微型计算机原理与组成-第7章　总线技术.ppt

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1、第第7章总线技术章总线技术v 7.1 7.1 总线的基本知识总线的基本知识v 7.2 7.2 常用总线标准常用总线标准v 7.3 7.3 总线基础上的系统硬件扩展总线基础上的系统硬件扩展v 本章小结本章小结7.1总线的基本知识总线的基本知识v 7.1.1 7.1.1 概述概述v所谓总线是指计算机中多个部件之间公所谓总线是指计算机中多个部件之间公用的一组连线，是若干互连信号线的集合，用的一组连线，是若干互连信号线的集合，由它构成系统的插件间、插件的芯片间或系由它构成系统的插件间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。统间的标准信息通路。v 7.1.2 7.1.2 总线的分类总线的分类v总线是各种信

2、号线的集合，是计算总线是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路。的公共通路。vv1.按相对于按相对于CPU或其它芯片的位置分类或其它芯片的位置分类v按相对于按相对于CPU或其它芯片的位置，总线或其它芯片的位置，总线可以分为片内总线和片外总线。可以分为片内总线和片外总线。v 2.按总线的功能分类按总线的功能分类v按功能，总线可分为地址总线按功能，总线可分为地址总线、数据、数据总线和控制总线。总线和控制总线。vv3.按总线的层次结构分类按总线的层次结构分类v按层次结构分类，总线可以分为按层次结构分类，总线可以分为CPU总总线线、存

3、贮总线、存贮总线、系统总线和外部总线、系统总线和外部总线。v 4.系统总线系统总线vPC机上的系统总线又可分为机上的系统总线又可分为ISA、EISA、MCA、VESA、PCI、AGP等多种等多种标准。标准。v5.局部总线局部总线v局部总线是局部总线是PC体系结构的重大发展。体系结构的重大发展。v它打破了数据它打破了数据I/O的瓶颈，使高性能的瓶颈，使高性能CPU的功能得以充分发挥。的功能得以充分发挥。v从结构上看，所谓局部总线是在从结构上看，所谓局部总线是在ISA总总线和线和CPU总线之间增加的一级总线或管理总线之间增加的一级总线或管理层。层。v这样可将一些高速外设，如图形卡、硬这样可将一些高

4、速外设，如图形卡、硬盘控制器等从盘控制器等从ISA总线上卸下而通过局部总总线上卸下而通过局部总线直接挂接到线直接挂接到CPU总线上，使之与高速的总线上，使之与高速的CPU总线相匹配。总线相匹配。v局部总线可分为三种：局部总线可分为三种：v专用局部总线专用局部总线vVL总线总线(VESALocalBus)。vPCI总线总线(PeripheralComponentInterconnect)。v 7.1.3 7.1.3 总线的主要参数总线的主要参数v1.总线的带宽总线的带宽v2.总线的位宽总线的位宽v3.总线的工作时钟频率总线的工作时钟频率v 7.1.4 7.1.4 总线标准化总线标准化v芯片总线的

5、标准化问题目前尚未得到妥芯片总线的标准化问题目前尚未得到妥善解决，主要是由于不同厂家生产的大规善解决，主要是由于不同厂家生产的大规模集成电路芯片没有一个标准化的规范，模集成电路芯片没有一个标准化的规范，因而很难通过简单的连接提供芯片之间的因而很难通过简单的连接提供芯片之间的标准信息通路。标准信息通路。7.2常用总线标准常用总线标准v7.2.1 ISA 7.2.1 ISA 总线总线v1.主要特点和性能指标主要特点和性能指标vI/O地址空间地址空间0100H-03FFH。v24位地址线可直接寻址的内存容量为位地址线可直接寻址的内存容量为16MB。v8/16位数据线。位数据线。v62+36引脚。引脚

6、。v最大位宽最大位宽16位。位。v最高时钟频率最高时钟频率8MHz。v最大稳态传输率最大稳态传输率16MB/s。v中断功能。中断功能。vDMA通道功能。通道功能。v开放式总线结构，允许多个开放式总线结构，允许多个CPU共享系共享系统资源。统资源。v 7.2.2 EISA 7.2.2 EISA 总线总线v1.EISA的主要特点的主要特点v开放式结构。开放式结构。EISA和和ISA兼容，现有的兼容，现有的ISA扩扩充板可以用于充板可以用于EISA总线上。总线上。v32位地址域直接寻址范围为位地址域直接寻址范围为4GB。v32位数据线。位数据线。v最大时钟频率最大时钟频率8.3MHz。v最大传输率最

7、大传输率33MB/s。v 7.2.3 PCI 7.2.3 PCI 局部总线局部总线v1.主要特点主要特点v支持总线主控技术，允许智能设备在适支持总线主控技术，允许智能设备在适当的时候取得总线控制权以加速数据传输当的时候取得总线控制权以加速数据传输和对高度专门化任务的支持。和对高度专门化任务的支持。vv支持突发传输模式。在这种模式下，支持突发传输模式。在这种模式下，PCI能在极短时间内发送大量数据，特别适合于能在极短时间内发送大量数据，特别适合于高分辨率且多达数百万种颜色的图像快速显高分辨率且多达数百万种颜色的图像快速显示。示。v不受不受CPU速度和结构的限制，速度和结构的限制，Pentium、

