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1、,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,YCF,（中職）計算機(jī)原理模塊六教學(xué)課件,模塊6 總線技術(shù),任務(wù)1 總線的基本概念,,6.1.1 總線的作用、性能與參數(shù),,6.1.2 總線的組成,,6.1.3 總線標(biāo)準(zhǔn),,任務(wù)2 總線信號的傳輸方式與分類,,6.2.1 信號傳輸方式,,6.2.2 總線分類,,6.2.3 總線的結(jié)構(gòu),下一頁,,,模塊6 總線技術(shù),,6.2.4總線操作,,任務(wù)3 總線周期,,6.3.1總線周期和總線操作術(shù)語,,6.3.2單傳送周期,,6.3.3成組周期,,6.3.4中斷確認(rèn)周期,,6.3.5專用總線周

2、期,,下一頁,上一頁,,,模塊6 總線技術(shù),任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),,6.4.1 ISA總線,,6.4.2 EISA總線,,任務(wù)5 PCI局部總線,,6.5.1 PCI總線扮演的角色,,6.5.2 PCI局部總線的特性,,6.5.3 即插即用,,下一頁,上一頁,,,模塊6 總線技術(shù),6.5.4 PCI標(biāo)準(zhǔn)化,,6.5.5 ACP總線,,任務(wù)6 外部設(shè)備總線,,6.6.1 USB總線,,6.6.2 IEEE 1394總線,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,總線是計算機(jī)各組成部件之間傳送數(shù)據(jù)信息的公共通路。利用總線可實(shí)現(xiàn)CPU與主存、外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送與通信。本模塊首先簡要介紹總線的基

3、本概念、總線的組成與標(biāo)準(zhǔn)、總線信號傳送方式、總線分類，然后介紹總線的基本結(jié)構(gòu)與功能;最后，給出微型計算機(jī)中的常見總線，例如，ISA ,PCI ,AGP ,RS -23X/485 , SCSI ,IDE以及USB等。,,在微機(jī)系統(tǒng)中，總線分為片內(nèi)總線、片級總線和系統(tǒng)總線。其中，片內(nèi)總線用以連接CPU內(nèi)部的各個部件，例如ALU、通用寄存器、內(nèi)部Cache等。片級總線用以連接CPU、存儲器及I/O接口等電路，構(gòu)成所謂的主機(jī)板;系統(tǒng)總線用來連接外部設(shè)備。這里主要介紹系統(tǒng)總線的概念、類型、性能與連接使用方法。,下一頁,返回,,,任務(wù)1總線的基本概念,6.1.1總線的作用、性能與參數(shù),,1.總線的作用,,

4、總線是連接計算機(jī)各組成部件的共用數(shù)據(jù)通路。連接在總線上的各個部件以分時的方式共享總線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。計算機(jī)工作的過程，實(shí)質(zhì)上就是數(shù)據(jù)流通過總線在各個部件之間流動的過程。因此，總線也是計算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分。,,目前，在微機(jī)系統(tǒng)中有多種總線標(biāo)準(zhǔn)。各生產(chǎn)廠商按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和生產(chǎn)各種板卡組件，以便用戶連接使用，構(gòu)成完整的計算機(jī)。微型計算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)可參見圖1-30,,總線的作用主要表現(xiàn)在兩個方面。一是連接計算機(jī)的各組成部件，構(gòu)成不同規(guī)模的計算機(jī)系統(tǒng);二是在各組成部件之間形成通路，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的傳送。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,采用總線結(jié)構(gòu)也有利于硬件系統(tǒng)的連接與擴(kuò)展，有利

5、于系列化產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)。因此，如今的計算機(jī)無一例外地采用了總線結(jié)構(gòu)。,,2.總線的特性與參數(shù),,從使用的角度來看，總線的特性可概括為兩個方面，即分時性與共享性。其中，共享性是指總線為掛接在其上的多個部件所共有;分時性是指同一總線可由多個部件分時使用。,,但是在同一時刻，只能有一個部件發(fā)送數(shù)據(jù)，可有多個部件接收數(shù)據(jù)?？偩€的參數(shù)主要有帶寬、位寬和時鐘頻率。,,1)總線帶寬,,總線帶寬即總線傳送數(shù)據(jù)的速率，是指單位時間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量，常用單位有MBps和Mbps，與總線的位寬及時鐘頻率有著密切的關(guān)系。前者是指每秒傳送的二進(jìn)制字節(jié)數(shù)，后者是指每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1

6、總線的基本概念,2)總線位寬,,總線的位寬是指總線能同時傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與總線中數(shù)據(jù)線的位數(shù)一致，即人們常說的8位、16位、32位和64位等，直接影響總線的帶寬。,,3)時鐘頻率,,與計算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送相同，總線數(shù)據(jù)也是在時鐘脈沖的控制下進(jìn)行傳送的。因此，時鐘頻率也是總線的一個重要參數(shù)，直接影響總線的帶寬。時鐘頻率越高，帶寬也就越高。,,6.1.2總線的組成,,隨著計算機(jī)的發(fā)展，系統(tǒng)總線已有多種，例如早期的ISA , EISA , VESA總線和現(xiàn)在用得比較多的有PCI , AGP等。另外，還有用于通信的RS-232C , SCSI , IDE及USB等。但是不管何種類型，都無一例外地

7、包含3個部分，即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,1.數(shù)據(jù)總線,,數(shù)據(jù)總線用來傳送數(shù)據(jù)，其位數(shù)亦稱為數(shù)據(jù)總線的寬度。它反映的是一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，例如ISA總線的數(shù)據(jù)寬度為16位，PCI總線的數(shù)據(jù)寬度為32位。也就是說，ISA總線一次可以傳送16位數(shù)據(jù)，PCI總線一次可以傳送32位數(shù)據(jù)。,,2.地址總線,,地址總線用來傳送存儲器或外設(shè)端口地址。無論是存儲器還是外部設(shè)備，所有數(shù)據(jù)都按地址存儲。因此，在數(shù)據(jù)傳送時，必須先傳送地址。其中，地址線的位數(shù)亦稱為地址寬度，它反映的是CPU的尋址范圍。例如，ISA總線的地址寬度為20位，尋址范圍為2,20,= 1

8、MB;PCI總線的地址寬度為32位，尋址范圍為2,32,= 4 GB。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,3.控制總線,,控制總線用于傳送各種控制信號。在不同的總線結(jié)構(gòu)中，控制總線往往有較大的差異。例如，種類不同，有效信號的定義可能不同，但是基本信號必不可少。例如，地址有效信號、讀命令、寫命令、中斷請求/響應(yīng)信號、總線請求/響應(yīng)信號等。,,除此之外，還有電源線和地線。為了適應(yīng)不同設(shè)備的需要，電源線可能有多種，例如+5V, -5V, +12V, -12V、甚至,±24 V等。地線也有多條，一方面滿足接口電路板設(shè)計時對地線的需求，另一方面有利于提高信號傳送時的抗干擾能力。,下一頁,返

