微机原理及应用：第十一章 总线技术

1、第十一章 总线技术什么是总线微型计算机相同大都采用总线技术，这种结构的特点是采用一组公用的信号线作为微型计算机多个部件之间的通信线。这种公用信号线就称为总线。总线能为多个部件服务，总线的基本工作方式通常是由发送信息的部件分时地将信息发往总线，再由总线将这些信息同时发往各个接收信息的部件。究竟由哪个部件接收信息，要由CPU给出的设备地址经译码产生的控制信号来决定。面向总线的体系结构使各部件之间的关系转化为面向总线的单一关系：设计和使用某一部件，无须考虑该部件和其他相应部件间的复杂关系，只要满足它和总线之间的关系即可。标准总线可以得到多个厂商的广泛支持，便于生产与之兼容的硬件板卡和软件。模块结构方

2、式便于系统的扩充和升级。便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。第一节 总线分类和性能指标一、总线分类按总线所在位置分类按信息传送形式分类按传送信息的内容分类按总线所在位置分类片内总线片总线内总线外总线片内总线位于微处理器芯片的内部，用于ALU与各种寄存器或其它功能单元之间的连接。片总线又称元件级总线或局部总线用于各芯片之间连接的总线，是微型机系统内的重要总线。接口芯片与CPU连接时就涉及到这样的总线。它一般是CPU芯片引脚的延伸，往往需要增加锁存、驱动等电路，以提高CPU引脚的驱动能力。内总线又称微型计算机总线或板总线，一般称为系统总线。用于微型计算机系统各插件板之间的连接，是微型计算机系统的

3、最重要的一种总线，通常所说的微型机总线指的就是这种总线。微型计算机系统内插件板与主板的连接就是由内总线来完成的。外总线又称通信总线用于系统之间的连接，如微机系统之间，微机系统与外设之间的连接。常用的外总线有RS-232C、IEEE488等。按信息传送形式分类并行总线串行总线按传送信息的内容分类地址总线：单向、三态总线数据总线：双向、三态总线控制总线：有的为单向，有的为双向，有的为两态，有的为三态。电源和地线备用线：留作功能扩充和用户的特殊要求使用。二、性能指标总线带宽、总线宽度、总线工作频率三者之间的关系就像高速公路上的车流量、车道数和车速的关系。车流量取决于车道数和车速，车道数越多、车速越快

4、则车流量越大：同样，总线带宽取决于总线宽度和工作频率，总线宽度越宽、工作频率越高则总线带宽越大。总线带宽的计算公式如下： Q=fWN常见总线的带宽和传输率三、总线的数据传输方式在利用总线实现数据传送通信时，需要有一种控制一次通信起止的办法，以保证信息传输的正确与可靠，这就是总线通信协议应解决的问题。总线数据传输方式 1.同步方式 2.半同步方式 3.异步方式同步方式这种方式用系统时钟作为控制数据传送的时间标准。在这种方式下，各部件的动作时间被严格限定。同步方式动作简单，可以获得较高的系统速度，但要解决各种速度的模块的时间匹配。半同步方式半同步方式是对同步方式所存在缺陷的一种改进。总体而言，它仍

5、然是一种同步系统，即对能按预定时刻传输的部件完全按照同步方式传输，对不能按照预定时刻传输的慢速设备，则可以请求延长操作时间，以协调主、从部件的数据传输。8086/8088总线读、写周期采用的就是半同步方式。异步方式采用“应答式”传输技术。用“请求”（REQ）和“应答”（ACK）两条信号线来协调传输过程，而不依赖于公共时钟信号。可以根据各部件的工作速度自动调整响应时间，因此可与任何工作速度的设备接口，而无需考虑与主、从部件的速度匹配问题。缺点是比较复杂，每次操作都必须经过四个步骤：请求、响应、撤消请求、撤消响应，影响工作效率。第二节 常见系统总线标准内部总线外部总线内部总线S100总线STD总线

