第5章-微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)課件

本章主要教學(xué)內(nèi)容總線的基本概念；常用的系統(tǒng)總線特點(diǎn)和功能；常用的局部總線特點(diǎn)和功能;外部設(shè)備總線的特點(diǎn)和功能第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)1本章主要教學(xué)內(nèi)容第5章微型計(jì)算機(jī)本章教學(xué)目的及要求

通過學(xué)習(xí)，應(yīng)該理解總線的基本概念，熟悉微機(jī)總線的組成結(jié)構(gòu)，掌握常用系統(tǒng)總線、局部總線、外部設(shè)備總線以及USB總線的結(jié)構(gòu)和引腳特性，并側(cè)重其應(yīng)用。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)2本章教學(xué)目的及要求第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章5-1總線技術(shù)概述總線是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中多個部件之間公用的一組連線，由它構(gòu)成芯片、插件或系統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。它是系統(tǒng)中各個部件信息交換的公共通道，各部件之間的聯(lián)系都是通過總線實(shí)現(xiàn)的。微型計(jì)算機(jī)采用總線技術(shù)的目的是為了簡化硬、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在硬件方面，設(shè)計(jì)者只需按總線規(guī)范設(shè)計(jì)插件板，保證它們具有互換性與通用性，支持系統(tǒng)的性能及系列產(chǎn)品的開發(fā)；在軟件方面，接插件的硬件結(jié)構(gòu)帶來了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。用標(biāo)準(zhǔn)總線連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，便于擴(kuò)充與更新。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章5-1總線技術(shù)概述微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章按各類總線的結(jié)構(gòu)和連接對象及范圍的不同，可分為3類：1.微處理器片內(nèi)總線是指在微處理器芯片內(nèi)部各單元之間傳輸信息的總線，它主要用于芯片級的互連。有時也稱其為局部總線。2.內(nèi)總線用以實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。內(nèi)總線有時也稱為板極總線或系統(tǒng)總線。3.外部總線是微機(jī)之間或微機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線，主要用于設(shè)備級的互連。外部總線也稱為通信總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)4第5章按各類總線的結(jié)構(gòu)和連接對象及范圍的不同，可分為3類：微圖5-1所示即為常見的微型計(jì)算機(jī)總線層次的典型結(jié)構(gòu)。圖5-1微型計(jì)算機(jī)總線層次結(jié)構(gòu)示意圖5圖5-1所示即為常見的微型計(jì)算機(jī)總線層次的典型結(jié)構(gòu)。圖5-1

4.標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)總線具有簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、易于系統(tǒng)擴(kuò)展、便于系統(tǒng)更新以及便于系統(tǒng)調(diào)試和維修等特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)總線不僅在電氣上規(guī)定了各種信號的標(biāo)準(zhǔn)電平、負(fù)載能力和定時關(guān)系，也在結(jié)構(gòu)上規(guī)定了插件的尺寸規(guī)格和引腳定義，各模塊可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)連接。目前總線標(biāo)準(zhǔn)有兩類：一類是IEEE（美國電氣及電子工程師協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)委員會定義與解釋的標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE-488總線和RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)等；另一類是因廣泛應(yīng)用而被大家接受與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如S-100總線、IBMPC總線、ISA總線、EISA總線、PCI總線等。

第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)64.標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn)第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章總線的性能主要體現(xiàn)在：（1）總線寬度：是指可以同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。?）總線頻率：總線通常都有一個基本時鐘，總線上其它信號都以這個時鐘為基準(zhǔn)，這個時鐘的頻率也是總線工作的最高頻率。時鐘頻率越高，單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化總線，這些標(biāo)準(zhǔn)化總線的廣泛使用，對微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的普及和應(yīng)用起到了積極的推動作用。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)7第5章總線的性能主要體現(xiàn)在：微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)7第5章

5-2系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是微機(jī)主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時所采用的數(shù)據(jù)通道，可支持各種端口、處理器、RAM和其他部件。微機(jī)的系統(tǒng)總線從性能上可分為低端總線和高端總線。低端總線一般支持8位、16位的微處理器，主要功能是進(jìn)行I/O處理，總線信號依賴微處理器芯片，有的總線實(shí)際上就是微處理器引腳的延伸，比如ISA總線、STD總線等。高端總線可以支持32位、64位微處理器，它提高了數(shù)據(jù)傳輸率和處理能力，對微處理器的依賴性在減小，同時具備良好的兼容性、支持高速緩存Cache、支持多微處理器、可自動配置等特點(diǎn)，比如EISA總線、VESI總線、PCI總線等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)8第5章5-2系統(tǒng)總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)8第5章5-2-1STD總線STD（Standard）總線是用于工業(yè)控制微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線，以其優(yōu)越的性能和強(qiáng)大的生命力在工業(yè)控制領(lǐng)域中受到了廣泛的歡迎并得到迅速的發(fā)展，被定名為IEEE961。STD總線開始推出時是針對當(dāng)時的8位微型計(jì)算機(jī)，經(jīng)過不斷修訂和改進(jìn)，利用復(fù)用技術(shù)在原來定義的56個總線信號之下實(shí)現(xiàn)了支持20位地址、尋址1MB的直接尋址能力。在保證現(xiàn)有I/O插件板兼容的條件下，提供全16位數(shù)據(jù)的傳輸能力。1989年美國EAITECH公司開發(fā)出了32位的STD32，為高檔的STD微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)9第5章5-2-1STD總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)9第5章

1.STD總線的特點(diǎn)具有較好的兼容性，可以向上或向下兼容STD總線的電路板采用小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化，開發(fā)周期短采用一整套高可靠性措施，可以長期可靠地工作在惡劣環(huán)境之下。結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠支持多微處理器系統(tǒng)系統(tǒng)模板品種齊全，價格低廉，性能良好，易于選用微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)10第5章1.STD總線的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)10第5章2.STD總線信號定義STD總線總計(jì)56條信號，其中電源線10條，地址線24條，數(shù)據(jù)線16條，控制線22條，地址線與數(shù)據(jù)線采用分時復(fù)用方式進(jìn)行工作。3.STD總線的優(yōu)先級控制STD總線支持多微處理器系統(tǒng)，更廣義的說是支持多總線控制器系統(tǒng)。當(dāng)STD系統(tǒng)總線上有多個總線控制器時，必須保證在每一時刻要將總線讓給提出請求的優(yōu)先級最高的總線控制器使用。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)11第5章2.STD總線信號定義微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)11第5章利用以下串、并聯(lián)兩種總線優(yōu)先級的安排可以實(shí)現(xiàn)STD總線的優(yōu)先級控制。（1）串聯(lián)總線優(yōu)先級控制：這種方式是在每一個總線控制器模板上，建立總線優(yōu)先級邏輯電路。【例5.1】采用串聯(lián)優(yōu)先級控制鏈的形式進(jìn)行總線的優(yōu)先級控制。如圖5-2所示，在STD總線上用3個優(yōu)先級邏輯電路和相應(yīng)控制線組成。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)12第5章利用以下串、并聯(lián)兩種總線優(yōu)先級的安排可以實(shí)現(xiàn)圖5-2STD的串聯(lián)總線優(yōu)先級控制13圖5-2STD的串聯(lián)總線優(yōu)先級控制13第5章（2）并聯(lián)總線優(yōu)先級控制：這種方法是將優(yōu)先級控制邏輯電路放在單獨(dú)一塊模板上，其他各個總線控制器均通過這塊模板提出總線請求。

