微型計(jì)算機(jī)原理與及接口技術(shù)(第二版)第六

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)

（第二版）第六章總線技術(shù)

第一節(jié)總線概述總線（BUS）是微型計(jì)算機(jī)各功能部件之間實(shí)現(xiàn)互連的一組公共信號線，用作相互間信息交換的公共信道?？偩€在物理形態(tài)上就是一組公用的導(dǎo)線，是各種信號線的集合。為了在各模塊間實(shí)現(xiàn)系信息交換和信息共享，總線由傳輸信息的物理介質(zhì)和一套管理信息傳輸?shù)耐ㄓ靡?guī)則所構(gòu)成。它是計(jì)算機(jī)中傳送信息代碼的公共通信線，在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，利用總線實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部、印刷電路板各部件之間、機(jī)箱內(nèi)各插件板之間、主機(jī)與外部設(shè)備間或系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接與通信。微機(jī)系統(tǒng)采用了總線以后，不僅可以提高系統(tǒng)的效率和處理速度，簡化微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)易于擴(kuò)充，而且可以大大簡化系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)過程，減輕了軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作，縮短了軟件研制周期，從而降低了系統(tǒng)的成本?？偩€是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要技術(shù)，總線設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低將會直接影響整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的性能、可靠性、可擴(kuò)展性和可升級性。一．總線標(biāo)準(zhǔn)（一）．總線規(guī)范的基本內(nèi)容總線標(biāo)準(zhǔn)是國際正式公布或推薦的互連各個(gè)模塊的標(biāo)準(zhǔn)，它是把各種不同的模塊組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(或計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng))時(shí)必須遵守的規(guī)范?？偩€標(biāo)準(zhǔn)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(或計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng))中各模塊的互連提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)界面，該界面對界面兩側(cè)的模塊而言都是透明的。每個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)都必須有詳細(xì)和明確的規(guī)范說明，一般包括如下幾部分：1．機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范。規(guī)定模板尺寸、總線插頭、邊沿連接器等的規(guī)格及位置。2．功能結(jié)構(gòu)規(guī)范。確定引腳名稱、定義、功能與邏輯關(guān)系,以及其相互作用的協(xié)議進(jìn)行說明。功能結(jié)構(gòu)規(guī)范是總線的核心，通常以時(shí)序及狀態(tài)描述信息交換與流向，說明信息的管理規(guī)則?？偩€功能結(jié)構(gòu)規(guī)范包括內(nèi)容：①數(shù)據(jù)線、地址線、讀／寫控制邏輯線、時(shí)鐘線和電源線、地線等；②中斷機(jī)制；③總線主控仲裁；④應(yīng)用邏輯，如握手聯(lián)絡(luò)線，復(fù)位、自啟動(dòng)等。3．電氣規(guī)范。規(guī)定信號邏輯電平、負(fù)載能力及最大額定值、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間等。（二）.PC總線的負(fù)載能力

所謂總線的負(fù)載能力即驅(qū)動(dòng)能力，是指當(dāng)總線接上負(fù)載(接口設(shè)備)后必須不影響總線輸入輸出的邏輯電平。PC總線中的輸出信號，在輸出低電平時(shí)要吸收電流(由負(fù)載流入信號源)，以IOL表示，這時(shí)的負(fù)載能力就是指當(dāng)它吸收了規(guī)定電流時(shí)，仍能保持邏輯低電平。輸出高電平的負(fù)載能力以IOH表示，這是一個(gè)由信號源流向負(fù)載的輸出電流，當(dāng)輸出電流超過規(guī)定值時(shí)，輸出邏輯電平會降低，甚至變到閾值以下。對于輸入信號來說，系統(tǒng)總線就成了I／O插件板的負(fù)載，當(dāng)輸入低電平時(shí)總線向插件板灌人電流，以IIL表示。要求插件板在流人了這個(gè)電流后，還能向總線輸出一個(gè)正確的低電平。驅(qū)動(dòng)電路還要給總線接收電路提供輸入高電平時(shí)的電流，記為IIH。當(dāng)總線上所接負(fù)載超過總線的負(fù)載能力時(shí)，必須在總線和負(fù)載之間加接緩沖器或驅(qū)動(dòng)器，最常用的是三態(tài)緩沖器，其作用是驅(qū)動(dòng)和隔離。

(三)．總線的性能指標(biāo)

1．總線的傳輸率

總線的傳輸率指的是單位時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。單位是字節(jié)／秒(B／s)或兆字節(jié)／秒(MB／s)。

2．總線的寬度

總線的寬度指的是總線能同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，即我們常說的16位、32位、64位等總線寬度的概念。在工作頻率固定的條件下，總線的傳輸率與總線的寬度成正比。

3．總線的工作頻率

總線的工作頻率也稱為總線的時(shí)鐘頻率，以MHz為單位。它是指用于協(xié)調(diào)總線上的各種操作的時(shí)鐘信號的頻率。工作頻率越高則總線工作速度越快，也即總線傳輸率越高?？偩€傳輸率取決于總線寬度和工作頻率，總線寬度越寬，工作頻率越高，則總線傳輸率越大。當(dāng)然，單方面提高總線的寬度或工作頻率都只能部分提高總線的帶寬，并容易達(dá)到各自的極限。只有兩者配合才能使總線的帶寬得到更大的提升?？偩€傳輸率的計(jì)算公式如下：

總線傳輸率BW＝(總線寬度／8)×總線時(shí)鐘頻率／每個(gè)存取周期的時(shí)鐘數(shù)例如，總線時(shí)鐘頻率為66MHz的32位總線，若每兩個(gè)時(shí)鐘周期完成一次總線存取操作，則總線帶寬＝32／8×66／2＝132MB／s。

二總線分類 按著總線傳送的信息的類別，總線可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。按總線在微機(jī)結(jié)構(gòu)中所處的不同層次位置上分類，總線可分為4類。

1．片內(nèi)總線片內(nèi)總線在集成電路芯片內(nèi)部，用來連結(jié)各功能單元的信息通路，例如CPU芯片中的內(nèi)部總線，它是算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、寄存器和控制器之間的信息通路。過去這種總線是由芯片生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的。微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和用戶并不關(guān)心。但是隨著微電子學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了專用集成電路ASIC技術(shù)，用戶可以按自己的要求借助CAD技術(shù)，設(shè)計(jì)自己的專用芯片。這種情況下，用戶就必須掌握片內(nèi)總線技術(shù)。2．片間總線（Chipbus）各類微處理器的引腳信號即片間總線，例如8086／8088CPU的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線等即構(gòu)成該芯片的片間總線。在一個(gè)較小系統(tǒng)中，系統(tǒng)主機(jī)板上的CPU、存儲器、接口電路等，各種不同器件連接在一起的總線；用于芯片級互連。片間總線又稱在板局部總線或組件級總線（芯片總線）。這種總線限制在一塊印刷電路板內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在印刷電路板內(nèi)各芯片和各元器件之間連接的公共信號線即是總線，例如CPU及其支持芯片與其局部資源之間的連接，必須使用片間總線。片間總線通常包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。3．內(nèi)總線(SystemBus)內(nèi)總線又稱為系統(tǒng)總線，或稱為板級總線，或稱為微機(jī)總線。它是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線；用于模板級互連。這是指模塊式微型計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)的底板總線，用來連接構(gòu)成微型機(jī)的各插件板。它可以是多處理機(jī)系統(tǒng)中各CPU板之間的通信信道，也可以是用來擴(kuò)展某塊CPU板的局部資源，或?yàn)榭偩€上所有CPU板擴(kuò)展共享資源之間的通信信道。內(nèi)總線常用的有STD總線、MULTIBUS總線，PC/XT總線，PC/AT總線等，32位微機(jī)總線，如MCA總線、VME總線、EISA總線等。系統(tǒng)總線對微機(jī)設(shè)計(jì)者和微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶來說都是很重要的。選擇具有標(biāo)準(zhǔn)化和開放性總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過適當(dāng)選擇各種模塊構(gòu)成符合要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是當(dāng)前選擇微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的趨勢。在使用各種插件板來組成和擴(kuò)充微機(jī)系統(tǒng)時(shí)，就要選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)總線，并且嚴(yán)格按照總線的規(guī)范來設(shè)計(jì)制作插件板。本章主要講解PC機(jī)的系統(tǒng)總線。4．外總線(ExternalBus)外總線又稱為通信總線，它用于微機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，微機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備如打印機(jī)、磁盤設(shè)備或微機(jī)系統(tǒng)和儀器儀表之間的通信信道。這種總線數(shù)據(jù)傳輸方式可以是并行(如打印機(jī))或串行。數(shù)據(jù)傳輸速率比內(nèi)總線低。不同的應(yīng)用場合有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)。例如，串行通信的EIA—RS232C總線，RS—485總線，用于硬磁盤接口的IDE，SCSI，用于連接儀器儀表的IEEE一488，VXI總線，現(xiàn)場總線。用于并行打印機(jī)的centronics等總線。這種總線非微型計(jì)算機(jī)專有，一般是利用工業(yè)領(lǐng)域的已有標(biāo)準(zhǔn)。微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是總線結(jié)構(gòu)?？偩€連接方法廣泛用于微機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)連接層次上，從大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)部(如微處理器的內(nèi)部總線)，主機(jī)板中微處理器、存儲器及I／O接口電路之間，主機(jī)模板與各種接口模板之間(控制領(lǐng)域常稱一塊具有特定功能的印刷電路板為模板,簡稱為“板”)，直到微機(jī)系統(tǒng)之間以及微機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間。各總線之間的關(guān)系如圖6.1所示。它是一個(gè)利用系統(tǒng)總線組成的工業(yè)控制微機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。三.總線數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)定掛在總線上的模塊有兩種工作方式：主控方式和從方式。模塊工作于主控方式時(shí),可以控制總線并啟動(dòng)信息傳送，工作在主控方式的模塊叫做總線主控模塊(主設(shè)備)。主控模塊對總線具有控制能力，例如CPU和DMA控制器。工作于從方式時(shí)只能按主模塊的要求工作。系統(tǒng)總線的基本任務(wù)是保證數(shù)據(jù)能在總線上高速可靠地傳輸。系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)傳輸是在主控模塊的控制下進(jìn)行的，而總線的從模塊（從設(shè)備）則沒有對總線的控制能力，從模塊只能接收和執(zhí)行總線主模塊發(fā)來的命令，并對總線傳來的信號進(jìn)行地址譯碼。從總線主控設(shè)備申請使用總線到數(shù)據(jù)傳送完畢的整個(gè)過程，要經(jīng)過總線請求、總線仲裁、尋址、傳送數(shù)據(jù)、檢錯(cuò)和發(fā)出數(shù)據(jù)出錯(cuò)信號幾個(gè)步驟。總線控制線路包括總線仲裁邏輯、驅(qū)動(dòng)器和中斷邏輯等?？偩€上完成一次數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)歷以下4個(gè)階段。①申請(arbitration)占用總線階段。需要使用總線的主控模塊(如CPU或DMAC),向總線仲裁機(jī)構(gòu)提出占有總線控制權(quán)的申請。由總線仲裁機(jī)構(gòu)判別確定，把下一個(gè)總線傳輸周期的總線控制權(quán)授給申請者。②尋址(addressing)階段。獲得總線控制權(quán)的主模塊，通過地址總線發(fā)出本次打算訪問的從屬模塊，③數(shù)據(jù)傳輸(datatransfeting)階段。主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。④結(jié)束(ending)階段。主、從模塊的有關(guān)信息均從總線上撤除，讓出總線，以便其它模塊能繼續(xù)使用。對于只有一個(gè)總線主控設(shè)備的簡單系統(tǒng)，對總線無需申請、分配和撤除。而對于多CPU或含有DMA的系統(tǒng)，就要有總線仲裁機(jī)構(gòu)，來受理申請和分配總線控制權(quán)?？偩€傳輸?shù)目刂朴幸韵?種方式：同步方式、異步方式和半同步方式。(一).同步方式傳輸

