西安电子科技大学考研复试科目微机原理与接口技术chap

1、总线：连接两个以上数字系统元件的公共的信息通路。总线的分类：片内总线元件级总线系统总线（内总线）通信总线（外总线）总线标准化的优点：简化软、硬件设计，简化系统结构。 模块化使系统易于扩展、便于更新。便于调试、维修。 各插件板分别调试；一级维修CPU内存总线控制逻辑扫描仪网卡声卡SCSI卡主板主机外设1第一页，共八十四页。微机原理及接口技术第4章 总线技术4.2 内总线（系统总线）2第二页，共八十四页。PC机的内总线PC/XT 总线ISA 总线EISA 总线PCI 总线工控机的内总线STD 总线基于PC的工控机总线PC/104 总线PC/104-PLUSCompact PCI4.2 内总线3第三

2、页，共八十四页。ISA ：IBM PC/AT(286)MCA ：IBM垄断(与ISA不兼容)EISA ：扩展ISA(与ISA兼容)VESA ：视频；局部总线PCI ：图形界面、高速数传AGP ：图形加速接口PCI-Express ：现在4.2 内总线PC机的内总线4第四页，共八十四页。兼容性好可靠性高支持多微处理器结构简单，小板结构，模块化4.2 内总线 4.2.2.1 STD总线 P148一、特点：Page 1485第五页，共八十四页。地址选择信号产生时序4.2 内总线 4.2.2.1 STD总线 P148二、信号定义：扩 展请 求地 址地 址 选 择IOEXP, MEMEXPIORQ, M

3、EMRQ地址总线6第六页，共八十四页。WR读写时序4.2 内总线 4.2.2.1 STD总线 P148二、信号定义：地 址 选 择RD数 据RD数据总线地 址 选 择数 据WR数据总线读时序写时序7第七页，共八十四页。串行并行4.2 内总线 4.2.2.1 STD总线 P148三、中断优先级的实现：PCIPCOINTRQINTAKINTRQINTAKIRQIRQ8第八页，共八十四页。串行并行BAI BAO BUSAK BUSRQ4.2 内总线 4.2.2.1 STD总线 P148四、总线优先级控制：9第九页，共八十四页。利用MEMEX选择存储器组输出接口存储器选择法4.2 内总线 4.2.2.

4、1 STD总线 P148五、存储器的扩展10第十页，共八十四页。输出接口存储器选择法4.2 内总线 4.2.2.1 STD总线 P148五、存储器的扩展向I/O写一个数（如1111 1110，选择MEM组0），即第一组64K）；对MEM组0操作（RD/WR）。 64KB8512KB11第十一页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141Baby ATATXIndustry Standard Architecture12第十二页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141一、ISA总线的特点：支持8位、16位数据操作。将XT与AT总线的运行速度提升至8

5、MHz。更强调I/O处理能力：1KB的I/O空间、11级硬件中断、7级DMA通道。地址、数据非多路复用。是多主控设备总线：除主CPU之外，DMA控制器、DRAM刷新控制器、带处理器的只能卡都可以称为ISA的主控设备。曾广泛流行，支持的厂商众多。13第十三页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141XT总线AT总线一、ISA总线的特点：14第十四页，共八十四页。15第十五页，共八十四页。16第十六页，共八十四页。数据总线为16位（支持8位、16位数据操作）SBHE、MEMCS16、IOCS16、0WS提速：0WS，零等待状态，也叫NOWS（No Wait State），I

6、SA卡通知CPU不插Tw。升位：MEMCS16、IOCS16，插件板通知CPU进行16位数据传送。位数可选：SBHE，总线高字节允许（System Bus High Enable），可选8位、16位操作。【注意】当SBHE被主控设备（一般为系统主板）置为低电平时，ISA插卡必须及时将IOCS16或MEMCS16置为有效作为回应。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义17第十七页，共八十四页。数据总线为16位（支持8位、16位数据操作）SBHE、MEMCS16、IOCS16、0WS4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义SBHE SA0操作所用数

7、据线0 0从偶地址开始读/写一个字(16位)D15D00 1从奇地址读/写一个字节（8位）D15D81 0从偶地址读/写一个字节（8位）D7D01 1无效无18第十八页，共八十四页。寻址能力达到16MB，地址、数据线不复用。LA17LA23（非锁存信号，可用BALE 锁存）LA17LA19（不锁存）与SA17SA19（锁存）重复。中断扩充为11个（PC/XT为6个）IRQ3IRQ7，IRQ9IRQ12，IRQ14IRQ15IRQ0（定时器）、IRQ1（键盘）、IRQ2（级联） 、IRQ8（定时器8254） 、IRQ13（协处理器）用于系统板上，总线上不出现。B4引脚：IRQ2（XT） IRQ9

