微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)

1、微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)2主要內(nèi)容掌握：總線的基本概念和分類；總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總線的主要功能及原理；常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)；通用串行總線（USB）微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)3 總線的基本概念總線概念；總線分類及其特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)4總線的一般概念總線是一組導(dǎo)線和相關(guān)的控制、驅(qū)動(dòng)電路的集合?？偩€是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的通道。任一時(shí)刻，只能有一個(gè)部件/設(shè)備通過(guò)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其他部件只能處于接收狀態(tài)。微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)5總線的分類及特點(diǎn) 按傳送信息的類型劃分?jǐn)?shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（Data Bus，DB）傳輸數(shù)據(jù)信息，雙向三態(tài)其寬度決定了其

2、數(shù)據(jù)傳輸能力 例如，ISA總線為16位，PCI總線為32/64位地址總線（地址總線（Address Bus，AB）傳輸?shù)刂沸畔?，單向三態(tài)其寬度決定了微機(jī)系統(tǒng)的尋址能力 例如，ISA為24位，可尋址16MB；PCI為32/64位，可尋址4GB/224TB控制總線（控制總線（Control Bus，CB）傳輸控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)特點(diǎn)各異：三態(tài)、入/出/雙向等特性均不相同 微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)6總線的分類及特點(diǎn)（續(xù)） 按總線的層次結(jié)構(gòu) CPU總線總線/前端總線（前端總線（FSB） 直接由直接由CPU引腳引出的總線，例如，引腳引出的總線，例如，P4 CPU與與GMCH（北橋）（北橋）之間

3、的總線之間的總線 局部總線（只出現(xiàn)在局部總線（只出現(xiàn)在80386以后的微機(jī)系統(tǒng)中）以后的微機(jī)系統(tǒng)中） CPU總線與系統(tǒng)總線之間的總線總線與系統(tǒng)總線之間的總線 它一側(cè)通過(guò)北橋與它一側(cè)通過(guò)北橋與CPU總線連接，另一側(cè)通過(guò)南橋與系統(tǒng)總總線連接，另一側(cè)通過(guò)南橋與系統(tǒng)總線連接，例如線連接，例如PCI總線總線 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 與總線擴(kuò)展槽連接的總線，如與總線擴(kuò)展槽連接的總線，如ISA和和EISA總線總線 外部總線外部總線 主機(jī)與外設(shè)之間的總線，如主機(jī)與外設(shè)之間的總線，如USB和和IEEE1394 其他其他 AGP，專用視頻接口，專用于顯卡與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，專用視頻接口，專用于顯卡與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸

4、 SCSI，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接口，可連接，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接口，可連接15臺(tái)外設(shè)臺(tái)外設(shè) IDE/EIDE，外部存儲(chǔ)設(shè)備接口，每個(gè)接口可連接，外部存儲(chǔ)設(shè)備接口，每個(gè)接口可連接2臺(tái)設(shè)備臺(tái)設(shè)備微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)7 總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各部件與總線的連接方式 單總線結(jié)構(gòu) 雙總線結(jié)構(gòu) 多總線結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)8單總線結(jié)構(gòu)CPU M M I/O I/O I/O缺點(diǎn)：高速的存儲(chǔ)器與低速的缺點(diǎn)：高速的存儲(chǔ)器與低速的I/O接口競(jìng)爭(zhēng)總線，影響接口競(jìng)爭(zhēng)總線，影響了存儲(chǔ)器的讀寫速度了存儲(chǔ)器的讀寫速度微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)9雙總線結(jié)構(gòu)面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)CPU M I/O I/O I/O缺點(diǎn)：存儲(chǔ)器與缺點(diǎn)：存儲(chǔ)

5、器與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸必須通過(guò)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸必須通過(guò)CPU微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)10雙總線結(jié)構(gòu)面向存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu)CPU M I/O I/O I/O微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)11多總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中擁有兩個(gè)以上的總線微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)12 總線的基本功能數(shù)據(jù)傳送控制仲裁控制數(shù)據(jù)校驗(yàn)與糾錯(cuò)隔離與驅(qū)動(dòng)微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)13一、總線傳送控制同步方式 收、發(fā)雙方嚴(yán)格地按統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作 不適合于在同一系統(tǒng)中既有高速部件又有低速部件的環(huán)境 PCI總線屬于同步方式總線異步方式 傳輸過(guò)程無(wú)需統(tǒng)一時(shí)鐘的同步，用“請(qǐng)求”和“應(yīng)答”信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào) 傳輸速度慢半同步方式 總體上仍是同