【例5.2】總線的并聯(lián)優(yōu)先級控制分析。并聯(lián)總線優(yōu)先級控制如圖5-3所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)14第5章（2）并聯(lián)總線優(yōu)先級控制：這種方法是將優(yōu)先級圖5-3STD的并聯(lián)總線優(yōu)先級控制15圖5-3STD的并聯(lián)總線優(yōu)先級控制15第5章5-2-2ISA總線ISA（IndustryStandardArchitecture工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線是早期比較有代表性的總線。IBM公司推出PC/XT和PC/AT個人計(jì)算機(jī)后，IEEE（InstituteofElectronicandElectronicEngineers電氣電子工程師協(xié)會）在1987年定義了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ISA），將PC/XT總線定義為8位ISA，將PC/AT總線定義為16位ISA。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)16第5章5-2-2ISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章ISA總線具有以下特點(diǎn)：既支持8位數(shù)據(jù)操作，也支持16位數(shù)據(jù)操作；可以將PC/AT總線和PC/XT總線的運(yùn)行速度提升至8MHz；提供了1KB的I/O空間、15級的硬件中斷、7級的DMA通道、8個設(shè)備的負(fù)載能力；總線中的地址、數(shù)據(jù)線采用非多路復(fù)用形式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)更為簡便；是一種多主控設(shè)備總線，除主CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器、帶處理器的智能卡都可成為ISA的主控設(shè)備；由于IBMPC機(jī)廣泛流行，可供選擇的ISA插件卡品種較多，這有利于用戶根據(jù)需要快速構(gòu)成相應(yīng)的微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)17第5章ISA總線具有以下特點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章

1.8位ISA總線8位ISA總線是最早的PC機(jī)系統(tǒng)總線，也叫作PC總線。它支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，其特點(diǎn)是把CPU視為總線的惟一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。8位ISA總線是一種開放式的結(jié)構(gòu)總線，在總線母板上有8個系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備和PC機(jī)的連接。由于該總線具有價格低、可靠性好、使用靈活等特點(diǎn)，并且對插板兼容性好，因此，有許多廠家生產(chǎn)該總線的兼容產(chǎn)品，品種范圍比較廣泛，供用戶選擇的余地較大。最初的ISA總線產(chǎn)品主要用于辦公自動化，隨著使用的推廣，其產(chǎn)品很快擴(kuò)大到實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和控制。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)18第5章1.8位ISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)18第5章

8位ISA總線引腳信號總共有62條。通過一個31腳分為A、B兩面的連接插槽來實(shí)現(xiàn)，其中，A面為元件面，B面為焊接面。符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)的接插件可以方便的插入，以便對微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。8位ISA總線引腳信號具有20條地址線、8條數(shù)據(jù)線、若干控制信號線、電源、接地等接口信號線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)19第5章8位ISA總線引腳信號總共有62條。通過一個31第5章2.16位ISA總線PC/AT總線在PC/XT62引腳總線的基礎(chǔ)上增加了一個36引腳的插槽，形成前62引腳和后32引腳的兩個插座，構(gòu)成16位ISA總線?？梢岳们?2引腳的插座插入與PC/XT總線兼容的8位接口電路卡，也可以利用整個插座插入16位接口電路卡。16位ISA總線中新增加的36引腳插槽信號擴(kuò)展了8位數(shù)據(jù)線、7位地址線、存儲器和I/O設(shè)備的讀寫控制線、中斷和DMA控制線、電源和地線等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)20第5章2.16位ISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)20第5章

3.ISA總線的體系結(jié)構(gòu)在利用ISA總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存速度較快時，通常采用將內(nèi)存移出ISA總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線——內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)，如圖5-5所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)21第5章3.ISA總線的體系結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)圖5-5ISA體系結(jié)構(gòu)22圖5-5ISA體系結(jié)構(gòu)22第5章5-2-3EISA總線EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線是擴(kuò)展的ISA總線。1989年，以Compaq公司為代表的9家公司，在ISA總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合推出了EISA總線。在當(dāng)時，盡管數(shù)據(jù)總線寬度被增加到32位，但EISA總線的時鐘速度仍然維持在8MHz，這導(dǎo)致了這種互連結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)逐漸地被減少使用。但是，更新以后的VESA局部總線和PCI總線均工作在更高的速度之下，它們現(xiàn)在可以在33MHz的頻率下工作。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)23第5章5-2-3EISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章

1.EISA總線的特點(diǎn)（1）用于32位微機(jī)中，可尋址4GB的存儲空間，也支持64KB的I/O端口尋址。（2）具有32位數(shù)據(jù)線，保證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33MB/S。（3）支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備，具有較強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力。（4）具有自動配置功能，可以根據(jù)配置文件自動地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。（5）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速度，支持7個DMA通道，DMA數(shù)據(jù)傳輸既可在ISA方式下也可在EISA方式下進(jìn)行。（6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持常規(guī)的一次傳送，也可支持突法方式即高速分組傳送。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)24第5章1.EISA總線的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)2第5章

2．EISA總線的主要信號及其功能EISA插槽與ISA插卡和EISA插卡均兼容，采用了雙層結(jié)構(gòu)，上面一層包含了ISA的全部信號，信號的排列、引腳間的距離、信號的定義規(guī)定與ISA完全一致；下層包含全部新增加的EISA信號。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)25第5章2．EISA總線的主要信號及其功能微型計(jì)算機(jī)的總第5章5-3局部總線5-3-1VESA總線VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）總線是一種32位接口的局部總線，通常稱為VL總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)26第5章5-3局部總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)26第5章

