搜索
第5章总线技术本章主要内容5.1总线技术5.2系统总线5.3局部总线5.4设备总线5.1总线概述总线是连接计算机各组成部件的公用数据通路。连接在总线上的各个部件以分时的方式共享总线，实现数据传送。计算机工作时，数据流通过总线在各个部件之间流动。因此，总线也是计算机系统中的重要组成部分。5.1.1总线的分类总线的分类方法很多，并且名称也略有不同。根据总线在微机系统中所处的位置不同，可将总线分为以下几类：1．CPU总线2．局部总线3．系统总线4．通信总线5.1.2总线的组成（1）数据总线数据总线用来传送数据，其位数亦称为总线的宽度。它反映的是一次传送数据的位数。比如ISA总线的数据宽度为16位，PCI总线的数据宽度为32位。也就是说，ISA总线一次可以传送16位数据，PCI总线一次可以传送32位数据。（2）地址总线地址总线用来传送存储器或外设端口地址。无论是存储器还是外部设备，所有数据按地址存储。因此在数据传送时，必须先传送地址。其中地址线的位数亦称为地址宽度，它反映的是CPU的寻址范围。比如ISA总线的地址宽度为20位，寻址范围为220=1MB；PCI总线的地址宽度为32位，寻址范围为232=4GB。5.1.2总线的组成（续）（3）控制总线控制总线用于传送各种控制信号。在不同的总线结构中，控制总线往往有较大的差异。不同种类总线的有效信号的定义可能不同，但是基本信号必不可少（比如，地址有效信号、读命令、写命令、中断请求/响应信号、总线请求/响应信号等）电源线和地线为了适应不同设备的需要，电源线可能有多种，比如+5V、5V、+12V、12V、甚至+24V等。地线也有多条，一方面满足接口电路板设计时对地线的需求，另一方面有利于提高信号传送时的抗干扰能力。5.1.4总线标准总线标准是指芯片之间、插板之间以及系统之间通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。总线标准（技术规范）包括以下几部分。①机械结构规范：模块尺寸、总线插头、总线接插件及安装尺寸均有统一规定。②功能规范：总线每条信号线（引脚的名称）、功能及工作过程要有统一规定。③电气规范：总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力等。例如，总线工作的时钟频率、总线信号定义、电气规范和实施总线协议的驱动与管理程序等。5.1.5采用总线结构的优点（1）简化了硬件的设计。（2）标准总线可以得到多个厂商的广泛支持，便于生产与之兼容的硬件板卡和软件。（3）系统扩充性好。（4）系统更新性能好。（5）便于故障诊断和维修，同时也降低了成本：用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位，以及总线类型。5.2系统总线5.2.1ISA总线ISA（IndustryStandardArchitecture，工业标准体系结构）总线是IBM公司为PC/AT电脑（80286CPU）而制定的总线标准，为16位体系结构，只能支持16位的I/O设备，数据传输速率大约是18MB/s，也称为AT标准。ISA总线的主要性能指标I/O地址空间：0100H～03FFH；24位地址线可直接寻址的内存容量为16MB；8/16位数据线；62+36引脚；最大位宽：16位（bit）；最高时钟最大稳态传输速率：16MB/s；具有中断功能；具有DMA通道功能；采用开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源。频率：8MHz；ISA总线的接口信号ISA总线是在PC/XT总线的基础上再扩展36个信号而形成的16位系统总线。为了和PC/XT总线兼容，使许多原来在PC/XT总线上使用的具有8位数据宽度的扩展卡仍能继续使用，ISA总线的插座结构在原PC/XT总线62线插座的基础上又增加了一个36线插座，即在同一轴线上的总线插槽分为62线和36线两段，共有98线。62+36线的插槽既可支持8位的插卡，也可支持16位插卡。5.2.2EISA总线EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture，扩展工业标准结构）是EISA集团为配合32位CPU而设计的总线扩展标准，1989年由工业厂商联盟设计，用于支持现有的ISA扩充板，同时为以后的发展提供一个平台。为支持ISA卡，它使用8MHz的时钟速率，但总线提供的DMA（直接存储器访问）速率达33MB/s。