第3章--微机总线标准概述new

西安电子科技大学，1，第3章微机总线标准，目录3.1ISA，EISA系统总线3.2PCI局部总线3.3AGP局部总线3.4其它系统总线附录微机主板，计算机接口技术，西安电子科技大学，第2页，本章研究了微机系列主板系统总线的结构和特点以及局部总线的概念。PCI和AGP总线的结构特点和性能介绍了其他几种系统总线，第3页，第3章PC微机总线标准，基本硬件组成，16位和32位PC机的基本组成是相同的，第4页，PC微机总线是PC系列计算机的主板总线。它是单处理器系统的输入输出扩展总线，不支持多个主处理器的并行处理，也没有多个处理器的共享资源。电脑采用开放式结构，即在背板上设置一些标准总线插槽。要扩展电脑的功能，只需设计一个符合相关总线插槽标准的适配器板，然后将该板插入插槽。微机总线包括系统总线和局部总线。系统总线包括ISA总线、ESIA总线等。本地总线包括PCI总线、AGP总线等。第5页，个人计算机上的总线，PCI总线，ISA总线，USB总线，3.1ISA，EISA系统总线，第6页，3.1ISA，EISA系统总线，3.1.1ISA工业标准总线，ISA是工业标准体系结构的缩写，它是对早期IBMPC/XT引入的8位总线结构的改进，在IBMPC/AT中扩展到16位，形成ISA。ISA是现代个人电脑的基础。当时，市场上的大多数电脑系统都采用了主架构。它有大量的接口卡，并且已经经历了286、386、486和奔腾代的微型计算机。第7、1页。ISA总线特性，8位XT总线插槽由62个引脚组成，用于8位插卡；16位总线由一个额外的36线扩展插头组成。这种输入/输出插槽方法可以支持8位卡和16位卡。2。ISA总线插槽图，第8、3页。ISA总线性能指标，8/16位数据线24位地址线直接可寻址内存容量为16MBI/O地址空间0100 h 03 FF H6236引脚最大时钟频率8MHZ最大稳态传输速率16MB/S支持中断功能支持DMA通道功能开放总线结构，允许多个功能模块共享系统资源，第9页。4.国际海底管理局总线信号，第10页，第11页，国际海底管理局总线引脚A，B (8位插槽)信号定义，第12页，国际海底管理局总线引脚C，D (16位扩展插槽)信号定义，第13页，国际海底管理局总线主信号描述(1)，复位，BCLK:复位和总线基本时钟，BLCK=兆赫。SA19-SA0:内存中的20位地址和带锁存的输入/输出空间。LA23-LA17:无锁存的内存和输入/输出空间高7位地址。BALE:总线数据锁存器，外部锁存器的门。AEN:允许地址，表示中央处理器放弃总线，直接内存存取开始控制总线。SMEMR#，smemw #: 8位ISA存储器读写控制。MEMR#，内存#: 16位内存读写控制。SD15-SD0:数据总线，当访问16位ISA卡时，高8位自动传输到SD15-SD8。SBHE#:允许高字节，SD15-SD8数据路径打开。内存16#，国际奥委会S16 #: ISA卡发送此信号以确认16位传输是可能的。第14页，ISA总线主信号描述(2)，I/OCRDY: ISA卡就绪，如果没有就绪，可以控制插入等待时间。OWS#:不需要等待状态；当它为低电平时，不插入等待时间。I/ochck #: isa卡奇偶校验错误信号。当它低的时候会有错误。IRQ15、IRQ14、IRQ12-IRQ9、IRQ7-IRQ3:中断请求。DRQ7-DRQ5，drq3-drq0: isa卡DMA请求。DACK7#-DACK5#，Dack3 #-Dack0 #: DMA请求响应。主控#:由想占用总线的设备控制；如果是低电平，总线将被控制成为主模块。总线操作(时序图):输入/输出标准读/写周期：IOCHRDY:高电平准备OWS:零等待正常操作是六个时钟周期。同步总线操作模式。第16页，输入/输出扩展读/写周期：第17页，第6页。ISA总线的微机系统结构，第18页，3.1.2MCA总线(微通道架构)。为了解决低性能总线和高性能CPU之间的矛盾，IBM在1987年为PS/250 80386CPU设计了一种完全不同于ISA总线的微通道体系结构，即MCA总线体系结构，它与ISA总线不兼容。MCA总线，也称为PS/2总线，分为16位总线和32位总线。MCA总线可以充分利用386和486CPU的强大处理能力，大大提高了PC机的整体性能。