《計算機組成原理》 課件 第12章 總線系統(tǒng)

第12章總線系統(tǒng)12.1 總線的概念12.2 總線系統(tǒng)的工作原理12.3仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送12.4 總線實例總線現(xiàn)在的計算機普遍采用總線結(jié)構(gòu)

總線：一組為多個功能部件分時共享的公共信息傳送線路。12.1總線的概念12.1.1總線的基本概念總線的特性物理特性指總線在物理連接上的特性，包括連線的數(shù)量、連線類型，總線的插頭、插座形狀以及引腳線的排列方式等。依據(jù)連接類型的不同，總線分為電纜式、主板式和底板式。依據(jù)連線數(shù)量的不同，總線分為串行總線和并行總線?？偩€的概念電氣特性：指總線的每一根線上的信號傳遞方向、信號有效電平的范圍。功能特性：指總線中每一根線的功能。時間特性：指總線中每根線在什么時間內(nèi)有效，以及每根線產(chǎn)生的信號之間的時序關系?？偩€的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。數(shù)據(jù)線用于源部件和目的部件之間的數(shù)據(jù)傳送。地址線用來給出源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)所在的主存單元或I/O端口的地址?？偩€的概念總線的概念控制線用來控制對數(shù)據(jù)線和地址線的訪問和使用，并且傳送定時信號和命令信息等。仲裁總線：包括總線請求線和總線授權(quán)線。中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級的中斷操作，包括中斷請求線和中斷認可線（中斷響應線）。公用線：包括時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復位線以及加電或斷電的時序信號線等?？偩€的參數(shù)時鐘頻率總線的工作頻率，通常以MHz表示。總線的概念對同步總線來說，在數(shù)據(jù)總線寬度相同的情況下，總線的時鐘頻率越高，其數(shù)據(jù)吞吐量就越大。總線寬度總線的數(shù)據(jù)連線的數(shù)量，通常以位為單位。一般來說，總線的寬度與計算機的字長相同?？偩€傳送速率總線每秒鐘能夠傳送的字節(jié)數(shù)，用MB/s表示。（每秒多少兆字節(jié)）若總線工作頻率為8MHz，總線寬度是8位，則其最大傳送速率為8MB/s。若工作頻率為33.3MHz,總線寬度是32位，則其最大傳送速率為133MB/s?？偩€的概念同步方式：同步方式和異步方式。是否多路復用多路復用是指總線的數(shù)據(jù)線和地址線是公用一組連線，也就是說允許某一時刻該線用作地址線，而另一時刻則用作數(shù)據(jù)線。優(yōu)點：可以減少總線連線的數(shù)目。負載能力一般采用“總線上可以連接部件（或模塊）的最大數(shù)目”來表示。信號線數(shù)：總線擁有多少根信號線，它是數(shù)據(jù)、地址、控制線、電源線等各種連線數(shù)量的總和。總線的概念總線控制方式：包括如傳送方式、并發(fā)工作、設備自動配置、仲裁方式等。其它性能總線的特點優(yōu)點多個部件采用總線方式互連，可以大大降低部件之間互連的復雜性，大幅度減少連線的數(shù)量，降低成本。使用總線互連后，各部件之間連接的多個接口變成了每個部件與總線間的單一連接接口，接口的器材量大幅度減少?？蓴U展性好?？偩€的概念缺點總線由它所連接的的所有部件分時共享使用，當多個部件同時需要傳送數(shù)據(jù)時，有可能成為系統(tǒng)的瓶頸?？偩€是計算機系統(tǒng)的核心部分之一。當總線出故障時，系統(tǒng)會癱瘓?？偩€的速度受到物理因素的嚴重限制：總線長度和總線上的設備數(shù)量（和由此導致的總線負載）?？偩€的概念按照總線所處的位置以及所連接的模塊功能大小的不同分成3類：內(nèi)部總線CPU芯片內(nèi)部連接各模塊的總線。也稱為片內(nèi)總線。系統(tǒng)總線連接計算機系統(tǒng)中CPU、存儲器和I/O模塊等主要功能部件的總線。也稱為板級總線。I/O總線12.1.2總線的分類總線的概念也稱為設備總線。專門用于連接主機和I/O設備的總線。按照總線一次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)可將總線分為串行總線（1位）并行總線（多位）按照總線的信號是否有多種功能分為專用總線復用總線總線的概念按照總線的定時方式的不同分為同步總線異步總線按照所傳送的信息的類型分為地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線按照允許的數(shù)據(jù)傳送方向分為單向傳送（單工）總線雙向傳送（雙工）總線總線的概念依據(jù)連接方式的不同，可以把總線結(jié)構(gòu)分為單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。單總線結(jié)構(gòu)單總線計算機系統(tǒng)

