微机原理与接口技术 第八章系统总线

1、1,系统总线与接口技术,PC 微机总线标准 PC 微机接口标准,PC/XT 总线标准（8088） ISA 总线标准（8086、80286） PCI 总线标准（80386以上）,PC 微机并行接口标准 PC 微机串行接口标准,2,总线的概念,总线的定义 总线的应用,国际标准性 企业兼容性 产品统一性,各种信号线的集合，标准化的产物,3,总线的分类,按数据传送位置分,片内总线 片间总线 内总线 外总线,芯片内部数据传送的总线标准,芯片间数据传送的连线方法,系统内部数据传送的总线标准,系统间数据传送的总线标准,4,总线的分类,按传送数据方式分,并行总线（高速短距离） 串行总线（低速长距离）,同步并行

2、总线 异步并行总线 半同步并行总线,同步串行总线 异步串行总线,5,总线的分类,6,总线的分类,7,总线的分类,8,并行总线,并行总线的构成,地址总线 数据总线 控制总线 电源组与地,注：地址总线和数据总线是否复用,注：控制总线的组合性、特殊性,9,并行总线,同步并行总线的时序,基准 CPU 时钟 总线同步时钟 数据传送与同步时钟 数据传送速率（总线带宽）,总线上所有传送的信息与总线同步时钟同步,与主频有关，是总线上信息传送的指挥,速率与同步时钟频率和数据宽度有关,注：速率的单位：b/s、B/s,由主频确定,10,并行总线,异步并行总线的时序,握手信号 数据传送与握手信号 数据传送速率,主控器

3、（Master）、受控器（Slave） 间用应答控制信号握手,先握手后传送数据,与总线上所挂设备的响应速度有关,11,并行总线,半同步并行总线的时序,总线同步时钟为主 握手信号为辅 数据传送速率,同步、异步并行总线的结合,同步时钟是总线上信息传送的基础,当需要握手时产生握手控制（Wait）,速率与同步时钟频率、数据宽度、握手控制有关,12,并行总线,并行总线的仲裁,为什么要总线仲裁 总线仲裁的方式,系统中有多个设备希望获得对总线的控制 获得对总线的控制须有序的进行,串行（菊花链）仲裁方式 并行仲裁方式 串并行仲裁方式,13,并行总线,并行总线的仲裁过程,总线请求 总线空闲 总线允许 总线忙,总

4、线设备要获得总线控制须向仲裁器发请求信号,CPU 愿交出控制权，且别的设备未控制总线,仲裁器向申请总线控制的设备发同意信号,当某设备控制总线后别的设备不可同时控制,注：仲裁方式即解决总线请求和总线允许,14,并行总线,串行（菊花链）仲裁方式,总线请求（ 条 件 ： 总线空闲） 总线允许 总线忙,当某设备请求控制总线，在单线上有总线请求信号,总线允许信号用查询方式找申请控制的设备,申请控制的设备获允许后输出总线忙信号,注：结构简单但优先权固定,15,并行总线,并行仲裁方式,总线请求（ 条 件 ： 总线空闲） 总线允许 总线忙,各设备具有独立的总线请求信号送仲裁器,仲裁器经判别向同意请求设备发允许

5、信号,申请控制的设备获允许后输出总线忙信号,注：结构较复杂但可编程决定优先权,16,并行总线,串并行仲裁方式,控制设备分组 组间并行仲裁 组内串行仲裁,各设备分为不同的组态,组间按并行仲裁方式发总线请求,组内按并行仲裁方式查询总线允许,注：结构复杂但更实用,17,并行总线标准,并行总线标准类型,国际标准 企业标准,强制性标准，采用国际标准的产品必须遵从,联合性标准，是国际标准的早期应用,18,并行总线标准,常用并行总线标准（内总线）,S 100 总线 早期工控总线 STD 56 总线 常用工控总线 PC/XT 总线 62 芯多总线 PC/AT 总线 62 芯+36芯 ISA总线 PC386 总

6、线 62 芯+36芯+36 EISA总线 PC 104 总线 64 芯+40芯 嵌入式系统 PCI总线 128 芯标准总线（目前最流行）,注：PCI-E总线,19,串行总线,串行总线的构成,线制 传输,二线方式：信号线 地线（1-Wire） 三线方式：信收信发 地线（异步通信） 四线方式：信收信发 时钟地线（同步通信） 三线方式：信号线同步线地线（I2C）,系统间的数据传输 长距离的数据传输 低速少线数据传输,20,串行总线,串行总线的技术特点,传输方式 传输速率,单 工：仅从发端到收端单方向数据传输 半双工：单线双方向数据传输 某端某时发不能收、收不能发 全双工：双线双方向数据传输 某端某时

7、可发可收,传输率：单位时间传送二进制位数，单位 bps 波特率：单位时间传送离散信号数，单位 波特,注：在计算机通信中物理意义一样,21,串行总线,串行总线的技术特点,通信控制方式 通信信息,串行异步通信： 传输字节中位定义有序，字节间无序 起始位、数据位、停止位 串行同步通信： 传输字节中有序，字节间有序 同步时钟、数据位 同步字节组、数据字节组,控制信息、地址信息、数据信息 通信信息遵循协议,22,串行总线,串行总线的技术特点,传输数据的差错控制 检错方法,检错：发现数据传输过程中的错误 纠错：纠正数据传输过程中的错误,奇偶校验法：（串行异步中） 在传送数据中加入校验位 CRC校验法：（串