VESA局部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz，常用在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。與EISA總線一樣，VESA局部總線也是ISA總線的擴(kuò)展，不同之處在于VESA局部總線沒有在16位ISA總線連接器上增加任何器件，而是在16位ISA總線連接器的后面增加了第3個連接器，即VESA連接器。VESA局部總線上的連線與EISA總線卡非常相似，VESA局部總線還包括一個32位地址和數(shù)據(jù)總線，用于將存儲器和I/O設(shè)備連接到微處理器上。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)27第5章VESA局部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz，常用圖5-6VESA局部總線連接器和接口卡28圖5-6VESA局部總線連接器和接口卡28第5章

5-3-2PCI總線PCI（PeripheralComponentInterconnect外部組件互連）總線是目前最常用的系統(tǒng)總線。該總線是專門為Pentium系列芯片設(shè)計(jì)的。PCIV2.0版本支持32/64位數(shù)據(jù)總線，總線時鐘為25～33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)132～264MB/s。1995年推出的PCIV2.1版本支持64位數(shù)據(jù)總線，總線速度為66MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)528MB/s。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)29第5章5-3-2PCI總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)2第5章

1.PCI總線的特點(diǎn)采用數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，目標(biāo)設(shè)備可用47引腳，總線主控設(shè)備可用49引腳。提供5V和3.3V兩種工作信號環(huán)境，可在兩種環(huán)境中根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。允許32位與64位器件相互協(xié)作。允許PCI局部總線擴(kuò)展卡和元件進(jìn)行自動配置，提供了即插即用的能力。PCI總線獨(dú)立于處理器，它的工作頻率與CPU時鐘無關(guān)，可以支持多機(jī)系統(tǒng)。PCI總線具有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多種總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)30第5章1.PCI總線的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)30第5章2.PCI總線信號的定義PCI總線規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器：一種稱為長卡，另一種稱為短卡。長卡提供64位接口，插槽A、B兩邊共定義了188個引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個引腳。除去電源、地、未定義引腳之外，其余信號按功能分類列于圖5-7中。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)31第5章2.PCI總線信號的定義微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)31圖5-7PCI總線引腳信號32圖5-7PCI總線引腳信號32第5章

3.PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PCI局部總線與Pentium機(jī)內(nèi)部總線組合構(gòu)成了多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，典型的PCI系統(tǒng)如圖5-8所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)33第5章3.PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)圖5-8PCI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34圖5-8PCI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34第5章

5-3-3AGP總線為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫面的顯示，Intel公司在1997年推出了高速圖形接口的局部總線標(biāo)準(zhǔn)——AGP總線。AGP總線是對PCI總線的擴(kuò)展和增強(qiáng)，但AGP接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。采用AGP接口允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲器，而無需先預(yù)取至視頻存儲器中。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)35第5章5-3-3AGP總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章

AGP總線的主要特點(diǎn)如下：（1）具有雙重驅(qū)動技術(shù)，允許在一個總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。（2）在總線上可實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用，把32位的數(shù)據(jù)總線給圖形加速器使用。（3）通過內(nèi)存請求流水線技術(shù)對各種內(nèi)存請求進(jìn)行排隊(duì)來減少延遲，一個典型的排隊(duì)可處理12個以上的請求，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?）把圖形接口繞行到AGP通道上，解決了PCI帶寬問題，使PCI有更多的能力負(fù)責(zé)其它數(shù)據(jù)傳輸。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)36第5章AGP總線的主要特點(diǎn)如下：微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章

5-4其他總線介紹5-4-1USB總線1.USB總線的特點(diǎn)USB的全稱是通用串行總線（UniversalSerialBus），它是一種支持即插即用的新型串行接口。USB要比標(biāo)準(zhǔn)串行接口快得多，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)4Mbps～12Mbps。USB除了具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率外，它還可以為外設(shè)提供支持。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)37第5章5-4其他總線介紹微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章

USB總線具有以下特點(diǎn)：（1）為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的連接類型。（2）排除了對鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤和打印機(jī)不同接口的需求。（3）支持熱插拔。（4）支持PNP（PlagandPlay）即插即用。（5）在設(shè)備供電方面提供了靈活性。（6）USB傳輸線能夠提供100mA的電流，而帶電源的USBHub使得每個接口可以提供500mA的電流。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)38第5章USB總線具有以下特點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章（7）USBV1.1規(guī)范提供全速12Mbit/s的模式和低速1.5Mbit/s的模式，USBV2.0規(guī)范提供高達(dá)480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。（8）針對突然發(fā)生的非連續(xù)傳輸設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備，USB在滿足帶寬的情況下才進(jìn)行該類型的數(shù)據(jù)傳輸。（9）為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型。（10）USB使得多個外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信，最多支持127個設(shè)備。由于電腦的USB接口有限，必須使用USBHUB增加分支，根據(jù)規(guī)范USBHub最多可提供7個分支。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)39第5章（7）USBV1.1規(guī)范提供全速12Mbit/s的模第5章

2.數(shù)據(jù)傳輸類型根據(jù)USB設(shè)備自身的使用特點(diǎn)和系統(tǒng)資源的不同要求，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。（1）控制（Control）傳輸方式（2）同步（Isochronous）傳輸方式（3）中斷（Interrupt）傳輸方式（4）批量（Bulk）傳輸方式微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)40第5章2.數(shù)據(jù)傳輸類型微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)40第5章3.USB總線的拓樸結(jié)構(gòu)USB設(shè)備和USB主機(jī)通過USB總線相連。USB的物理連接是一個星型結(jié)構(gòu)，集線器（HUB）位于每個星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機(jī)和某個集成器，或某一功能設(shè)備之間的一個點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是一個集線器與另一個集線器或功能模塊之間的點(diǎn)到點(diǎn)的連接。總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-9所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)41第5章3.USB總線的拓樸結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)41圖5-9USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42圖5-9USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42第5章

（1）USB主機(jī)整個USB系統(tǒng)中只允許有一個主機(jī)。主機(jī)系統(tǒng)的USB接口稱為USB主控制器。這里USB主控制器可以是硬件、固件或軟件的聯(lián)合體。而根集線器是集成在主機(jī)系統(tǒng)中的，它可以提供一個或更多的接入端口。（2）USB設(shè)備USB設(shè)備是USB協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)，主要包括：集線器：提供用以訪問USB總線的更多的接入點(diǎn)。功能部件：向系統(tǒng)提供特定的功能，如ISDN連接設(shè)備、鼠標(biāo)、顯示器等。

微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)43第5章（1）USB主機(jī)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)43第5章

4.USB系統(tǒng)的構(gòu)成USB規(guī)范將USB分為5個部分：（1）控制器：負(fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動程序發(fā)出的命令。（2）控制器驅(qū)動程序：在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道。（3）USB芯片驅(qū)動程序：提供對USB的支持。（4）USB設(shè)備：包括與PC相連的USB集線器（Hub）及設(shè)備。（5）USB設(shè)備驅(qū)動程序，是用來驅(qū)動USB設(shè)備的程序。通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)44第5章4.USB系統(tǒng)的構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)44第5章