然而，由于IBM没有披露其技术数据，并试图通过专利被该公司控制，所以它不能被广泛使用。功能：32位总线寻址范围：232最大传输速率：40MB多主总线，第19页，3.1.3EISA扩展工业标准结构总线。为了打破IBM的垄断，1988年9月，九家公司，康柏、东方、爱普生、惠普、奥利维蒂、NEC等。联合推出兼容性更好的总线。该总线不仅具有多通道接口功能，而且完全兼容ISA结构。这是扩展行业标准架构(EISA)总线。1.EISA巴士特色：开放式建筑。EISA与国际海底管理局兼容。现有的ISA扩展卡可以在EISA总线上使用。32位地址字段的直接地址范围是4GB。32位数据线，最大时钟频率为8.33兆赫兹。最大传输速率为33MB/S(8.33兆32位/8)。EISA插槽兼容ISA和EISA卡，因此EISA总线插槽和ISA插槽在结构上具有相同的长度和宽度，内部设计为双层引脚结构。第20页，功能2。EISA总线：第21页，3.2局部总线(PCI，VESAVL)，3.2.1VESA局部总线，随着80486和奔腾高性能CPU的出现，其内部处理速度大大提高，再加上高速缓存和数字协处理器FPU的集成，高速CPU和内存访问以及缓慢的I/O操作已经成为PC技术的瓶颈；随着多媒体的出现，要求图形和高速显示更快地传输大量信息。然而，无论是ISA还是EISA总线都不能解决这些问题。1992年，VESA(视频电子标准协会视频电子标准协会)与60多家公司合作，在个人电脑总线上进行了第五次创新，并推出了VESAV1.0，这是一种用于VESALocalBus(简称VL总线)的本地总线标准。在第22页，1。1的特性。VESA本地总线：支持16兆赫至66兆赫的时钟频率。数据宽度为32位，可以扩展到64位。与中央处理器同步工作时，总线传输速率最高为132兆字节/秒。中央处理器是直接驱动的，负载有限，开放性差。第23页，将一些外围设备直接挂在中央处理器上，并与中央处理器同步工作，而无需通过ISA或EISA总线。这种总线使输入/输出速度随着中央处理器速度的不断加快而加快。本地巴士：本地巴士结构？第24页，3.2.2.PCI总线。1991年下半年，英特尔公司首次提出了PCI(外设部件互连总线)总线的概念，并于1993年与IBM、Compag、AST、HP、DEC等公司联合推出了PCI局部总线标准，这是局部总线的最新技术。PCI并不直接连接到微处理器，而是使用一个桥接器将PCI连接到中央处理器总线。因此，PCI是微处理器总线和标准扩展总线之间的总线结构。由于PCI与CPU总线隔离，本地总线信号经过桥接器和控制器后，将PCI与CPU本地总线隔离，因此不会出现VL总线引起的负载增加和微处理器过热的问题。同样，由于PCI没有本地总线的负载问题，它允许主板有10个芯片组负载，第25页，1。典型PCI局部总线的PCI/ISA系统结构，第26页，第27页，第2页。PCI总线插槽、外形规格、总共62条引线(64位PCI为94条)包括信号：系统接口信号(时钟、复位等)。)地址和数据(多路复用)信号(AD0-AD31)接口控制信号(主从设备控制信号等。)，总线仲裁信号(总线请求，总线使能)，错误报告信号(系统错误，奇偶校验错误)，中断控制信号(中断请求)，64位总线扩展信号(AD32-AD63，字节选择，等等。)缓存支持信号，第28页，第3版。目前，PCI总线可分为PCI1.0和PCI2.0。PCI1.0: 32位总线，时钟频率33兆赫兹，最大总线传输速率3233/8=132兆字节/秒。PCI2.0: 64位总线，时钟频率66兆赫兹，最大传输速率528兆字节/秒。最新版本为PCI2.2，第29页，第4页。PCI总线特征，通过PCI桥连接到中央处理器，总线独立于微处理器；总线宽度：32/64位高传输速率：32位PCI总线：133兆字节/秒，64位PCI总线：266兆字节/秒，支持突发式传输。全自动配置全自动资源分配的PCI卡有一个设备信息寄存器组为系统提供卡信息，可以实现即插即用。事实上，PCI已经成为英特尔即插即用(PnP)规范的一个模型。这意味着PCI卡上没有跳线和开关，而是由软件进行配置。第30页，PCI总线特性(2)，扩展卡支持两种电压：5v和5v，3.3v由于信号缓冲，PCI可以支持10种外设，并在高时钟频率下保持最高传输速率。