第5章 總線技術(shù)

1、第五章第五章 總線技術(shù)總線技術(shù)教學(xué)目的和要求教學(xué)目的和要求v通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握微機(jī)總線的通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握微機(jī)總線的基本概念基本概念，掌握，掌握總線的分類總線的分類方法及主要的方法及主要的性能指標(biāo)性能指標(biāo)。v掌握幾種主要的總線技術(shù)。熟悉掌握幾種主要的總線技術(shù)。熟悉PCI總線總線、PC104總線總線以及以及USB總線總線的結(jié)構(gòu)、原理和的結(jié)構(gòu)、原理和開發(fā)方法，為今后開發(fā)及應(yīng)用相應(yīng)總線技開發(fā)方法，為今后開發(fā)及應(yīng)用相應(yīng)總線技術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)。術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn) 總線總線的基本概念的基本概念 PCI總線、總線、PC104總線、總線、USB等幾種典型總線等幾種典型總線

2、RS-232C及及RS485串行通信接口基礎(chǔ)知識(shí)串行通信接口基礎(chǔ)知識(shí) PCI總線總線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) PC104總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) USB的系統(tǒng)組成、傳輸類型、交換的包格式的系統(tǒng)組成、傳輸類型、交換的包格式 其他總線的組成與原理其他總線的組成與原理 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容5.3 常用外部總線常用外部總線5.2 常用內(nèi)部總線常用內(nèi)部總線5.1 總線的基本概念總線的基本概念 總線技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，從芯片內(nèi)部各功能部件的連接，到芯片間的互聯(lián)，再到由芯片組成的板卡模塊的連接，以及計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的連接，甚至現(xiàn)在工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線，都是通過不同的總線方式實(shí)現(xiàn)的。由于應(yīng)用的場(chǎng)合不同，計(jì)算機(jī)總

3、線采用的技術(shù)也不盡相同。 本章主要討論總線分類及主要技術(shù)，并介紹幾種常用的總線。5.1 總線的基本概念總線的基本概念介紹總線的分類方法及不同種類總線的定義及原理。介紹總線的定義和主要背景及應(yīng)用。建立起評(píng)價(jià)總線的主要指標(biāo)，了解總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，介紹總線的一般控制與傳輸方法。預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)總線分類總線分類總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)基本概念基本概念v 微型計(jì)算機(jī)自誕生以來一直采用總線結(jié)構(gòu)。微型計(jì)算機(jī)自誕生以來一直采用總線結(jié)構(gòu)。v 1970年年DEC公司公司PDP-11小型計(jì)算機(jī)首次采用總線技術(shù)。小型計(jì)算機(jī)首次采用總線技術(shù)。v 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常把在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常把總線作為一個(gè)獨(dú)立的部件總線作為一個(gè)獨(dú)立的

4、部件看待?？创 微機(jī)系統(tǒng)中的微機(jī)系統(tǒng)中的I/O接口本質(zhì)接口本質(zhì)上是上是I/O設(shè)備與微機(jī)系統(tǒng)總設(shè)備與微機(jī)系統(tǒng)總線的接口。線的接口?；靖拍罨靖拍顅總線的定義總線的定義 總線就是一組線的集合，它定義了各引線的信號(hào)、電氣總線就是一組線的集合，它定義了各引線的信號(hào)、電氣和機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部和機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和通信。的各系統(tǒng)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和通信。v總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn) 規(guī)定了各引線的信號(hào)、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性規(guī)定了各引線的信號(hào)、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性 為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計(jì)

5、算機(jī)各系為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的公共信息通路統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的公共信息通路 采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模板和設(shè)備具有很采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模板和設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性強(qiáng)的兼容性 5.1.1 總線的分類總線的分類v按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線可分為：總線可分為： 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線:DB 用于傳送數(shù)據(jù)信息 地址總線地址總線:AB 是專門用來傳送地址的 控制總線控制總線:CB 控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線 電源總線電源總線:PB 用于向系統(tǒng)提供電源 5.1.1 總線的分類總線的分類v按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置

6、，總線可分為按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置，總線可分為: : 片內(nèi)總線片內(nèi)總線 (On-Chip BUS)(On-Chip BUS) 在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路。 受芯片面積及對(duì)外引腳數(shù)的限制，片內(nèi)總線大多采用單總線結(jié)構(gòu) 內(nèi)部總線內(nèi)部總線（Internal Bus)Internal Bus) 也稱作系統(tǒng)總線或板級(jí)總線； 用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊（板）之間通信； 內(nèi)部總線是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線，人們平常所說的微機(jī)總線就是指系統(tǒng)總線，如STD總線、PC總線、ISA總線、PCI總線等。 相對(duì)于一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)來說，各種板/卡只是一個(gè)子系統(tǒng)，是一個(gè)局部，故又把片總線稱為局部總線，如

7、PCI、AGP總線。 5.1.1 總線的分類總線的分類計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖 外部總線外部總線（External Bus)External Bus)：又稱通信總線：又稱通信總線 用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信； 外部總線本質(zhì)上應(yīng)該算作主機(jī)與外設(shè)的接口 如：IEEE-488、RS-232C、RS-485、USB、1394等。5.1.1 總線的分類總線的分類v根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線可分為：根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線可分為： 并行總線：每個(gè)信號(hào)都有自己的信號(hào)線并行總線：每個(gè)信號(hào)都有自己的信號(hào)線 優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)線各自獨(dú)立，接口簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)是電纜數(shù)多； 如：IEEE-488總

8、線為并行總線 串行總線：所有信號(hào)復(fù)用一對(duì)信號(hào)線串行總線：所有信號(hào)復(fù)用一對(duì)信號(hào)線 優(yōu)點(diǎn)是電纜線數(shù)少，便于遠(yuǎn)距離傳送； 缺點(diǎn)是接口復(fù)雜； RS-232-C、RS-485、USB等總線為串行總線。5.1.2 總線主要性能指標(biāo)總線主要性能指標(biāo) v 總線頻率總線頻率即總線工作時(shí)鐘頻率，單位為MHz，它是影響總線傳輸速率的重要因素之一。例：PCI總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為64位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s 。v 總線寬度總線寬度又稱總線位寬，是總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，用bit（位）表示，如8位、16位、32位等。顯然，總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。v 總線