5.USB總線的電氣特性和機(jī)械特性（1）電氣特性USB總線通過一條四芯電纜傳送電源和數(shù)據(jù)，電纜以點(diǎn)到點(diǎn)方式在設(shè)備之間連接。USB接口的四條連接線分別是VBUS、GND、D+和D－。VBUS和GND用來向設(shè)備提供電源。在源端，VBUS通常為+5V。USB主機(jī)和USB設(shè)備中通常包含電源管理部件。D+和D－是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的半雙工差分信號線，時鐘信號也被編碼在這對數(shù)據(jù)線中傳輸。每個分組中都包含同步字段，以便接收端能夠同步于比特時鐘。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)45第5章5.USB總線的電氣特性和機(jī)械特性微型計(jì)算機(jī)的第5章

（2）機(jī)械特性USB連接器分為A系列和B系列兩種：A系列用于和主機(jī)連接，B系列用于和USB設(shè)備的連接。這兩種連接器有不同的結(jié)構(gòu)，不會造成誤連接。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)46第5章（2）機(jī)械特性微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)46第5章

6.總線協(xié)議USB總線由主機(jī)控制器控制所有的數(shù)據(jù)傳輸。大多數(shù)傳輸包含三個USB分組：（1）主機(jī)控制器首先發(fā)出一個“令牌分組”，指明傳輸?shù)念愋秃头较?、USB設(shè)備的地址及終點(diǎn)編號。USB設(shè)備對相應(yīng)的地址字段進(jìn)行譯碼，選中被尋址的設(shè)備。（2）如果本次傳輸?shù)脑炊四軌蛱峁?shù)據(jù)，它將發(fā)出數(shù)據(jù)分組；否則將發(fā)出一個指示分組，指明它沒有數(shù)據(jù)可以傳輸。（3）一般情況下，目的端將回送一個握手分組指明本次傳輸是否成功。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)47第5章6.總線協(xié)議微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)477.USB設(shè)備的接入和應(yīng)用（1）操作系統(tǒng)對USB的支持支持USB的操作系統(tǒng)應(yīng)滿足以下三個要求：當(dāng)一個設(shè)備連接到USB上或從USB中撤除，能自動檢測出來；與新連接的設(shè)備通信，可找到如何與它們通信的方法；提供軟件驅(qū)動與計(jì)算機(jī)的USB硬件以及訪問USB的外設(shè)的應(yīng)用程序通信。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)487.USB設(shè)備的接入和應(yīng)用第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)4第5章

（2）主機(jī)對USB的支持使用USB設(shè)備必須激活主機(jī)板BIOS中的USB功能，在Windows2000下先打開“設(shè)備管理器”，具體操作為：在桌面“我的電腦”圖標(biāo)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出的菜單中選擇“屬性”選項(xiàng)，在“系統(tǒng)”窗口的菜單欄內(nèi)選擇“設(shè)備管理器”選項(xiàng)，提示框會出現(xiàn)“通用串行總線控制器”的選項(xiàng)。然后選中“通用串行總線控制器”，可看到主機(jī)系統(tǒng)中存在兩個USB設(shè)備：一個是“USBUniversalHostController”，另一個是“USBRootHub”。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)49第5章（2）主機(jī)對USB的支持微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)4第5章

（3）USB設(shè)備的熱插拔USB總線協(xié)議支持熱插拔功能，在Windows運(yùn)行過程中可以接入任何符合USB規(guī)范的USB設(shè)備。當(dāng)接入一個USB設(shè)備后，操作系統(tǒng)會自動檢測到該硬件設(shè)備，Windows會顯示以下信息：“NewHardwareFound”或“UnknowDevice”。如果設(shè)備首次接入這個系統(tǒng)，則Windows還需要定位驅(qū)動。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)50第5章（3）USB設(shè)備的熱插拔微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)5第5章

（4）USB設(shè)備的應(yīng)用USB已經(jīng)在PC機(jī)的多種外設(shè)上得到應(yīng)用，包括掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、音頻系統(tǒng)、顯示器、輸入設(shè)備等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)51第5章（4）USB設(shè)備的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)51第5章

5-4-2IEEE1394IEEEl394是一種高性能的串行總線。應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過100Kbit/s的硬盤和視頻外設(shè)。利用同樣的四條信號線，IEEE1394即可以同步傳輸，也可以支持異步傳輸。這四根信號線分為差模時鐘信號線對和差模數(shù)據(jù)線對。IEEE1394規(guī)范得到了很好的定義，而且基于IEEE規(guī)范的產(chǎn)品也出現(xiàn)在了市場上。目前，IEEE1394解決方案的價位被認(rèn)為可以同SCSI磁盤接口相競爭，但它不適用于一般的桌面連接。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)52第5章5-4-2IEEE1394微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章1.IEEE1394的特點(diǎn)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)IEEEl394是一種新型的高速串行總線，它具有以下顯著的特點(diǎn)：（1）高傳輸速率（2）采用同步傳輸和異步傳輸兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。（3）可以實(shí)現(xiàn)即插即用并支持熱插拔上述特點(diǎn)使它可廣泛地應(yīng)用于多媒體聲卡、圖像和視頻產(chǎn)品、打印機(jī)、掃描儀的圖像處理等方面，尤其是磁盤陣列、數(shù)字照相機(jī)，顯示器和數(shù)字錄像機(jī)等。IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)53第5章1.IEEE1394的特點(diǎn)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線圖5-10IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)54圖5-10IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)54第5章