9、回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,6.1.3總線標(biāo)準(zhǔn),,1.總線標(biāo)準(zhǔn),,總線標(biāo)準(zhǔn)是指國際上公認(rèn)的有關(guān)總線的一些約定和互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定了總線連接中所使用的信號、信號線的數(shù)目、名稱、排列順序、電平標(biāo)準(zhǔn)、時序信號以及插件的尺寸等。通過嚴(yán)格的電氣與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，各功能模板可以方便地互連。,,在微機(jī)系統(tǒng)中，總線分為片內(nèi)總線、片級總線和系統(tǒng)總線。目前，片內(nèi)總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未得到妥善的解決，主要原因是各廠商生產(chǎn)的LSI芯片沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。片級總線用于主機(jī)板或插件上各芯片之間的連接，一般與CPU的外部信號線一致。而系統(tǒng)總線是各插件板或外部設(shè)備與主機(jī)板的連接線路，目前已有多種標(biāo)準(zhǔn)。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總

10、線的基本概念,總線標(biāo)準(zhǔn)定義的方式主要有兩種，一是國際組織定義，例如美國IEEE(電氣及電子工程師協(xié)會)推出的IEEE-488 ,EIA(電子工業(yè)協(xié)會)推出的RS-232C等。另一種是生產(chǎn)廠商獨(dú)家或多家聯(lián)合推出，然后得到社會的公認(rèn)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中所使用的總線，多屬于后者。例如，IBM公司推出的ISA總線、Intel公司推出的PCI總線等。,,2.標(biāo)準(zhǔn)化總線的意義,,在微型計算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)，無論是在微型計算機(jī)的設(shè)計、生產(chǎn)還是維護(hù)方面都表現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)，概括起來有以下幾個方面。,,(1)有利于模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)時，每一種模塊都有自己的功能與用途，可由不同的專業(yè)人

11、士去設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試。但是，只要采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線接口，即可互連。因此，為計算機(jī)的設(shè)計、安裝和調(diào)試提供了極大的方便。同時，也降低了單一廠商設(shè)計和生產(chǎn)的風(fēng)險。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,(2)采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)，有利于多廠商聯(lián)合生產(chǎn)。這樣，一方面有利于兼容機(jī)、兼容插件的生產(chǎn);另一方面提高了不同廠商產(chǎn)品的通用性與互換性。,,(3)有利于系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級。在一般微機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)板上都備有多個總線插槽，供用戶升級或者擴(kuò)充時使用。,,(4)便于故障的診斷與維修。由于總線信號采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此出現(xiàn)故障時容易檢測和定位。對于無法修復(fù)的模塊，也容易選用同功能、同標(biāo)準(zhǔn)的模塊予以更換。為故障

12、的診斷與維護(hù)提供了方便，同時還可降低成本。,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,6.2.1信號傳偷方式,,在微型計算機(jī)系統(tǒng)中，信號傳送的方式主要有兩種，即串行和并行。,,1.串行傳送,,串行傳送是指數(shù)據(jù)信號一位接著一位，在一條傳輸線上傳送。串行傳送時，一般低位在先，高位在后。1和。的確定，可用正邏輯表示，也可用負(fù)邏輯表示。所謂正邏輯表示是指高電平表示1，低電平表示。;負(fù)邏輯表示，正好相反。數(shù)據(jù)位的確定，由同步脈沖進(jìn)行，可采用內(nèi)同步或者外同步。,,串行傳送的主要優(yōu)點(diǎn)是需要的傳輸線少，成本低廉，適合于遠(yuǎn)距離傳送;但是，傳送速率低。,下一頁,返回,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,2

13、.并行傳送,,并行傳送是采用多條傳輸線，同時傳送多位數(shù)據(jù)。因此，傳輸速率比串行高。但是，所需傳輸線路多，成本高，常用于近距離傳送。數(shù)據(jù)線的寬度一般有8位、16位、32位、64位、128位等。,,在并行傳送時，若數(shù)據(jù)字長大于數(shù)據(jù)線的寬度時，常把多位數(shù)據(jù)分段傳送。例如，先傳送低字節(jié)，再傳送高字節(jié)。因此，這種傳送方式也稱為分組傳送。例如，8088 CPU內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)的并行運(yùn)算，而外部僅有8位數(shù)據(jù)線，因此16位的數(shù)據(jù)需分兩次傳送。因此有的書中，稱之為并串行傳送。,,另外，按照數(shù)據(jù)的組織與定時方式，總線數(shù)據(jù)傳送還可分為同步方式、異步方式和半同步方式。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸

14、方式與分類,6.2.2總線分類,,微型計算機(jī)從誕生以來就采用了總線結(jié)構(gòu)。CPU通過總線讀取指令，傳送數(shù)據(jù)，或者與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。從不同的角度出發(fā)，總線可有不同的分類方式。在此，按總線的使用范圍與功能分為3種類型，即片內(nèi)總線、片級總線、系統(tǒng)總線。,,1.片內(nèi)總線,,片內(nèi)總線位于集成電路芯片的內(nèi)部，用來連接片內(nèi)的各功能部件，例如ALU、寄存器、片內(nèi)Cache、總線接口部件等，一般由芯片生產(chǎn)廠家設(shè)計，目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。,,2.片級總線,,片級總線是在主機(jī)板上連接各集成電路的總線，例如連接CPU、存儲器、I/O接口電路等。因此，也稱主機(jī)板局部總線。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方

15、式與分類,3.系統(tǒng)總線,,系統(tǒng)總線是主機(jī)板與外設(shè)接口板連接的總線。主機(jī)板通過系統(tǒng)總線與接口板連接，再通過接口板與外部設(shè)備連接，從而構(gòu)成微型計算機(jī)系統(tǒng)。為了獲取不同的傳輸性能，或與不同的接口板連接，在一種微機(jī)主板上往往備有多種系統(tǒng)總線及其插槽。例如，ISA ,PCI以及AGP總線接口等。,,另外，為了滿足遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，在系統(tǒng)總線中又有另一類總線。它通過電纜線與外部設(shè)備連接，例如與磁盤連接的IDE,SCSI,USB總線等，用于串行通信的RS-232/485以及IEEE 1394總線等。在有的書中，稱其為通信總線。,,6.2.3總線的結(jié)構(gòu),,微機(jī)總線按照應(yīng)用特點(diǎn)，其組成結(jié)構(gòu)有如下幾種形式。,下一頁

16、,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,1.單總線結(jié)構(gòu),,單總線結(jié)構(gòu)是將CPU、主存、I/O設(shè)備都掛在一組總線上，允許I/O之間、I/O與主存之間直接交換信息。這種結(jié)構(gòu)最明顯的特點(diǎn)是當(dāng)I/O與主存交換信息時，原則上不影響CPU的工作，CPU仍可繼續(xù)處理不訪問主存或I/O的操作，使得CPU工作效率有所提高。但因?yàn)橹挥幸唤M總線，當(dāng)某一時刻各部件都要占用時會出現(xiàn)爭奪總線使用權(quán)的現(xiàn)象。,,單總線結(jié)構(gòu)多數(shù)為微型機(jī)或小型機(jī)所采用。計算機(jī)應(yīng)用范圍越大，其外部設(shè)備的種類和數(shù)量就越多，且它們對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧亢蛡鬏斔俣鹊囊笠簿驮絹碓礁?。若仍然采用單總線結(jié)構(gòu)，當(dāng)I/O設(shè)備量很大時，總線發(fā)出的控制信號從一

