第3章 课后复习与拓展

1、第3章 系统总线课后复习目录 （）本章复习提示 （二）课后习题参考答案 （三）部分练习 （四）总线标准拓展阅读（一）本章复习提示（一）本章复习提示重点重点2. .如何克服总线的瓶颈如何克服总线的瓶颈3. .如何对总线进行管理，包括判优控制和如何对总线进行管理，包括判优控制和 通信控制通信控制1. .有关总线的基本概念有关总线的基本概念什么是总线总线上信息传输的特点什么是总线总线上信息传输的特点总线宽度总线带宽总线复用总线传输周期总线宽度总线带宽总线复用总线传输周期 （1） 集中式判优控制方式一集中式判优控制方式一 链式查询链式查询总总线线控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1

2、I/O接口接口nBG数据线数据线地址线地址线BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求BG-总线同意总线同意 0BS -总线忙总线忙BR-总线请求总线请求总总线线控控制制部部件件数据线数据线地址线地址线I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/O接口接口n设备地址设备地址（2）集中式判优控制方式二）集中式判优控制方式二 计数器定时查询计数器定时查询I/O接口接口1 计数器计数器设备地址设备地址 1排队器排队器排队器排队器（3）集中式判优控制方式三）集中式判优控制方式三 独立请求独立请求总总线线控控制制部部件件数据线数据线地址线地址线I/O接口接口0I/O接口接口1I/O接口接口nBR0BG0

3、BR1BG1BRnBGnBG-总线同意总线同意BR-总线请求总线请求同步通信同步通信 采用公共时钟（结合波形）采用公共时钟（结合波形）难点：难点：异步通信异步通信 应答方式（不互锁、半互锁、全互锁）应答方式（不互锁、半互锁、全互锁）总线的通信控制总线的通信控制不互锁不互锁半互锁半互锁全互锁全互锁异步通信异步通信主设备主设备从设备从设备请请求求回回答答单机单机多机多机网络通信网络通信同步通信同步通信 采用公共时钟（结合波形）采用公共时钟（结合波形）难点：难点：异步通信异步通信 应答方式（不互锁、半互锁、全互锁）应答方式（不互锁、半互锁、全互锁）半同步通信半同步通信 采用公共时钟插入等待周期采用公

4、共时钟插入等待周期总线的通信控制总线的通信控制 读读 命令命令WAIT 地址地址 数据数据 时钟时钟总线传输周期总线传输周期T1T2TWTWT3T4半同步通信（半同步通信（同步同步、异步异步 结合）结合）同步通信同步通信 采用公共时钟（结合波形）采用公共时钟（结合波形）难点：难点：异步通信异步通信 应答方式（不互锁、半互锁、全互锁）应答方式（不互锁、半互锁、全互锁）半同步通信半同步通信 采用公共时钟插入等待周期采用公共时钟插入等待周期分离式通信分离式通信 均为主模块、同步方式均为主模块、同步方式 最充分发挥了总线的有效占用最充分发挥了总线的有效占用总线的通信控制总线的通信控制（二）课后习题参考

5、答案系系 统统 总总 线线 1. 什么是什么是总线总线？总线传输有何？总线传输有何特点特点？为了减轻总线的负载，总线上的为了减轻总线的负载，总线上的部件都部件都应应具备什么特点？具备什么特点？ 解：总线是解：总线是多个部件共享多个部件共享的传输部件；的传输部件； 总线传输的总线传输的特点特点是：某一时刻只能有是：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，一路信息在总线上传输，即分时使用；即分时使用； 为了减轻总线负载，总线上的部件应为了减轻总线负载，总线上的部件应通过通过三态驱动缓冲电路三态驱动缓冲电路与总线连通。与总线连通。 4. 为什么要设置为什么要设置总线判优控制总线判优控制？常见的集？常见的

6、集中式总线控制有中式总线控制有几种几种？各有何？各有何特点特点？哪种方式响？哪种方式响应时间应时间最快最快？哪种方式对电路故障？哪种方式对电路故障最敏感最敏感？ 解：总线判优控制解：总线判优控制解决多个部件同时申请总解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题线时的使用权分配问题； 常见的集中式总线控制有常见的集中式总线控制有三种三种：链式查询、计数器查询、独立请求；链式查询、计数器查询、独立请求； 特点：特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感对电路故障最敏感；计数器查询方式；计数器查询方式优先级设置优先级设置较灵活较灵活，对故障不敏感，连线及控制

7、过程较复杂；，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式独立请求方式判优速度最快判优速度最快，但硬件器件用量大，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。连线多，成本较高。 5. 解释概念：解释概念：总线宽度、总线带宽、总线复总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期、总线的通信控制。（或从模块）、总线的传输周期、总线的通信控制。 解：解： 总线宽度总线宽度指数据总线的位（根）数，用指数据总线的位（根）数，用bit（位）作单位。（位）作单位。 总线带宽总线带宽指总线在单位时间内可以传输的指总线在单位