12.1.3總線的連接方式總線的概念

存在的缺點：系統(tǒng)工作效率不高。計算機的擴展能力受到限制。雙總線結(jié)構(gòu)在單總線結(jié)構(gòu)的基礎上增加了一條高速的存儲總線，專門用來連接CPU和主存。即保持了單總線結(jié)構(gòu)簡單、易于擴充的特點，又使CPU能通過專用總線與存儲器交換信息，而不會與其它部件之間的信息交換發(fā)生沖突。以增加硬件為代價的?？偩€的概念一種雙總線結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)

總線的概念多總線結(jié)構(gòu)在雙總線結(jié)構(gòu)的基礎上增加I/O總線系統(tǒng)總線是CPU、主存和通道之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。I/O總線是外設與通道之間信息傳送的公用通路。優(yōu)點采用了通道對外設進行管理，使整個系統(tǒng)的效率大為提高。可以增加系統(tǒng)外接設備的臺數(shù)。將不同速度的設備分別連接到不同速度的總線上，低速總線作為高速總線的一個設備工作，總線之間通過橋接器進行連接，構(gòu)成多級總線結(jié)構(gòu)。

8.1總線的概念

一種三總線結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)總線的概念一種多級總線結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)總線主設備是總線操作的發(fā)起者，一般具有較完備的總線控制功能。連接在總線上、能夠獨立發(fā)起并控制總線操作的設備?？偩€從設備則不能引發(fā)總線操作，它只能在總線操作中作為被操作的對象。只能響應主設備發(fā)來的總線命令的設備。在任意時刻一根總線上工作的主設備不能超過一個，否則將會導致總線使用權(quán)和總線上信息的混亂。12.2總線系統(tǒng)的工作原理12.2.1主設備/從設備總線系統(tǒng)的工作原理任務：負責管理總線的使用?？梢栽O置一個專門的總線控制器，也可以將控制器的功能分布到總線的各個部件或設備上去實現(xiàn)。總線控制器的具體功能總線系統(tǒng)的資源分配與管理。負責向使用總線的功能模塊分配中斷向量號、DMA通道號和I/O地址等資源。提供總線定時信號。即產(chǎn)生總線操作所需要的各種總線命令和標識信號，產(chǎn)生各種定時信號等。12.2.2總線控制器總線系統(tǒng)的工作原理負責總線使用權(quán)的仲裁。當總線中有多個模塊都要使用總線發(fā)送信息時，總線控制器要按照一定的優(yōu)先權(quán)算法，從中確定一個模塊為當前總線的控制者，把總線的控制使用權(quán)交給它。即使它成為當前的主設備，這時其它使用總線的設備都是從設備。負責實現(xiàn)不同總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換和不同總線之間傳送數(shù)據(jù)的緩沖。總線系統(tǒng)的工作就是在總線控制器的作用下，通過總線設備接口控制和管理連接在總線上的各種設備。設備使用總線的時序關系12.2.3總線的工作過程設備使用總線的具體過程設備發(fā)出總線使用請求，并等待獲得總線使用權(quán)；總線控制器根據(jù)使用總線的規(guī)則，對該請求給出應答，允許該設備使用總線；設備在得到應答以后，開始使用總線進行數(shù)據(jù)交換；數(shù)據(jù)交換完成后，設備將發(fā)出撤銷使用總線請求，表示本次使用總線完畢；總線控制器在接收到撤銷使用總線的請求信號后，收回總線使用權(quán)，使總線處于釋放狀態(tài)，然后發(fā)出總線撤銷使用應答信號；總線進入空閑狀態(tài)，可以接收新的請求?？偩€系統(tǒng)的工作原理總線接口在外圍設備與總線之間提供連接的邏輯部件。（也稱為適配器）在外設與總線之間起著“轉(zhuǎn)換器”的作用，以便實現(xiàn)它們之間的信息傳送?？偩€、接口（適配器）和外設之間的關系設備控制器的功能通過接口接收來自其它部件的各種信息，并根據(jù)設備的不同要求把這些信息傳送到設備，或者從設備中讀出信息傳送到接口，再送給其它部件。12.2.4總線接口總線系統(tǒng)的工作原理