17、端逐個順序傳遞到第n個設(shè)備，其傳播的延遲時間會嚴(yán)重地影響系統(tǒng)工作效率。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,在數(shù)據(jù)傳輸需求量和傳輸速度要求不太高的情況下，為克服總線瓶頸問題，可采用增加總線寬度和提高傳輸速率來解決。但當(dāng)總線上的設(shè)備如高速視頻顯示器、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口等，其數(shù)據(jù)量很大且傳輸速度要求相當(dāng)高時，單總線結(jié)構(gòu)就無法滿足系統(tǒng)的工作需要。因此，為了解決CPU、主存與I/ O設(shè)備之間傳輸速率的不匹配，實(shí)現(xiàn)CPU與其他設(shè)備相對同步的問題，需要采用雙總線或多總線結(jié)構(gòu)。,,2.雙總線結(jié)構(gòu),,雙總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將速度較低的I/O設(shè)備從單總線上分離出來，形成存儲總線與I/O總線分開的結(jié)構(gòu)

18、。,,雙總線結(jié)構(gòu)中，存儲總線用來連接CPU和主存，輸入/輸出總線用來建立CPU和各I/O之間交換信息的通道。各種I/O設(shè)備通過I/O接口掛到I/O總線上。該結(jié)構(gòu)在I/O設(shè)備與主存交換信息時仍然要占用CPU，因此，會影響CPU的工作效率。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,通道是一個具有特殊功能的處理器，CPU將一部分功能下放給通道，使其對I/O設(shè)備具有統(tǒng)一管理的功能，以完成外部設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，系統(tǒng)的吞吐能力可以相當(dāng)大。這種結(jié)構(gòu)大多用于大、中型計算機(jī)系統(tǒng)。,,如果將速率不同的I/O設(shè)備進(jìn)行分類，然后將它們連接在不同的通道上，那么計算機(jī)系統(tǒng)的利用率將會更高，由此發(fā)

19、展成多總線結(jié)構(gòu)。,,3.多總線結(jié)構(gòu),,如果微機(jī)系統(tǒng)中采用了DMA控制器可形成三總線結(jié)構(gòu)，其中主存總線用于CPU與主存之間的信息傳輸;I/O總線供CPU與各類I/O設(shè)備之間的信息傳遞;DMA總線用于高速外設(shè)(如磁盤等)與主存之間直接交換信息。,,三總線結(jié)構(gòu)中，任一時刻只能使用一種總線。主存總線與DMA總線不能同時對主存進(jìn),下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,行存取，I/O總線只有在CPU執(zhí)行I/O指令時才用到。,,為進(jìn)一步提高I/O的性能，使其更快地響應(yīng)命令，又出現(xiàn)了四總線結(jié)構(gòu)。在處理器與高速緩沖存儲器(Cache)之間有一條局部總線，它將CPU與Cache或與更多的局部設(shè)

20、備連接。Cache的控制機(jī)構(gòu)不僅將Cache連到局部總線上，而且還直接連到系統(tǒng)總線上，這樣Cache就可通過系統(tǒng)總線與主存?zhèn)鬏斝畔?。而且I/O與主存之間的傳輸也不必通過CPU，還有一條擴(kuò)展總線將高速局域網(wǎng)、圖形工作站、小型計算機(jī)接口(SCSI )、調(diào)制解調(diào)器(modem)及串行接口等都連接起來，且通過這些接口又可與各類I/O設(shè)備相連，因此，它可以支持相當(dāng)多的I/O設(shè)備。,,與此同時，擴(kuò)展總線又通過擴(kuò)展總線接口與系統(tǒng)總線相連，由此便可實(shí)現(xiàn)這兩種總線之間的信息傳遞，可使系統(tǒng)的工作效率明顯提高。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,6.2.4總線操作,,1.總線的操作周期,,P

21、entium微處理器系統(tǒng)中的各種操作，包括從CPU把數(shù)據(jù)寫入存儲器、從存儲器把數(shù)據(jù)讀到CPU、從CPU把數(shù)據(jù)寫入輸出端口、從輸出端口把數(shù)據(jù)讀到CPU,CPU中斷操作、直接存儲器存取操作、CPU內(nèi)部寄存器操作等，本質(zhì)上都是通過總線進(jìn)行的信息交換，統(tǒng)稱為總線操作。在同一時刻，總線上只能允許一對功能部件進(jìn)行信息交換。當(dāng)有多個功能部件都要使用總線進(jìn)行信息傳送時，只能采用分時方式，一個接一個地輪換交替使用總線，即將總線時間分成很多段，每段時間可以完成功能部件之間一次完整的信息交換，通常稱為一個數(shù)據(jù)傳送周期或一個總線操作周期。可見，為完成一個總線操作周期，一般要分成4個階段。,下一頁,返回,上一頁,,,任

22、務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,1)總線請求和仲裁(Bus Request and Arbitration)階段,,由需要使用總線的主控設(shè)備向總線仲裁機(jī)構(gòu)提出使用總線的請求，經(jīng)總線仲裁機(jī)構(gòu)仲裁確定把下一個傳送周期的總線使用權(quán)分配給哪一個請求源。,,2)尋址(Addressing)階段,,取得總線使用權(quán)的主控設(shè)備，通過地址總線發(fā)出本次要訪問的從屬設(shè)備的存儲器地址、I/O端口地址及有關(guān)命令，通過譯碼使參與本次傳送操作的從屬設(shè)備被選中，并啟動。,,3)數(shù)據(jù)傳送(DataTransferina)階段,,主控設(shè)備和從屬設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源功能部件發(fā)出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到目的功能部件。在進(jìn)行讀傳送操作時

23、，源功能部件就是存儲器或輸入輸出接口，而目的功能部件則是總線主控設(shè)備CPU。在進(jìn)行寫傳送操作時，源功能部件就是總線主控設(shè)備，例如CPU，而目的功能部件則是存儲器或輸入輸出接口。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,4)結(jié)束(Ending)階段,,主控設(shè)備、從屬設(shè)備的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線，以便其他功能部件能繼續(xù)使用。,,2.總線的操作控制,,為了確保上述4個階段正確進(jìn)行，必須施加總線操作控制。當(dāng)然，對于只有一個主控設(shè)備的單處理器系統(tǒng)，實(shí)際上不存在總線請求、分配和撤除問題，總線始終歸它所有，所以數(shù)據(jù)傳送周期只需要尋址和數(shù)據(jù)傳送兩個階段。但對于包含中斷控制器、D

