微型计算机总线.ppt

微型计算机总线微型计算机总线Unibus总线1970年美国DEC公司在其PDP11/20小型计算机上采用。总线结构在系统设计、生产、使用和维护上都显示出其优越性。采用总线结构主要有以下优点：•便于采用模块结构设计方法，简化了系统设计；•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；•模块结构方式便于系统的扩充和升级；•便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。总线基本概念：•总线定义•总线上信息传送规则•总线基本收发器件•总线分类•总线主要性能指标•总线标准与规范•总线数据传输一.总线定义计算机系统中，模块与模块，设备与设备之间传输交换信息的公共通道。二.总线上信息传送规则同一时刻只能有一个信息源（模块或设备）发送信息；多模块传输信息采用分时操作。三.总线基本收发器件•三态缓冲器•锁存器发送设备通过三态缓冲器与总线连接；接收设备通过三态缓冲器（同步）或锁存器（异步）接到总线。四.总线分类按不同的范畴分类常用以下几种：1.按信息传输性质分2.按所处位置分1.按信息传输性质分•数据总线：双向，有8根（字节），16根（字），32根（双字）；•地址总线：单向，由CPU发出，指定信息源或目的的地址。有20根（8086），24根（80286），32根（80386及以后的CPU）；•控制总线：单双向都有，控制读写，数据传输，联络，总线判决和中断控制等功能。2.按所处位置分•片内总线：芯片内用于各功能单元连接；•片总线：插件板内用于各芯片连接；•系统总线：微机系统内各功能插件板连接；•外总线：微机系统间，微机系统与其他仪器设备间的连接。五.总线主要性能指标•总线频率：总线工作时钟频率，单位为MHz；•总线位宽：总线数据线的根数，有8，16，32，64位之分；•总线带宽：即总线传输率，单位为MB/S。三者关系为:总线带宽=总线位宽×总线频率Mb/S总线带宽=1/8总线位宽×总线频率MB/S六.总线标准与规范•制定标准的出发点：使与该总线连接的各厂家的各种产品电路板都能正常使用，即在机械结构，电气及逻辑等方面均达到统一。•制定标准的机构：一些国际级，国家级或相关行业协会及公认的著名企业联合会。总线标准与规范内容•机械结构规范：规定模板尺寸、插头、连接器的形状、尺寸等规格位置；•功能结构规范：规定每个引脚名称、功能、时序及适用协议；•电气结构规范：规定信号的逻辑电平、最大额定负载能力及电源电压等。PC机中系统总线PC/XT总线1981年IBM推出8位,适用于以8088为CPU的PC/XTPC机PC/AT总线1984年IBM推出以80286为CPU的16位PC机总线(未公布)ISA总线同期,Intel、IEEE和EISA集团联合开发出与AT总线相近的ISA工业标准结构总线ISA总线主要性能：I/O空间0100H—03FFH；24位地址线，16MB寻址空间8/16位数据线62+36引脚最大位宽16位8MHz时钟频率带宽16MB/S具有中断和DMA通道功能IBM公司专为其PS/2系统开发的32位微通道总线结构。由于与老的PC机总线不完全兼容,并且执行的是使用许可证制度，因此未能得到有效推广。MCA总线1988年compaq、AST、EPSON等推出32位微机总线的，结构与ISA总线兼容，与IBM的MCA总线抗衡。Intel为其推出一套配套芯片。EISA总线主要性能：开放结构，与ISA总线兼容32位地址线，4GB寻址能力32位数据线最大时钟频率8.3MHz带宽33MB/SEISA总线一.概述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。