2.IEEE1394的尋址用IEEE1394聯(lián)接起來的設(shè)備采用一種內(nèi)存編址方法，各設(shè)備就像內(nèi)存中的存儲單元一樣。設(shè)備地址64位寬，占用10位作為網(wǎng)絡(luò)ID號，6位用作節(jié)點(diǎn)號，48位用作內(nèi)部編址?？傻玫娇偣?4個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)上有1023個網(wǎng)絡(luò)ID號，每個ID號又具有231TM的內(nèi)存編址。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)55第5章2.IEEE1394的尋址微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章3.IEEE1394協(xié)議IEEE1394總線是一種基于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)議中實(shí)現(xiàn)了OSI七層協(xié)議的下三層：物理層、鏈路層和傳輸層。串行總線的管理層將三個層次聯(lián)接起來，如圖5-11所示。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，子程序?qū)@些定義的變量直接訪問即可。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)56第5章3.IEEE1394協(xié)議微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)56圖5-11IEEE1394串行總線協(xié)議圖57圖5-11IEEE1394串行總線協(xié)議圖57第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)5-4-3I2C總線1.I2C總線簡介I2C總線（InterICBus）是由Philips公司推出的一種芯片間的串行通信總線，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中推廣I2C總線后大大改變了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能，對單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)帶來如下好處：58第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)5-4-3I2C總線58（1）可最大限度地簡化結(jié)構(gòu)。（2）可實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。（3）標(biāo)準(zhǔn)I2C總線模塊的組合開發(fā)方式大大縮短了新品種的開發(fā)周期。（4）I2C總線各節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立的電氣特性。（5）I2C總線系統(tǒng)的構(gòu)成具有最大的靈活性。（6）I2C總線系統(tǒng)可方便地對某一節(jié)點(diǎn)電路進(jìn)行故障診斷與跟蹤，有極好的可維護(hù)性。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)59（1）可最大限度地簡化結(jié)構(gòu)。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)592.I2C總線特點(diǎn)（1）二線傳輸（2）系統(tǒng)中有多個主器件時，這些器件都可做總線的主控制器（3）I2C總線傳輸時，采用狀態(tài)碼的管理方法（4）系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊，采用器件地址和引腳地址的編址方法（5）所有帶I2C接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能（6）I2C總線電氣接口為開漏晶體管組成，開路輸出沒有連到電源的鉗位二極管，而連到I2C總線的每個器件上，其自身的電源可以獨(dú)立成線上各個節(jié)點(diǎn)，可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)602.I2C總線特點(diǎn)第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)60第5章小結(jié)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線可以分為芯片總線、系統(tǒng)總線、局部總線、外部設(shè)備總線等類別。芯片總線常用于CPU、存儲器、I/O接口等芯片之間的信息傳送，有地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。系統(tǒng)總線是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用于模板之間的連接，主要有8/16位ISA和32位的EISA總線。局部總線是一種專門提供給高速I/O設(shè)備的總線，它具有較高的時鐘頻率和傳輸率，常用的有VESA、PCI、AGP總線等。外部設(shè)備總線主要用于微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)與外部設(shè)備、儀器儀表之間的通信，這種總線的數(shù)據(jù)傳輸可以是并行的，也可以是串行的，數(shù)據(jù)傳輸速率低于系統(tǒng)內(nèi)部的總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)小結(jié)61第5章小結(jié)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線可以分為芯片總線、第5章小結(jié)本章分析了常用的標(biāo)準(zhǔn)總線，闡述了各類總線的特點(diǎn)和功能。在學(xué)習(xí)過程中，要理解總線的基本概念，熟悉微型計(jì)算機(jī)總線的組成結(jié)構(gòu)，注意常用系統(tǒng)總線和局部總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳特性，在各種不同的應(yīng)用場合中合理地選擇和使用總線，為微型計(jì)算機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)小結(jié)62第5章小結(jié)本章分析了常用的標(biāo)準(zhǔn)總線，闡述了各類

第5章內(nèi)容到此結(jié)束

謝謝各位!63第5章內(nèi)容到此結(jié)束本章主要教學(xué)內(nèi)容總線的基本概念；常用的系統(tǒng)總線特點(diǎn)和功能；常用的局部總線特點(diǎn)和功能;外部設(shè)備總線的特點(diǎn)和功能第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)64本章主要教學(xué)內(nèi)容第5章微型計(jì)算機(jī)本章教學(xué)目的及要求

通過學(xué)習(xí)，應(yīng)該理解總線的基本概念，熟悉微機(jī)總線的組成結(jié)構(gòu)，掌握常用系統(tǒng)總線、局部總線、外部設(shè)備總線以及USB總線的結(jié)構(gòu)和引腳特性，并側(cè)重其應(yīng)用。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)65本章教學(xué)目的及要求第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章5-1總線技術(shù)概述總線是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中多個部件之間公用的一組連線，由它構(gòu)成芯片、插件或系統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。它是系統(tǒng)中各個部件信息交換的公共通道，各部件之間的聯(lián)系都是通過總線實(shí)現(xiàn)的。微型計(jì)算機(jī)采用總線技術(shù)的目的是為了簡化硬、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在硬件方面，設(shè)計(jì)者只需按總線規(guī)范設(shè)計(jì)插件板，保證它們具有互換性與通用性，支持系統(tǒng)的性能及系列產(chǎn)品的開發(fā)；在軟件方面，接插件的硬件結(jié)構(gòu)帶來了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。用標(biāo)準(zhǔn)總線連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，便于擴(kuò)充與更新。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)66第5章5-1總線技術(shù)概述微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章按各類總線的結(jié)構(gòu)和連接對象及范圍的不同，可分為3類：1.微處理器片內(nèi)總線是指在微處理器芯片內(nèi)部各單元之間傳輸信息的總線，它主要用于芯片級的互連。有時也稱其為局部總線。2.內(nèi)總線用以實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。內(nèi)總線有時也稱為板極總線或系統(tǒng)總線。3.外部總線是微機(jī)之間或微機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線，主要用于設(shè)備級的互連。外部總線也稱為通信總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)67第5章按各類總線的結(jié)構(gòu)和連接對象及范圍的不同，可分為3類：微圖5-1所示即為常見的微型計(jì)算機(jī)總線層次的典型結(jié)構(gòu)。圖5-1微型計(jì)算機(jī)總線層次結(jié)構(gòu)示意圖68圖5-1所示即為常見的微型計(jì)算機(jī)總線層次的典型結(jié)構(gòu)。圖5-1

4.標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)總線具有簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、易于系統(tǒng)擴(kuò)展、便于系統(tǒng)更新以及便于系統(tǒng)調(diào)試和維修等特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)總線不僅在電氣上規(guī)定了各種信號的標(biāo)準(zhǔn)電平、負(fù)載能力和定時關(guān)系，也在結(jié)構(gòu)上規(guī)定了插件的尺寸規(guī)格和引腳定義，各模塊可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)連接。目前總線標(biāo)準(zhǔn)有兩類：一類是IEEE（美國電氣及電子工程師協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)委員會定義與解釋的標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE-488總線和RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)等；另一類是因廣泛應(yīng)用而被大家接受與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如S-100總線、IBMPC總線、ISA總線、EISA總線、PCI總線等。

第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)694.標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn)第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章總線的性能主要體現(xiàn)在：（1）總線寬度：是指可以同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。?）總線頻率：總線通常都有一個基本時鐘，總線上其它信號都以這個時鐘為基準(zhǔn)，這個時鐘的頻率也是總線工作的最高頻率。時鐘頻率越高，單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化總線，這些標(biāo)準(zhǔn)化總線的廣泛使用，對微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的普及和應(yīng)用起到了積極的推動作用。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)70第5章總線的性能主要體現(xiàn)在：微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)7第5章

