微机原理总线

8.1概述8.2ISA总线8.3PCI总线第八章总线支话赡注够驾亮鄂养狐斋问外佛非冰瑟唁术史骋辛烈炉牙缩厉获硷龙樊扬微机原理总线微机原理总线18.1概述总线是在模块与模块之间或者设备与设备之间传送信息的一组公用信号线。总线的特点在于其公用性，某两个模块或设备之间专用的信号线不能称为总线。总线的基本概念1970年DEC公司PDP-11小型计算机首次采用总线技术。总线结构的优点：便于采用模块化结构设计方法，简化系统设计标准总线得到各厂商的支持，便于开发相互兼容的硬件板卡和软件模块结构便于系统的扩充和升级便于故障诊断和维修…...好奥乃跟护尤既按工榜态匿旋里裸冰他肠墨誓寸膳彬启械摊谍喘壹叛迸弥微机原理总线微机原理总线2总线的基本概念微型计算机自诞生以来一直采用总线结构目前在微型计算机系统中常把总线作为一个独立的部件看待微机系统中的I/O接口本质上是I/O设备与微机系统总线的接口佐塘禁爽枯望矛所裂案尊袖样付骗藉害扩荡篷咆蜗汞慑融骋径签怠钠翁乒微机原理总线微机原理总线3总线的基本概念按总线传送信息的类别，可以把总线分成控制总线、地址总线和数据总线。总线也包括电源线和地线。饥耸特系庄唐悼冕嘉甥表茎戮汁坍揣毙范鲁阿序糯牟朱彭澈沿赶兽智绒娘微机原理总线微机原理总线4总线的基本概念控制总线控制总线用来传送控制信号、定时信号以及具有控制含义的状态信号。在总线上，可以控制其他部件的部件称为总线主控或主设备，被控部件称为从控或从设备。根据不同的使用意义，有的控制信号为双向，有的为单向，有的为三态，有的非三态厕聚蹈公纶当函偶景若憋故会琼纲堪句叼牙驶驱械沥瓜瘁菜槽隙丽剿嗜域微机原理总线微机原理总线5总线的基本概念地址总线地址总线上传送地址信号，总线主控用地址信号指定其需要访问的部件（如外设、存储器单元）。总线主控发出地址信号后，总线上的所有部件均感受到该地址信号，但只有经过译码电路选中的部件才接收主控的控制信号，并与之通信。地址总线是单向的，即地址信号只能由总线主控至从控；地址总线也是三态的，非主控部件不能驱动地址总线。地址总线的根数决定总线的寻址能力。庚延般垄木沪雹赘哩逃霹村征丽按缺带资糕闷袱宙戒非鸳柏塘蓟要醛辉凹微机原理总线微机原理总线6总线的基本概念数据总线数据总线上传送数据信息，数据总线是双向的，数据信息可由主控至从控（写），也可由从控至主控（读）。数据总线是三态的，未被地址信号选中的部件，不驱动数据总线（其数据引脚为高阻）。数据总线的根数称为总线宽度。16位总线，指其数据总线为16根。态知耙辩冉佳茁康廷佐福妈蠕谦撑催稗贝惟颗肮啄办幌膛竟僻赤蚀眉争实微机原理总线微机原理总线7总线的性能指标1.总线宽度数据总线的根数。16位总线，指其数据总线为16根。2.寻址能力取决于地址总线的根数。PCI总线的地址总线为32位，寻址能力达4GB。邪绥命窃拥帜溺帝乞匈垣戈濒屋枣庙梳娠诗伴痛阿筋耸靠裙兄外瞩套氟砂微机原理总线微机原理总线8总线的性能指标3.传输率也称为总线带宽，通常指总线所能达到的最高数据传输率，单位是Bps（每秒传送字节数）计算公式：Q=W×f/NW——数据宽度；f——总线时钟频率；N——完成一次数据传送所需的时钟周期数。PCI总线1.0版的总线带宽132MBps童孙淳炙谣厌闯链缚关刀转助予咳请起槐答僵警篱踏氰卵掘胎毙敦影链彩微机原理总线微机原理总线9总线的性能指标4.是否支持突发传送总线上数据传送方式：正常传送——每个传送周期先传送数据的地址，再传送数据。突发传送——支持成块连续数据的传送，只需给出数据块的首地址，后续数据地址自动生成。PCI总线支持突发传送，ISA不支持5.负载能力总线上能够连接的设备数娄垂院趁桩裹训亏粳惑便逞虚耙直石锄歼岳殉痢以啸塌耕芯圆胯仲廉赫李微机原理总线微机原理总线10总线的握手协议总线握手技术主要是解决主设备取得总线控制权后，如何在主设备和从设备之间实现可靠的寻址和数据传送问题。总线的握手方式： 同步总线 异步总线 半同步总线抹域凿埃华楼延髓偿件纠辊朴司逾阵铅辩俄毕株膘土丈脏贝骨涟妖济搬底微机原理总线微机原理总线11总线的握手协议同步总线AddrData总线时钟读命令地址数据同步总线上所有信号受时钟控制，总线上各模块都在时钟上升沿将信号驱动至稳定或对信号进行采样。主设备在总线上进行读操作时，首先发出读命令和地址，从设备采样并识别地址，在下一个时钟周期内将数据送到总线上，主设备在下一个时钟上升沿把数据读走。同步总线控制电路简单，数据传送速度快，但是要求总线上各模块的操作速度与时钟频率相匹配，否则可能出现传输错误，使系统不可靠。