8、（AT），早期由8259级联实现。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义19第十九页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义INTIRQ8IRQ9IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14IRQ15IRQ0IRQ1IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7INTINTA高低优先级：8259825920第二十页，共八十四页。DMA扩充为7个（PC/XT为4个）DRQ03，DRQ57（新增），DACK0DACK3，DACK5DACK7优先级：DRQ0DRQ1DRQ7（DRQ4用作8237级联，不出现）DRQ03：8位传输DRQ5

9、7：16位传输4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义21第二十一页，共八十四页。ISA总线是一种多主控总线：MASTER若ISA插卡要控制总线，则：ISA卡置DRQx为高；DMAC送HOLD申请总线，若成功（CPU送来HOLDACK信号）则DMAC置相应的DACKx有效 ISA卡成为总线上的主控设备；此时AEN为高电平，若此时ISA卡需要访问其它I/O设备（包括其它ISA卡），则置MASTER为低 释放AEN（使AEN为低电平，无效）；ISA卡释放DRQx（置为低），释放MASTER（置为高） 总线控制权又返回系统板。4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P14

10、1二、信号定义22第二十二页，共八十四页。速度：CLK（B20，Output）4.77MHz 8.3MHz（标准） 12MHz4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义时序8位I/O读/写16位I/O读/写标准周期：T1 BALE有效；T2 读写控制信号有效；T3 T4 T5 等待；T6 锁存数据延长周期：IOCHRDY T6采样零等待周期：0WS T3采样，若有效 T3结束I/O读/写标准周期：T1 T2 T3延长周期要求ISA卡在译码条件成立的同时将IOCS16或MEMCS16置为低电平。23第二十三页，共八十四页。速度：CLK（B20，Output）4.77MHz

11、8.3MHz（标准） 12MHz4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141二、信号定义速度8位，CLK=8MHz16位，标准周期标准：零等待：CLK8MHz：CLK12MHz：24第二十四页，共八十四页。早期的PC机后来：Pentium III 主板4.2 内总线 4.2.1.2 ISA总线 P141三、ISA总线的体系结构25第二十五页，共八十四页。南桥中断控制器IDE控制器USB主控制器DMA控制器 26第二十六页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147Peripheral Component Interconnect Local BusBaby A

12、TATX局部总线，1992年27第二十七页，共八十四页。ABIT KV7 Motherboard (AMD Athlon XP System Board Socket 462)28第二十八页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147不依赖于处理器：更换CPU 换PCI桥路即可 使PCI总线能为I/O功能而优化一、PCI总线的特点：P142，CPUPCI桥PCI Bus29第二十九页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147扩充性好：挂多个设备，驱动能力不够 采用多PCI总线结构一、PCI总线的特点：P142，CPU桥0PCI Bus 1存

13、储器桥1PCI设备PCI Bus 0桥2设备PCI Bus 2总线桥标准总线30第三十页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147具有自动配置功能，支持即插即用（PnP）。资源需求设置工作在系统初启时由BIOS完成。数据、地址奇偶校验功能 保证数据完整性、准确性。（PAR）数据宽度32位，可扩展为64位；2.0版支持33MHz时钟，2.1版增加了对66MHz总线操作的支持。信号复用，支持无限读写突发操作。地址、数据信号共用信号线，信号不同阶段表示不同含义。33MHz32位：132MB/s峰值传送速率；64位：264MB/s峰值传送速率；66MHz64位：528MB/

14、s峰值传送速率。一、PCI总线的特点：P142，31第三十一页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147适应性广。台式机、便携机、服务器；3.3V、5V电源。并行总线操作。在PCI桥支持下，处理器总线、PCI总线与扩展总线可并行工作。一、PCI总线的特点：P142，32第三十二页，共八十四页。设备识别供应商识别码00H状态寄存器命令寄存器04H分类代码修改版本08H内含自测试头标类型延时计数器Cache大小0CH基 地 址 寄 存 器10H14H18H1CH20H24H保 留28H保 留2CH扩展ROM基址寄存器30H保 留34H保 留38HMax-LatMin-G