5-2系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是微機(jī)主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時所采用的數(shù)據(jù)通道，可支持各種端口、處理器、RAM和其他部件。微機(jī)的系統(tǒng)總線從性能上可分為低端總線和高端總線。低端總線一般支持8位、16位的微處理器，主要功能是進(jìn)行I/O處理，總線信號依賴微處理器芯片，有的總線實(shí)際上就是微處理器引腳的延伸，比如ISA總線、STD總線等。高端總線可以支持32位、64位微處理器，它提高了數(shù)據(jù)傳輸率和處理能力，對微處理器的依賴性在減小，同時具備良好的兼容性、支持高速緩存Cache、支持多微處理器、可自動配置等特點(diǎn)，比如EISA總線、VESI總線、PCI總線等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)71第5章5-2系統(tǒng)總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)8第5章5-2-1STD總線STD（Standard）總線是用于工業(yè)控制微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線，以其優(yōu)越的性能和強(qiáng)大的生命力在工業(yè)控制領(lǐng)域中受到了廣泛的歡迎并得到迅速的發(fā)展，被定名為IEEE961。STD總線開始推出時是針對當(dāng)時的8位微型計(jì)算機(jī)，經(jīng)過不斷修訂和改進(jìn)，利用復(fù)用技術(shù)在原來定義的56個總線信號之下實(shí)現(xiàn)了支持20位地址、尋址1MB的直接尋址能力。在保證現(xiàn)有I/O插件板兼容的條件下，提供全16位數(shù)據(jù)的傳輸能力。1989年美國EAITECH公司開發(fā)出了32位的STD32，為高檔的STD微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)72第5章5-2-1STD總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)9第5章

1.STD總線的特點(diǎn)具有較好的兼容性，可以向上或向下兼容STD總線的電路板采用小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化，開發(fā)周期短采用一整套高可靠性措施，可以長期可靠地工作在惡劣環(huán)境之下。結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠支持多微處理器系統(tǒng)系統(tǒng)模板品種齊全，價格低廉，性能良好，易于選用微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)73第5章1.STD總線的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)10第5章2.STD總線信號定義STD總線總計(jì)56條信號，其中電源線10條，地址線24條，數(shù)據(jù)線16條，控制線22條，地址線與數(shù)據(jù)線采用分時復(fù)用方式進(jìn)行工作。3.STD總線的優(yōu)先級控制STD總線支持多微處理器系統(tǒng)，更廣義的說是支持多總線控制器系統(tǒng)。當(dāng)STD系統(tǒng)總線上有多個總線控制器時，必須保證在每一時刻要將總線讓給提出請求的優(yōu)先級最高的總線控制器使用。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)74第5章2.STD總線信號定義微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)11第5章利用以下串、并聯(lián)兩種總線優(yōu)先級的安排可以實(shí)現(xiàn)STD總線的優(yōu)先級控制。（1）串聯(lián)總線優(yōu)先級控制：這種方式是在每一個總線控制器模板上，建立總線優(yōu)先級邏輯電路?！纠?.1】采用串聯(lián)優(yōu)先級控制鏈的形式進(jìn)行總線的優(yōu)先級控制。如圖5-2所示，在STD總線上用3個優(yōu)先級邏輯電路和相應(yīng)控制線組成。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)75第5章利用以下串、并聯(lián)兩種總線優(yōu)先級的安排可以實(shí)現(xiàn)圖5-2STD的串聯(lián)總線優(yōu)先級控制76圖5-2STD的串聯(lián)總線優(yōu)先級控制13第5章（2）并聯(lián)總線優(yōu)先級控制：這種方法是將優(yōu)先級控制邏輯電路放在單獨(dú)一塊模板上，其他各個總線控制器均通過這塊模板提出總線請求。

【例5.2】總線的并聯(lián)優(yōu)先級控制分析。并聯(lián)總線優(yōu)先級控制如圖5-3所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)77第5章（2）并聯(lián)總線優(yōu)先級控制：這種方法是將優(yōu)先級圖5-3STD的并聯(lián)總線優(yōu)先級控制78圖5-3STD的并聯(lián)總線優(yōu)先級控制15第5章5-2-2ISA總線ISA（IndustryStandardArchitecture工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線是早期比較有代表性的總線。IBM公司推出PC/XT和PC/AT個人計(jì)算機(jī)后，IEEE（InstituteofElectronicandElectronicEngineers電氣電子工程師協(xié)會）在1987年定義了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ISA），將PC/XT總線定義為8位ISA，將PC/AT總線定義為16位ISA。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)79第5章5-2-2ISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章ISA總線具有以下特點(diǎn)：既支持8位數(shù)據(jù)操作，也支持16位數(shù)據(jù)操作；可以將PC/AT總線和PC/XT總線的運(yùn)行速度提升至8MHz；提供了1KB的I/O空間、15級的硬件中斷、7級的DMA通道、8個設(shè)備的負(fù)載能力；總線中的地址、數(shù)據(jù)線采用非多路復(fù)用形式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)更為簡便；是一種多主控設(shè)備總線，除主CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器、帶處理器的智能卡都可成為ISA的主控設(shè)備；由于IBMPC機(jī)廣泛流行，可供選擇的ISA插件卡品種較多，這有利于用戶根據(jù)需要快速構(gòu)成相應(yīng)的微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)80第5章ISA總線具有以下特點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章

1.8位ISA總線8位ISA總線是最早的PC機(jī)系統(tǒng)總線，也叫作PC總線。它支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，其特點(diǎn)是把CPU視為總線的惟一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。8位ISA總線是一種開放式的結(jié)構(gòu)總線，在總線母板上有8個系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備和PC機(jī)的連接。由于該總線具有價格低、可靠性好、使用靈活等特點(diǎn)，并且對插板兼容性好，因此，有許多廠家生產(chǎn)該總線的兼容產(chǎn)品，品種范圍比較廣泛，供用戶選擇的余地較大。最初的ISA總線產(chǎn)品主要用于辦公自動化，隨著使用的推廣，其產(chǎn)品很快擴(kuò)大到實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和控制。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)81第5章1.8位ISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)18第5章

8位ISA總線引腳信號總共有62條。通過一個31腳分為A、B兩面的連接插槽來實(shí)現(xiàn)，其中，A面為元件面，B面為焊接面。符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)的接插件可以方便的插入，以便對微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。8位ISA總線引腳信號具有20條地址線、8條數(shù)據(jù)線、若干控制信號線、電源、接地等接口信號線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)82第5章8位ISA總線引腳信號總共有62條。通過一個31第5章2.16位ISA總線PC/AT總線在PC/XT62引腳總線的基礎(chǔ)上增加了一個36引腳的插槽，形成前62引腳和后32引腳的兩個插座，構(gòu)成16位ISA總線?？梢岳们?2引腳的插座插入與PC/XT總線兼容的8位接口電路卡，也可以利用整個插座插入16位接口電路卡。16位ISA總線中新增加的36引腳插槽信號擴(kuò)展了8位數(shù)據(jù)線、7位地址線、存儲器和I/O設(shè)備的讀寫控制線、中斷和DMA控制線、電源和地線等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)83第5章2.16位ISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)20第5章

