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1、微型计算机原理与接口技术,计算机的最终目标是达到无障碍交流,第6章 I/O接口和总线曹荣敏,2023/7/6,微机原理与接口技术,2/48,本章学习要求,理解输入输出接口的基本概念掌握输入输出接口的编址方式会通过查询芯片使用手册，了解芯片用法掌握输入输出数据的传送方式，对于查询方式和中断方式能达到简单应用熟悉总线的概念和微机总线标准，以及其最新进展和发展方向,6.6 总线的概念和总线标准,6.6.1 总线与接口概述 6.6.2 系统总线简介,第6章 I/O接口和总线,2023/7/6,微机原理与接口技术,4/48,知识扩展,PCI Express资料 http:/www.PCI.org USB
2、资料,2023/7/6,微机原理与接口技术,5/48,6.6.1 总线与接口概述,一、总线和接口及其标准的概念,总线定义：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。,总线标准：指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。,接口标准：外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。,2023/7/6,微机原理与接口技术,6/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,7/48,二、总线的分类,2023/7/6,微机原理与接口技术,8/48,2
3、023/7/6,微机原理与接口技术,9/48,三、总线的主要性能参数,2023/7/6,微机原理与接口技术,10/48,四、总线标准的特性,2023/7/6,微机原理与接口技术,11/48,五、总线操作与控制（一）总线操作的四个阶段,2023/7/6,微机原理与接口技术,12/48,（二）总线传送控制,2023/7/6,微机原理与接口技术,13/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,14/48,6.6.2 系统总线简介,1 工业标准结构总线Industry Standard ArchitectureISA总线2 扩充工业标准结构总线Extended ISA EISA总线3 外围部件互连局
4、部总线Peripheral component Interconnect PCI总线4 PCI Express 总线5 通用串行总线 USB总线Universal Serial Bus6 高性能串行总线标准IEEE1394,2023/7/6,微机原理与接口技术,15/48,1 工业标准结构总线Industry Standard ArchitectureISA总线,2023/7/6,微机原理与接口技术,16/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,17/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,18/48,2 扩充工业标准结构总线Extended ISA EISA总线,EISA总线支持32
5、位地址，具有32位数据总线，总线频率8.33MHz，最大数据传输率达到33.3MB/s(8.3332位/8)。,结构与ISA兼容，EISA总线插槽与ISA插槽等长等宽，内部被设计成为双层引脚。,2023/7/6,微机原理与接口技术,19/48,3 外围部件互连局部总线Peripheral component Interconnect PCI总线,PCI总线特点,独立于处理器2)传输效率高3)多总线共存4)支持突发传输 5)支持总线主控方式,6)采用同步操作 7)支持两种电压下的扩展卡 8)具有即插即用功能 9)合理的管脚安排 10)预留扩展空间,2023/7/6,微机原理与接口技术,20/48
6、,2023/7/6,微机原理与接口技术,21/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,22/48,PCI总线信号定义,1.系统接口信号 CLK IN：PCI系统总线时钟 最高33MHz/66MHz，最低0Hz。PCI大部分信号在CLK的上升沿有效。,2.地址与数据接口信号 AD31:00 T/S：它们是地址、数据多路复用的输入/输出信号,在FRAME#有效的第1个时钟，传送的是地址，称为地址期。,在IRDY#和TRDY#同时有效时，传送的是数据，称为数据期。,2023/7/6,微机原理与接口技术,23/48,C/BE3:0#T/S：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线,地址期内表示总线命