9、帶寬總線帶寬又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)的多少，單位是MB/S。影響總線傳輸率的因素有總線寬度、總線頻率等。一般的，總線帶寬（MB/S）= 1/8總線寬度總線頻率5.1.2 總線主要性能指標(biāo)總線主要性能指標(biāo)v 同步方式同步方式可分為同步方式和異步方式。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來統(tǒng)一定時(shí)主模塊、從模塊之間的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬。在異步方式下，采用應(yīng)答式傳輸技術(shù)，允許從模塊自行調(diào)整響應(yīng)時(shí)間，即傳輸周期是可以改變的，故總線帶寬減少。 v 總線復(fù)用總線復(fù)用 采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)

10、目。v 信號(hào)線數(shù)信號(hào)線數(shù)表明總線擁有多少信號(hào)線，是數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線的總和。信號(hào)線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比。v 總線控制方式總線控制方式 包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。幾種微型計(jì)算機(jī)總線性能參數(shù) 名稱名稱ISA(PC-AT)EISASTDMCAPCI適用機(jī)型80286,386,486系列機(jī)386,486,586 IBM系列機(jī)Z-80，IBM-PC系列機(jī)IBM個(gè)人機(jī)與工作站P5個(gè)人機(jī), PowerPC, Alpha工作站最大傳輸率8MB/s33MB/s2MB/s33MB/s133MB/s總線寬度8/16位32位8/16位32位32位

11、總線頻率8MHz8.33MHz2MHz10MHz2033MHz同步方式半同步同步同步異步同步地址寬度2432243232/64負(fù)載能力86無限制無限制3信號(hào)線數(shù)981435610912064位擴(kuò)展不可無規(guī)定不可可可多路復(fù)用非非非是5.1.3 總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 v總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn) 定義定義 所謂總線標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)系統(tǒng)總線的插座尺寸、引線數(shù)目、信號(hào)和所謂總線標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)系統(tǒng)總線的插座尺寸、引線數(shù)目、信號(hào)和時(shí)序所作的統(tǒng)一規(guī)定。時(shí)序所作的統(tǒng)一規(guī)定。 特性特性 機(jī)械特性：機(jī)械特性：規(guī)定模板尺寸、插頭、連接器的形狀、尺寸等規(guī)格位置，如插頭與插座使用的標(biāo)準(zhǔn)，它們的幾何尺寸、形狀、引腳的個(gè)數(shù)以及排列的順

12、序，接頭處的可靠接觸等。 電氣特性：電氣特性：規(guī)定信號(hào)的邏輯電平、最大額定負(fù)載能力、信號(hào)傳遞方向及電源電壓等。 功能特性：功能特性：規(guī)定每個(gè)引腳名稱、功能、時(shí)序及適用協(xié)議，如地址總線用來指出地址；數(shù)據(jù)總線傳遞數(shù)據(jù)；控制總線發(fā)出控制信號(hào)等。 時(shí)間特性：時(shí)間特性：指總線中的任一根線在什么時(shí)間內(nèi)有效。每條總線上的各種信號(hào)，互相存在著一種有效時(shí)序的關(guān)系，因此，時(shí)間特性一般可用信號(hào)時(shí)序圖來描述。 5.1.3 總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 模板化結(jié)構(gòu)模板化結(jié)構(gòu) 按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，并按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，并按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由總線連接的模板結(jié)構(gòu)：總線連接的模板結(jié)構(gòu)：CPUCP

13、U主板、主板、RAM/ROMRAM/ROM存儲(chǔ)板、存儲(chǔ)板、A/DA/D、D/AD/A、DIDI、DODO等等 模板化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)模板化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用性、靈活性、開放性、擴(kuò)展性和增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用性、靈活性、開放性、擴(kuò)展性和可靠性可靠性 為系統(tǒng)的維修提供了方便為系統(tǒng)的維修提供了方便5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸 v總線的隔離與驅(qū)動(dòng)總線的隔離與驅(qū)動(dòng) 總線上可連接多個(gè)部件，具有擴(kuò)展的靈活性，但總線上可連接多個(gè)部件，具有擴(kuò)展的靈活性，但總線上能連接多少部件，是受總線的驅(qū)動(dòng)能力限制的。總線上能連接多少部件，是受總線的驅(qū)動(dòng)能力限制的。通常一個(gè)模塊或一個(gè)部件限制在通常一個(gè)

14、模塊或一個(gè)部件限制在12個(gè)負(fù)載以內(nèi)。當(dāng)個(gè)負(fù)載以內(nèi)。當(dāng)總線連接多個(gè)負(fù)載時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送方必須提供足夠的電總線連接多個(gè)負(fù)載時(shí)，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，如果原有的驅(qū)動(dòng)能力達(dá)不到驅(qū)動(dòng)流以驅(qū)動(dòng)多個(gè)部件，如果原有的驅(qū)動(dòng)能力達(dá)不到驅(qū)動(dòng)要求，這時(shí)候需要總線驅(qū)動(dòng)器提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。要求，這時(shí)候需要總線驅(qū)動(dòng)器提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。在總線上掛接的設(shè)備，同一時(shí)刻只能有一個(gè)部件發(fā)送在總線上掛接的設(shè)備，同一時(shí)刻只能有一個(gè)部件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，不操作時(shí)需要將連接到總線上的功能數(shù)據(jù)到總線上，不操作時(shí)需要將連接到總線上的功能部件與之相隔離。在總線操作過程中，有些數(shù)據(jù)還需部件與之相隔離。在總線操作過程中，有些數(shù)據(jù)

15、還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩沖處理，這需要總線能夠提供鎖存能要進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩沖處理，這需要總線能夠提供鎖存能力。力。5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸 v總線的隔離與驅(qū)動(dòng)總線的隔離與驅(qū)動(dòng) 三態(tài)門是具有三種輸出狀態(tài)的電路，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三態(tài)門是具有三種輸出狀態(tài)的電路，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用作總線驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)三態(tài)門的輸出特性及控制方中常用作總線驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)三態(tài)門的輸出特性及控制方式，常用的三態(tài)門有六種，下圖表示了式，常用的三態(tài)門有六種，下圖表示了6種三態(tài)門的邏種三態(tài)門的邏輯符號(hào)。輯符號(hào)。 5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸 v總線的隔離與驅(qū)動(dòng)總線的隔離與驅(qū)動(dòng) 可以利用三態(tài)門設(shè)計(jì)單向總線或

16、雙向總線，以及可以利用三態(tài)門設(shè)計(jì)單向總線或雙向總線，以及單向總線緩沖器或雙向總線緩沖器。其典型實(shí)現(xiàn)是總單向總線緩沖器或雙向總線緩沖器。其典型實(shí)現(xiàn)是總線緩沖器和總線控制器。線緩沖器和總線控制器。 總線緩沖器在總線傳輸中起到數(shù)據(jù)緩沖的作用，總線緩沖器在總線傳輸中起到數(shù)據(jù)緩沖的作用，它分輸入緩沖器和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將它分輸入緩沖器和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放，以便處理器將它取走；后外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時(shí)存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有者的作用是用來暫時(shí)存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有了總線緩沖器，就可以使高速工作的了總線緩沖器，

