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1、本章主要教學(xué)內(nèi)容 l總線的基本概念，微機(jī)總線的組成結(jié)構(gòu) l片內(nèi)總線、內(nèi)總線、外總線的含義及其應(yīng)用特點(diǎn) l常用系統(tǒng)總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳特性 l常用局部總線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳特性 l微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用的標(biāo)準(zhǔn)總線及特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合,第4章 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù),,第4章 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù),本章教學(xué)目的及要求 l從總線的基本概念入手，分析常用的系統(tǒng)總線和局部總線，熟悉各類總線的特點(diǎn)和功能 。 l掌握系統(tǒng)總線、局部總線的應(yīng)用。 l熟悉微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用的標(biāo)準(zhǔn)總線 。,,4.1 總線技術(shù)概述 4.1 總線技術(shù)概述 通常有以下3類總線： 1. 微處理器片內(nèi)總線 片內(nèi)總線（有時(shí)也稱為局部總線）是指在微處

2、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(jí)的互連。 2. 內(nèi)總線 內(nèi)總線（有時(shí)也稱為板極總線或系統(tǒng)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。 3. 外部總線 這是微型計(jì)算機(jī)之間或微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線，也稱為通信總線，主要用于設(shè)備級(jí)的互連。,,,,4.2 系統(tǒng)總線 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時(shí)所采用的數(shù)據(jù)通道。 系統(tǒng)總線從性能上可以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。高端總線可以支持32位、64位微處理器，它提

3、高了數(shù)據(jù)傳輸率和處理能力，對(duì)微處理器的依賴性在減小，同時(shí)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(dòng)配置等特點(diǎn)。,4.2.1 STD總線 STD（Standard）總線是在1978年推出的用于工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線。STD總線不僅是國(guó)外流行的工業(yè)控制機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線，而且也是我國(guó)工業(yè)控制機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線。 1. STD總線的特點(diǎn) lSTD總線具有較好的兼容性 lSTD總線的電路板采用小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化，開(kāi)發(fā)周期短 l STD總線采用一整套高可靠性措施 lSTD總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能夠支持多微處理器系統(tǒng)l STD總線品種齊全，價(jià)格低廉，性能良好，易選用,,,5 4.2.2

4、ISA總線 ISA（Industry Standard Architecture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。 一般來(lái)說(shuō)，ISA總線具有以下特點(diǎn)： l 既支持8位數(shù)據(jù)操作，也支持16位數(shù)據(jù)操作 l可以將PC/AT總線和PC/XT總線的運(yùn)行速度提升至8MHz l強(qiáng)調(diào)I/O處理能力 l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(jiǎn)便 l ISA是一種多主控設(shè)備總線 l可供選擇的ISA插件卡品種較多,,1. 8位ISA總線 8位ISA總線是最早的PC機(jī)系統(tǒng)總線，也叫做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視為總線的唯一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備

5、均為從屬設(shè)備。 8位ISA總線是一種開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)總線，在總線母板上有8個(gè)系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備和PC機(jī)的連接。由于8位ISA總線具有價(jià)格低、可靠性好、使用靈活等特點(diǎn)，并且對(duì)插板兼容性好。 8位ISA總線引腳信號(hào)總共有62條。通過(guò)一個(gè)31腳分為A、B兩面的連接插槽來(lái)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(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。,,2. 16位ISA總線 PC/AT總線在PC/XT 62引腳總線的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)36引腳的插槽，形成前62引腳和后32引腳的兩個(gè)插座，這樣就構(gòu)成了16位ISA總線。它可以利用前62引腳的插座插入與PC/XT總線

6、兼容的8位接口電路卡，也可以利用整個(gè)插座插入16位接口電路卡。 16位ISA總線的前62引腳的信號(hào)分布及其功能與8位ISA總線基本相同，僅有兩處作了改動(dòng)。 16位ISA總線中新增加的36引腳插槽信號(hào)擴(kuò)展了8位數(shù)據(jù)線、7位地址線、存儲(chǔ)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。 新插槽中的引腳信號(hào)分為C（元件面）和D（焊接面）兩列。,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(shí)，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4-5所示，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部采用高速總線，DRAM通過(guò)內(nèi)存總線與CPU進(jìn)行高速信息交換