15、nt中断引脚中断连线3CH目标设备的接口芯片中包含 256 字节的用于配置的存储空间：33第三十三页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147以PCI总线读操作为例：总线命令（地址节拍）C/BE3:0#命令类型二、信号定义：P143P1450 0 0 0中断应答0 0 0 1特殊周期0 0 1 0I/O读0 0 1 1I/O写0 1 1 0MEM读0 1 1 1MEM写1 0 1 0读配置1 0 1 1写配置34第三十四页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147以PCI总线读操作为例突发成组数据传输：一个分组一个地址节拍一个（多个）数据

16、节拍 （Address phase） （Data phase）二、信号定义：P143P14535第三十五页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147二、信号定义：P143P1451234CLK567FRAME#地址数据1数据2数据3主从AD31:0总线命令字节允许1字节允许2字节允许3C/BE3:0#IRDY#TRDY#DEVSEL#总线时钟主设备准备好从设备准备好等待周期Tw地址节拍总线转换周期数据节拍1数据节拍2数据节拍3总线传送（一个分组）X36第三十六页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147FRAME#：帧周期信号，由主控设备

17、驱动，表示一个总线周期的开始和结束。DEVSEL#：设备选择信号，从设备驱动。总线转换周期：AD31:0既不被主设备也不被从设备驱动，以避免总线冲突。写操作无总线转换周期。在同一个时钟上升沿IRDY#和TRDY#都有效时，数据才可以传送。第一个地址由地址节拍得到，以后线性相加。（线性增长方式）地址/数据复用：地址节拍、数据节拍二、信号定义：以PCI总线读操作为例37第三十七页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147过程描述：二、信号定义：以PCI总线读操作为例FRAME#地址节拍AD31:0：地址C/BE3:0：命令（总线读） 0110总线转换周期主：IRDY#从

18、：DEVSEL#数据节拍FRAME#“0”FRAME#此为最后一个数据节拍若TRDY#或IRDY#在CLK 为高电平，则主设备自动插入Tw38第三十八页，共八十四页。PCI Timeline4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线三、PCI总线的发展39第三十九页，共八十四页。4.2 内总线 4.2.1.4 PCI总线P142147三、PCI总线的发展：PCI Express40第四十页，共八十四页。Architecture ComparisonPCIPCI ExpressParallel Signaling33MT/S to 66MT/S32/64bit BusSide band Cont

19、rol SignalsLoad-Store ArchitectureMemory, I/O, Config.PCI Power ManagementParity and ECCSerial Differential Interface2.5GT/SScalable Width: 1X, 2X32XIn-band controlLoad Store ArchitectureMemory, I/O, Config. & MessagesEnhanced Configuration Mechanism100% compatible With PCI SoftwareAdvanced Power Ma

20、nagementAdvanced RAS, Native Hot PlugSupport for QoS41第四十一页，共八十四页。PCI Express enables greater bandwidth and performanceX16 next generation graphics for 4GBytes/second per directionX1 or greater I/O performance for for GbE, 1394, etc for 250MBytes/second per directionPCI Express enables new usage mod

21、elsIsochronous support for streaming media for TV Tuners, graphics, cameraNative Hot Plug support for new form factors and modules ExpressCardTMGeneral Purpose PCI Express Topology42第四十二页，共八十四页。AGP (primarily for graphics cards)PCI Express x132-bit PCIPCI Express x1664-bit PCIISA常见的系统总线43第四十三页，共八十四页

22、。微机原理及接口技术第4章 总线4.3 外总线（通信总线）44第四十四页，共八十四页。RS232C、RS-485Centronic、IEEE1284SCSI、SASIDE、ATA、SATAUSBIEEE1394IEEE 4884.3 外总线45第四十五页，共八十四页。DTE：数据终端设备DCE：数据通信设备4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口一、RS232C的特点：P159二、电气特性、引脚功能：25针/9针 D型连接器46第四十六页，共八十四页。信号传送信息信号：TxD ：发送数据线（DTE DCE）RxD ：接收数据线（DTE DCE ）联络信号：RTS ：请求发送（D

23、TE DCE）CTS ：清除发送（DTE DCE ）DTR(20)：DTE就绪（DTE DCE）DSR ：DCE就绪（DTE DCE ）DCD：数据载波检测（DTE DCE ）RI：振铃指示（DTE DCE ）4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口二、电气特性、引脚功能：25针/9针 D型连接器47第四十七页，共八十四页。RTS：请求发送 半双工：RTS请求，CTS应答 （DTE DCE） 全双工：接恒定电平CTS：清除发送 （DTE DCE ）DTR：DTE就绪，计算机一加电即有效 （DTE DCE）DSR：DCE就绪，Modem加电且连在线路时有效 （DTE DCE ）D

