計(jì)算機(jī)總線技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)總線技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應(yīng)的通信總線被稱為并行總線和串行總線。下文就計(jì)算機(jī)總線技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行講解，下文對(duì)您的學(xué)習(xí)有所幫助!計(jì)算機(jī)總線技術(shù)微機(jī)中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級(jí)的互連;而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級(jí)的互連;外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，微機(jī)作為一種設(shè)備，通過(guò)該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。另外，從廣義上說(shuō)，計(jì)算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應(yīng)的通信總線被稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線多，不適于小型化產(chǎn)品;而串行通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡(jiǎn)易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計(jì)算機(jī)總線技術(shù)種類繁多，各具特色。下面僅對(duì)微機(jī)各類總線中目前比較流行的總線技術(shù)分別加以介紹。I2C(Inter-IC)總線10多年前由Philips公司推出，是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線器件同時(shí)接到I2C總線上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。2.SPI總線串行外圍設(shè)備接口SPI(serialperipheralinterface)總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強(qiáng)，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。3.SCI總線串行通信接口SCI(serialcommunicationinterface)也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART，與MCS-51的異步通信功能基本相同。二、系統(tǒng)總線ISA(industrialstandardarchitecture)總線標(biāo)準(zhǔn)是IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT總線。它是對(duì)XT總線的擴(kuò)展，以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線要求。它在80286至80486時(shí)代應(yīng)用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有982.EISA總線EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線標(biāo)準(zhǔn)。它是在ISA總線的基礎(chǔ)上使用雙層插座，在原來(lái)ISA總線的98條信號(hào)線上又增加了98條信號(hào)線，也就是在兩條ISA信號(hào)線之間添加一條EISA信號(hào)線。在實(shí)用中，EISA總線完全兼容ISA總線信號(hào)。3.VESA總線VESA(videoelectronicsstandardassociation)總線是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線，簡(jiǎn)稱為VL(VESAlocalbus)總線。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache的直接相連，通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線，其他設(shè)備通過(guò)VL總線與CPU總線相連，所以VL總線被稱為局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線，且可通過(guò)擴(kuò)展槽擴(kuò)展到64位，使用33MHz時(shí)鐘頻率，最大傳輸率達(dá)132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及4.PCI總線PCI(peripheralcomponentinterconnect)總線是當(dāng)前最流行的總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴(kuò)展為64位。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫操作，最大傳輸速率可達(dá)132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA(microchannelarchitecture)總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而5.CompactPCI以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線一般都用于商用PC機(jī)中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線中，還有另一大類為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線，比如STD總線、VME總線、PC/104總線等。這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的熱門總線之一——CompactPCI。CompactPCI的意思是“堅(jiān)實(shí)的PCI”，是當(dāng)今第一個(gè)采用無(wú)源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI是在原來(lái)PCI總線基礎(chǔ)上改造而來(lái)，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng)，同時(shí)還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能。