EISA总线的输出/输出（I/O）总线和微处理总线是分离的，因此I/O总线可保持低时钟速率以支持ISA卡而微处理器总线则可以高速率运行。EISA机器可以向多个用户提供高速磁盘输出。EISA总线是全32位的，所以这种设计可处理比ISA总线更多的引脚。连接器是一个两层槽设计，既能接受ISA卡，又能接受EISA卡。顶层与ISA卡相连，低层则与EISA卡相连。尽管EISA总线保持与ISA兼容的8MHz时钟速率，但它们支持一种突发式数据传送方法，可以三倍于ISA总线的速率传送数据。5.3.1PCI总线1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup（外围部件互连专业组），简称PCISIG。1992年推出了一种新的总线——PCI（PeripheralComponentInterconnect，外设部件互连）总线。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线，广泛应用于现代微机系统。PCI总线的特点PCI有32位和64位两种，32位PCI有120个引脚，64位PCI有184个引脚，目前常用的是32位PCI。32位PCI的数据传输速率为133MB/s，大大高于ISA。PCI总线有如下特点：（1）传输率高（2）兼容性好（3）自动配置（4）多总线共存5.3.2AGP总线AGP（AcceleratedGraphicsPort）是Intel公司于1997年8月提出的一种视频图形加速接口标准。AGP接口在主内存与显示卡之间提供了一条直接通道，可以把主存和显存直接连接起来，使得3D图形数据不通过PCI总线直接送入显示子系统，从而实现高性能3D图形的描绘功能。5.4设备总线5.4.2RS-232C串行总线EIA（ElectronicsIndustriesAssociation）RS（RecommendedStandard）-232C是使用广泛的串行异步通信接口。实质上是一种标准，它是美国电子工业协会EIA于1962年公布，并于1969年修订的串行接口标准，现已经成为国际上通用的标准串行接口。目前，RS-232C已成为数据终端设备DTE（如计算机）与数据通信设备DCE（如调制解调器）的标准接口。利用RS-233C接口不仅可以实现远距离通信，也可以近距离连接两台通信设备。1.RS-232C的引脚定义9针RS-232C连接器引脚引脚号名称引脚号名称1数据载波检测CD6数据装置准备好DSR2接收数据RxD7请求发送RTS3发送数据TxD8清除发送CTS4数据终端准备好DTR9振铃提示RI5信号地GND2.RS-232C的连接3.RS-232C的电气特征RS-232C接口标准采用EIA电平。它规定：高电平为+3～+15V，低电平为3～15V。实际应用中常采用12V或15V。RS-232C可承受25V的信号电压。要注意RS-232C数据线TxD和RxD使用负逻辑，即高电平表示逻辑0，低电平表示逻辑1，用符号MARK（传号）表示。联络信号线为正逻辑，高电平有效，为ON状态；低电平无效，为OFF状态。由于RS-232C的EIA电平与微机的逻辑电平（TTL电平或CMOS电平）不兼容，所以两者间需要进行电平转换。传统的转换器件有MC1488（完成TTL电平到EIA电平的转换）和MC1489（完成EIA电平到TTL电平的转换）等芯片。目前已有更为方便的电平转换芯片，例如MAX232、UN232等。5.4.3USB总线USB（UniversalSerialBus）总线的中文含义是通用串行总线，它是一种快速同步传输的双向串行接口，是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NorthenTelecom等公司为简化PC与外设之间的互连而共同研究开发的一种免费的标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。USB总线的特点（1）速度快（2）支持热拔插（3）可连接多个设备（4）提供内置电源（1）USB引脚功能USB是一个标准的协议，USB总线结构简单，通常USB接口信号线仅由2条电源线、2条信号线组成。外观分为A型和B型，其中又分为插头和插座。通常连在计算机一侧称为USB插座，又叫母插，连设备一侧称为USB插头，又叫公插。USB引脚信号引脚号名称电缆颜色描述1VCC红+5V2D白数据3D+绿数据+4GND黑地