17、就可以使高速工作的CPU與慢速工作與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。由的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。由于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上，故必須具有三態(tài)輸出功能。于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上，故必須具有三態(tài)輸出功能。 5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸 v總線的隔離與驅(qū)動(dòng)總線的隔離與驅(qū)動(dòng) 總線緩沖器的典型芯片有總線緩沖器的典型芯片有74LS244和和74LS245。74LS244是是一種一種8位的三態(tài)總線緩沖器，可以用來進(jìn)行總線的單向傳輸控制。位的三態(tài)總線緩沖器，可以用來進(jìn)行總線的單向傳輸控制。74LS245是一種是一種8位的雙向傳輸?shù)娜龖B(tài)緩沖器，可以用來進(jìn)行總位

18、的雙向傳輸?shù)娜龖B(tài)緩沖器，可以用來進(jìn)行總線 的 雙 向 傳 輸 控 制 ， 也 稱 作 總 線 收 發(fā) 器 。線 的 雙 向 傳 輸 控 制 ， 也 稱 作 總 線 收 發(fā) 器 。5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸 v總線控制總線控制 集中式集中式前者將控制邏輯集中在一處(如在CPU中) 。集中控制是單總線、雙總線和三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要采用的方式，常見的集中控制方式主要有鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請(qǐng)求總線控制方式。 分布式分布式將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個(gè)部件或設(shè)備上。5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸v總線仲裁總線仲裁 在總線上有多個(gè)總線主模塊同

19、時(shí)請(qǐng)求使用總線時(shí)，決在總線上有多個(gè)總線主模塊同時(shí)請(qǐng)求使用總線時(shí)，決定由哪個(gè)模塊獲得總線控制權(quán)。定由哪個(gè)模塊獲得總線控制權(quán)。 實(shí)現(xiàn)總線仲裁的機(jī)構(gòu)（或電路），稱為實(shí)現(xiàn)總線仲裁的機(jī)構(gòu)（或電路），稱為總線仲裁器總線仲裁器。（如總線仲裁器（如總線仲裁器82898289） 總線仲裁方式總線仲裁方式：基本的總線仲裁方式有兩種：基本的總線仲裁方式有兩種： 串行的總線仲裁方式（鏈形優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)）串行的總線仲裁方式（鏈形優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)） 并行的總線仲裁方式（獨(dú)立請(qǐng)求）并行的總線仲裁方式（獨(dú)立請(qǐng)求）5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸v串行的總線仲裁方式串行的總線仲裁方式總線允許總線請(qǐng)求總線忙模塊I總線訪問邏

20、輯模塊II總線訪問邏輯模塊N總線訪問邏輯控制器5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸v主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)： 越靠近控制器的模塊，優(yōu)先級(jí)越高； 鏈形優(yōu)先級(jí)存在傳播延遲，這種延遲與模塊數(shù)成正比，所以判優(yōu)速度較慢，一般只接少量（幾個(gè)）模塊； 鏈形結(jié)構(gòu)，一個(gè)故障，鏈?zhǔn)В?結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。v串行的總線仲裁方式串行的總線仲裁方式5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸v并行的總線仲裁方式并行的總線仲裁方式模塊N總線訪問邏 輯模塊II總線訪問邏 輯模塊1總線訪問邏 輯控制器（仲裁器）總線請(qǐng)求1總線允許1總線請(qǐng)求2總線允許2總線請(qǐng)求N總線允許N5.1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與

21、總線傳輸v 工作原理：工作原理： 每個(gè)模塊有一塊獨(dú)立的“總線請(qǐng)求”和“總線允許”信號(hào)線，每對(duì)信號(hào)線有其相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)； 控制器中有一個(gè)優(yōu)先級(jí)編碼器和優(yōu)先級(jí)譯碼器，用以選擇優(yōu)先級(jí)最高的請(qǐng)求，并產(chǎn)生出相應(yīng)的“總線允許”信號(hào)； 當(dāng)“總線忙”信號(hào)有效時(shí)，表示有的模塊正在使用總線，因此請(qǐng)求使用總線的模塊必須等待；直至“總線忙”信號(hào)變?yōu)闊o效時(shí)，所有需要使用總線的模塊都可以發(fā)出“總線請(qǐng)求”信號(hào)，總線仲裁器僅向優(yōu)先級(jí)最高的模塊發(fā)出“總線允許”信號(hào)。v并行的總線仲裁方式并行的總線仲裁方式v 主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)： 判優(yōu)速度快，且與模塊數(shù)無關(guān)； 所需“請(qǐng)求線”和“允許線”較多，N個(gè)模塊需要2N條。5.1.4 總線控制

22、與總線傳輸總線控制與總線傳輸v總線傳輸總線傳輸 總線上的數(shù)據(jù)在主模塊的控制下進(jìn)行傳送。一般的，總線在完成一次傳輸周期時(shí)，可分為四個(gè)階段四個(gè)階段： v 申請(qǐng)分配階段申請(qǐng)分配階段由需要使用總線的主模塊(或主設(shè)備)提出申請(qǐng)，經(jīng)總線仲裁機(jī)構(gòu)決定在下一傳輸周期是否能獲得總線使用權(quán)；v 尋址階段尋址階段取得了使用權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從模塊(或從設(shè)備)的存儲(chǔ)地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動(dòng)參與本次傳輸?shù)膹哪K；v 數(shù)據(jù)傳輸階段數(shù)據(jù)傳輸階段主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊；v 結(jié)束階段結(jié)束階段主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。5.2 內(nèi)部總線

23、內(nèi)部總線常用常用內(nèi)部總線內(nèi)部總線MCA總線總線EISA總線總線STD總線總線ISA總線總線PCI總線總線PC104總線總線內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部各功能模板之間進(jìn)行通信的通道，是構(gòu)成完整的內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部各功能模板之間進(jìn)行通信的通道，是構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。限于篇幅，本節(jié)只對(duì)部分總線作簡(jiǎn)要介紹。限于篇幅，本節(jié)只對(duì)部分總線作簡(jiǎn)要介紹。 5.2.1 STD總線總線v STD( STANDARD)總線是美國(guó)PRO-LOG公司1978年推出的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微型計(jì)算機(jī)總線;v 該總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部56根引腳都有確切的定義;v STD總線定義了一個(gè)8位微處理器總線標(biāo)準(zhǔn)

