贵州大学微机原理PPT及复习PPT 4总线与总线接口技术.ppt

1、热能与动力工程，第4章总线与总线接口技术，热能与动力工程，4.1总线与总线操作，4.1.1总线与总线信号分类1。总线定义总线：它是一组信号线，在模块或设备之间互连和传输信息，包括指令、数据和地址。总线不仅是一组传输线路，还包括一组管理信息传输的规则(协议)。在计算机系统中，总线可以看作是具有独立功能的部件。热能与动力工程。总线架构，主模块(主模块)可以控制总线并开始数据传输，从模块(从模块)可以响应总线主模块发出的命令，任何模块分时复用模块有时用作主模块，有时用作受控模块，热能与动力工程，3。总线分类，1)根据总线功能或信号类型，数据总线：双向地址总线：单向三态逻辑，线宽决定系统的寻址能力。控

2、制总线：就根而言，它是单向或双向的。控制总线最能反映总线的特性，决定总线功能的强度和适应性。2)根据总线的层次结构，分为：中央处理器总线：微型计算机系统中最快的总线，主要在中央处理器内部，连接中央处理器的内部组件，将总线分布在中央处理器周围的一个小区域内，提供系统的原始控制和命令。本地总线：系统总线和中央处理器总线之间的主要总线，它在中央处理器和主板设备之间以及中央处理器和高速外设之间提供快速信息通道。系统总线，也称为输入输出总线，是一种通过总线扩展卡连接外部设备的传统总线。由于速度慢，它的功能已被本地总线取代。通信总线：也称为外部总线，它是微型计算机之间以及微型计算机和外围设备之间的通信总线

3、。热能与动力工程。信号线类型，4.1.2总线操作和控制，总线操作的4个阶段，1。总线请求和仲裁阶段：主模块向总线仲裁机构申请，总线仲裁机构决定使用总线的主模块。2寻址阶段：具有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的地址和相关命令，选择并启动从模块。3数据传输阶段：主模块和从模块之间的双向(单向)数据传输。4结束阶段：主模块和从模块都退出总线。热能与动力工程，4.1.3性能指标，总线带宽：即最大传输速率，指总线可以传输的最大字节数，单位为兆字节/秒。它们之间的关系是：传输速率=总线位宽，总线频率，总线宽度越宽，总线频率越高，总线传输速率越快。总线位宽是指可以同时传输数据的位数，其单位是位工作

4、频率。它是指总线每秒传输数据的次数，单位是MHz。例如，ISA总线频率为8兆赫兹，而PCI总线有33.3兆赫兹和66.6兆赫兹两种总线频率，热能与动力工程、总线带宽、总线位宽和总线工作频率之间的关系就像高速公路上交通量、车道数和车速之间的关系一样。交通流量取决于车道数和车速。车道越多，车速越快，交通流量越大。同样，总线带宽取决于总线宽度和工作频率。4.2.1总线仲裁控制，总线仲裁是指当多个总线主控模块同时请求使用总线时，决定哪个模块获得总线控制权。所谓“总线主控模块”是一种具有总线控制能力的模块，它可以在获得总线控制权后开始传输数据信息。例如，中央处理器或直接存储器存取控制器可以成为具有总线控

5、制能力的主模块；与总线主模块相对应的是“总线从模块”，它是指能够响应总线上的数据请求，但本身不具有总线控制能力的模块。4.2总线运行与控制、热能与动力工程，作为重要的公共资源，每个总线主控模块可以随时请求使用总线，因此多个总线主控模块可以同时请求使用总线。为了使多个总线主控模块合理有效地使用总线，系统中必须有一个机制来处理上述总线竞争，即总线仲裁器。它的任务是响应总线请求，合理分配总线资源。总线仲裁有三种基本模式：串行总线仲裁模式、并行总线仲裁模式和串并行二维仲裁模式。1.串行总线仲裁模式串行链路仲裁被称为串行链仲裁和串行仲裁，也称为“循环菊花链”仲裁。仲裁方法可分为二线式菊花链、三线式菊花链

