第9章：系统总线(lyz)(v10)

1、第十一章：系统总线System BUS主讲老师：廉迎战主讲老师：廉迎战 副教授副教授 11 系统总线 CPU就像人的大脑，主板上的芯片组则可视为人的小脑，协调着各器件的工作，总线结构就像人的神经，传递着数据和控制信息。所谓总线，是一组连接各个部件的公共通信线. 总线英文为 BUS。 BUS原本为公共汽车的意思，既然公共汽车，自然谁都可以上去，总线沿用 BUS，意思也是说任何一部件的信息都可“搭乘”BUS传送。 然而，任一瞬时总线上只能出现一个部件发往另一部件的信息，这意昧着总线只能分时使用，而这是需要加以控制的，总线使用权的控制是构造系统时应考虑的重要问题。 但是用户感觉不到这一点，这是设计者

2、的事情。总线是一组物理导线，并非一根。根据总线上传送信息的不同，分为地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）。顾名思义，AB传送地址信息，DB传送数据或指令，CB用来传送控制信号。现在，微型机阶总线已经标准化。目前586微机中 广泛采用的是 ISA和PCI两种总线标准。11.1 概述1.片内总线片内总线片内总线是指在微处理机芯片内部的总线片内总线是指在微处理机芯片内部的总线,是是用来连结各功能部件的信息通路用来连结各功能部件的信息通路,例如例如CPU芯片芯片中的内部总线中的内部总线,它是它是ALU寄存器和控制器之间的寄存器和控制器之间的信息通路信息通路.片内总线根据其功能又被分为地

3、址总线、数片内总线根据其功能又被分为地址总线、数据总线和控制总线。据总线和控制总线。这种总线是由微处理机芯片生产厂家设计的这种总线是由微处理机芯片生产厂家设计的.1、总线的分类、总线的分类片总线是指在印刷电路板上连接各插件的片总线是指在印刷电路板上连接各插件的公共通路。公共通路。例如例如CPU及其支持芯片及其支持芯片(南桥北桥芯片南桥北桥芯片)与其与其局部资源（内存）之间的通道即属于主板局部局部资源（内存）之间的通道即属于主板局部总线总线.2.片总线内总线又称为系统总线内总线又称为系统总线,这是指模块式微处理这是指模块式微处理机机箱内的底板总线，用来连接构成微处理机机机箱内的底板总线，用来连接

4、构成微处理机的各插件板卡的各插件板卡.它可以用来扩展某块它可以用来扩展某块CPU板的局部资源板的局部资源,如如PCI、ISA等。等。3.内总线主板的总线结构外总线又称为外总线又称为通信总线通信总线,它用于微处理机系统它用于微处理机系统与系统之间、微处理机系统与外部设备与系统之间、微处理机系统与外部设备,如打印如打印机、磁盘设备或微处理机系统和仪器仪表之间机、磁盘设备或微处理机系统和仪器仪表之间的通信通道。的通信通道。这种总线数据的传送方式可以是并行这种总线数据的传送方式可以是并行(如打如打印机印机)或串行。数据传送速率比内总线低。不同或串行。数据传送速率比内总线低。不同的应用场合有不同的总线标

5、准。如的应用场合有不同的总线标准。如,串行通信的串行通信的EIA-RS232C总线总线,用于硬磁盘接口的用于硬磁盘接口的IDE,SCIS,用于并行打印机的用于并行打印机的centronics等总等总线。这种总线非微处理机专线。这种总线非微处理机专,一般是利用工业领一般是利用工业领域已有的标准域已有的标准.4.外总线物理特性指的是总线物理连接的方式。物理特性指的是总线物理连接的方式。包包括总线的根数、总线的插头、插座是什么形括总线的根数、总线的插头、插座是什么形状的、引脚是如何排列的等。例如状的、引脚是如何排列的等。例如IBM PC/XT机的总线共机的总线共62根线，分两排编号。当根线，分两排编

6、号。当插件板插到槽中后，左面是插件板插到槽中后，左面是B面，引脚排列面，引脚排列顺序是顺序是B1B31，右面是，右面是A面，引脚排列顺面，引脚排列顺序是序是A1A31，A面是元件面。面是元件面。 物理特性功能特性描写的是这一组总线中每一根线的功能特性描写的是这一组总线中每一根线的功能是什么。功能是什么。从功能上看，总线分成三组：从功能上看，总线分成三组：地址总线，数据总线和控制总线。地址总线，数据总线和控制总线。地址总线的宽度指明了总线能够直接访问地址总线的宽度指明了总线能够直接访问存储器的地址范围；存储器的地址范围；数据总线的宽度指明了访问一次存储器或数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外部

