第4章 总线系统

1、三大组成三大组成:1.外部设备外部设备:围绕主机而配置的各种信息媒围绕主机而配置的各种信息媒体转换和传递的设备体转换和传递的设备.2.设备控制器与接口设备控制器与接口:即设备适配器即设备适配器,是用以是用以控制主机与外设间的信息格式转换、交换控制主机与外设间的信息格式转换、交换过程及外设运行状态的硬、软件。过程及外设运行状态的硬、软件。3.I/O总线总线:是主机与外设间的信息传送通路是主机与外设间的信息传送通路.I/O系统系统:是计算机主机与外界交换信息时硬是计算机主机与外界交换信息时硬软件的总称软件的总称.总线（总线（busbus）是能由多个部件分时共享是能由多个部件分时共享 的公共信息传送

2、线路的公共信息传送线路. .分时分时和和共享共享是总线的两个基本特性是总线的两个基本特性. .共共 享享: :指多个部件连接在同一组总线上指多个部件连接在同一组总线上, , 各部件间交换的信息都可通过总线各部件间交换的信息都可通过总线 传送传送. .分分 时时: :指同一时刻总线只能在一对部件间指同一时刻总线只能在一对部件间 传送信息传送信息. .序序 一个系统的总线结构决定了该计算机一个系统的总线结构决定了该计算机系统的数据通路用系统结构系统的数据通路用系统结构.因此因此,总线结总线结构的带宽和结构对系统性能有很大影响构的带宽和结构对系统性能有很大影响.总线通信的定时方式总线通信的定时方式

3、总线通信的定时方式总线通信的定时方式:指采用一定方式指采用一定方式,让让接收端知道发送端信息的始发和结束时间接收端知道发送端信息的始发和结束时间. 按定时方式不同按定时方式不同,可把通信过程分成可把通信过程分成同步同步和和异步异步通信两种通信两种.1.同步通信同步通信:(1)特点特点: 各部件都用一个公共的时钟信号进行各部件都用一个公共的时钟信号进行同步控制同步控制,时钟信号由时钟信号由CPU发出发出,发送到每一个发送到每一个部件部件(设备设备). 输入为例输入为例：t0时刻时刻: 将将CPU产生的设备地址放在地址总产生的设备地址放在地址总线上线上,并经控制线指出操作性质并经控制线指出操作性质

4、(R/W内存或内存或R/W I/O设备设备).t1时刻时刻: CPU发读信号命令发读信号命令;t2时刻时刻: 设备把数据放设备把数据放DB上上,CPU在在T3中进中进 行数据选通行数据选通,将数接收到自己的寄将数接收到自己的寄 存器存器.t3时刻时刻: CPU的读命令和设备数据信号结束的读命令和设备数据信号结束.t4时刻时刻: 总线周期结束总线周期结束.可开始新数据的传送可开始新数据的传送.(2)优点优点: 模块间配合简单模块间配合简单,步调一致步调一致.传输频率传输频率 较高较高.(3)缺点缺点: 对所有模块有严格的时限要求对所有模块有严格的时限要求,故缺故缺 乏灵活性乏灵活性. 读读命令命

5、令同步通信（数据输入）同步通信（数据输入）T1总线传输周期总线传输周期T2T3T4 时钟时钟 地址地址 数据数据t0t1t2t3t4设备地址放在设备地址放在地址总线上地址总线上CPU发读信号发读信号命令命令设备把数据放设备把数据放DB上上读命令和设备数读命令和设备数据信号结束据信号结束总线周期总线周期结束结束CPU在在T3中进行数据选通中进行数据选通,将数接收到自己的寄存将数接收到自己的寄存器器.2.异步通信异步通信:也叫应答方式也叫应答方式(1)特点特点:无统一时钟和固定的时间标准无统一时钟和固定的时间标准,靠请靠请 求求应答方式应答方式(handshaking)进行同进行同 步控制步控制,

6、以实现不同速度模块间的数以实现不同速度模块间的数 据传送据传送.主模块主模块 从模块从模块请求请求应答应答(2)三种应答关系三种应答关系:全互锁全互锁:两设备间的两设备间的”请求请求”和和”应答应答”,互互为为 制约制约.半互锁半互锁:从从设备自行决定应答信号撤消与否设备自行决定应答信号撤消与否.不互锁不互锁:两设备间的两设备间的”请求请求”和和”应答应答”信信号均号均 有一定时间宽度有一定时间宽度,何时结束不互锁何时结束不互锁.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1.总线的组成总线的组成:(1)传输线传输