圖6.2同步總線協(xié)定定時(shí)信號總線上的部件通過總線進(jìn)行信息傳送時(shí)，用一個(gè)公共的時(shí)鐘信號進(jìn)行同步，這種方式稱為同步方式傳輸。在該方式下使用一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘作為控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。主設(shè)備和從設(shè)備進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸其所用的時(shí)間稱為一個(gè)總線周期（或者傳輸周期）。一個(gè)總線周期的時(shí)間是是固定的。在同步方式中，由于采用了公共時(shí)鐘，每個(gè)部件什么時(shí)候發(fā)送或接收信息都由統(tǒng)一的時(shí)鐘規(guī)定，所以，同步通訊具有較高的傳輸頻率。同步總線所用的控制信號僅是時(shí)鐘振蕩器，時(shí)鐘的上升沿和下降沿分別表示一個(gè)總線周期的開始和結(jié)束。掛在總線上的處理器、存儲器和外圍設(shè)備都是由同一個(gè)時(shí)鐘振蕩器所控制，以使這些模塊能步調(diào)一致地操作，即一個(gè)周期一個(gè)周期地隨著控制線上的時(shí)鐘信號的標(biāo)志而展開。典型的同步協(xié)定的定時(shí)信號和受控設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示?？偩€時(shí)鐘信號用來使所有的模塊同步在一個(gè)共同的時(shí)鐘基準(zhǔn)上。同步系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單，數(shù)據(jù)傳送由單一信號控制。由于同步方式對任何兩個(gè)設(shè)備之間的通訊都給予同樣的時(shí)間安排。因而，就總線長度來講，必須按距離最長的兩個(gè)設(shè)備的傳輸延遲來設(shè)計(jì)公共時(shí)鐘，以滿足最長距離的要求；就部件速度來講，必須按速度最慢的部件來設(shè)計(jì)公共時(shí)鐘，以適應(yīng)最慢部件的需要。因此，同步通訊適用于總線上各部件之間的距離以及各部件的速度比較接近的情況。（二）異步方式傳輸

對于具有不同存取時(shí)間的各種設(shè)備，是不適宜采用同步總線協(xié)定的。因?yàn)檫@時(shí)總線要以最低速設(shè)備的速度運(yùn)行。如果對高速設(shè)備能具有高速操作，而對低速設(shè)備能具有低速操作，從而對不同的設(shè)備具有不同的操作時(shí)間，就可采用異步傳輸方式。異步傳輸總線的定時(shí)信號及控制信號如圖6.3所示。這種總線有兩個(gè)控制信號，即由主控來的CLOCK和受控來的WAIT信號，它們起著異步總線REQ和ACK的作用，但傳輸延遲是異步總線的一半，這是因?yàn)槌晒Φ奈帐种恍枰粋€(gè)來回行程。對于快速設(shè)備，這種總線本質(zhì)上是由時(shí)鐘信號單獨(dú)控制的同步總線。如果受控設(shè)備快得足以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)作出響應(yīng)的話，它就不發(fā)WAIT信號，這時(shí)的半同步總線像同步總線一樣的工作。如果受控設(shè)備不能在一個(gè)周期內(nèi)作出響應(yīng)，則它就使WAIT信號變高，而主控暫停。只要WAIT信號高電平有效，其后的時(shí)鐘周期就會知道主控處于空閑狀態(tài)。當(dāng)受控設(shè)備能響應(yīng)時(shí),它使WAIT信號變低，而主控運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)同步協(xié)定的定時(shí)信號接收受控設(shè)備的回答。這樣，半同步總線就具有同步總線的速度和異步總線的適應(yīng)性。

第二節(jié)IBMPC/XT和PC/AT系統(tǒng)總線

PC機(jī)采用開放式的結(jié)構(gòu)，即在底板上設(shè)置一些標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展插槽(slot)，要擴(kuò)充PC機(jī)的功能，只要設(shè)計(jì)符合插槽標(biāo)準(zhǔn)的適配器板，然后將板插入插槽即可。這些插槽又稱為PC總線。隨著CPU的更新?lián)Q代，PC總線也隨之變化。下面對PC機(jī)發(fā)展過程中形成的幾種總線標(biāo)準(zhǔn)作簡要介紹。一.IBMPC/XT總線(一)總線.結(jié)構(gòu)PC／XT總線的信號是當(dāng)前總線種類中最為精簡者，在充分了解各種信號的功能及應(yīng)用的目的后，對于更復(fù)雜的擴(kuò)展總線系統(tǒng)就能更深入探究?？偩€在PC／XT機(jī)的底板上共有8個(gè)插槽，稱為IBMPC/XT總線。PC／XT總線在每個(gè)插槽（擴(kuò)展槽）配有62個(gè)引腳,代表各種不同的信號。每—個(gè)插槽對應(yīng)的管腳均有相同的意義。因此，所有的接口卡可插于任何一個(gè)插槽上。引腳間隔為2．54mm。各引腳的安排如圖6．5所示。除了供特殊需要的±12V電源外，其它的任何信號均與TTL的邏輯電平兼容。若為輸出信號，至少可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)低功率LS負(fù)載。PC/XT的總線62根引線包括8根數(shù)據(jù)線、20根地址線、21根控制線、2根狀態(tài)線和11根輔助線及電源線。圖6.5是PC總線62芯插槽的信號引腳名稱?，F(xiàn)將PC/XT總線各信號的意義分述如下：1.地址線(20根)A19～A0：地址輸出信號，用來尋址系統(tǒng)總線相連接的存儲器和I／O端口。在系統(tǒng)總線周期中A19～A0由微處理器驅(qū)動(dòng)，在DMA周期由DMA控制器驅(qū)動(dòng)。2.數(shù)據(jù)線(8根):D7～DO3.控制線(21根)⑴ALE:地址鎖存允許輸出信號，高電平有效。⑵IRQ2～I(xiàn)RQ7：中斷請求輸入信號。IRQ2(即B4端子)是用戶中斷請求的引入端，IRQ7級別最低。這6個(gè)輸入信號用來產(chǎn)生系統(tǒng)總線對8088微處理器的中斷請求。這些信號直接送至處理器插件上的8259A中斷控制器。⑶IOR：I／O端口讀信號，輸出，低電平有效。IOR有效，將選中的I／O端口中的數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)總線上。⑷IOW：I／O寫信號，輸出，低電乎有效。IOW有效，把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入選中的I／O端口。它是在8088啟動(dòng)的總線周期中由8288總線控制器驅(qū)動(dòng)的，指明數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)要寫入地址總線選中的端口，端口要利用這個(gè)信號的上升沿來鎖存數(shù)據(jù)。⑸MEMW：存儲器寫信號，這是—個(gè)低電平有效的輸出信號。此信號有效，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入選中的內(nèi)存單元。⑹MEMR：存儲器讀信號，該信號是一個(gè)低電平有效的輸出信號。此信號有效，用來請求從存儲器讀取數(shù)據(jù)。⑺DREQl～DREQ3；DMAC信道1～3的DMA請求信號，輸入，高電平有效，由請求服務(wù)的I／O端口發(fā)出，其中DREQl(即B18端子)是留給用戶使用的CHlDMA請求引入端。I／O設(shè)備可以升高DRQ線電平來提出DMA請求。⑻DACK0～DACK3：DMAC信道0～3的DMA響應(yīng)信號，由DMA控制器發(fā)出，低電平有效。