24、CD：数据载波检测（DTE DCE ） “1” 本地DCE收到远程DCE发的载波信号RI：振铃指示（DTE DCE ） “1” 本地DCE收到远程DCE发的振铃信号4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口二、电气特性、引脚功能：25针/9针 D型连接器48第四十八页，共八十四页。电平 （一般为12V）4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口二、电气特性、引脚功能：25针/9针 D型连接器数据信号（RxD、TxD）控制信号（RTS等）逻辑1315V（传号）315V（接通）逻辑0315V（空号）315V（断开）49第四十九页，共八十四页。与TTL电平转换TTL RS

25、232C：MC1488，SN75150，15V供电RS232C TTL：MC1489，SN75154，5V供电MAX232：单5V供电，内部有电压倍增电路 CMOS/TTL RS232C4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口二、电气特性、引脚功能：25针/9针 D型连接器50第五十页，共八十四页。使用Modem连接电缆信号一一对应，共10线。（保护地、信号地、）软硬件系统调试：控制台、超级终端4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口三、RS232的应用计算机（DTE）Modem（DCE）Modem（DCE）计算机（DTE）电话线51第五十一页，共八十四页。直接

26、连接：计算机（DTE） 计算机（DTE）用于近程通信，15米，多种连法，举二例。交叉连接方式三线经济方式4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口三、RS232的应用52第五十二页，共八十四页。直接连接：计算机（DTE） 计算机（DTE）交叉连接方式4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口三、RS232的应用全双工全双工53第五十三页，共八十四页。直接连接：计算机（DTE） 计算机（DTE）三线经济方式软件不需要检测CTS、DSR状态。4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口三、RS232的应用54第五十四页，共八十四页。RS423：单端输出、差分

27、接收（非平衡传输）1200米1Kbps90米100KbpsRS422：差分输出、差分接收（平衡差分传输）1200米100Kbps90米10Mbps4.3 外总线 4.3.1 RS-232C 串行通信接口四、RS423、RS42255第五十五页，共八十四页。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165SCSI：Small Computer System Interface，读作“Scuzzy”开发目的：使用逻辑地址而非物理地址寻址数据不依赖于计算机系统总线计算机外存SCSI56第五十六页，共八十四页。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165An assor

28、tment of various SCSI connectors on the backs of two Zip drives and an external hard disk drive. Each of these devices has a control on the back for changing the SCSI ID number of the unit. Each also has two SCSI ports so that additional SCSI devices may be daisy-chained on.Note the diamond-shaped S

29、CSI symbol in the upper-right corner of the picture.57第五十七页，共八十四页。适用范围广IDE接口：每个IDE通道占用一个IRQ；一块标准主板只有两个IDE通道，每个IDE通道最多可接两个设备。SCSI：可连接设备数超过15个，所有设备只占用一个中断号。传输速率高Ultra 320 SCSI：320MB/sSCSI 5：640MB/s4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165一、特点58第五十八页，共八十四页。提高了CPU的效率，CPU占用率低SCSI控制卡/控制器中有专门的芯片，用来负责SCSI数据的处理。CPU只需将

30、命令传输给SCSI的专用处理芯片，后面有关的处理工作由SCSI专用芯片处理。支持多任务在对一个设备进行数据传输的同时，允许另一个设备对其进行数据访问。对网络服务器系统尤为重要。智能化SCSI卡上的专用处理芯片对CPU指令进行排队。在多任务时，硬盘会根据当前磁头位置，将邻近的任务完成，再逐一处理后面的任务。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165一、特点59第五十九页，共八十四页。是通用接口，是一种设备无关的I/O子系统。磁盘、磁带、CD-ROM、CDRW、PC、服务器、工作站、小型机、使用高级命令通信，不涉及物理地址总线上 主机适配器外设控制器 8个多任务：主机外设 外设

31、外设 占用CPU资源少智能：有专用命令集， 有总线仲裁、设备选择功能。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165一、特点：SCSI-1、SCSI-2接口本身的功能60第六十页，共八十四页。两种工作方式：同步数据传输SCSI-1：5 MB/sSCSI-2：10 MB/s异步数据传输SCSI-1：1.53 MB/sSCSI总线上的设备无主/从之分。总线上任何设备可作启动设备，也可作目标设备。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165一、特点：SCSI-1、SCSI-2ANSI X3.131-198661第六十一页，共八十四页。驱动方式单端：最大总线长度为6米