7、线地址线地址线:决定直接寻址范围决定直接寻址范围.数据线数据线:决定同时并行传输的数据宽度决定同时并行传输的数据宽度.控制、时序和中断信号线控制、时序和中断信号线:决定总线功能强决定总线功能强 弱弱,适应性好坏适应性好坏.电源线电源线:决定电源种类决定电源种类,地线分布及用法地线分布及用法.备用线备用线:留给用户进行性能扩充留给用户进行性能扩充,满足特殊满足特殊 需要需要.总线的组成与仲裁总线的组成与仲裁(2)接口逻辑接口逻辑: 需三态门和缓冲寄存器作为它们的接口需三态门和缓冲寄存器作为它们的接口.(3)总线控制器总线控制器: 对各设备对总线的使用进行合理的分配对各设备对总线的使用进行合理的分

8、配和管理和管理.2. 总线的争用与仲裁总线的争用与仲裁 总线主设备总线主设备:对总线有控制权对总线有控制权. 总线从设备总线从设备:对总线无控制权对总线无控制权.总线通信原则总线通信原则:通信前由主模块发请求通信前由主模块发请求;同一时刻只允许一对模块间通信同一时刻只允许一对模块间通信;模块同时使用总线时模块同时使用总线时,应由总线控制器应由总线控制器 中的判优和仲裁逻辑按判优原则决定哪中的判优和仲裁逻辑按判优原则决定哪 个模块使用总线个模块使用总线.总线判优方式总线判优方式:集中式集中式总线控制逻辑集中在一处；总线控制逻辑集中在一处；分布式分布式总线控制逻辑分布在连接总线的总线控制逻辑分布在

9、连接总线的 各部件或设备中各部件或设备中.集中集中控制的三种常见优先权仲裁方式如下：控制的三种常见优先权仲裁方式如下：(1)链式查询方式链式查询方式:用用3条控制线进行控制条控制线进行控制:BS(总线忙总线忙); BR(总线请求总线请求); BG(总线允许总线允许).特特 征征:将将BG串行地从一部件串行地从一部件(I/O接口接口)送到下送到下 一个部件一个部件,直到到达有请求的部件为止直到到达有请求的部件为止.优先权位置优先权位置:离总线控制器最近的部件具有最离总线控制器最近的部件具有最 高使用权高使用权,离它越远离它越远,优先权越低优先权越低.电路电路:链式查询靠接口的优先权排队电路实现链

10、式查询靠接口的优先权排队电路实现.总总线线控控制制部部件件I/O接口接口0BSBRI/O接口接口1I/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I/O接口接口1演示演示演示演示总线忙总线忙总线请求总线请求总线允许总线允许 将将BG串行地从一部件串行地从一部件(I/O接口接口)送到下一个部件送到下一个部件,直到直到到达有请求的部件为止到达有请求的部件为止(2)计数器定时查询方式计数器定时查询方式: 总线上的任一设备要求使用总线时总线上的任一设备要求使用总线时,通过通过BR线发出总线请求线发出总线请求.中央仲裁器接到请求信中央仲裁器接到请求信

11、号以后号以后,在在BS线为线为”0”的情况下让计数器开的情况下让计数器开始始计数计数,计数值通过一组地址线发向各设备计数值通过一组地址线发向各设备.每个每个设备接口都有一个设备地址判别电路设备接口都有一个设备地址判别电路,当地址当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时时,该设备该设备 置置“1”BS线线,获得了总线使用权获得了总线使用权,此此时中止计数查询。时中止计数查询。 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I/O接口接口1

12、计数器计数器设备地址设备地址 1(3)独立请求方式独立请求方式工作原理工作原理: 每一个共享总线的设备均有一对总线请求每一个共享总线的设备均有一对总线请求线线BRi和总线授权线和总线授权线BGi. 当设备要求使用总线当设备要求使用总线时时,便发出该设备的请求信号便发出该设备的请求信号.总线控制器中的总线控制器中的排队电路决定首先响应哪个设备的请求排队电路决定首先响应哪个设备的请求,给设给设备以授权信号备以授权信号BGi。排队器排队器排队器排队器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nBR0 BG0BR1BG1BRnBGnBG总线同意总线同

13、意BR总线请求总线请求演示演示优点：优点：响应时间快响应时间快,确定优先响应的设备所确定优先响应的设备所 花费的时间少花费的时间少,用不着一个设备接一用不着一个设备接一 个设备地查询。个设备地查询。 其次其次,对优先次序的控制相当灵活，可以对优先次序的控制相当灵活，可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序预先固定也可以通过程序来改变优先次序;还还可以用屏蔽可以用屏蔽(禁止禁止)某个请求的办法某个请求的办法,不响应来不响应来自无效设备的请求。自无效设备的请求。三种方法控制线数目的比较三种方法控制线数目的比较:链式查询方式链式查询方式只用二根线。只用二根线。计数器定时查询方式计数器定时查询方式大致