3.ISA總線的體系結(jié)構(gòu)在利用ISA總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存速度較快時，通常采用將內(nèi)存移出ISA總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線——內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)，如圖5-5所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)84第5章3.ISA總線的體系結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)圖5-5ISA體系結(jié)構(gòu)85圖5-5ISA體系結(jié)構(gòu)22第5章5-2-3EISA總線EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線是擴(kuò)展的ISA總線。1989年，以Compaq公司為代表的9家公司，在ISA總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合推出了EISA總線。在當(dāng)時，盡管數(shù)據(jù)總線寬度被增加到32位，但EISA總線的時鐘速度仍然維持在8MHz，這導(dǎo)致了這種互連結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)逐漸地被減少使用。但是，更新以后的VESA局部總線和PCI總線均工作在更高的速度之下，它們現(xiàn)在可以在33MHz的頻率下工作。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)86第5章5-2-3EISA總線微型計(jì)算機(jī)的總線技第5章

1.EISA總線的特點(diǎn)（1）用于32位微機(jī)中，可尋址4GB的存儲空間，也支持64KB的I/O端口尋址。（2）具有32位數(shù)據(jù)線，保證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33MB/S。（3）支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備，具有較強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力。（4）具有自動配置功能，可以根據(jù)配置文件自動地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。（5）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速度，支持7個DMA通道，DMA數(shù)據(jù)傳輸既可在ISA方式下也可在EISA方式下進(jìn)行。（6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持常規(guī)的一次傳送，也可支持突法方式即高速分組傳送。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)87第5章1.EISA總線的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)2第5章

2．EISA總線的主要信號及其功能EISA插槽與ISA插卡和EISA插卡均兼容，采用了雙層結(jié)構(gòu)，上面一層包含了ISA的全部信號，信號的排列、引腳間的距離、信號的定義規(guī)定與ISA完全一致；下層包含全部新增加的EISA信號。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)88第5章2．EISA總線的主要信號及其功能微型計(jì)算機(jī)的總第5章5-3局部總線5-3-1VESA總線VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）總線是一種32位接口的局部總線，通常稱為VL總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)89第5章5-3局部總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)26第5章

VESA局部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz，常用在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。與EISA總線一樣，VESA局部總線也是ISA總線的擴(kuò)展，不同之處在于VESA局部總線沒有在16位ISA總線連接器上增加任何器件，而是在16位ISA總線連接器的后面增加了第3個連接器，即VESA連接器。VESA局部總線上的連線與EISA總線卡非常相似，VESA局部總線還包括一個32位地址和數(shù)據(jù)總線，用于將存儲器和I/O設(shè)備連接到微處理器上。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)90第5章VESA局部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz，常用圖5-6VESA局部總線連接器和接口卡91圖5-6VESA局部總線連接器和接口卡28第5章

5-3-2PCI總線PCI（PeripheralComponentInterconnect外部組件互連）總線是目前最常用的系統(tǒng)總線。該總線是專門為Pentium系列芯片設(shè)計(jì)的。PCIV2.0版本支持32/64位數(shù)據(jù)總線，總線時鐘為25～33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)132～264MB/s。1995年推出的PCIV2.1版本支持64位數(shù)據(jù)總線，總線速度為66MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)528MB/s。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)92第5章5-3-2PCI總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)2第5章

1.PCI總線的特點(diǎn)采用數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，目標(biāo)設(shè)備可用47引腳，總線主控設(shè)備可用49引腳。提供5V和3.3V兩種工作信號環(huán)境，可在兩種環(huán)境中根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。允許32位與64位器件相互協(xié)作。允許PCI局部總線擴(kuò)展卡和元件進(jìn)行自動配置，提供了即插即用的能力。PCI總線獨(dú)立于處理器，它的工作頻率與CPU時鐘無關(guān)，可以支持多機(jī)系統(tǒng)。PCI總線具有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多種總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)93第5章1.PCI總線的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)30第5章2.PCI總線信號的定義PCI總線規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器：一種稱為長卡，另一種稱為短卡。長卡提供64位接口，插槽A、B兩邊共定義了188個引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個引腳。除去電源、地、未定義引腳之外，其余信號按功能分類列于圖5-7中。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)94第5章2.PCI總線信號的定義微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)31圖5-7PCI總線引腳信號95圖5-7PCI總線引腳信號32第5章

3.PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PCI局部總線與Pentium機(jī)內(nèi)部總線組合構(gòu)成了多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，典型的PCI系統(tǒng)如圖5-8所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)96第5章3.PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)圖5-8PCI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)97圖5-8PCI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34第5章

5-3-3AGP總線為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫面的顯示，Intel公司在1997年推出了高速圖形接口的局部總線標(biāo)準(zhǔn)——AGP總線。AGP總線是對PCI總線的擴(kuò)展和增強(qiáng)，但AGP接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。采用AGP接口允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲器，而無需先預(yù)取至視頻存儲器中。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)98第5章5-3-3AGP總線微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章

AGP總線的主要特點(diǎn)如下：（1）具有雙重驅(qū)動技術(shù)，允許在一個總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。（2）在總線上可實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用，把32位的數(shù)據(jù)總線給圖形加速器使用。（3）通過內(nèi)存請求流水線技術(shù)對各種內(nèi)存請求進(jìn)行排隊(duì)來減少延遲，一個典型的排隊(duì)可處理12個以上的請求，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?）把圖形接口繞行到AGP通道上，解決了PCI帶寬問題，使PCI有更多的能力負(fù)責(zé)其它數(shù)據(jù)傳輸。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)99第5章AGP總線的主要特點(diǎn)如下：微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章

5-4其他總線介紹5-4-1USB總線1.USB總線的特點(diǎn)USB的全稱是通用串行總線（UniversalSerialBus），它是一種支持即插即用的新型串行接口。USB要比標(biāo)準(zhǔn)串行接口快得多，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)4Mbps～12Mbps。USB除了具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率外，它還可以為外設(shè)提供支持。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)100第5章5-4其他總線介紹微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)第5章

