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12020/1/25南京理工大学自动化学院2007年秋22020/1/25授课教师:殷代红制作者:殷代红电话：84315467-406邮箱：yindh07@sina.com32020/1/25第八章总线技术8.1总线与总线体系结构8.1.1总线标准与分类与结构8.1.2总线控制方法8.2PC总线8.2.1ISA工业标准总线8.2.2EISA扩展的工业标准结构总线8.2.3VESA总线8.2.4PCI总线8.2.5加速图形端口（AGP）8.3系统总线8.4通信总线8.4.1IEEE488总线8.4.2RS－232C总线8.4.3RS－423A/422A/485总线42020/1/25总线：是一组信号线的集合，是一种在各模块间传送信息的公共通路。在微型计算机系统中，利用总线实现芯片内部（片内）、印刷电路板各部件之间（片际）、机箱内各插件板之间（板际）、主机与外部设备之间（通信类）或系统与系统之间（系统类）的连接与通信。总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设计好坏会直接影响整个微机系统的性能、可靠性、可扩展性和可升级性。采用标准总线的好处：简化系统设计简化系统结构、提高系统可靠性易于系统的扩充和更新等。52020/1/258.1.1总线标准与分类与结构1．总线的规范①机械结构规范。规定模块尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格。②功能结构规范。确定引脚名称与功能，以及其相互作用的协议。总线功能结构规范包括如下内容：•数据线、地址线、读/写控制逻辑线、时钟线和电源线、地线等；•中断机制；•总线主控仲裁•应用逻辑，如握手联络线、复位、自启动、休眠维护等。③电气规范。规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。62020/1/252．总线的分类方法①片内总线片内总线在集成电路芯片内部，用来连结各功能单元的信息通路。②局部总线在印刷电路板上连接各芯片之间的公共通路。例如PC系列机中的8位ISA、16位ISA、EISA、VESA和PCI等总线标准。③系统总线系统总线又称为内总线，这是指模块式微型计算机机箱内的底板总线，用来连接构成微型机的各插件板。现在较流行的标准化微机系统总线有16位的MULTIBUSI，STDBUS；32位的MULTIBUSII，STD32和VME等。④通信总线通信总线又称为外总线，它用于微机系统与系统之间，微机系统与外部设备之间的通信通道。例如，串行通信的EIA—RS232C总线。72020/1/258.1.2总线控制方法系统总线的基本任务是保证数据能在总线上高速可靠地传输。总线上完成一次数据传输要经历以下4个阶段：①申请占用总线阶段②寻址阶段③传数阶段④结束阶段82020/1/25用同步、异步或半同步这3种方式之一实现总线传输的控制。1．同步总线同步总线所用的控制信号仅是时钟振荡器，总线时钟信号用来使所有的模块同步在一个共同的时钟基准上。2．异步总线对于具有不同存取时间的各种设备，是不适宜采用同步总线协定的。因为这时总线要以最低速设备的速度运行。因此，如果对高速设备能具有高速操作，而对低速设备能具有低速操作，从而对不同的设备具有不同的操作时间，就可采用异步总线。这种总线叫做“全互锁异步总线”，92020/1/25⒊半同步总线因为异步总线的传输延迟严重地限制了最高的频带宽度，因此，总线设计师结合同步和异步总线的优点设计出混合式的总线，即半同步总线。这种总线有两个控制信号，即由主控来的CLOCK和受控来的WAIT信号，它们起着异步总线MASTER和SLAVE的作用。102020/1/258.2PC总线PC总线又称为在板局部总线。PC机采用开放式的结构，即在底板上设置一些标准扩展插槽。要扩充PC机的功能，只要设计符合插槽标准的适配器板，然后将板插入插槽即可。