PCI总线二.PCI总线主要性能：总线时钟频率：33.3MHz/66MHz带宽：时钟频率33.3MHz位宽32位时为133MB/s，位宽64位时为266MB/s时钟频率66MHz位宽32位时为266MB/s，位宽64位时为532MB/s总线宽度：32位（5V）/64位（3.3V）时钟同步方式独立于处理器与CPU及时钟频率无关其它特点：支持突发式读写方式，提供首地址即可顺序读写数据。支持并发操作，CPU和PCI可并行工作。PCI控制器能自动执行数据缓冲区到外设的传输，无须CPU干预。支持总线主控技术。允许主控部件（智能设备或多处理器中任一处理器）取得总线控制权，加速数据传输。具有自动配置功能，支持即插即用。支持5V和3.3V扩展卡，由插槽结构保证。PCI2.2版支持热插拔。三.PCI总线系统结构CPU总线和PCI总线由桥接电路（习惯上称为北桥芯片）相连。PCI总线和ISA/EISA总线之间也通过桥接电路（习惯上称为南桥芯片）相连。PCI桥路：实现控制PCI总线的全部控制，PCI桥路与CPU接口引入先进先出（FIFO）缓冲器，使PCI上的部件与CPU并发工作。将PCI总线转换为标准总线桥路内含有:8259中断控制器8254定时/计数器8237DMA控制器等可编程电路标准总线桥路：四.PCI总线基本引脚和扩展引脚必备信号（左边）49条可选信号（右边）51条包含电源、地、保留引脚：总引脚数120条不含电源：PCI总线通过PCI插槽与I/O板卡连接PCI应用系统：•32位应用系统用左边的必备信号即可（主设备49根，从设备47根）•64位应用系统接口信号为必备信号可选信号（共100根）PCI总线信号线注释：32位数据线4根C/BE[3：0]线指定4个字节64位数据线C/BE[7：4]和C/BE[3：0]8根选择线确定8个字节PCI总线数据传输控制基本上由三条线控制：FRAME#：由主设备驱动，控制一次数据传输周期的起始和结束。IRDY#：由主设备驱动，低电平有效，高电平允许插入等待周期。TRDY#：由从设备驱动，低电平有效，高电平允许插入等待周期。PCI总线周期：CLK时钟同步控制1.主设备发出FRAME#有效信号，PCI总线周期开始，每个周期由一个地址期多个数据期组成；2.PCI总线周期开始，首先是地址期，主控器送出地址线和总线命令（C/BE）；3.下一周期若IRDY#，TRDY#有效，则按C/BE字节读/写选中的字节数据；4.以后在CLK控制下逐个传输后续数据；5.当FRAME#高电平，IRDY#低电平则表示本数据传输周期最后一个数据期。即插即用功能的保障资源：地址空间，中断号和DMA通道号计算机对功能板卡的资源配置：早期PC机：由用户通过跳线或拨动开关来设置Pentium以上PC机：计算机自动配置（PlugandPlay）,降低了对用户的要求。五.PCI配置空间PCI板卡即插即用原理：每一块PnP板卡上都有一组称为配置空间的寄存器。其中保存有对系统资源的需求参数。Windows9X系统启动时，由BIOS引导程序读出这些参数，经对每块板卡对资源的需求进行综合后，对整个系统资源进行分配。PCI配置空间：长度为256字节其内容为：1.设备单元识别码2.扩展ROM基地址3.销售商识别码4.中断线、中断引脚5.修正识别码寄存器、类代码寄存器6.PCI命令字7.PCI状态字8.cache线大小寄存器9.基地址寄存器六．PCI新标准•PCIX是PCI总线的扩展架构•PCI－X的性能比PCI总线提高14％一35％•总线频率:66MHZ，100MHZ和133MHZ•带宽分别是533MB／s，800MB/s和1066MB／s•PCI－X总线有着很好的向下兼容性USB总线USB(UniversalSerialBus)通用串行总线USB是由Intel、IBM、Microsoft、Compaq、Digital、NEC、NorthernTelecom七家公司联合推出的一种串行总线规范.背景1996推出USB1.0版本：低速1．5MbPs、高速12MbPs2000．4推出USB2.0版本：低速1．