8、时间内可以传输的数据总量，相当于总线的数据传输率，等于总线工数据总量，相当于总线的数据传输率，等于总线工作频率作频率与与总线宽度（字节数）的乘积。总线宽度（字节数）的乘积。 总线复用总线复用指两种不同性质且不同时出现的指两种不同性质且不同时出现的信号分时使用同一组总线，称为总线的信号分时使用同一组总线，称为总线的“多路分时多路分时复用复用”。 总线的主设备总线的主设备（主模块）（主模块）指一次总指一次总线传输期间，线传输期间，拥有总线控制权拥有总线控制权的设备（模块）；的设备（模块）； 总线的从设备总线的从设备（从模块）（从模块）指一次总指一次总线传输期间，线传输期间，配合配合主设备完成传输的

9、设备（模主设备完成传输的设备（模块），它只能块），它只能被动接受被动接受主设备发来的命令；主设备发来的命令； 总线的传输周期总线的传输周期总线完成总线完成一次完整一次完整而可靠的传输而可靠的传输所需时间；所需时间； 总线的通信控制总线的通信控制指总线传送过程中指总线传送过程中双方的双方的时间配合方式时间配合方式。 6. 试试比较比较同步通信和异步通信。同步通信和异步通信。 解：解： 同步通信同步通信由统一时钟控制的通信由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。

10、适合于速度差别不大的场合；降。适合于速度差别不大的场合； 异步通信异步通信不由统一时钟控制的通信，不由统一时钟控制的通信，部件间部件间采用应答方式采用应答方式进行联系，控制方式较进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。 8. 为什么说为什么说半同步通信半同步通信同时保留同时保留了同步通信和异步了同步通信和异步通信的特点？通信的特点？ 解：解： 半同步通信半同步通信既能像既能像同步同步通信通信那样那样由统一时钟控制由统一时钟控制，又能像又能像异步通信异步通信那样

11、那样允许传允许传输时间不一致输时间不一致，因此因此工作效工作效率介于两者之间率介于两者之间。 10. 什么是什么是总线标准总线标准？为什么要？为什么要设设置置总线标准？目前总线标准？目前流行的流行的总线标准有哪些？总线标准有哪些？什么是什么是即插即用即插即用？哪些哪些总线有这一特点？总线有这一特点？ 解：解： 总线标准总线标准可理解为系统与模块、可理解为系统与模块、模块与模块之间的互连的标准界面。模块与模块之间的互连的标准界面。 总线标准的总线标准的设置设置主要解决不同厂家各主要解决不同厂家各类模块化产品的类模块化产品的兼容兼容问题；问题； 目前流行的总线标准有：目前流行的总线标准有：ISA、

12、EISA、PCI等；等； 即插即用即插即用指任何扩展卡插入系统指任何扩展卡插入系统便可工作。便可工作。EISA、PCI等具有此功能。等具有此功能。 11. 画一个具有画一个具有双向传输功能的总线双向传输功能的总线逻逻辑图。辑图。 解：此题实际上是要求设计一个解：此题实际上是要求设计一个双向总双向总线收发器线收发器，设计要素为设计要素为三态、方向、使能三态、方向、使能等等控制功能的实现，可参考控制功能的实现，可参考74LS245等总线缓等总线缓冲器芯片内部电路。冲器芯片内部电路。 逻辑图逻辑图如下：如下：（n位）位）GDIRA1B1AnBn 使能使能控制控制方向方向控制控制错误的设计：错误的设计

13、：CPUMMI/O1I/O2I/On这个方案的这个方案的错误错误是：是： 不合题意不合题意。按题意要求应画出逻辑线路图而。按题意要求应画出逻辑线路图而不是逻辑框图。不是逻辑框图。 12. 设数据总线上接有设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器，要求四个寄存器，要求选用合适的选用合适的74系列芯片系列芯片，完，完成下列逻辑设计：成下列逻辑设计： （1） 设计一个电路，在同设计一个电路，在同一时间实现一时间实现DA、DB和和DC寄存器间的传送；寄存器间的传送； （2） 设计一个电路，实现设计一个电路，实现下列操作：下列操作： T0时刻完成时刻完成D总线；总线； T1时刻完成时刻完成总线总线A；

14、T2时刻完成时刻完成A总线；总线； T3时刻完成时刻完成总线总线B。解：解： （1）采用）采用三态输出三态输出的的D型寄存器型寄存器74LS374做做A、B、C、D四个寄存四个寄存器，其器，其输出可直接挂总线输出可直接挂总线。A、B、C三个寄存器的输入三个寄存器的输入采用同一脉冲采用同一脉冲打入打入。注意。注意-OE为为电平控制电平控制，与打，与打入脉冲间的时间配合关系为：入脉冲间的时间配合关系为： 现以现以8位总线为例，设计此电路，如下图位总线为例，设计此电路，如下图示：示： （2）寄存器设置同（）寄存器设置同（1），由），由于本题中发送、接收不在同一节拍，于本题中发送、接收不在同一节拍，因

15、此总线需设因此总线需设锁存器缓冲锁存器缓冲，锁存器，锁存器采用采用74LS373（电平使能输入）。（电平使能输入）。节拍、脉冲配合关系如下：节拍、脉冲配合关系如下： 节拍、脉冲分配逻辑如下：节拍、脉冲分配逻辑如下：节拍、脉冲时序图如下：节拍、脉冲时序图如下： 以以8位总线为例，电路设计如下：位总线为例，电路设计如下：（图中，（图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线四个寄存器与数据总线的连接方法同上。）的连接方法同上。） 14. 设总线的时钟频率为设总线的时钟频率为8MHz，一个一个总线周期等于总线周期等于一个一个时钟周期。如果时钟周期。如果一个总线周期中并行传送一个总线周期中并行传送16位位

