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1、1,第5章微机总线与标准,2,总线是计算机中各模块之间传送信息的通道或计算机之间传送信息的公共通道。总线是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。总线是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。任一时刻，只能有一个部件/设备通过总线发送数据，其他部件只能处于接收状态。,总线的基本概念,3,物理特性:总线的物理连接方式功能特性:一组总线中每一根线的功能电气特性:每一根线上信号的传递方向和有效电平范围时间特性:每根线在什么时间有效,总线标准的4个特性,4,5.1.3 总线的分类及特点,按传送信息的类型划分数据总线（Data Bus，DB）传输数据信息，双向三态其宽度决定了其数据传输能力例如
2、，ISA总线为16位，PCI总线为32/64位地址总线（Address Bus，AB）传输地址信息，单向三态其宽度决定了微机系统的寻址能力例如，ISA为24位，可寻址16MB；PCI为32/64位，可寻址4GB/224TB控制总线（Control Bus，CB）传输控制信号、时序信号和状态信号特点各异：三态、入/出/双向等特性均不相同,5,总线的分类及特点（按总线的规模、应用）,片内总线：元件级总线，微处理器内部总线主板局部总线：主板上连接各插件的公共通路ISA：Industry Standard ArchitectureEISA:Extended Industry Standard Arch
3、itectureVESA:Video Electronics Standard ArchitecturePCI:Perpheral Component InterconnectAGP:Accelerated Graphics Port系统总线：模块式微型计算机机箱内的底板总线MULTI BUS I，MULTI BUS IISTD BUS VEM BUSFUTURE BUS通信总线：外总线或设备总线,6,5.2 总线的结构,微机系统各部件与总线的连接方式 单总线结构 双总线结构 多总线结构,7,单总线结构,CPU,M,M,I/O,I/O,I/O,缺点：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影响
4、了存储器的读写速度,8,双总线结构,面向CPU的双总线结构,CPU,M,I/O,I/O,I/O,缺点：存储器与I/O设备的数据传输必须通过CPU,9,双总线结构,面向存储器的双总线结构,CPU,M,I/O,I/O,I/O,10,多总线结构,系统中拥有两个以上的总线,11,总线的基本功能,数据传送控制仲裁控制数据校验与纠错隔离与驱动,12,一、总线传送控制,同步方式收、发双方严格地按统一的基准时钟信号执行相应的动作不适合于在同一系统中既有高速部件又有低速部件的环境PCI总线属于同步方式总线异步方式传输过程无需统一时钟的同步，用“请求”和“应答”信号来协调传输速度慢半同步方式总体上仍是同步方式(使
5、用基准时钟)，传输操作与时钟同步设置“等待”状态线，在无法按时完成操作时，用此状态线强制对方延长一个或多个时钟周期ISA总线即属于半同步方式总线,13,同步方式的时序,地址,数据,时钟,总线周期,总线周期,时钟周期,14,异步方式的时序,地址/数据,(发送方)请求,(接收方)应答,15,半同步方式的时序,地址,数据,时钟,就绪,等待一个时钟周期,16,多个设备都要使用总线时，决定由哪个设备使用总线的方法。80 x86微机中采用的是独立请求方式,二、总线的仲裁控制,链式查询方式计数器查询方式独立请求方式,17,三、总线隔离与驱动,不操作时把功能部件与总线隔离同一时刻只能有一个部件发送数据到总线上
6、提供驱动能力数据发送方必须提供足够的电流以驱动多个部件提供锁存能力 信息缓存和信息分离,18,总线电路中常用的芯片,三态总线驱动器驱动、隔离单向、双向锁存器信息缓存（有些同时具有总线驱动能力）信息分离（如地址与数据的分离）,19,三态总线驱动器,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输出,OE,20,典型总线驱动器芯片,8286/74LS245 8双向总线驱动器内部包含8个双向三态门,828674LS245,A0A1A2A3A4A5A6A7OE,B0B1B2B3B4B5B6B7T,OE：输出允许。T：方向。T=0，BA；T=1，AB,21,典型总线驱动器芯片,74LS24