⑼AEN：地址允許信號，輸出，高電平有效。AEN=1，進(jìn)行DMA傳送。AEN=0，無DMA傳送。⑽T／C：計(jì)數(shù)結(jié)束信號，輸出，高電平有效。由DMA控制器發(fā)出，當(dāng)任意一個(gè)DMA信道計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，發(fā)出有效的T／C脈沖。⑾RESETDRV：復(fù)位驅(qū)動(dòng)器，系統(tǒng)復(fù)位信號。它在系統(tǒng)接通電源后保持有效高電平，直到所有的電平都達(dá)到其規(guī)定的工作范圍才失效。4．狀態(tài)線(2根)（1）I/OCHCK：I／O信道奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)信號，這是低電平有效的輸入信號。用于檢查接口插件出錯(cuò)情況，當(dāng)此信號為低電平，表示I／O通道上的設(shè)備出現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)，產(chǎn)生非屏蔽中斷(NMI)。（2）I／OCHRDY：I／O信道準(zhǔn)備就緒信號，輸入，高電平有效。當(dāng)擴(kuò)展槽上連接有低速的存儲器或I／O接口卡時(shí)，可使該信號為低電平，用來延長總線周期，插入TW狀態(tài)。二．ISA總線(PC/AT總線)

PC／AT總線是在PC／XT總線的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的16位總線。以80286作為微處理器的PC／AT機(jī)，使用1SA總線。1SA總線又稱AT總線。ISA總線的數(shù)據(jù)寬度為16位，工作頻率為8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率最高為8MB／s。AT總線在PC/XT總線(62芯插槽)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)36芯的副插槽，使數(shù)據(jù)線增加到16根，地址線增加到24根，可以尋址16MB地址空間。也就是說，AT總線的主插槽與PC/XT總線是兼容的。美國電子和電氣工程師協(xié)會IEEE成立了一個(gè)專門委員會，并且確定以PC/AT總線為標(biāo)準(zhǔn)，稱之為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)ISA，所以AT總線又稱為ISA(industrystandardarchitecture)總線。386SX檔次以下的兼容機(jī)大都采用AT總線結(jié)構(gòu)。(一).ISA總線62芯插槽引腳信號分布與功能定義與PC總線基本相同，分為5類：1．時(shí)鐘與定時(shí)⑴．OSC：周期為70ns的振蕩信號。⑵．CLK：頻率為6MHz，周期為167ns的系統(tǒng)時(shí)鐘。⑶．RESETDRV：復(fù)位信號。⑷．OWS：零等待狀態(tài)輸入，通知CPU無需插入等待周期即可完成當(dāng)前總線操作。在XT機(jī)的62腳插座中B8位置是一個(gè)保留位，未被使用。在AT機(jī)中，該位置是一個(gè)名為OWS的輸入信號。2．?dāng)?shù)據(jù)線SD7～SD0：8根雙向數(shù)據(jù)線。3．地址線SAl9～SAO：20根地址線，提供對存儲器和I／O端口尋址。4.控制線⑴BALE：由8288總線控制器提供，允許鎖存來自CPU的有效地址。⑵AEN：禁止CPU和其它I／O端口使用系統(tǒng)總線，允許DMA控制器控制地址總線、數(shù)據(jù)總線和讀／寫命令線，進(jìn)行DMA傳送。⑶IRQ9，IRQ3～I(xiàn)RQ7：I／O端口的中斷請求線，IRQ9優(yōu)先級最高(由于AT機(jī)中IRQ2用作從片8259的中斷申請，因此IRQ2不出現(xiàn)在62芯插槽引腳中)，IRQ9(B4端子)即是用戶的中斷請求輸入端。⑷DRQl～DRQ3：I／O端口的DMA請求線。⑸DACK1～DACK3：DMA響應(yīng)回答信號線。⑹T／C：當(dāng)任意一個(gè)DMAC信道計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，由DMA控制器發(fā)出。⑺IOR：I／O端口讀命令。⑻IOW：I／O端口寫命令。⑼SMEMR：存儲器讀命令，僅對低于1MB的存儲空間有效。⑽SMEMW：存儲器寫命令。僅對低于1M的存儲空間有效。XT機(jī)的62腳插座中Bl1和B12的MEMW和MEMR在AT機(jī)的相同位置上，是功能完全相同的兩個(gè)信號，但在AT機(jī)中，信號名分別為SMEMW和SMEMR，這兩個(gè)信號僅對低于1M的存儲地址有效。⑿I/OCHCK：I／O信道奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)信號。⒀I／OCHRDY：I／O信道準(zhǔn)備好信號。⒁REFRESH：用以表明刷新周期。IBMPC／AT有單獨(dú)的刷新電路，用REFRESH表明刷新周期，該信號也可由I／O通道上的微處理器來驅(qū)動(dòng)。5．電源與地線

+5V，-5V，+12V，-12V，GND

(二).ISA總線36芯插槽引腳ISA總線擴(kuò)展槽將主插槽62腳與插座一起使用，才真正構(gòu)成16位數(shù)據(jù)總線。36腳副插槽共分為4類：1．?dāng)?shù)據(jù)線

SDl5～SD8：數(shù)據(jù)總線高字節(jié)，雙向數(shù)據(jù)線，和SD7～SD0一起構(gòu)成16位數(shù)據(jù)總線。2．地址線

LA23～LAl7：非鎖存地址線，這些信號在ALE為高電平時(shí)有效。這些信號是用于對系統(tǒng)內(nèi)的存儲器進(jìn)行尋址的。它們使系統(tǒng)能有16MB的尋址能力。3．控制線⑴SBHE：數(shù)據(jù)高字節(jié)允許信號。該信號有效表明數(shù)據(jù)傳送在數(shù)據(jù)總線上的高字節(jié)D15～D8進(jìn)行。16位設(shè)備用SBHE控制數(shù)據(jù)總線緩沖區(qū)，使之連接于SD15～SD8。⑵MEMCS16：存儲器16位的的片選信號,低電平有效。如果總線上的某一存儲器卡要傳送16位數(shù)據(jù),則必須產(chǎn)生個(gè)有效的低電平MEMCS16信號，該倌號加到系統(tǒng)板上通知主板實(shí)現(xiàn)16位數(shù)據(jù)傳送。⑶I/OCS16：I/O端口的16位的片選信號。該信號有效，表示當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送周期是具有一個(gè)等待狀態(tài)的16位I／O端口讀寫周期。它由地址譯碼來驅(qū)動(dòng)。該信號為低電平有效輸入信號，并且由集電極開路或三態(tài)門來驅(qū)動(dòng)(拉電流能力20mA)。⑷IRQl0～I(xiàn)RQl2，IRQl4～I(xiàn)RQl5：中斷請求信號。這些信號同IRQ3～I(xiàn)RQ7及IRQ9，一起構(gòu)成擴(kuò)展槽總線中的中斷申請信號。⑸DRQ0，DRQ5～DRQ7：DMA請求信號，DRQ0為最高級。這些信號與DRQ1～DRQ3一起構(gòu)成I／O通道的DMA請求信號。(6)DACK0，DACK5～DACK7：DMA應(yīng)答信號，低電平有效。⑺MASTER：主控信號,輸入低電平有效。利用該信號，可以使總線插板上設(shè)備變?yōu)榭偩€主控器，用來控制總線上的各種操作。⑻MEMR：存儲器讀命令，對所有的存儲空間執(zhí)行存儲器讀周期時(shí)有效。該信號指示存儲設(shè)備將其數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。MEMR可被系統(tǒng)內(nèi)任一微處理器或DMA控制器所驅(qū)動(dòng)，在I／O通道上的微處理器驅(qū)動(dòng)MEMR時(shí)，它必須在總線上有一個(gè)系統(tǒng)周期的地址線有效時(shí)間。這是一個(gè)輸入／輸出雙向信號。⑼MEMW：存儲器寫命令，對所有的存儲空間執(zhí)行存儲器寫周期時(shí)有效。該信號指示存儲器存儲當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，MEMW在存儲器寫周期有效。MEMW可由系統(tǒng)內(nèi)任一微處理器或DMA所驅(qū)動(dòng)。當(dāng)在I／O通道上的微處理器想驅(qū)動(dòng)MEMW時(shí)，它必須在總線上有一個(gè)系統(tǒng)周期的地址線有效時(shí)間。這是一個(gè)輸入／輸出雙向信號。4.電源和地線該插座有+5V電源，地線GND。(三).ISA總線時(shí)序：IBMPC／AT的一個(gè)16位總線周期由三個(gè)時(shí)鐘周期組成，大約500ns，其中2個(gè)時(shí)鐘周期是80286所要求的，另由IBMPC／AT的設(shè)計(jì)而自動(dòng)插入一個(gè)等待周期。其目的主要是為了降低對動(dòng)態(tài)存儲器或外圍接口芯片的要求。AT機(jī)對8位數(shù)據(jù)端口的讀寫需要6個(gè)時(shí)鐘周期，其中4個(gè)等待周期是AT機(jī)自動(dòng)插入的，這樣8位端口的一個(gè)讀寫周期是1μs，與XT機(jī)的I／O端口周期相同，因此，把對XT機(jī)所設(shè)計(jì)的I／O插件板直接用于AT機(jī)，仍能正常工作。根據(jù)AT總線制定的ISA標(biāo)準(zhǔn)中，16位總線的處理器時(shí)鐘上限一般是8MHz左右，其8位輸入輸出總線周期是16位輸入輸出總線周期的兩倍。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，微處理器的時(shí)鐘頻率越來越高，但只要是ISA總線，16位總線時(shí)鐘頻率仍限定在8MHz左右。在ISA總線中有兩組存儲器讀寫控制信號，一組是SMEMR和SMEMW、另一組是MEMR和MEMW。其中的SMEMR和SMEMW與PC／XT總線中的MEMR和MEMW有相似的功能，它們與地址A19～A0相配合，在1MB的范圍內(nèi)對存儲器進(jìn)行尋址及讀寫控制。由于A19～A0對整個(gè)存儲器讀寫周期有效，利用這些信號進(jìn)行存儲器控制電路的設(shè)計(jì)簡單，而且可做到PC／XT及ISA總線的兼容，但這組信號只尋址1MB的存儲器空間。對于更大容量的存儲器尋址，應(yīng)該利用ISA總線LA23～LA17地址信號線進(jìn)行尋址，同時(shí)讀寫控制要使用MEMR和MEMW。由于沒有對LA23～LA17進(jìn)行地址鎖存，這組地址線僅在ALE為高時(shí)有效．ALE下降沿并沒有鎖存它們，使它們變?yōu)闊o效。為了保護(hù)LAl7～LA23產(chǎn)生的譯碼信號，ALE下降沿時(shí)，將這些地址譯碼信號鎖存，用被鎖存的譯碼信號來選通存儲器單元，并與MEMR或MEMW一起控制存儲器的讀寫。為了進(jìn)行的存儲器讀寫操作，必須使用MEMCS16這個(gè)信號。利用對存儲器地址的譯碼信號經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器送ISA總線對應(yīng)的MEMCS16管腳上去。ISA總線的使用過程中，MEMCS16信號在地址有效的特定時(shí)間內(nèi)被驅(qū)動(dòng)去執(zhí)行一個(gè)16位的操作。16位存儲器讀寫總線周期時(shí)序，如圖6.7所示。2．16位I/O端口讀寫時(shí)序若一個(gè)外設(shè)支持16位的讀寫操作，為了進(jìn)行16位的I／O端口讀寫，必須使用ISA總線擴(kuò)展槽內(nèi)I/OCS16信號線。這個(gè)信號不僅說明I/O設(shè)備支持16位數(shù)據(jù)，它還允許總線占有者執(zhí)行一個(gè)很短的隱含操作周期，I/OCS16信號直接對A15～A0端口地址線譯碼，不需要任何其他命令信號的參與。

