微型计算机硬件技术应用基础

1、微型计算机硬件技术应用基础微型计算机硬件技术应用基础2主要内容掌握：总线的基本概念和分类；总线的系统结构总线的主要功能及原理；常用系统总线标准；通用串行总线（USB）微型计算机硬件技术应用基础3 总线的基本概念总线概念；总线分类及其特点微型计算机硬件技术应用基础4总线的一般概念总线是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。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。任一时刻，只能有一个部件/设备通过总线发送数据，其他部件只能处于接收状态。微型计算机硬件技术应用基础5总线的分类及特点 按传送信息的类型划分数据总线（数据总线（Data Bus，DB）传输数据信息，双向三态其宽度决定了其

2、数据传输能力 例如，ISA总线为16位，PCI总线为32/64位地址总线（地址总线（Address Bus，AB）传输地址信息，单向三态其宽度决定了微机系统的寻址能力 例如，ISA为24位，可寻址16MB；PCI为32/64位，可寻址4GB/224TB控制总线（控制总线（Control Bus，CB）传输控制信号、时序信号和状态信号特点各异：三态、入/出/双向等特性均不相同 微型计算机硬件技术应用基础6总线的分类及特点（续） 按总线的层次结构 CPU总线总线/前端总线（前端总线（FSB） 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

3、的总线之间的总线 局部总线（只出现在局部总线（只出现在80386以后的微机系统中）以后的微机系统中） CPU总线与系统总线之间的总线总线与系统总线之间的总线 它一侧通过北桥与它一侧通过北桥与CPU总线连接，另一侧通过南桥与系统总总线连接，另一侧通过南桥与系统总线连接，例如线连接，例如PCI总线总线 系统总线系统总线 与总线扩展槽连接的总线，如与总线扩展槽连接的总线，如ISA和和EISA总线总线 外部总线外部总线 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IEEE1394 其他其他 AGP，专用视频接口，专用于显卡与内存之间的数据传输，专用视频接口，专用于显卡与内存之间的数据传输

4、 SCSI，标准的设备接口，可连接，标准的设备接口，可连接15台外设台外设 IDE/EIDE，外部存储设备接口，每个接口可连接，外部存储设备接口，每个接口可连接2台设备台设备微型计算机硬件技术应用基础7 总线的结构系统各部件与总线的连接方式 单总线结构 双总线结构 多总线结构微型计算机硬件技术应用基础8单总线结构CPU M M I/O I/O I/O缺点：高速的存储器与低速的缺点：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影响接口竞争总线，影响了存储器的读写速度了存储器的读写速度微型计算机硬件技术应用基础9双总线结构面向CPU的双总线结构CPU M I/O I/O I/O缺点：存储器与缺点：存储

5、器与I/O设备的数据传输必须通过设备的数据传输必须通过CPU微型计算机硬件技术应用基础10双总线结构面向存储器的双总线结构CPU M I/O I/O I/O微型计算机硬件技术应用基础11多总线结构系统中拥有两个以上的总线微型计算机硬件技术应用基础12 总线的基本功能数据传送控制仲裁控制数据校验与纠错隔离与驱动微型计算机硬件技术应用基础13一、总线传送控制同步方式 收、发双方严格地按统一的基准时钟信号执行相应的动作 不适合于在同一系统中既有高速部件又有低速部件的环境 PCI总线属于同步方式总线异步方式 传输过程无需统一时钟的同步，用“请求”和“应答”信号来协调 传输速度慢半同步方式 总体上仍是同

6、步方式(使用基准时钟)，传输操作与时钟同步 设置“等待”状态线，在无法按时完成操作时，用此状态线强制对方延长一个或多个时钟周期 ISA总线即属于半同步方式总线微型计算机硬件技术应用基础14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微型计算机硬件技术应用基础15异步方式的时序地址地址/数据数据(发送方发送方)请求请求(接收方接收方)应答应答微型计算机硬件技术应用基础16半同步方式的时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微型计算机硬件技术应用基础17二、总线的仲裁控制多个设备都要使用总线时，决定由哪个设备使用总线的方法。80

7、 x86微机中采用的是独立请求方式链式查询方式链式查询方式独立请求方式独立请求方式微型计算机硬件技术应用基础18三、总线隔离与驱动不操作时把功能部件与总线隔离同一时刻只能有一个部件发送数据到总线上提供驱动能力数据发送方必须提供足够的电流以驱动多个部件提供锁存能力 信息缓存和信息分离微型计算机硬件技术应用基础19总线电路中常用的芯片三态总线驱动器驱动、隔离单向、双向锁存器信息缓存（有些同时具有总线驱动能力）信息分离（如地址与数据的分离）微型计算机硬件技术应用基础20三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微型计算机硬件技术应用基础21典型总线