支持集中式总线仲裁。所有的PCI设备都可以用作主控总线。5.PCI关键技术：南北桥结构，南北桥结构一般由两个芯片组成，即北桥芯片和南桥芯片。简单地说，桥是总线转换器和控制器。它通过网桥将各种微处理器总线转换成PCI标准总线，从而实现各种微处理器总线的连接。桥内有兼容的协议和缓冲电路，用于总线信号线和数据将一条总线映射到另一条总线。北桥和南桥之间的通信也通过PCI总线完成。北桥芯片：主要负责管理中央处理器、内存和AGP接口之间的数据传输，为高速缓存、PCI、AGP和ECC纠错提供高速通道。北桥芯片通常位于中央处理器插槽附近。南桥芯片：负责管理集成开发环境和输入输出设备接口，为高级电源管理、通用串行总线等提供工作平台。目前的南桥芯片还集成了多媒体功能，并集成了AC972.0(符合PC98的基本音频规范)/声霸兼容音频处理等。第32、6页。PCI总线信号和时序(PCI总线引线)，高密度连接器，分为基本插座(32位)和扩展插座(64位)。第33、6页。PCI总线信号和时序(信号描述)、系统接口信号CLKIN:PCI系统总线时钟高达33MHz/66MHz，大多数PCI信号在CLK上升沿有效。地址和数据接口信号ad 31336000 t/s:它们是地址和数据多路复用的输入/输出信号。T/S:表示双向三态输入/输出驱动信号。在对帧#有效的第一个时钟，即31336000上，传输一个32位地址，称为地址周期。当IRDY#和TRDY#都有效时，32位数据在ad 31336000上传输，这称为数据周期。它们是总线命令和字节使能多路复用信号线。部分/秒：用于ad 31336000和3:0奇偶校验的奇偶校验位。第34页，接口控制信号，帧#S/T/S:帧周期信号S/T/S:持续三态，指示持续和低电平有效三态信号。IRDY#S/T/S:主设备就绪信号TRDY#S/T/S:从设备就绪信号STOP#S/T/S:从设备请求主设备终止当前数据传输的信号。锁定信号当信号有效时，它表示驱动它的设备的操作可能需要多次传输才能完成。初始化设备选择信号。仲裁接口信号REQ#T/S:总线占用请求信号GNT#T/S:总线占用许可信号错误报告接口信号PERR#S/T/S:数据奇偶校验错误报告信号SERR#O/D:系统错误报告信号，第35页，中断接口信号，PCI有4条中断线路，分别为INTA#，INTB#，INTC#，INTD#，电平触发器，多功能设备可以随意选择一条或多条中断线路，单功能设备只能使用INTA#。64位总线扩展信号ad 6:32 t/s:扩展32位地址和数据多路复用线路C/BE7:4#T/S:总线命令和字节使能多路复用扩展信号线REQ64#S/T/S，64位传输请求信号ack 64 # s/t/s: 64位传输使能信号PAR64T/S:奇偶校验双字节检查，第36页。PCI总线访问时序，第37页，第38页，第39页，第40页，第7页。PCI总线命令和配置、总线命令输入/输出和存储器读写控制信号都由命令代码给出。命令代码出现在:0的4行。有12种类型的命令中断响应、内存读/写、IO读/写、配置读/写等。总线传输机制用于存储器读/写。突发传输(地址必须连续)用于存储器读/写，包括一个地址周期和多个数据周期。输入/输出读/写不支持突发传输，并且一次只能读/写一个数据。第41、7页。总线命令。当地址周期C/BE :0 #行有效时，总线命令被解码，指示事务的类型。1100多次内存读取只要FRAME#有效，内存管道应保持连续，以便传输大量数据。1111次高速缓存写入，一次一个缓存块。第42页，PCI总线配置目的：为了实现设备的自动配置，当PnP微型计算机启动时，配置软件将扫描PCI总线以确定哪个设备存在。设备配置要求是什么？每个PCI设备都有一个(256字节)配置存储区，包括64个32位配置寄存器。前16个寄存器(标题区)的格式由PCI标准化组织定义。48个寄存器的格式由制造商定义。标题区的内容包括：设备标识信息(操作系统用来自动定位驱动程序)、厂商/设备标识、版本、子系统厂商标识、子系统标识设备分类代码、设备控制信息设备状态信息库地址寄存器(用来映射设备使用的存储区或输入/输出地址区)、第43页、PCI配置空间、PCI总线实现自动参数设置的功能。每个PCI设备必须提供256