與ISA總線16位存儲器讀／寫總線周期類似，I/OCSl6必須在地址有效后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)被驅(qū)動(dòng)有效，以執(zhí)行16位的I/O操作，有效的I/OCS16信號的產(chǎn)生時(shí)序如圖6.8所示。同樣，自A15~A0地址信號譯碼所產(chǎn)生的信號被送往ISA總線擴(kuò)展槽的I/OCSl6引腳，要將該譯碼信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該是三態(tài)門或集電極開路門，要具有20mA的拉電流能力。16位的I／O總線周期為3個(gè)時(shí)鐘周期，8位的I／O總線周期為6個(gè)時(shí)鐘周期,16位I/O總線讀/寫周期時(shí)序如6.8所示。第三節(jié)PC機(jī)的其他系統(tǒng)總線一.MCA總線MCA總線的特點(diǎn)是：將數(shù)據(jù)線和地址線都擴(kuò)展到32位，成為標(biāo)準(zhǔn)的32位擴(kuò)展總線系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)的尋址范圍擴(kuò)展到4GB，它的傳輸速率為40MB／s，具有多總線功能；有總線仲裁機(jī)構(gòu);可支持多處理器，具有并行處理能力；可進(jìn)行多任務(wù)處理；易于機(jī)器識別和系統(tǒng)診斷；具有可編程的任選機(jī)制，可自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)配置和安裝等。但是，MCA總線與廣泛應(yīng)用的ISA總線不兼容，因此，失去了相當(dāng)大的PC機(jī)市場；IBM公司注冊MCA的版權(quán)，影響了MCA總線的推廣。MCA總線的市場占有率不高。二.EISA總線在80386芯片問世后，由于CPU是32位，如果仍采用ISA總線，將使CPU性能不能充分發(fā)揮。因此IBM公司在推出它的第1臺386微機(jī)時(shí)，開發(fā)了與ISA標(biāo)準(zhǔn)完全不同的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)MCA總線。由于IBM公司對MCA總線實(shí)行保護(hù)政策，致使以Compaq為代表的美國9大計(jì)算機(jī)廠家聯(lián)合制定了一種32位總線結(jié)構(gòu)EISA(extendedindustrialstandardarchitecture)總線。該總線是ISA總線的32位擴(kuò)展，與ISA總線兼容，它具有32位數(shù)據(jù)線，33MB／S的數(shù)據(jù)傳輸率，提供多處理器控制功能(multi-master)，其多主控總線使一般微機(jī)的單處理器環(huán)境升級至多處理器環(huán)境，擴(kuò)展卡安裝方便,自動(dòng)配置，無需跳線，保持與ISA總線百分之百兼容。三.VL總線(VESA局部總線)1991年，局部總線標(biāo)準(zhǔn)VL(VESALOCAL)出現(xiàn)了，它比EISA性能更完善，傳輸速率更高，它將外設(shè)直接掛接到CPU局部總線上，并以CPU的速度運(yùn)行，極大地提高了外設(shè)的運(yùn)行速度。所謂局部總線就是CPU總線，它將CPU芯片、存儲器、外圍接口器件等連接在一起，構(gòu)成系統(tǒng)主板或某種CPU插件板，為系統(tǒng)的各器件之間提供標(biāo)準(zhǔn)的信息接口及高速的信息傳輸通道，并為高速緩存、高速控制卡等服務(wù)。VL總線數(shù)據(jù)寬度為32位，可以擴(kuò)展到64位，與CPU同步工作，最大運(yùn)行速度可達(dá)66MHz，VL的最大傳輸率達(dá)到132MB／s，是ISA總線傳輸率的16倍。但是，VESA總線存在著規(guī)范定義不嚴(yán)格、兼容性差、總線速度受CPU速度影響等缺陷。四．PCI局部總線：.PCI總線的特點(diǎn)

局部總線PCI(peripheralcomponentinterconnect)起初是作為外圍部件互連用的，故稱為局部總線，由于其性能優(yōu)越，PCI也已不再只是局部總線，而成為一種受歡迎的高端總線和現(xiàn)代總線作為微機(jī)的系統(tǒng)總線被采用。PCI比VESA規(guī)范定義嚴(yán)格，因而具有良好的兼容性。PCI總線主要是為奔騰微處理器的開發(fā)使用而設(shè)計(jì)的，也支持80386／80486微處理器系統(tǒng)。PCI總線時(shí)鐘為33MHz，與CPU時(shí)鐘無關(guān)，總線帶寬為32位，可擴(kuò)充到64位，最大傳輸率為120MB／S,支持并發(fā)工作方式。隨著高檔微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，且為了與早期的微機(jī)系統(tǒng)兼容，如今的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多采用不同總線構(gòu)成的多總線結(jié)構(gòu)，在主機(jī)板上留有不同總線的插槽。Pentium系統(tǒng)微機(jī)使用ISA總線(AT總線)和PCI總線。高檔的PentiumⅡ到PentiumⅣ系統(tǒng)微機(jī)唯一使用的總線為PCI總線。

PCI總線是外部設(shè)備互連總線，是目前局部總線的最新技術(shù)。PCI總線目前有4個(gè)主要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，分別支持32位和64位，其下又細(xì)分為3.3V和5V兩種信號。PCI總線的設(shè)計(jì)與VL總線有較大的區(qū)別，PCI并沒有與微處理器直接相連，而是利用橋路（Bridge）把PCI與局部總線相連接起來。因此，PCI是位于微處理器的局部總線與標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展總線之間的一種總線結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖6.9所示。PCI總線主要優(yōu)點(diǎn)：(1)高性能。32位總線寬度，可升級到64位；支持猝發(fā)工作方式：同步總線操作的工作頻率可達(dá)到33MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到132／264MB／s。(2)通用性強(qiáng)，適用面廣。PCI的設(shè)計(jì)不依賴于微機(jī)的CPU，它的工作頻率與CPU時(shí)鐘無關(guān)，不僅適用于現(xiàn)在的PC機(jī)，而且適用于將來的機(jī)型，可支持多機(jī)系統(tǒng)。既適用于5V信號環(huán)境，也適用于3．3V環(huán)境，并可進(jìn)行兩種環(huán)境的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)大了它的適應(yīng)范圍。