24、MA控制器和多處理器的系統(tǒng)，就要有總線仲裁機(jī)構(gòu)來受理申請和分配總線控制權(quán)。,,總線上的主控設(shè)備、從屬設(shè)備通常采用以下3種方式之一來實(shí)現(xiàn)對總線傳送的控制。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,1)同步傳送,,同步傳送時采用精確穩(wěn)定的系統(tǒng)時鐘，作為各功能部件動作的基準(zhǔn)時間。功能部件間通過總線完成一次數(shù)據(jù)傳送，即一個總線周期。時間是固定的，每次傳送一旦開始，主、從設(shè)備都必須嚴(yán)格按時間規(guī)定完成相應(yīng)的動作。,,同步傳送的特點(diǎn)是要求主控設(shè)備按嚴(yán)格的時間標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出地址、產(chǎn)生命令，也要求從屬設(shè)備按嚴(yán)格時間標(biāo)準(zhǔn)讀出數(shù)據(jù)或完成寫入動作。統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)就是系統(tǒng)時鐘。主、從設(shè)備之間的配合雖然簡單，

25、但它對所有主、從設(shè)備都強(qiáng)求在同一時限完成操作，讓人感覺系統(tǒng)的組成缺少一些靈活性。,,2)異步傳送,,同步傳送要求總線上的各主、從設(shè)備操作速度要嚴(yán)格匹配，為了能用不同速度的設(shè)備組成系統(tǒng)，可采用異步傳送的辦法來控制數(shù)據(jù)的傳送。異步傳送需設(shè)置一對信號交換( Handshaking)線，即請求和響應(yīng)信號線。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,3)半同步傳送,,半同步傳送是綜合同步和異步傳送的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計出來的混合式傳送。,,半同步傳送保留了同步傳送的基本特點(diǎn)，即地址、命令和數(shù)據(jù)等信號的發(fā)出時間，都嚴(yán)格參照系統(tǒng)時鐘的某個前沿時刻，而當(dāng)對方接受判斷它時，又都采用在系統(tǒng)時鐘脈沖的后沿時

26、刻來識別。也就是說，保證總線上的一切操作都被時鐘“同步”了。,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,6.3.1總線周期和總線操作術(shù)語,,為具體地說明總線周期，下面以Pentium微處理器為例予以說明。在描述Pentium微處理器總線功能時，又時常用到數(shù)據(jù)傳送周期、總線周期和總線操作周期等術(shù)語。,,1.數(shù)據(jù)傳送周期,,所謂數(shù)據(jù)傳送周期，其實(shí)是一個數(shù)據(jù)項的傳送問題，數(shù)據(jù)項寬度可達(dá)8個字節(jié)，隨著信號BRDY#被確認(rèn)，數(shù)據(jù)項被送回Pentium微處理器或者接收來自Pentium微處理器的數(shù)據(jù)項。,,2.總線周期,,總線周期是從Pentium微處理器驅(qū)動地址和狀態(tài)以及對地址選通信號ADS#給予確認(rèn)時開始，結(jié)

27、束于最后一個成組傳送準(zhǔn)備就緒信號BRDY#返回。一個總線周期可以有1次或4次數(shù)據(jù)傳送操作。像成組傳送周期，也稱碎發(fā)傳送周期(Burst Cycle)就是有4次數(shù)據(jù)傳送的一種總線周期。,下一頁,返回,,,任務(wù)3總線周期,3.總線操作周期,,總線操作實(shí)際上是為實(shí)現(xiàn)某項特殊功能操作的一系列的總線周期，像鎖定的讀一修改一寫操作，或者是一次中斷確認(rèn)過程等就是典型的總線操作。,,Pentium微處理器約定所有的成組讀操作都是可以進(jìn)行高速緩沖操作的，而且所有的可高速緩沖操作的讀周期又都是成組的。既沒有不可高速緩沖操作的讀操作，也沒有非成組操作的高速緩沖讀操作。,,6.3.2單傳送周期,,Pentium微處理

28、器支持多種不同類型的總線周期。其中最簡單的一種總線周期就是單次傳送的不可高速緩沖的64位傳送周期。這類總線周期可以帶有等待狀態(tài)，也可以不帶等待狀態(tài)。非流水線的讀操作和寫操作周期都是等待狀態(tài)周期。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,6.3.3成組周期,,對于多個數(shù)據(jù)傳送的總線周期來說(像可以進(jìn)行高速緩沖的周期以及寫回周期等)，Pentium微處理器采用的是一種成組數(shù)據(jù)傳送方式。在成組傳送這種操作方式下，Pentium微處理器在連續(xù)的幾個時鐘內(nèi)既可以采集新的數(shù)據(jù)項，也可以驅(qū)動新的數(shù)據(jù)項。,,1.成組讀周期(Burst Read Cycle ),,在啟動任何一次讀操作時，Pentium微處理

29、器均為所需的數(shù)據(jù)項提供地址信號和字節(jié)允許信號。當(dāng)該周期被轉(zhuǎn)換成一次Cache行填充操作時，就把第一個數(shù)據(jù)項送回與Pentium微處理器發(fā)出的地址相對應(yīng)的Cache單元內(nèi)，而且對字節(jié)允許信號采取不予理睬的態(tài)度，但要求有效數(shù)據(jù)必須送回到全部64條數(shù)據(jù)線上。除此之外，成組序列中后續(xù)傳送地址要由外部硬件計算出來。因?yàn)槊看蝹魉蜁r，地址以及字節(jié)允許信號是不能重復(fù)驅(qū)動的。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,2.成組寫周期(Burst Write Cycle),,在寫周期期間，若信號CACHE#引腳為活動狀態(tài)(為低電平)，則表明該周期是一個成組寫回周期，成組寫回周期總是數(shù)據(jù)C ache內(nèi)已修改C ac

30、he行的寫回操作，寫回周期又有多種情況，此處不再贅述。,,6.3.4中斷確認(rèn)周期,,Pentium微處理器產(chǎn)生的中斷確認(rèn)周期是為了響應(yīng)由中斷請求輸入引腳INTR產(chǎn)生的可屏蔽中斷請求。中斷確認(rèn)周期是周期類型引腳產(chǎn)生的一種獨(dú)特的周期類型。,,6.3.5專用總線周期,,Pentium微處理器配備了6種專用總線周期，用來指示某些指令已被執(zhí)行，或者說某些必要的執(zhí)行條件已經(jīng)成熟。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,在專用周期期間，數(shù)據(jù)總線是未被界定的，而地址線A,31,~A,3,則被驅(qū)動成0，通過返回成組傳送準(zhǔn)備就緒信號BRDY#，外部硬件必須確認(rèn)所有的專用總線周期。,,專用總線周期也可能由于下列