7、设备最多能够交换数据的位数；外部设备最多能够交换数据的位数；控制总线一般包括控制总线一般包括CPU与外界联系的各种与外界联系的各种控制命令，如输入输出读写信号、存储器读控制命令，如输入输出读写信号、存储器读写信号、外部设备与主机同步匹配信号、中写信号、外部设备与主机同步匹配信号、中断信号和断信号和DMA控制信号等等。控制信号等等。 功能特性电器特性定义每一根线上信号的传递方向、电器特性定义每一根线上信号的传递方向、有效电平范围。有效电平范围。一般规定送入一般规定送入CPU的信号叫输入信号的信号叫输入信号IN，从，从CPU送出的信号叫输出信号送出的信号叫输出信号OUT。例如例如XT总线的地址线总

8、线的地址线A0A19为输出线，数为输出线，数据线据线D0D7为双向信号线，既作为数据输入线为双向信号线，既作为数据输入线又作为数据输出线。又作为数据输出线。地址线和数据线都是高电平有效。控制线地址线和数据线都是高电平有效。控制线IOR#，是输入设备读信号线，低电平有效。，是输入设备读信号线，低电平有效。电气特性时间特性定义了每根线在什么时间有效。时间特性定义了每根线在什么时间有效。也就是说用户什么时间可以用总线上的信号、也就是说用户什么时间可以用总线上的信号、或者用户什么时候把信号提供给总线，或者用户什么时候把信号提供给总线，CPU才才能正确无误地使用。能正确无误地使用。 时间特性1.总线请求

9、和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段由需要使用总线的主控设备向总线仲裁机构提出使用总线的请求，由需要使用总线的主控设备向总线仲裁机构提出使用总线的请求，经总线仲裁机构仲裁确定，把下一个传送周期的总线使用权分配给哪一经总线仲裁机构仲裁确定，把下一个传送周期的总线使用权分配给哪一个请求源。个请求源。2.寻址（寻址（addressing）阶段）阶段3.数据传送（数据传送（data transfering）阶段）阶段主控设备和从属设备进行数据交换，数据由源模块发出，经数据总主控设备和从属设备进行数据交换，数据由源模块发出，经数据总线传送到目的模块。线传送到目的模块。4.结束（结束（ending）阶段）阶段主控

10、设备、从属设备的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线，主控设备、从属设备的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线，以便其他模块能继续使用。以便其他模块能继续使用。2、总线的操作过程同步传送同步传送主设备与从设备进行一次传送所需要的时间主设备与从设备进行一次传送所需要的时间是固定的。每次传送一旦开始，主、从设备都必是固定的。每次传送一旦开始，主、从设备都必须按严格的时间规定完成相应的动作。须按严格的时间规定完成相应的动作。3、总线的数据传送方式异步传送异步传送用请求（用请求（request）和响应（）和响应（acknowledge）信号线来协调传输过程，而不依赖于公共时信号线来协调传输过程，而不依

11、赖于公共时钟信号。钟信号。半同步传送是综合同步和异步传送的优点而设半同步传送是综合同步和异步传送的优点而设计出来的混合式传送计出来的混合式传送.半同步传送半同步传送主板的总线结构同步传送同步传送主设备与从设备进行一次传送所需要的时间主设备与从设备进行一次传送所需要的时间是固定的。每次传送一旦开始，主、从设备都必是固定的。每次传送一旦开始，主、从设备都必须按严格的时间规定完成相应的动作。须按严格的时间规定完成相应的动作。3、总线的数据传送方式异步传送异步传送用请求（用请求（request）和响应（）和响应（acknowledge）信号线来协调传输过程，而不依赖于公共时信号线来协调传输过程，而不依

12、赖于公共时钟信号。钟信号。半同步传送是综合同步和异步传送的优点而设半同步传送是综合同步和异步传送的优点而设计出来的混合式传送计出来的混合式传送.半同步传送半同步传送808780888284时钟发生器地址锁存器数据收发器地址锁存器ROMRAM8259A中断控制器8237DMA控制器8253计数计时器8255A并行接口I/O接口扬声器键盘播码开关图 IBM PC/XT的主板配置11.2 PC总线（8位ISA总线）8288总线控制11.3 ISA总线(Industry Standard Architecture) ISA(Industry Standard Architecture) ISA总线是一种总线是一种1616位位( (数据数据) )的总线结构，与的总线结构，与PCPC总总线兼容，适用范围广，因为很多接口卡都是线兼容，适用范围广，因为很多接口卡都是根据根据 ISAISA标准生产的。标准生产的。19841984年年8028680286 配置了配置了1616位的位的ISAISA卡。卡。8038680386处理器配置了处理器配置了ISAISA总线的总线的3232位版本，位版本，称为称为EISA.