《微机原理与接口技术》课件微接6

第六章总线技术

6.1概述6.2总线判决和握手技术6.3PC系列微机的系统总线6.4微机常用系统总线6.5微机常用通信总线

总线定义所谓总线，就是在模块与模块之间或者设备与设备之间传送信息、相互通信的一组公用信号线，是系统在总线主控器(模块或设备)的控制下，将发送器(模块或设备)发出的信息准确地传送给某个接收器(模块或设备)的信号载体或通路。

总线的结构主要有以下优点

简化了系统结构

大大减少连线数目

便于接口设计

便于系统的扩充、更新与灵活配置

便于设备的软件设计

便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。6.1概述6.1.1

总线上的信息传送方式一般情况下，同一时刻总线上最多只能有一个模块发送信息。当有多个模块都要使用总线进行信息传输时，只能采用分时方式，每个模块轮流交替使用总线。6.1.2总线的分类1.

按传输信息的性质分类2.

按照信号线的功能分类3.

按照层次位置分类6.1.3总线的标准化与总线规范每种总线标准都有详尽的规范说明1.

机械结构规范2.功能结构规范3.电气规范6.1.4

总线的性能指标1.总线宽度2.总线定时方式3.总线传输率4.总线频宽6.2.1

总线的操作过程1.

总线主设备和总线从设备2.

总线数据传输周期(1)总线请求和仲裁阶段

(2)寻址阶段

(3)数据传输阶段

(4)结束阶段

6.2总线判决和握手技术6.2.2总线使用权的分配仲裁算法分为1.

优先级仲裁2.

公平仲裁6.2.3总线仲裁技术1.

集中仲裁(1)菊花链(daisy-chain)式(2)计数器定时查询方式(轮询判决)(3)独立请求方式(并行判决)(4)二维判决方式

图6.2菊花链式总线判决方式

图6.3独立式请求总线判决方式

图6.4二维总线判决方式2.分布仲裁

与集中仲裁方法不同，分布仲裁的仲裁器是分布于各个主设备中的，没有独立的中央仲裁器。

图6.5分布总线判决方式6.2.4总线传输握手技术同步总线方式异步总线方式半同步总线协定分离式总线传输协定图6.6全互锁总线协定示意

图6.7半互锁总线协定的时序关系示意图6.8非互锁总线协定的时序关系示意6.3

PC系列微机的系统总线由于ISA总线是自PC机问世以来应用时间最长的系统总线，至今仍有应用，所以本节首先较详细地讨论ISA总线，然后介绍目前在PC系列微机上使用最广泛的PCI局部总线。6.3.1ISA总线1.机械和电气特性

ISA总线的机械特性如图6-9所示。图6-9ISA总线机械特性2.ISA总线62脚插槽上的引脚

在ISA总线的62脚插槽中定义的信号可以按照功能分为几组，如图6.10所示。图6.101SA总线上的62脚插槽信号

3.AT总线增加的36脚插槽信号

AT总线对原有的XT总线信号进行了部分改动，但仍能保持与XT总线的兼容。为了进行16位总线操作并支持更大的寻址空间，AT总线另外增加了一个36脚插槽。在AT总线上，8位扩展卡可以只使用原有的XT总线插槽，16位扩展卡则利用两个插槽进行高速传输。4.ISA总线的操作和时序

（1）8比特操作（2）16比特操作6.3.2PCI总线

PCI总线能够支持多个外围设备，并有严格的规范保证高度的可靠性和兼容性。PCI总线的特点

(1)

高性能(2)独立于处理器(3)兼容性好(4)高效益，低成本(5)即插即用(自动配置)(6)预留了发展空间PCI总线的体系结构

PCI总线的信号

PCI总线上的基本信号有下面几类

(1)时钟复位线(2)数据地址线(3)传输控制线(4)仲裁信号线(5)出错报告信号线(6)中断信号线

PCI总线的操作（1）PCI总线命令一次PCI总线的操作由

信号标志，具体执行什么动作，由

信号在总线周期的第一个时钟周期给定。

（2）基本操作时序

PCI总线是同步总线，总线上的信号由时钟信号CLK同步。每个总线周期由多个时钟周期组成。PCI总线的每个总线周期由一个地址阶段和一个或多个数据阶段组成。

图6.18PCI总线的基本时序（3）配置操作和配置空间在配置操作周期，插卡的选择由IDSEL信号进行。该信号一般由PCI母板位每个插槽独立提供。当某个插卡的IDSEL信号有效时，即表示该插卡被选中进行配置操作。

图6.19PCI配置操作时序根据PCI规范，每一个PCI设备或功能都必须有一个PCI配置空间，容量为256字节，也被称为配置寄存器（ConfigurationRegisters）。

图6.20PCItype0类型的配置空间头部区（4）PCI总线的仲裁PCI总线独立请求的使用集中仲裁方式。每个设备有独立的总线请求信号

和总线允许信号

。设备使用它的

信号提出总线请求，中央仲裁器经过仲裁，通过

允许某个申请的设备使用总线。图6.20PCI仲裁时序

PCIBIOS为了提供对各个平台的兼容性和可移植性，所有针对PCI的操作都需要通过一个平台无关的接口来进行，这个接口就是PCIBIOS。它可以在BIOS中实现，也可以在操作系统的硬件抽象层中实现。

PCIBIOS重要的功能

1)查找PCI设备2)读配置字3)写配置字6.4微机常用系统总线6.4.1PC104总线PC/104总线是应用于超小型的嵌入式PC微机系统的总线。这种PC机的总线有两个总线插头，其中P1有64脚，P2有40脚，共104脚，故名PC/104。

6.4.2STD总线STD经过扩展后，依靠地址、数据线复用可以支持16位CPU。为了能应用于32位处理机，近年又定义了STD32标准，并与8位的模板保持兼容。6.5微机常用通信总线通信总线用于计算机系统的独立设备的相互连接。按照通信的并行性，通信总线可以分为串行通信总线和并行通信总线。6.5.1

ATA系列总线接口1.

ATA-1/IDE接口标准2.

ATA-2/EIDE接口标准3.

UltraATA接口标准6.5.2

SCSI总线1.

SCSI总线的工业标准与发展历程2.

SCSI总线的主要特点3.SCSI总线的信号线6.5.3

GP-IB/HP-IB/IEC-IB/IEEE

488总线连接到GP-IB上的所有设备都有三种工作模式听者(1istener)方式讲者(talker)方