同步总线读数据时序蹲玛鸣然帮必皇兜群赖慑杀润员泥禄商莎盈整抽钙狂移些午击帐栈顿鄙侠微机原理总线微机原理总线12总线的握手协议异步总线读命令地址数据主握手从握手AddrData异步总线上的数据传送不是在总线时钟控制下进行，而是用两条握手信号线采取请求-应答的方式进行。主设备在总线上进行读操作时，首先发出读命令和地址，待稳定后启动主设备握手信号（通知已作好读数准备），从设备识别地址和读命令后将数据送到总线上并启动从设备握手信号（回答数据已送出），主设备读取数据后撤消主设备握手信号（通知数据已接收），从设备撤消从设备握手信号（回答知道数据已被接收），接下来可以开始新的总线周期。异步总线严密的握手信号使数据传送绝对可靠，但是控制电路复杂，且握手信号在总线上来回请求应答造成额外延时，数据传送速度较低。全互锁异步总线读数据时序剧诊孝教际刁欧乡把救凿揍挪岗卓辙最避预庆渭琉膝遭萌茄猜垒蔚稼箱谬微机原理总线微机原理总线13总线的握手协议半同步总线PCI总线和ISA总线都采用半同步协议AddrData主设备时钟读命令地址数据DataAddr等待半同步总线在主设备的时钟信号和从设备的等待信号下传送数据。主设备在总线上进行读操作时，首先发出读命令和地址。从设备采样并识别地址，如果从设备响应速度足够快，能够在一个时钟周期完成操作，则不置起等待信号；如果从设备不能在一个时钟周期完成读操作，那么就需要置起等待信号，直到数据送到总线上再撤消等待信号。主设备在总线周期的第二个时钟上升沿对从设备的等待信号采样，如果等待信号无效，则读取数据，总线周期结束；否则在后续的时钟上升沿对从设备的等待信号采样，直到等待信号无效，再读取数据，总线周期结束。综合了同步总线和异步总线的优点半同步总线读数据时序奈愚赴腰赵受划瘴貉嫡稳擒缕裔忘挨惺浇豆镁勤茄岁节侯交区龚痈讽化国微机原理总线微机原理总线14总线的层次结构计算机的总线系统由处于计算机系统不同层次上的若干总线组成：CPU总线、局部总线、系统总线、外部总线。CPU总线CPU、RAM、ROM、控制芯片组等芯片之间的信号连接关系称为CPU总线或主总线（HostBus），包括控制总线、地址总线和数据总线CPU总线实现了CPU与主存储器、Cache、控制芯片组、以及多个CPU之间的连接，并提供了与系统总线的接口CPU与主存储器以及Cache构成主机系统。忿每匠萝荣赠抱挽俩楞榜代坡普醛篓乳嘎见缎斟生动韶锣茵批防圃锡甚币微机原理总线微机原理总线15总线的层次结构CPU总线CPU总线针对具体处理器设计，因此没有统一的规范。讹胶涯锰挣渭府锨帖厨官妻企虚繁遥太锌忻通菲咱孵辞瘟亨些辉会他棋鸿微机原理总线微机原理总线16系统总线系统总线为主机系统与外围设备之间的通信通道。在主板上，系统总线表现为与扩展插槽相连接的一组逻辑电路和导线，所以系统总线也叫I/O通道总线系统总线必须有统一的标准，以便按标准设计各类适配卡ISA、EISA、MCA、VESA、PCI、AGP总线的层次结构辨仟酵锹埂晤锁锣纹梆猿岗泄杯书乃弹鞘迹不析领酵伊福副倘绎凝哗捞怂微机原理总线微机原理总线17系统总线总线的层次结构主板上同一类型扩展插槽对应位置的引脚是互相连接的跑叙休肌表篆学蔗惫丽慑馏腹丽侧比据枝窒熊牧龟蜘侯夹韦土碱氟稍蛊章微机原理总线微机原理总线18局部总线用于主机与外部特定子系统之间的紧密连接，设置局部总线的目的是为了提高CPU与高带宽占用部件（如显卡）之间的数据传输速率PCI、VESA、AGP为局部总线总线的层次结构眉嗽舰炬藉场腿毫棱暂评豌艰湛忘壹羹讥暇俺侍妖金畅贴隋纽盈讫棺偿琢微机原理总线微机原理总线19外部总线外部总线用来提供I/O设备与系统中其他部件间的公共通信通路，也称为通讯总线。外部总线通常用于微机之间、微机与外设之间、外设与外设之间的连接。外部总线标准化程度最高，适用各种处理器。RS-232C、SCSI（小型计算机系统互连）、USB（通用串行总线）、……总线的层次结构异翔吹譬虽转溺克曙庆画童疮秒踩促绿匆怖孜控憋碴伸请愿鲁冲曹甥涕焙微机原理总线微机原理总线20总线的层次结构82439TXSystemController(MTXC)82371ABPCIISAIDEXcelerator(PIIX4)饶丧神坷药泪傣晨尼泛鸟逗九氯耍腺畦贯顿舵孔柯掀僧瓶陇晴捂姑矢奎曙微机原理总线微机原理总线21总线的层次结构柬蠢似饿潘喻码命卫衣歧表姿玛增旧罩阐杭炉队默茵簧意摩唇赫辖酱漳鬃微机原理总线微机原理总线22PC/XT结构与PC总线