8、驱动器芯片 8286 / 74LS245 8双向总线驱动器内部包含8个双向三态门828674LS245A0A1A2A3A4A5A6A7OEB0B1B2B3B4B5B6B7TOE：输出允许。 T： 方向。 T=0，BA；T=1，AB微型计算机硬件技术应用基础22典型总线驱动器芯片74LS244 8总线驱动器内部包含8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组输入组输入微型计算机硬件技术应用基础23锁存器DCPQQCP D Q Q 0 0 1 1

9、1 0DCPQOEOCP D Q 0 0 1 1ISTB微型计算机硬件技术应用基础24典型锁存器芯片 8282 / 74LS373 具有三态正相输出的锁存器内部包含8个D触发器828274LS3738D锁存器锁存器DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STBDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OE微型计算机硬件技术应用基础25四、总线的主要性能指标总线带宽（B/S）：每秒可传送的字节数总线位宽（bit）： 一次传送的数据位数工作频率（MHz）总线带宽=（总线位宽/8）工作频率例1：P4 CPU的FSB频率为400MHz或800MHz，位宽为64bit。 FSB带宽：或 例

10、2：PCI总线的频率为，位宽为32bit或64bit。 PCI带宽：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s微型计算机硬件技术应用基础26 常用系统总线及外部总线 常用系统总线标准 ISA（工业标准体系总线） Industry Standard Architecture PCI（外围部件互连总线） Peripheral Component Interconnect 常用系统接口标准 AGP（加速图形接口） Accelerated Graphics Port IDE（集成设备接口），又称ATA接口 Integrated Device Electronics SCSI

11、（小型计算机系统接口） Small Computer System Interface 外部总线 USB（通用串行总线） IEEE 1394（高性能串行总线）微型计算机硬件技术应用基础27一、ISA总线主要特性16位数据线（早期的为8位，已被淘汰）24位地址线（可寻址16MB存储器）时钟频率8MHz数据传输率16MB/s提供11个中断请求输入提供7个DMA通道用于80286PIII（个别P4微机也支持）微型计算机硬件技术应用基础28ISA总线插槽 外形见P121，共98个引线 主要引线信号： SA0SA19（锁存的），LA17LA23（非锁存的）（地址） SD0SD15（数据） SBHE（高字

12、节允许） MEMR、MEMW IOR、IOW AEN（地址允许，1表示处于DMA控制周期） IRQ3IRQ7、IRQ9IRQ11、IRQ14、IRQ15 DRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7 DACK0DACK3、DACK5DACK7 注：ISA总线的DMA操作和I/O操作使用相同的地址线、数据线和I/O读写控制线（IOR和IOW），所以AEN应参加I/O地址译码。微型计算机硬件技术应用基础29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 E21Y2Y1A2A74LS244CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6

13、Y774LS1381100 0000 0000 0000B 1100 0000 0010B转换结束启动转换D0C000H 读数据读数据C001H 启动转换启动转换C002H 读转换状读转换状态态A2A1A01A13-A3&A15A14AENIORISA总总线线微型计算机硬件技术应用基础30简单的ISA总线接口(输出接口)驱动驱动电路电路D7-D0CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A2A1A01A13-A3&A15A14AENIOWISA总总线线STBOE74LS373DI7DI0DO7 DO0发光发光器件器件组合组合C000H 改变灯光图案样式改变灯光图案样式

14、选通选通微型计算机硬件技术应用基础31二、PCI总线 独立于微处理器； 支持即插即用功能； 通过PCI桥与CPU连接（北桥） 总线宽度：32/64位； 工作频率： 传送速率：32位PCI总线：133MB/s，266MB/s64位PCI总线：266MB/s，533MB/s PCI总总线体系线体系微型计算机硬件技术应用基础32PCI总线插槽 外形见P124，共62根引线（64位PCI有94根） 包括： 系统接口信号（时钟、复位等） 地址与数据（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、总线允许） 错误报告信号（系统错、奇偶错） 中断控制信号（中断请

