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1 第9章总线与实用接口知识 2 本章要点 识记 1 总线2 主板3 芯片组4 硬盘接口5 USB6 IEEEE 13947 AGP接口8 即插即用 3 9 1总线 将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机总线 总线是许多信号线的集合 是模块和模块之间或者设备和设备之间进行互联和传递信息的通道 因为多个设备连接到总线上 任何一个设备发出的信号都可以被其他的所有设备接收 所以 在同一时间段内 只能有一个设备作为主动设备发出信号 其他设备处于被动接收状态 总线都具有严格规定的标准 因此 按照总线标准研制的计算机系统具有很好的开放性 4 9 1 1总线标准 物理特性 是指总线在机械物理连接上的特性 包括连线的类型 数量 接插件的几何尺寸 形状和引脚线的排列等 功能特性 总线中每根传输线的功能 包括数据总线 地址总线 控制总线 电气特性 总线中每根信号线的传递方向 信号的有效电平范围 动态转换时间 负载能力等 通常规定由CPU发出的信号为输出信号 送入CPU的信号为输入信号 总线信号的名称上有一横线或信号名称后有 表示该信号低电平有效 否则为高电平有效 时间特性 总线中任一传输线在什么时间内有效以及信号线之间信号的时序关系 5 9 1 2从PC XT到EISA总线 微机系统采用多模块结构 CPU 存储器 各种I O模块 通常一个模块就是一块插件板 各插件板的插座之间采用的总线称为系统总线 又叫I O通道总线 本节介绍STD PC ISA EISA系统总线 6 1 IBMPC总线 IBMPC总线简称PC总线或PC XT总线 是IBMPC XT个人计算机采用的微型计算机总线 是针对Intel8088微处理器设计的 它以I O通道形式经过扩充并经驱动器驱动以增加负载能力而连至扩充插槽 作为I O接口板和主机之间的信息交换通道 IBMPC总线有62条信号线 包括8位双向数据总线 20位地址总线 6条中断请求线 3组DMA通道控制线 存储器和I O读写线 动态RAM刷新控制线和时钟信号线 4条电源线 3条地址线 7 2 ISA总线 ISA IndustryStandardArchitecture 工业标准体系结构 总线是Intel公司 IEEE和EISA集团联合在62线的PC总线的基础上经过扩展36根线而开发的一种系统总线 因为开始时是应用在IBMPC AT机上 所以又称为PCAT总线 ISA总线是为采用80286CPU设计的 但是兼容这一标准的微机系统还是有很大的市场 目前所用的286 386 486微机大多采用ISA总线 即使586和奔腾机也还保留有1个ISA总线插槽 8 2 ISA总线 ISA总线的主要性能指标如下 24位地址线 可直接寻址内存容量为16MB I O地址空间为0100H 03FFFH8 16位数据线 62 36引脚工作频率8MHz 最大传输率16MB s 中断和DMA传送功能 ISA总线接口信号共98个 均连接到主板的ISA总线插槽上 ISA插槽长度138 5mm 由基本的62线8位插槽和扩展的36线16位插槽两部分组成 除了数据和地址线的扩充外 还扩充了中断和DMA请求 应答信号 若只是用基本插槽时 可用8位数据宽度及20位地址 需要使用16位数据或20位以上的地址及其他扩充信号时 则采用8位基本ISA加16位扩充ISA的方式 ISA总线接口信号如表11 3所示 9 3 EISA总线 EISA总线是在ISA总线的基础上扩展来的 EISA总线采用开放结构 与ISA兼容 EISA总线信号由原来ISA总线的98引脚扩展到198个 具有32位数据线 32位地址 可以寻址4GB 总线频率为8 33MHz 最大数据传输率达到33 3MB s 这样的高速度很适合于高速局域网 快速大容量磁盘及高分辨率图形显示 EISA总线从CPU中分离出总线控制权 是一种智能化的总线 支持多总线主控和突发传输方式 可以直接控制总线进行对内存和I O设备的访问而不涉及CPU 所以极大地提高了整体性能 为了让原有的ISA总线扩展卡可以直接用于EISA总线 EISA总线插槽与ISA插槽等长等宽 但内部被设计成为双层引脚 两层之间由定位键限位 上层引脚与ISA扩展卡的信号相对应 下层引脚是专门与EISA扩展卡的信号线对应 定位键使上下两层的引脚不会和不属于本层的引脚接触 10 9 1 3局部总线 PCI PCIExpress 某些具有高数据传输率的设备 