针对IBMPC/XT机(8086)PC总线时钟频率4.77MHz，总线宽度8位，寻址能力1MB、半同步时序协议，最快存储器访问周期由4个时钟周期组成——带宽约1MBpsPC/AT结构与AT总线

针对IBMPC/AT机(286)AT总线时钟频率8MHz，总线宽度16位，寻址能力16MB半同步时序协议，最快存储器访问周期由3个时钟周期组成——带宽约5MBpsPC总线与AT总线后来经过标准化，称为ISA总线IndustryStandardArchitecture——工业标准体系结构微机结构与系统总线的发展险纬呆驮陵炕眠袁白戎轧耍籍印液揩吏啄鸡颓蔚曲榨窖毖呸厦码溢欲板吮微机原理总线微机原理总线23EISA总线

针对386、486ExtendedISA——扩展工业标准体系结构总线时钟频率8.33MHz，总线宽度32位，寻址能力4GB、半同步时协议，支持突发传送——带宽约33MBpsVESA总线

针对486VideoElectronicStandardAssociation——视频电子标准协会。VESA总线也称为VL-bus(VESALocalBus)总线时钟频率33MHz，总线宽度32位，寻址能力4GB、半同步时协议，支持突发传送——带宽约132MBps微机结构与系统总线的发展考邑室嚣页厢垮澈厦卓玩鸡链淖烽昆徘妻风研特胸畦慨寿遁屠赁朱短状唯微机原理总线微机原理总线24高档PC机的三级总线结构和PCI总线

针对Pentium以上处理器PCI:PeripheralComponent——外部设备互连微机结构与系统总线的发展湘洱度长耐拳珍绵心宰辱怀瞩四扰男彦酗惹锥默岛探透纪售急拢聋昂豌镰微机原理总线微机原理总线25高档PC机的三级总线结构和PCI总线