15、求） 64位总线扩展信号（AD32-AD63、字节选择等） 高速缓存支持信号微型计算机硬件技术应用基础33PCI总线 总线命令I/O和存储器读写控制信号都是通过命令码给出命令码出现在C/BE3:0这4根线上共有12种命令 中断响应、存储器读/写、IO读/写、配置读/写、等等 总线传输机制存储器读写采用突发传输（要求地址必须连续）包括一个地址期和多个数据期I/O读写不支持突发传输，每次仅读写一个数据微型计算机硬件技术应用基础34PCI总线 PCI总线配置 目的：实现设备的自动配置、加载（PnP） 微机启动时，配置软件将扫描PCI总线 确定有哪些设备，设备配置要求是什么 每个PCI设备都有一个配置

16、存储区 包括了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 后48个寄存器的格式由厂家自行定义 标题区的内容包括： 设备识别信息（被OS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 基址寄存器（用于映射设备使用的存储区域或I/O地址区域）微型计算机硬件技术应用基础35PCI总线PCI BIOSOS、应用程序、驱动程序不能直接访问PCI配置寄存器，必须通过PCI BIOS访问提供了一组访问PCI的函数16位实模式下通过INT 1AH中断来调用AH=0B1H，AL=子功能号子功能有13个，包括：P

17、CI BIOS检测、查找PCI设备、读/写配置信息、分配中断等微型计算机硬件技术应用基础36三、AGP接口 不是系统总线 高速图形接口，在视频卡与内存之间提供一条直接的通路（不再通过PCI传输，32位PCI的传输速率最高266MB/s）。 图形、纹理、Z轴距离、Alpha变换等数据的数据量为370840MB/s 4种模式（注意：1X/2X与4X/8X不兼容，） 1X（66MHz，266MB/s） 2X（133MHz，533MB/s ） 4X（266MHz，1066MB/s ） 8X（533MHz，2133MB/s ） 系统中只支持一个AGP扩展插槽（点对点）微型计算机硬件技术应用基础37四、I

18、DE接口（ATA） 主要用于硬盘/光驱/磁带驱动器 现已发展为EIDE（增强的IDE）和串行ATA（SATA） 已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡 主板提供2-4个接口 每接口可连接2个硬盘（主/从） 数据传输方式： PIO方式：PIO0PIO4（） 40针接口，扁平电缆 硬盘最大容量528MB DMA方式：DMA0DMA2（11MB/s） 40针接口 硬盘最大容量 UDMA方式：UDMA3UDMA6（133MB/s） 80针接口，地线和信号线交叉排列 通过特殊的扩展BIOS，可支持200GB以上的硬盘微型计算机硬件技术应用基础38五、USB总线USB概况主机与外设的通用接口，可用于不同的设备串

19、行、打包传送2根数据线电源地线两个版本：（12Mb/s），（480Mb/s）设备连线最长5米即插即用必须要有USB主机存在，设备不能独立工作微型计算机硬件技术应用基础39USB总线的优点 易于使用即插即用，可热插拔；WindowsNT/2000/XP/2003下不需安装驱动程序具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；提供电源5V，500mA节省硬件资源IRQ、I/O地址易于连接主板上提供26个USB接口，通过集线器最多可支持127个外设4芯电缆（D、-D、+5V、GND） 微型计算机硬件技术应用基础40USB总线的优点 传送速率可满足大多数外设要求，12MB/s，480MB/s（） 可靠性

20、高能进行错误校验和控制，且由硬件实现 低成本主板已集成USB接口设备端的USB接口控制芯片很便宜 低功耗不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复 微型计算机硬件技术应用基础41USB设备及拓扑结构USB设备 集线器 扩展接口数量 功能部件 即USB设备 复合部件 拓扑结构星形（树形）、级连 微型计算机硬件技术应用基础42USB接口工作原理 USB系统分为两大部分：USB主机、USB设备 USB主机由PC系统中的USB硬件和驱动程序组成；整个微机中只能有一个USB主机；其接口称为USB控制器；USB硬件在微机中被集成在南桥中。功能：检测USB设备的插拔操作在主机与设备之间管理数据流 通信总是由主机发起，并由主机控制传输过程 多个设备传输时，采用分时复用（每个时间槽1ms）错误检查（CRC校验）为设备提供电源微型计算机硬件技术应用基础43USB接口工作原理 USB设备分为集线器和功能设备集线器：1个上连端口和若干个下连端口 自动探测设备的插拔并向USB主机报告 为下行设备分配电源 分离高速数据流和低速数据流功能设备：可以从USB总线上收发数据