14、用大致用2n根线根线,n是是 允许接纳的最大部件数。允许接纳的最大部件数。独立请求方式独立请求方式要用要用2n根线根线. 从结构上从结构上,总线由母线框架和各部件的插板总线由母线框架和各部件的插板组成组成.总线特性与性能指标总线特性与性能指标CPU 插板插板主存主存 插板插板I/O 插板插板BUS主板主板 从结构上从结构上,总线由母线框架和各部件的插板总线由母线框架和各部件的插板组成组成.1.总线特性总线特性(1)机械机械(物理物理)特性特性:指总线的物理连接方式指总线的物理连接方式,包包括总线的根数括总线的根数,总线的插头、插座的形状总线的插头、插座的形状,引脚引脚线的排列方式等。线的排列方

15、式等。总线特性与性能指标总线特性与性能指标(2)电气特性电气特性:定义每一根线上信号的传递方向定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围及有效电平范围.送入送入CPU的信号叫输入信号的信号叫输入信号(IN),从从CPU发出的信号叫输出信号发出的信号叫输出信号(OUT)。(3)功能特性功能特性:描述总线描述总线中每一根线的功能中每一根线的功能,有有DB,AB和和CB.(4)时间特性时间特性:定义了每根线在什么时间有效定义了每根线在什么时间有效.规规定了总线上各信号有效的时序关系定了总线上各信号有效的时序关系,CPU才能才能正确无误地使用。正确无误地使用。2.总线的性能指标总线的性能指标: 计算机

16、总线技术包括通路控制性能计算机总线技术包括通路控制性能,使用使用方法方法,仲裁方法和传输方式等仲裁方法和传输方式等.(1)总线宽度总线宽度:即传送宽度即传送宽度,指一次总线操作中通指一次总线操作中通过总线传送的数据位数过总线传送的数据位数(bit).常用常用8.16.32.64等等.(2)总线周期总线周期:指一次总线操作中所用的时间指一次总线操作中所用的时间.(3)总线带宽总线带宽(标准传输率标准传输率):指总线上每秒传输指总线上每秒传输的最大字节数的最大字节数,用用MB/S表示表示. 带宽计算公式带宽计算公式:Dr=D/T=Df; 式中式中T是时钟周期是时钟周期T=1/f, D为一个总线周为

17、一个总线周期传送的数据量期传送的数据量.(4)总线工作的时钟频率总线工作的时钟频率:总线工作的频率越总线工作的频率越高高,带宽越宽带宽越宽.(5)多路多路(分时分时)复用技术复用技术:即地址和数据线共用即地址和数据线共用一物理线路一物理线路.(6)总线控制方式总线控制方式:含突发传输含突发传输,并发工作并发工作,自动自动配置配置,仲裁方式仲裁方式,逻辑方式和计数方式等逻辑方式和计数方式等.(7)其它其它:如同步方式如同步方式,信号线数信号线数,负载能力和电负载能力和电源电压等源电压等.3.总线的标准化总线的标准化 相同的指令系统相同的指令系统,相同的功能相同的功能,不同厂家生不同厂家生产的各功

18、能部件在实现方法上几乎没有相同产的各功能部件在实现方法上几乎没有相同的的,但各厂家生产的相同功能部件却可以互换但各厂家生产的相同功能部件却可以互换使用使用,其原因在于它们都遵守了相同的系统总其原因在于它们都遵守了相同的系统总线的要求线的要求,这就是系统总线的标准化问题。这就是系统总线的标准化问题。ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模块模块系统系统总总线线标标准准系统系统模块模块标标 准准 界界 面面总线标准总线标准数据线数据线总线时钟总线时钟带宽带宽ISA168 MHz（独立）（独立）16 MBpsEISA328 MHz（独立）（独立）33 MBpsVESA(

19、VL-BUS)3233 MHz（CPU）133 MBpsPCI326433 MHz（独立）（独立）66 MHz（独立）（独立）132 MBps528 MBpsAGP3266.7 MHz（独立）（独立）133 MHz（独立）（独立）266 MBps533 MBpsRS-232串行通信串行通信总线标准总线标准数据终端设备（计算机）和数据通信设备数据终端设备（计算机）和数据通信设备（调制解调器）之间的标准接口（调制解调器）之间的标准接口USB串行接口串行接口总线标准总线标准普通无屏蔽双绞线普通无屏蔽双绞线带屏蔽双绞线带屏蔽双绞线最高最高1.5 Mbps (USB1.0)12 Mbps (USB1.0