24、，其中有8根數(shù)據(jù)線、16根地址線、控制線和電源線等，可以兼容各種通用的8位微處理器，如8080、8085、6800、Z80、NSC800等;v 通過采用周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)，定義了16根數(shù)據(jù)線、24根地址線，使STD總線升級(jí)為8位/16位微處理器兼容總線，可以容納16位微處理器，如8086、68000、80286等;v 1987年，STD總線被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議定名為IEEE961;v 1989年美國(guó)的EAITECH公司又開發(fā)出對(duì)32位微處理器兼容的STD32總線。 5.2.2 PC系列總線系列總線vPC總線是IBM PC總線的簡(jiǎn)稱，PC總線因IBM及其兼容機(jī)的廣泛普及而成為全世界用戶承認(rèn)的一種

25、事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。vPC系列總線就是以8088/8086為CPU的IBM/XT及其兼容機(jī)的總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來，從最初的XT總線發(fā)展到PCI局部總線。5.2.2 PC系列總線系列總線vISA總線總線ISA總線從數(shù)據(jù)線的寬度上，分為總線從數(shù)據(jù)線的寬度上，分為8位和位和16位位ISA總線總線v 8位位ISA總線接口總線接口 8位位ISA總線也稱為總線也稱為PC總線總線或或XT總線總線 共有共有62引腳，其中，數(shù)據(jù)線引腳，其中，數(shù)據(jù)線8根、地址線根、地址線20根、控制線根、控制線21根、根、狀態(tài)線狀態(tài)線2根，還有時(shí)鐘、電源、地線根，還有時(shí)鐘、電源、地線v 16位位ISA總線接口總線接口 在在IBM PC/

26、AT（80286）機(jī)上首先使用，故又稱為）機(jī)上首先使用，故又稱為AT總線總線，在，在8位位PC總線上擴(kuò)展而成總線上擴(kuò)展而成 16位位ISA總線在擴(kuò)展總線在擴(kuò)展PC總線時(shí)，保留了原總線時(shí)，保留了原62芯芯PC總線信號(hào)的總線信號(hào)的大部分定義，僅做了少量更改大部分定義，僅做了少量更改5.2.2 PC系列總線系列總線v8位位ISA總線總線存儲(chǔ)器地址存儲(chǔ)器地址A19A0，最大存儲(chǔ)器，最大存儲(chǔ)器1M。I/O地址地址A15A0，最大，最大64K。在在PC及及XT機(jī)上實(shí)際使用機(jī)上實(shí)際使用A9A0，I/O范圍為范圍為000003FFH。2)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D7D01)地址線地址線A19A5.2.2 PC系列總線系列

27、總線3) 控制線控制線 21條條AEN：Address Enable，地址允許信地址允許信號(hào)號(hào) PC總線可由總線可由CPU或或DMA控制器控制，控制器控制，當(dāng)當(dāng)DMAC控制總線時(shí)，控制總線時(shí)，8237產(chǎn)生產(chǎn)生AEN信號(hào)，用于禁止信號(hào)，用于禁止CPU控制總線?？刂瓶偩€。即：即：5.2.2 PC系列總線系列總線ALE：Address Latch Enable，地址鎖存允許地址鎖存允許 在在ALE的下降沿鎖存來的下降沿鎖存來自自CPU的地址信號(hào)的地址信號(hào)讀讀/寫信號(hào)寫信號(hào) :5.2.2 PC系列總線系列總線IRQ7IRQ2：中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷請(qǐng)求信號(hào) 總線上的設(shè)備通過總線上的設(shè)備通過IRQ7IRQ2向

28、主板上的中斷控制器向主板上的中斷控制器8259發(fā)發(fā)出中斷請(qǐng)求，出中斷請(qǐng)求，IRQ7IRQ2對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)8259的引腳的引腳IR7IR2。8259的的8個(gè)請(qǐng)求輸入端個(gè)請(qǐng)求輸入端IR7IR0中中IRQ0被主板上的系統(tǒng)定時(shí)器被主板上的系統(tǒng)定時(shí)器占用、占用、IRQ1被鍵盤占用，因此，被鍵盤占用，因此，IRQ0和和IRQ1不在不在PC總線上出總線上出現(xiàn)現(xiàn)5.2.2 PC系列總線系列總線DRQ3DRQ1 ：DMA請(qǐng)求信號(hào)請(qǐng)求信號(hào) DMA控制器控制器8237有四個(gè)有四個(gè)通道，允許四個(gè)設(shè)備請(qǐng)通道，允許四個(gè)設(shè)備請(qǐng)求進(jìn)行求進(jìn)行DMA傳送，但傳送，但通通道道0用于用于DRAM刷新，因刷新，因此，此，DRQ0不在不在PC

29、總線總線上出現(xiàn)上出現(xiàn): DMA響應(yīng)信號(hào)響應(yīng)信號(hào)5.2.2 PC系列總線系列總線T/C：計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào) 一次一次DMA請(qǐng)求可傳送多個(gè)字節(jié)，當(dāng)任一請(qǐng)求可傳送多個(gè)字節(jié)，當(dāng)任一DMA通道傳送結(jié)束時(shí)，通道傳送結(jié)束時(shí)，T/C上出現(xiàn)高電上出現(xiàn)高電平。平。Reset Drv：系統(tǒng)總清信號(hào)系統(tǒng)總清信號(hào) I/O通道奇偶校驗(yàn)信號(hào)。當(dāng)通道奇偶校驗(yàn)信號(hào)。當(dāng)I/O通道上的設(shè)備或存儲(chǔ)器的奇偶校驗(yàn)有通道上的設(shè)備或存儲(chǔ)器的奇偶校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)，該信號(hào)有效。錯(cuò)時(shí)，該信號(hào)有效。 I/O通道準(zhǔn)備好信號(hào)。該信通道準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)為低電平時(shí)（未準(zhǔn)備好），使號(hào)為低電平時(shí)（未準(zhǔn)備好），使CPU或或DMA插入等待周期插入等待周期。5.2

30、.2 PC系列總線系列總線v16位位ISA總線總線5.2.2 PC系列總線系列總線地址地址24位，位，允許最大空允許最大空間間16M16位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)5.2.2 PC系列總線系列總線16位位ISA總線在擴(kuò)展總線在擴(kuò)展PC總線時(shí)，保留了原總線時(shí)，保留了原62芯芯PC總線信總線信號(hào)的大部分定義，僅做了少量更改號(hào)的大部分定義，僅做了少量更改5.2.2 PC系列總線系列總線SBHE：總線高字節(jié)允許總線高字節(jié)允許IRQ15、IRQ14、IRQ12、IRQ11、IRQ10AT機(jī)上使用機(jī)上使用2片中斷控制器片中斷控制器8259（主片和從（主片和從片），可有片），可有15級(jí)中斷請(qǐng)求級(jí)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求請(qǐng)求/響應(yīng)