5MbPs、全速12MbPs、高速达480MbPs基本思想：利用通用连接器热插拔，即插即用的简单快速连接，资源自动配置，资源共享.基本要求：易用性：即插即用、热插拔端口可扩充性：具有端口不断扩充性，可快速、动态连接和低价格特点兼容性：支持①高速与低速数据②智能与一般外设③有源与无源设备主要内容：一.USB的主要特点二.USB设备连接器协议三.接口信号线四.USB系统组成五.USB插拔接通关闭过程六.USB拓朴结构七.USB数据流类型和传输类型1．即插即用，可自动识别总线上的设备并为其配置软件和硬件资源。2．可以动态连接和重新配置外设，支持热插拔功能。3．总线上的设备的传输带宽可以从几Kbps／到几百Mbps，速率最高可达480Mbpss。一.USB的主要特点4．允许最多达127台USB设备同时操作。5．可向USB总线上设备供电，USB设备也可自备电源。6．具有很高的容错性能，协议中规定了出错处理和差错恢复机制。此外USB总线还具有使用灵活、性价比高等特点。二.USB设备连接器协议连接器：由插头和插座构成，为A系列B系列两种。A系列连接器：用于与主机连接B系列连接器：用于与设备连接USB图标：插头上提供凹凸型图标，方便用户使用。一般由厂商提供，电缆一端为A系列插头，另一端为B系列插头（与设备上系列B插座连接）。USB设备标准可分离电缆：高速设备用双绞数据对，非双绞电源对的屏蔽电缆，低速设备可用平行非屏蔽电缆。红电源线，+5V（4.75—5.25V）黑地线绿D+高速设备端有有上拉电阻，Hub端有下拉电阻白D-低速设备端有有上拉电阻，Hub端有下拉电阻注：△D+、D-为数据的半双工差分信号线△下拉电阻保证Hub端口无设备连接时,电压接地为零吸入最大电流500mA三．接口信号线（4根）•主机第一次从D+、D-检测到设备时,设备吸入电流100mA•D+、D-电压V0.8V，持续2.5μS,则设备断开连接•D+、D-电压V2.5V，持续2.5μS，则设备连接端口四．USB系统组成1.硬件：⑴USB主控器/集线器（USBHC/RH），于主机中。⑵USB集线器（USBH）⑶USB设备：①Hub设备②功能设备―接在Hub上的外设。⑴USB设备驱动程序（客户驱动软件）用于和某一特定的USB设备进行通信，常为操作系统一部分或由厂商提供⑵USBDUSB系统驱动软件一般捆绑于操作系统，用于判断决策指挥层。⑶HCD（HostcontrollerDriver）主控器驱动程序,完成对USB交换的调度，通过根Hub或其它Hub完成对交换的初始化。2.软件五．USB插拔接通关闭过程接通过程须经过5个状态：连接状态→→上电状态→→默认状态→→地址状态→→配置状态，设备即可使用。关闭过程比较简单，主机测到USB设备插头拔离Hub，设备进入无能状态，即关闭端口。主控器/根集线器集成于芯片组，如815EP芯片组的82801BA就包含了2个USB主控器/根集线器，故一一台主机有4个USB端口。根Hub都为下行端口，与下层功能部件和Hub点对点连接。下层Hub只有一个上行端口，几个下行端口。这种级联方式最多可连接127个设备。六．USB拓朴结构七.USB数据流类型和传输类型USB数据流类型：•控制信号流•块数据流•中断数据流•实时数据流USB的基本传输类型：•控制传输•批传输•中断（Interrupt）传输•等时传输USB总线传输类顺序：传输幀时间：1mS，以SOF（幀起始包）开始，EOF（幀结束包）结束数据流传输中优先传输等时数据，批传输最后。USB数据传输称为交换（Transaction）,总线传输包含一个或多个交换。USB交换的基本单位为‘包’，一个交换至少要3个包方能完成。•标志包：SOF（幀起始包）、接受包、发送包和设置包。•数据包：紧跟于（IN、OUT包）后面，有DATA0和DATA1。•握手包：接收方向发送方报告状态，有正确接收应答（ACK）、非正确接收应答（N