这种总线不是系统总线，因为它不支持多个CPU的并行处理，属于局部总线范畴。随着CPU的更新换代，PC总线也随之变化。PC机发展过程中形成的几种总线标准：ISA工业标准总线EISA扩展的工业标准结构总线VESA总线PCI总线加速图形端口（AGP）112020/1/258.2.1ISA工业标准总线1．8位ISA总线ISA总线有两种版本8位总线，在PC和XT中运行在4.77MHz。16位总线，在AT中运行为6MHz，后升为8MHz。具有62条“金手指”引脚，在早期的IBMPC/XT计算机的底板上，共有8个插槽。常称为IBMPC总线或PC/XT总线。122020/1/252．16位ISA总线保持原来8位ISA总线的62个引脚信号，新增加的36个引脚。16位ISA总线能实现16位数据传送，寻址能力达16MB，工作频率为8MHz。数据传输率最高可达8MB/s。这对当时的PC/AT机来说已足够了。132020/1/25142020/1/25IBM公司率先在他们设计的一台386微机上，设计了一种完全不同于ISA总线的微通道体系结构，即MCA总线体系结构，并且其与ISA总线不相兼容。MCA总线体系结构MCA微通道结构总线，也称为PS/2总线，它分为16位和32位两种。16位的MCA总线与ISA总线处理能力基本相同，只是在总线上增加了一些辅助扩展功能而已。而32位MCA则是一种全新的系统总线结构，它支持186针插接器的适配器板，系统总线上的数据宽度为32位，可同时传送4字节数据。有32位地址线，提供4GB的内存寻址能力。152020/1/258.2.2EISA扩展的工业标准结构总线EISA是在ISA总线基础上进行扩展构成的，插针由原来16位ISA总线的98个，扩展到198个。EISA总线的所有信号分成深度不同的上、下两层。上面一层包含ISA的全部信号，信号的排列、信号引脚间的距离以及信号的定义规约与ISA完全一致。下层包含全部新增加的EISA信号，这些信号在横向位置上与ISA信号线错开。为保证ISA标准的适配器板只能和上层ISA信号相连接，在下层的某些位置设置了几个卡键，用来阻止ISA适配器板滑入到深处的EISA层；162020/1/258.2.3VESA总线VESA总线是1992年8月由VESA(视频电子标准协会)公布的基于80486CPU的32位局部总线。VESA总线支持16MHz到66MHz的时钟频率，数据宽度为32位，可扩展到64位。与CPU同步工作时，总线传送速率最大为132MB/s，这对于需要快速响应的视频、内存及磁盘控制器等部件都可通过VESA局部总线连接到CPU上，使系统运行速度更快。但是VESA总线是一种在CPU总线基础上扩展而成的。这种总线使I/O速度可随CPU的速度不断加快而加快。是与CPU类型相关的，因此开放性差，并且由于CPU总线负载能力有限。目前VESA总线扩展槽只支持3个设备。实际是VESA总线并不是新标准，所有VESA卡都占用一个ISA总线槽和一个VESA扩展槽。172020/1/258.2.4PCI总线PCI是“PeripheralComponentInterconnect”的缩写，即外围元件互联。PCI总线支持33MHz的时钟频率，数据宽度为32位，可扩展到64位，数据传输率可达132MB/s~264MB/s。这为需要大量传送数据的计算机图形显示和高性能的磁盘I/O提供了可能。如果将来总线用64位实现，带宽将加倍，这就意味着最高能以264MB/s的速度传送数据。PCI总线开放性好，不受处理器类型限制，具有广泛的兼容性。是一种低成本、高效益、能兼容ISA总线和CPU性能、高速发展的很有前途的局部总线。PCI规范确定了3种板的配置，每一种都是为一个特定的系统类型设计的，配有专门的电源需求。5v规格适用于固定式计算机系统，3.3v规格适用于便携式机器，通用规格适用于能在两种系统中工作的主板和板卡。182020/1/25从总线分类看，PC系列机中不存在计算机系统总线这一概念，不论ISA，MCA，EISA还是VESA和PCI都是一种局部总线。它们都只是单板机上的I/O扩展总线。