(3)低成本。這是因?yàn)镻CI采用了最優(yōu)化的芯片、標(biāo)準(zhǔn)的ASIC技術(shù)和其他處理技術(shù)相結(jié)合，多路復(fù)用體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了管腳數(shù)和PCI部件等因素所致。此外，在ISA、EISA、MCA等基本系統(tǒng)上的擴(kuò)展板，也可以在PCI系統(tǒng)中工作，并由廠家提供PCI到ISA、EISA和MCA的轉(zhuǎn)換，既減少于用戶的開發(fā)成本，又避免了混亂。(4)使用方便、靈活。PCI能夠自動(dòng)配置參數(shù)，支持PCI總線擴(kuò)展板和部件；PCI設(shè)備包含配置寄存器，可用來存放設(shè)備配置的信息；多主控器允許任何PCI主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的訪問；PCI有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多種總線，同時(shí)還預(yù)留了發(fā)展空間。此外，還具有可靠性高、數(shù)據(jù)完整以及軟件兼容，即PCI部件和驅(qū)動(dòng)程序可以在各種不同的平臺上運(yùn)行等特點(diǎn)。采用了PCI總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，允許多條總線同時(shí)存在，多總線結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。圖6.10是一個(gè)多總線系統(tǒng)的結(jié)框圖。2．PCI總線管腳和信號簡介PCI總線規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器(即主板插槽)：長卡與短卡。長卡提供64位接口，插槽A、B兩邊共定義了188個(gè)引腳；短卡提供32位接口，插槽A，B兩邊共定義了124個(gè)引腳。PCI總線包含所有的系統(tǒng)控制信號。同其他總線不同，PCI總線與32位（或64位）的數(shù)據(jù)總線、32位地址總線共同工作。另一區(qū)別是地址總線是多路復(fù)用的，以減小插件連接器的尺寸。這些多路復(fù)用引腳在連接器上標(biāo)識為AD63～AD0。32位卡只有連接端1到62腳，而64位卡則有所有的94個(gè)連接端。主要管腳功能簡介如下：AD63～AD0—雙向三態(tài)信號，為地址與數(shù)據(jù)多路復(fù)用信號線。C／BE0～C／BE3—雙向三態(tài)信號，為總線命令和字節(jié)允許多路復(fù)用信號線。FRAME—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為幀周期信號。由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示一次訪問的開始和持續(xù)時(shí)間。IRDY—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為主設(shè)備準(zhǔn)備好信號。該信號有效表示發(fā)起本次傳輸?shù)脑O(shè)備能夠完成一個(gè)數(shù)據(jù)周期。TRDY—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為從設(shè)備準(zhǔn)備好信號。該信號有效表示從設(shè)備已做好完成當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備。STOP—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為停止數(shù)據(jù)傳送信號。該信號有效表示從設(shè)備要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送。LOCK—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為鎖存信號。該信號有效表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備進(jìn)行的操作可能需要多個(gè)傳輸周期才能完成。IDSEL—輸入信號，為初始化設(shè)備選擇信號。在參數(shù)配置讀寫期間，用作片選信號。DEVSEL—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為設(shè)備選擇信號。該信號有效表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備已成為當(dāng)前訪問的從設(shè)備。REQ—低電平有效的三態(tài)信號，為總線占用請求信號。該信號有效表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備要求使用總線。GNT—低電平有效的三態(tài)信號，為總線占用允許信號。該信號有效表示要求使用總線的請求已被獲準(zhǔn)。PERR—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告信號。SERR—低電平有效的漏極開路信號，為系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號。INTA、INTB、INTC、INTD—低電平有效的漏極開路信號，用來實(shí)現(xiàn)中斷請求，后三個(gè)只能用于多功能設(shè)備。SBO—低電平有效的輸入輸出信號，為試探返回信號。SDONE—高電平有效的輸入輸出信號，為監(jiān)聽完成信號。REQ64—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為64位傳輸請求信號。表示當(dāng)前主設(shè)備要求采用64位數(shù)據(jù)傳輸。ACK64—持續(xù)的、低電平有效的雙向三態(tài)信號，為64位傳輸響應(yīng)信號。表示從設(shè)備將按64位傳輸數(shù)據(jù)。PAR64—高電平有效的雙向三態(tài)信號，為奇偶雙字節(jié)校驗(yàn)信號，是AD32～AD63和C／BE4～C／BE7的校驗(yàn)位。RST—低電平有效的輸入信號，為復(fù)位信號。CLK—輸入信號，為系統(tǒng)時(shí)鐘信號。PCI卡可在PCI總線的兩種方式下工作，主方式(master)和從方式(slave)。在從方式下，與傳統(tǒng)的ISA總線卡類似，PCI卡完全是在主機(jī)CPU的控制之下工作。五．STD總線STD總線是是一種結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、功能很強(qiáng)的8位工業(yè)微機(jī)總線,主要應(yīng)用于以微處理器為核心的工業(yè)測控領(lǐng)域。實(shí)踐證明，STD總線能修改和發(fā)展以適應(yīng)新技術(shù)的要求。STD總線開始推出時(shí)，是針對當(dāng)時(shí)的8位微型計(jì)算機(jī)的，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需要，STD總線經(jīng)過修訂和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了STD總線支持20位地址，尋址1MB的直接尋址能力。在保證同現(xiàn)有I／O插件板兼容的條件下，提供全16位數(shù)據(jù)的傳送能力。20世紀(jì)80年代末，STD總線已由56個(gè)信號發(fā)展到114、136個(gè)信號。1989年美國的EAITECH公司開發(fā)出了32位的S'TD32，為高檔的STD微機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。STD總線的特點(diǎn)：(1).STD總線具有較好的兼容性，可以向上向下兼容。例如，8位的STD產(chǎn)品可以與新標(biāo)準(zhǔn)的16位或32位STD產(chǎn)品一起工作。(2).STD總線的電路板采用小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化，開發(fā)周期短，可根據(jù)用戶的要求組成各種規(guī)模的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(3).STD總線采取一整套高可靠性措施，使該總線構(gòu)成的工業(yè)控制機(jī)可以長期可靠地工作于惡劣環(huán)境之下。(4).STD總線結(jié)構(gòu)簡單，并能支持多微處理器系統(tǒng)，是一種規(guī)模小且性能好的系統(tǒng)總線。六.PC/104總線傳統(tǒng)的臺式計(jì)算機(jī)并不能夠滿足嵌入式的需要，19英寸的工控機(jī)機(jī)箱也太大。但又不想擺脫P(yáng)C機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)硬件軟件和體系結(jié)構(gòu)，這樣，美國AMPRO公司率先推出PC／104的嵌入式標(biāo)準(zhǔn)。1992年初，幾家嵌入式廠商成立了PC／104協(xié)會，并把PC／104模塊定為IEEEP996．1國際標(biāo)準(zhǔn)。

圖6．１1

PC/104總線外型圖PC／104總線工控機(jī)的特點(diǎn):1.使用超小型的模塊，包括CPU模塊在內(nèi)，全部模塊都按著PC/104標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)尺寸為90mm×96mm（3.55×3．775英寸），采用棧接式、模塊化結(jié)構(gòu)。采用自堆總線結(jié)構(gòu)，取消了底板及插槽，利用模板的堆裝總線插頭座，把各模板堆疊連接在一起。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，抗干撓性強(qiáng)，可靠性高。2．總線驅(qū)動(dòng)電流?。?mA）,低功耗(1～2W)。為適應(yīng)小型化的要求，各模扳采用VLSI器件、門陣列、ASCI專用集成芯片及大容量的SDD固態(tài)電子盤。3．PC/104總線與通用PC系列微機(jī)兼容。PC/104總線所構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)的軟件都是與PC機(jī)兼容的。目前，具有奔騰133MHz的CPU卡，卡上有兩個(gè)串口，兩個(gè)可以都是RS232標(biāo)準(zhǔn)串行口，也可以選擇其中一個(gè)為485串行口；還有并行口，鍵盤接口。目前，CHIPDISK的FLASHROM組成的電子盤可達(dá)到4～288MB.。其它配套模塊有模數(shù)轉(zhuǎn)換和定時(shí)器卡，輸入輸出卡，軟盤和硬盤，顯示(VGA)驅(qū)動(dòng)卡，平板顯示器，LCD驅(qū)動(dòng)卡，電子盤卡等。第四節(jié)通信總線通信總線又稱外總線，它用于微型計(jì)算機(jī)之間，微型計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，微型機(jī)與外部設(shè)備以及微型計(jì)算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。這類總線不是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，而是借用電子工業(yè)或其它領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。通信總線分為并行總線和串行總線。支持并行通信的總線稱之為并行總線，例如IEEE488、SCSI等；支持串行通信的總線為串行總線，例如RS-232C、USB等。一般說來，并行總線具有傳輸速率高、傳輸距離較近的特點(diǎn)，串行總線具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率慢的特點(diǎn)。通信總線廣泛應(yīng)用應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、微型機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)、微型機(jī)工控系統(tǒng)。

一．IEEE488總線

IEEE488是一種并行的外總線。為了解決自動(dòng)測試系統(tǒng)各種儀器儀表與各類計(jì)算機(jī)的接口問題，HP公司研制了通用接口總線HP—IB總線。1975年IEEE以IEEE488標(biāo)準(zhǔn)總線予以推薦，1977年國際電工委員會(IEC)也對該總線進(jìn)行認(rèn)可與推薦，定名為IEC—IB。所以這種總線同時(shí)使用了IEEE一488，IEC—ID(1EC接口總線)，HPID(HP接口總線)或GP—ID(通用接口總線)多種名稱。用IEEE488標(biāo)準(zhǔn)建立一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的測試系統(tǒng)時(shí)，不要再加一大堆復(fù)雜的控制電路，IEEE488系統(tǒng)以機(jī)架層疊式智能儀器為主要器件，構(gòu)成開放式的積木測試系統(tǒng)。（一）．IEEE488總線使用的約定(1).信號的最大傳輸速度為1M字節(jié)／秒