7、4 8总线驱动器内部包含8个单向三态门，分为两组分别控制,74LS244,E1E21A11A21A31A42A12A22A32A4,1Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4,1组输出,2组输出,1组输入,2组输入,22,锁存器,D,CP,Q,Q,CP D Q Q 0 0 1 1 1 0,D,CP,Q,OE,O,CP D Q 0 0 1 1,I,STB,23,典型锁存器芯片,8282/74LS373 具有三态正相输出的锁存器内部包含8个D触发器,828274LS3738D锁存器,DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STB,DO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OE,
8、24,5.3.5总线的主要性能指标,总线带宽（B/S）：每秒可传送的字节数总线位宽（bit）：一次传送的数据位数工作频率（MHz）挂接设备数量总线带宽=（总线位宽/8）工作频率,例1：P4 CPU的FSB频率为400MHz或800MHz，位宽为64bit。FSB带宽：40064/8=3.2GB/s 或 80064/8=6.4GB/s例2：PCI总线的频率为33.3MHz，位宽为32bit或64bit。PCI带宽：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s,25,5.4 常用局部总线,常用总线标准ISA（工业标准体系总线）Industry Standard Archi
9、tecturePCI（外围部件互连总线）Peripheral Component Interconnect常用接口标准AGP（加速图形接口）Accelerated Graphics PortIDE（集成设备接口），又称ATA接口Integrated Device ElectronicsSCSI（小型计算机系统接口）Small Computer System Interface 外部总线USB（通用串行总线）IEEE 1394（高性能串行总线）,26,一、ISA总线,主要特性16位数据线（早期的为8位，已被淘汰）24位地址线（可寻址16MB存储器）时钟频率8MHz数据传输率16MB/s提供11个
10、中断请求输入提供7个DMA通道用于80286PIII（个别P4微机也支持）,27,ISA总线插槽,外形见P121，共98个引线主要引线信号：SA0SA19（锁存的），LA17LA23（非锁存的）（地址）SD0SD15（数据）SBHE（高字节允许）MEMR、MEMWIOR、IOW AEN（地址允许，1表示处于DMA控制周期）IRQ3IRQ7、IRQ9IRQ11、IRQ14、IRQ15 DRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7DACK0DACK3、DACK5DACK7 注：ISA总线的DMA操作和I/O操作使用相同的地址线、数据线和I/O读写控制线（IOR和IOW），所以AEN应参加I/O地址译码。,2
11、8,简单的ISA总线接口(输入接口),D7-D0,D7-D0,A/D转换器,模拟量输入,START,READY,数字量输出,IN,74LS244,1100 0000 0000 0000B 1100 0000 0010B,转换结束,启动转换,D0,C000H 读数据C001H 启动转换C002H 读转换状态,A2A1A0,1,A13-A3,&,A15A14,AENIOR,ISA总线,29,简单的ISA总线接口(输出接口),驱动电路,D7-D0,A2A1A0,1,A13-A3,&,A15A14,AENIOW,ISA总线,发光器件组合,C000H 改变灯光图案样式,选通,30,PCI总线是1991下
12、半年由Intel公司首先提出的，并与IBM、Compaq、AST、HP和DEC等100多家公司联合，于1993年推出的PC局部总线标准PCI总线。PCI总线目前有4个主要的标准规格，分别支持32位与64位，其下又细分成3.3V和5V两种信号。PCI的含意为周边器件互连（Peripheral Component Interconnect）。PCI总线能够配合要求彼此间快速访问或快速访问系统存储器的适配器工作，也能让处理器以接近自身总线全速的速度访问适配器。,二、PCI总线,31,PCI总线特点,独立于微处理器；支持即插即用功能；通过PCI桥与CPU连接（北桥）总线宽度：32/64位；工作频率：3