32、。差分：最大总线长度为25米。LVD：最大总线长度为12米。三种驱动方式不能共存（驱动电路、接收电路）4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165一、特点：SCSI-1、SCSI-2Low Voltage Differential，低压差动负逻辑“1” 低电平“0” 高电平信号成对使用，无公共地“”“”电平：“1”“”“”电平：“0”62第六十二页，共八十四页。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165二、设备连接63第六十三页，共八十四页。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165三、总线信号启动设备A电缆接口目标设备A电缆接口DB7

33、DB0，DBPREQACKC/DI/OSEL（OC）MSGBSY（OC）ATNRST（OC）64第六十四页，共八十四页。DB7DB0，DBP：命令，数据，状态，消息，SCSI-IDREQ，ACK：握手信号C/D“0”：DB7DB0为数据“1”：为命令、状态、消息I/O“0”：数据 启动设备 目标设备“1”：数据 启动设备 目标设备SEL“1”：处于选择、再选择阶段MSG“1”：处于消息阶段4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165三、总线信号65第六十五页，共八十四页。ATN“1”：启动设备有消息要传送。BSY“1”：SCSI总线正在使用。RST“1”：复位SCSI总线上的

34、所有设备。4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165三、总线信号66第六十六页，共八十四页。概述启动设备（Initiator）选择一个目标设备，并发送一条命令。目标设备（Target）被选中并接收命令，即获得总线控制权，将命令传送到相应的LUN（逻辑单元）去执行。目标设备释放总线。LUN：物理外设； 执行SCSI命令所需的逻辑电路。 （每个Target至少有一个LUN）4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165四、工作过程67第六十七页，共八十四页。SCSI ID每个SCSI设备有一个ID，不能相同。优先级：ID7 ID6 ID0SCSI适配器（SCSI

35、卡） 可接7个设备4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165四、工作过程68第六十八页，共八十四页。总线阶段 信号上的表现4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165四、工作过程总线阶段SEL MSG C/D I/O数据方向数据类型选择1 x x 0I T再选择1 x x 1I T数据输出0 0 0 0I T数据数据输入0 0 0 1I T数据命令0 0 1 0I T命令状态0 0 1 1I T状态消息输出0 1 1 0I T消息消息输入0 1 1 1I T消息69第六十九页，共八十四页。总线阶段 SCSI 阶段迁移图（简化）4.3 外总线 4.3.2.1

36、 SCSI 总线 P161165四、工作过程SCSI-1总线空闲仲裁选择消息数据命令消息状态70第七十页，共八十四页。总线阶段例：Test Unit Ready 命令 阶段迁移表 （6字节命令，命令码为全0）4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165四、工作过程71第七十一页，共八十四页。阶段序号阶段名DB7DB0说 明0空闲1仲裁C0H1100 00002选择81H1000 00013消息输出80HIdentify 消息 确认设备4命令00H 发送 “Test Unit Ready” 命令5命令00H6命令00H7命令00H8命令00H9命令00H10状态00H操作成功（

37、Good 状态）11消息输入00HCommand Complete 消息12空闲命令执行完毕ID7与ID6竞争总线，ID7获得控制权启动设备（ID7）选择目标设备（ID0）72第七十二页，共八十四页。串行SCSI总线：SAS总线4.3 外总线 4.3.2.1 SCSI 总线 P161165五、SCSI总线的发展73第七十三页，共八十四页。4.3 外总线 4.3.2.3 USB 总线 P167169USB：通用串行总线，Universal Serial BusA USB port on the side of a PowerBook computer, along with the matchi

38、ng cable connector above it. Note the USB symbol that appears next to the port.USB Flash Drives (key drives) come in a variety of shapes and colors (one example is shown below). They store data on flash memory chips. The storage capacity varies, but anything from 16 MB to over a gigabyte are available.74第七十四页，共八十四页。目前PC机I/O模式的缺点：PC外设日益丰富，接口、扩展槽有限；种类繁多的接口电缆线。I/O资源分配（I/O空间、IRQ、DMA） 接口卡一多，上述资源可能耗尽。热插拔、PnP的需求。4.3 外总线 4.3.2.3 USB 总线 P167169一、对 USB 的需求75第七十五页，共八十四页。USB的特点/优点：单一接口类型。 4芯接口每个USB总线支持127个外设。整个USB系统只用一个端口、一个中断 节省系统资源支持热插拔、动态加载驱动程序：带电拔出后自动回收资源；PnP，自动配置。4.3 外总线 4.3.2.3 USB 总线 P167169一、对 U