6、和四线式菊花链，其中三线式菊花链应用最广泛，最具代表性。在串行总线仲裁模式下，每个总线主模块获得的总线优先级取决于模块在串行链中的位置，如图所示。图中的、热能与动力工程、热能与动力工程、和n模块是总线主控模块。当模块需要使用总线时，首先检查“总线忙”信号。如果该信号有效，则意味着其他模块当前正在使用总线，因此该模块必须等到“总线忙”信号无效。当“总线忙”信号无效时，任何需要使用总线的主模块都可以通过“请求”线发出总线请求信号。总线“允许”信号是对总线“请求”信号的响应。“允许”信号在模块之间串行传输，直到它到达发出总线“请求”信号的模块。此时，“允许”信号不再沿串行模块链传输，模块获得总线控制

7、权。从串行总线仲裁的工作原理可以看出，更靠近串行模块链前端的模块具有更高的总线优先级。热能与动力工程，2。并行总线仲裁模式示意图如图18.3所示。在图中，模块到n是总线主控模块。每个模块都有总线“请求”和总线“允许”信号。每个模块都是独立的，没有任何控制关系。当模块需要使用总线时，它必须首先检测“总线忙”信号。当“总线忙”信号有效时，意味着其他模块正在使用总线，因此模块必须等待。当“总线忙”信号无效时，所有需要使用总线的模块都可以发出总线“请求”信号。热能与动力工程，热能与动力工程，总线仲裁器有优先编码器和优先解码器。总线“请求”信号由优先级编码器编码，优先级解码器向具有最高优先级的模块发送总

8、线“允许”信号。获得总线“允许”信号的模块取消总线“请求”信号，并将“总线忙”信号设置为有效状态，然后在模块使用总线后将“总线忙”信号设置为无效状态。在串行和并行总线仲裁模式中，串行模式会由于信号的串行传输而增加延迟(当串行模块链中有太多模块时，甚至可能超过系统允许的总线优先级仲裁时间)，当高优先级模块频繁使用总线时，低优先级模块可能长时间得不到总线。串行模式仅用于较小的系统。并行模式允许总线上连接多个主模块，仲裁电路不复杂，是一种较好的总线仲裁方法。热能与动力工程；3、串并行二维仲裁模式，其中每条链路上的优先级由总线判决器的内部逻辑和同一链路上与总线判决器的距离决定；1、同步并行总线时序、同

9、步时钟频率和数据总线宽度决定数据传输速度；4.2.2总线握手控制，1、同步总线协议，在热能与动力工程中，通过接触响应信号握手具有很强的适应性，并且速度取决于速度较慢的设备；2.异步并行总线时序、热能和电力工程，在同步的基础上，在总线上插入不同响应速度的设备，可以使同步总线实现与异步总线相同的功能；3.半同步并行总线时序、热能与动力工程、4.3公共总线的引入、4.3.1ISA总线。20世纪80年代初，当IBM推出自己的微机系统IBM PC/XT时，它定义了一种称为XT总线的总线结构。这是一条8位数据宽度的总线。在IBM公司采用80286中央处理器的情况下，介绍了IBM公司的PC机/自动测试机微机

10、系统，定义了与XT总线兼容的16位自动测试总线。ISA总线(工业标准体系结构)，即AT总线，是从8位XT总线扩展而来的16位总线体系结构。在一段时间内，大多数奔腾系列电脑主板仍然有34个ISA总线扩展槽，可以插入8位ISA卡和16位ISA卡。总线插槽总线插槽有两个插槽，一个长一个短。长插座有62个引脚，由A31A1和B31B1表示，分别列在插槽的两侧。短插座有36个引脚，由C18C1和D18D1表示，它们也列在插座的两侧。热能与动力工程、热能与动力工程、4.3.2PCI总线、PCI总线(外围组件互连)于1991年由英特尔公司首次提出，并由PCI SIG(特殊利益集团)开发和推广。PCI SIG

11、是一个包括英特尔、IBM、康柏、苹果和dec在内的100多家公司的组织集团。1992年6月，PCI版本1.0推出，1995年6月，支持64位数据路径和66兆赫工作频率的PCI版本2.1推出。由于其先进的结构特点和优异的性能，PCI总线已成为现代微机系统中最好的总线结构，并被大多数现代高性能微机系统广泛采用。热能与动力工程，热能与动力工程，从上图可以看出，这种ISA三层总线结构由CPU总线、PCI总线和ISA总线组成。中央处理器总线也称为“中央处理器-主存储器总线”或“微处理器局部总线”，中央处理器是这种总线的主人。该总线实际上是中央处理器管脚信号的扩展。通过桥接芯片(北桥和南桥)，上侧连接高速