6、步方式(使用基準(zhǔn)時(shí)鐘)，傳輸操作與時(shí)鐘同步 設(shè)置“等待”狀態(tài)線，在無(wú)法按時(shí)完成操作時(shí)，用此狀態(tài)線強(qiáng)制對(duì)方延長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期 ISA總線即屬于半同步方式總線微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)14同步方式的時(shí)序地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘時(shí)鐘總線周期總線周期總線周期總線周期時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)15異步方式的時(shí)序地址地址/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(發(fā)送方發(fā)送方)請(qǐng)求請(qǐng)求(接收方接收方)應(yīng)答應(yīng)答微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)16半同步方式的時(shí)序地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘時(shí)鐘就緒就緒等待一個(gè)時(shí)鐘周期等待一個(gè)時(shí)鐘周期微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)17二、總線的仲裁控制多個(gè)設(shè)備都要使用總線時(shí)，決定由哪個(gè)設(shè)備使用總線的方法。80

7、 x86微機(jī)中采用的是獨(dú)立請(qǐng)求方式鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞姜?dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)18三、總線隔離與驅(qū)動(dòng)不操作時(shí)把功能部件與總線隔離同一時(shí)刻只能有一個(gè)部件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上提供驅(qū)動(dòng)能力數(shù)據(jù)發(fā)送方必須提供足夠的電流以驅(qū)動(dòng)多個(gè)部件提供鎖存能力 信息緩存和信息分離微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)19總線電路中常用的芯片三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)、隔離單向、雙向鎖存器信息緩存（有些同時(shí)具有總線驅(qū)動(dòng)能力）信息分離（如地址與數(shù)據(jù)的分離）微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)20三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器輸入輸入輸出輸出OE輸入輸入輸出輸出OE輸入輸入輸出輸出OE輸入輸入輸出輸出OE微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)21典型總線

8、驅(qū)動(dòng)器芯片 8286 / 74LS245 8雙向總線驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包含8個(gè)雙向三態(tài)門828674LS245A0A1A2A3A4A5A6A7OEB0B1B2B3B4B5B6B7TOE：輸出允許。 T： 方向。 T=0，BA；T=1，AB微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)22典型總線驅(qū)動(dòng)器芯片74LS244 8總線驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包含8個(gè)單向三態(tài)門，分為兩組分別控制74LS244E1E21A11A21A31A42A12A22A32A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y41組輸出組輸出2組輸出組輸出1組輸入組輸入2組輸入組輸入微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)23鎖存器DCPQQCP D Q Q 0 0 1 1

9、1 0DCPQOEOCP D Q 0 0 1 1ISTB微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)24典型鎖存器芯片 8282 / 74LS373 具有三態(tài)正相輸出的鎖存器內(nèi)部包含8個(gè)D觸發(fā)器828274LS3738D鎖存器鎖存器DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STBDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OE微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)25四、總線的主要性能指標(biāo)總線帶寬（B/S）：每秒可傳送的字節(jié)數(shù)總線位寬（bit）： 一次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)工作頻率（MHz）總線帶寬=（總線位寬/8）工作頻率例1：P4 CPU的FSB頻率為400MHz或800MHz，位寬為64bit。 FSB帶寬：或 例

10、2：PCI總線的頻率為，位寬為32bit或64bit。 PCI帶寬：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)26 常用系統(tǒng)總線及外部總線 常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系總線） Industry Standard Architecture PCI（外圍部件互連總線） Peripheral Component Interconnect 常用系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn) AGP（加速圖形接口） Accelerated Graphics Port IDE（集成設(shè)備接口），又稱ATA接口 Integrated Device Electronics SCSI

11、（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口） Small Computer System Interface 外部總線 USB（通用串行總線） IEEE 1394（高性能串行總線）微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)27一、ISA總線主要特性16位數(shù)據(jù)線（早期的為8位，已被淘汰）24位地址線（可尋址16MB存儲(chǔ)器）時(shí)鐘頻率8MHz數(shù)據(jù)傳輸率16MB/s提供11個(gè)中斷請(qǐng)求輸入提供7個(gè)DMA通道用于80286PIII（個(gè)別P4微機(jī)也支持）微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)28ISA總線插槽 外形見(jiàn)P121，共98個(gè)引線 主要引線信號(hào)： SA0SA19（鎖存的），LA17LA23（非鎖存的）（地址） SD0SD15（數(shù)據(jù)） SBHE（高字