總線、接口和外圍設備

總線系統(tǒng)的工作原理一個適配器包含兩部分接口和總線的接口按總線標準與總線相連，能夠識別總線上的各種操作和控制命令。采用并行方式進行數(shù)據(jù)交換和外設的接口按規(guī)定與設備控制器相連，能用設備控制器所能理解的信號與之交互，通過它控制設備進行各種操作和向總線傳遞狀態(tài)信息等。和外設的接口可能是并行方式，也可能是串行方式。根據(jù)外設提供串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)的方式不同，適配器分為串行數(shù)據(jù)接口和并行數(shù)據(jù)接口兩大類?？偩€系統(tǒng)的工作原理典型的接口具有以下功能控制：接口依據(jù)程序指令能控制外設的動作。如啟動、關閉設備等。緩沖：接口在外設和系統(tǒng)的其它部件之間提供緩沖功能，以補償各種設備在速度上的差異。狀態(tài)：接口能監(jiān)視外設的工作狀態(tài)并保存狀態(tài)信息。狀態(tài)信息包括數(shù)據(jù)“準備就緒”、“忙”、“錯誤”等，供CPU詢問外設時進行分析。轉(zhuǎn)換：接口可以完成任何要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?？偩€系統(tǒng)的工作原理整理：接口可以完成一些特別的功能。例如在需要時可以修改字計數(shù)器或當前內(nèi)存地址寄存器。程序中斷：每當外設向CPU請求某種動作時，接口即發(fā)出一個中斷請求信號給CPU。例如，如果設備完成了一個操作或設備中存在一個錯誤，接口就發(fā)出中斷信號?？偩€使用權(quán)的仲裁：總線系統(tǒng)中總線主設備獲得總線控制權(quán)的過程。簡稱總線仲裁?？偩€的仲裁機制就是分配總線使用權(quán)的策略，仲裁機制也稱為仲裁方式。總線的仲裁方式有多種。按照是否有集中的仲裁電路，把仲裁方式分為：集中式仲裁：指在系統(tǒng)中設置一個集中的仲裁電路，專門來處理設備提出的總線使用請求。12.3仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送12.3.1總線的仲裁總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送(a)集中式仲裁總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送分布式仲裁：不存在集中式的仲裁電路，所有的總線主設備中都有一個比較復雜的總線訪問請求控制邏輯，優(yōu)先級比較電路也是分布在各個總線設備中。總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送按是否有獨立的總線請求信號線和總線允許信號線，可分為并行仲裁和串行仲裁；從優(yōu)先級的角度來看，可以分為固定優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級仲裁。常用的集中式仲裁方式有3種。菊花鏈查詢方式一種串行的仲裁方式。三根控制線BS、BR和BG分別表示總線忙、總線請求和總線允許。優(yōu)先級由主設備在總線上的位置來決定。離總線控制部件越近，設備的優(yōu)先級越高。

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送菊花鏈查詢方式總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，很容易擴充設備。缺點因為查詢鏈的優(yōu)先級是固定的，當優(yōu)先級高的設備頻繁提出請求時，低優(yōu)先級設備可能永遠也得不到允許。對電路故障較敏感，一個設備的故障會影響到后面設備的操作。當這個鏈比較長時，總線的速度會受到比較大的影響。計數(shù)器定時查詢方式在控制器中設置一個計數(shù)器。計數(shù)器的初始值可由程序來設置，因而設備的優(yōu)先級可以通過設置不同的計數(shù)初始值來改變?？偩€的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送計數(shù)器定時查詢方式

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送一種循環(huán)優(yōu)先級方式優(yōu)缺點具有靈活的優(yōu)先級，它也不像菊花鏈查詢方式那樣對電路故障非常敏感。增加了一組設備線以及相關的計數(shù)和查詢比較電路。獨立請求方式一種并行仲裁方式總線請求線BRi總線授權(quán)線BGi