20、)480 Mbps (USB2.0)即插即用即插即用(plug and play)功能功能: 简称简称PnP.即新设备只需简单插入便可运即新设备只需简单插入便可运行行,无需用户拨动开关或安装软件等无需用户拨动开关或安装软件等. PnP功能主要取决于微机的系统总线结构功能主要取决于微机的系统总线结构,有的总线提供较完善的功能有的总线提供较完善的功能.无统一的分类方法无统一的分类方法,但可从不同角度分类但可从不同角度分类:1.按照总线传递的内容分类按照总线传递的内容分类: 地址总线地址总线(AB); 数据总线数据总线(DB)和控制总和控制总线线(CB).2.按总线所处位置分类按总线所处位置分类:(

21、1)片内总线片内总线:位于位于CPU芯片内部用于寄存芯片内部用于寄存器器,ALU及各控制部件间传输信号的总线及各控制部件间传输信号的总线.(2)片外总线片外总线:位于位于CPU芯片外部用于连接芯片外部用于连接CPU,MM和和I/O设备的总线设备的总线.3.按总线在系统中连接的主要部件分类按总线在系统中连接的主要部件分类:存储总线存储总线; DMA总线总线; 系统总线系统总线; 设备总线设备总线.4.按系统中使用的总线数量分类按系统中使用的总线数量分类(1)单总线结构单总线结构:特点特点:在许多单处理器的计算机中在许多单处理器的计算机中,使用一使用一条单一的系统总线来连接条单一的系统总线来连接C

22、PU、主存和、主存和I/O设备设备,叫做单总线结构叫做单总线结构.即所有的模块都挂在即所有的模块都挂在同一组总线上同一组总线上. 优点优点:连接灵活连接灵活,便于扩充便于扩充.缺点缺点:因所有信息公用一总线因所有信息公用一总线,信息传输吞信息传输吞吐量受限制吐量受限制.单总线（系统总线）单总线（系统总线）单总线结构单总线结构 CPU 主存主存 I/O接口接口 I/O 设备设备1 I/O 设备设备2 I/O接口接口 I/O 设备设备n I/O接口接口演示演示(2)双总线结构双总线结构:形成以存储器为中心的双总形成以存储器为中心的双总线结构线结构.优点优点:保持了单总线系统简单保持了单总线系统简单

23、,易于扩充的易于扩充的优点优点,但又在但又在CPU和主存之间专门设置了一组和主存之间专门设置了一组高速的存储总线高速的存储总线,使使CPU可通过专用总线与存可通过专用总线与存储器交换信息储器交换信息,并减轻了系统总线的负担并减轻了系统总线的负担,同同时主存仍可通过系统总线与外设之间实现时主存仍可通过系统总线与外设之间实现DMA操作操作,而不必经过而不必经过CPU.缺点缺点:以增加硬件为代价。以增加硬件为代价。以存储器为中心的双总线结构以存储器为中心的双总线结构系统总线系统总线 主存主存 CPU I/O接口接口 I/O 设备设备1 I/O 设备设备n I/O接口接口存储总线存储总线演示演示(3)

24、三总线和多总线结构三总线和多总线结构结构结构:它是在双总线系统的基础上增加它是在双总线系统的基础上增加DMA总线形成的总线形成的,此举是为了在主存与高速设备此举是为了在主存与高速设备(如如磁盘磁盘)间进行高速成批的数据传送间进行高速成批的数据传送. 这种结构的这种结构的硬件代价更大硬件代价更大.分级的三总线结构分级的三总线结构:一般用于一般用于I/O设备性能相设备性能相差不大的情况差不大的情况.四总线结构四总线结构:在高速设备间设立一条单独的在高速设备间设立一条单独的高速总线高速总线,见图见图4.9.三总线结构三总线结构主存总线主存总线DMA总线总线I/O总线总线 CPU 主存主存设备设备1设

25、备设备n高速外设高速外设I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口三总线结构的又一形式三总线结构的又一形式串行接口串行接口局域网局域网系统总线系统总线CPUCache局部总线局部总线扩展总线接口扩展总线接口扩展总线扩展总线ModemSCSI局部局部I/O控制器控制器主存主存演示演示演示演示四总线结构四总线结构多媒体多媒体 Modem主存主存扩展总线接口扩展总线接口局域网局域网SCSICPU串行接口串行接口FAX系统总线系统总线局部总线局部总线高速总线高速总线扩展总线扩展总线图形图形Cache/桥桥5.其他分类方法其他分类方法(1)按数据传送方式按数据传送方式:并行传送总线并行传送总线.位串传送