31、原因而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。,,(1)當(dāng)Pentium微處理器試圖調(diào)用雙重故障處理程序時，又出現(xiàn)了另一個異常事故。,,(2)檢測到一個內(nèi)部奇偶校驗(yàn)錯。,,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),在介紹PCI之前，有必要對EISA系統(tǒng)給予簡單的介紹，以便與下面的PCI知識相呼應(yīng)。,,6.4.1 ISA總線,,這是一種在與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)兼容計算機(jī)上廣泛使用的一種總線。ISA總線于1997年被IEEE定義為8位的標(biāo)準(zhǔn)總線。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過多年的演變，ISA也從8位的標(biāo)準(zhǔn)總線變成了被廣泛應(yīng)用的16位的標(biāo)準(zhǔn)總線，以后又發(fā)展成了經(jīng)擴(kuò)展的犯位的標(biāo)準(zhǔn)總線EISA。就EISA系統(tǒng)而言，它所涉及的ISA總

32、線實(shí)際上是EISA總線的一個子集。EISA總線現(xiàn)在雖然已經(jīng)不再被人使用，但從中可以看出總線的演變和技術(shù)的發(fā)展。,下一頁,返回,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),ISA總線是一種生命力很強(qiáng)的總線，從16位的微機(jī)系統(tǒng)時代就被廣泛使用，直到在Pentium到Pentium 4系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛使用的PCI總線上還為它留有一席之地。這是因?yàn)镮SA總線還是有些特點(diǎn)的，如下所述。,,(1) ISA總線既支持8位的數(shù)據(jù)傳輸操作，也支持16位的數(shù)據(jù)傳輸操作。,,(2)數(shù)據(jù)的傳輸率雖僅為8MB/S，在當(dāng)時的技術(shù)條件下，已屬較快。,,(3)其I/O能力在當(dāng)時還是比較強(qiáng)的，可以提供7級DMA通道、有8個設(shè)備的負(fù)載能力、

33、15級硬件中斷和1KB的I/O地址空間等。,,(4)地址線、數(shù)據(jù)線使用比較方便。,,(5)是一種可以允許有多個主控設(shè)備的總線。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),6.4.2 EISA總線,,EISA ( Extended Industry Standard Architecture)總線即擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線。它是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)ISA總線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種高性能32位結(jié)構(gòu)的總線，是在1991年，由COMPAQ公司聯(lián)合了9家計算機(jī)公司聯(lián)合推出的一種新的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)。這種總線不僅具有微通道MCA的功能，而且與ISA結(jié)構(gòu)完全兼容。第一代犯位微處理器80386對于把ISA總

34、線擴(kuò)展成32位總線表示了極大的興趣。EISA總線所表現(xiàn)出的良好性能以及32位的結(jié)構(gòu)能使80386,80486這類32位微處理器完全展示出整體系統(tǒng)的高性能。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),為使EISA總線能滿足人們對既能與ISA總線兼容又能展示犯位高性能總線風(fēng)采的要求，EISA設(shè)計人員規(guī)定下了EISA各項技術(shù)指標(biāo)，使得這種開放性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)既擁有兼容性又得以廣泛使用。,,EISA總線不僅在性能上較之于ISA總線得到了增強(qiáng)，且給用戶帶來了極大方便。EISA總線在對存儲器進(jìn)行存取操作以及在將數(shù)據(jù)傳送給CPU時，執(zhí)行的完全是32位操作。EISA總線可以讓DMA以及總線主控設(shè)備在3

35、3 MB/S的傳送速率下傳送數(shù)據(jù)。EISA總線為插入卡的自動配置提供了技術(shù)保障體系，為此在EISA卡上就去掉了跨接線(跳線)和轉(zhuǎn)換開關(guān)。EISA總線的各種中斷都是可共享的，且可以進(jìn)行程序設(shè)計。隨著EISA總線中一種新總線仲裁機(jī)構(gòu)的引入，為新一代的智能總線提供了技術(shù)上的支持。智能總線主控設(shè)備插入卡的使用，給PC在高等級應(yīng)用領(lǐng)域帶來了無限生機(jī)。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),由于EISA系統(tǒng)與ISA總線的8位和16位的擴(kuò)展板以及軟件百分之百地兼容，所以在EISA插件槽上可以插入多個ISA插件卡。在配置期間可以充分利用EISA的兩用性，把EISA插槽當(dāng)成ISA定義。EISA的

36、接插件是ISA接插件的超集，但與ISA擴(kuò)展卡以及軟件保持著全兼容。由于EISA內(nèi)擁有自動配置系統(tǒng)和配置了擴(kuò)展板，在EISA系統(tǒng)中可同時使用EISA和ISA插入板。,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,像Pentium微處理器這樣的高性能微處理器配備的應(yīng)是高性能的高帶寬的總線，以便能充分利用Pentium微處理器的全部資源。Intel公司提出來要用PCI局部總線技術(shù)特性作為與Pentium微處理器等高性能微處理器連接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)PCI局部總線標(biāo)準(zhǔn)是由Intel ,IBM等大公司聯(lián)合制定的一種局部總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI為Peripheral Component Interconnect的縮寫，

37、即外圍部件相互連接。,,PCI總線是高帶寬、獨(dú)立于微處理器的總線。它能夠作為中間層或外圍設(shè)備的總線。與其他的總線規(guī)范相比，PCI為例如圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口控制器、磁盤控制器等高速I/O子系統(tǒng)提供了更好的展示其性能的平臺。,下一頁,返回,,,任務(wù)5 PCI局部總線,當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)允許使用多達(dá)64條數(shù)據(jù)線。從理論上講，它的速率可達(dá)到264 MB/G或2.112 Gb/S。,,然而，PCI的誘人之處不僅僅在于它的高速度，PCI是專門為滿足現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的I/O要求而設(shè)計的較經(jīng)濟(jì)的總線。它只需要很少的芯片，而且它還支持把其他的總線連到PCI總線上。,,Intel的初衷是為Pentium系統(tǒng)才開發(fā)的PCI

38、總線，結(jié)果PCI被廣泛地采用，越來越多地應(yīng)用到個人計算機(jī)、工作站以及服務(wù)器系統(tǒng)中;而且得到了許多微處理器和外圍設(shè)備生產(chǎn)商的支持。不同廠家的PCI產(chǎn)品是相互兼容的。,,PCI廣泛地支持基于微處理器的配置，包括單處理器和多處理器的系統(tǒng)。它提供了一組通用的功能，并采用了同步時序以及集中式仲裁機(jī)制。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,PCI總線支持33 MHz的時鐘頻率，其數(shù)據(jù)寬度為32位，可擴(kuò)展至64位。其數(shù)據(jù)傳送速率可高達(dá)132~264 MBps。這就為計算機(jī)圖形顯示所需的大批量的數(shù)據(jù)傳送和高性能的磁盤輸入輸出提供了硬件技術(shù)支持。PCI總線開放性好，具有廣泛的兼容性，是一種低成本、

39、高效益、能與ISA總線兼容的一種有前途的局部總線。在PCI局部總線內(nèi)包括有如下幾個重要特征:成組數(shù)據(jù)傳送方式、觸發(fā)級中斷、總線主控方式、自動配置和高的總線帶寬。,,更主要的是，PCI總線在Pentium微處理器和其他總線之間架起了一座橋梁，它可以讓任何一種基于ISA ,EISA或微通道的添加卡插到PCI總線上使用。下面會將PCI局部總線的特征一一列出。,圖6-1,是現(xiàn)行主板上的PCI總線實(shí)物圖片。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.1 PCI總線扮演的南色,,PCI總線在最新的Pentiutn4系統(tǒng)中，扮演一個非常重要的不可或缺的角色。目前幾乎在所有以Pentium微