如图形 视频控制器 网络接口等 尽管微处理器有足够的处理能力 但是总线传输却不能满足它们高速率的传输要求 为了解决这个矛盾 在微处理器和高速外设之间增加了一条直接通路 一侧直接面向CPU总线 一侧面向系统总线 分别通过桥片连接 这就是局部总线 局部总线是直接连接到CPU总线的I O总线 因此使有高需求的外设和处理器有更紧密地集成 为外设提供了更宽更快的高速通路 如PCI总线就是一种局部总线 11 9 1 3PCI总线 PCI总线的全称是外围部件互联 PeripheralComponentInterconnect 它是一种高性能的局部总线 严格规范 提供高度的可靠性和兼容性 因此成为主流的标准总线 被广泛应用于现代台式微机 工作站和便携机 PCI总线的特点独立于处理器PCI总线是一种独立于处理器的总线标准 支持多种处理器 适用于多种不同的系统 在PCI总线构成的系统中 接口和外围设备的设计是针对PCI总线 而不是针对微处理器的 所以这些设备可以独立于处理器设计和升级 当处理器因为过时而需要更换时 接口和外围设备仍然可以正常使用 12 9 1 3PCI总线 PCI总线的特点传输效率高PCI总线采用33 3MHz 66 6MHz的时钟频率 在33 3MHz时钟频率时 数据总线宽度32位 最大数据传输率达到133MB s 如果数据总线宽度升级到64位 则数据传输率可达到266MB s 多总线共存PCI总线是通过桥芯片进行不同标准信号之间的转换 通过HOST PCI桥芯片 实现PCI与CPU总线相连接 通过PCI ISA EISA桥芯片 实现PCI与ISA或者EISA相连接 这样 使得多种总线可以共存于一个系统中 慢速和高速设备就可以分别挂在不同的总线上 13 9 1 3PCI总线 PCI总线的特点支持线性突发传输 线性突发传输不同于单次数据传输 单次传输是每传输一个数据前都要在总线上给出数据的地址 而线性突发传输只要在开始的时候将首地址发到总线上 之后每个时钟都只传输数据 而地址自动加1 这样的方式适合顺序读写一批数据 可以减少无谓的地址操作 加快数据传输速度 支持总线主控方式和同步操作 挂接在PCI总线上的设备有主控和从控两类 PCI总线允许多处理器系统中任何一个处理器或其他有总线主控能力的设备成为主控设备 对总线实行操作 这样微处理器内部的操作和总线操作可以同时进行 而不必要等待总线操作完成 14 9 1 3PCI总线 PCI总线的特点支持两种电压 适用各种机型 PCI总线支持5V和3 3V的扩展卡 并可以从5V向3 3V进行平滑的系统转换 具有即插即用功能 PCI总线的接口卡上都设有配置寄存器 系统加电时用程序给这些设备分配端口地址等系统资源 可以避免使用时发生冲突 预留扩展空间 PCI总线开发时预留了足够的发展空间 比如 它支持64位地址 数据多路复用 这是考虑到新一代的高性能外围设备最终将需要64位宽度的数据通道 PCI的64位延伸设计 可将系统的数据传输率提高到264MB s 15 9 1 3PCI总线 PCI总线系统结构PCI总线结构中HOST PCI桥与PCI总线相连 这个桥提供了数据缓冲功能 是一个低延迟的访问通道 使处理器能够访问PCI设备 PCI设备也能够访问主存 桥电路中包含有PCI总线控制器 有多个设备申请使用总线时 能够进行裁决和分配总线的使用权 实际上 HOST PCI桥是一个高速的I O协处理器 另外的桥接器用于形成多级总线结构 有PCI ISA PCI USB PCI PCI等 使得系统中不同类型的设备共存 合理地分配资源 16 图1PCI总线系统结构 17 9 1 3PCI总线 PCI插槽有两种 一种是32位的 一种是64位的 而两种插槽又分为5V和3 3V两种 在PC机上使用最多的是5V的32位PCI插槽 图2为PCI插槽的示意图 图2PCI插槽的示意图 18 PCIExpress 在2001年春的开发者论坛上Intel宣布了要用一种新的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接 并称之为第三代I O总线技术3rdGenerationI O也就是3GIO 不久后 以Intel AMD IBM DELL NVIDIA等20多家业界主导公司开始起草3GIO 2002年草案完成 并正式命名为PCIExpress PCIExpress 简称PCIE 虽然从表面来看它的名字和PCI有些类似 但它们之间却有着本质的区别 19 PCIExpress PCI采用的是并行通道 