31、線響應(yīng)線5.2.2 PC系列總線系列總線存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器讀/寫信號(hào)寫信號(hào)16位訪問周期信號(hào)位訪問周期信號(hào)指出當(dāng)前傳送的是16位總線周期總線主控總線主控當(dāng)DMA控制器使用總線期間， 為低電平5.2.2 PC系列總線系列總線vMCA總線（總線（Micro Channel Architechure） IBM在推出在推出386時(shí)提出時(shí)提出 數(shù)據(jù)、地址總線寬度數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持位，支持4GB的尋址能力的尋址能力 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps 在電氣及物理上與在電氣及物理上與ISA不兼容不兼容 IBM沒有公布標(biāo)準(zhǔn)沒有公布標(biāo)準(zhǔn)5.2.2 PC系列總線系列總線vEISA總線總線 1989年，

32、推出年，推出486時(shí)提出時(shí)提出 32位數(shù)據(jù)總線，支持位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路位地址通路 總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器 與與ISA兼容，支持多個(gè)主模塊兼容，支持多個(gè)主模塊 可以自動(dòng)根據(jù)需要進(jìn)行可以自動(dòng)根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換 支持多總線主控模塊支持多總線主控模塊 擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動(dòng)配置系擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動(dòng)配置系統(tǒng)和擴(kuò)展板統(tǒng)和擴(kuò)展板5.2.2 PC系列總線系列總線vPC104總線 PC104PC104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，是一種專門為嵌入式控制而

33、定義的工業(yè)控制總線，實(shí)質(zhì)上就是一種緊湊型的實(shí)質(zhì)上就是一種緊湊型的IEEE-P996IEEE-P996（ISAISA）。）。 PC/104PC/104信號(hào)定義和信號(hào)定義和PC/ATPC/AT基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。入式控制系統(tǒng)。 PC104PC104具有小型化的尺寸（具有小型化的尺寸（90 x96mm90 x96mm），極低的功耗），極低的功耗（典型模塊為（典型模塊為1 12 2瓦）和堆棧的總線形式，受到了眾瓦）和堆棧的總線形式，受到了眾多從事嵌入式產(chǎn)品生產(chǎn)廠商的

34、歡迎。多從事嵌入式產(chǎn)品生產(chǎn)廠商的歡迎。 PC104PC104有兩個(gè)版本，有兩個(gè)版本，8 8 位和位和16 16 位，分別與位，分別與PC PC 和和PC/AT PC/AT 相對(duì)應(yīng)。相對(duì)應(yīng)。PC104PLUS PC104PLUS 則與則與PCIPCI總線相對(duì)應(yīng)?？偩€相對(duì)應(yīng)。5.2.2 PC系列總線系列總線PC104總線模塊總線模塊5.2.2 PC系列總線系列總線 小尺寸小尺寸 PC/104 PC/104的板卡標(biāo)準(zhǔn)尺寸為的板卡標(biāo)準(zhǔn)尺寸為90mmX96mm90mmX96mm（比一本新華字典還要小很多，（比一本新華字典還要小很多，而傳統(tǒng)桌面而傳統(tǒng)桌面PCPC系統(tǒng)的板卡尺寸為系統(tǒng)的板卡尺寸為315mmX

35、122mm315mmX122mm），這樣小的尺寸），這樣小的尺寸使得使得PC/104PC/104、PC/104+PC/104+和和PCI-104PCI-104模塊板成為了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的模塊板成為了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的理想產(chǎn)品。理想產(chǎn)品。 開放的高可靠性的工業(yè)規(guī)范開放的高可靠性的工業(yè)規(guī)范 PC/104 PC/104、PC/104+PC/104+和和PCI-104PCI-104產(chǎn)品在電氣特性和機(jī)械特性上可靠性產(chǎn)品在電氣特性和機(jī)械特性上可靠性極高，功耗低，產(chǎn)生熱量少。板卡與板卡之間通過自堆棧進(jìn)行可極高，功耗低，產(chǎn)生熱量少。板卡與板卡之間通過自堆棧進(jìn)行可靠的連接，抗震能力強(qiáng)。全世界有超過靠的連接，抗震能

36、力強(qiáng)。全世界有超過200200家公司使用這些開放的家公司使用這些開放的規(guī)范來生產(chǎn)和銷售各種規(guī)范來生產(chǎn)和銷售各種PC/104PC/104模塊板模塊板 。vPC/104總線特點(diǎn)總線特點(diǎn)5.2.2 PC系列總線系列總線 模塊可自由擴(kuò)展模塊可自由擴(kuò)展 PC/104模塊具有靈活的可擴(kuò)展性。它允許工程師互換及匹配各種模塊具有靈活的可擴(kuò)展性。它允許工程師互換及匹配各種功能卡，可隨系統(tǒng)的需求而升級(jí)功能卡，可隨系統(tǒng)的需求而升級(jí)CPU的性能。增加系統(tǒng)的功能和的性能。增加系統(tǒng)的功能和性能只需通過改變相應(yīng)的模塊即可實(shí)現(xiàn)。性能只需通過改變相應(yīng)的模塊即可實(shí)現(xiàn)。 低功耗低功耗 4mA的總線驅(qū)動(dòng)電流，即可使模塊正常工作，低功

37、耗有利于減少的總線驅(qū)動(dòng)電流，即可使模塊正常工作，低功耗有利于減少元件數(shù)量。各種插卡廣泛采用元件數(shù)量。各種插卡廣泛采用VLSI芯片、低功耗的芯片、低功耗的ASIC芯片、門芯片、門陣列等，其存儲(chǔ)采用大容量固態(tài)盤（陣列等，其存儲(chǔ)采用大容量固態(tài)盤（SSD）。）。 堆棧式連接堆棧式連接 這種結(jié)構(gòu)取消了主板和插槽，可以將所有的這種結(jié)構(gòu)取消了主板和插槽，可以將所有的PC/104模塊板利用板模塊板利用板上的疊裝總線插座連接起來。有效減小整個(gè)系統(tǒng)所占的空間。上的疊裝總線插座連接起來。有效減小整個(gè)系統(tǒng)所占的空間。vPC/104總線特點(diǎn)總線特點(diǎn)5.2.2 PC系列總線系列總線 豐富的軟件資源豐富的軟件資源 與與PC