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送獨立請求方式

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送優(yōu)點仲裁速度快，即確定優(yōu)先響應的設備所花費的時間少，不用逐個設備地查詢。對優(yōu)先次序的控制也比較靈活。缺點每臺設備與總線仲裁器之間都需要設置一根總線請求信號線和一根總線許可信號線。由于總線控制部件提供的連線的數(shù)目是固定的，這樣就限制了可以連接到總線上的設備的數(shù)量?？偩€的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送分布式仲裁分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個潛在的主設備都有自己的仲裁號和仲裁電路。當它們提出總線請求時，把它們各自唯一的仲裁號發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個仲裁電路把從仲裁總線上得到的號與自己的號比較。如果仲裁總線上的號大，則它對于發(fā)給它的總線請求不予響應，并撤銷其仲裁號。最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。分布式仲裁是以優(yōu)先級仲裁策略為基礎的。總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送總線的定時方式：為了協(xié)調(diào)總線上發(fā)生的事件所采用的方法?？偩€的定時方式：同步定時和異步定時采用同步定時工作方式的總線稱為同步總線。采用異步定時工作方式的總線稱為異步總線。總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程大致可以分為5個階段申請總線，總線仲裁，尋址，信息傳送，狀態(tài)返回（或錯誤報告）12.3.2總線的定時總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送同步定時系統(tǒng)中有一個供所有設備使用的統(tǒng)一時鐘總線上事件的發(fā)生時刻都是以該時鐘作為參照基準的。CPU經(jīng)同步總線從存儲器讀取數(shù)據(jù)的時序圖同步總線具有的特點

所有總線設備都是在統(tǒng)一的總線時鐘下進行總線操作。所有總線信號和命令信號必須與總線時鐘同步，即總線上所有事件都在總線時鐘開始或結(jié)束時發(fā)生。所有總線操作都是以總線周期為基本時間單位，即所用的時間都是時鐘周期的整數(shù)倍。存在時間上的浪費?？偩€的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送同步總線的存儲器讀過程

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送異步定時不需要統(tǒng)一的時間標志，總線周期的長度是可變的，任何一個事件出現(xiàn)在總線上的時刻都取決于前一事件的出現(xiàn)。采用應答方式工作。通過異步總線對存儲器進行讀操作的過程總線主設備發(fā)出讀命令信號和存儲器地址信號，經(jīng)一段時間，待信號穩(wěn)定后，再發(fā)出主設備同步請求信號MSYN。當存儲器（總線從設備）接收到MSYN信號后，進行存儲器讀操作。操作完成時，將讀出的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，然后發(fā)出總線從設備同步請求信號SSYN。總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送異步總線的存儲器讀過程

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送當總線主設備接收到SSYN信號后，就從數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)，并撤銷請求MSYN?？偩€從設備發(fā)現(xiàn)MSYN被撤銷，得知主設備操作完畢，隨即撤銷SSYN信號。在總線主設備和總線從設備都撤銷同步請求以后，地址總線和操作的命令信號線進入恢復階段?？偩€控制器經(jīng)恢復后，即可處理后續(xù)請求。

優(yōu)缺點總線周期的長度根據(jù)實際需要的時間而自動調(diào)整，因而允許快速設備和慢速設備連接到同一條總線上?？刂齐娐穼崿F(xiàn)起來比較復雜，成本比較高。每次發(fā)送或接收數(shù)據(jù)都要在主、從設備之間多次交換信息，所以數(shù)據(jù)傳送效率比較低。總線上的信息交換包括兩個階段地址命令階段（簡稱地址期）數(shù)據(jù)傳送階段（簡稱數(shù)據(jù)期）復用型總線，地址線和數(shù)據(jù)線是共享同一組連線。12.3.3總線的數(shù)據(jù)傳送方式總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送方式有三種：基本數(shù)據(jù)傳送方式成組數(shù)據(jù)傳送方式特殊數(shù)據(jù)傳送方式基本數(shù)據(jù)傳送方式總線最基本的數(shù)據(jù)傳送方式：單個數(shù)據(jù)讀和單個數(shù)據(jù)寫讀操作是把數(shù)據(jù)從從設備讀到主設備寫操作是把數(shù)據(jù)從主設備傳送到從設備并寫入相應的地方典型特征：數(shù)據(jù)傳送階段只進行一次數(shù)據(jù)傳送操作?？偩€的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送在復用型總線上進行讀操作的時間關系示意圖每傳送一個數(shù)據(jù)就需要一個地址期和一個數(shù)據(jù)期。復用型總線的基本傳送方式（讀操作）總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送成組數(shù)據(jù)傳送方式也稱為塊傳送方式或猝發(fā)傳送方式。目的：為了能高效率地進行成塊數(shù)據(jù)（存放在一片連續(xù)的地址空間中）的傳送。在一個地址期后面可以跟一連串的數(shù)據(jù)期。能大幅度地減少整批數(shù)據(jù)的傳送時間。復用型總線的成組數(shù)據(jù)傳送方式（讀操作）

