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第３章系统总线3.1总线的基本概念3.2总线的分类3.3总线特性及性能指标3.4总线结构3.5总线控制一、分散连接与总线连接计算机五大部件之间的互连方式有两种：分散式连接：各部件之间通过单独的连线连接。总线式连接：各部件均连接到一组公共信息传输上。3.1总线的基本概念1.2冯·诺依曼计算机硬件框图存储器输入设备运算器控制器输出设备1.2以存储器为中心的计算机硬件框图程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算概念总线是一种数据通道，由系统中各部件所共享。或者说，是在部件与部件之间、设备与设备之间传送信息的一组公用信号线。在主控设备（部件或设备）的控制之下，将发送设备（部件或设备）发出的信息准确地传送给某个接收设备的信号通路。总线的特点在于其公用性，即它可同时挂接多个部件或设备。如果是某两个部件或设备之间专用的信号连线，就不能称之为总线。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路。总线概念中两个常用的技术术语。主控设备（Master）也就是通常所说的总线主控设备，它是一个部件或设备，是控制总线操作的一个部件或设备。总线主控设备一旦被确认就可以对总线进行控制，并能够着手进行数据传送。也就是说，如果一个部件或设备欲向另一个部件或设备发送数据，它就要获得对总线的使用权，成为总线主控设备,才可以通过总线将数据传送给另一个设备。从属设备（Slave）从属设备能够响应在总线上对数据进行传送的请求，但总线从属设备自己不能启动这种在总线上进行数据传送的请求。也就是说，如果一个部件或设备欲接收从总线主控设备发过来的数据，首先必须获得对总线的使用权，答应总线主控设备，并发出可以收数据的响应信号。然后等待总线主控设备发出的数据，并且在控制总线的控制之下接收从数据总线上传送过来的数据。总线标准的四个特性①物理特性：物理特性指的是总线物理连接的方式。包括总线的条数、总线的插头、插座是什么形状的、引脚是如何排列的等。②功能特性：功能特性描写的是这一组总线中每一根线的功能是什么。从功能上看，总线分成三组：地址总线，数据总线和控制总线。。③电器特性：电器特性定义每一根线上信号的传递方向、有效电平范围。④时间特性：时间特性定义了每根线在什么时间有效。总线标准的特性1、物理特性：总线的物理特性是指总线在机械物理连接上的特性。包括：连线类型、数量、接插件的几何尺寸和形状以及引脚线的排列等。三、总线的特性2、电气特性：总线的电气特性是指总线的每一条信号线的信号传递方向、信号的有效电平范围。通常规定由CPU发出的信号为输出信号，送入CPU的信号为输入信号。地址线一般为输出信号，数据线为双向信号，控制线的每一根都是单向的，有的为输出信号，有的为输入信号。三、总线的特性总线的电平表示方式有两种：单端方式和差分方式。在单端电平方式中，用一条信号线和一条公共接地线来传递信号。信号线中一般用高电平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。差分电平方式采用一对信号线来传输信号。RS-232通讯接口采用单端方式传输，低电平要低于-3V，表示逻辑“1”；高电平要高于+3V，表示逻辑“0”。RS-485、RS-422通讯接口采用差分电平方式传输。三、总线的特性3、功能特性：总线功能特性是指总线中每根传输线的功能。如地址线用来传输地址信息，数据线用来传输数据信息，控制线用来发出控制信息，不同的控制线其功能不同。4：时间特性：总线时间特性是指总线中任一根传输线在什么时间内有效，以及每根线产生的信号之间的时序关系。时间特性一般可用信号时序图来说明。四、总线结构的计算机举例1.面向CPU的双总线结构框图中央处理器CPUI/O总线M总线3.1主存I/O接口I/O设备1I/O设备2……I/O接口I/O接口I/O设备n单总线（系统总线）2.单总线结构框图CPU主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口…I/O设备nI/O接口…3.13.以存储器为中心的双总线结构框图系统总线主存CPUI/O接口I/O设备1…I/O设备nI/O接口…存储总线3.13.2总线的分类1.片内总线2.系统总线芯片内部的总线数据总线地址总线控制总线双向与机器字长、存储字长有关单向与存储地址、I/O地址有关有出有入计算机各部件之间的信息传输线控制信号应有以下几种类型①写存储器命令：②读存储器命令：③输入/输出写命令：④输入/输出读命令：⑤传送响应：⑥总线请求：⑦总线允许：⑧中断请求：⑨中断响应：⑩时钟和复位：3.通信总线串行通信总线并行通信总线传输方式3.2用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信3.3总线特性及性能指标CPU插板主存插板I/O插板一、总线物理实现BUS主板三、总线的性能指标1、总线宽度：指数据总线的条数，用bit（位）表示。2、标准传输率：指在总线上每秒能传输的最大字节量，用MB/s表示。例如总线工作频率为33MHz，总线宽度为32位，则其最大传输速率为132MB/s。3、时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线，四、总线的性能指标4、总线复用：一个（或一组）物理线路，分时传输不同的信号，称为总线的多路复用。5、信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线的信号线之和。6、总线控制方式：如仲裁方式等。