7、。 中斷通常由一對(duì)8259A可編程中斷控制器處理，兩個(gè)8259A采取級(jí)聯(lián)方式連接，ISA總線以擴(kuò)展插槽形式對(duì)外開(kāi)放，磁盤控制器、顯示卡、聲卡、打印機(jī)等接口卡均可插在8MHz、8/16位ISA總線插槽上，以實(shí)現(xiàn)ISA支持的各種外設(shè)與CPU的通信。,,,圖4-5 ISA體系結(jié)構(gòu),4.2.3 EISA總線 EISA（Extended Industry Standard Architecture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。 EISA總線最常見(jiàn)的應(yīng)用是作為磁盤控制器和視頻圖形適配器。EISA總線用于32 位微型計(jì)算機(jī)中，它具有32位數(shù)據(jù)線，支持8位、16位或32位的數(shù)據(jù)存取，支持

8、32位的尋址，可尋址4GB的存儲(chǔ)空間，也支持64KB的I/O端口尋址。此外，還支持11級(jí)中斷、支持高速傳輸、支持7個(gè)DMA通道、支持多主控器、支持I/O等待和I/O校驗(yàn)等。,4.3 局部總線 4.3.1 VESA總線 VESA（Video Electronics Standards Association 視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）總線是一種32位接口的局部總線，通常稱為VL總線。 由于EISA總線工作頻率是8MHz，而VESA局部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz。因此，需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)可以采用VESA局部總線。它通常用于視頻和磁盤到基于80486的PC機(jī)的接口。,4.3.2 PCI總線 PC

9、I（Peripheral Component Interconnect 外部組件互連）是目前最常用的系統(tǒng)總線。該總線是廠家自發(fā)制定的一種企業(yè)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，是專門為Pentium系列芯片設(shè)計(jì)的。采用面向PCI標(biāo)準(zhǔn)的芯片時(shí)，可以大大降低構(gòu)造系統(tǒng)的成本，對(duì)計(jì)算機(jī)總線的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。 PCI V2.0版本支持32/64位數(shù)據(jù)總線，總線時(shí)鐘為2533MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)132264MB/s。1995年推出的PCI V2.1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。這個(gè)速度是最初的IBM PC總線的100倍，是最快的ISA總線的40倍。PCI總線的優(yōu)良性能使它

10、成為當(dāng)前Pentium系列芯片的最佳選擇，現(xiàn)在所有Pentium主板都使用了PCI V2.1和更新版的PCI總線。,PCI總線的特點(diǎn) l采用了數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了總線引腳數(shù)，其目標(biāo)設(shè)備可用47引腳，總線主控設(shè)備可采用 49引腳 l提供兩種工作信號(hào)環(huán)境，即5V和3.3V l 對(duì)32位與64位總線的使用是透明的，它允許32位與64位器件相互協(xié)作。 l允許PCI局部總線擴(kuò)展卡和元件進(jìn)行自動(dòng)配置，提供了即插即用的能力。 lPCI總線獨(dú)立于處理器，工作頻率與CPU時(shí)鐘無(wú)關(guān)，可以支持多機(jī)系統(tǒng)。 lPCI總線具有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多種總線，同時(shí)還預(yù)留了

11、發(fā)展空間。,,4.3.3 AGP總線 AGP總線是對(duì)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(chǔ)器，而無(wú)需先預(yù)取至視頻存儲(chǔ)器中。 AGP總線采用了地址和數(shù)據(jù)的多路復(fù)用，從而把整個(gè)32位的數(shù)據(jù)總線留出來(lái)給圖形加速器。同時(shí)，采用內(nèi)存請(qǐng)求流水線技術(shù)，隱含了對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)造成的延遲，允許系統(tǒng)處理圖形控制器對(duì)內(nèi)存進(jìn)行多次請(qǐng)求。 AGP總線還通過(guò)把圖形接口繞行到專用的適合傳輸高速圖形、圖像數(shù)據(jù)的AGP通道上，解決了PCI帶寬問(wèn)題。,4.4 其它總線介紹 4.4.1 USB總線 1. USB總線的特點(diǎn) USB的