總線的仲裁、定時和數(shù)據(jù)傳送特殊數(shù)據(jù)傳送方式比較常見的兩種特殊數(shù)據(jù)傳送方式：“讀后寫”又被稱為“讀—修改－寫”即對一個地址中的數(shù)據(jù)進行讀出、修改后再寫回去，而且整個操作過程不能被打斷?！皩懞笞x”在進行操作的過程中，不允許被中斷。先進行寫操作，然后緊接著就讀出剛寫進去的值，并進行數(shù)據(jù)校驗，以確定數(shù)據(jù)是否被正確地寫入。它們都是原語操作?？偩€標準：通過總線將各個設備連接成一個系統(tǒng)所必須遵循的規(guī)范?？偩€標準一般從5個方面來描述總線的功能與特性

邏輯規(guī)范主要是引腳信號的功能描述。如信號的含義、信號的傳送方向，以及采用的電平極性等。時序規(guī)范定義各信號有效/無效的發(fā)生時間以及不同信號之間的時間關系。12.4總線實例12.4.1總線的標準化總線實例電氣規(guī)范描述各信號所采用的電平標準和負載能力。機械規(guī)范定義了諸如插槽/插頭或插板的結(jié)構(gòu)、形狀、大小方面的物理尺寸等。通信協(xié)議定義數(shù)據(jù)通過總線傳送時采用的連接方法、數(shù)據(jù)格式、發(fā)送速度等方面的規(guī)定。總線標準有兩種正式標準由具有權(quán)威性的標準化組織制定的標準。業(yè)界標準由在業(yè)界內(nèi)有影響力的一個或幾個廠家提出、并得到業(yè)內(nèi)其它廠家認可和廣泛采用的標準?？偩€實例PCI總線概述一種與處理器無關的高性能總線Intel公司首先提出了PCI概念，并聯(lián)合IBM、Compaq、AST、HP、Apple等幾十家公司共同制定了PCI標準（1992年）。PCI是PeripheralComponentInterconnect（設備部件互連）的縮寫。其1.0版本于1992年發(fā)布，2.0版本于1993年發(fā)布，2.1版本于1995年發(fā)布，PCI2.2版本于1999年發(fā)布。一個基于PCI構(gòu)成的多級層次總線結(jié)構(gòu)的示意圖12.4.2PCI總線總線實例PCI主要具有以下的特點總線寬度大。PCI總線的寬度為32位或64位。支持成組傳送，數(shù)據(jù)傳送速率高。PCI總線的時鐘頻率為33.3MHz/66.6MHz，所以其最大傳送速度可達533MB/s。PCI總線能夠滿足高速設備數(shù)據(jù)傳送的需要。通過橋接器可以構(gòu)成多級層次總線結(jié)構(gòu)。采用PCI總線可以在一個系統(tǒng)中讓多種總線共存，容納不同速度的設備一起工作。獨立于CPU?？偩€實例提供自動配置能力。使用配置寄存器來支持設備的自動識別和配置。可靠性高。在地址、命令和數(shù)據(jù)線上提供了奇偶校驗。PCI總線信號PCI總線中各信號線的名稱、分組情況和具體的功能信號后面有“#”標志的表明該信號是低電平有效沒有“#”標志的為高電平有效in：輸入線（站在設備的角度上看）out：輸出線總線實例t/s：雙向三態(tài)信號線s/t/s：一次只被一個擁有者驅(qū)動的抑制三態(tài)信號線o/d：開路驅(qū)動，允許多臺設備以線或方式共享該線功能組信號類型描述必有類信號系統(tǒng)CLKin同步時鐘線（33MHz或66MHz），上升沿采樣。RST#in復位信號線，強制所有PCI寄存器、計數(shù)器和信號回到初始狀態(tài)。地址數(shù)據(jù)AD[31-0]t/s地址線或數(shù)據(jù)線（復用）C/BE#[3-0]t/s總線命令或字節(jié)有效指示（復用）。地址期內(nèi)為總線命令，在數(shù)據(jù)期內(nèi)則用于指示各字節(jié)是否有效。PARt/s奇偶校驗位線，對地址或數(shù)據(jù)提供校驗。接口控制FRAME#s/t/s總線周期啟動信號，由主設備驅(qū)動該信號，以表示AD和C/BE信號已發(fā)出，一個新的總線事務已經(jīng)開始。IRDY#s/t/s主設備就緒信號。進行寫操作時表明數(shù)據(jù)已在AD線上；進行讀操作時，表明主方已做好接收數(shù)據(jù)的準備。TRDY#s/t/s從設備就緒信號。進行寫操作時表明從方已做好接收數(shù)據(jù)的準備；進行讀操作時，表明有效數(shù)據(jù)已在AD線上。STOP#s/t/s停止信號，從設備要求主設備立即中止當前的總線事務。IDSEL#in主設備被選中信號，選定讀配置區(qū)。