16、数据，试数据，试问问总线的带宽总线的带宽是多少？是多少？ 解：解： 总线宽度总线宽度 = 16位位/8 =2B 总线带宽总线带宽 = 8MHz2B =16MB/s 15. 在一个在一个32位位的总线系统中，总线的的总线系统中，总线的时钟频率为时钟频率为66MHz，假设总线最短传输周期，假设总线最短传输周期为为4个个时钟周期，试计算总线的时钟周期，试计算总线的最大数据传输最大数据传输率率。若想。若想提高提高数据传输率，可采取什么数据传输率，可采取什么措施措施？ 解法解法1： 总线宽度总线宽度 =32位位/8 =4B 时钟周期时钟周期 =1/ 66MHz =0.015s 总线最短传输周期总线最短传

17、输周期 =0.015s4 =0.06s 总线最大数据传输率总线最大数据传输率 = 4B/0.06s =66.67MB/s解法解法2： 总线工作频率总线工作频率 = 66MHz/4 =16.5MHz 总线最大数据传输率总线最大数据传输率 =16.5MHz4B =66MB/s 若想若想提高提高总线的数据传输率，可总线的数据传输率，可提提高高总线的时钟频率，或总线的时钟频率，或减少减少总线周期中总线周期中的时钟个数，或的时钟个数，或增加增加总线宽度。总线宽度。 16. 在异步串行传送系统中，字符格在异步串行传送系统中，字符格式为：式为：1个个起始位、起始位、8个个数据位、数据位、1个个校验位、校验位

18、、2个个终止位。若要求每秒传送终止位。若要求每秒传送120个个字符，字符，试求传送的试求传送的波特率波特率和和比特率比特率。 解：解： 一帧一帧 =1+8+1+2 =12位位 波特率波特率 =120帧帧/秒秒12位位 =1440波特波特 比特率比特率 = 1440波特波特（8/12） =960bps或：或：比特率比特率 = 120帧帧/秒秒8 =960bps（三）部分（三）部分练习练习练习题14主设备通常指（）A发送信息的设备B接收信息的设备C主要的设备D申请并获取总线控制权的设备人才是培养出来的-Page3617 在总线结构的CPU中，各个部件连接到总线上，其中(在某一时间)_。A.只有一个

19、部件可以向总线发送信息，并且只有一个部件能从总线上接收消息 B.只有一个部件可以向总线发送消息，但可有多个部件能同时从总线上接收消息 C.可以有一个以上部件向总线上发送消息，但只有一个可以从总线上接收消息 D.可以有一个以上部件向总线上发送消息，并且可由多个部件同时从总线上接收消息人才是培养出来的-Page3719 在各种异步通信握手方式中，速度最快的是_。 A.全互锁 B.半互锁 C.非互锁D.与互锁性无关人才是培养出来的-Page38 20.假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10MHz，则总线带宽是 A.10MB/s B.20MB

20、/s C.40MB/s D.80MB/s 人才是培养出来的-Page3921下列选项中的英文缩写均为总线标准的是（ ）A：PCI、CRT、USB、EISA B：ISA、CPI、VESA、EISAC：ISA、SCSI、RAM、MIPS D：ISA、EISA、PCI、PCI-Express人才是培养出来的-Page40（四）总线标准拓展（四）总线标准拓展阅读阅读人才是培养出来的-Page42第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标三、总线标准三、总线标准缘由：缘由：为适应模块化设计，使各生产厂家的产品具有可组合性和可替换性，为适应模块化设计，使各生产厂家的产品具有

21、可组合性和可替换性，需要对总线进行规范，提出一种标准的信息传递通道。需要对总线进行规范，提出一种标准的信息传递通道。ISAEISAVL-BUSPCI模块模块系统系统常常见见总总线线标标准准系统系统模块模块标标 准准 界界 面面定义：定义：系统与各模块、模块与模块之间的一个互联的标准界面。系统与各模块、模块与模块之间的一个互联的标准界面。人才是培养出来的-Page43第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标三、总线标准三、总线标准1. ISA(Industrial Standard Architecture)工业标准结构总线工业标准结构总线 工作频率为工作频率为

22、8MHz左右左右数据线为数据线为16位（即位（即16位插槽）；地址线为位插槽）；地址线为24位。位。最大传输率最大传输率16MB/sec可插接显卡，声卡，网卡已及所谓的多功能接口卡等扩展插卡可插接显卡，声卡，网卡已及所谓的多功能接口卡等扩展插卡缺点是缺点是CPU资源占用太高，数据传输带宽太小资源占用太高，数据传输带宽太小基本基本特性特性（1）最早的）最早的PC机的系统总线是机的系统总线是IBM公司于公司于1981年推出的基于准年推出的基于准8位机：位机： PC/XT的总线，称为的总线，称为PC总线。总线。 （2）1984年年IBM公司推出了公司推出了16位位PC机机PC/AT，其总线称为，其总