26、总线位串传送总线.(2)按并行传送总线传送的数据总宽度按并行传送总线传送的数据总宽度: 8位位. 16位位 32位位 64位位. 等等系统总线系统总线连接同一台计算机系统各连接同一台计算机系统各 部件的总线部件的总线.4.2.1 ISA (Industry Standard Architecture,工业工业标准体系结构标准体系结构)总线总线ISA-8(XT总线总线) ISA-16(AT总线总线) ISA-16总线的每个插槽由一个长槽和一总线的每个插槽由一个长槽和一个短槽组成个短槽组成.长槽是与长槽是与XT兼容的兼容的62个引脚个引脚,每列每列有有31个引脚个引脚,编号为编号为A1A31和和B

27、1B31;短槽短槽每列有每列有18个引脚个引脚,编号为编号为C1C18和和D1D18. 引脚定义见表引脚定义见表4.2.1.MCA:1987年由年由IBM推出推出PS/2系统时系统时,采用采用的的32位的微机总线位的微机总线.因采用封闭策略因采用封闭策略,没把技没把技术公开术公开,且与且与ISA不兼容不兼容.2.EISA(Extended Industry Standard Architecture,扩充工业标准体系结构扩充工业标准体系结构)总线总线 32位总线位总线,与与ISA完全兼容完全兼容.最大数据传输频率最大数据传输频率可达可达33Mb/sPCI总线位于高速外设与总线位于高速外设与CP

28、U之间之间.是由是由INTEL公司提出的局部总线标准公司提出的局部总线标准.版本从版本从V1.0,V2.1到到V2.2.其中其中,V2.2的性能的性能:1.性能性能: 位宽位宽 总线工作频率总线工作频率 最大带宽最大带宽PCI 2.2 32位位 33M/66M 133/266MB/s (是是ISA的的33倍倍) （主流）（主流）64位位 33M/66M 266/533MB/s演示演示2.特点特点:见见P160.3.插座形状和引脚插座形状和引脚: 为白色矩形插座为白色矩形插座.总引线数总引线数120条条1.概述概述:AGP是一种为提高视频带宽而设计的是一种为提高视频带宽而设计的总线规范总线规范.

29、目的是为大幅度提高高档微机处理目的是为大幅度提高高档微机处理图形图形(尤其是尤其是3D)的能力的能力.2.性能特点性能特点:见见P161.3.形状和引线形状和引线:褐色插座褐色插座,一块主板只有一个一块主板只有一个,只只能插显卡能插显卡. PCI Express架构原生于架构原生于Intel的的3GIO（3dr Generation I/O）概念，并由）概念，并由PCI-SIG于于2002年年7月月23日经过审核后正式公布，推出日经过审核后正式公布，推出命名为命名为PCI Express 1.0版本的规范版本的规范 PCI Express采用了点对点串行连接，比采用了点对点串行连接，比起起PC

30、I以及更早期的计算机总线的共享并以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，把数据传输率提高到一个很高的频率，达到达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传所不能提供的高带宽。相对于传统统PCI总线在单一时间周期内只能实现单总线在单一时间周期内只能实现单向传输，向传输，PCI Express的双单工连接能提的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。差异跟半双工和全双工类似。

31、 PCI Express的接口根据总线位宽不同而的接口根据总线位宽不同而有所差异，包括有所差异，包括X1、X4、X8以及以及X16（X2模式将用于内部接口而非插槽模模式将用于内部接口而非插槽模式）。较短的式）。较短的PCI Express卡可以插入较卡可以插入较长的长的PCI Express插槽中使用。插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插，这也是个接口能够支持热拔插，这也是个不小的飞跃。用于取代不小的飞跃。用于取代AGP接口的接口的PCI-E接口位宽为接口位宽为X16 PCI-Express 1 PCI Express 2.0是是PCI Express总线家族总线家族中的第二代

32、版本。第一代的中的第二代版本。第一代的PCI Express 1.0接口传输速率达到接口传输速率达到2.5GHz，而，而PCI Express 2.0则在则在1.0版本基础上更进了一版本基础上更进了一步，将接口速率提升到了步，将接口速率提升到了5GHz，传输性，传输性能也翻了一番。能也翻了一番。X1模式的扩展口带宽总模式的扩展口带宽总和可达到和可达到1GB/s，X16图形接口更可以达图形接口更可以达到到16GB/s的惊人带宽值。的惊人带宽值。 PCI Express 3.0规范将数据传输率提升到规范将数据传输率提升到8GHz|8GT/s(最初也预想过最初也预想过10GHz)，并保，并保持了对持