USB總線具有以下特點(diǎn)：（1）為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的連接類型。（2）排除了對鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤和打印機(jī)不同接口的需求。（3）支持熱插拔。（4）支持PNP（PlagandPlay）即插即用。（5）在設(shè)備供電方面提供了靈活性。（6）USB傳輸線能夠提供100mA的電流，而帶電源的USBHub使得每個接口可以提供500mA的電流。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)101第5章USB總線具有以下特點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)3第5章（7）USBV1.1規(guī)范提供全速12Mbit/s的模式和低速1.5Mbit/s的模式，USBV2.0規(guī)范提供高達(dá)480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。（8）針對突然發(fā)生的非連續(xù)傳輸設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備，USB在滿足帶寬的情況下才進(jìn)行該類型的數(shù)據(jù)傳輸。（9）為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型。（10）USB使得多個外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信，最多支持127個設(shè)備。由于電腦的USB接口有限，必須使用USBHUB增加分支，根據(jù)規(guī)范USBHub最多可提供7個分支。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)102第5章（7）USBV1.1規(guī)范提供全速12Mbit/s的模第5章

2.數(shù)據(jù)傳輸類型根據(jù)USB設(shè)備自身的使用特點(diǎn)和系統(tǒng)資源的不同要求，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。（1）控制（Control）傳輸方式（2）同步（Isochronous）傳輸方式（3）中斷（Interrupt）傳輸方式（4）批量（Bulk）傳輸方式微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)103第5章2.數(shù)據(jù)傳輸類型微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)40第5章3.USB總線的拓樸結(jié)構(gòu)USB設(shè)備和USB主機(jī)通過USB總線相連。USB的物理連接是一個星型結(jié)構(gòu)，集線器（HUB）位于每個星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機(jī)和某個集成器，或某一功能設(shè)備之間的一個點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是一個集線器與另一個集線器或功能模塊之間的點(diǎn)到點(diǎn)的連接?？偩€拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-9所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)104第5章3.USB總線的拓樸結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)41圖5-9USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)105圖5-9USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42第5章

（1）USB主機(jī)整個USB系統(tǒng)中只允許有一個主機(jī)。主機(jī)系統(tǒng)的USB接口稱為USB主控制器。這里USB主控制器可以是硬件、固件或軟件的聯(lián)合體。而根集線器是集成在主機(jī)系統(tǒng)中的，它可以提供一個或更多的接入端口。（2）USB設(shè)備USB設(shè)備是USB協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)，主要包括：集線器：提供用以訪問USB總線的更多的接入點(diǎn)。功能部件：向系統(tǒng)提供特定的功能，如ISDN連接設(shè)備、鼠標(biāo)、顯示器等。

微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)106第5章（1）USB主機(jī)微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)43第5章

4.USB系統(tǒng)的構(gòu)成USB規(guī)范將USB分為5個部分：（1）控制器：負(fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動程序發(fā)出的命令。（2）控制器驅(qū)動程序：在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道。（3）USB芯片驅(qū)動程序：提供對USB的支持。（4）USB設(shè)備：包括與PC相連的USB集線器（Hub）及設(shè)備。（5）USB設(shè)備驅(qū)動程序，是用來驅(qū)動USB設(shè)備的程序。通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)107第5章4.USB系統(tǒng)的構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)44第5章

5.USB總線的電氣特性和機(jī)械特性（1）電氣特性USB總線通過一條四芯電纜傳送電源和數(shù)據(jù)，電纜以點(diǎn)到點(diǎn)方式在設(shè)備之間連接。USB接口的四條連接線分別是VBUS、GND、D+和D－。VBUS和GND用來向設(shè)備提供電源。在源端，VBUS通常為+5V。USB主機(jī)和USB設(shè)備中通常包含電源管理部件。D+和D－是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的半雙工差分信號線，時鐘信號也被編碼在這對數(shù)據(jù)線中傳輸。每個分組中都包含同步字段，以便接收端能夠同步于比特時鐘。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)108第5章5.USB總線的電氣特性和機(jī)械特性微型計(jì)算機(jī)的第5章

（2）機(jī)械特性USB連接器分為A系列和B系列兩種：A系列用于和主機(jī)連接，B系列用于和USB設(shè)備的連接。這兩種連接器有不同的結(jié)構(gòu)，不會造成誤連接。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)109第5章（2）機(jī)械特性微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)46第5章

6.總線協(xié)議USB總線由主機(jī)控制器控制所有的數(shù)據(jù)傳輸。大多數(shù)傳輸包含三個USB分組：（1）主機(jī)控制器首先發(fā)出一個“令牌分組”，指明傳輸?shù)念愋秃头较颉SB設(shè)備的地址及終點(diǎn)編號。USB設(shè)備對相應(yīng)的地址字段進(jìn)行譯碼，選中被尋址的設(shè)備。（2）如果本次傳輸?shù)脑炊四軌蛱峁?shù)據(jù)，它將發(fā)出數(shù)據(jù)分組；否則將發(fā)出一個指示分組，指明它沒有數(shù)據(jù)可以傳輸。（3）一般情況下，目的端將回送一個握手分組指明本次傳輸是否成功。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)110第5章6.總線協(xié)議微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)477.USB設(shè)備的接入和應(yīng)用（1）操作系統(tǒng)對USB的支持支持USB的操作系統(tǒng)應(yīng)滿足以下三個要求：當(dāng)一個設(shè)備連接到USB上或從USB中撤除，能自動檢測出來；與新連接的設(shè)備通信，可找到如何與它們通信的方法；提供軟件驅(qū)動與計(jì)算機(jī)的USB硬件以及訪問USB的外設(shè)的應(yīng)用程序通信。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)1117.USB設(shè)備的接入和應(yīng)用第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)4第5章

（2）主機(jī)對USB的支持使用USB設(shè)備必須激活主機(jī)板BIOS中的USB功能，在Windows2000下先打開“設(shè)備管理器”，具體操作為：在桌面“我的電腦”圖標(biāo)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出的菜單中選擇“屬性”選項(xiàng)，在“系統(tǒng)”窗口的菜單欄內(nèi)選擇“設(shè)備管理器”選項(xiàng)，提示框會出現(xiàn)“通用串行總線控制器”的選項(xiàng)。然后選中“通用串行總線控制器”，可看到主機(jī)系統(tǒng)中存在兩個USB設(shè)備：一個是“USBUniversalHostController”，另一個是“USBRootHub”。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)112第5章（2）主機(jī)對USB的支持微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)4第5章

（3）USB設(shè)備的熱插拔USB總線協(xié)議支持熱插拔功能，在Windows運(yùn)行過程中可以接入任何符合USB規(guī)范的USB設(shè)備。當(dāng)接入一個USB設(shè)備后，操作系統(tǒng)會自動檢測到該硬件設(shè)備，Windows會顯示以下