23、线称为AT总线。总线。 然而然而IBM公司从未公布过他们的公司从未公布过他们的AT总线规格，尽管各兼容机厂商总线规格，尽管各兼容机厂商 模仿出了模仿出了AT总线，但还是存在某些模糊不清的解释，总线，但还是存在某些模糊不清的解释， （3）为了能够更好的合理开发外接插板，由）为了能够更好的合理开发外接插板，由Intel公司、公司、IEEE和和EISA 集团联合开发出与集团联合开发出与IBM/AT原装机总线意义相近的原装机总线意义相近的ISA总线总线 (因此通常我们也把位和位因此通常我们也把位和位16位兼容的位兼容的AT总线称为总线称为ISA)。 历历史史人才是培养出来的-Page44 GND I/

24、O CH CK RESET DRV D7 +5V D6 IRQ2 D5 - -5V D4 DRQ2 D3 - -12V D2CARDSLCTD D1 +12V D0 GND I/O CH RDY MEMW AEN MEMR A19 IOW A18 IOR A17 DACK3 A16 DRQ3 A15 DACK1 A14 DRQ1 A13 DACK0 A12 CLOCK A11 IRQ7 A10 IRQ6 A9 IRQ5 A8 IRQ4 A7 IRQ3 A6 DACK2 A5 T/C A4 ALE A3 +5V A2 OSC A1 GND A0 XT总线信号总线信号B1 A1B10 A10 B2

25、0 A20B31 A31PC/XT总线：总线：地址线地址线A19A0数据线数据线D7D0控制线控制线21根根 ALE 地址锁存允许地址锁存允许 IRQ2IRQ7 中断请求中断请求 IORIO读读 IOWIO写写 MEMR存储器读存储器读 MEMW存储器写存储器写 DRQ1DRQ3DMA请求请求 DACK3DACK0DMA响应响应 AEN DMA地址允许地址允许 T/C DMA计数结束计数结束 RESET DRV 复位驱动复位驱动状态线状态线3根根 I/O CH CK I/O通道校验通道校验,输入输入,0有错有错 I/O CH RDY I/O通道准备好通道准备好,输入输入,TW CARD SLC

26、TD 插件板选中信号插件板选中信号,输入输入 电源线及其它线电源线及其它线10根根人才是培养出来的-Page45 GND I/O CH CKRESET DRV SD7 +5V SD6 IRQ9 SD5 - -5V SD4 DRQ2 SD3 - -12V SD2 0WS SD1 +12V SD0 GND I/O CH RDY SMEMW AEN SMEMR SA19 IOW SA18 MEMCS16 SBHE IOR SA17 IOCS16 LA23 DACK3 SA16 IRQ10 LA22 DRQ3 SA15 IRQ11 LA21 DACK1 SA14 IRQ12 LA20 DRQ1 SA1

27、3 IRQ15 LA19 REFRESH SA12 IRQ14 LA18 BCLOCK SA11 DACK0 LA17 IRQ7 SA10 DRQ0 MEMW IRQ6 SA9 DACK5 MEMR IRQ5 SA8 DRQ5 SD8 IRQ4 SA7 DACK6 SD9 IRQ3 SA6 DRQ6 SD10 DACK2 SA5 DACK7 SD11 T/C SA4 DRQ7 SD12 BALE SA3 +5V SD13 +5V SA2 MASTER SD14 OSC SA1 GND SD15 GND SA0 ISA总线信号总线信号B1 A1 B10 A10 B20 A20B31 A31D1

28、C1D10C10 D18C18ISA总线总线(工业标准结构）：工业标准结构）：IRQ9原来是原来是IRQ2，中断请求线，中断请求线REFRESH原为原为DACK0,刷新信号。刷新信号。36线的定义如下：线的定义如下：SD15 SD8高高8位数据线，双向位数据线，双向SBHE数据高位允许信号，双向数据高位允许信号，双向MEMCS16存储器存储器16位选择信号，位选择信号，输入，进行输入，进行16位数据传送，接口卡须回位数据传送，接口卡须回送这一信号送这一信号EISAIOCS16I/O设备设备16位选择信号位选择信号,输入输入,进行进行16位数据传送的位数据传送的I/O设备发之设备发之LA23 L

29、A17M/IO设备高设备高7位地址位地址IRQ15 IRQ10中断请求信号，输入。中断请求信号，输入。其中其中IRQ13保留作为保留作为8028780287的中断请求的中断请求线，没有对外引出线，没有对外引出DRQ7 DRQ0 DMADMA请求信号请求信号, ,输入输入DACK7DACK0DACK7DACK0 DMADMA响应信号响应信号, ,输出输出MASTERI/O处理器发出的总线控处理器发出的总线控制信号，表示它已经控制了总线制信号，表示它已经控制了总线, 输入输入MEMR16M存储器读信号，双向存储器读信号，双向SMEMR只读只读1M以内的存储空间以内的存储空间MEMW16M存储器写信