(2).總線上最多可連接15個(gè)設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)的連接電纜最大長度為20m?？偩€實(shí)現(xiàn)CPU與輸入輸出設(shè)備的連接。

(3).整個(gè)系統(tǒng)的電纜總長度≤220m，若電纜長度超過220m，則會因延時(shí)而改變定時(shí)關(guān)系，從而造成工作不可靠。這種情況應(yīng)附加調(diào)制解調(diào)器。

(4).所有數(shù)據(jù)交換都必須是數(shù)字化的。(5).總線規(guī)定使用24線的組合插頭座，并且采用負(fù)邏輯，即用小于+0．8V的電平表示邏輯“1”；用大于2V的電平表示邏輯“0”。(6).按照位并行和字節(jié)串行方式傳輸數(shù)據(jù)。(7).用三線式信號交換的異步確認(rèn)方式控制數(shù)據(jù)傳輸，故允許連接傳輸速度不同的設(shè)備。(二).系統(tǒng)上設(shè)備的工作方式

IEEE488總線接口結(jié)構(gòu)如圖6．12所示。IEEE488總線是一種異步雙向簡易型的總線，總線上連接的`設(shè)備分別稱為送話設(shè)備、受話設(shè)備和控制設(shè)備。利用IEEE488總線將微型計(jì)算機(jī)和其它若干設(shè)備連接在一起。IEEE488系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備可按如下3種方式工作:（1）．“聽者”方式：這是一種接收器，它從數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)，一個(gè)系統(tǒng)在同一時(shí)刻，可以有兩個(gè)以上的“聽者”在工作?？梢猿洚?dāng)“聽者’’功能的設(shè)備有：微型計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀等。（２）．“講者”方式：這是一種發(fā)送器，它向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，一個(gè)系統(tǒng)可以有兩個(gè)以上的“講者”，但任一時(shí)刻只能有一個(gè)講者在工作。具有“講者”功能的設(shè)備有：微型計(jì)算機(jī)、磁帶機(jī)、數(shù)字電壓表、頻譜分析儀等。（３）．“控制者”方式：這是一種向其它設(shè)備發(fā)布命令的設(shè)備，例如對其它設(shè)備尋址，或允許”講者”使用總線。控制者通常由微型機(jī)擔(dān)任。一個(gè)系統(tǒng)可以有不止一個(gè)控制者，但每一時(shí)刻只有一個(gè)控制者在工作。在IEEE488總線上的設(shè)備可以具備不同的功能。有的設(shè)備如微型計(jì)算機(jī)可以同時(shí)具有控制者、聽者、講者3種功能。有的設(shè)備只具有收、發(fā)功能，而有的設(shè)備只具有接收功能，如打印機(jī)。在某一時(shí)刻系統(tǒng)只能有一個(gè)控制者，而當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，某一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)，允許多個(gè)接收器接收數(shù)據(jù)。也就是可以進(jìn)行一對多的數(shù)據(jù)傳送。圖6．12給出了IEEE—488標(biāo)準(zhǔn)接口總線的結(jié)構(gòu)圖。(四)．IEEE488總線傳送數(shù)據(jù)時(shí)序IEEE488總線上數(shù)據(jù)傳送采用異步方式，即每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都要利用DAV，NRFD和NDAC3條信號線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序圖如圖6．13所示。時(shí)序圖說明總線上每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，就有一次DAV，NRFD和NDAC3線握手過程。圖6．13中，“①”表示原始狀態(tài)講者置DAV為高電平；聽者置NRFD和NDAC兩線為低電平?！阿凇北硎局v者測試：NRFD，NDAC兩線的狀態(tài)，若它們同時(shí)為低電平時(shí)，則講者將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線D7～Do?！阿唷北硎局刑摼€表示一個(gè)設(shè)備接著一個(gè)設(shè)備陸續(xù)做好了接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(如打印機(jī)“不忙”)?！阿堋北硎舅薪邮赵O(shè)備都已準(zhǔn)備就緒，NRFD變?yōu)楦唠娖健！阿荨北硎井?dāng)NRFD為高電平，而且數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)已穩(wěn)定后。講者使DAV線變低，告訴聽者數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效。“⑥”表示聽者一旦識別到這點(diǎn)，便立即將NRFD拉回低電平，這意味著在結(jié)束處理此數(shù)據(jù)之前不準(zhǔn)備再接收另外的數(shù)據(jù)。“⑦”表示聽者開始接收數(shù)據(jù)，最早接收完數(shù)據(jù)的聽者欲使NDAC變高(如圖中虛線示)。但其它聽者尚未接收完數(shù)據(jù)，故NDAC線仍保持低電平?！阿唷北硎局挥挟?dāng)所有的聽者都接收完畢此字節(jié)數(shù)據(jù)后，NDAC線才變?yōu)楦咄推??！阿帷北硎局v者確認(rèn)NDAC線變高后，就升高DAV線。“⑩”表示講者撤銷數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。“⑩”表示聽者確認(rèn)DAV線為高后置NDAC為低，以便開始傳送另一數(shù)據(jù)字節(jié)。至此完成傳送一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的3線握手聯(lián)絡(luò)全過程。以后按上述定時(shí)關(guān)系重復(fù)進(jìn)行。從數(shù)據(jù)傳送的過程可見，IEEE488總線上數(shù)據(jù)傳送是按異步方式進(jìn)行的，總線上若是快速設(shè)備，則數(shù)據(jù)傳送就快，若是慢速設(shè)備，則數(shù)據(jù)傳送就慢。也就是說數(shù)據(jù)傳送的定時(shí)是很靈活的。這意味著可以將不同速度的設(shè)備同時(shí)接在IEEE488總線上。二.VXI總線

目前在自動(dòng)測試系統(tǒng)中IEEE488總線雖仍然廣泛使用，但由于它的數(shù)據(jù)總線只有8位寬，系統(tǒng)的最高速傳率只有1MB／s，體積也較大。因此往往不能適應(yīng)現(xiàn)代科技和生產(chǎn)對測試系統(tǒng)的需要。1987年7月誕生了VXI總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI是VMEbusextensionforinstrumentation的縮寫，即VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。它是一種模塊化儀器總線，完全開放的，適合于多供貨廠商的標(biāo)準(zhǔn)總線，它吸取VME計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的高速通信和IEEE488總線易于組成測試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而且集中了智能儀器、個(gè)人儀器和自動(dòng)測試儀器的很多特長。具有小型便攜、高速數(shù)據(jù)傳輸、模塊化結(jié)構(gòu)、軟件標(biāo)準(zhǔn)化高、兼容性強(qiáng)、可擴(kuò)性好和器件可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。組建系統(tǒng)靈活方便，能充分利用計(jì)算機(jī)的效能，易于利用數(shù)字信號處理的新原理和新方法以及構(gòu)成虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)，并便于接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)構(gòu)成信息采集，傳輸和處理的一體化網(wǎng)絡(luò)。VXI技術(shù)把計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字接口技術(shù)和儀器測量技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來。VXI被IEEE定為正式標(biāo)準(zhǔn)IEEE1155。VXI總線的路線基本功能：

1．系統(tǒng)最多可以包含256個(gè)器件(或稱裝置)，每個(gè)器件都具有唯一的邏輯地址單元。2．它有A，B，C和D

4種尺寸的模塊，A級最小(高10cm×深16cm)，D級最大(36．7cm×34cm)，其中C級(23．335cm×34cm)應(yīng)用最多。3．一個(gè)模塊是一個(gè)VXI器件，但也允許靈活處理。系統(tǒng)中以每一個(gè)主機(jī)箱為單位構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)。一般一個(gè)主機(jī)箱可以放置5～13塊模塊，主機(jī)箱的的背板為高質(zhì)量的多層印刷電路板，其上印制著VXI總線。模塊通過連接器與總線連接。有P1，P２和P３三種連接器。每種連接器是3排，共96個(gè)引腳。其中Pl是必需的，而P２和P３是可選擇的。４．對VXI總線的控制分兩種，一種是主機(jī)箱的外部控制者；另一種是嵌入主機(jī)箱的內(nèi)部控制者。此外系統(tǒng)還有資源管理和零槽功能模塊。前者負(fù)責(zé)系統(tǒng)的配置和管理系統(tǒng)的正常工作，后者主要給系統(tǒng)提供公共資源。當(dāng)采用外部控制者時(shí)，可以通過IEEE488，RS—232C多系統(tǒng)擴(kuò)展總線MXI，VME總線和計(jì)算機(jī)本地網(wǎng)等多種方式連接，這時(shí)資源管理者和零槽器件往往做成一個(gè)模塊，通過上述方式與外部控制者連接。5．VXI總線中地址線有16位、24位、32位三種，數(shù)據(jù)線32位，在數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)的傳輸速率可達(dá)40MB／s，當(dāng)在相鄰模塊間用本地總線傳輸時(shí)，速率更可大幅度提高。6．在VXI總線規(guī)范文本中，對主機(jī)箱及模塊的機(jī)械規(guī)程、供電、冷卻、電磁兼容、系統(tǒng)控制、資源管理和通信規(guī)程等都做了明確規(guī)定。三.IDE總線硬盤驅(qū)動(dòng)器(HardDiskDrive，HDD或FID)簡稱“硬盤(機(jī))”是PC機(jī)中一個(gè)不可缺少的重要部件，它集電子技術(shù)、電磁轉(zhuǎn)換技術(shù)、精密機(jī)械制造與傳動(dòng)技術(shù)之大成，又是使用頻率最高的部件之一。IDE總線或稱IDE接口,IDE(IntegratedDriveElectronics，集成驅(qū)動(dòng)器電子部件)是1984年Compaq公司開發(fā)的，并由WesternDigital（WD）公司生產(chǎn)的硬盤驅(qū)動(dòng)器接口標(biāo)準(zhǔn)。IDE接口并不是正式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的名稱，美國ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute，美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會)于1991年正式把IDE接口命名為ATA(ATAttachment)接口，但一般還是習(xí)慣于沿用“IDE接口”的名字。IDE接口的最大特點(diǎn)是把原先ST506接口的控制器部分直接做到硬盤驅(qū)動(dòng)器中，它把硬盤控制器電路跟硬盤驅(qū)動(dòng)器本身的控制電路集成在一起，因而命名為“集成驅(qū)動(dòng)器電子部件”。這樣，在IDE接口的適配器電路中，不包含硬盤控制器。由于把控制器電路并入驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，因此，從驅(qū)動(dòng)器中引出的信號線已不是控制器同驅(qū)動(dòng)器之間的接口信號線，而是通過簡單處理后可同主系統(tǒng)連接的接口信號線，IDE接口采用40芯單排電纜連接，