6、PC/XT、ISA（PC/AT）总线MCA、EISA总线VESA、PCI总线总线性能表S100总线S100总线是最早推出的标准化微型计算机总线，因它总共有100条引脚而得名。它最初是以8080微处理器为基础设计的，后来经IEEE(美国电气电子工程师协会)会议修改。可用于16位微处理器。TP801单板机采用S100总线这种最早期的微型机结构。由于S100总线采用大板结构，抗冲击和抗震能力差。又由于引脚多，可靠性相对较差，目前这种总线已很少有人使用了。STD总线STD总线是1987年推出的用于工业控制微型计算机的标准系统总线。它的高可靠性、小板结构、高度模块化等优越的性能在工业领域得到了广泛应用和

7、迅速发展。STD总线起初是8位微处理器为廉价模块化总线结构使用而提供的技术规范。随着新技术的发展和实际应用的需要，STD总线经过修订和改进，利用复用技术，在保证同原有的I/O功能板兼容的条件下，提供了全16位数据传送能力，地址总线可以扩展到24位。目前，国内所采用的大多是这种8位、16位兼容的STD总线。PCXT总线PC/XT总线是IBM PC/XT个人计算机上采用的微型计算机总线，它是针对Intel 8088微处理器设计的。IBM PC以I/O通道形式经过扩充和经过驱动器再驱动，以增加带负载的能力而连至扩充插槽上，作为I/O接口板和主机之间的信息数据交换通道。PC/XT总线是一种开放式结构的

8、计算机总线，该底板总线有62个引脚，支持8位双向数据传输和20位寻址空间，有8个接地和电源引脚、25个控制信号引脚、1个保留引脚。总线底板上有5个系统插槽，用于I/O设备与PC机连接。该总线的特点是把CPU视为总线的惟一主控设备，其余外围设备均为从属设备。ISA（PC/AT）总线IBM公司在PC总线基础上增加36个引脚，形成了AT总线。即从1982年以后，逐步确立的IBM公司工业标准体系结构，简称为ISA（Industry Standard Architecture）总线，有时也称为PC/AT总线。MCA总线1987年IBM公司为保护自身的利益，在宣布PC/2机器时，推出相对封闭的微通道结构，

9、简称为MCA总线，试图由该公司加以专利控制。EISA总线为了打破IBM的垄断，1988年9月，Compaq，AST，Epson，HP，Olivetti，NEC等9家公司联合起来，推出了一种兼容性更优越的总线，即EISA总线。VESA总线1992年VESA（Video Electronics Standards Association视频电子标准协会）联合60余家公司，对PC总线进行了第五次创新，推出了VESA Local Bus（简称VL总线）局部总线标准VESA V10。PCI总线PCI总线解决了微处理器与外围设备之间的高速通道总线的频率为33MHz，与CPU的时钟频率无关。总线宽度为32位

10、，并可以扩展到64位，所以其带宽达到132Mb/s264Mb/s。PCI总线与ISA、EISA总线完全兼容。总线性能表外部总线RS-232C总线USB总线IEEE-488总线SCSI总线RS-232C总线 RS232C总线是为了用电话网络进行数据通信而制定的标准，通常通过调制器将表示逻辑1和0的高低电压转换成高和低的频率在电话网络中传递，在接收端用解调器把频率变成一系列高和低的电压以表示“1”和“0”。近程通信和微机之间的连接可直接采用RS232C接口标准进行连接。它是一种串行的外部总线，利用它实行计算机和终瑞的串行通信。USB总线USB（Universal Serial Bus）称为通用串行总线，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NT（北方电讯）七家公司推出的新一代接口标准总线。IEEE-488总线 IEEE488总线是一种并行外部总线。用它可实现系统之间的通信，而不是模块板之间的数据交换。它使用24线组合插头，采用负逻辑工作。最多可挂接14台设备。SCSI总线SCSI的原文是Small Computer SystemInter