40、處理器為平臺的微型計算機(jī)系統(tǒng)中均采用PCI總線。盡管在有些較新的系統(tǒng)中還在部分使用ISA總線，那也僅僅是作為早期8位和16位接口卡上的一個接口而已。PCI總線不僅具有即插即用的特性，且能夠在64位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行操作。,,一個PCI總線接口配備有一系列的寄存器，而且在PCI接口上還有一個容量較小的存儲器部件，其內(nèi)保存著有關(guān)主板的信息。這一存儲器可以為ISA總線或任何其他總線提供即插即用特性。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,在這一系列的寄存器中所保存的那些信息足可以使計算機(jī)能自動對PCI卡實(shí)施配置。也許正是由于即插即用的特性，而使PCI總線在最新的計算機(jī)系統(tǒng)中變得非常流行。,,

41、圖6-2,給出了Pentium微處理器系統(tǒng)與PCI總線系統(tǒng)一起構(gòu)成的一個微型計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從,圖6-2,可以看出，Pentium微處理器的總線是單獨(dú)的，是獨(dú)立于PCI總線的。微處理器通過稱為PCI橋的集成電路與PCI總線相連。這意味著只要系統(tǒng)設(shè)計了PCI控制器或PCI橋，就可以將任何微處理器接到PCI總線上。將來，也許所有的計算機(jī)系統(tǒng)都會使用同一種總線?，F(xiàn)在，像蘋果計算機(jī)也使用PCI總線。IBM和蘋果公司也推出了使用 PCI總線的PowerPC微機(jī)。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.2 PCI局部總線的特性,,PCI局部總線具有如下的特性。,,(1)它擁有的最高操

42、作時鐘速度為33 MHz。,,(2)它擁有32位和64位兩種數(shù)據(jù)通道。,,(3)它支持由Pentium微處理器通常采用的2-1-1-1形式的成組數(shù)據(jù)傳送方式。,,(4)它支持總線主控方式，準(zhǔn)許多處理機(jī)系統(tǒng)中的任何一個微處理器都可以成為總線主控設(shè)備，對總線操作進(jìn)行控制。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(5)它還與ISA ,EISA、微通道等多種總線兼容。PCI總線在Pentium微處理器與其他總線間架起了一座橋梁，它也支持像ISA , EISA以及微通道等低速總線操作，如,圖6-3,所示。“橋梁”內(nèi)的緩沖器是為微處理器寫入數(shù)據(jù)用的，所以準(zhǔn)許微處理器先將數(shù)據(jù)寫到緩沖器內(nèi)，然后再

43、去處理自己的事務(wù)。而低速的總線ISA , EISA、微通道等則是放下正在處理的任務(wù)再到“橋梁”緩沖器去取信息。,,(6)也可以把PCI局部總線看作是一個獨(dú)立的處理器，它可以與任何一種微處理器一起使用，并不局限于80x86。正是基于這種原因，許多大的計算機(jī)公司都宣布支持PCI總線。這樣就確保了80x86系列機(jī)在更新?lián)Q代時，也不會把PCI局部總線拋棄。,,(7)它支持5 V和3. 3 V兩種擴(kuò)充插件卡?？梢詮? V向3. 3 V進(jìn)行平滑的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。PCI總線上裝有一個很小的斷路鍵，使用戶在插卡時不會導(dǎo)致在系統(tǒng)主板上有不同的電壓電源。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(8)它還提供

44、了自動配置能力，用戶可以安裝一個新的添加卡，且不用設(shè)置DIP開關(guān)、跳線(跨接線)和選擇中斷。配置軟件會自動選擇未被使用的地址和中斷，以解決可能出現(xiàn)的沖突問題。,,(9)PCI總線的引腳，在信號的安排順序上也是用心良苦，它在每兩個信號之間都安排了一個地線，以減少信號間的相互干擾以及音頻信號的散射問題。,,(10)PCI總線實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)級的中斷，這種中斷可支持中斷共享。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(11)PCI總線能支持高達(dá)10個外圍設(shè)備，而且其中的某些外圍設(shè)備必須嵌入到系統(tǒng)主板上。當(dāng)插入擴(kuò)展槽內(nèi)卡的數(shù)量最大時，PCI總線工作頻率在33 MHz上下變化，這要取決于工作電壓是5

45、 V還是3. 3 V。當(dāng)插入擴(kuò)展槽內(nèi)的卡的數(shù)量超過5個時，其操作時鐘頻率會低于33MHz。這樣就極大地改善了小觸點(diǎn)接插件的使用，使得PCI總線成為一種高時鐘頻率總線。,,6.5.3即插即用,,PCI局部總線配備有自動配置特性，同時其內(nèi)也配備有一個ISA總線插件槽，但I(xiàn)SA總線并不支持自動配置方案。對廣大用戶和網(wǎng)絡(luò)管理人員來說，缺少了自動配置方案，可以說是一大憾事。針對這一情況，Microsoft公司和Intel公司聯(lián)手在ISA總線上配備了自動配置方案。這一配置方案就是通常所說的即插即用(Plug and Play)。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,由于EISA總線和微通道已

46、經(jīng)配備了即插即用這一特征，所以只有在ISA插件卡和BIOS也配備上了自動配置方案(即插即用)之后，PCI局部總線的自動配置方案才可能得以全面實(shí)現(xiàn)，即插即用在以下3個方面表現(xiàn)得十分搶眼。,,(1)裝備的即插即用特征既不是給主板上的BIOS，也不是給添加卡，而是裝備給PCI局部總線的。,,(2)若主板BIOS支持即插即用，而擴(kuò)展卡不支持即插即用，則在這種情況下，安裝軟件會自動分配輸入輸出地址、中斷請求IRQ,s,以及DMA通道等。,,(3)若主板BIOS和擴(kuò)展卡都支持即插即用，那么在這種情況下系統(tǒng)會自動配置部件，比如對輸入輸出地址的分配、中斷請求IRQ以及DMA通道等進(jìn)行自動配置，不需用戶進(jìn)行干預(yù)

47、。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.4 PCI標(biāo)準(zhǔn)化,,圖6-4,展示了PCI總線的引腳信號線。仔細(xì)觀察如,圖6-4,所示的引腳信號線后可以發(fā)現(xiàn)，僅有很少幾個PCI信號與80x86微處理器的信號相匹配。究其原因，是因?yàn)镻CI總線是一種位于微處理器與外部總線之間的一種夾層總線。這就意味著PCI總線的控制器位于CPU和外部總線之間。也就是說，任何一種CPU都可以使用PCI總線。對總線連線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以使CPU總線免受各種約束。PCI總線已經(jīng)成功解決了由于總線獨(dú)立于微處理器而帶來的一系列技術(shù)問題。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,值得注意的另一個問