8、OverDrive等微处理器都可使等微处理器都可使用。用。v与与ISA/EISA/MCA总线兼容。总线兼容。v预留扩展空间，支持预留扩展空间，支持64位数据和地址。位数据和地址。v支持自动配置功能。无需手工调节跨支持自动配置功能。无需手工调节跨接器、接器、DIP开关或系统中断。开关或系统中断。v设有特别的缓存，实现设有特别的缓存，实现CPU与外设隔与外设隔离，外设或离，外设或CPU的单独升级不会带来兼容的单独升级不会带来兼容问题。问题。v3.PCI总线的主要性能总线的主要性能vPCI总线的主要性能指标如下。总线的主要性能指标如下。v支持支持10台外设。台外设。v总线时钟频率总线时钟频率33.3

9、MHz/66MHz。v最大数据传输速率最大数据传输速率133MB/s。v时钟同步方式。时钟同步方式。v与与CPU及时钟频率无关。及时钟频率无关。v总线宽度总线宽度32位（位（5V）/64位（位（3.3V）。）。v能自动识别外设。能自动识别外设。v特别适合与特别适合与Intel的的CPU协同工作。协同工作。v具有与处理器和存储器子系统完全并具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力。行操作的能力。v具有隐含的中央仲裁系统。具有隐含的中央仲裁系统。v采用多路复用方式（地址线和数据线）采用多路复用方式（地址线和数据线）减少了引脚数。减少了引脚数。v支持支持64位寻址。位寻址。v完全的多总线主控能力

10、。完全的多总线主控能力。v提供地址和数据的奇偶校验。提供地址和数据的奇偶校验。v可以转换可以转换5V和和3.3V的信号环境。的信号环境。v4PCI总线结构总线结构PCI桥路桥路CPU总线总线CPU存储控制器存储控制器存储器存储器PCI桥路桥路标准总线桥路标准总线桥路设备设备设备设备设备设备设备设备标准总线（标准总线（ISA，EISA，）图图7-1PCI系统结构示意图系统结构示意图v5.PCI总线的新发展总线的新发展vIntel推出的新一代推出的新一代PCI总线规范称为总线规范称为PCIX，主要适用于，主要适用于133MHz总线时钟频率的台式机主总线时钟频率的台式机主板。板。v此外此外Intel

11、还准备推出一种称为还准备推出一种称为MINIPCI的总线的总线标准。标准。vMINIPCI对原来的对原来的PCI总线在控制线路和功能总线在控制线路和功能上作了改进，减小了外形尺寸，使之适用于便携上作了改进，减小了外形尺寸，使之适用于便携式机器。式机器。v 7.2.4 AGP7.2.4 AGP总线总线vv1.AGP概述概述vAGP（AcceleratedGraphicsPort）即加）即加速图形端口。速图形端口。v它是一种为了提高视频带宽而设计的总线规它是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范。范。v它支持的它支持的AGP插槽可以插入符合该规范的插槽可以插入符合该规范的AGP插卡。插卡。v其视频信

12、号的传输速率可以从其视频信号的传输速率可以从PCI的的132MB/s提高到提高到266MB/s或者或者532MB/s。v2AGP的性能特点的性能特点v数据读写操作的流水线操作数据读写操作的流水线操作v具有具有133MHz的数据传输频率的数据传输频率v直接内存执行直接内存执行DIMEv地址信号与数据信号分离地址信号与数据信号分离v并行操作并行操作v 7.2.5 IEEE 13947.2.5 IEEE 1394总线总线vIEEE1394是一种串行接口标准，这是一种串行接口标准，这种接口标准允许把电脑、电脑外部设备、种接口标准允许把电脑、电脑外部设备、各种家电非常简单地连接在一起。各种家电非常简单地

13、连接在一起。v1IEEE1394的主要性能特点的主要性能特点v采用采用“级联级联”方式连接各个外部设备方式连接各个外部设备v能够向被连接的设备提供电源能够向被连接的设备提供电源v具有高速传输能力具有高速传输能力v采用点对点结构采用点对点结构(peertopeer)v安装方便且容易使用安装方便且容易使用v 7.2.6 USB7.2.6 USB总线总线vUSB(UniversalSerialBus)称为通用称为通用串行总线，是由串行总线，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和和NT(北方电讯北方电讯)七大公司共同推出的新一代接口标准。七大公司共同推出的新一代接口

14、标准。v1USB的主要性能特点的主要性能特点v具有热即插即用功能具有热即插即用功能vUSB采用采用“级联级联”方式连接各个外部设方式连接各个外部设备备v适用于低速外设连接适用于低速外设连接v2IEEE1394和和USB的相同点的相同点v都可以提供即插即用及热插拔的功能。都可以提供即插即用及热插拔的功能。v采用采用“级联级联”方式，可以连接多台设备，方式，可以连接多台设备，避免了电脑背板仅能提供少量插座，只能避免了电脑背板仅能提供少量插座，只能与少数设备连接的限制。与少数设备连接的限制。v3IEEE1394和和USB的不同点的不同点v目前，目前，IEEE1394规范的传输速度为规范的传输速度为1

