微型计算机总线.ppt.ppt.ppt

微型计算机总线,微型计算机总线,Unibus总线1970年美国DEC公司在其PDP11/20小型计算机上采用。总线结构在系统设计、生产、使用和维护上都显示出其优越性。,采用总线结构主要有以下优点：,便于采用模块结构设计方法，简化了系统设计；标准总线可以得到多个厂商的广泛支持，便于生产与之兼容的硬件板卡和软件；模块结构方式便于系统的扩充和升级；便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。,总线基本概念：,总线定义总线上信息传送规则总线基本收发器件总线分类总线主要性能指标总线标准与规范总线数据传输,一.总线定义计算机系统中，模块与模块，设备与设备之间传输交换信息的公共通道。,二.总线上信息传送规则同一时刻只能有一个信息源（模块或设备）发送信息；多模块传输信息采用分时操作。,三.总线基本收发器件,三态缓冲器锁存器发送设备通过三态缓冲器与总线连接；接收设备通过三态缓冲器（同步）或锁存器（异步）接到总线。,四.总线分类,按不同的范畴分类常用以下几种：1.按信息传输性质分2.按所处位置分,1.按信息传输性质分,数据总线：双向，有8根（字节），16根（字），32根（双字）；地址总线：单向，由CPU发出，指定信息源或目的的地址。有20根（8086），24根（80286），32根（80386及以后的CPU）；控制总线：单双向都有，控制读写，数据传输，联络，总线判决和中断控制等功能。,2.按所处位置分,片内总线：芯片内用于各功能单元连接；片总线：插件板内用于各芯片连接；系统总线：微机系统内各功能插件板连接；外总线：微机系统间，微机系统与其他仪器设备间的连接。,五.总线主要性能指标,总线频率：总线工作时钟频率，单位为MHz；总线位宽：总线数据线的根数，有8，16，32，64位之分；总线带宽：即总线传输率，单位为MB/S。,三者关系为:,总线带宽=总线位宽总线频率Mb/S总线带宽=1/8总线位宽总线频率MB/S,六.总线标准与规范,制定标准的出发点：使与该总线连接的各厂家的各种产品电路板都能正常使用，即在机械结构，电气及逻辑等方面均达到统一。制定标准的机构：一些国际级，国家级或相关行业协会及公认的著名企业联合会。,总线标准与规范内容,机械结构规范：规定模板尺寸、插头、连接器的形状、尺寸等规格位置；功能结构规范：规定每个引脚名称、功能、时序及适用协议；电气结构规范：规定信号的逻辑电平、最大额定负载能力及电源电压等。,七.总线数据传输,总线数据传输有以下几种方式：1.同步传输2.异步传输3.半同步传输4.分离式传输,同步传输：收发部件以系统时钟作为控制数据传输的时间标准。一次传输所需的时间是固定的，即传输传输周期固定。严格地按部就班地进行读写操作，地址和数据出现的时刻是严格的。,异步传输：不依赖系统时钟，采用应答式传输技术。用请求（REQ）和应答（ACK）协调传输过程，常用全互锁异步总线协定。全互锁：完全用一问一答方式联络协调，一方下一个动作必须在对方的指示或应答有效后才进行。,发方数据有效时,使READY有效收方收到READY有效才开始接收数据收方取走数据后使ACK有效，表示数据已收到发方收到ACK有效，撤除数据线,并使READY=0收方测到READY=0即通知发方开始新的周期收方收使ACK=0，即开始下一总线周期,半同步传输：总体看是同步系统。传输,用系统时钟同步，但对慢速设备可延长传输数据的周期。方法是采用增加一条信号线（WAIT或READY）控制是否增加（插入）等待周期来延长传输周期。,分离式传输：将一个读周期分解成二,个分离子周期，提高总线传输率。第一子周期主模块发完地址，命令即释放总线，使其他模块能使用总线；第二子周期地址选中的从模块准备就绪即启动进行同步高速信息传输。,PC机中系统总线PC/XT总线1981年IBM推出8位,适用于以8088为CPU的PC/XTPC机PC/AT总线1984年IBM推出以80286为CPU的16位PC机总线(未公布)ISA总线同期,Intel、IEEE和EISA集团联合开发出与AT总线相近的ISA工业标准结构总线,ISA总线主要性能：I/O空间0100H03FFH；24位地址线，16MB寻址空间8/16位数据线62+36引脚最大位宽16位8MHz时钟频率带宽16MB/S具有中断和DMA通道功能,IBM公司专为其PS/2系统开发的32位微通道总线结构。