PCIExpress总线属于串行总线 进行的是点对点传输 每个传输通道单独享有带宽 PCIExpress总线还支持双向传输模式和数据分路传输模式 PCIExpress接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异 分为PCIExpress1 2 4 8 16 甚至32 由此PCIExpress的接口长短也不同 1 最小 往上则越大 其中1 2 4 8 16 为数据分路传输模式 32 为多通道双向传输模式 1 单向传输带宽可达到250MB s 双向传输带宽能够达到500MB s 这个已经不是PCI总线所能够相比的了 同时PCIExpress不同接口还可以向下兼容其他PCIExpress小接口的产品 即PCIExpress4 的设备可以插在PCIExpress8X或16X上进行工作 表11 6为现有总线类型数据传输率的比较 20 第一节主板的基本工作原理 主板的模块结构功能主板主要由CPU芯片组 Chipset 高速缓存 Cache 系统总线槽 RAM 内存 系统BIOS 基本输入输出管理系统 及输入输出设备接口等组成 主板的主要功能是支撑和协调主板上的各个功能部件运行工作 为它们提供信息通路和数据通道 计算机的主要电路和核心部件都集成在主板上 如图所示 9 2主板 21 9 2 1常规主板 一体化主板和整合主板 常规主板 传统的插卡式主板一体化主板 ALL IN ONE 整合主板 将显卡 声卡 网卡等I O板卡以及其他设备整合到芯片组中 22 9 2 2主板的主要组成部件和接口 按其电路功能主板分为以下几部分 1 CPU模块CPU模块包括CPU芯片 CPU插座和风扇 CPU的类型不同 CPU的插座也不一样 2 内存模块内存模块包括内存插槽和内存条 内存插槽是连接和放置内存条的地方 它决定着所安装的内存条类型 目前的形式有168线槽 DIMM槽 和184线槽 RIMM槽 3 芯片组 Chipset 芯片组称为控制芯片组 Chipset 由一片或多片超大规模集成电路芯片构成 主要包括总线控制器 计时 计数器 中断控制器 DMA通道控制器和CMOSRAM等功能电路 4 BIOS基本输入输出系统BIOS主要用于控制管理整个计算机系统的输入输出 BIOS被固化在ROM中 ROM是焊在或插在主板上的一个集成电路芯片 其中保存有计算机系统最重要的基本输入 输出程序 系统设置程序 开机上电自检程序 目前主板上的BIOSROM芯片都是用FlashROM 所以可以对它进行升级 23 第一节主板的基本工作原理 5 总线扩展槽可插放各种用途的功能板卡 如显卡 声卡 网卡 视频转接卡等 根据不同的标准 扩展槽有 ISA PCI和AGP扩展槽总线 ISA又分为ISA和EISA PCI分为PCI PCI2 1和PCIX AGP分为AGP1X 2X 4X和8X 这些扩展槽并行排列在主板上 ISA总线扩展槽为黑色 PCI总线扩展槽为白色 但比ISA总线扩展槽短些 AGP扩展槽是离CPU插座最近的褐色插槽 PCI扩展槽在主板上均有编号 靠近AGP端口的PCI槽一般定为1号 然后依次向ISA槽方向分别编为2至5号 PCI槽编号在某些操作系统或应用软件中可能用到 6 高速缓冲存储器 Cache 计算机系统为了提高数据的存取速度 486以上档次的计算机普遍采用了在CPU与主存储之间增设少量的高速度存储器 Cache 临时存放CPU经常要访问的指令和数据 用来解决高速的CPU与低速主存储器工作速度不匹配影响整个系统工作速度的矛盾 高速缓存可分为 1 L1CACHE 一级缓存 建立在CPU内部的高速缓存 2 L2CACHE 二级缓存 建立在CPU内部或主板上的高速缓存 P4以上计算机甚至有L3CACHE 一般是建立在主板上 24 第一节主板的基本工作原理 7 外设接口486以上计算机的主板上集成了软硬盘控制器 串并行接口 有的甚至将网卡 显卡 声卡等都集成在主板上 即所谓的ALLINONE主板 目前主板都带有 1 两个串行接口 用来连接鼠标或Modem等串行设备 2 一个并行接口 用来连接打印机等并行设备 3 两个以上USB接口 用来连接USB设备 4 两个IDE接口 用来连接硬盘或光驱 5 一个软驱接口 用来连接软盘驱动器 6 两个PS 接口 用来连接键盘和鼠标 7 三个模拟信号接口 用来连接话筒 扬声器等 8 一个游戏杆接口 25 9 2 3CPU芯片及其插座 插槽 微机的性能主要取决于主板 而主板的性能取决于CPU CPU芯片内部总线的宽度和时钟主频是决定CPU性能的主要参数 