第9章微機(jī)總線

第1節(jié)總線概述第2節(jié)ISA總線第3節(jié)PCI總線第4節(jié)通用串行總線USB第5節(jié)高速串行總線IEEE1394第6節(jié)其它總線簡(jiǎn)介第9章微機(jī)總線19.1總線概述如果將各個(gè)部件以及每一個(gè)外設(shè)分別用一組線路與CPU直接相連，連線將會(huì)非常復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。常用一組線路，配置適當(dāng)?shù)慕涌陔娐罚c各部件和外設(shè)連接，這組共用的線路就成為總線。使用總線可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充；通過(guò)制定統(tǒng)一的總線準(zhǔn)則還可以使不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。29.1.1總線的分類1）

按總線的功能分類地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線2）

按總線的層次結(jié)構(gòu)分類CPU總線存貯總線系統(tǒng)總線外部總線33）

按總線在微機(jī)系統(tǒng)中的位置分類機(jī)內(nèi)總線：上面介紹的各類都是機(jī)內(nèi)總線。機(jī)外總線（PeripheralBus—外設(shè)總線），指與外部設(shè)備接口的總線，實(shí)際上是一種外設(shè)的接口標(biāo)準(zhǔn)。目前在PC機(jī)上流行的接口標(biāo)準(zhǔn)有：IDE、SCSI、USB和IEEE1394四種。注意：CPU總線、存儲(chǔ)總線、外部總線在系統(tǒng)板上，不同的系統(tǒng)采用不同的芯片集，因此這些總線也不完成相同。他們不存在互換性的問題。系統(tǒng)總線總是與I/O擴(kuò)充插槽相連，I/O擴(kuò)充插槽中可插入各種擴(kuò)充板卡，作為各種外設(shè)的適配器與外設(shè)相連。因此系統(tǒng)總線必須有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便和各類外設(shè)相連。要討論的總線就是系統(tǒng)總線，各類總線標(biāo)準(zhǔn)也主要指系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)。45）

局部總線分類專用局部總線，是一些大公司，如NEC、Dell、HP等，為自己系統(tǒng)開發(fā)的專用總線，用于圖形處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。它們是非?biāo)準(zhǔn)的，不能通用，也不被廣大兼容機(jī)采用。PCI總線4）

系統(tǒng)總線的分類ISA，是IBM公司為286/AT電腦制定的總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。也稱為AT標(biāo)準(zhǔn)。PCI，是SIG集團(tuán)推出的總線結(jié)構(gòu)。1992年起，先后有Intel、IBM、Apple等著名的廠商加盟重新組建。AGP，即加速圖形端口。是一種為了提高視頻帶寬而設(shè)計(jì)的總線規(guī)范。59.1.2總線的主要參數(shù)總線的帶寬：指的是一定時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量，即常說(shuō)的每秒鐘傳送多少M(fèi)B的最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率?？偩€的位寬：指的是總線能同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，即常說(shuō)的32位、64位等總線寬度的概念?？偩€的工作時(shí)鐘頻率：以MHz為單位，工作頻率越高則總線工作速度越快，也即總線帶寬越寬。69.2

ISA總線9.2.1ISA總線的主要性能指標(biāo)7I/O地址空間0100H-03FFH24位地址線可直接尋址的內(nèi)存容量為16MB8/16位數(shù)據(jù)線62+36引腳最大位寬16位(bit)最高時(shí)鐘頻率8MHz最大穩(wěn)態(tài)傳輸率16MB/s中斷功能DMA通道功能開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)CPU共享系統(tǒng)資源89.2.2ISA總線信號(hào)定義99.3

PCI總線9.3.1PCI總線的主要性能指標(biāo)(1)支持10臺(tái)外設(shè)(2)總線時(shí)鐘頻率33.3MHz/66MHz(3)最大數(shù)據(jù)傳輸速率133MB/s(4)時(shí)鐘同步方式(5)與CPU及時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)(6)總線寬度32位（5V）/64位（3.3V）(7)能自動(dòng)識(shí)別外設(shè)(8)特別適合與Intel的CPU協(xié)同工作10典型的PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11典型的PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)129.3.2PCI總線的信號(hào)定義139.3.3PCI總線的新發(fā)展當(dāng)前PCI總線的最高版本是2.2版。Intel推出的新一代PCI總線規(guī)范稱為PCI-X及PCI-X2.0，主要適用于133MHz總線時(shí)鐘頻率及更高的臺(tái)式機(jī)主板。3GIO是Intel開發(fā)下一代I/O，后來(lái)Intel將3GIO1.0的技術(shù)規(guī)范移交給PCI-SIG審核，并且獲得了這個(gè)組織的正式命名——PCIExpress。與PCI相比，PCIExpress導(dǎo)線數(shù)量比PCI減少了將近75％，在同一系統(tǒng)內(nèi)能夠以不同頻率運(yùn)行，而且能夠延伸到系統(tǒng)之外，這是PCI無(wú)法做到的。它采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，能夠?yàn)槊恳辉O(shè)備分配獨(dú)享通道，而PCI是所有設(shè)備共享同一條總線資源。149.4通用串行總線USB