7、令，数据期内表示字节使能信号。,PAR T/S：针对AD31:00和C/BE3:0#进行奇偶校验的校验位,3.接口控制信号,FRAME#S/T/S：帧周期信号 FRAME#信号无效表示传输进入最后一个数据期。,IRDY#S/T/S：主设备准备好信号 TRDY#S/T/S：从设备准备好信号,2023/7/6,微机原理与接口技术,24/48,STOP#S/T/S：从设备发出的要求主设备终止当前的数据传送的信号。LOCK#S/T/S：锁定信号,IDSEL IN：初始化设备选择信号 DEVSEL#S/T/S：设备选择信号,4.仲裁接口信号,REQ#T/S：总线占用请求信号 GNT#T/S：总线占用允许
8、信号,2023/7/6,微机原理与接口技术,25/48,5.错误报告接口信号 PERR#S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号 SERR#O/D：系统错误报告信号,6.中断接口信号 PCI有4条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#,2023/7/6,微机原理与接口技术,26/48,7.64位总线扩展信号 AD63:32 T/S：扩展的32位地址和数据多路复用线 C/BE7:4#T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线 REQ64#S/T/S，64位传输请求信号 ACK64#S/T/S：64位传输允许信号 PAR64 T/S：奇偶双字节校验,2023/7/6,微机原理与
9、接口技术,27/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,28/48,配置空间头区域及功能,2023/7/6,微机原理与接口技术,29/48,配置空间头区域及功能,2023/7/6,微机原理与接口技术,30/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,31/48,PCI BIOS,初始化程序只能通过PCI BIOS才能访问PCI配置寄存器。PCI BIOS再通过配置地址端口寄存器和配置数据口寄存器实现其功能。,1、16位PCI BIOS的调用,通过INT 1AH实现：AH=B1H，AL为子功能号。,2、32位PCI BIOS的调用,确认32位BIOS是否存在；确认BIOS是否支持PCI BI
10、OS，取得PCI BIOS入口地址；通过INT 1AH实现：AH=B1H，AL为子功能号。,2023/7/6,微机原理与接口技术,32/48,4 PCI Express 总线,2023/7/6,微机原理与接口技术,33/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,34/48,5 通用串行总线 USB总线Universal Serial Bus,2023/7/6,微机原理与接口技术,35/48,2.USB的拓扑结构,2023/7/6,微机原理与接口技术,36/48,3 接口信号线,2023/7/6,微机原理与接口技术,37/48,USB数据流类型和传输类型,1、USB数据流类型,控制信号流、块数
11、据流、中断数据流、实时数据流。,2、USB的基本传输类型,2）批传输：单/双向，用于大批数据传输，要求准确，出错重传，时间性不强。,1）控制传输：双向，用于配置设备或特殊用途，出错重传。,3）中断传输：单向入主机，用于随机少量传送。采用查询中断方式，出错时下一查询周期重新传。,4）等时传输：单/双向，用于连续实时数据传输，时间性强，出错不重传，传输速率固定。,2023/7/6,微机原理与接口技术,38/48,USB交换的包格式,USB传输过程,一次USB传输包含一个或多个交换。,每次交换均由主机发起，对中断传输，亦由主机发送查询包取得中断信息。,2023/7/6,微机原理与接口技术,39/48
12、,USB 3.0提升USB接口统治力,USB 3.0在应用层上至少能达到300Mbyte/s的数据吞吐量。新规范与前代版本兼容，然而新接口需要新的线缆和连接器，而且传输距离被限制在3米，而目前的USB产品可以支持5米长的线缆。3.0标准，也被称作是超高速USB（SuperSpeed USB），在一些特性上是独一无二的。它使用5个端口连线-两个用于发送，两个用于接收，一个是地线-来实现全双工从而达到5 Gb/s的物理层速率，目前的USB产品采用两线，半双工的架构。,2023/7/6,微机原理与接口技术,40/48,USB 3.0提升USB接口统治力,外观上Type-A的接头没有改变，但内部有5个