DEVSEL#s/t/s從設備被選中信號。當設備地址被譯碼后，發(fā)現(xiàn)該從設備被選中，就發(fā)出此信號。功能組信號類型描述必有類信號仲裁REQ#t/s總線申請信號。當主設備需要使用總線時發(fā)此請求。GNT#t/s總線授權(quán)信號，中央仲裁器授權(quán)該主設備在下一個總線事務中控制和使用總線。報錯PERR#s/t/s檢測到數(shù)據(jù)奇偶校驗錯。SERR#o/d檢測到地址校驗錯或系統(tǒng)錯。可選類信號64位擴展AD[63-32]t/s地址線或數(shù)據(jù)線（復用），用于擴充到64位。C/BE#[7-4]t/s總線命令或字節(jié)有效指示（復用）。REQ64#s/t/s用于請求64位傳送。ACK64#s/t/s授權(quán)進行64位傳送。PAR64t/s對擴充的AD線和C/BE線提供偶校驗。Cache支持SBO#in/out指出對修改行的監(jiān)聽命中。SDONEin/out指出監(jiān)聽結(jié)束。中斷INTA#o/d中斷請求信號。INTB#o/d中斷請求信號，僅對多功能設備有意義。INTC#o/d中斷請求信號，僅對多功能設備有意義。INTD#o/d中斷請求信號，僅對多功能設備有意義?？偩€實例功能組信號類型描述可選類信號邊界掃描TCKinJTAG測試時鐘。TDIinJTAG測試輸入。TDOoutJTAG測試輸出。TMSinJTAG測試模式選擇。TRST#inJTAG測試復位。總線實例PCI總線的基本信號按功能可以分為以下幾組：地址和數(shù)據(jù)信號：包含32根分時復用的地址/數(shù)據(jù)線；接口控制信號：控制數(shù)據(jù)交換的時序，使發(fā)送端和接收端協(xié)調(diào)工作；錯誤報告信號：用于報告錯誤；仲裁信號：PCI總線采用集中式仲裁，每臺PCI總線主設備都有自己獨立的一對仲裁信號線，它們直接與總線仲裁電路相連；系統(tǒng)信號：時鐘和復位信號?？偩€實例PCI總線的擴展信號按照功能可以分為以下幾組：64位總線擴展信號：包括分時復用的地址/數(shù)據(jù)線以及用于協(xié)調(diào)使用64位總線的控制信號；接口控制信號：用于鎖定總線；中斷信號：供那些必須產(chǎn)生中斷服務請求的設備使用。每臺PCI設備都通過各自的中斷信號線與中斷控制器連接；Cache支持信號：用于支持實現(xiàn)多Cache的一致性（監(jiān)聽法）；邊界掃描信號：用于支持IEEE1149.1標準定義的測試。總線實例總線周期類型PCI總線周期由當前的主設備發(fā)起，該主設備通過在C/BE#[3-0]線上發(fā)送4位編碼來指出當前要進行的總線周期。在從設備譯碼確認被選擇后，主從設備協(xié)調(diào)配合完成指定的總線周期操作。PCI支持任何主設備和從設備之間點到點的訪問，也支持某些廣播讀寫。PCI總線的12種命令如表所示總線實例C/BE#[3-0]命令名稱C/BE#[3-0]命令名稱0000中斷確認周期1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O讀周期1010配置讀周期0011I/O寫周期1011配置寫周期0100保留1100存儲器多重讀周期0101保留1101雙地址周期周期0110存儲器讀周期1110存儲器讀行周期0111存儲器寫周期1111存儲器寫和使無效周期總線實例PCI總線仲裁采用集中式仲裁方式每個PCI主設備都有自己獨立的REQ#（總線請求）GNT#（總線授權(quán)）兩條信號線與中央仲裁器相連。具體的仲裁算法由廠商決定PCI總線支持隱藏式仲裁在總線被某一主設備（設為A）占用期間，中央仲裁器可以對當前的使用總線請求進行仲裁，確定下一次將要使用該總線的主設備（設為B），它可以置GNT#-A為無效，而置GNT#-B為有效。當主設備A完成數(shù)據(jù)傳送、釋放FRAME#和IRDY#信號線后，設備B可以立即開始一個新的總線周期?？偩€實例PCI總線的數(shù)據(jù)傳送方式支持基本數(shù)據(jù)傳送方式和成組數(shù)據(jù)傳送方式。以一次讀操作為例來說明通過PCI總線進行成組數(shù)據(jù)傳送的過程。假設該成組數(shù)據(jù)傳送一次需要讀出三個數(shù)據(jù)圖中的環(huán)形箭頭表示該信號線由一個設備驅(qū)動轉(zhuǎn)換成另一個設備驅(qū)動的過渡期?？偩€實例PCI總線的成組傳送方式（讀操作）