30、号，双向存储器写信号，双向SMEMW只写只写1M以内的存储空间以内的存储空间人才是培养出来的-Page46 GND I/O CH CK RESET DRV D7 +5V D6 IRQ2 D5 - -5V D4 DRQ2 D3 - -12V D2CARDSLCTD D1 +12V D0 GND I/O CH RDY MEMW AEN MEMR A19 IOW A18 IOR A17 DACK3 A16 DRQ3 A15 DACK1 A14 DRQ1 A13 DACK0 A12 CLOCK A11 IRQ7 A10 IRQ6 A9 IRQ5 A8 IRQ4 A7 IRQ3 A6 DACK2 A5

31、T/C A4 ALE A3 +5V A2 OSC A1 GND A0 XT总线信号总线信号B1 A1B10 A10 B20 A20B31 A31 GND I/O CH CKRESET DRV SD7 +5V SD6 IRQ9 SD5 -5V SD4 DRQ2 SD3 -12V SD2 0WS SD1 +12V SD0 GND I/O CH RDY SMEMW AEN SMEMR SA19 IOW SA18 MEMCS16 SBHE IOR SA17 IOCS16 LA23 DACK3 SA16 IRQ10 LA22 DRQ3 SA15 IRQ11 LA21 DACK1 SA14 IRQ12 L

32、A20 DRQ1 SA13 IRQ15 LA19 REFRESH SA12 IRQ14 LA18 BCLOCK SA11 DACK0 LA17 IRQ7 SA10 DRQ0 MEMW IRQ6 SA9 DACK5 MEMR IRQ5 SA8 DRQ5 SD8 IRQ4 SA7 DACK6 SD9 IRQ3 SA6 DRQ6 SD10 DACK2 SA5 DACK7 SD11 T/C SA4 DRQ7 SD12 BALE SA3 +5V SD13 +5V SA2 MASTER SD14 OSC SA1 GND SD15 GND SA0 ISA总线信号总线信号B1 A1 B10 A10 B20 A

33、20B31 A31D1 C1D10 C10 D18 C18人才是培养出来的-Page47第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标ISA总线控制器总线控制器32位位CPU外设外设1外设外设216位，位，8MHZ ISA系统总线系统总线外设外设3外设外设4主存储器主存储器存储器控制器存储器控制器32位微机系统中的位微机系统中的ISA总线总线常常见的见的286、386、486微型机采用的系统总线是微型机采用的系统总线是ISA总线（总线（IBM PC/AT总线）总线）人才是培养出来的-Page48第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指

34、标三、总线标准三、总线标准图示：图示：（这是一块声卡，它采用（这是一块声卡，它采用16位位ISA总线）总线） 那是那是286 、386sx时代的故事了时代的故事了现在新出品的主板上现在新出品的主板上已经几乎看不到已经几乎看不到ISA 插槽的身影了，插槽的身影了，但各别也有例外但各别也有例外 人才是培养出来的-Page49第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标三、总线标准三、总线标准2. EISA(Extended Industrial Standard Architecture)扩展工业标准结构总线扩展工业标准结构总线 发展发展历程历程数据线数据线32位；地

35、址线位；地址线32根根最大传输速率最大传输速率33MB/S时钟频率时钟频率8MHZ支持多处理器控制功能和猝发方式传输支持多处理器控制功能和猝发方式传输与与ISA总线完全兼容总线完全兼容1988年为了与年为了与IBM的的MCA技术抗衡，九家计算机厂商联合起来形成技术抗衡，九家计算机厂商联合起来形成EISA集团。集团。EISA集团为配合集团为配合32位位CPU而设计的总线扩展标准。它吸收了而设计的总线扩展标准。它吸收了IBM微通道总线的精华，在微通道总线的精华，在ISA总线的基础上于总线的基础上于1988年推出了为年推出了为32位微机设计位微机设计的的“扩展工业标准结构扩展工业标准结构”EISA总

36、线总线(Extended ISA)， 基本基本特性特性人才是培养出来的-Page50第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标三、总线标准三、总线标准2. EISA(Extended Industrial Standard Architecture)扩展工业标准结构总线扩展工业标准结构总线 图示：图示：那是那是1988年的故事了年的故事了.人才是培养出来的-Page51第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标思考思考进进入年后，由于微处理器的飞速发展，使得入年后，由于微处理器的飞速发展，使得ISA、 EISA显得落后了。显得落后

37、了。 微处理器的高速度和总线的低速度不同步，造成硬盘、图形卡和其他外设只微处理器的高速度和总线的低速度不同步，造成硬盘、图形卡和其他外设只 能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据。使能通过一个慢速且狭窄的瓶颈发送和接收数据。使CPU的高性能受到了严重的高性能受到了严重 的影响。从而业界又提出了的影响。从而业界又提出了PC的一项新技术的一项新技术-Local BUS。 意义意义局局部总线：在计算机的各个局部范围内制定的总线标准。部总线：在计算机的各个局部范围内制定的总线标准。 比如，从结构看，所谓局部总线是在比如，从结构看，所谓局部总线是在ISA总线和总线和 CPU总线之间增加的一级总线。总线