13、连线来支持全双工，新的连接器兼容旧的插口。粗略来说，新的USB 3.0芯片需要两倍于原来的门数和三倍于以往的功耗，在会议上演示一款USB 3.0芯片的Symwave公司的市场副主席John ONeill表示。但是，受益于其较高的速率，USB 3.0在每Gbit数据传输的功耗低于目前的标准，John补充道，“另外，因为增强的协议，在主机（host）端处理器运算会得到减轻，从而整个系统的功耗在mW/Gbit的基础上还会有降低。”,2023/7/6,微机原理与接口技术,41/48,3.0USB接口,2023/7/6,微机原理与接口技术,42/48,USB 3.0提升USB接口统治力,另外，3.0版本
14、在链路上采用了中断驱动，而不是目前的轮检方法，这样进一步降低功耗。通信采用点对点的链路，而不是像现在对所有连接的器件采用广播数据的方法。规范还将链路电流从500毫安提高到900毫安，这样采用USB充电速度会更快。可以看出一个耗完电的电池接上后不久就可以恢复活力。新系统2010年上市,2023/7/6,微机原理与接口技术,43/48,USB 3.0提升USB接口统治力,USB应用论坛的主席Jeff Ravencraft表示，“我们预测主机和控制器产品会在2009年中陆续进入市场，基于那些器件的系统产品会在2010年初上市。”该连接希望能扩展更多的应用，最初是想象比如大的视频文件的传输，长期来说，
15、希望能在目前大范围的系统上进行替代，特别是日益增多的闪存和磁盘存储。Ravencraft指出一些便携式摄像机保存250Gbyte的数据，甚至一些MP3播放器和手机都增长到内置8到16Gbyte的闪存。,2023/7/6,微机原理与接口技术,44/48,USB 3.0提升USB接口统治力,同期于USB 3.0的发布，PCMCIA组织宣布PC设备上的ExpressCard标准的2.0版本，该标准提供比ExpressCard 1.2标准快10倍的传输速率，而且同时支持Express 2.0和新的USB 3.0协议。“ExpressCard技术与Express和USB规范很相近，而2.0标准的发布充分
16、利用了这两种接口技术进步的优势，”PCMCIA主席Brad Saunders表示。采用新标准的卡将在2010年上市，可能会包括支持固态存储驱动的6Gbit/s SATA接口的适配器，和用于传输视频流的USB 3.0适配器。,2023/7/6,微机原理与接口技术,45/48,USB 3.0提升USB接口统治力,USB 3.0开发者小组包括超过200家公司，目前全球已经有100亿颗USB器件售出。“2007年一年就出货了26亿个USB端口，USB 3.0的市场机会将会大大挤压其他有线接口技术的空间，”In-Stat高级分析师Brian ORourke在一个发布会上表示，“预计USB 3.0从200
17、9到2012的平均年度增长率将达到100%，在2012年达到五千万的出货量。”Intel在2007年的信息峰会上就将USB 3.0作为重要话题讨论，USB 3.0接口的传输速度达到4.8Gbps，是USB 2.0的十倍，给传输大容量文件带来了方便。,2023/7/6,微机原理与接口技术,46/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,47/48,6 高性能串行总线标准IEEE1394,2023/7/6,微机原理与接口技术,48/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,49/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,50/48,2023/7/6,微机原理与接口技术,51/48,连接线减少
18、高数据率即插即用和热拔插标准总线设备直接互连，无需通过PC,总线标准发展过程和方向,2023/7/6,微机原理与接口技术,52/48,本章作业,教材P2592、3、5、8,2023/7/6,微机原理与接口技术,53/48,本章作业,补充题6.1若微处理器可采用存储器映象编址，那么一条SUB（减法）指令可访问的地址空间为：A.整个地址空间B.仅I/O地址空间C.仅RAM地址空间D.随应用而定补充题6.2当8086CPU访问100H端口时，采用的是 寻址方式。A.直接B.立即C.寄存器间址D.相对,2023/7/6,微机原理与接口技术,54/48,本章作业,补充题6.3CPU通过一个外设接口同外设之间交换的信息包括数据信息、状态信息和，这三个信息通常都是通过CPU的 总线来传送的。补充题6.4采用中断查询传送方式时，完成一次传送过程，首先必须通过执行一条 指令，读取。,2023/7/6,微机原理与接口技术,55/48,Thank You！,