總線實例工業(yè)標準總線（IndustryStandardArchitecture）

IBM于1984年為推出微型計算機PC/AT而建立的系統(tǒng)總線標準也稱為AT總線共有98根信號線，分成地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時鐘線和電源線5種。總線的主要特點由8位的PC總線發(fā)展而來的16位總線最高工作頻率為8MHz12.4.3ISA總線總線實例數(shù)據(jù)傳輸速率達到16MB/s地址線24條，可尋址16M字節(jié)地址空間。支持8種總線操作存儲器讀、存儲器寫、I/O讀、I/O寫中斷響應、DMA響應、存儲器刷新和總線仲裁與原來微機上用的PC/XT總線完全兼容設有獨立的地址線和數(shù)據(jù)線ISA總線主要是面向單用戶應用的總線，故不適用多用戶應用環(huán)境。ISA總線帶寬為5MB/s，不適用于32位CPU的計算機系統(tǒng)。總線實例擴充的工業(yè)標準總線

（ExtendedIndustryStandardArchitecture）32位總線共有198根信號線時鐘頻率為8.33MHz

支持多個總線主控和成組傳送具有獨立的數(shù)據(jù)線和地址線，其寬度都是32位，最大尋址空間為4GB，最大數(shù)據(jù)傳送速率為33MB/s

。12.4.4EISA總線總線實例主要缺點EISA總線比ISA總線復雜得多，所以其實現(xiàn)成本更高。EISA總線是一種與處理機體系結(jié)構(gòu)密切相關的總線，不是一種獨立的總線標準。EISA總線的帶寬偏低，不能很好地滿足一些新的視頻顯示適配器對總線帶寬的要求。以上缺點使EISA總線的應用受到了限制?？偩€實例一種通用的全開放局部總線（1991年）也稱為VL總線（VESALocalbus）

VESA（VideoElectrocnicStandardAssociation，即視頻電子標準協(xié)會）與60多家公司聯(lián)合推出VL總線的主要目標支持CPU直接與高速視頻控制器連接，其它的高速外設如硬盤、局域網(wǎng)卡等也可以使用VL總線，以充分提高系統(tǒng)的性能。

12.4.5VESA總線（VL總線）總線實例VL總線的數(shù)據(jù)寬度為32位，可以擴展到64位。直接采用CPU的時鐘，最高主頻可達66MHz。實際上受限于VL總線擴展槽的性能，不能超過40MHz，一般為33MHz。VL的最大傳送率達到132MB/s，是ISA總線傳送率的16倍。VESA比EISA性能更完善，傳送速率更高，大幅度地提高了外設的運行速度。不過，VESA總線存在著規(guī)范定義不嚴格、兼容性差、總線速度受CPU速度影響等缺陷。SmallComputerSystemInterface（小型計算機系統(tǒng)接口）的簡稱，是一種直接連接外設的并行I/O總線。用于連接硬盤、光驅(qū)、掃描儀等等需要高速數(shù)據(jù)傳送的設備。接在SCSI總線上的設備以菊花鏈的形式相連。12.4.6SCSI總線SCSI接口配置實例