38、之间增加的一级总线。 含义含义由由于独立于于独立于CPU的结构，使总线形成了一种独特的中间缓冲器的设计，从而与的结构，使总线形成了一种独特的中间缓冲器的设计，从而与CPU及及 时钟频率无关时钟频率无关 ，因此用户可将一些高速外设，因此用户可将一些高速外设 ，如网络适配卡、图形卡、，如网络适配卡、图形卡、 硬盘控制硬盘控制 器等从器等从ISA总线上卸下而通过局部总线直接挂接到总线上卸下而通过局部总线直接挂接到CPU总线上，使之与高速的总线上，使之与高速的CPU 总线相匹配，而毋须担心在不同时钟频率下会引起性能下的分歧。总线相匹配，而毋须担心在不同时钟频率下会引起性能下的分歧。 早早期的总线标准适

39、用于计算机中的各个设备，但是由于计算机的各期的总线标准适用于计算机中的各个设备，但是由于计算机的各 个部件之间的速度差别有可能很大，那么如何充分的发挥个部件之间的速度差别有可能很大，那么如何充分的发挥CPU的的 效率呢？效率呢？局局部总线部总线 是是PC 体系结构的重大发展，它打破了数据体系结构的重大发展，它打破了数据I/O的瓶颈，的瓶颈，使高性能使高性能CPU的功能得以充分发挥。的功能得以充分发挥。 作用作用人才是培养出来的-Page52第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标3. VL-BUS局部总线结构局部总线结构系统总线系统总线ISA EISAVL B

40、US33 MHz的的3232位数据通路位数据通路多媒体多媒体高速局域网高速局域网高性能图形高性能图形调制解调器调制解调器图文传真图文传真8 MHz的的1616位数据通路位数据通路标准总线标准总线 控制器控制器CPU主存控制器主存控制器存储器存储器局部总线局部总线 控制器控制器 SCSI控制器控制器VL-BUS依赖于依赖于CPU人才是培养出来的-Page53第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标3.VL-BUS发展发展历程历程VESA数据总线宽度为数据总线宽度为32位，地址总线宽度位，地址总线宽度32位，位， 总线最大寻址空间为总线最大寻址空间为4GB。 总线

41、时钟与总线时钟与CPU主频有关，最大不超过主频有关，最大不超过40MHz总线最高传输率总线最高传输率132MBs，支持，支持Burst Mode突发传输方式突发传输方式基本基本特性特性1992EISA是一种支持多处理器的高性能是一种支持多处理器的高性能32位标准总线，但由于位标准总线，但由于要兼顾要兼顾ISA， 防碍了防碍了EISA总线速度的进一步提高。为打破总线速度的进一步提高。为打破CPU与外设与外设之间的数据传输瓶颈，提高微机的整体性能之间的数据传输瓶颈，提高微机的整体性能VESA(Video Eletronics Standard Association 视频电子标准协会视频电子标准协

42、会)联合联合60余家公司对余家公司对PC总总线进行创新，推出了线进行创新，推出了VESA Local Bus(简称简称VL总线总线)局部总线标准局部总线标准VESA v1.0.从从VESA局部总线结构上看，局部总线好像是在传统总线和局部总线结构上看，局部总线好像是在传统总线和CPU之间又插入了一级，将一些高速外设如网络适配器、之间又插入了一级，将一些高速外设如网络适配器、GUI图形板、图形板、多媒体、磁盘控制器等从传统总线上卸下，直接通过局部总线挂接到多媒体、磁盘控制器等从传统总线上卸下，直接通过局部总线挂接到CPU总线上，使之与高速总线上，使之与高速CPU相匹配。相匹配。 人才是培养出来的-

43、Page54第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标3.VL-BUS抓住机遇，好好学习抓住机遇，好好学习由于由于VESA标准总线几乎是标准总线几乎是486CPU信号的延伸，故信号的延伸，故VL与与486匹配匹配达到最佳，能够充分发挥达到最佳，能够充分发挥486微机各部件的性能，因此在微机各部件的性能，因此在486系列系列微机基本上都采用了微机基本上都采用了VESA总线。由于总线。由于VESA总线是直接挂在总线是直接挂在CPU上，上，在在CPU升级或任务变动时都会使得升级或任务变动时都会使得VESA不再适用，例如，不再适用，例如，VESA不不能支持能支持Pent

44、ium及其以上的芯片。因此，随着及其以上的芯片。因此，随着486芯片的衰落，芯片的衰落，VESA已逐渐消失已逐渐消失 1994、1995年风行一时的图形加速卡即采用此设计。年风行一时的图形加速卡即采用此设计。那是那是486时代（时代（1994、1995年）的故事了年）的故事了人才是培养出来的-Page55第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标三、总线标准三、总线标准4. PCI(Peripheral Component Interconnect)外部设备互联总线外部设备互联总线 19931994在在PCI发布一年之后，英特尔公司紧接着提出发布一年之后，英特尔

45、公司紧接着提出64位的位的PCI总线，总线， 它的传输性能达到它的传输性能达到266MBps，但主要用于企业服务器和工作站领域；由于，但主要用于企业服务器和工作站领域；由于 这些领域对总线性能要求较高，这些领域对总线性能要求较高，64位位/33MHz规格的规格的PCI很快又不够用，英很快又不够用，英 特尔遂将它的工作频率提升到特尔遂将它的工作频率提升到66MHz。 而随着而随着X86服务器市场的不断扩大，服务器市场的不断扩大，64位位/66MHz规格的规格的PCI总线理所当然总线理所当然 成为该领域的标准，针对服务器成为该领域的标准，针对服务器/工作站平台设计的工作站平台设计的SCSI卡、卡、