12、中央处理器总线，下侧连接ISA总线。PCI总线是一条32位/64位总线，它的地址和数据是同一组线路，它们是分时复用的。现代电脑(如奔腾系列)主板上一般有23个PCI总线扩展槽。4.3.3通用串行总线是由康柏、数字设备、英特尔、微软、IBM、NEC和北方电信等7家公司联合开发的一种流行的外设接口标准。1996年2月，通用串行总线1.0版发布，2000年4月27日，康柏、惠普、英特尔、朗讯、微软、NEC和飞利浦正式发布了低速传输速率为1.5兆位/秒，高速传输速率为12兆位/秒的通用串行总线2.0版。作为新一代通用串行总线标准，通用串行总线2.0兼容所有通用串行总线1.0外部设备和电缆，传输速率达到

13、480兆位/秒。USB 2.0不仅大大加快了USB的速度，而且使更多的设备能够连接到电脑、热能和电力工程、USB外设、汽车钥匙、电话、数码相机、电子眼、银行卡读卡器、USB闪存驱动器/手表、操纵杆、移动电话、键盘/鼠标、鼠标、USB闪存驱动器、计算机、热能和电力工程以及USB性能特性。传输速度快，连接简单快捷，连接器通用，不需要外部电源，扩展外设能力强，热能和动力工程，1)传输速度快，USB 1.0提供两种速度：USB低速1.5Mbps，低速USB支持低速设备，如调制解调器、键盘、鼠标、u盘、硬盘、光驱、网卡、扫描仪、数码相机等。USB的全速为12兆位/秒，数据传输速度比RS-232C串口的9

14、600兆位/秒快1000多倍。它用于各种多媒体设备。USB 2.0的数据传输速度可高达480兆位/秒，热能与动力工程，2)连接简单快捷，USB连接简单快捷，可热插拔。也就是说，当设备连接到通用串行总线时，没有必要打开机箱或关闭主机的电源。3)通用连接器，USB可以用一个通用连接器连接各种类型的外设，其外形是4针插头，热能与动力工程，USB连接器，热能与动力工程。4)不需要外部电源，USB总线为外部设备供电。通用串行总线可以为低功耗设备提供5V/500A的电源，但是，需要高功耗的通用串行总线设备，如扫描仪，仍然需要自己的电源；通用串行总线还采用先进的电源管理技术，可有效节省功耗、热能和电力工程。

15、4.3.41394总线，是一种新的计算机外设接口标准。然而，通用串行总线的数据传输主要适用于中低速设备，但对于那些高速外设(如多媒体数字视听设备)来说是不够的。IEEE 1394是由苹果公司和德州仪器公司开发的高速串行接口标准。其数据传输速率已达到100兆位/秒、200兆位/秒、400兆位/秒和800兆位/秒，并将很快达到1Gbps和1.6千兆位/秒。热能与动力工程、热能与动力工程，通用性强，采用树形或菊花链结构，可在一个接口上级联多达63种不同的设备。高传输速率IEEE1394a支持100兆字节/秒、200兆字节/秒和400兆字节/秒的传输速率.实时性好，传输速率高，同步传输模式总线提供电源

16、，可为连接的设备提供410伏和1.5A的电源。系统中所有设备之间的关系是平等的。具有该接口的任何两台设备都可以直接连接，无需PC机控制连接，便于采用自动设备配置技术，允许热插拔。IEEE1394的主要性能特征，热能和电力工程，类似于通用串行总线，并且IEEE 1394也完全支持即插即用。在任何时候，都可以在总线上添加或删除IEEE 1394设备，即使总线正在全速运行。总线配置更改后，节点地址将自动重新分配，无需任何用户干预。由IEEE 1394连接的设备包括各种高速外设，如硬盘、光驱、新的DVD和数码相机、数码摄像机、高精度扫描仪等。图中显示了IEEE 1394的一个典型应用实例，它是热能与动力工程、热能与动力工程、4.3.5 AGP总线和AGP加速图形端口于1996年8月提出的一个新的视频接口标准。它是专为3D加速而设置的加速图形端口，允许3D图形数据通过PCI总线直接连接主内存和视频内存。因此，它解决了超高速系统在PCI总线设计中的瓶颈问题。AGP应该是一个接口标准，因为它是一个点对点的连接端口，除了图形控制器，没有其他设备可以使用AGP。然而，我们过去称之为AGP公共汽车、热能和动力工