12、節(jié)允許） MEMR、MEMW IOR、IOW AEN（地址允許，1表示處于DMA控制周期） IRQ3IRQ7、IRQ9IRQ11、IRQ14、IRQ15 DRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7 DACK0DACK3、DACK5DACK7 注：ISA總線的DMA操作和I/O操作使用相同的地址線、數(shù)據(jù)線和I/O讀寫控制線（IOR和IOW），所以AEN應(yīng)參加I/O地址譯碼。微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)29簡(jiǎn)單的ISA總線接口(輸入接口)D7-D0D7-D0A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器模擬量輸入STARTREADY數(shù)字量輸出INE1 E21Y2Y1A2A74LS244CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6

13、Y774LS1381100 0000 0000 0000B 1100 0000 0010B轉(zhuǎn)換結(jié)束啟動(dòng)轉(zhuǎn)換D0C000H 讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)C001H 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換C002H 讀轉(zhuǎn)換狀讀轉(zhuǎn)換狀態(tài)態(tài)A2A1A01A13-A3&A15A14AENIORISA總總線線微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)30簡(jiǎn)單的ISA總線接口(輸出接口)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路電路D7-D0CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A2A1A01A13-A3&A15A14AENIOWISA總總線線STBOE74LS373DI7DI0DO7 DO0發(fā)光發(fā)光器件器件組合組合C000H 改變燈光圖案樣式改變燈光圖案樣式

14、選通選通微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)31二、PCI總線 獨(dú)立于微處理器； 支持即插即用功能； 通過(guò)PCI橋與CPU連接（北橋） 總線寬度：32/64位； 工作頻率： 傳送速率：32位PCI總線：133MB/s，266MB/s64位PCI總線：266MB/s，533MB/s PCI總總線體系線體系微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)32PCI總線插槽 外形見(jiàn)P124，共62根引線（64位PCI有94根） 包括： 系統(tǒng)接口信號(hào)（時(shí)鐘、復(fù)位等） 地址與數(shù)據(jù)（復(fù)用）信號(hào)（AD0-AD31） 接口控制信號(hào)（主從設(shè)備控制信號(hào)等） 總線仲裁信號(hào)（總線請(qǐng)求、總線允許） 錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)（系統(tǒng)錯(cuò)、奇偶錯(cuò)） 中斷控制信號(hào)（中斷請(qǐng)

15、求） 64位總線擴(kuò)展信號(hào)（AD32-AD63、字節(jié)選擇等） 高速緩存支持信號(hào)微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)33PCI總線 總線命令I(lǐng)/O和存儲(chǔ)器讀寫控制信號(hào)都是通過(guò)命令碼給出命令碼出現(xiàn)在C/BE3:0這4根線上共有12種命令 中斷響應(yīng)、存儲(chǔ)器讀/寫、IO讀/寫、配置讀/寫、等等 總線傳輸機(jī)制存儲(chǔ)器讀寫采用突發(fā)傳輸（要求地址必須連續(xù)）包括一個(gè)地址期和多個(gè)數(shù)據(jù)期I/O讀寫不支持突發(fā)傳輸，每次僅讀寫一個(gè)數(shù)據(jù)微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)34PCI總線 PCI總線配置 目的：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)配置、加載（PnP） 微機(jī)啟動(dòng)時(shí)，配置軟件將掃描PCI總線 確定有哪些設(shè)備，設(shè)備配置要求是什么 每個(gè)PCI設(shè)備都有一個(gè)配置

16、存儲(chǔ)區(qū) 包括了64個(gè)32位配置寄存器 前16個(gè)寄存器（標(biāo)題區(qū)）的格式由PCI標(biāo)準(zhǔn)化組織定義 后48個(gè)寄存器的格式由廠家自行定義 標(biāo)題區(qū)的內(nèi)容包括： 設(shè)備識(shí)別信息（被OS用來(lái)自動(dòng)定位驅(qū)動(dòng)程序） 廠商/設(shè)備標(biāo)識(shí)、版本、子系統(tǒng)廠商標(biāo)識(shí)、子系統(tǒng)標(biāo)識(shí) 設(shè)備分類代碼 設(shè)備控制信息 設(shè)備狀態(tài)信息 基址寄存器（用于映射設(shè)備使用的存儲(chǔ)區(qū)域或I/O地址區(qū)域）微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)35PCI總線PCI BIOSOS、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序不能直接訪問(wèn)PCI配置寄存器，必須通過(guò)PCI BIOS訪問(wèn)提供了一組訪問(wèn)PCI的函數(shù)16位實(shí)模式下通過(guò)INT 1AH中斷來(lái)調(diào)用AH=0B1H，AL=子功能號(hào)子功能有13個(gè)，包括：P