因为它们都不能像计算机系统总线那样支持多主CPU的并行处理，不存在多CPU共享资源，不存在也不需要总线仲裁，即不可能像STD，MULTIBUSI/II，VME等系统总线那样，可以在一个计算机箱内共存多块互不相干而又可以互相通信的主CPU板。192020/1/258.2.5加速图形端口（AGP）加速图形端口（AGP）是Intel为高性能图形和视频支持而专门设计的一种新型总线。AGP以PCI为基础，但是有所增加和增强，在物理上、电气上和逻辑上独立于PCI。AGP是一种高速连接，以66MHz的基频运行（实际为66.66MHz），为标准PCI的两倍。基本AGP模式叫作1X，每个周期完成一次传输。由于AGP总线为32位（4字节）宽，在每秒6600万次的条件下能达到大约266MB/s（每秒百万字节）数据传输能力。202020/1/258.3系统总线1．S-100总线S-100总线首先在MITS公司的Altair微机系统中使用，但该总线有缺陷。1979年经过两次修改后成为新的S-100总线，并由国际标准会议定名为IEEE696。S-100总线是一种曾经应用很广泛的系统总线。按功能可分为8组，包括：16条数据线，24条地址线，8条状态线，5条控制输出线，6条控制输入线，6条DMA控制线，8条向量中断线和25条其它用途线。它采用100个引脚的插件板，每面50个引脚。212020/1/252．MultibusI和MultibusIIMultibusI和MultibusII简称为MBI和MBII。MBI系统总线是Intel公司1974年提出的用于SBC微型计算机系统的总线，所以又称SBC多总线。这是一种16位多处理机的标准计算机系统总线，并由国际标准化会议承认而定名为IEEE796。20世纪80年代末由于32位高速CPU的问世，1985年Intel公司推出适应32位微机的总线MBbusII(IEEE1296)，它是由16位的MBI扩展而来的。MBII具有自动配置系统的能力，数据传输率可达40MB/s(MBI数据传输率只有10MB/s)。222020/1/253．STDbusSTD总线是美国PROLOG公司1978年推出的一种工业控制微型机的标准系统总线，STDbus采用小板结构、高度模块化，具有一整套高可靠性措施，使该总线构成的工业控制机，可以长期可靠地工作于恶劣环境下。该总线结构简单，其中只有56条引脚并能支持多微处理系统，是一种小规模且性能很好的系统总线，被国际标准化会议定名为IEEE961。STDbus不仅是国际上流行的工业控制机标准总线，也是国内工业控制机首选的标准总线。早期STDbus使用在Z80CPU组成的系统上，是一种8位的总线。随着16位CPU的问世，STD总线生产集团推出16位的电路标准，并列入总线规范中，即地址和数据线采用复用技术，可以支持16位数据和24位地址。32位CPU出现后，8位和16位的STDbus已无法满足要求。1989美国的EAITECH公司开发出32位的STD32。232020/1/254．VMEbusVMEbus是1982年由Motorola公司推出的32位系统总线，尽管它比前几种总线晚推出几年，但它却是一种商业化、完全开放的32位系统总线，它主要用于MC68000系列工作站与高档微机系统中，被国际标准会议定名为IEEE1014。SUN、HP和日本电气等公司的工作站都采用VMEbus，尤其是与LAN接口卡连接的环境。因它能支持多机和多主设备，数据传输率原来是24MB/s，经改进后最高数据传输率可达57MB/s。VMEbus宣布不久，很快就获得工业总线的市场。242020/1/255．FUTUREbusFUTUREbus是由IEEE委员会设计的一种高性能的32位底板总线(并定名为IEEE896)。它是由MULTIbus标准延伸而来，应用于32位多处理器系统上，是目前传输率最快的总线，它的数据传输率高达135MB/s。252020/1/258.4.1IEEE488总线IEEE488是一种并行的外总线，它是20世纪70年代由HP公司制定的。IEEE4