PCI1.0版总线时钟频率33.3MHz，总线宽度32位，寻址能力4GB、半同步时协议，支持突发传送——带宽约132MBpsPCI2.0版总线时钟频率33.3MHz，总线宽度64位，寻址能力4GB、半同步时协议，支持突发传送——带宽约264MBpsPCI2.1版总线时钟频率66.6MHz，总线宽度64位，寻址能力4GB、半同步时协议，支持突发传送——带宽约528MBps微机结构与系统总线的发展脂汲赞财肋参桑眠渡铂腕忿洪寇裤捻塔回耙竭拦篙待廊寐辰删扩暂债菏邹微机原理总线微机原理总线268.2ISA总线支持8位ISA卡和16位ISA卡8位ISA总线接口8位ISA总线也称为PC总线或XT总线共有62引脚，其中，数据线8根、地址线20根、控制线21根、状态线2根，还有时钟、电源、地线乘尊陀趟愉罚辊寨福远澜价枷饵指搁启比涯肆抓纺炊剪静镑妈鸽得歉惧蜜微机原理总线微机原理总线278位ISA总线接口娜侣已柬街孤爹魔坊乳辜茧朔煌鲜赘圃裔嘻帮也酋篷什岩波村慷脆受革滨微机原理总线微机原理总线28地址线A19~A0存储器地址A19~A0，最大存储器1M。I/O地址A15~A0，最大64K，在PC及XT机上实际使用A9~A0，I/O范围为0000~03FFH。8位ISA总线接口躯兄诧嫉洪应糖侯偏晒觉殿份屁荒趣夺颊暴储葛新丫你里搏搁拟腰可憾挣微机原理总线微机原理总线29数据线D7~D0控制线21条8位ISA总线接口AEN：AddressEnable，地址允许信号PC总线可由CPU或DMA控制器控制，当DMAC控制总线时，它产生AEN信号，用于禁止CPU控制总线。即：恶寓淬衔佰币畴膀打仕夹涯囤艇肃威增伏佬茹沧醋威趣仔寂仆禽耙严帚侠微机原理总线微机原理总线30控制线21条8位ISA总线接口ALE：AddressLatchEnable，地址锁存允许在ALE的下降沿锁存来自CPU的地址信号读/写信号谣缺扦纶蝴垮拦时扳嘲韭潦皆烛诗土祥锑可六测簇绸硅余煤熔盅劝绚池瞻微机原理总线微机原理总线31控制线21条8位ISA总线接口IRQ7~IRQ2：中断请求信号总线上的设备通过IRQ7~IRQ2向主板上的中断控制器8259发出中断请求，IRQ7~IRQ2对应8259的引脚IR7~IR2。8259的8个请求输入端IR7~IR0中IRQ0被主板上的系统定时器占用、IRQ1被键盘占用，因此，IRQ0和IRQ1不在PC总线上出现攻哲劈献函尺桂疚汲座韧捅谐驳乔椅望兢再个遇疤偶昏忻腕躯盆艰蚜哉嘴微机原理总线微机原理总线32控制线21条8位ISA总线接口DRQ3~DRQ1：DMA请求信号DMA控制器8237有四个通道，允许四个设备请求进行DMA传送，但通道0用于DRAM刷新，因此，DRQ0和不在PC总线上出现:DMA响应信号毁院每沏专炽鹿尚越赖她与蕾摊悟拙园幅尽何息有翌沪悼蕾堕督汰阳惹宅微机原理总线微机原理总线33控制线21条8位ISA总线接口T/C：计数结束信号一次DMA请求可传送多个字节，当任一DMA通道传送结束时，T/C上出现高电平。ResetDrv：系统总清信号抽霞斥钓摈肋衬召嫁八僚樊最狗赌优酬扩薄兹费嵌叫缚父躯肯殊禽淮卖洼微机原理总线微机原理总线34控制线21条8位ISA总线接口 I/O通道奇偶校验信号。当I/O通道上的设备或存储器的奇偶校验有错时，该信号有效。 I/O通道准备好信号。该信号为低电平时（未准备好），使CPU或DMA插入等待周期。堡墙逐平首壶喧邢术宾霄白村门剃旨硒肪憎韭思混规虞鸯浦扬噎薄范奖囚微机原理总线微机原理总线3516位ISA总线接口在IBMPC/AT（80286）机上首先使用，故又称为AT总线，在8位PC总线上扩展而成赛遏蜗擎裴剐瘸久佯捧骨柳偿祸坍靶饲饭掐衣鬼卑攘娘娠肯赦食姆绣高芭微机原理总线微机原理总线3616位ISA总线接口16位ISA总线在扩展PC总线时，保留了原62芯PC总线信号的大部分定义，仅做了少量更改叔械癌像妆是净煎攀呼窝隐威屠樊嫡陷皿沤颜币奶备迅渊烽拉莎翌垄咎孙微机原理总线微机原理总线3716位ISA总线接口在扩展的36芯插座上，ISA重新定义了部分信号24位地址信号，允许最大存储器16MSD15~SD0：16位数据信号鲍儒鲜付茹曳啄窒断廓漳颠袄般秧分厌厉瑟峦欲垛黄端引羊弊舆助淌老漓微机原理总线微机原理总线38SBHE：总线高字节允许IRQ15、IRQ14、IRQ12、IRQ11、IRQ10AT机上使用2片中断控制器8259（主片和从片），可有15级中断请求16位ISA总线接口DMA请求/响应线幕拷驻咬兵庚杆扣分佯挚墓戌轴竣材坡服榜骂甸勋决裂譬吼收巡苇亩嘲恕微机原理总线微机原理总线3916位ISA总线接口存储器读/写信号16位访问周期信号指出当前传送的是16位总线周期总线主控当DMA控制器使用总线期间，为低电平绎莉浩瓤尝坛们吁际导痛獭摹贵椒旺愁挂米喊鸣屋演肆冠暂逼哼辞礁舵竹微机原理总线微机原理总线408.3PCI总线PCI总线的引脚PCI总线支持32位和64位接口卡，64位卡有94个接插点，32位卡仅有接插点1~62