由于与老的PC机总线不完全兼容,并且执行的是使用许可证制度，因此未能得到有效推广。,MCA总线,1988年compaq、AST、EPSON等推出32位微机总线的，结构与ISA总线兼容，与IBM的MCA总线抗衡。Intel为其推出一套配套芯片。,EISA总线主要性能：开放结构，与ISA总线兼容32位地址线，4GB寻址能力32位数据线最大时钟频率8.3MHz带宽33MB/S,EISA总线,VESA组织(1992年由IBM、Compaq等发起，有120多家公司参加,按LocalBus(局部总线)标准设计的一种开放性总线。,VESA总线,一.概述1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。,PCI总线,二.PCI总线主要性能：,总线时钟频率：33.3MHz/66MHz带宽：时钟频率33.3MHz位宽32位时为133MB/s，位宽64位时为266MB/s时钟频率66MHz位宽32位时为266MB/s，位宽64位时为532MB/s总线宽度：32位（5V）/64位（3.3V）时钟同步方式独立于处理器与CPU及时钟频率无关,其它特点：支持突发式读写方式，提供首地址即可顺序读写数据。支持并发操作，CPU和PCI可并行工作。PCI控制器能自动执行数据缓冲区到外设的传输，无须CPU干预。,支持总线主控技术。允许主控部件（智能设备或多处理器中任一处理器）取得总线控制权，加速数据传输。具有自动配置功能，支持即插即用。支持5V和3.3V扩展卡，由插槽结构保证。PCI2.2版支持热插拔。,三.PCI总线系统结构,CPU总线和PCI总线由桥接电路（习惯上称为北桥芯片）相连。PCI总线和ISA/EISA总线之间也通过桥接电路（习惯上称为南桥芯片）相连。,PCI桥路：,实现控制PCI总线的全部控制，PCI桥路与CPU接口引入先进先出（FIFO）缓冲器，使PCI上的部件与CPU并发工作。,将PCI总线转换为标准总线桥路内含有:8259中断控制器8254定时/计数器8237DMA控制器等可编程电路,标准总线桥路：,桥路芯片组举例：intel815EP芯片组,intel815EP芯片组支持intelP3CPU，不支持ISA总线。有下列芯片：82815EPMCH82801BA,82815EPMCH：内含SDRAM控制器、CPU总线接口、AGP接口、时钟和中心接口（Hbinterface）,82801BA：内含PCI接口、处理器接口、两个8259中断接口、IDE接口、USB控制器、中心接口（Hbinterface）、两个8254定时/计数器、两个8237DMA控制器,四.PCI总线基本引脚和扩展引脚,必备信号（左边）49条可选信号（右边）51条,包含电源、地、保留引脚：总引脚数120条,不含电源：,PCI总线通过PCI插槽与I/O板卡连接,PCI应用系统：32位应用系统用左边的必备信号即可（主设备49根，从设备47根）64位应用系统接口信号为必备信号可选信号（共100根）,PCI总线信号线注释：32位数据线4根C/BE3：0线指定4个字节64位数据线C/BE7：4和C/BE3：08根选择线确定8个字节PCI总线数据传输控制基本上由三条线控制：FRAME#：由主设备驱动，控制一次数据传输周期的起始和结束。IRDY#：由主设备驱动，低电平有效，高电平允许插入等待周期。TRDY#：由从设备驱动，低电平有效，高电平允许插入等待周期。,PCI总线周期：CLK时钟同步控制1.主设备发出FRAME#有效信号，PCI总线周期开始，每个周期由一个地址期多个数据期组成；2.PCI总线周期开始，首先是地址期，主控器送出地址线和总线命令（C/BE）；3.下一周期若IRDY#，TRDY#有效，则按C/BE字节读/写选中的字节数据；4.以后在CLK控制下逐个传输后续数据；5.当FRAME#高电平，IRDY#低电平则表示本数据传输周期最后一个数据期。,即插即用功能的保障资源：地址空间，中断号和DMA通道号计算机对功能板卡的资源配置：早期PC机：由用户通过跳线或拨动开关来设置Pentium以上PC机：计算机自动配置（PlugandPlay）,降低了对用户的要求。,五.PCI配置空间,PCI板卡即插即用原理：,每一块PnP板卡上都有一组称为配置空间的寄存器。其中保存有对系统资源的需求参数。