12、全稱是通用印行總線（Universal Serial Bus），它是一種支持即插即用的新型串行接口。USB總線具有以下特點(diǎn)： （1）USB為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的連接類型，簡(jiǎn)化了用戶在判斷哪個(gè)插頭對(duì)應(yīng)哪個(gè)插槽的任務(wù)。 （2）USB排除了對(duì)鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤和打印機(jī)不同接口的需求，采用四線電纜，兩根作為數(shù)據(jù)傳輸線，其余兩根用來(lái)為設(shè)備提供電源，從而減少了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。,,（3）USB支持熱插拔，也就是說(shuō)在不關(guān)PC機(jī)的情況下可以安全地插上和斷開(kāi)USB設(shè)備。熱插拔能力USB的安全、可靠和智能。其它普通的外部設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)，如SCSI等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能增加或移走外圍設(shè)備

13、。 （4）USB支持PNP（Plag and Play），也就是即插即用。當(dāng)插入U(xiǎn)SB設(shè)備的時(shí)候，主計(jì)算機(jī)設(shè)備檢測(cè)該外設(shè)并巳通過(guò)加載相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)υ撛O(shè)備進(jìn)行配置。 （5）USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性。USB直接連接的設(shè)備可以通過(guò)USB電纜供電，USB傳輸線中的兩條電源線可以提供5V電源供USB設(shè)備使用。,（6）USB傳輸線能夠提供100mA的電流，而帶電源的USB Hub使得每個(gè)接口可以提供500 mA的電流。 （7）USB V1.1規(guī)范提供全速12Mbps的模式和低速1.5Mbps的模式，USB V2.0規(guī)范提供高達(dá)480Mbps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(duì)

14、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根供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型。 （10）USB使得多個(gè)外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信，最多支持127個(gè)設(shè)備。電腦的USB接口有限，必須使用USB Hub增加分支，根據(jù)USB規(guī)范，USB Hub最多提供7個(gè)分支。,2. 數(shù)據(jù)傳輸類型 在USB規(guī)范中規(guī)定了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。 （1）控制（Control）傳輸方式：是雙向傳輸，傳輸?shù)牟皇菙?shù)據(jù)，而是控制信號(hào)，主要被USB系統(tǒng)軟件用來(lái)進(jìn)行查詢，配置和給USB設(shè)備發(fā)送通用的命令。 （2）同步（Isochronous）傳

15、輸方式：提供了確定的帶寬和時(shí)間間隔。該方式用來(lái)連接需要連續(xù)傳輸?shù)耐鈬O(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)的正確性要求不高，但對(duì)時(shí)間較為敏感。 （3）中斷（Interrupt）傳輸方式：主要用于定時(shí)查詢?cè)O(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸。設(shè)備端點(diǎn)模式器的結(jié)構(gòu)決定了它的查詢頻率，從1255ms之間 （4）批量（Bulk）傳輸方式：主要應(yīng)用在大量傳輸和接收數(shù)據(jù)上，同時(shí)又沒(méi)有帶寬和時(shí)間間隔的要求，保證傳輸數(shù)據(jù)正確無(wú)誤，但對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)效性要求不高。,3. USB總線的拓樸結(jié)構(gòu) USB設(shè)備和USB主機(jī)通過(guò)USB總線相連。USB的物理連接是一個(gè)星型結(jié)構(gòu)，集線器（Hub）位于每個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機(jī)和某個(gè)集成器，或某一功能設(shè)備之間的一

16、個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是一個(gè)集線器與另一個(gè)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4-9所示。,圖4-9 USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,,,,4.4.2 IEEE1394 IEEEl394是一種高性能的串行總線。它的應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過(guò)100kb/s的硬盤和視頻外設(shè)。利用同樣的四條信號(hào)線，IEEE1394即可以同步傳輸，也可以支持異步傳輸。這四根信號(hào)線分為差模時(shí)鐘信號(hào)線對(duì)和差模數(shù)據(jù)線對(duì)。 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，它具有許多顯著的特點(diǎn)： （1）高傳輸速率：它的傳輸速率可達(dá)到100Mbps、200Mbps、400Mbps