33、了对PCI-E 2.x/1.x的向下兼容，继续支的向下兼容，继续支持持2.5GHz、5GHz信号机制。基于此，信号机制。基于此，PCI-E 3.0架构单信道架构单信道(x1)单向带宽即可接单向带宽即可接近近1GB/s，十六信道，十六信道(x16)双向带宽更是可双向带宽更是可达达32GB/s。 PCI-E 3.0同时还特别增加了同时还特别增加了128b/130b解码机制，可确保几乎解码机制，可确保几乎100%的传输效率，的传输效率，相比此前版本的相比此前版本的8b/10b机制提升了机制提升了25% PCI-E 2.0和和PCI-E 3.0之间的最大区别就是数之间的最大区别就是数据吞吐量有显著增加

34、据吞吐量有显著增加。PCI-E 2.0中的信号强度中的信号强度为为5GT/s，从而实现了，从而实现了500MB/s的数据吞吐能的数据吞吐能力。由此一个力。由此一个lane数据通路，被定义为数据通路，被定义为x1，它，它的数据传输能力即是的数据传输能力即是500MB/s。因此，具备。因此，具备PCI-E 2.0 x16的规格，意思是它有配备的规格，意思是它有配备16条条lane数据通路，它可以实现数据通路，它可以实现8GB/s的数据吞吐的数据吞吐能力。而能力。而PCI-E 3.0中，这些数据传输能力被再中，这些数据传输能力被再次加强了一倍。次加强了一倍。PCI Express 3.0的信号强度为

35、的信号强度为8GT/s，可以实现，可以实现1GB/s的数据吞吐能力。的数据吞吐能力。 设备或部件间的连接：设备或部件间的连接： 总线总线是用于连接部件或设备是用于连接部件或设备. 接口接口是主机与某外设的适配器是主机与某外设的适配器,解解决两者间的电压等级、信号形式和速度匹配决两者间的电压等级、信号形式和速度匹配.不同的接口是不通用的不同的接口是不通用的. 目前出些了一些接口标准，允许连接多目前出些了一些接口标准，允许连接多种不同的外设，也称种不同的外设，也称外设总线外设总线或或设备总线设备总线.1. EIA-RS232(1)概述概述:RS-232是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIA于于

36、20世纪世纪60年代正式公布的串行总线标准年代正式公布的串行总线标准,也是目也是目前最常用的串行接口标准前最常用的串行接口标准.用于实现计算机间、用于实现计算机间、计算机与外设间的数据通信计算机与外设间的数据通信.(2)性能指标性能指标:最高传输速率最高传输速率19.2kb/s; 最大传输据率最大传输据率 30m.使用使用DB-25连接器连接器. (3)标准接口信号标准接口信号:共三组：主信道共三组：主信道:15条条,带带*者；者；辅信道辅信道:5条条,低速；未使用和备份低速；未使用和备份:5根根2.RS-449接口标准接口标准(1)概述概述:是是EIA于于1977年制定的串行接口标准年制定的

37、串行接口标准.于于1980年成为美国标准年成为美国标准.电气标准由电气标准由RS-422A或或RS-423A定义定义.(2)机械性能机械性能:规定规定37脚和脚和9脚两种接口连接器脚两种接口连接器.(3)电气性能电气性能:依据依据RS-422A(平衡方式平衡方式)和和RS-423A(非平衡方式非平衡方式)及及RS-485电气标准电气标准.(4)性能指标性能指标:最高传输速率最高传输速率100kb/s; 最大传输距离最大传输距离 1200m. IDE用于微机。用于微机。 SCSI用于工作站用于工作站/服务器或小型机。服务器或小型机。1.IDE和和EIDE接口接口:(1)IDE(Integrate

38、d Device Electronics,集成设备集成设备电子部件电子部件) 常用硬常用硬盘和光驱盘和光驱接口接口 是从是从IBM PC/AT上使用的高级技术配件上使用的高级技术配件(Advanced Technology Attachment, ATA)接接口发展而来的，故又称口发展而来的，故又称ATA端口端口.最大特点最大特点:是把控制器集成到驱动器内是把控制器集成到驱动器内. 三点限制三点限制: 数据传输率数据传输率1.5MB/s; 最多接最多接2个个IDE设备设备; 支持的硬盘最大容量为支持的硬盘最大容量为528MB.(2) EIDE(ATA-2):增强增强IDE接口标准，接口标准，其

39、标其标准改进如下：准改进如下：读写磁盘的数据传输率可达读写磁盘的数据传输率可达1218MB/s；最多可连接最多可连接4个个IDE设备；设备；每个磁盘驱动器的容量可超过每个磁盘驱动器的容量可超过528MB.(3)Ultra DMA/33/66/100/133:最高传输率达最高传输率达133Mb/s, 硬盘容量达硬盘容量达137GB.2.SCSI(Small Computer System Interface)总线总线:（1）概述）概述 即小型计算机系统接口即小型计算机系统接口, 是系统级基于通道是系统级基于通道的接口的接口,其设计思想来源于其设计思想来源于IBM大型机系统的大型机系统的I/O通道

