微机总线与标准ppt课件

1、第第4章章微机总线与规范微机总线与规范计算机教学实验中心计算机教学实验中心主要内容掌握：掌握：总线的根本概念和分类；总线的根本概念和分类；总线的系统构造总线的系统构造总线的主要功能及原理；总线的主要功能及原理；常用系统总线规范；常用系统总线规范；通用串行总线通用串行总线USB4.1 4.1 总线的根本概念总线的根本概念n总线概念；总线概念；n总线分类及其特点总线分类及其特点总线的普通概念n总线是一组导线和相关的控制、驱动电路总线是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。的集合。n总线是计算机系统各部件之间传输地址、总线是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。数据和控制信息的通道。n

2、任一时辰，只能有一个部件任一时辰，只能有一个部件/ /设备经过总线设备经过总线发送数据，其他部件只能处于接纳形状。发送数据，其他部件只能处于接纳形状。总线的分类及特点n按传送信息的类型划分按传送信息的类型划分n数据总线数据总线Data Bus，DBn传输数据信息，双向三态传输数据信息，双向三态n其宽度决议了其数据传输才干其宽度决议了其数据传输才干n例如，例如，ISA总线为总线为16位，位，PCI总线为总线为32/64位位n地址总线地址总线Address Bus，ABn传输地址信息，单向三态传输地址信息，单向三态n其宽度决议了微机系统的寻址才干其宽度决议了微机系统的寻址才干n例如，例如，ISA为

3、为24位，可寻址位，可寻址16MB；PCI为为32/64位，可寻址位，可寻址4GB/224TBn控制总线控制总线Control Bus，CBn传输控制信号、时序信号和形状信号传输控制信号、时序信号和形状信号n特点各异：三态、入特点各异：三态、入/出出/双向等特性均不一样双向等特性均不一样 总线的分类及特点续n按总线的层次构造按总线的层次构造nCPU总线总线/前端总线前端总线FSBn直接由直接由CPU引脚引出的总线，例如，引脚引出的总线，例如，P4 CPU与与GMCH北桥北桥之间的总线之间的总线n部分总线只出如今部分总线只出如今80386以后的微机系统中以后的微机系统中nCPU总线与系统总线之间

4、的总线总线与系统总线之间的总线n它一侧经过北桥与它一侧经过北桥与CPU总线衔接，另一侧经过南桥与系统总线总线衔接，另一侧经过南桥与系统总线衔接，例如衔接，例如PCI总线总线n系统总线系统总线n与总线扩展槽衔接的总线，如与总线扩展槽衔接的总线，如ISA和和EISA总线总线n外部总线外部总线n主机与外设之间的总线，如主机与外设之间的总线，如USB和和IEEE4n其他其他nAGP，公用视频接口，公用于显卡与内存之间的数据传输，公用视频接口，公用于显卡与内存之间的数据传输nSCSI，规范的设备接口，可衔接，规范的设备接口，可衔接15台外设台外设nIDE/EIDE，外部存储设备接口，每个接口可衔接，外部

5、存储设备接口，每个接口可衔接2台设备台设备4.2 4.2 总线的构造总线的构造n系统各部件与总线的衔接方式系统各部件与总线的衔接方式n 单总线构造单总线构造n 双总线构造双总线构造n 多总线构造多总线构造单总线构造CPU M M I/O I/O I/On缺陷：高速的存储器与低速的缺陷：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影接口竞争总线，影响了存储器的读写速度响了存储器的读写速度双总线构造n面向面向CPU的双总线构造的双总线构造CPU M I/O I/O I/On缺陷：存储器与缺陷：存储器与I/O设备的数据传输必需经过设备的数据传输必需经过CPU双总线构造n面向存储器的双总线构造面向存储器的

6、双总线构造CPU M I/O I/O I/O多总线构造n系统中拥有两个以上的总线系统中拥有两个以上的总线4.3 4.3 总线的根本功能总线的根本功能n数据传送控制数据传送控制n仲裁控制仲裁控制n数据校验与纠错数据校验与纠错n隔离与驱动隔离与驱动一、总线传送控制n同步方式同步方式n收、发双方严厉地按一致的基准时钟信号执行收、发双方严厉地按一致的基准时钟信号执行相应的动作相应的动作n不适宜于在同一系统中既有高速部件又有低速不适宜于在同一系统中既有高速部件又有低速部件的环境部件的环境nPCI总线属于同步方式总线总线属于同步方式总线n异步方式异步方式n传输过程无需一致时钟的同步，用传输过程无需一致时钟

