微机原理与接口技术 第八章系统总线

微机系统原理与接口技术1系统总线与接口技术PC微机总线标准PC微机接口标准•PC/XT总线标准（8088）•ISA总线标准（8086、80286）•PCI总线标准（80386以上）•PC微机并行接口标准•PC微机串行接口标准微机系统原理与接口技术2总线的概念总线的定义总线的应用•国际标准性•企业兼容性•产品统一性各种信号线的集合，标准化的产物微机系统原理与接口技术3总线的分类按数据传送位置分•片内总线•片间总线•内总线•外总线芯片内部数据传送的总线标准芯片间数据传送的连线方法系统内部数据传送的总线标准系统间数据传送的总线标准微机系统原理与接口技术4总线的分类按传送数据方式分•并行总线（高速短距离）•串行总线（低速长距离）同步并行总线异步并行总线半同步并行总线同步串行总线异步串行总线微机系统原理与接口技术5总线的分类微机系统原理与接口技术6总线的分类微机系统原理与接口技术7总线的分类微机系统原理与接口技术8并行总线并行总线的构成•地址总线•数据总线•控制总线•电源组与地注：地址总线和数据总线是否复用注：控制总线的组合性、特殊性微机系统原理与接口技术9并行总线同步并行总线的时序•基准CPU时钟•总线同步时钟•数据传送与同步时钟•数据传送速率（总线带宽）总线上所有传送的信息与总线同步时钟同步与主频有关，是总线上信息传送的指挥速率与同步时钟频率和数据宽度有关注：速率的单位：b/s、B/s由主频确定微机系统原理与接口技术10并行总线异步并行总线的时序•握手信号•数据传送与握手信号•数据传送速率主控器（Master）、受控器（Slave）间用应答控制信号握手先握手后传送数据与总线上所挂设备的响应速度有关微机系统原理与接口技术11并行总线半同步并行总线的时序•总线同步时钟为主•握手信号为辅•数据传送速率同步、异步并行总线的结合同步时钟是总线上信息传送的基础当需要握手时产生握手控制（Wait）速率与同步时钟频率、数据宽度、握手控制有关微机系统原理与接口技术12并行总线并行总线的仲裁•为什么要总线仲裁•总线仲裁的方式系统中有多个设备希望获得对总线的控制获得对总线的控制须有序的进行串行（菊花链）仲裁方式并行仲裁方式串并行仲裁方式微机系统原理与接口技术13并行总线并行总线的仲裁过程•总线请求•总线空闲•总线允许•总线忙总线设备要获得总线控制须向仲裁器发请求信号CPU愿交出控制权，且别的设备未控制总线仲裁器向申请总线控制的设备发同意信号当某设备控制总线后别的设备不可同时控制注：仲裁方式即解决总线请求和总线允许微机系统原理与接口技术14并行总线串行（菊花链）仲裁方式•总线请求（条件：总线空闲）•总线允许•总线忙当某设备请求控制总线，在单线上有总线请求信号总线允许信号用查询方式找申请控制的设备申请控制的设备获允许后输出总线忙信号注：结构简单但优先权固定微机系统原理与接口技术15并行总线并行仲裁方式•总线请求（条件：总线空闲）•总线允许•总线忙各设备具有独立的总线请求信号送仲裁器仲裁器经判别向同意请求设备发允许信号申请控制的设备获允许后输出总线忙信号注：结构较复杂但可编程决定优先权微机系统原理与接口技术16并行总线串并行仲裁方式•控制设备分组•组间并行仲裁•组内串行仲裁各设备分为不同的组态组间按并行仲裁方式发总线请求组内按并行仲裁方式查询总线允许注：结构复杂但更实用微机系统原理与接口技术17并行总线标准并行总线标准类型•国际标准•企业标准强制性标准，采用国际标准的产品必须遵从联合性标准，是国际标准的早期应用微机系统原理与接口技术18并行总线标准常用并行总线标准（内总线）•S–100总线早期工控总线•STD–56总线常用工控总线•PC/XT总线62芯多总线•PC/AT总线62芯+36芯ISA总线•PC386总线62芯+36芯+36EISA总线•PC–104总线64芯+40芯嵌入式系统•PCI总线128芯标准总线（目前最