1.RS-232-C總線RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。2.RS-485總線在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)3.IEEE-488總線上述兩種外部總線是串行總線，而IEEE-488總線是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488總線用來(lái)連接系統(tǒng)，如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào)，連接方式為總線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接15臺(tái)設(shè)備。最大傳輸距離為20米，信號(hào)傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。4.USB總線通用串行總線USB(universalserialbus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。它基于通用連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接，達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。另外，快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一，USB的最高傳輸率可達(dá)12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB還能支持多媒體。USB2.0的數(shù)據(jù)傳輸率比USB1.1快40倍，達(dá)480Mbps(60MB/s)，與目前的USB1.1設(shè)備兼容，預(yù)計(jì)2001年年底OEM廠商開始采購(gòu)英特爾集成有USB2.0控制器的芯片、2002年中期伴隨ICH4正式推出USB2.0產(chǎn)品。5.IEEE1394總線IEEE1394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。它定義了數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)定及連接系統(tǒng)，可用較低的成本達(dá)到較高的性能，以增強(qiáng)電腦與外設(shè)如硬盤、打印機(jī)、掃描儀，與消費(fèi)性電子產(chǎn)品如數(shù)碼相機(jī)、DVD播放機(jī)、視頻電話等的連接能力。由于要求相應(yīng)的外部設(shè)備也具有IEEE1394接口功能才能連接到1394總線上，所以直到1995年第3季度Sony推出的數(shù)碼攝像機(jī)加上了IEEE1394接口后，1394才真正引起廣泛的注意。采用1394接口的數(shù)碼攝像機(jī)，可以毫無(wú)延遲地編輯處理影像、聲音數(shù)據(jù)，性能得到增強(qiáng)。數(shù)碼相機(jī)、DVD播放機(jī)和一般消費(fèi)性家電產(chǎn)品，如VCR、HDTV、音響等也都可以利用IEEE1394接口來(lái)互相連接。電腦的外部設(shè)備，例如硬盤、光驅(qū)、打印機(jī)、掃描儀等，也可利用IEEE1394來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。機(jī)外總線將改變當(dāng)前電腦本身?yè)碛斜姸喔郊硬蹇?、連接線的現(xiàn)狀，它把各種外設(shè)和各種家用電器連接起來(lái)。電腦也成為一種普通的家電。當(dāng)電腦家電化之后，未來(lái)的電腦將如同現(xiàn)在的電視機(jī)一樣，消費(fèi)者可能只需拿起遙控器便可快速完成上Internet、玩游戲、控制視聽影音器材甚至控制家里的電燈、電話等電器，真正實(shí)USB2.0和IEEE1394有什么區(qū)別呢?它們最大的區(qū)別是接口不同、傳輸速率不同和可連接設(shè)備數(shù)量不同：USB2.0采用USB接口、480Mbps、可連接127臺(tái)設(shè)備，而IEEE1394規(guī)格為400Mbps、可連接63臺(tái)設(shè)備，不過(guò)，IEEE1394設(shè)備間可直接通信，不需要PC存在。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各個(gè)功能部件都是通過(guò)總線交換數(shù)據(jù)，總線的速度對(duì)系統(tǒng)性能有著極大的影響。而也正因?yàn)槿绱?，總線被譽(yù)為是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。但相比CPU、顯卡、內(nèi)存、硬盤等功能部件，總線技術(shù)的提升步伐要緩慢得多。在PC發(fā)展的二十余年歷史中，總線只進(jìn)行三次更新?lián)Q代，但它的每次變革都令計(jì)算機(jī)的面貌煥然一新。在下面的文字中，我們將向大家介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線的詳細(xì)發(fā)展歷程，包括早期的PC總線和ISA總線、PCI/AGP總線、PCI-X總線以及目前主流的PCIExpress、HyperTransport高速串行總線。PC總線與ISA總線PC總線是最古老的總線之一，雖然在它之前還有諸如MCA、VESA在內(nèi)的多種總線規(guī)格，但它卻是第一種被認(rèn)可為廣泛標(biāo)準(zhǔn)的總線技術(shù)。PC總線最早出現(xiàn)在IBM公司1981年推出的PC/XT電腦中，它基于8位結(jié)構(gòu)的8088處理器，也被稱為PC/XT總線。PC總線沿用了三年多時(shí)間，直到1984年，IBM推出基于16位英特爾80286處理器的PC/AT電腦，系統(tǒng)總線才被16位的PC/AT總線所代替。而這個(gè)時(shí)候，PC產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，加之IBM允許第三方廠商開發(fā)兼容產(chǎn)品，PC/AT總線規(guī)范也被逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，并衍生出著名的ISA總線(IndustryStandardArchitecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu))。