ISA，EISA總線支持ElDE接口,數(shù)據(jù)傳輸率為4．1MB／s，而VESA總線上多采用FastEIDE接口，它的數(shù)據(jù)傳輸率為11～13MB／s。容量為850MB以上的硬盤要采用FastEIDE—2接口，其數(shù)據(jù)傳輸率為16．6MB／s。

EIDE的主要特性是：①數(shù)據(jù)傳輸率至少可達(dá)12～18Mb／s；②支持硬盤的最大容量可達(dá)8．4GB；③可連接4臺滿足EIDE標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備；④傳輸帶寬為16位,可擴(kuò)展到32位；⑤EIDE在內(nèi)存及硬盤讀寫操作可并行處理。由于EIDE接口性能優(yōu)越，已成為一般PC機(jī)硬盤的標(biāo)準(zhǔn)接口。硬盤機(jī)與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式有二種：

(1)PIO(ProgrammingInput／Ouput，編程I／O)模式。這是通過CPU執(zhí)行I／O端口指令來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，對硬盤讀寫一般采用I／O串操作指令，只需取一次指令就可重復(fù)多次完成I／O操作，使之達(dá)到高數(shù)據(jù)傳輸率。

(2)DMA(DirectMemoryAccess，直接存儲器存取)模式。數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU而直接在硬盤和內(nèi)存之間傳送，現(xiàn)在所有新的芯片組都支持總線主控DMA。四.SCSI總線在服務(wù)器領(lǐng)域、超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)要求連接的外設(shè)數(shù)量較多，而且數(shù)據(jù)傳輸速度很高，這樣，EIDE接口就顯得力不從心了，而SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)卻能滿足上述高速度、多設(shè)備的接口要求。SCSI是SmallComputerSystemInterface的縮寫，即小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口。SCSI是美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)的標(biāo)準(zhǔn)，它定義一種輸入輸出總線和邏輯接口，邏輯接口用來支持計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備互連的總線。它的主要目標(biāo)是提供一種設(shè)備獨(dú)立的機(jī)理，用來連接主機(jī)和訪問設(shè)備，包括一個(gè)或多個(gè)主機(jī)。通過單一的SCSI接口，不同的磁盤設(shè)備、磁帶設(shè)備、打印機(jī)、光存儲設(shè)備和其它設(shè)備能連接到主機(jī)系統(tǒng)中，而不需要修改一般的系統(tǒng)軟件和硬件。SCSI總線用于計(jì)算機(jī)與磁帶機(jī)、軟磁盤機(jī)、硬磁盤機(jī)、CD-ROM、可重寫光盤、掃描儀、通信設(shè)備和打印機(jī)等外部設(shè)備的連接。從系統(tǒng)角度看，可使磁盤設(shè)備系統(tǒng)獨(dú)立于實(shí)際的磁盤物理設(shè)備，它還允許不同的公司獨(dú)立地開發(fā)系統(tǒng)和外設(shè)，并可一起使用。SCSI接口一般用于高端應(yīng)用領(lǐng)域，作為一種智能型接口。SCSI接口的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度快、可驅(qū)動(dòng)的外部設(shè)備數(shù)目多，可靠性高、定義規(guī)范、互換性好等。（一）．SCSI總線的主要特點(diǎn)1．SCSI是一種低成本的通用多功能的計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備并行外總線，可以采用異步傳送，當(dāng)采用異步傳送8位的數(shù)據(jù)時(shí)，傳送速率可達(dá)1．5MB／s。也可以采用同步傳送，速率達(dá)5MB／s。當(dāng)前最先進(jìn)的SCSI接口是Ultra2SCSI和WideUltra2SCSI，前者將8位數(shù)據(jù)寬度下的傳輸率提高到40Mb／s，驅(qū)動(dòng)能力為支持7臺外設(shè)；而后者Ultra2SCSI標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)版，其數(shù)據(jù)寬度為16位，數(shù)據(jù)傳輸率為80Mb／s。但要注意的是，這兩種接口都要使用LVD(LowVoltageDifferential，低壓差分)收發(fā)器才能滿足需要。2．SCSI的啟動(dòng)設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備通過高級命令進(jìn)行通信，不涉及外設(shè)的物理層如磁頭、磁道、扇區(qū)等物理參數(shù)，所以不管是與磁盤或CD—ROM接口，都不必修改硬件和軟件，所以是一種連接很方便的通用、智能接口，對于多媒體集成接口此標(biāo)準(zhǔn)更顯重要。3．當(dāng)采用單端驅(qū)動(dòng)器和單端接收器時(shí)，允許電纜長達(dá)6m，若采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和差動(dòng)接收器時(shí)，允許電纜可長達(dá)25m。總線上最多可掛接8臺總線設(shè)備(包括適配器和控制器)。但在任何時(shí)刻只允許兩個(gè)總線設(shè)備進(jìn)行通信。目前數(shù)據(jù)寬度有8位和32位兩種。當(dāng)前與硬盤和C—ROM連接多用8位。4．同IDE(包括EIDE)接口相比較，SCSI接口在速度和驅(qū)動(dòng)設(shè)備能力上的優(yōu)勢是明顯的。同時(shí)，它能支持多種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括PC機(jī)、SPARC工作站和大型主機(jī)等多種平臺，因此，在服務(wù)器領(lǐng)域、超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。（二）SCSI信號定義說明SCSI總線信號可以采用單端驅(qū)動(dòng)器和單端接收器進(jìn)行信號傳送，也可以采用差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和差動(dòng)接收器進(jìn)行信號傳送。1．單端SCSI總線信號定義單端SCSI總線采用50芯扁平電纜或25對雙絞線，也可以采用圓型電纜。單端SCSI總線共有，9條數(shù)據(jù)線，10條控制線和31條地線。⑴.DB-1～DB-8:8條數(shù)據(jù)線，DB-p是奇偶校驗(yàn)信號線。這9條數(shù)據(jù)線的功能取決于總線的工作節(jié)拍。⑵.TERMPWR(26):經(jīng)電纜向總線設(shè)備提供電源的引腳。⑶.ATN(32):注意信號。它由啟動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生，用來通知目標(biāo)設(shè)備，啟動(dòng)設(shè)備已準(zhǔn)備好一個(gè)報(bào)文信息。⑷.BSY(36):忙信號。該信號可以由總線上的任何設(shè)備產(chǎn)生，它用來指示總線的工作狀態(tài)。當(dāng)其為高電平時(shí)，表示總線正被占用。⑸.ACK(38):認(rèn)可信號。該信號傳送節(jié)拍，由啟動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生，作為對請求信號的響應(yīng)。⑹.RST(40):重置信號。該信號可由總線上的任何設(shè)備產(chǎn)生，用來通知總線上的所有設(shè)備重置。⑺.MSG(42):指示信息類別信號。該信號由目標(biāo)設(shè)備產(chǎn)生。用來通知啟動(dòng)設(shè)備，在信息傳輸節(jié)拍里，數(shù)據(jù)線上是報(bào)文還是其它信息。當(dāng)MSG=“o”時(shí)，表示數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)氖敲罨驙顟B(tài)信息；當(dāng)MSG=“1”時(shí)，表示數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)氖菆?bào)文信息。⑻.SEL(44):選擇信號。該信號可由選擇目標(biāo)設(shè)備的起始設(shè)備產(chǎn)生，也可以由重選起始設(shè)備的目標(biāo)設(shè)備產(chǎn)生。⑼.C／D(46):控制／數(shù)據(jù)信號。它的狀態(tài)決定當(dāng)前數(shù)據(jù)線是控制信息，還是數(shù)據(jù)信息。當(dāng)C／D=0時(shí)，數(shù)據(jù)線上為數(shù)據(jù)信息；當(dāng)C／D=1時(shí)，數(shù)據(jù)線上為控制信息。⑽.REQ(48):請求信號。該信號由目標(biāo)設(shè)備產(chǎn)生，用來請求進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。⑾．I／O(50):輸入／輸出信號。該信號由目標(biāo)設(shè)備產(chǎn)生，在信息傳輸節(jié)拍里，用來通知啟動(dòng)設(shè)備信息傳輸?shù)姆较?。?dāng)I／O=0時(shí)，表示起始設(shè)備為輸出；當(dāng)I／O=1時(shí)，表示起始設(shè)備為輸入。在選擇重選節(jié)拍里，該信號用來作為選擇和重選的標(biāo)志；當(dāng)I／O=“0”時(shí)，表示為選擇；當(dāng)I／O=“1”時(shí)表示為重選.