USB(UniversalSerialBus)總線是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于PC機(jī)與外圍設(shè)備的互聯(lián)。9.4.1USB總線概述15USB總線的功能特點(diǎn)USB系統(tǒng)只有一個(gè)端口和一個(gè)中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。USB支持熱插拔(HotPlug)USB支持即插即用（PnP）USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性USB提供全速12Mbps和低速1.5Mbps的速率USB提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳送類型具有很高的容錯(cuò)性能16USB2.01999年2月，Compaq,HewlettPackard,Intel,Lucent,Microsoft,NECandPhilips這7家廠商聯(lián)合制定了USB2.0的產(chǎn)品規(guī)格。USB2.0將設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度增加到了480Mbps，快過(guò)USB1.x的40倍。在高速的前提下一樣保持了USB1.X的優(yōu)秀特色后，更是保證了向下兼容。179.4.2USB系統(tǒng)的組成原理1）USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)182）USB的物理接口USB線纜與電阻的連接19典型USB功能器件結(jié)構(gòu)209.5高速串行總線IEEE1394IEEE1394(即IEEE1394a)是一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)，這種接口標(biāo)準(zhǔn)允許把電腦、電腦外部設(shè)備、各種家電非常簡(jiǎn)單地連接在一起。從IEEE1394可以連接多種不同外設(shè)的功能特點(diǎn)來(lái)看，也可以稱為總線，即一種連接外部設(shè)備的機(jī)外總線。IEEE1394的原型是運(yùn)行在AppleMac電腦上的FireWire(火線)，由IEEE采用并且重新進(jìn)行了規(guī)范。21IEEE1394的主要性能特點(diǎn)采用“級(jí)聯(lián)”方式連接各個(gè)外部設(shè)備。1394在一個(gè)端口上最多可以連接63個(gè)設(shè)備.采用基于內(nèi)存的地址編碼，具有高速傳輸能力。采用64位的地址寬度(16位網(wǎng)絡(luò)ID，6位節(jié)點(diǎn)ID，48位內(nèi)存地址)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)(peertopeer)。任何兩個(gè)支持IEEE1394的設(shè)備可以直接連接，不需要通過(guò)電腦控制安裝方便且容易使用。允許熱即插即用，不必關(guān)機(jī)即可隨時(shí)動(dòng)態(tài)配置外部設(shè)備22IEEE1394的工作模式IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種總線數(shù)據(jù)傳輸模式：Backplane模式支持12.5、25、50Mbps的傳輸速率；Cable模式支持100、200、400Mbps的速率。IEEE1394可同時(shí)提供同步(Synchronous)和異步(Asynchronous)數(shù)據(jù)傳輸方式2003年10月，IEEE1394b問世，它把傳輸速率提高到800Mbps～3.2Gbps，同時(shí)最大距離從原來(lái)的5米延伸至100米。23IEEE1394和USB的比較IEEE1394a規(guī)范的傳輸速度為100～400Mb/s；USB傳輸速度12Mb/s；IEEE1394的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，不需要集線器（Hub）就可連接63臺(tái)設(shè)備；USB必須通過(guò)Hub來(lái)實(shí)現(xiàn)多重連接，每個(gè)Hub有7個(gè)連接頭，整個(gè)USB網(wǎng)絡(luò)中最多可連接127臺(tái)機(jī)器，而且一定要有電腦的存在，作為總的控制；PC97標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)納入了USB規(guī)范；支持1394的外設(shè)產(chǎn)品也為數(shù)甚少；249.6其它總線簡(jiǎn)介SCSI(SmallComputerSystemInterface):即小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口。SCSI也是系統(tǒng)級(jí)接口,可與各種采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備相連,如硬盤驅(qū)動(dòng)器、掃描儀、光盤、打印機(jī)和磁帶驅(qū)動(dòng)器等。98年9月，發(fā)表了基于Ultra3SCSI的Ultra160/m接口標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步把數(shù)據(jù)傳輸率提高到160MB/sSCSI接口卡和SCSI硬盤的價(jià)格高昂，通常用在高檔服務(wù)器上

25高速圖形顯示總線AGPAGP（AcceleratedGraphicsPort）即加速圖形端口；

AGP從PCI的132MB/s提高到266MB/s（×1模式）或者532MB/s（×2模式）…8×模式已正式推出(2.13GB/s)；嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，AGP不能稱為總線，因?yàn)樗屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，即連接控制芯片和AGP顯示卡；AGP在主內(nèi)存與顯示卡之間提供了一條直接的通道；

26IDE接口IDE(IntegratedDeviceElectronics)即集成設(shè)備電子部件；IDE是由Compaq公司開發(fā)并由WesternDigital公司生產(chǎn)的控制器接口；IDE采用了40線的單組電纜連接；IDE實(shí)際上是系統(tǒng)級(jí)的接口,也稱IDE為ATA接口(AT-Attachment:AT嵌入式接口)；UltraDMA100、UltraDMA133及SATA接口標(biāo)準(zhǔn)；串行ATA已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)有的最快的ATA133；串行ATA第一代標(biāo)準(zhǔn)允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾始s為150MB/s；27下一代高速總線PCIExpressPCIExpress導(dǎo)線數(shù)量比PCI減少了將近75%在同一系統(tǒng)內(nèi)能夠以不同頻率運(yùn)行，而且能夠延伸到系統(tǒng)之外采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，能夠?yàn)槊恳辉O(shè)備分配獨(dú)享通道32線PCIExpress的帶寬達(dá)到了6．6GB/s比現(xiàn)在最快的PCI-X快6倍，每線帶寬至少是PCI-X的12倍28下一代高速總線HyperTransportHyperTransport是一種為主板上集成電路互聯(lián)而設(shè)計(jì)的總線技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器以及嵌入式應(yīng)用設(shè)備由AMD公司研制成功，主要是面向IT業(yè)和電信行業(yè)，但對(duì)任何需要速度快、響應(yīng)時(shí)間短的應(yīng)用都適用HyperTransport的峰值帶寬可以達(dá)到12.8GB/s目標(biāo)是提供比目前的技術(shù)更寬的帶寬和更短的反應(yīng)時(shí)間，并與標(biāo)準(zhǔn)的PC總線相兼容29下一代高速總線InfiniBandInfiniBand