40、结构通道结构,广泛用于服务器和图形工作站广泛用于服务器和图形工作站.可可连接硬盘连接硬盘,光驱光驱,扫描仪扫描仪,打印机等打印机等.（2）版本）版本: SCSI-15MB/SSCSI-2（FAST SCSI）10MB/SSCSI-2（FAST WIDE SCSI）20MB/SSCSI-3 Ultra Wide SCSI(16位）位）40MB/SSCSI-3 Ultra Wide SCSI(32位）位）80MB/SSCSI-3 Ultra 2 SCSI(16位）位）80MB/SSCSI-3 Ultra 3 SCSI Ultra 160/m160MB/S 从图中可以看出，从图中可以看出，SCSI接

41、口是以主机系接口是以主机系统对智能外设的统一统对智能外设的统一IO接口总线的形式出现接口总线的形式出现的。它处在主机适配器（的。它处在主机适配器（SCSI接口板）与智接口板）与智能外设控制器之间的界面上，它不仅可以控制能外设控制器之间的界面上，它不仅可以控制磁盘驱动器，而且可以控制磁带机、光盘、打磁盘驱动器，而且可以控制磁带机、光盘、打印机、扫描仪等外设。由于设备中包括了控制印机、扫描仪等外设。由于设备中包括了控制器，设备的功能更复杂，因而称为智能外设。器，设备的功能更复杂，因而称为智能外设。 联结到联结到SCSI总线上的设备（包括外设和总线上的设备（包括外设和主机），都有一个标识号主机），都

42、有一个标识号ID，从，从0,1,7共共8个，个，允许多台外设并行的工作，也允许多台主机共允许多台外设并行的工作，也允许多台主机共享外设。享外设。SCSI总线上的设备分成发出命令的总线上的设备分成发出命令的“主设备主设备”和接收并执行命令的和接收并执行命令的“从设备从设备”两两大类。通常主机充当大类。通常主机充当“主设备主设备”，外设充当，外设充当“从设备从设备”。ID号高的号高的“主设备主设备”在占有总在占有总线的仲裁中享有高的优先级。线的仲裁中享有高的优先级。演示演示(3) 主要特性主要特性SCSI是系统级的标准输入是系统级的标准输入/出总线接口。出总线接口。SCSI标准，信号线由标准，信号

43、线由8条数据线、一条奇偶校条数据线、一条奇偶校验线、验线、9条控制线组成；使用条控制线组成；使用50芯电缆，以菊芯电缆，以菊花链形式最多可连接花链形式最多可连接8台设备。台设备。 支持多任务并行操作支持多任务并行操作,有总线仲裁功能有总线仲裁功能.可以同步可以同步/异步方式工作异步方式工作.有两种输出方式有两种输出方式:单端单端(Dmax=6m)和差分和差分(Dmax=25m)。差分输出方式把单输出方式中。差分输出方式把单输出方式中的一部分地线改成了数据线和控制线的对称差的一部分地线改成了数据线和控制线的对称差分信号线，提高了数据抗干扰能力。分信号线，提高了数据抗干扰能力。SCSI设备之间是一

44、种对等关系设备之间是一种对等关系,而不是主从关而不是主从关系系. SCSI设备分为启动设备设备分为启动设备(发命令的设备发命令的设备 )和和目标设备目标设备(接受并响应命令的设备接受并响应命令的设备),它们用高级它们用高级命令通信命令通信,方便方便,灵活灵活.1.概述概述:USB总线由总线由IBM,Intel,Microsoft等等7家家公司联合开发公司联合开发,版本有版本有USB 0.9(1995年年)、USB 1.1(1998年年)、USB 2.0、USB3.0。2.特点特点:(1)使用方便使用方便,可连多个设备可连多个设备,且热插拔且热插拔. 软件可自动启动软件可自动启动.不涉及不涉及I

45、RQ冲突冲突. (2)速度快速度快,USB1.1可高达可高达12Mb/s. (3)连接灵活连接灵活,用用HUB可最多连可最多连127个个. (4)独立供电独立供电 (5)支持多媒体支持多媒体版本版本速率速率Mb/s接点接点数数接点接点间距间距离离/m拓扑拓扑结构结构支持支持系统系统支持支持特性特性信号信号线数线数USB 1.1USB 2.01248012712755星形星形星形星形W95以以上上,OS/2W98以以上上PnP,热插热插拔拔PnP,热插热插拔拔4/94/9USB1.1 和和 USB2.0 的性能比较的性能比较存在问题存在问题:理论上能连理论上能连127个设备个设备,实际只能连实际