38、系統(tǒng)兼容的操作系統(tǒng)、開發(fā)工具、應(yīng)用軟件都可以運(yùn)行在系統(tǒng)兼容的操作系統(tǒng)、開發(fā)工具、應(yīng)用軟件都可以運(yùn)行在PC/104系系統(tǒng)中。這使得用戶可以隨時(shí)利用無處不在的統(tǒng)中。這使得用戶可以隨時(shí)利用無處不在的PC系統(tǒng)豐富的軟件資源，從系統(tǒng)豐富的軟件資源，從而降低軟件購(gòu)買、學(xué)習(xí)、培訓(xùn)等方面的成本。此外，在許多而降低軟件購(gòu)買、學(xué)習(xí)、培訓(xùn)等方面的成本。此外，在許多PC/104系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，大量的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)被成功地應(yīng)用。的設(shè)計(jì)中，大量的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)被成功地應(yīng)用。 大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性 通過使用通過使用PC/104、PC/104+和和PCI-104模塊，用戶可以將精力集中于末模

39、塊，用戶可以將精力集中于末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)上。不用為端系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)上。不用為CPU及其外圍器件之間的復(fù)雜接口關(guān)及其外圍器件之間的復(fù)雜接口關(guān)系花費(fèi)時(shí)間。系花費(fèi)時(shí)間。PC/104模塊的模塊的“（plug-together-write-application-software）”設(shè)計(jì)方法確保了設(shè)計(jì)者面向市場(chǎng)的最快響應(yīng)速度。設(shè)計(jì)方法確保了設(shè)計(jì)者面向市場(chǎng)的最快響應(yīng)速度。 vPC/104總線特點(diǎn)總線特點(diǎn)5.2.2 PC系列總線系列總線vPC104 與普通與普通PC 總線控制系統(tǒng)的主要不同是：總線控制系統(tǒng)的主要不同是： 小尺寸結(jié)構(gòu)：小尺寸結(jié)構(gòu)： 標(biāo)準(zhǔn)模塊的機(jī)械尺寸是標(biāo)準(zhǔn)模塊的機(jī)械尺寸是3.6X3.

40、8 英寸，即英寸，即96X90mm。 堆棧式連接：堆棧式連接： 總線以總線以“針針”和和“孔孔”形式形式層疊連接層疊連接，即，即PC104 總線模塊之間總線模塊之間總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬合相連，這種層總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬合相連，這種層疊封裝有極好的抗震性。疊封裝有極好的抗震性。 減少元件數(shù)量和電源消耗，總線驅(qū)動(dòng)僅需減少元件數(shù)量和電源消耗，總線驅(qū)動(dòng)僅需4mA，每個(gè)模塊，每個(gè)模塊1-2 瓦能耗。瓦能耗。5.2.2 PC系列總線系列總線vPC/104 模塊的使用模塊的使用 PC/104 模塊的擴(kuò)展和應(yīng)用十分靈活,常用的方法有兩種：1）獨(dú)立的模塊堆棧獨(dú)立的模塊堆棧

41、 如下圖所示，PC/104 模塊是自我堆棧式。這方式中，模塊是被用作全兼容的總線底板,每個(gè)模板不需要背板或插槽，相互層疊而成。每個(gè)模塊間留出 0.6 英寸的間距。5.2.2 PC系列總線系列總線2）PC104模塊作為元件使用模塊作為元件使用 如下圖所示，模塊作為一個(gè)元件，插入一個(gè)定制的母板上，母板上包含有應(yīng)用接口和總線邏輯，它的自我堆棧方式，可在一個(gè)位置上安裝幾個(gè)模塊。這種方式允許在系統(tǒng)調(diào)試或者測(cè)試時(shí)，臨時(shí)更換模塊，同時(shí)有利于將來的產(chǎn)品升級(jí)或者更換選件。5.2.2 PC系列總線系列總線vPC104 與與PC104PLUSv PC104 有兩個(gè)版本，有兩個(gè)版本，8 位和位和16 位，分別與位，分

42、別與PC 和和PC/AT 相對(duì)應(yīng)。相對(duì)應(yīng)。PC104PLUS 則與則與PCI 總線相對(duì)應(yīng)。在總線相對(duì)應(yīng)。在PC104 總線的兩個(gè)版本中，總線的兩個(gè)版本中，8 位位PC104 共有共有64 條總線管腳，單列雙排插針和插孔，條總線管腳，單列雙排插針和插孔，P1：64 針，針，P2：40 針，合計(jì)針，合計(jì)104 個(gè)總線信號(hào)，個(gè)總線信號(hào)，PC104 因此得名。當(dāng)因此得名。當(dāng)8 位模塊和位模塊和16 位模塊連接時(shí)，位模塊連接時(shí)，16 位模塊必須在位模塊必須在8 位模塊得下面。位模塊得下面。v PC104PLUS 是是專為專為PCI 總線設(shè)計(jì)的總線設(shè)計(jì)的，可以連接高速外接設(shè)備。，可以連接高速外接設(shè)備。PC

43、104PLUS 在硬件上通過一個(gè)在硬件上通過一個(gè)3X40 即即120 孔插座，孔插座，PC104PLUS 包括了包括了PCI 規(guī)范規(guī)范2.1 版要求的所有信號(hào)。為了向下兼容，版要求的所有信號(hào)。為了向下兼容，PC104PLUS 保持了保持了PC104 的所有特性。的所有特性。5.2.2 PC系列總線系列總線v 與與PC104相比，相比，PC104PLUS 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、相對(duì)PC/104 連接，增加了第三個(gè)連結(jié)接口支持 PCI bus.2、改變了組件高度的需求，增加模塊的柔韌性.3、加入了控制邏輯單元，以滿足高速度 bus 的需求5.2.2 PC系列總線系列總線 PCI總線總線(Peripher

44、al Component Interconnect Special Interest Group)，即外圍部件互聯(lián)專業(yè)組，即外圍部件互聯(lián)專業(yè)組， 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PCISIG。是由是由Intel、IBM、Compaq、AST、HP、Apple、DEC等等100多家公司于多家公司于1991年共同推出的一種局部總線，廣泛應(yīng)用年共同推出的一種局部總線，廣泛應(yīng)用于當(dāng)前高檔微機(jī)、工作站及筆記本電腦。于當(dāng)前高檔微機(jī)、工作站及筆記本電腦。 5.2.2 PC系列總線系列總線v與與ISA等總線相比，等總線相比，PCI總線具有如下的特點(diǎn)：總線具有如下的特點(diǎn)：傳輸速率高傳輸速率高允許多總線共存允許多總線共存PCI總線不依賴