46、RAID控制卡、控制卡、 千兆网卡等设备无一例外都采用千兆网卡等设备无一例外都采用64位位PCI接口，乃至到今天，这些设备还接口，乃至到今天，这些设备还 被广泛使用被广泛使用.不过，不过，PC领域的领域的32位总线一直都没有得到升级，工作频率也位总线一直都没有得到升级，工作频率也 停留于停留于33MHz. 19921993有没有一种既具有有没有一种既具有VESA局部总线的高数据传输率、局部总线的高数据传输率、又与又与CPU相对独立、并且功能更强的总线相对独立、并且功能更强的总线?在多媒体技术应用的需求和硬件发展的推动下在多媒体技术应用的需求和硬件发展的推动下Intel与与IBM COMPAQ、

47、AST、HP等等100多家公司联合推出多家公司联合推出PCI局部总线标准。于是局部总线标准。于是1993年，年，第一台第一台PCI电脑问世。电脑问世。发展发展历程历程目前主流的目前主流的PCI规范有规范有PCI2.0、PCI2.1和和PCI2.2三种。三种。 人才是培养出来的-Page56PCI总线的特点总线的特点 l高传输率高传输率: :总线数据总线数据宽度宽度3232位位或或6464位位l高效率高效率: :支持突发传输支持突发传输l即插即用即插即用：自动识别与配置外设，方便：自动识别与配置外设，方便用户使用用户使用l独立于独立于CPUCPU： PCIPCI总线不依赖于某一具体总线不依赖于某

48、一具体的微处理器，它支持多种的微处理器，它支持多种 微处理器和微处理器和将来发展的微处理器将来发展的微处理器l负载能力强、易于扩展负载能力强、易于扩展 l兼容各类总线兼容各类总线允许多总线共存允许多总线共存l支持支持6464位位寻址寻址l 5V5V和和3.3V3.3V两种电源供电两种电源供电人才是培养出来的-Page57第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标2012年年9月月19日星期三日星期三PCI桥路桥路CPU外设外设1外设外设2PCI总线总线外设外设3主存储器主存储器存储器控制器存储器控制器CPU总线总线标准总线桥路标准总线桥路设备设备设备设备设备设备

49、标准总线（标准总线（ISA、EISA）PCI总线系统结构示意图总线系统结构示意图将将PCI总线转换总线转换为标准的总线如：为标准的总线如：ISAEISAMCAPCI桥路实现了桥路实现了驱动驱动PCI总线所总线所需的全部控制需的全部控制 不受不受CPU控制。控制。人才是培养出来的-Page58第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标4. PCI(Peripheral Component Interconnect)外部设备互联总线外部设备互联总线 这是采用这是采用PCI总线的显示卡总线的显示卡（这是采用（这是采用PCI总线的网卡）总线的网卡） 那是那是1993年前

50、后的故事了年前后的故事了人才是培养出来的-Page59第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标4. PCI(Peripheral Component Interconnect)外部设备互联总线外部设备互联总线 PCI界面显示卡界面显示卡人才是培养出来的-Page60人才是培养出来的-Page61PCI总线：总线：CLK 时钟时钟RST 复位复位AD(310） 地址数据复用线，地址数据复用线，T1地址，后地址，后数据数据C/BE(30) 总线命令和字节使能信号总线命令和字节使能信号PAR 偶校验位偶校验位FRAME 总线帧处理总线帧处理TRDY 目的设备准备好目

51、的设备准备好IRDY 源操作设备准备好源操作设备准备好STOP 总线主应当停止工作总线主应当停止工作LOCK 锁信号，阻塞锁上的单元锁信号，阻塞锁上的单元IDSEL 初始设备选择信号初始设备选择信号DEVSEL 设备选择信号设备选择信号REQ 总线请求总线请求GNT 总线请求允许总线请求允许PERR 奇偶校验错奇偶校验错SERR 系统错系统错SBO Cache探测信号探测信号,表示击中修改表示击中修改 过的行过的行SDONE 查询完成查询完成AD(6332) 数据扩充位，数据扩充位，REQ64和和 ACK64有效时它有效有效时它有效C/BE(74) 字节使能字节使能REQ64 请求请求64位数

52、据处理位数据处理ACK64 64位数据处理允许位数据处理允许PAR64 校验校验4个高位字节个高位字节TCK 测试时钟测试时钟TDI 测试数据输入测试数据输入TDO 测试数据输出测试数据输出TMS 测试模式选择测试模式选择TRST 测试复位测试复位人才是培养出来的-Page62AGP插槽插槽第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标5. AGP：（：（Accelerated-Graphics-Port：加速图形端口）：加速图形端口） 发展发展历程历程 AGP8X标准没有辉煌太长时间，标准没有辉煌太长时间，PCI Express总线的出现宣告总线的出现宣告PCI和