46、只能连34个个.串联时串联时,会出现电力不足的问题会出现电力不足的问题. 3.拓扑结构拓扑结构 主控器具有根集线器功能主控器具有根集线器功能,具有具有24个个USB端口端口,采用采用”级联级联”方式连接方式连接. 最大串接能力为最大串接能力为5个个HUB级联级联,最长扩展最长扩展连接能力为连接能力为30m.4.USB的接口接头的接口接头USB用矩形插座和插头用矩形插座和插头,有有4针和针和9针两种针两种.目目前常用前常用4针针.其中其中:引脚引脚1+5V电源引脚。电源引脚。引脚引脚2数据输入数据输入/数据同步引脚数据同步引脚RD。引脚引脚3信号接地引脚信号接地引脚GND。引脚引脚4数据输出数据

47、输出/时钟同步引脚时钟同步引脚TD。USB3.0传输速率传输速率理论上的最高速率是理论上的最高速率是5.0Gbps数据传输数据传输引入全双工数据传输。可以同步全速引入全双工数据传输。可以同步全速地进行读写操作。以前的地进行读写操作。以前的USB版本并不支持全双工数版本并不支持全双工数据传输。据传输。电源电源USB 3.0标准要求标准要求USB3.0接口供电能力为接口供电能力为1A，而，而USB 2.0为为0.5A。 电源管理电源管理在有中断请求数据传输之前，待机设在有中断请求数据传输之前，待机设备并不耗电。简而言之，备并不耗电。简而言之，USB 3.0支持待机、休眠和支持待机、休眠和暂停等状态

48、。暂停等状态。 USB3.0物理外观物理外观 USB 3.0的线缆会更的线缆会更“厚厚”，这是因，这是因为为USB 3.0的数据线比的数据线比2.0的多了的多了4根内部线。根内部线。已支持的操作系统已支持的操作系统 Windows Vista、Windows 7 SP1和和Linux已支持已支持USB 3.0。苹果。苹果Mac book air和和Mac book pro也支持。虽然也支持。虽然Windows XP的的“年龄年龄”有点大，但它也能支持有点大，但它也能支持USB 3.0。5.USB系统总线结构系统总线结构客户驱动程序客户驱动程序:与特定与特定USB设备通信设备通信,由由USB设备

49、商或作为操作系统一部分提供设备商或作为操作系统一部分提供. USB驱动程序驱动程序:作为作为OS中支持中支持USB设备的设备的系统软件系统软件.通用主控制器驱动程序通用主控制器驱动程序:主控制器中客户软主控制器中客户软件与件与USB设备间进行点对点通信等设备间进行点对点通信等.主控制器主控制器:执行执行HCD产生的指令列表产生的指令列表. USB设备设备. 又称又称FireWire或或iLink.是一种高效串行接是一种高效串行接口口,目前已成为数码影像设备的传输标准目前已成为数码影像设备的传输标准.其前其前身由身由Apple公司于公司于1985年开始研究年开始研究.1992年被接年被接纳为纳为

50、IEEE1394 规范规范.1.主要技术特点主要技术特点:(1)支持高速应用支持高速应用,可升级可升级.IEEE1394:传输速率传输速率100400Mb/sIEEE1394b:800Mb3.2Gb/s(2)分层的主控制器结构分层的主控制器结构:不需不需HUB就可连就可连63台台设备设备.(3)同时支持等时和异步两类传输模式同时支持等时和异步两类传输模式.(4)采用基于内存的地址编码采用基于内存的地址编码,具有具有64位地址位地址.(5)采用对等结构采用对等结构,不强调要由计算机控制这些不强调要由计算机控制这些设备设备.(6)拓扑结构在其外设增减时拓扑结构在其外设增减时,会自动重设网络会自动重

51、设网络.(7)其它其它:信号线信号线6(电源电源2,信号信号4)/4(无电源无电源),支持支持Win98以上系统以上系统,支持支持PnP和热插拔和热插拔.2.IEEE1394的拓扑结构的拓扑结构 以连在以连在PCI总线上的总线上的IEEE1394总线为例总线为例,其其拓扑结构具有拓扑结构具有:(1)端口节点和中继器端口节点和中继器(2)动态自动配置动态自动配置:不依赖于一个处理器不依赖于一个处理器.(3)支持点到点传输支持点到点传输:不需主系统干预不需主系统干预.(4)设备插架设备插架:提供不打开机箱就可加入或更新提供不打开机箱就可加入或更新外设外设.演示演示 eSATA的全称是的全称是External Serial ATA（外（外