7、的同步，用“恳求和恳求和“应对信号来协调应对信号来协调n传输速度慢传输速度慢n半同步方式半同步方式n总体上仍是同步方式总体上仍是同步方式(运用基准时钟运用基准时钟)，传输操，传输操作与时钟同步作与时钟同步n设置设置“等待形状线，在无法按时完成操作时，等待形状线，在无法按时完成操作时，用此形状线强迫对方延伸一个或多个时钟周期用此形状线强迫对方延伸一个或多个时钟周期nISA总线即属于半同步方式总线总线即属于半同步方式总线同步方式的时序地址地址数据数据时钟时钟总线周期总线周期总线周期总线周期时钟周期时钟周期异步方式的时序地址地址/数据数据(发送方发送方)恳求恳求(接纳方接纳方)应对应对半同步方式的时

8、序地址地址数据数据时钟时钟就绪就绪等待一个时钟周期等待一个时钟周期二、总线的仲裁控制n多个设备都要运用总线时，决议由哪个设备运多个设备都要运用总线时，决议由哪个设备运用总线的方法。用总线的方法。n80 x86微机中采用的是独立恳求方式微机中采用的是独立恳求方式链式查询方式链式查询方式独立恳求方式独立恳求方式三、总线隔离与驱动n不操作时把功能部件与总线隔离不操作时把功能部件与总线隔离n同一时辰只能有一个部件发送数据到总同一时辰只能有一个部件发送数据到总线上线上n提供驱动才干提供驱动才干n数据发送方必需提供足够的电流以驱动数据发送方必需提供足够的电流以驱动多个部件多个部件n提供锁存才干提供锁存才干

9、n 信息缓存和信息分别信息缓存和信息分别总线电路中常用的芯片n三态总线驱动器三态总线驱动器n驱动、隔离驱动、隔离n单向、双向单向、双向n锁存器锁存器n信息缓存有些同时具有总线驱动才干信息缓存有些同时具有总线驱动才干n信息分别如地址与数据的分别信息分别如地址与数据的分别三态总线驱动器输入输入输出输出OE输入输入输出输出OE输入输入输出输出OE输入输入输出输出OE典型总线驱动器芯片n8286 / 74LS245 8双向总线驱动器双向总线驱动器n内部包含内部包含8个双向三态门个双向三态门828674LS245A0A1A2A3A4A5A6A7OEB0B1B2B3B4B5B6B7TnOE：输出允许。n

10、T： 方向。 T=0，BA；T=1，AB典型总线驱动器芯片n74LS244 8总线驱动器总线驱动器n内部包含内部包含8个单向三态门，分为两组分别控制个单向三态门，分为两组分别控制74LS244E1E21A11A21A31A42A12A22A32A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y41组输出组输出2组输出组输出1组输入组输入2组输入组输入锁存器DCPQQCP D Q Q 0 0 1 1 1 0DCPQOEOCP D Q 0 0 1 1ISTB典型锁存器芯片n8282 / 74LS373 具有三态正相输出的锁存器具有三态正相输出的锁存器n内部包含内部包含8个个D触发器触发器82827

11、4LS3738D锁存器锁存器DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STBDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OE四、总线的主要性能目的n总线带宽总线带宽B/S：每秒可传送的字节数：每秒可传送的字节数n总线位宽总线位宽bit： 一次传送的数据位数一次传送的数据位数n任务频率任务频率MHzn总线带宽总线带宽=总线位宽总线位宽/8任务频率任务频率例1：P4 CPU的FSB频率为400MHz或800MHz，位宽为64bit。 FSB带宽：40064/8=3.2GB/s 或 80064/8=6.4GB/s例2：PCI总线的频率为33.3MHz，位宽为32bit或64bit。 PCI

12、带宽：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s4.4 4.4 常用系统总线及外部总线常用系统总线及外部总线n常用系统总线规范常用系统总线规范nISA工业规范体系总线工业规范体系总线nIndustry Standard ArchitecturenPCI外围部件互连总线外围部件互连总线nPeripheral Component Interconnectn常用系统接口规范常用系统接口规范nAGP加速图形接口加速图形接口nAccelerated Graphics PortnIDE集成设备接口，又称集成设备接口，又称ATA接口接口nIntegrated Device Ele

13、ctronicsnSCSI小型计算机系统接口小型计算机系统接口nSmall Computer System Interface n外部总线外部总线nUSB通用串行总线通用串行总线nIEEE 4高性能串行总线高性能串行总线一、ISA总线n主要特性主要特性n16位数据线早期的为位数据线早期的为8位，已被淘汰位，已被淘汰n24位地址线可寻址位地址线可寻址16MB存储器存储器n时钟频率时钟频率8MHzn数据传输率数据传输率16MB/sn提供提供11个中断恳求输入个中断恳求输入n提供提供7个个DMA通道通道n用于用于80286PIII个别个别P4微机也支持微机也支持ISA总线插槽n外形见P121，共98