48、題是，PCI總線上的地址和數(shù)據(jù)的多路傳送問題(因?yàn)榈刂穫魉秃蛿?shù)據(jù)的傳送使用的是同一批引腳)。在第一個時鐘周期內(nèi)提供地址信號，而在第二個時鐘周期提供的則是數(shù)據(jù)信息。所以，PCI總線在非成組方式下，其總線周期為2個時鐘周期時間，而對于成組傳送方式來說，第一個時鐘周期提供的是地址信息，而在后續(xù)的每一個時鐘周期都能提供一個數(shù)據(jù)字(32位)。,,另一個值得注意的問題是，PCI總線64位的擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線。PCI總線既可以進(jìn)行32位數(shù)據(jù)傳送，也可以進(jìn)行64位的數(shù)據(jù)傳送。,,PCI總線在對地線的處理上也是煞費(fèi)心機(jī)，它在每3個引腳之間就安排了一個接地點(diǎn)Vcc。這樣處理有效地減少了雜音串?dāng)n問題，且能使總線在33 M

49、Hz的時鐘頻率下運(yùn)行。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.5 AGP總線,,1. AGP總線的特點(diǎn),,圖形加速接口(Accelerated Graphics Port, AGP)總線是以66 MHz PCI Revision 2. 1規(guī)范為基礎(chǔ)，由Intel公司開發(fā)的高速圖形接口局部總線標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫面的顯示。,,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，避免了經(jīng)過PCI總線而造成的系統(tǒng)瓶頸，增加了3D圖形數(shù)據(jù)的

50、傳輸速度，而且系統(tǒng)主存可以與視頻芯片共享。目前，由于3D計算變得越來越重要，因此，新型主板大多數(shù)都已經(jīng)加入了對AGP的支持。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,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，把犯位的數(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)行排隊來減少延遲，一個典型的排隊可處理12個以上的請求，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?,(4)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)其他數(shù)據(jù)傳輸。,下一頁,返回,上一頁,,,

51、任務(wù)5 PCI局部總線,1996年7月AGP 1. 0圖形標(biāo)準(zhǔn)問世，推出AGP 1 X和AGP 2X兩種模式，工作頻率為66MHz，是PCI的2倍，而數(shù)據(jù)傳輸帶寬分別達(dá)到266 Mb/s和533 Mb/s，分別約是PCI 133 Mb/s的2倍和4倍。但由于顯示芯片的迅速發(fā)展，圖形卡單位時間內(nèi)所能處理的數(shù)據(jù)呈幾何級數(shù)成倍增長，AGP 1. 0圖形標(biāo)準(zhǔn)越來越難以滿足技術(shù)的進(jìn)步，由此AGP 2. 0便應(yīng)運(yùn)而生。,,1998年5月，AGP 2. 0規(guī)范正式發(fā)布，工作頻率依然是66 MHz，但工作電壓降低到了1. 5 V，這就是目前主流AGP 4X模式，其數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到1.066 Gb/s，數(shù)據(jù)傳輸

52、能力大大增強(qiáng)。在此以后，推出一個AGP 4X加強(qiáng)版—AGP Pro，它與AGP 2. 0同時推出，這是為了滿足顯示設(shè)備功耗日益增大的現(xiàn)實(shí)而研發(fā)的圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用該技術(shù)的圖形接口主要特點(diǎn)是比AGP 4X略長一些，其加長部分可容納更多的電源引腳，使得這種接口可驅(qū)動功耗更大或處理能力更強(qiáng)大的AGP顯卡。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,這種標(biāo)準(zhǔn)專為高端圖形工作站設(shè)計，完全兼容AGP 4X規(guī)范，這使得AGP 4X的顯卡也可插在這種插槽中正常使用。,,2. AGP 8X簡介,,目前最新的AGP 8X圖形接口標(biāo)準(zhǔn)由Intel公司2000年8月推出。AGP 8X作為新一代,,AGP并行接

53、口總線，在數(shù)據(jù)傳輸頻寬上也是犯位，但總線頻率達(dá)了533 MHz，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到2. 1 Gb/s，是原來AGP 4X的2倍。它的出現(xiàn)正好適應(yīng)了現(xiàn)今CPU和GPU(圖形工作站)的飛速發(fā)展。,,因?yàn)锳GP 8X采取了一些新技術(shù)，所以它不能與前面版本的AGP接口板卡兼容，只能兼容到AGP 4X標(biāo)準(zhǔn)。這些新特性主要表現(xiàn)在其工作電壓上，AGP 8X的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓只有0. 8 V，它只能向下兼容到1. 5 V標(biāo)準(zhǔn)，即在1. 5 V的電壓下可正常運(yùn)行，但在3. 3 V的電壓下是無法工作的。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,在兼容性的另一方面是AGP 8X的顯卡能用在老主板上。由AGP

54、8X標(biāo)準(zhǔn)可知，在原來主板支持1. 5 V電壓的情況下，AGP 8X的顯卡完全可以在這些老主板上正常運(yùn)行，不過AGP8 X的高數(shù)據(jù)帶寬就用不上了。,,AGP 8X的主要特性體現(xiàn)在如下兩個方面。,,(1)減少操作延時。在PCI總線時代，大的數(shù)據(jù)在通過PCI接口時由于帶寬不夠而經(jīng)常會出現(xiàn)處理延時現(xiàn)象。進(jìn)入AGP時代后，由于處理數(shù)據(jù)量的急劇增長，這種現(xiàn)象也時有發(fā)生。但在AGP 8X標(biāo)準(zhǔn)中針對上述問題專門做了優(yōu)化處理，加入了數(shù)據(jù)同步傳輸設(shè)計。加入這一功能后，在處理大的數(shù)據(jù)時就可邊處理邊預(yù)先讀取，從而有效減少了數(shù)據(jù)塞車現(xiàn)象，使系統(tǒng)的性能得以全面地發(fā)揮，而不會在數(shù)據(jù)讀取上浪費(fèi)太多的資源。,下一頁,返回,上一

55、頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(2)支持多接口。AGP采用點(diǎn)對點(diǎn)接口設(shè)計，這也是主板上只有一個AGP插槽的原因。AGP 8X推出后，這種局面得以改變，因?yàn)锳GP 8X中加入了一種新的設(shè)計—輸出端數(shù)橋接(fan-out bridge)技術(shù)，所以它使系統(tǒng)中安裝多個AGP 8X設(shè)備成為可能。每個AGP 8X端口配置一個橋接模塊，這些模塊通過邏輯主PCI總線并且通過統(tǒng)一出口同芯片組中的控制模塊通信，每個模塊可通過次級PCI總線(AGP 8X總線)鏈接至少兩個AGP 8X設(shè)備，不過兩個AGP 8X設(shè)備之間無法進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。,,雖然前面介紹到PCI Express將最終取代AGP標(biāo)準(zhǔn)，但是從目前的應(yīng)用