17、（2）IEEE1394采用兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：同步傳輸模式和異步傳輸模式 （3）IEEE1394可以實(shí)現(xiàn)即插即用并支持熱插拔,,IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖,,2. IEEE1394的尋址 用1394聯(lián)接起來(lái)的設(shè)備，它們采用一種內(nèi)存編址方法，各設(shè)備就象內(nèi)存空間中的存儲(chǔ)單元一樣。設(shè)備地址有64位寬，占用10位作為網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，6位用作節(jié)點(diǎn)號(hào)，48位用作內(nèi)部編址。這樣可得到總共64個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有1023個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，每個(gè)ID號(hào)又具有231TM的內(nèi)存編址。 內(nèi)存編址顯然優(yōu)于通道編址，它可以把設(shè)備資源當(dāng)作寄存器或內(nèi)存，因而可以進(jìn)行處理器到內(nèi)存的直接傳輸。每一個(gè)總線段稱作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可對(duì)節(jié)點(diǎn)分別編址、

18、復(fù)位和校驗(yàn)，許多節(jié)點(diǎn)在物理上形成一個(gè)模塊，多個(gè)端口又可以集中在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。,,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。,,4.4.3 I2C總線 1. I2C總線簡(jiǎn)介 I2C總線（Inter IC Bus）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總線后將會(huì)大大改變單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能、對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)帶來(lái)如下好處： （1）可最大限度地簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)方式

19、大大地縮短了新品種的開(kāi)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)構(gòu)成具有最大的靈活性。 （6）I2C總線系統(tǒng)可方便地對(duì)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。,,2. I2C總線特點(diǎn) （1）二線傳輸。 （2）系統(tǒng)中有多個(gè)主器件時(shí)，這些器件都可作總線的主控制器（無(wú)中心主機(jī)）。 （3）I2C總線傳輸時(shí)，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及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(kāi)漏晶體管組成，其自身的電源可以獨(dú)立，線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。,,3. I

20、2C總線原理 （1）數(shù)據(jù)傳輸方式 I2C總線上的器件之間通過(guò)串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL相連接并傳送信息。每一個(gè)器件由唯一的地址連接到總線上，可以根據(jù)地址來(lái)識(shí)別器件。 送到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須為8位，每次傳送的字節(jié)數(shù)不限，但每個(gè)字節(jié)后面必須跟1個(gè)響應(yīng)位。 （2）I2C總線的尋址約定 在I2C總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約中，尋址字節(jié)由被控器的七位地址位（它占據(jù)了D7一D1位）和一位方向位（為D0位）組成。方向位為0時(shí)表示主控器將數(shù)據(jù)寫入被控器，為1時(shí)則表示主控器從被控器讀取數(shù)據(jù)。,,I2C總線系統(tǒng)中，主器件（單片機(jī)）作為被控器時(shí)，其7位從地址在I2C總線地址寄存器中約定，為純軟件地址。而非單片機(jī)類型的

21、外圍器件地址完全由器件類型與引腳電平給定，即器件的7位地址由器件編號(hào)地址（高4位D7D4）和引腳地址（低3位D3D0）組成，如8位I/O擴(kuò)展器件PCF8574其器件編號(hào)地址為0111，引腳地址為A2、A1、A0。如果在I2C總線系統(tǒng)中NF8574地址引腳A2、A1、A0皆接地，則該器件的尋址字節(jié)為SLAW70H，SLAR7lH。I2C總線上同一編號(hào)地址器件最大允許接入數(shù)量取決于可利用的地址引腳數(shù)。 在I2C總線系統(tǒng)中，帶有I2C總線的單片機(jī)，其I2C總線輸入輸出口的電氣結(jié)構(gòu)、相關(guān)的特殊功能寄存器（SFR）設(shè)置以及所提供的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，為用戶掌握PC總線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件的編制帶來(lái)極大方便。,

22、本章小結(jié),總線是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它傳遞著CPU和其它部件之間的各類信息，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，使微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有組態(tài)靈活、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。微型計(jì)算機(jī)的主板上通常配有CPU總線、Cache總線、內(nèi)存總線、系統(tǒng)總線、局部總線、外設(shè)總線等?？偩€性能的好壞直接影響到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體工作性能。 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(guò)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(chǎng)合中合理地選擇和使用總線。,,,,,,,Thank you very much ! 本章到此結(jié)束， 謝謝您的光臨！,