14、个引线n主要引线信号：nSA0SA19锁存的，LA17LA23非锁存的地址nSD0SD15数据nSBHE高字节允许nMEMR、MEMWnIOR、IOW nAEN地址允许，1表示处于DMA控制周期nIRQ3IRQ7、IRQ9IRQ11、IRQ14、IRQ15 nDRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7nDACK0DACK3、DACK5DACK7 n注：ISA总线的DMA操作和I/O操作运用一样的地址线、数据线和I/O读写控制线IOR和IOW，所以AEN应参与I/O地址译码。简单的ISA总线接口(输入接口)D7-D0D7-D0A/D转换器转换器模拟量输入STARTREADY数字量输出INE1 E21Y2

15、Y1A2A74LS244CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS1100 0000 0000 0000B 1100 0000 0010B转换终了启动转换D0C000H 读数据读数据C001H 启动转换启动转换C002H 读转换形读转换形状状A2A1A01A13-A3&A15A14AENIORISA总总线线简单的ISA总线接口(输出接口)驱动驱动电路电路D7-D0CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LSA2A1A01A13-A3&A15A14AENIOWISA总总线线STBOE74LS373DI7DI0DO7 DO0发光发光器件器件组合

16、组合C000H 改动灯光图案款式改动灯光图案款式选通选通二、PCI总线n独立于微处置器；独立于微处置器；n支持即插即用功能；支持即插即用功能；n经过经过PCI桥与桥与CPU衔接北桥衔接北桥n总线宽度：总线宽度：32/64位；位；n任务频率：任务频率：33.3MHz/66.6MHzn传送速率：传送速率：n32位位PCI总线：总线：133MB/s，266MB/sn64位位PCI总线：总线：266MB/s，533MB/s PCI总总线体系线体系PCI总线插槽总线插槽n外形见P124，共62根引线64位PCI有94根n包括：n系统接口信号时钟、复位等n地址与数据复用信号AD0-AD31n接口控制信号主

17、从设备控制信号等n总线仲裁信号总线恳求、总线允许n错误报告信号系统错、奇偶错n中断控制信号中断恳求n64位总线扩展信号AD32-AD63、字节选择等n高速缓存支持信号PCI总线总线n总线命令总线命令nI/O和存储器读写控制信号都是经过命令码给出和存储器读写控制信号都是经过命令码给出n命令码出如今命令码出如今C/BE3:0这这4根线上根线上n共有共有12种命令种命令n中断呼应、存储器读中断呼应、存储器读/写、写、IO读读/写、配置读写、配置读/写、等写、等等等n总线传输机制总线传输机制n存储器读写采用突发传输要求地址必需延续存储器读写采用突发传输要求地址必需延续n包括一个地址期和多个数据期包括一

18、个地址期和多个数据期nI/O读写不支持突发传输，每次仅读写一个数据读写不支持突发传输，每次仅读写一个数据PCI总线总线nPCI总线配置总线配置n目的：实现设备的自动配置、加载目的：实现设备的自动配置、加载PnPn微机启动时，配置软件将扫描微机启动时，配置软件将扫描PCI总线总线n确定有哪些设备，设备配置要求是什么确定有哪些设备，设备配置要求是什么n每个每个PCI设备都有一个配置存储区设备都有一个配置存储区n包括了包括了64个个32位配置存放器位配置存放器n前前16个存放器标题区的格式由个存放器标题区的格式由PCI规范化组织定义规范化组织定义n后后48个存放器的格式由厂家自行定义个存放器的格式由

19、厂家自行定义n标题区的内容包括：标题区的内容包括：n设备识别信息被设备识别信息被OS用来自动定位驱动程序用来自动定位驱动程序n厂商厂商/设备标识、版本、子系统厂商标识、子系统标识设备标识、版本、子系统厂商标识、子系统标识n设备分类代码设备分类代码n设备控制信息设备控制信息n设备形状信息设备形状信息n基址存放器用于映射设备运用的存储区域或基址存放器用于映射设备运用的存储区域或I/O地址区域地址区域PCI总线总线nPCI BIOSnOS、运用程序、驱动程序不能直接访问、运用程序、驱动程序不能直接访问PCI配配置存放器，必需经过置存放器，必需经过PCI BIOS访问访问n提供了一组访问提供了一组访问

20、PCI的函数的函数n16位实方式下经过位实方式下经过INT 1AH中断来调用中断来调用nAH=0B1H，AL=子功能号子功能号n子功能有子功能有13个，包括：个，包括：nPCI BIOS检测、查找检测、查找PCI设备、读设备、读/写配置信写配置信息、分配中断等息、分配中断等三、AGP接口n不是系统总线不是系统总线n高速图形接口，在视频卡与内存之间提供一条直接的通路不再经过高速图形接口，在视频卡与内存之间提供一条直接的通路不再经过PCI传输，传输，32位位PCI的传输速率最高的传输速率最高266MB/s。n图形、纹理、图形、纹理、Z轴间隔、轴间隔、Alpha变换等数据的数据量为变换等数据的数据量