80386以上CPU芯片各具其特定的强大功能 但必须有相应的芯片组配合运行才能发挥 因此主板配以相应的芯片电路设计 主频CPU的主频 即CPU内核工作的时钟频率 CPUClockSpeed 通常所说的某某CPU是多少兆赫的 而这个多少兆赫就是 CPU的主频 主频是CPU内部参与运算和操作的各内部单元按统一的时钟频率同步的运行 是整个系统协调一致的工作 以CLK表示 26 9 2 3CPU芯片及其插座 插槽 CPU主频的 外频 和 倍频 外频也叫CPU前端总线频率或基频 计量单位为 MHz CPU的主频与外频有一定的比例 倍频 关系 由于内存和设置在主板上的L2Cache的工作频率与CPU外频同步 所以使用外频高的CPU组装电脑 其整体性能比使用相同主频但外频低一级的CPU要高 这项参数关系试用于主板的选择 倍频系数是CPU主频和外频之间的比例关系 一般为 主频 外频 倍频 Intel公司所有CPU 少数测试产品例外 的倍频通常已被锁定 锁频 用户无法用调整倍频的方法来调整CPU的主频 但仍然可以通过调整外频为设置不同的主频 AMD和其它公司的CPU未锁频 总线宽度 总线上可同时传输的数据的位数 位数越多 一次传输的信息就越多 ISA宽度为16位 EISA为16位 PCI为32位 PCI 2可达到64位 27 9 3芯片组 采用超大规模集成电路技术 把主板上众多的接口芯片和支持芯片按不同功能分别集成到芯片之中 用少量几片VLSI芯片的组合称为 控制芯片组 采用芯片组技术后 可以简化主板的设计 降低了系统的成本 提高了系统的可靠性 1 南北桥芯片多数芯片组由北桥芯片 NorthBridgeChip 和南桥芯片 SouthBridgeChip 组成的南北桥架构 两块芯片就像桥梁或纽带一样将电脑系统中各个独立的器件和设备连接起来形成整体 VIAApolloPro133A芯片组 28 北桥芯片 1 CPU规格 支持CPU类型 PentiumIII Pentium4 Athlon Athlon64 支持前端总线频率 PentiumIII 100MHz 133MHz Pentium4 400MHz 1066MHz Athlon 200MHz 400MHz Athlon64 800MHz 2 内存规格 支持内存类型 SDRAM DDR SDRAM DDRII SDRAM RDRAM 3 系统总线规格 支持总线类型 ISA PCI AGP PCI E 支持最大PCI插槽数 一般为4 5 6 4 图形系统规格 AGP 是否支持AGP1X 2X 4X 8X 是否集成图形控制器 29 南桥芯片 1 硬盘接口规格 接口类型 PATA 并行ATA 即标准IDE接口 SCSI SATA 串行ATA Ultra ATA 是否支持Ultra ATA33 66 100 133 2 外设总线规格 类型 USB IEEE1394 USB规格 USB1 1 USB2 0 最多USB口数 一般为2到8个 3 其他整合资源 AC97声效控制器 MODEM控制器 以太网控制器 4 电源管理 ACPI 一般有S1 POS CPU停止工作 S3 STR 除了内存外的部件都停止工作 两种模式 30 2 整合芯片组自1999年开始 控制芯片组采用了 整合技术 将板卡或其他不见的功能集成于芯片组中 形成整合型芯片组 如常用的INTEL850 31 9 4硬盘接口 硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件 作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据 从整体的角度上 硬盘接口分为IDE SATA SCSI和光纤通道四种 1 IDEIDE的英文全称为 IntegratedDriveElectronics 即 电子集成驱动器 它的本意是指把 硬盘控制器 与 盘体 集成在一起的硬盘驱动器 把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度 数据传输的可靠性得到了增强 硬盘制造起来变得更容易 对用户而言 硬盘安装起来也更为方便 IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展 性能也不断的提高 其拥有的价格低廉 兼容性强的特点 为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位 IDE代表着硬盘的一种类型 但在实际的应用中 