7、其他指标：如负载能力等ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模块系统总线标准四、总线标准系统模块3.3标准界面总线标准数据线总线时钟带宽ISA168MHz（独立）33MBpsEISA328MHz（独立）33MBpsVESA(VL-BUS)3232MHz（CPU）133MBpsPCI326433MHz（独立）64MHz（独立）132MBps528MBpsAGP3266.7MHz（独立）133MHz（独立）266MBps533MBpsRS-232串行通信总线标准数据终端设备（计算机）和数据通信设备（调制解调器）之间的标准接口USB串行接口总线标准普通无屏蔽双绞线带屏蔽双绞线最高1.5Mbps(USB1.0)12Mbps(USB1.0)480Mbps(USB2.0)5Gbps(USB3.0)3.3四、总线标准一、ISA总线的主要特点⒈ISA总线是16位的总线，可以只用低8位数据线：当作8位数据线使用时，只用其前62个引脚，此时，它有8位数据线，20位地址线；当作16位数据线使用时，用到全部98个引脚，此时，它有16位数据线，24位地址线⒉ISA总线的最高工作频率为8MHz，数据宽度为16位，计算可得数据传输速率为16MB/s。地址线24条，可寻址16MB的内存空间EISA局部总线ISA总线最初是8位的标准总线，随着计算机技术的发展，经过多年的演变，也从8位的标准总线变成了被广泛应用的16位的标准总线。以后又发展成了经扩展的32位的标准总线EISAEISA总线：EISA总线，即扩展的工业标准结构总线。是工业标准总线ISA的超集。它是在工业标准结构ISA总线的基础上发展而来的一种高性能32位结构的总线。它不仅拥有ISA总线的全部特征，而且还随着对ISA总线功能的扩充而增强了自身性能和能力。数据线32位，地址线32位，最大传输速率33MBps。VESA局部总线从结构看，所谓局部总线是指在系统外为两个以上模块提供的高速信息通道。ISA总线和CPU总线之间增加的一级总线。VESA局部总线VESA总线是视频电子协会同60余家公司联合推出的一个全开放的局部总线标准—VL总线。VL总线与CPU同步，数据宽度为32位，最高传输率达132MB/s，它极大地增强了系统的性能。VL总线主要是针对80386/80486的，因此与80486匹配最佳，它与CPU同步工作，但当CPU工作频率提高后，VL总线就不适应了。PCI总线PCI总线(PeripheralComponentInterconnctSpecialInterestGroup)，即外围部件互联专业组，简称PCISIG。是由Intel、IBM、Compaq、AST、HP、Apple、DEC等100多家公司于1991年共同推出的一种局部总线，广泛应用于当前高档微机、工作站及笔记本电脑中PCI局部总线的结构示意图PCI总线引线示意图地址和数据AD31~AD0C/BE#3~BE#0接口控制FRAME#TRDY#IRTY#STOP#DEVSEL#IDSELREQ#GNT#PERR#SERR#CLKRST#64位扩充PAR64REQ64#ACK64#INTA#INTB#INTC#INTD#TD1TD0TCKTMSTRST#出错仲裁系统AD63~AD32C/BE#7~BE#4LOCK#接口控制中断JTAGPARPCI卡一、PCI总线的特点与ISA等总线相比，PCI总线具有如下的特点⒈高性能独立的时钟（33M或者66MHz）32位到64位传输速率从132MBps提升到529MBps⒉支持即插即用（plugandplay）。⒊良好的兼容性，PCI总线不依赖于某一具体的微处理器，它支持多种微处理器和将来发展的微处理器，可兼容ISA,EISA等总线⒋支持多主设备，允许主从设备间实现点到点对等存取。⒌支持数据和地址奇偶校验功能，保证了数据的完整和准确。⒍具有与处理器和存储器完全并行操作的能力。PCI桥有多级缓冲，可把一批数据快速写入缓冲器中，固可实现与其他子系统的并发工作。⒎5V和3.3V两种电源供电8.可扩充性好，可采用多层结构9.软件兼容性好10.采用多路复用技术，减少了总线引脚个数AGP总线AGP加速图形端口于1996年8月提出的一种新型视频接口标准，它是专门为3D加速而设置的加速图形端口，允许3D图形数据越过PCI总线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了PCI总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题AGP应该是一种接口标准，因为它是一种点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没有别的设备能够使用AGP，但是，我们习惯上也称其为AGP总线一、AGP总线的结构采用AGP总线的系统结构图二、AGP总线的特点设计AGP的目的是为了实现高性能的3D图像，提高显示的速度，因此采用了一些先进技术⒈双时钟技术⒉流水线技术进行读写内存⒊DIME(DirectMemoryExcute)技术（显卡可直接操作内存）直接内存执行DIMEAGP允许3D数据不存入拥挤的帧缓冲区(即图形控制器内存)，而将其存入系统内存，从而让出帧缓冲区和带宽供其它功能使用⒋当CPU访问系统RAM时，AGP显示卡同时可以访问AGPRAM，两种总线同时传输数据5.显示系统不占用PCI总线三、AGP的工作模式AGP支持3种工作模式：×1，×2和×4模式。3种工作模式的图形性能是依次提高的。目前微机的BIOS中基本上都是采用×4模式模式工作频率（MHz）数据传输率（MB/s）传输触发方式×166266上升沿×2133532上升沿和下降沿×42661064上升沿和下降沿四、AGP与PCI的比较性能指标PCIAGP方式带宽（MB/S）133533总线时钟（MHZ）3366数据线宽度（位）3232数据传输同步同步插槽最多5个1个内存优先存取不支持支持信号线数量4965RS-232C串行通信接口标准RS-232C是数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，是在微机接口应用中常用的一种串行通信总线标准，全称为EIA—RS—232C标准（ElectoronicIndustrialAssociateRecommendedStandard—232C）11.3.1RS-232C串行通信接口标准的信号线RS—232C标准的信号线共25根，其中只定义了22根。这22根信号线又分为主、辅两个信道，大多数微机串行通信系统中都只使用主信道的信号线。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信号都要连接，一般情况下只需使用其中的9根信号线。这就是为什么我们在微机的机箱上看到的串行通信接口（如COM1、COM2）只有9根的原因脚号信号名缩写名方向与功能说明3发送数据TxDDTE→DCE终端发送串行数据2接收数据RxD