15、00400Mb/s,因此它可连接高速设备如因此它可连接高速设备如DVD播放机、数码相机、硬盘等；而播放机、数码相机、硬盘等；而USB受到受到12Mb/s传输速度限制只能连接低速的传输速度限制只能连接低速的键盘、麦克风、软驱、电话等设备。键盘、麦克风、软驱、电话等设备。vIEEE1394的拓扑结构中，不需要集的拓扑结构中，不需要集线器（线器（Hub）就可连接）就可连接63台设备，并且可台设备，并且可以由网桥（以由网桥（Bridge）再将这些独立的子网）再将这些独立的子网（Subtree）连接起来。）连接起来。vIEEE1394并不强制要用电脑控制这些并不强制要用电脑控制这些设备，也就是说这些设备

16、可以独立工作。设备，也就是说这些设备可以独立工作。v而在而在USB的拓扑结构中，必须通过的拓扑结构中，必须通过Hub来实现多重连接，每个来实现多重连接，每个Hub有有7个连接个连接头，整个头，整个USB网络中最多可连接网络中最多可连接127台机台机器，而且一定要有电脑的存在，作为总的器，而且一定要有电脑的存在，作为总的控制。控制。vIEEE1394的拓扑结构在其外部设备的拓扑结构在其外部设备增减时，会自动重设网络，其中包括网络增减时，会自动重设网络，其中包括网络短暂的等待状态。短暂的等待状态。USB以以Hub来判明其连来判明其连接设备的增减，因此可以减少接设备的增减，因此可以减少USB网络动网

17、络动态重设的状况。态重设的状况。v 7.2.7 RS-232C7.2.7 RS-232C串行接口标准串行接口标准vRS-232C是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）于）于1962年公布，并于年公布，并于1969年修订的串行接口标准。年修订的串行接口标准。它已经成为国际上通用的标准。它已经成为国际上通用的标准。v1987年年1月，月，RS-232C经修改后，正式改名经修改后，正式改名为为EIA-232D。73总线基础上的系统硬件扩展总线基础上的系统硬件扩展v 7.3.1 I/O7.3.1 I/O接口扩展接口扩展v在实际应用中，微

18、机系统功能的扩展是在实际应用中，微机系统功能的扩展是通过把相应的硬件电路制成接口扩展板（通过把相应的硬件电路制成接口扩展板（I/O卡）插入总线插槽得以实现的。如计算机公卡）插入总线插槽得以实现的。如计算机公司生产的显示卡、网卡以及用户设计的各类司生产的显示卡、网卡以及用户设计的各类特定用途卡，如特定用途卡，如A/D采集卡。采集卡。vI/O接口卡设计必须遵守如下原则：接口卡设计必须遵守如下原则：vI/O接口卡的工作时序必须严格符合微接口卡的工作时序必须严格符合微机机I/O总线读写周期的时序，对慢速外设器总线读写周期的时序，对慢速外设器件可使用锁存器等辅助完成信息传输。件可使用锁存器等辅助完成信息

19、传输。vIO槽上所有信号线的负载能力有限，槽上所有信号线的负载能力有限，因此，因此，I/O卡与卡与IO槽上的所有连线都应具槽上的所有连线都应具有很小的高电平输出电流和低电平灌入电有很小的高电平输出电流和低电平灌入电流，即对微机总线不构成重负载，否则应流，即对微机总线不构成重负载，否则应加缓冲驱动器。加缓冲驱动器。v与数据总线相连的器件，必须具有三与数据总线相连的器件，必须具有三态功能，在不进行数据传输时，使其处于态功能，在不进行数据传输时，使其处于高阻态。高阻态。v为接口卡上每一个端口分配一个微机为接口卡上每一个端口分配一个微机系统未用的系统未用的IO端口地址，该地址不能与端口地址，该地址不能

20、与微机已在使用的微机已在使用的I/O地址重合。地址重合。vIO槽上的地址和读写信号线均为单槽上的地址和读写信号线均为单向输出。向输出。vIO接口卡应有去耦滤波等抗干扰措接口卡应有去耦滤波等抗干扰措施，走线工艺合理，不能成为微机的干扰施，走线工艺合理，不能成为微机的干扰源。源。vIO接口卡插脚与接口卡插脚与IO槽引脚对应关槽引脚对应关系必须正确，切不可造成短路故障。系必须正确，切不可造成短路故障。本章小结本章小结v标准化的通用总线能大大简化系统硬件和标准化的通用总线能大大简化系统硬件和软件的设计，使得系统结构模块化和标准化，软件的设计，使得系统结构模块化和标准化，为计算机系统所普遍采用。为计算机系统所普遍采用。v本章介绍了总线的基本概念、总线的分类、本章介绍了总线的基本概念、总线的分类、总线标准化的基本概念和方法以及通用的微总线标准化的基本概念和方法以及通用的微机总线标准。机总线标准。