人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA 1 这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了 而其后发展分支出更多类型的硬盘接口 比如ATA UltraATA DMA UltraDMA等接口都属于IDE硬盘 32 9 4硬盘接口 2 SCSISCSI的英文全称为 SmallComputerSystemInterface 小型计算机系统接口 是同IDE ATA 完全不同的接口 IDE接口是普通PC的标准接口 而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口 是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术 SCSI接口具有应用范围广 多任务 带宽大 CPU占用率低 以及热插拔等优点 但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及 因此SCSI硬盘主要应用于中 高端服务器和高档工作站中 3 光纤通道光纤通道的英文拼写是FibreChannel 和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术 是专门为网络系统设计的 但随着存储系统对速度的需求 才逐渐应用到硬盘系统中 光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的 它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度 光纤通道的主要特性有 热插拔性 高速带宽 远程连接 连接设备数量大等 光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计 能满足高端工作站 服务器 海量存储子网络 外设间通过集线器 交换机和点对点连接进行双向 串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求 33 9 4硬盘接口 4 SATA使用SATA SerialATA 口的硬盘又叫串口硬盘 是未来PC机硬盘的趋势 2001年 由Intel APT Dell IBM 希捷 迈拓这几大厂商组成的SerialATA委员会正式确立了SerialATA1 0规范 2002年 虽然串行ATA的相关设备还未正式上市 但SerialATA委员会已抢先确立了SerialATA2 0规范 SerialATA采用串行连接方式 串行ATA总线使用嵌入式时钟信号 具备了更强的纠错能力 与以往相比其最大的区别在于能对传输指令 不仅仅是数据 进行检查 如果发现错误会自动矫正 这在很大程度上提高了数据传输的可靠性 串行接口还具有结构简单 支持热插拔的优点 5 SATAII接口SATAII是在SATA的基础上发展起来的 其主要特征是外部传输率从SATA的1 5Gbps 150MB sec 进一步提高到了3Gbps 300MB sec 此外还包括NCQ NativeCommandQueuing 原生命令队列 端口多路器 PortMultiplier 交错启动 StaggeredSpin up 等一系列的技术特征 单纯的外部传输率达到3Gbps并不是真正的SATAII 34 9 5USB USB UniversalSerialBus 是一种新型的外设接口标准 其基本思想是采用通用连接器和自动配置及热插拔技术 以及相应的软件 实现资源共享和外设的简单快速连接 这样就解决了传统接口电路中 每增加一种设备 就需要为其准备一种接口或插座 以及不同的驱动程序所造成的使用 维护上的困难 1996年Intel公司等公布了USB1 0版本 目前最新的版本是USB2 0 由于微软Windows98 2000 xp中都内置了USB接口模块 加上USB设备的日益增多 因此USB成为目前流行的外设接口 35 9 5USB USB总线的特点使用USB 不需要扩展插卡 无需了解DIP开关 跳线 中断号等设置的细节 无需开发底层设备驱动程序 USB外设连接时即插即用 并且可以不关闭主机电源 实现热插拔 并且能为低功耗的装置提供电源 5V时最大可提供500mA的电流 USB总线得到400多家大公司的支持 USB外设产品及软件选择范围广 传输波特率 即传输速率 为1 5Mb s 12Mb s USB2 0的速率可达到480Mb