17、CI BIOS檢測(cè)、查找PCI設(shè)備、讀/寫配置信息、分配中斷等微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)36三、AGP接口 不是系統(tǒng)總線 高速圖形接口，在視頻卡與內(nèi)存之間提供一條直接的通路（不再通過(guò)PCI傳輸，32位PCI的傳輸速率最高266MB/s）。 圖形、紋理、Z軸距離、Alpha變換等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為370840MB/s 4種模式（注意：1X/2X與4X/8X不兼容，） 1X（66MHz，266MB/s） 2X（133MHz，533MB/s ） 4X（266MHz，1066MB/s ） 8X（533MHz，2133MB/s ） 系統(tǒng)中只支持一個(gè)AGP擴(kuò)展插槽（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)37四、I

18、DE接口（ATA） 主要用于硬盤/光驅(qū)/磁帶驅(qū)動(dòng)器 現(xiàn)已發(fā)展為EIDE（增強(qiáng)的IDE）和串行ATA（SATA） 已集成到硬盤驅(qū)動(dòng)器中，無(wú)需接口卡 主板提供2-4個(gè)接口 每接口可連接2個(gè)硬盤（主/從） 數(shù)據(jù)傳輸方式： PIO方式：PIO0PIO4（） 40針接口，扁平電纜 硬盤最大容量528MB DMA方式：DMA0DMA2（11MB/s） 40針接口 硬盤最大容量 UDMA方式：UDMA3UDMA6（133MB/s） 80針接口，地線和信號(hào)線交叉排列 通過(guò)特殊的擴(kuò)展BIOS，可支持200GB以上的硬盤微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)38五、USB總線USB概況主機(jī)與外設(shè)的通用接口，可用于不同的設(shè)備串

19、行、打包傳送2根數(shù)據(jù)線電源地線兩個(gè)版本：（12Mb/s），（480Mb/s）設(shè)備連線最長(zhǎng)5米即插即用必須要有USB主機(jī)存在，設(shè)備不能獨(dú)立工作微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)39USB總線的優(yōu)點(diǎn) 易于使用即插即用，可熱插拔；WindowsNT/2000/XP/2003下不需安裝驅(qū)動(dòng)程序具級(jí)聯(lián)方式，并可智能識(shí)別鏈上外圍設(shè)備的插拔；提供電源5V，500mA節(jié)省硬件資源IRQ、I/O地址易于連接主板上提供26個(gè)USB接口，通過(guò)集線器最多可支持127個(gè)外設(shè)4芯電纜（D、-D、+5V、GND） 微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)40USB總線的優(yōu)點(diǎn) 傳送速率可滿足大多數(shù)外設(shè)要求，12MB/s，480MB/s（） 可靠性

20、高能進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)和控制，且由硬件實(shí)現(xiàn) 低成本主板已集成USB接口設(shè)備端的USB接口控制芯片很便宜 低功耗不工作時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并能自動(dòng)恢復(fù) 微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)41USB設(shè)備及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)USB設(shè)備 集線器 擴(kuò)展接口數(shù)量 功能部件 即USB設(shè)備 復(fù)合部件 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形（樹(shù)形）、級(jí)連 微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)42USB接口工作原理 USB系統(tǒng)分為兩大部分：USB主機(jī)、USB設(shè)備 USB主機(jī)由PC系統(tǒng)中的USB硬件和驅(qū)動(dòng)程序組成；整個(gè)微機(jī)中只能有一個(gè)USB主機(jī)；其接口稱為USB控制器；USB硬件在微機(jī)中被集成在南橋中。功能：檢測(cè)USB設(shè)備的插拔操作在主機(jī)與設(shè)備之間管理數(shù)據(jù)流 通信總是由主機(jī)發(fā)起，并由主機(jī)控制傳輸過(guò)程 多個(gè)設(shè)備傳輸時(shí)，采用分時(shí)復(fù)用（每個(gè)時(shí)間槽1ms）錯(cuò)誤檢查（CRC校驗(yàn)）為設(shè)備提供電源微型計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)43USB接口工作原理 USB設(shè)備分為集線器和功能設(shè)備集線器：1個(gè)上連端口和若干個(gè)下連端口 自動(dòng)探測(cè)設(shè)備的插拔并向USB主機(jī)報(bào)告 為下行設(shè)備分配電源 分離高速數(shù)據(jù)流和低速數(shù)據(jù)流功能設(shè)備：可以從USB總線上收發(fā)數(shù)據(jù)