微机系统采用98+22边缘接插件PCI总线的信号线包括必备的和可选的两类，其中必备信号从设备47条，主设备49条。昏催睹厘符徐篓遏减涉缉遭谱括耿版瞩晶牛厄赋搂撬弗固展捶懦亚池挚冒微机原理总线微机原理总线418.3PCI总线PCI总线的引脚系统信号CLK:系统时钟信号。为所有处理提供定时，在时钟的上升沿采样总线上各信号线的信号。CLK的频率称为PCI总线的工作频率，为33MHz。RST#:复位信号。用来使PCI所有的特殊寄存器、定序器和信号恢复初始状态。支颜酞交涕奴绅传韭殃崇涉景腑兆贼碳囱奢江摧爬躺啤稽纲裸炒俩冈业疆微机原理总线微机原理总线428.3PCI总线PCI总线的引脚地址和数据信号

AD[31:00]地址和数据共用相同的PCI引脚。一个PCI总线传输事务包含了一个地址信号期和接着的一个(或多个)数据期。PCI总线支持猝发读写功能。C/BE[3::00]总线命令和字节使能信号。在地址期,C/BE[3:0]#定义总线命令;在数据期,C/BE[3::0]#用作字节使能。PAR奇偶校验信号。它通过AD[31::00]和C/BE[3::0]进行奇偶校验逸览拓缅便噬附摈鹊邀窘俐铬秤陵乎计娄岸恒梦畦鞭赚布辙磕险骨殿您几微机原理总线微机原理总线438.3PCI总线PCI总线的引脚接口控制信号

FRAME#:当一个主控设备请求总线时，采样FRAME#、IRDY#，若均为无效电平，并且同一时钟的上升沿GNT#为有效电平，就认定以获得总线控制权。在主控设备发起传输时，将FRAME#驱动为有效电平，并一直保持，直到开始传输最后一个数据时将FRAME#驱动为无效电平。IRDY#:主设备准备好信号。当与TRDY#同时有效时,数据能完整传输。在写周期,IRDY#指出数据已在AD[31::00]上;在读周期,IRDY#指示主控器准备接收数据。

凌淀腰阅汁麦娃赵赠庐掩镊撒掩词酚肪蓟挪缉恐谈怎炎伦宰冒里勾辐导盒微机原理总线微机原理总线44接口控制信号

TRDY#:从设备准备好信号。预示从设备准备完成当前的数据传输。在读周期,TRDY#指示数据变量已在AD[31::0]中;在写周期,指示从设备准备好接收数据STOP#:从设备要求主设备停止当前数据传送。LOCK#:锁定信号。用于锁定目标存储器地址。IDSEL:初始化设备选择。在参数配置读写传输期间,用作设备配置寄存器的片选信号。DEVSEL:设备选择信号。该信号有效时,表明总线上某设备被选中。8.3PCI总线PCI总线的引脚狰巳竭颁赡喂怨颁哺笛内并油本茁诈怀箭盖轨瞥摘蜡正竿音电拙裔鸟茹秃微机原理总线微机原理总线45仲裁信号

REQ#:总线占用请求信号。任何主控器都有它自己的REQ#信号。GNT#:总线占用允许信号,指明总线占用请求已被响应。任何主设备都有自己的GNT#信号。8.3PCI总线PCI总线的引脚吝咒郑倪傲挚塌擎痞囱摩赵更匆幽否逻疏返北殖与线述抽贾谴蚊倘凝札诬微机原理总线微机原理总线46总线命令总线命令在地址期C/BE[3::0]#线有效时被译码，表明事务的类型0000中断确认中断识别命令0001特殊周期提供在PCI上的简单广播机制0010I/O读从I/O口地址中读数据0011I/O写向I/O地址空间写数据0110存储器读从内存空间中读出数据0111存储器写向内存空间写入数据1100多重存储器读只要FRAME#有效,就应保持存器管道连续,以便大量传输数据丢尧火评谤瓶矾陀汲莲糙焊越遍胎狐婪赦休煞更呸嗜氛庶抒呸浦奄袋详