45、于某一具體的微處理器，它支持多種微處總線不依賴于某一具體的微處理器，它支持多種微處理器和將來發(fā)展的微處理器理器和將來發(fā)展的微處理器總線數(shù)據(jù)寬度總線數(shù)據(jù)寬度32位位或或64位位支持支持64位位尋址尋址5V和和3.3V兩種電源供電兩種電源供電自動(dòng)識(shí)別與配置外設(shè)，方便用戶使用自動(dòng)識(shí)別與配置外設(shè)，方便用戶使用5.2.2 PC系列總線系列總線vPCI總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)CPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU總線總線CPU總線總線/PCI總線橋總線橋(北橋北橋)PCI總線總線/ISA總線橋總線橋(南橋南橋)PCI圖形圖形適配器適配器PCI網(wǎng)卡網(wǎng)卡PCI硬盤硬盤控制器控制器PCI總線總線ISA總線總線ISA卡卡. . .IS

46、A卡卡PCI總線結(jié)構(gòu)框圖總線結(jié)構(gòu)框圖5.2.2 PC系列總線系列總線v 這是一個(gè)由這是一個(gè)由CPU總線、總線、PCI總線及總線及ISA總線組成的總線組成的三層總?cè)龑涌偩€結(jié)構(gòu)。線結(jié)構(gòu)。v CPU總線總線也稱也稱“CPU-主存總線主存總線”或或“微處理器局部總微處理器局部總線線”，CPU是該總線的主控者。此總線實(shí)際上是是該總線的主控者。此總線實(shí)際上是CPU引引腳信號(hào)的延伸。腳信號(hào)的延伸。v 通過橋芯片通過橋芯片(北橋和南橋北橋和南橋)，上邊與高速的，上邊與高速的CPU總線相連，總線相連，下邊與下邊與ISA總線相連?？偩€相連。v PCI總線是一個(gè)總線是一個(gè)32位位/64位總線，且其地址和數(shù)據(jù)是同一組

47、位總線，且其地址和數(shù)據(jù)是同一組線，分時(shí)復(fù)用。在現(xiàn)代線，分時(shí)復(fù)用。在現(xiàn)代PC機(jī)機(jī)(如如Pentium系列系列)主板上一般主板上一般都有都有23個(gè)個(gè)PCI總線擴(kuò)充槽?？偩€擴(kuò)充槽。5.2.2 PC系列總線系列總線v 在上述在上述PCI總線結(jié)構(gòu)中，總線結(jié)構(gòu)中，CPU總線、總線、PCI總線及總線及ISA總線通總線通過兩個(gè)橋芯片連成一個(gè)整體，橋芯片起到信號(hào)緩沖、電平過兩個(gè)橋芯片連成一個(gè)整體，橋芯片起到信號(hào)緩沖、電平轉(zhuǎn)換和控制協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用。轉(zhuǎn)換和控制協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用。v 人們通常將人們通常將“CPU總線總線/PCI總線橋總線橋”稱為稱為“北橋北橋”，稱，稱“PCI總線總線/ISA總線橋總線橋”為為“南橋南橋

48、”。v 這種以這種以“橋橋”的方式將兩類不同結(jié)構(gòu)的總線的方式將兩類不同結(jié)構(gòu)的總線“粘合粘合”在一在一起的技術(shù)特別能夠適應(yīng)系統(tǒng)的升級(jí)換代。起的技術(shù)特別能夠適應(yīng)系統(tǒng)的升級(jí)換代。v 每當(dāng)微處理器改變時(shí)只需改變每當(dāng)微處理器改變時(shí)只需改變CPU總線和改動(dòng)總線和改動(dòng)“北橋北橋”芯芯片，而全部原有外圍設(shè)備及接口適配器仍可保留下來繼續(xù)片，而全部原有外圍設(shè)備及接口適配器仍可保留下來繼續(xù)使用，從而保護(hù)了用戶的投資。使用，從而保護(hù)了用戶的投資。5.2.2 PC系列總線系列總線v PCI總線的數(shù)據(jù)寬度為總線的數(shù)據(jù)寬度為32位或位或64位，地址總線為位，地址總線為32位位(可可擴(kuò)展至擴(kuò)展至64位位)。另外，它的地址線和

49、數(shù)據(jù)線是多路復(fù)用的，。另外，它的地址線和數(shù)據(jù)線是多路復(fù)用的，以節(jié)省引腳并減小連接器的尺寸。這些多路復(fù)用的引腳信以節(jié)省引腳并減小連接器的尺寸。這些多路復(fù)用的引腳信號(hào)標(biāo)識(shí)為號(hào)標(biāo)識(shí)為AD0AD63。v PCI總線有總線有5V和和3V兩種插槽類型，每種插槽的全部引腳號(hào)兩種插槽類型，每種插槽的全部引腳號(hào)均為均為194(A1/B1A94/B94)，32位卡只用位卡只用162號(hào)，號(hào)，64位卡則占用全部位卡則占用全部194號(hào)引腳。號(hào)引腳。v 其中，標(biāo)為其中，標(biāo)為res的引腳為保留未用的引腳為保留未用(reserved)的引腳；標(biāo)的引腳；標(biāo)為為code的引腳是防止將插卡插錯(cuò)而設(shè)置的接口標(biāo)記，也的引腳是防止將插卡

50、插錯(cuò)而設(shè)置的接口標(biāo)記，也稱連接器鑰匙稱連接器鑰匙(connector key)。5.2 外部總線外部總線常用常用外部總線外部總線USB總線總線RS-232總線總線RS-485總線總線外部總線又稱為通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部外部總線又稱為通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測(cè)量?jī)x器儀表之間的通信。外部總線又分為并行總線和串行總設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測(cè)量?jī)x器儀表之間的通信。外部總線又分為并行總線和串行總線，并行總線主要有線，并行總線主要有IEEE-488總線，串行總線主要有總線，串行總線主要有RS-232-C、RS-422、RS-485、

51、IEEE1394以及以及USB總線等。限于篇幅，下面主要介紹總線等。限于篇幅，下面主要介紹RS-485串行總線和串行總線和USB總線，總線，RS-232-C參見本書第十章。參見本書第十章。 5.2.1 外部總線外部總線vIEEE-488是是1970年由美國(guó)惠普公司開發(fā)的并行通訊年由美國(guó)惠普公司開發(fā)的并行通訊總線總線vIEEE-488共定義了共定義了24根線（其中根線（其中8根地線）根地線）vIEEE-488總線特點(diǎn)：總線特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒1M字節(jié)字節(jié) 總線上的設(shè)備數(shù)不得多于總線上的設(shè)備數(shù)不得多于15個(gè)個(gè) 電纜總長(zhǎng)度不超過電纜總長(zhǎng)度不超過20m，兩設(shè)備間不超過，