流行）注：PCI-E总线微机系统原理与接口技术19串行总线串行总线的构成•线制•传输二线方式：信号线＋地线（1-Wire）三线方式：信收＋信发＋地线（异步通信）四线方式：信收＋信发＋时钟＋地线（同步通信）三线方式：信号线＋同步线＋地线（I2C）系统间的数据传输长距离的数据传输低速少线数据传输微机系统原理与接口技术20串行总线串行总线的技术特点•传输方式•传输速率单工：仅从发端到收端单方向数据传输半双工：单线双方向数据传输某端某时发不能收、收不能发全双工：双线双方向数据传输某端某时可发可收传输率：单位时间传送二进制位数，单位bps波特率：单位时间传送离散信号数，单位波特注：在计算机通信中物理意义一样微机系统原理与接口技术21串行总线串行总线的技术特点•通信控制方式•通信信息串行异步通信：传输字节中位定义有序，字节间无序起始位、数据位、停止位串行同步通信：传输字节中有序，字节间有序同步时钟、数据位同步字节组、数据字节组控制信息、地址信息、数据信息通信信息遵循协议微机系统原理与接口技术22串行总线串行总线的技术特点•传输数据的差错控制•检错方法检错：发现数据传输过程中的错误纠错：纠正数据传输过程中的错误奇偶校验法：（串行异步中）在传送数据中加入校验位CRC校验法：（串行同步中）在传送数据块中应用多项式微机系统原理与接口技术23串行总线同步串行通信协议异步串行通信协议010/1起始位停止位数据位（位同步）1校验位发数据收数据（时钟同步）微机系统原理与接口技术24串行总线位传送方式MSB（MostSignificantBit）LSB（LeastSignificantBit）高比特位先传低比特位先传微机系统原理与接口技术25串行总线同步串行通信协议（数据包）0/10/1同步字节数据字节组数据帧微机系统原理与接口技术26串行总线常用外总线标准（串行总线）•RS232标准异步串行通信总线•RS485远程异步串行通信总线•RS422平衡电压数字接口电路•USB宽带通信总线标准•IEEE1394高性能串行总线标准微机系统原理与接口技术27PC微机总线标准PC/XT总线规范（8088）•机械特性•电气特性•供电特性62芯引脚，分A、B两面，脚间距100mil数据总线信号：D0~D7、引脚：A9~A2地址总线信号：A0~A19、引脚：A31~A12控制总线（种类多，应用广）与CPU芯片有关，信号：RESET、引脚：B2与I/O接口芯片有关，信号：+IRQ2、引脚：B4±5V、±12V微机系统原理与接口技术28PC微机总线标准PC机总线规范的发展•在PC/XT总线基础上扩展•新的PC机总线标准PC286总线（ISA总线）16位总线标准，引脚为62+36芯PC386总线（EISA总线）32位总线标准，引脚62+36+36芯PCI总线（64位总线标准）微机系统原理与接口技术29PC微机总线标准PC286总线——ISA总线（工业标准结构总线）•数据总线的扩展•地址总线的扩展•控制总线的扩展（IndustryStandardArchitecture）62芯引脚为A、B两面；36芯引脚为C、D两面信号：D8~D15、引脚：C11~C18信号：A17~A23、引脚：C8~C18/16位数选择控制线：BHE、引脚：C1外部中断请求线：IRQ10、引脚：D3微机系统原理与接口技术30PC微机总线标准PC386总线——EISA总线（扩展工业标准结构总线）•数据总线扩展到32位•地址总线扩展到32位•控制总线扩展为更多（ExtendedIndustryStandardArchitecture）ISA总线仅16位数据线，为了提供32位数据线，在ISA总线的基础上扩展为EISA总线标准注：该总线标准现已不用微机系统原理与接口技术31ISA总线ISA总线的主要特点•1KB的I/O端口地址空间•地址、数据线主板上的端口地址一字节地址，地址范围：00H~FFH插板上的端口地址二字节