8、行同步中） 在传送数据块中应用多项式,23,串行总线,同步串行通信协议 异步串行通信协议,1 校验位,发数据,收数据,（时钟同步）,24,串行总线,位传送方式,MSB（Most Significant Bit ） LSB （Least Significant Bit ）,高比特位先传,低比特位先传,25,串行总线,同步串行通信协议（数据包）,0/1,0/1,同步字节,数据字节组,数据帧,26,串行总线,常用外总线标准（串行总线）,RS232 标准异步串行通信总线 RS485 远程异步串行通信总线 RS422 平衡电压数字接口电路 USB 宽带通信总线标准 IEEE1394 高性能串行总线标准,

9、27,PC 微机总线标准,PC/XT 总线规范（8088）,机械特性 电气特性 供电特性,62 芯引脚，分 A、B 两面，脚间距 100 mil,数据总线 信号：D0 D7、 引脚：A9 A2 地址总线 信号：A0 A19、引脚：A31 A12 控制总线（种类多，应用广） 与CPU芯片有关，信号：RESET、引脚：B2 与I/O接口芯片有关，信号：+IRQ2、引脚：B4, 5V、 12V,28,PC微机总线标准,PC 机总线规范的发展,在 PC/XT 总线基础上扩展 新的 PC 机总线标准,PC286 总线（ISA总线） 16位总线标准，引脚为 62 + 36 芯 PC386 总线（EISA总

10、线） 32位总线标准，引脚 62 + 36 + 36芯,PCI 总线（64位总线标准）,29,PC微机总线标准,PC286总线 ISA总线（工业标准结构总线）,数据总线的扩展 地址总线的扩展 控制总线的扩展,（Industry Standard Architecture）,62芯引脚为A、B 两面；36 芯引脚为C、D两面,信号：D8 D15、 引脚：C11 C18,信号：A17 A23、引脚：C8 C1,8/16 位数选择控制线：BHE、引脚：C1 外部中断请求线：IRQ10、引脚：D3,30,PC微机总线标准,PC386总线EISA总线（扩展工业标准结构总线）,数据总线扩展到 32位 地址

11、总线扩展到 32位 控制总线扩展为更多,（Extended Industry Standard Architecture）,ISA 总线仅16位数据线，为了提供 32 位数据线， 在ISA 总线的基础上扩展为EISA总线标准,注：该总线标准现已不用,31,ISA 总线,ISA 总线的主要特点,1KB 的 I/O 端口地址空间 地址、数据线,主板上的端口地址 一字节地址，地址范围：00H FFH 插板上的端口地址 二字节地址，地址范围：100H 3FFH,地址线：24 位、SA0SA19，LA20LA23 可访存储空间 16MB 数据线：16 位、SD0SD7、SD8SD15 可 8 位、16

12、位操作,32,ISA 总线,ISA 总线的主要特点,控制线扩展,可屏蔽中断扩展 从 IRQ3 IRQ7 扩展到 IRQ10 IRQ15 DMA 通道扩展 从 DRQ0 DRQ3 扩展到 DRQ5 DRQ7 从 DACK0 DACK3 扩展到 DACK5 DACK7,注：IRQn 参阅 328 页,33,ISA 总线,常用控制线,/IOR、/IOW /MEMR、/MEMW AEN,I/O 端口读写控制线,扩展存储器单元读写控制线,AEN = 1：DMA 主控制 AEN = 0：CPU 主控制,34,ISA 总线,ISA 总线的电源 ISA 总线插板的机械尺寸, 5V、 12V,353页图8-18

13、,35,USB 接口,接口的发展,COM 接口（RS232接口） LPT接口（打印机接口） ISA 插板式接口 USB 接口,速度低、禁热插拔,应用单一、传送距离有限,需要开主机箱很不方便,串行、方便、高速、可热插拔,注：所有外设都可以用 USB 接口,（Universal Serial Bus） 通用串行总线,36,USB 接口,USB 接口的特点,连接简单快速 支持多设备连接 传输速率快 提供电源,不必关电源、开机箱，可热插拔，即插即用,应用Hub技术，可接 127 个不同外设,USB 1.1 达12Mbps；USB 2.0 达480Mbps,+5V 电源可供低功耗外设用,37,USB 接

14、口,USB 接口的物理特性 USB 接口的电气特性,38,USB 接口,USB 系统的硬件连接,主从结构,网络结构,39,USB 接口,USB 系统的软件组成,主 USB 控制程序 从 USB 驱动程序 USB 芯片驱动程序,由主机操作系统提供,由设备制造商提供,由芯片制造商提供或自行开发,注：PC 机更多的是应用驱动程序 PDA 更多的是开发驱动程序,40,PCI 总线,Intel公司于1991年首先提出，并联合界上多家 公司成立了一个叫 PCI SIG（PCI Special Interest Group）的组织来完善、推广和强化 PCI标准，目前 PCI 规范已经修订到 3.0 版本。

15、PCI 局部总线具有地址数据多路复用的高性能32 位或 64 位的同步总线，最初总线时钟为 33MHz， 现在可达 133MHz。,（Peripheral Component Interconnect ） （标准外围器件连接总线）,41,PCI 总线,PCI总线优点,数据传输率高 硬件即插即用 机械尺寸更小,64 位数据 66MHz 总线时钟可达 528MB/S带宽,硬件插卡自动识别、配制，即插即用,引脚金手指的间距为 50mil,42,PCI 总线,43,PCI 总线,PCI总线特点,线性突发传输 同步总线操作 多总线主控 与 CPU 无关,数据帧为传送的基础，具有 DMA 功能,在总线时钟的同步控制下完成相应工作,由于总线主控设备的多样，可提高数据传送,总线独立于 CPU，便于插卡的设计,44,PCI 总线分类,必 备,可 选,45,PCI