Windows9X系统启动时，由BIOS引导程序读出这些参数，经对每块板卡对资源的需求进行综合后，对整个系统资源进行分配。,PCI配置空间：长度为256字节,其内容为：1.设备单元识别码2.扩展ROM基地址3.销售商识别码4.中断线、中断引脚5.修正识别码寄存器、类代码寄存器6.PCI命令字7.PCI状态字8.cache线大小寄存器9.基地址寄存器,六PCI新标准,PCIX是PCI总线的扩展架构PCIX的性能比PCI总线提高14一35总线频率:66MHZ，100MHZ和133MHZ带宽分别是533MBs，800MB/s和1066MBsPCIX总线有着很好的向下兼容性,USB总线,USB(UniversalSerialBus)通用串行总线,USB是由Intel、IBM、Microsoft、Compaq、Digital、NEC、NorthernTelecom七家公司联合推出的一种串行总线规范.,背景,1996推出USB1.0版本：低速15MbPs、高速12MbPs20004推出USB2.0版本：低速15MbPs、全速12MbPs、高速达480MbPs,基本思想：利用通用连接器热插拔，即插即用的简单快速连接，资源自动配置，资源共享.基本要求：易用性：即插即用、热插拔端口可扩充性：具有端口不断扩充性，可快速、动态连接和低价格特点兼容性：支持高速与低速数据智能与一般外设有源与无源设备,主要内容：,一.USB的主要特点二.USB设备连接器协议三.接口信号线四.USB系统组成五.USB插拔接通关闭过程六.USB拓朴结构七.USB数据流类型和传输类型,1即插即用，可自动识别总线上的设备并为其配置软件和硬件资源。2可以动态连接和重新配置外设，支持热插拔功能。3总线上的设备的传输带宽可以从几Kbps到几百Mbps，速率最高可达480Mbpss。,一.USB的主要特点,4允许最多达127台USB设备同时操作。5可向USB总线上设备供电，USB设备也可自备电源。6具有很高的容错性能，协议中规定了出错处理和差错恢复机制。此外USB总线还具有使用灵活、性价比高等特点。,二.USB设备连接器协议,连接器：由插头和插座构成，为A系列B系列两种。A系列连接器：用于与主机连接B系列连接器：用于与设备连接,USB图标：插头上提供凹凸型图标，方便用户使用。,一般由厂商提供，电缆一端为A系列插头，另一端为B系列插头（与设备上系列B插座连接）。,USB设备标准可分离电缆：,高速设备用双绞数据对，非双绞电源对的屏蔽电缆，低速设备可用平行非屏蔽电缆。,红电源线，+5V（4.755.25V）黑地线绿D+高速设备端有有上拉电阻，Hub端有下拉电阻白D-低速设备端有有上拉电阻，Hub端有下拉电阻注：D+、D-为数据的半双工差分信号线下拉电阻保证Hub端口无设备连接时,电压接地为零吸入最大电流500mA,三接口信号线（4根）,主机第一次从D+、D-检测到设备时,设备吸入电流2.5V，持续2.5S，则设备连接端口,四USB系统组成,1.硬件：USB主控器/集线器（USBHC/RH），于主机中。USB集线器（USBH）USB设备：Hub设备功能设备接在Hub上的外设。,USB设备驱动程序（客户驱动软件）用于和某一特定的USB设备进行通信，常为操作系统一部分或由厂商提供USBDUSB系统驱动软件一般捆绑于操作系统，用于判断决策指挥层。HCD（HostcontrollerDriver）主控器驱动程序,完成对USB交换的调度，通过根Hub或其它Hub完成对交换的初始化。,2.软件,五USB插拔接通关闭过程,接通过程须经过5个状态：连接状态上电状态默认状态地址状态配置状态，设备即可使用。关闭过程比较简单，主机测到USB设备插头拔离Hub，设备进入无能状态，即关闭端口。,USB接设备于总线HubHub通知主机发生设备接入事件，设备处于连接状态，Hub与该设备相接端口处于关闭状态。主机检测Hub确认设备接入事件和接入端口。主机使能（允许）该端口传送一个RESET命令。Hub向端口送持续100mSRESET信号，结束时端口被打开。Hub提供100mA电流给USB设备，USB设备进入上电状态，响应默认地址。,USB访问默认管道（端点0），主机读设备描述符获得有关信息（最大数据传输量）。主机给USB设备分发一唯一地址，设备进入地址状态。主机读取设备配置信息。主机分析读取的配置信息向设