56、情況來看，這還是一個較長的過程，且AGP的下一代標(biāo)準(zhǔn)AGP 16X已在研制過程中，并且已取得實(shí)驗(yàn)成功。目前幾種PCI , AGP標(biāo)準(zhǔn)主要參數(shù)的比較如,表6-1,所示。,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,6.6.1 USB總線,,1.US日總線的特點(diǎn),,USB ( Universal Serial Bus，通用串行總線)是一種支持即插即用的新型串行接口。USB比標(biāo)準(zhǔn)串行接口快得多，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)412 Mbit/s。 USB除了具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率外，還可以為外設(shè)提供支持。,,USB總線具有如下特點(diǎn)。,,(1)使用方便。使用USB接口可連接多個不同的設(shè)備，支持即插即用(Plug And

57、Play ,PAP)，當(dāng)插入USB設(shè)備的時候，計算機(jī)設(shè)備檢測該外設(shè)并通過加載相關(guān)的驅(qū)動程序?qū)υ撛O(shè)備進(jìn)行配置。,下一頁,返回,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,支持熱插拔，即在不關(guān)機(jī)的情況下可安全地插上和斷開USB設(shè)備。熱插拔能力體現(xiàn)了USB的安全、可靠和智能。在軟件方面，為USB設(shè)計的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件可自動啟動，無需用戶干預(yù)。USB設(shè)備也不涉及IRQ沖突等問題，它單獨(dú)使用自己的保留中斷，不會同其他設(shè)備爭用PC有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱。,,(2)速度加快?？焖傩阅苁荱SB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。USB V2. 0規(guī)范提供高達(dá)480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。,,(3)

58、連接靈活。USB接口支持多個不同設(shè)備的串行連接，一個USB接口理論上可連接127個USB設(shè)備。連接方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可使用集線器(HUB)把多個設(shè)備連接在一起，再同PC的USB口相接。在USB方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，不必打開機(jī)箱。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(4)獨(dú)立供電。USB直接連接的設(shè)備可通過USB電纜供電，USB傳輸線中的兩條電源線可提供5V電源供USB設(shè)備使用。USB傳輸線能夠提供100 mA的電流，而帶電源的USBHUB使得每個接口可提供500 mA的電流。,,(5)支持多媒體。USB提供了對電話的兩路數(shù)據(jù)支持，可支持異步及實(shí)時數(shù)據(jù)

59、傳輸，使電話可與PC集成，共享語音郵件及其他特性。USB還具有高保真音頻，由于USB音頻信息生成于計算機(jī)外，因而減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會，從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。,,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，為適應(yīng)各種不同類型外設(shè)的要求，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(1)控制(control)傳輸方式。雙向傳輸，傳輸?shù)牟皇菙?shù)據(jù)而是控制信號，主要被USB系統(tǒng)軟件用來進(jìn)行查詢、配置和給USB設(shè)備發(fā)送通用命令。該方式用在主計算機(jī)和USB外設(shè)之間的端點(diǎn)(end point)間的傳輸，數(shù)據(jù)量較小且實(shí)效性要求

60、不高。,,(2)同步(isochronous)傳輸方式。提供確定的帶寬和時間間隔。用來連接需要連續(xù)傳輸?shù)耐鈬O(shè)備，對數(shù)據(jù)的正確性要求不高，但對時間較為敏感。如對執(zhí)行即時通話的網(wǎng)絡(luò)電話，使用同步傳輸方式是很好的選擇。,,(3)中斷(interrupt)傳輸方式。用于定時查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸。典型應(yīng)用在少量、分散、不可預(yù)測數(shù)據(jù)的傳輸方式中，鍵盤、操作桿和鼠標(biāo)就屬于這種類型。在USB V1. 0規(guī)范中中斷方式傳輸是單向的，并且對于主機(jī)來說只有輸入方式，但在USBV2. 0規(guī)范中，既有輸入方式又有輸出方式。,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(4)批量(bulk)傳輸方式。應(yīng)用在大量傳輸和接收數(shù)據(jù)上，沒

61、有帶寬和時間間隔的要求，保證傳輸數(shù)據(jù)正確無誤，但對數(shù)據(jù)的實(shí)效性要求不高。適合于傳輸非常慢和大量被延遲的數(shù)據(jù)，在傳輸中的優(yōu)先級很低，打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀就屬于這種類型。,,3. USB總線的拓?fù)浣Y(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形結(jié)構(gòu)，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。,,USB總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如,圖6-5,所示。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(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

62、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)，主要包括集線器和功能部件。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)和顯示器等。,,4. USB系統(tǒng)的構(gòu)成,,USB規(guī)范將USB分為5個部分，即控制器、控制器驅(qū)動程序、USB芯片驅(qū)動程序、USB設(shè)備及針對不同USB設(shè)備的驅(qū)動程序。各部分的主要功能如下。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(1)控制器?？刂破髫?fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動程序發(fā)出的命

63、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。其提供對USB的支持。,,(4) USB設(shè)備。其包括與PC相連的USB HUB及設(shè)備。HUB帶有連接其他外圍設(shè)備的USB端口，設(shè)備是連接在計算機(jī)上用來完成特定功能并符合USB規(guī)范的具體設(shè)備，如鼠標(biāo)和鍵盤等。,,(5) USB設(shè)備驅(qū)動程序。其是用來驅(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。,,5. USB總線的特性,,(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4條連接線分別是V,BUS,,GND,D,+,和D_。,下一頁

64、,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,V,BUS,和GND用來向設(shè)備提供電源。在源端，V,BUS,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。,,(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)，不會造成誤接。,,USB作接器的排列如,表6-2,所示,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,6. USB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

65、輸，大多數(shù)傳輸包含3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)，那么它將發(fā)出數(shù)據(jù)分組;否則，它將發(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。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,在主機(jī)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系被稱為管道(pipe)，每個管道有一組相應(yīng)的數(shù)據(jù)帶寬、傳輸服務(wù)類型及設(shè)備特性等參數(shù)。每臺USB設(shè)備可以有多個管道，各管道中的數(shù)據(jù)傳輸相互獨(dú)立。USB包含流

66、(stream)和消息(message)兩種管道，前者是沒有格式的，而后者按照USB定義的數(shù)據(jù)格式傳輸。,,7. 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3個要求。,,①一個設(shè)備連接到USB或從USB中撤除時能自動檢測出來。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,②與新連接的設(shè)備通信，可找到如何與它們通信的方法。,,③提供軟件驅(qū)動與計算機(jī)的USB硬件以及訪問USB外設(shè)的應(yīng)用程序通信。,,(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。以Windows XP操作系統(tǒng)為例，在Windows XP下打開“設(shè)備管理器”(右擊桌面“我的電腦”圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”命令，在彈出的“系統(tǒng)屬性”對話框的“硬件”選項卡中單擊“設(shè)備管理器”按鈕)，在彈出的窗口中雙擊“通用串行總線控制器”，可看到主機(jī)系統(tǒng)中存在兩類USB設(shè)備，一類是“USB Universal Host Controller"，另一類是“USB Root Hub"。,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(3) USB設(shè)備的熱插拔。USB總