s 通过USB HUB最多可连接127个外设 36 9 5USB USB系统组成USB硬件USB的硬件包括USB主控制器 根集线器 USBHostController rootHub 和USB设备 USB主控制器和根集线器合称为USB主机 HOST USB主控制器是硬件 固件和软件的联合体 负责总线上数据的传输 把并行的数据转换成串行的数据 并建立USB的传输处理 传给根集线器后在总线上传送 根集线器集成在主系统中 由一个控制器和中继器组成 可以提供一个或更多的接入端口 根集线器检测外设的连接和断开 执行主控制器发出的请求并在设备和主控制器之间传递数据 37 9 5USB USB系统组成USB硬件除了根集线器 USB总线上还可以连接附加的集线器 USBHub 允许USB系统扩展 每个集线器可以提供2个 4个或7个接入点 但是总线供电的集线器由于受到总线提供功率的限制 最多只能支持4个USB端口 集线器由控制器和中继器组成 控制器管理主机和集线器之间的通信及帧定时 中继器负责连接的建立和断开 USBHub和RootHub是USB即插即用技术中的核心部分 完成USB设备的添加 删除和电源管理等功能 USB设备分为Hub设备和功能设备两种 功能设备就是接在Hub上的外设 它能在总线上发送和接受数据 控制等信息 是完成某项具体功能的硬件设备 又称为 功能件 FUNCTION 如打印机 扫描仪等 38 9 5USB USB系统组成USB硬件Hub设备则有一个Hub和一个或多个功能件 又称为复合的USB设备 USB设备包含一定数量的寄存器端口 这些端口称为端点 Endpoint 被赋予不同的端点号 每个Hub和功能件都有唯一的逻辑地址 通过该地址和端点号 主机软件可以和每个端点通信 我们把USB端点和主机软件的联合称为 管道 Pipe USB的拓扑结构USB采用了一种层次化的新结构 该结构以集线器为USB设备提供连接点 其物理连接是一个层次型的星型结构 集线器Hub位于每个星型结构的中心 完整的拓扑结构如图3所示 39 图3USB拓扑结构 40 9 5USB USB接口及信号USB总线包括4根信号线 用来传送信号和提供电源 其中D 和D 为信号线 传送信号 D 和D 是一对双绞线 D 是绿色 D 是白色 还有2根是电源线和地线 电源线是红色 地线是黑色 USB接口的形式和与机器的连接见图4 图4USB集成器和设备的连接 41 9 5USB USB数据传输 USB有4种传输模式 控制传输 主要用作配置设备用 也可以做设备的其他特殊用途 控制传输是双向的 例如 对数字相机设备 可以传送暂停 继续和停止等控制信号 批传输 用于传送大批数据 这种数据的时间性不强 但要保证数据的正确性 如打印机 调制解调器 数字音响等不定期传送大量数据的中速设备 中断传输 用于不固定 少量的数据传送 如键盘 鼠标等低速设备同步传输 又叫等时传输 用于传送连续性 实时的数据 这种方式的特点是要求传输速率固定 恒定 时间性强 传输中数据出错后无需重传 视频设备 数字声音等采用这种方式 42 9 6IEEE1394 IEEE1394是Apple公司于1993年提出的 用来取代SCSI的高速串行总线 FireWire 后经IEEE协会于1995年12月正式接纳为一个工业标准 全称是IEEE1394高性能串行总线标准 IEEE1394HighPerformanceSerialBUSStandard IEEE1394的性能特点通用性强 IEEE1394采用菊花链结构 以级联方式在一个接口上最多可以连63个不同种类的设备 传输速率高 IEEE1394a支持100Mb s 200Mb s及400Mb s的传输速率 而IEEE1394b规范定义了800Mb s 1 6Gb S甚至3 2Gb s的高传输速率 43 9 6IEEE1394 IEEE1394的性能特点实时性好 IEEE1394的高传输率加上同步传送的方式 使数据的传送具有很好的实时性 总线提供电源 IEEE1394的6芯电缆中有两条是电源线 可以直接向连接的设备提供4 10V和1 5A的电源 系统中设备之间关系平等 任何两个带有IEEE1394接口的设备可以直接连接而不需要通过PC机控制 连接方便 采用设备自动配置技术 允许热插拔和即插即用 44 9 6IEEE1394 IEEE1394拓扑结构IEEE1394标准既可以用于内部总线连接 也可以用于设备之间的电缆连接 一个物理模块可以包括多个结点 一个结点就是一个地址化的实体 包括多个端口 可以独立地设定和识别 