地址，地址范围：100H~3FFH地址线：24位、SA0~SA19，LA20~LA23可访存储空间16MB数据线：16位、SD0~SD7、SD8~SD15可8位、16位操作微机系统原理与接口技术32ISA总线ISA总线的主要特点•控制线扩展可屏蔽中断扩展从IRQ3~IRQ7扩展到IRQ10~IRQ15DMA通道扩展从DRQ0~DRQ3扩展到DRQ5~DRQ7从DACK0~DACK3扩展到DACK5~DACK7注：IRQn参阅328页微机系统原理与接口技术33ISA总线常用控制线•/IOR、/IOW•/MEMR、/MEMW•AENI/O端口读写控制线扩展存储器单元读写控制线AEN=1：DMA主控制AEN=0：CPU主控制微机系统原理与接口技术34ISA总线ISA总线的电源ISA总线插板的机械尺寸±5V、±12V353页图8-18微机系统原理与接口技术35USB接口接口的发展•COM接口（RS232接口）•LPT接口（打印机接口）•ISA插板式接口•USB接口速度低、禁热插拔应用单一、传送距离有限需要开主机箱很不方便串行、方便、高速、可热插拔注：所有外设都可以用USB接口（UniversalSerialBus）——通用串行总线微机系统原理与接口技术36USB接口USB接口的特点•连接简单快速•支持多设备连接•传输速率快•提供电源不必关电源、开机箱，可热插拔，即插即用应用Hub技术，可接127个不同外设USB1.1达12Mbps；USB2.0达480Mbps+5V电源可供低功耗外设用微机系统原理与接口技术37USB接口USB接口的物理特性USB接口的电气特性+5VD+D-GND主USB从USB+5V微机系统原理与接口技术38USB接口USB系统的硬件连接USBHOSTUSBDEVICEUSBHOSTUSBDEVICEUSBHUB主从结构网络结构微机系统原理与接口技术39USB接口USB系统的软件组成•主USB控制程序•从USB驱动程序•USB芯片驱动程序由主机操作系统提供由设备制造商提供由芯片制造商提供或自行开发注：PC机更多的是应用驱动程序PDA更多的是开发驱动程序微机系统原理与接口技术40PCI总线Intel公司于1991年首先提出，并联合界上多家公司成立了一个叫PCISIG（PCISpecialInterestGroup）的组织来完善、推广和强化PCI标准，目前PCI规范已经修订到3.0版本。PCI局部总线具有地址数据多路复用的高性能32位或64位的同步总线，最初总线时钟为33MHz，现在可达133MHz。（PeripheralComponentInterconnect）（标准外围器件连接总线）微机系统原理与接口技术41PCI总线PCI总线优点•数据传输率高•硬件即插即用•机械尺寸更小64位数据66MHz总线时钟可达528MB/S带宽硬件插卡自动识别、配制，即插即用引脚金手指的间距为50mil微机系统原理与接口技术42PCI总线微机系统原理与接口技术43PCI总线PCI总线特点•线性突发传输•同步总线操作•多总线主控•与CPU无关数据帧为传送的基础，具有DMA功能在总线时钟的同步控制下完成相应工作由于总线主控设备的多样，可提高数据传送总线独立于CPU，便于插卡的设计微机系统原理与接口技术44PCI总线分类必备可选微机系统原理与接口技术45PCI总线PCI总线信号标示•IN•OUT•T/S•S/T/S•OD标准输入信号标准输出信号标准双向三态输入输出信号特殊双向三态输入输出信号集电极开路输出驱动信号微机系统原理与接口技术46PCI总线PCI总线信号（主要）•系统信号•地址/数据信号•总线命令信号•接口控制信号CLK：总线时钟信号；/RST：总线复位信号AD[31::0]：32位地址/数据复用信号与PCI设备有关的控制信号，设计卡板用C/BE[3::0]：有16种总线命令微机系统原理与接口技术47作业13、17、18、19、29