21、为370840MB/sn4种方式留意：种方式留意：1X/2X与与4X/8X不兼容，不兼容，3.3V/1.5Vn1X66MHz，266MB/sn2X133MHz，533MB/s n4X266MHz，1066MB/s n8X533MHz，2133MB/s n系统中只支持一个系统中只支持一个AGP扩展插槽点对点扩展插槽点对点四、IDE接口ATAn主要用于硬盘主要用于硬盘/光驱光驱/磁带驱动器磁带驱动器n现已开展为现已开展为EIDE加强的加强的IDE和串行和串行ATASATAn已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡n主板提供主板提供2-4个接口个接口n每接口可衔接每接口可衔接

22、2个硬盘主个硬盘主/从从n数据传输方式：数据传输方式：nPIO方式：方式：PIO0PIO43.3MB/s16.6MB/sn40针接口，扁平电缆针接口，扁平电缆n硬盘最大容量硬盘最大容量528MBnDMA方式：方式：DMA0DMA211MB/s16.6MB/sn40针接口针接口n硬盘最大容量硬盘最大容量8.4GBnUDMA方式：方式：UDMA3UDMA633.3MB/s133MB/sn80针接口，地线和信号线交叉陈列针接口，地线和信号线交叉陈列n经过特殊的扩展经过特殊的扩展BIOS，可支持，可支持200GB以上的硬盘以上的硬盘五、USB总线nUSB概略概略n主机与外设的通用接口，可用于不同的设备

23、主机与外设的通用接口，可用于不同的设备n串行、打包传送串行、打包传送n2根数据线电源地线根数据线电源地线n两个版本：两个版本：n1.112Mb/s，2.0480Mb/sn设备连线最长设备连线最长5米米n即插即用即插即用n必需求有必需求有USB主机存在，设备不能独立任务主机存在，设备不能独立任务USB总线的优点总线的优点n易于运用易于运用n即插即用，可热插拔；即插即用，可热插拔；nWindowsNT/2000/XP/2019下不需安装驱动程序下不需安装驱动程序n具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；n提供电源提供电源n5V，500mAn节省硬件资

24、源节省硬件资源nIRQ、I/O地址地址n易于衔接易于衔接n主板上提供主板上提供26个个USB接口，经过集线器最多可支持接口，经过集线器最多可支持127个外设个外设n4芯电缆芯电缆D、-D、+5V、GND USB总线的优点总线的优点n传送速率可满足大多数外设要求传送速率可满足大多数外设要求n1.5MB/s，12MB/s，480MB/s2.0n可靠性高可靠性高n能进展错误校验和控制，且由硬件实现能进展错误校验和控制，且由硬件实现n低本钱低本钱n主板已集成主板已集成USB接口接口n设备端的设备端的USB接口控制芯片很廉价接口控制芯片很廉价 n低功耗低功耗n不任务时可以自动进入休眠形状，并能自动恢复不

25、任务时可以自动进入休眠形状，并能自动恢复 USB设备及拓扑构造设备及拓扑构造nUSB设备设备n 集线器集线器 扩展接口数量扩展接口数量n 功能部件功能部件 即即USB设备设备n 复合部件复合部件n n拓扑构造拓扑构造n星形树形、级连星形树形、级连 USB接口任务原理nUSB系统分为两大部分：系统分为两大部分：USB主机、主机、USB设备设备nUSB主机主机n由由PC系统中的系统中的USB硬件和驱动程序组成；硬件和驱动程序组成；n整个微机中只能有一个整个微机中只能有一个USB主机；主机；n其接口称为其接口称为USB控制器；控制器；nUSB硬件在微机中被集成在南桥中。硬件在微机中被集成在南桥中。n

26、功能：功能：n检测检测USB设备的插拔操作设备的插拔操作n在主机与设备之间管理数据流在主机与设备之间管理数据流n通讯总是由主机发起，并由主机控制传输过程通讯总是由主机发起，并由主机控制传输过程n多个设备传输时，采用分时复用每个时间槽多个设备传输时，采用分时复用每个时间槽1msn错误检查错误检查CRC校验校验n为设备提供电源为设备提供电源USB接口任务原理nUSB设备设备n分为集线器和功能设备分为集线器和功能设备n集线器：集线器：1个上连端口和假设干个下连端口个上连端口和假设干个下连端口n自动探测设备的插拔并向自动探测设备的插拔并向USB主机报告主机报告n为下行设备分配电源为下行设备分配电源n分别高速数据流和低速数据流分别高速数据流和低速数据流n功能设备：可以从功能设备：可以从USB总线上收发数据的设备总线上收发数据的设备n包含本人的各种配置信息，以供包含本人的各种配置信息，以供USB主机查询主机查询n不能自动发起通讯不能自动发起通讯n功能：监视与本人的通讯