13、3.3MHz/66.6MHz传送速率：32位PCI总线：133MB/s，266MB/s64位PCI总线：266MB/s，533MB/s,PCI总线体系,32,PCI总线插槽,外形见P124，共62根引线（64位PCI有94根）包括：系统接口信号（时钟、复位等）地址与数据（复用）信号（AD0-AD31）接口控制信号（主从设备控制信号等）总线仲裁信号（总线请求、总线允许）错误报告信号（系统错、奇偶错）中断控制信号（中断请求）64位总线扩展信号（AD32-AD63、字节选择等）高速缓存支持信号,33,PCI、扩展、处理器和存储器总线间的基本关系如图5.11所示。,总线传输机制存储器读写采用突发传输（
14、要求地址必须连续）包括一个地址期和多个数据期I/O读写不支持突发传输，每次仅读写一个数据,34,图 PCI系统,35,（1）Host/PCI桥，常称为北桥（North Bridge），连接主处理器总线到基础PCI总线。（2）PCI/ISA桥，常称为南桥（South Bridge），连接基础PCI总线到ISA（或EISA）总线，南桥通常含中断控制器、IDE控制器、USB主控制器和DMA控制器。北桥和南桥构成芯片组。（3）在基础PCI总线或PCI插卡上，可以嵌入一个或多个PCI-PCI桥。（4）一个芯片组可以支持多于一个北桥,36,三、AGP接口,不是系统总线高速图形接口，在视频卡与内存之间提供一
15、条直接的通路（不再通过PCI传输，32位PCI的传输速率最高266MB/s）。图形、纹理、Z轴距离、Alpha变换等数据的数据量为370840MB/s4种模式（注意：1X/2X与4X/8X不兼容，3.3V/1.5V）1X（66MHz，266MB/s）2X（133MHz，533MB/s）4X（266MHz，1066MB/s）8X（533MHz，2133MB/s）系统中只支持一个AGP扩展插槽（点对点）,37,四、USB总线(Universal Serial Bus),USB概况主机与外设的通用接口，可用于不同的设备串行、打包传送2根数据线电源地线两个版本：1.1（12Mb/s），2.0（480M
16、b/s）设备连线最长5米即插即用必须要有USB主机存在，设备不能独立工作,38,USB总线的优点,易于使用即插即用，可热插拔；WindowsNT/2000/XP/2003下不需安装驱动程序具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；易于连接主板上提供26个USB接口，通过集线器最多可支持127个外设4芯电缆（D、-D、+5V、GND）,39,USB总线的优点,传送速率可满足大多数外设要求1.5MB/s，12MB/s，480MB/s（2.0）可靠性高能进行错误校验和控制，且由硬件实现低成本主板已集成USB接口设备端的USB接口控制芯片很便宜 低功耗不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复,40
17、,USB设备及拓扑结构,USB设备 集线器 扩展接口数量 功能部件 即USB设备 复合部件,41,五、IEEE 1394总线,可用于数字化视频、音频，硬盘结构类似于USB，树形拓扑串行、打包传送6芯电缆：4根信号线电源地线设备之间距离最大4.5米，总长度为50100米设备可独立工作，无需微机的控制设备之间可直接连接，如数字摄像机连接到电视机最大传输速率：400MB/s（将来可达3.2GB/s）100MB/s，200MB/s，400MB/s支持异步和同步两种传输模式支持带电插拔和即插即用可提供8V40V/1.5A的电源一个接口上可连接63台设备,42,六、IDE接口（ATA）,主要用于硬盘/光驱
18、/磁带驱动器现已发展为EIDE（增强的IDE）和串行ATA（SATA）已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡主板提供2-4个接口每接口可连接2个硬盘（主/从）数据传输方式：PIO方式：PIO0PIO4（3.3MB/s16.6MB/s）40针接口，扁平电缆硬盘最大容量528MBDMA方式：DMA0DMA2（11MB/s16.6MB/s）40针接口硬盘最大容量8.4GBUDMA方式：UDMA3UDMA6（33.3MB/s133MB/s）80针接口，地线和信号线交叉排列通过特殊的扩展BIOS，可支持200GB以上的硬盘,43,硬盘接口模式IDE接口：可以接两个硬盘驱动器，使用标准的 IO端口指令来传送所有的命令、状态、数据。一般主板上集成了两个40针的双排针IDE接口插座，分别标注为IDE1和IDE2。EIDE接口：较IDE接口有很大改进，目前最流行。可以支持4个硬盘，包括光盘驱动器，较高的数据传送速率。SCSI接口：SCSI接口可同时连接7个外设；更高的数据传输速率；但成本较高。一般用于工作站、服务器等高档计算机。,44,六、SCSI接口,