2．差分SCSI總線信號定義當(dāng)SCSI總線采用差分驅(qū)動(dòng)和差分接收時(shí)，對連接線的要求同單端一樣，也是50芯扁平電纜或25對雙絞線。但電纜的長度可達(dá)25m。單端和差分信號引腳相對應(yīng)，只是單端一個(gè)信號只占用一個(gè)引腳，而差分一個(gè)信號要占用兩個(gè)引腳，在單端時(shí)一些地引腳，在差分時(shí)是“+”的信號引腳。引腳21為D-EABLE，是總線允許信號，高電平為有效。在分動(dòng)連接時(shí)，若D-EABLE為0，則總線無法工作。TERMPWR引腳，經(jīng)電纜向總線設(shè)備提供電源，單端時(shí)用26號引腳，差分時(shí)用25和26引腳。（三）.SCSI總線的工作過程

各節(jié)拍的轉(zhuǎn)換如圖6.14所示。SCSI總線工作過程包括如下10個(gè)總線節(jié)拍：BUSFREE——總線自由節(jié)拍;ARB——總線仲裁節(jié)拍;SEL——總線選擇節(jié)拍;RESEL——重新選擇節(jié)拍;MSGIN—信息輸入節(jié)拍；MSGOUT一信息輸出節(jié)拍；DATAIN—數(shù)據(jù)輸入節(jié)拍；DATAOUT—數(shù)據(jù)輸出節(jié)拍；CMD——命令節(jié)拍;STATUS——狀態(tài)節(jié)拍各節(jié)拍的轉(zhuǎn)換如圖6．14所示。

SCSI總線在復(fù)位之后進(jìn)入總線自由節(jié)拍BUSFREE“在此狀態(tài)下，總線上的設(shè)備可以提出請求，此后進(jìn)入總線仲裁節(jié)拍ARB，通過ARB后，使優(yōu)先權(quán)最高的請求設(shè)備獲得總線仲裁權(quán)。然后進(jìn)入選擇節(jié)拍SEL，利用SEL和BSY信號及設(shè)備編碼決定起始設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備。經(jīng)過上述3個(gè)節(jié)拍后，總線進(jìn)入信息傳輸節(jié)拍。利用MSG、C／D、I／O三個(gè)信號的不同編碼，可以決定信息的傳輸方式。當(dāng)信息傳輸完成或出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可利用RST信號使總線復(fù)位，總線重新回到BUSFREE節(jié)拍。SCSI總線設(shè)置很多命令，在軟件支持下工作。詳細(xì)內(nèi)容可以查閱ECMA公布的SCSI標(biāo)準(zhǔn)。六.USB總線與IEEEl394(一)USB(UniversalSerialBus)總線

USB通用串行總線實(shí)際上是一個(gè)萬能插口，可以取代PC機(jī)上所有的端口(包括串行端口和并行端口)，用戶可以將幾乎所有的外設(shè)裝置——包括顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、游戲桿、打印機(jī)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等的插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的USB插口。同時(shí)，還可將一些USB外設(shè)進(jìn)行串接，這樣可以使一大串設(shè)備共用PC機(jī)上的一個(gè)端口。此外，一些USB產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)和掃描儀，甚至可以不要使用獨(dú)立電源即可工作。因?yàn)閁SB總線可提供電源。產(chǎn)生USB的原始動(dòng)力是PC與電話連接的需求，是易于使用及端口膨脹的需求，而對USB的現(xiàn)行推動(dòng)力是PC性能的不斷提高、大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)囊笠约巴庠O(shè)性能與功能的增長。USB通過在原有12Mb／s、1．5Mb／s基礎(chǔ)上增加第三種傳輸率480Mb／s來滿足上述需求。目前，Pentium處理機(jī)中已提供了Intel生產(chǎn)的通用串行總線控制器：*Intel82371SBPCItOUSBUniversalHostController*USBRootHub1.USB的主要規(guī)范(1).數(shù)據(jù)傳輸速度有兩種:用于連接打印機(jī)、掃描儀、交換器和電話機(jī)等設(shè)備的可達(dá)12Mb／s；用于連接鍵盤、鼠標(biāo)器、調(diào)制解調(diào)器等的為1．5Mb／s；(2).最多可連接127個(gè)外設(shè)裝置(包括轉(zhuǎn)換器－HUB)；(3).連接結(jié)點(diǎn)(外設(shè)裝置以及HUB)的距離可達(dá)5m；(4).USB信號定義在USB2．0規(guī)范中，USB定義了4個(gè)信號：VBus(電源)、GND(地)、D十(信號正端)、D一(信號負(fù)端)。它在一條4線電纜上傳送信號和電源，如圖6．15所示。其中一對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的雙絞信號線既可以傳送單端信號，也可以傳送差分信號；另一對電源線則可以攜帶提供給設(shè)備的電源。VBus在源端正常為+5V。在USB電纜上，允許以三種速率傳輸數(shù)據(jù)：．USB高速(high—speed)信號傳輸位速率為480Mb／s；．USB全速(full—speed)信號傳輸位速率為12Mb／s；．有限能力的低速(10w—speed)信號傳輸模式位速率為1．5Mb／s。時(shí)鐘與差分?jǐn)?shù)據(jù)一起被發(fā)送、編碼。連接電纜種類有兩種規(guī)格，傳送速度為高速及全速的用帶屏蔽雙絞線，傳送速度為1．5Mb／s的可用普通無屏蔽雙絞線。連接器為4芯插針，其中2條用于信號連接，2條用于電源饋電線路連接。圖6．15給出了USB連接器的2種常見類型的正視圖。規(guī)定了2種凹形連接器，且均在使用中。每種連接引腳，包含表6．5所指示的信號。只要每個(gè)設(shè)備的電流值不超過100mA，則+5V就能夠用于驅(qū)動(dòng)與總線相連的設(shè)備。

圖6.15USB連接器圖

表6．5USB引腳配置

1Vbus5．0V2D－負(fù)數(shù)據(jù)

3Ｄ+正數(shù)據(jù)

4ＧND地

2．USB的特點(diǎn)(1).USB是一種快速的、雙向的、通用的串行總線。USB與PC工業(yè)有協(xié)同作用。USB協(xié)議對于設(shè)計(jì)與集成來說是簡單的；它與PC的即插即用結(jié)構(gòu)相一致，USB具有真正的“即插即用”特性，主機(jī)可按外設(shè)的增刪情況自動(dòng)配置系統(tǒng)資源，同時(shí)用戶可以在不關(guān)機(jī)的情況下進(jìn)行外設(shè)的更換，外設(shè)裝置的驅(qū)動(dòng)程序的安裝刪除將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。(2).USB具有很強(qiáng)的連接能力，最多可以鏈接形式連接127個(gè)物理設(shè)備到同一系統(tǒng)，支持主機(jī)與設(shè)備間的多數(shù)據(jù)和消息流傳輸；允許接入復(fù)合設(shè)備。(3).USB的適用范圍很寬。它適用于帶寬從幾?§±èì?????到幾百?×±èì?????范圍的設(shè)備；支持同一束電纜上的同步以及異步傳輸；支持多設(shè)備的并行操作；因?yàn)閰f(xié)議的額外開銷較低，所以總線利用率很高。USB對電話、音頻、視頻等設(shè)備提供了足夠的帶寬和極低的等待時(shí)間，它完全支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)操作。(4)空間的節(jié)省。USB的引入減輕了對目前PC機(jī)中所有標(biāo)準(zhǔn)端口的需求，從而也減少了對PC機(jī)插槽的需求。連接電纜輕巧、電源體積縮小。(5).USB是靈活的。它允許傳送不同大小的包，并通過適配包的大小與等待時(shí)間來允許設(shè)備數(shù)據(jù)率有一定范圍的變化；它在協(xié)議中建立了用于緩沖處理的流控制。USB有同步、中斷和大批三種數(shù)據(jù)傳送工作方式，可編程選擇。(6).USB協(xié)議中建立了錯(cuò)誤處理／故障恢復(fù)機(jī)制；可在被用戶察覺的實(shí)時(shí)時(shí)間內(nèi)識別動(dòng)態(tài)加入和退出的設(shè)備，并支持故障設(shè)備的識別。(7).USB提供了低成本的實(shí)現(xiàn)方案。一方面使外設(shè)的設(shè)計(jì)制造過程比較簡單，因?yàn)樗邢到y(tǒng)的智能機(jī)制都駐留在主機(jī)中，另一方面USB從1996年4月起并入了Intel芯片組，適應(yīng)低成本外設(shè)的開發(fā)，從而使設(shè)備制造的開銷降低。(7)USB與ETDM(EnhancedTimeDivisionMultiplexing，增強(qiáng)型時(shí)分多路轉(zhuǎn)換)特性可以支持諸如ISDN(IntegratedServicesDigit