52、兩設(shè)備間不超過2m 采用負(fù)邏輯采用負(fù)邏輯5.2.2 外部總線外部總線- RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口 v RS-422由由RS-232C發(fā)展而來發(fā)展而來 v RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偸且环N單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偩€標(biāo)準(zhǔn)線標(biāo)準(zhǔn) v RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信號(hào)。它通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差，完號(hào)。它通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變成成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信

53、息接收。邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收。 AA AA -BB -BB 0.2V 0.2V，表示，表示“1”1”；AAAA -BB -BB -0.2V -0.2V，表示，表示“0”0”發(fā)送器接收器BTTLRS-422A電平BAATTL5.2.2 外部總線外部總線- v RS-422的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式傳輸。的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式傳輸。v RS-422 有有4 根信號(hào)線，兩根發(fā)送、兩根接收，根信號(hào)線，兩根發(fā)送、兩根接收，RS-422 的的收與發(fā)是分開的，支持全雙工的通訊方式收與發(fā)是分開的，支持全雙工的通訊方式 。v RS-422的最大傳輸距離為的最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速率為，最

54、大傳輸速率為10Mbps。10Mbps（15m時(shí)）；時(shí)）；90Kbps（1200m時(shí)）時(shí)） RS-422A接口電路接口電路 5.2.2 外部總線外部總線- vRS-485標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口 RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它是RS-422A性能的擴(kuò)展，是真正意義上的總線標(biāo)準(zhǔn)。 允許在二根導(dǎo)線(總線)上掛接32臺(tái)RS-485負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是發(fā)送器、被動(dòng)發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器（發(fā)送器和接收器的組合） 5.2.2 外部總線外部總線- vRS485具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)： RS-485的電氣特性：邏輯的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為以兩線間的電壓差為+2V+6V表示；邏輯表

55、示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為以兩線間的電壓差為-2V -6V表表示。示。 RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)。模干能力增強(qiáng)。 RS-485接口的最大傳輸距離為接口的最大傳輸距離為1200m，在總線上是允許連，在總線上是允許連接多達(dá)接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器個(gè)收發(fā)器,即具有多站能力和多機(jī)通信功能。即具有多站能力和多機(jī)通信功能。5.2.2 外部總線外部總線- vRS-485與與RS-422的區(qū)別在于：的區(qū)別在于： 硬件線路上，硬件線路上，RS-422至少需要

56、至少需要4根通信線，而根通信線，而RS-485僅需僅需2根；根；RS-422不能采用總線方式通信，但可以采用環(huán)路方式不能采用總線方式通信，但可以采用環(huán)路方式通信，而通信，而RS-485兩者均可。兩者均可。 通信方式上，通信方式上，RS-422可以全雙工，而可以全雙工，而RS-485只能半雙工。只能半雙工。 其它差異見表其它差異見表5.4 5.2.2 外部總線外部總線- v串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器5.2.3 外部總線外部總線- vUSB協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) USB1.0、USB1.1、USB2.0和和USB On-The-Go（OTG）總線標(biāo)準(zhǔn)）總線標(biāo)準(zhǔn) vUSB設(shè)備的主要特點(diǎn)設(shè)備的主要

57、特點(diǎn) 采用采用USB接口的設(shè)備支持熱拔插接口的設(shè)備支持熱拔插) USB接口可以同時(shí)連接接口可以同時(shí)連接127臺(tái)臺(tái)USB設(shè)備。設(shè)備。 速度方面，速度方面，USB 1.1總線規(guī)范定義了總線規(guī)范定義了12 Mb/s的帶寬，的帶寬，而而USB2.0可提供可提供480Mb/s的傳輸速度。的傳輸速度。 USB總線能夠提供總線能夠提供500 mA的電流。的電流。5.2.3 外部總線外部總線- 5.2.3 外部總線外部總線- USB設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)vUSB總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類型總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類型 USB主機(jī)主機(jī) 在任何在任何USB總線系統(tǒng)中，只能有一個(gè)主機(jī)。主機(jī)系總線系

58、統(tǒng)中，只能有一個(gè)主機(jī)。主機(jī)系統(tǒng)中提供統(tǒng)中提供USB總線接口驅(qū)動(dòng)的模塊，稱作總線接口驅(qū)動(dòng)的模塊，稱作USB總線主機(jī)總線主機(jī)控制器。控制器。 USB 集線器（集線器（HUB） 類似于網(wǎng)絡(luò)集線器，實(shí)現(xiàn)多個(gè)類似于網(wǎng)絡(luò)集線器，實(shí)現(xiàn)多個(gè)USB設(shè)備的互連，主設(shè)備的互連，主機(jī)系統(tǒng)中一般整合有機(jī)系統(tǒng)中一般整合有USB總線的根總線的根(節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn))集線器，可以集線器，可以通過次級(jí)的集線器連接更多的外設(shè)。通過次級(jí)的集線器連接更多的外設(shè)。 USB總線的設(shè)備，又稱總線的設(shè)備，又稱USB功能外設(shè)。功能外設(shè)。 是是USB體系結(jié)構(gòu)中的體系結(jié)構(gòu)中的USB最終設(shè)備，如打印機(jī)、掃描最終設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀等，接受儀等，接受USB系統(tǒng)的服務(wù)。系統(tǒng)的服務(wù)。 5.2.3 外部總線外部總線- USB設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)USB總線連接外設(shè)和主機(jī)時(shí)，利用菊花鏈的形式對(duì)端總線連接外設(shè)和主機(jī)時(shí)，利用菊花鏈的形式對(duì)端點(diǎn)加以擴(kuò)展，形成了如下圖所示的金字塔型的外設(shè)連接方點(diǎn)加以擴(kuò)展，形成了如下圖所示的金字塔型的外設(shè)連接方法，最多可以連接法，最多可以連接7層，層，127臺(tái)設(shè)備，有效地避免了臺(tái)設(shè)備，有效地避免了PC機(jī)機(jī)上插槽數(shù)量對(duì)擴(kuò)充外設(shè)的限制，減少上插槽數(shù)量對(duì)擴(kuò)充外設(shè)的限制，減少PC機(jī)機(jī)I/O接口的數(shù)量。接口的數(shù)量。 5.2.3 外部總線外部總線- USB