一种典型的IEEE1394总线系统连接如图5所示 45 图5IEEE1394总线系统结构 46 9 6IEEE1394 IEEE1394拓扑结构其中包含了两种环境 一种是电缆连接 即电缆 CABLE 环境 一种是内部总线连接 即底板 Backplane 环境 系统中允许有多个CPU 且相互独立 电缆环境的物理拓扑结构是一个非环状的网络 分支和深度都有限 电缆由两对信号线和一对电源线组成 用来连接不同结点的端口 每个端口由终端 收发器和一些简单逻辑组成 电缆环境下每个总线可以连接63个结点 两个结点间的距离不超过4 5m 电缆环境的传输速率可以是100Mb s 200Mb s及400Mb s 底板环境的物理拓扑结构是一个内部总线结构 一般特指主机底板 结点可以通过分布在总线上的连接插口插入总线 底板环境支持12 5Mb s 25Mb s和50Mb s的传输速率 由于两种环境存在差别 因此在系统中环境之间要一个桥接器进行连接 IEEE1394桥接器主要完成数据的接收和重新封装成数据包 并进行转发 47 9 6IEEE1394 IEEE1394信号及连接IEEE1394有两种类型的电缆 早期的IEEE1394定义了一个带有6针插头的6芯电缆来实现设备间的互连 电缆中有2对信号传送线TPA TPA 和TPB TPB 2根电源线VP和VG 两对信号双绞线用做接收和发送连接 电源线VP向总线上的设备提供4 10V 1 5A的电源 VG接地 6针插头和插座如图6 a 所示 通常6根线按标号顺序采用的颜色分别是白 黑 红 绿 橙 蓝 在IEEE1394a中增加了4针插头和4芯电缆作为设备间的连接线 4针插头中只有4个数据线 4针插头和插座如图11 6 b 所示 4根线按标号的顺序采用的颜色分别是红 绿 橙 蓝 两种电缆的电气特性都是一样的 最大电缆长度建议为4 5m 48 图6IEEE1394插头和插座 49 9 6IEEE1394 IEEE1394支持异步和同步 等时 数据传输方式异步方式把数据交换层信息送到一个特定的64位地址 这种传输不需要以固定的速率传送数据 也不要求稳定的总线带宽 所以异步传送共同占有20 最小值 的总线带宽 同步方式基于信道号来广播数据 而不是基于特定地址来传输数据 这种传输要求有规则的总线访问 比异步传输有更高的总线优先级 每个总线的80 可分配给同步传输 对同一个接口提供同步和异步两种方式 可以允许实时和非实时的应用 可以在同一总线上可靠地传输不同速率的数据 50 9 6IEEE1394 IEEE1394传输必须初始化 才能使用交换层服务来传送命令 数据和状态 当总线顺利完成初始化后 每个结点都得到一个不同的结点标志 Node ID 启动设备 Initiator 读每个结点的配置ROM ConfigurationROM 来寻找实现串行总线协议SBP SerialBUSProtocol 的结点 寻找结束后 SBP被初始化 接着开始同步或异步注册 Login 过程 注册完毕 就可以进行数据传输 若传输过程中出现错误 则必须进行异常处理 51 9 7AGP接口 AGP AcceleratedGraohicsPort 是Intel公司提出的一种PC平台上能充分改善对3D图形和全运动视频处理的新型视频接口标准 显示卡的显示内存中不仅有影像数据 还有纹理数据 Z轴的距离数据及Alpha变换数据等 由于显示内存的价格昂贵 容量配置不大 所以通常是将纹理数据从显存移到主存 由于纹理数据传输量很大 若从主存通过PCI总线传送回显存 则PCI总线将成为系统的瓶颈 所以用AGP在主存和显示卡之间建立一条直接的通道 使得3D图形数据不通过PCI总线 而是直接送入显示子系统 52 9 7AGP接口 AGP总线的特点采用流水线技术进行内存读 写 将前面的存储器和总线操作与后续的操作重叠执行 大大减少内存的等待时间 数据传输率有很大的提高 采用双泵技术 在66 6MHz的时钟信号上升沿和下降沿都传送数据 相当于使工作时钟频率提高了2倍 采用DIME DirectMemoryExcute 直接存储器执行 技术 AGP将显示时的纹理数据置于帧缓冲区 即图形控制器的内存之外的系统内存 允许着色期间直接从系统内存获取数据 这样帧缓冲区和带宽可供其它功能使用 又实现低成本支持更大的纹理数据 53 9 7AGP接口 AGP总线的特点采用边带寻址SBA SidebandAddress 方式 允许图形控制器在上次数据没有传送完时就发出下一次的地址和请求 提高随机内存访问的速度 显示RAM和系统RAM可以并行操作 在