總線實例SCSI總線的仲裁采用自舉分布式方案，連接在總線上的每臺設備都有一個唯一的標識號ID（0～7）。（標識號也就是該設備的優(yōu)先級，7為最高，0為最低）SCSI總線的主要特性SCSI是系統(tǒng)級的標準輸入輸出總線接口，可以與各種采用SCSI接口標準的外部設備相連，總線上的主機適配器和SCSI外設的總數(shù)最大為8個（SCSI-3允許連接16個）。SCSI支持多任務并行操作，具有總線仲裁功能?？偩€實例SCSI可以按同步方式和異步方式傳輸數(shù)據(jù)。同步方式下的數(shù)據(jù)傳輸速率：5MB/s異步方式下的數(shù)據(jù)傳輸速率：2.5MB/sSCSI-2將SCSI-1的8位數(shù)據(jù)總線電纜稱為A電纜，并增加了一根B電纜。B電纜進行16位或32位的數(shù)據(jù)傳送，采用同步通信，時鐘頻率提高到10MHz，所以最大數(shù)據(jù)傳輸率為20MB/s或40MB/s。1995年推出的SCSI-3的數(shù)據(jù)傳輸率達60～120MB/s。后來推出的Ultra640SCSI的時鐘頻率為160MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達640MB/s?？偩€實例SCSI總線上的設備沒有主從之分，雙方平等。驅(qū)動設備和目標設備之間采用高級命令進行通信，不涉及外部設備的物理特性。使用方便、適應性強，便于集成?？偩€實例USB總線的由來通用串行總線USB（UniversalSerialBus）是由Compaq、Digital、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NothernTelecom7家公司聯(lián)合推出的新一代標準接口總線。1994年USB0.71998年USB1.11999年USB2.0USB1.1與USB2.0的主要特性比較12.4.7USB總線總線實例版本傳輸速度Mb/s可連接點數(shù)接點間距離(m)拓撲結(jié)構(gòu)支持系統(tǒng)支持特性信號線條數(shù)USB1.11.5/121275星形Win95以上PnP、熱插拔4/9USB2.0480125星形Win98以上PnP、熱插拔4/9

USB1.1與USB2.0的主要特性總線實例USB總線的特點使用方便速度快

USB接口的最高傳輸率可達每秒480Mb連接靈活低成本電纜（和Hub）連接USB通過一根4芯的電纜傳輸信號和電源，電纜長度可達5米。獨立供電總線實例USB總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在USB系統(tǒng)中，設備與主機采用星形連接。Hub：集線器總線實例在物理結(jié)構(gòu)上，設備通過Hub連接到主機上，但在邏輯上，主機直接與設備進行通信。根Hub集成在主機的主控器中，具有2~4個USB端口，連接采用“級聯(lián)”方式。

USB的最大串接能力為5個Hub集線器級聯(lián)，最長擴展連接能力為30m。USB的接口接頭USB接口采用矩形插座和插頭，有9針和4針兩種。（目前廣泛采用的是4針引腳的USB接口接頭）總線實例引腳1引腳2引腳3引腳4引腳1：+5V電源引腳Vcc引腳2：數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)同步引腳RD引腳3：信號接地引腳GND引腳4：數(shù)據(jù)輸出/時鐘同步引腳TD總線實例IEEE1394總線的由來稱為FireWire或iLink，是一種高性能的串行接口。數(shù)碼影像設備的傳輸標準，它定義了數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)定及連接系統(tǒng)，可以較低的成本達到較高的性能。IEEE1394標準中傳輸速率被定義為100/200/400Mb/s三種通常就稱為S100/S200/S400

12.4.8IEEE1394總線總線實例IEEE1394的主要技術特點傳輸速率高，并具有升級性能。IEEE1394規(guī)范的傳輸速率：100~400Mb/sIEEE1394b可以升級到800Mb/s、1.6Gb/s甚至3.2Gb/s。分層的主控制器結(jié)構(gòu)。采用樹型或菊花鏈結(jié)構(gòu)，設備間電纜最大長度4.5m；采用樹型結(jié)構(gòu)時可達16層，從主機到最末端總長可達72m。同時支持同步和異步兩類傳輸模式，即在同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r可以進行異步數(shù)據(jù)傳輸。采用對等結(jié)構(gòu)（PeertoPeer），不強調(diào)要由計算機控制這些設備。IEEE1394的拓撲結(jié)構(gòu)連接在PCI總線上的IEEE1394串行總線的拓撲結(jié)構(gòu)總線實例具有以下特點端口結(jié)點和中繼器包含兩個以上結(jié)點：有一個端口的結(jié)點是其所在的分支的結(jié)束點有兩個以上端口的結(jié)點允許總線延續(xù)下去多端口結(jié)點允許擴展總線的拓撲結(jié)構(gòu)總線實例動態(tài)自動配置點到點傳輸設備插架：用于提供一種不用打開機箱蓋就可以加入或更新外圍設備的技術。IEEE1394與USB的比較特性IEEE1394AUSB