)(1)通用性強(qiáng)：可連接多種不同的外設(shè)。(2)數(shù)據(jù)傳輸率高:目前能夠達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為400MB/s。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)7.3.2IEEE1394高61第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(3)實(shí)時(shí)性強(qiáng)：同步傳輸，因此能保證傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。(4)連接簡(jiǎn)單、使用方便：支持外設(shè)的熱插拔，可外設(shè)提供4V～10V、1.5A的直流電源。2.IEEE1394連接設(shè)備的方式(1)電纜連接：使用2對(duì)信號(hào)線，一對(duì)用于發(fā)送，另一對(duì)用于接收，支持3種數(shù)據(jù)傳輸速率：100MB/s、200MB/s和400MB/s。第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)(3)實(shí)時(shí)性強(qiáng)：同步傳輸，因此能62第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)CPU掃描儀打印機(jī)驅(qū)動(dòng)器CD-ROM數(shù)碼相機(jī)IEEE1394電纜連接電源線對(duì)屏蔽層信號(hào)線對(duì)A信號(hào)線對(duì)BIEEE1394電纜剖面圖第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)掃描儀打印機(jī)驅(qū)動(dòng)器CD-ROM數(shù)63第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)在電纜環(huán)境下設(shè)備的地址識(shí)別碼是64位，其地址結(jié)構(gòu)如下圖所示。NodeID結(jié)點(diǎn)內(nèi)空間地址BusIDPhysicalID圖7.3-3IEEE1394地址分配0910151663第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)在電纜環(huán)境下設(shè)備的地址識(shí)64第7章PC微機(jī)總線系統(tǒng)2.內(nèi)部總線連接將IEEE1394的