53、和AGP体系将被终结。但由于过渡不可能短时间完成，体系将被终结。但由于过渡不可能短时间完成，AGP 8X 至今在市场上还非至今在市场上还非常活跃，尤其是在中低端领域还占据着主流地位。常活跃，尤其是在中低端领域还占据着主流地位。命命运运 1996年年，3D显卡出现，揭开显卡出现，揭开3D时代的序幕。由于时代的序幕。由于3D显卡需要与显卡需要与CPU进行进行 频繁的数据交换，而图形数据往往较为庞大，频繁的数据交换，而图形数据往往较为庞大，PCI总线显得力不从心，这时总线显得力不从心，这时 INTEL便在便在PCI的基础上专门研发出一种针对显卡的总线标准，这就是大名的基础上专门研发出一种针对显卡的总

54、线标准，这就是大名 鼎鼎的鼎鼎的AGP总线。总线。1996年年7月，月，AGP1.0标准问世。标准问世。 1998年年5月月INTEL发布了发布了AGP2.0版规范。工作频率仍为版规范。工作频率仍为 66MHZ，但电压降到，但电压降到1.5v。 2000年年8月月INTEL发布了发布了AGP3.0规范，工作电压降到规范，工作电压降到0.8v。人才是培养出来的-Page63(这是采用这是采用AGP的显卡的显卡)第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标5. AGP：（：（Accelerated-Graphics-Port：加速图形端口）：加速图形端口） 那是那是1

55、9962000年之间的故事了年之间的故事了人才是培养出来的-Page64第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标5. AGP：（：（Accelerated-Graphics-Port：加速图形端口）：加速图形端口） AGP界面显示卡界面显示卡人才是培养出来的-Page65第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标发展发展6. PCIExpress PCIExpress是一种通用的总线规格，它最早由是一种通用的总线规格，它最早由Intel所提倡和推广所提倡和推广（也既是之前的（也既是之前的3GIO），它最终的设计目的是为了取代现有

56、计算机系统内部），它最终的设计目的是为了取代现有计算机系统内部的总线传输接口，这不只包括显示接口，还囊括了的总线传输接口，这不只包括显示接口，还囊括了CPU、PCI、HDD、Network等多种应用接口。从而可以像等多种应用接口。从而可以像HyperTransport一样，用以解决现今系统内数一样，用以解决现今系统内数据传输出现的瓶颈问题，并且为未来的周边产品性能提升作好充分的准备。以往据传输出现的瓶颈问题，并且为未来的周边产品性能提升作好充分的准备。以往计算机系统的各种设备共用一个带宽，采用了并行互联，这大大影响了系统整体计算机系统的各种设备共用一个带宽，采用了并行互联，这大大影响了系统整体

57、的性能表现，同时并行信号由于相互干扰也严重制约了日后速度的进一步提升。的性能表现，同时并行信号由于相互干扰也严重制约了日后速度的进一步提升。而而PCIE则采用了串行互联方式，以点对点的形式进行数据传输，每个设备都则采用了串行互联方式，以点对点的形式进行数据传输，每个设备都可以单独的享用带宽，从而大大提高了传输速率，而且也为更高的频率提升创造可以单独的享用带宽，从而大大提高了传输速率，而且也为更高的频率提升创造了条件。了条件。从从早期早期80年代的年代的ISA接口的接口的8.33MB/S到到90年代年代PCI接口的接口的133，庞大的数据传输运算的需要，应该有一种全新的接口来取代庞大的数据传输运

58、算的需要，应该有一种全新的接口来取代AGP的地位，的地位，这时，拥有这时，拥有4GB/S起始传输速率的起始传输速率的PCIExpress面世了。面世了。 人才是培养出来的-Page66第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标现行的现行的PC总线构架总线构架 人才是培养出来的-Page67第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标全新的全新的PCIExpress构架图构架图人才是培养出来的-Page68第第3章章 系统总线系统总线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标人才是培养出来的-Page69第第3章章 系统总线系统总

59、线-3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标只有发展本身是不变的只有发展本身是不变的人才是培养出来的-Page707. 外部总线外部总线RS-232-C RS-232-CRS-232-C标准：标准： 信号电平标准信号电平标准 控制信号的定义控制信号的定义 人才是培养出来的-Page71 RS - 232C是数据终端设备（是数据终端设备（DTE）和数）和数据通信设备（据通信设备（DCE）之间的接口标准，是在）之间的接口标准，是在微机接口应用中常用的一种串行通信总线标微机接口应用中常用的一种串行通信总线标准，全称为准，全称为EIARS232C标准标准（Electoronic Industria

60、l Associate Recommended Standard 232C） 人才是培养出来的-Page72RS-232C串行通信接口标准的信号线串行通信接口标准的信号线 RS232C标准的信号线共标准的信号线共25根，一般情况下根，一般情况下只需使用其中的只需使用其中的9根信号线。这就是为什么我们根信号线。这就是为什么我们在微机的机箱上看到的串行通信接口（如在微机的机箱上看到的串行通信接口（如COM1、COM2）只有）只有9根的原因根的原因人才是培养出来的-Page73 RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准的电气特性的电气特性 RS-232C串行通信串行通信接口标准接口标准中，中，