與PC/AT總線不同，ISA總線采用8位和16位模式，它的最大數(shù)據(jù)傳輸率為8MBps和16MBps—今天來(lái)看這樣的性能低得不可思議，但在當(dāng)時(shí)8MBps的速率綽綽有余，完全可滿足多個(gè)CPU共享系統(tǒng)資源的需要。既然是標(biāo)準(zhǔn)化的總線技術(shù)，ISA就基本不存在什么兼容性問題，后來(lái)的兼容PC也無(wú)一例外都采用ISA技術(shù)作為系統(tǒng)總線。ISA總線一直貫穿286和386SX時(shí)代，在當(dāng)時(shí)，16位X86系統(tǒng)對(duì)總線性能并沒有太高的要求，ISA也沒有遭遇任何麻煩。但在32位386DX處理器出現(xiàn)之后，16位寬度的ISA總線就遇到問題，總線數(shù)據(jù)傳輸慢使得處理器性能也受到嚴(yán)重的制約。有鑒于此，康柏、惠普、AST、愛普生等九家廠商協(xié)同將ISA總線擴(kuò)展到32位寬度，EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture，擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu))總線由此誕生—這是發(fā)生在1988年的事情。計(jì)算機(jī)總線技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)篇1總線，英文叫作“BUS”，即我們中文的“公共車”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們?nèi)魏稳硕伎梢宰曹嚾ピ摋l公共車路線的任意一個(gè)站點(diǎn)。如果把我們?nèi)吮茸魇请娮有盘?hào)，這就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當(dāng)然，從專業(yè)上來(lái)說(shuō)，總線是一種描述電子信號(hào)傳輸線路的結(jié)構(gòu)形式，是一類信號(hào)線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道。通過(guò)總線能使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個(gè)部件通過(guò)總線相連接，外部設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的接口電路再與總線相連接。從20世紀(jì)50年代至今一直都在使用著一種信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，那就是4一20mA的模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代，數(shù)字式計(jì)算機(jī)引人到測(cè)控系統(tǒng)中，而此時(shí)的計(jì)算機(jī)提供的是集中式控制處理。20世紀(jì)80年代，微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌人到各種儀器設(shè)備中，形成了分布隨著微處理器的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了以IC代替常規(guī)電子線路，以微處理器為核心，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數(shù)字式智能化儀表產(chǎn)品，其本身具備了諸如自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)調(diào)零、自校正、自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報(bào)告、狀態(tài)報(bào)告、趨勢(shì)圖等功能通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，基于質(zhì)量分析的維護(hù)管理、與安全相關(guān)系統(tǒng)的測(cè)試記錄、環(huán)境監(jiān)視需求的增加，都要求儀表能在當(dāng)?shù)靥幚硇畔?，并在必要時(shí)允許被管理和訪問，這些也使現(xiàn)場(chǎng)儀表與上級(jí)控制系統(tǒng)的通信量大增。另外，從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面提出新需求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生?？偩€的優(yōu)點(diǎn)就是能夠更加方便地更換各個(gè)部件。如果您想更換一個(gè)更好的顯卡，您只需從總線上拔掉原來(lái)的顯卡，然后插上新的就可以了。如果您要在計(jì)算機(jī)上安裝兩個(gè)顯示器，只需在總線上插入兩個(gè)顯卡。二、三十年前，處理器的速度要非常慢，以便與總線同步，即總線與處理器的速度相同。而且當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)上只有一條總線。處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度非?？?，多數(shù)計(jì)算機(jī)都有兩條或更多的'總線。每條總線專用于特定類型的流量?，F(xiàn)今，一臺(tái)典型的臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)一般有兩條主總線：一條是我們通常所說(shuō)的系統(tǒng)總線或局部總線，用于連接微處理器（中央處理器）和系統(tǒng)內(nèi)存。它是系統(tǒng)中運(yùn)行最快的總線。另一條總線的速度較慢，用于與硬盤和聲卡等部件進(jìn)行通信。這種類型的總線最常見的是PCI總線。這些運(yùn)行較慢的總線通過(guò)橋接器連接到系統(tǒng)總線，因?yàn)闃蚪悠魇怯?jì)算機(jī)芯片組的一部分并能起到流量交換的作用，所以能夠?qū)⑵渌偩€的數(shù)據(jù)集成到系統(tǒng)總線。其實(shí)還有其他的總線。例如，通用串行總線（USB），用于把照相機(jī)、掃描儀和打印機(jī)等設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)。它利用細(xì)線纜連接到設(shè)備，并且多個(gè)設(shè)備可以同時(shí)共用一根總線。FireWire是另一種總線，主要用于攝影機(jī)和外置硬盤。分類總線分類的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等，下面是幾種最常用的分類方法。按功能分最常見的是從功能上來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行劃分，可以分為地址總線（addressbu