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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第5章,微機總線與標準,1,總線是計算機中各模塊之間傳送信息的通道或計算機之間傳送信息的公共通道。,總線,是一組導線和相關的控制、驅動電路的集合。,總線是計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸,地址,、,數據,和,控制信息,的通道。,任一時刻，只能有一個部件/設備通過總線發(fā)送數據，其他部件只能處于接收狀態(tài)。,總線的基本概念,2,物理特性:總線的物理連接方式,功能特性:一組總線中每一根線的功能,電氣特性:每一根線上信號的傳遞方向和有效電

2、平范圍,時間特性:每根線在什么時間有效,總線標準的4個特性,3,5.1.3 總線的分類及特點,按傳送信息的類型劃分,數據總線（Data Bus，DB）,傳輸數據信息，雙向三態(tài),其寬度決定了其數據傳輸能力,例如，ISA總線為16位，PCI總線為32/64位,地址總線（Address Bus，AB）,傳輸地址信息，單向三態(tài),其寬度決定了微機系統(tǒng)的尋址能力,例如，ISA為24位，可尋址16MB；PCI為32/64位，可尋址4GB/2,24,TB,控制總線（Control Bus，CB）,傳輸控制信號、時序信號和狀態(tài)信號,特點各異：三態(tài)、入/出/雙向等特性均不相同,4,總線的分類及特點（,按總線的規(guī)模

3、、應用,）,片內總線：元件級總線，微處理器內部總線,主板局部總線：主板上連接各插件的公共通路,ISA：Industry Standard Architecture,EISA:Extended Industry Standard Architecture,VESA:Video Electronics Standard Architecture,PCI:Perpheral Component Interconnect,AGP:Accelerated Graphics Port,系統(tǒng)總線：模塊式微型計算機機箱內的底板總線,MULTI BUS I，MULTI BUS II,STD BUS,VEM BU

4、S,FUTURE BUS,通信總線：外總線或設備總線,5,5.2,總線的結構,微機系統(tǒng)各部件與總線的連接方式,單總線結構,雙總線結構,多總線結構,6,單總線結構,CPU,M,M,I/O,I/O,I/O,缺點：高速的存儲器與低速的,I/O,接口競爭總線，影響了存儲器的讀寫速度,7,雙總線結構,面向CPU的雙總線結構,CPU,M,I/O,I/O,I/O,缺點：存儲器與,I/O,設備的數據傳輸必須通過,CPU,8,雙總線結構,面向存儲器的雙總線結構,CPU,M,I/O,I/O,I/O,9,多總線結構,系統(tǒng)中擁有兩個以上的總線,10,總線的基本功能,數據傳送控制,仲裁控制,數據校驗與糾錯,隔離與驅動,

5、11,一、總線傳送控制,同步方式,收、發(fā)雙方嚴格地按統(tǒng)一的基準時鐘信號執(zhí)行相應的動作,不適合于在同一系統(tǒng)中既有高速部件又有低速部件的環(huán)境,PCI總線屬于同步方式總線,異步方式,傳輸過程無需統(tǒng)一時鐘的同步，用“請求”和“應答”信號來協(xié)調,傳輸速度慢,半同步方式,總體上仍是同步方式(使用基準時鐘)，傳輸操作與時鐘同步,設置“等待”狀態(tài)線，在無法按時完成操作時，用此狀態(tài)線強制對方延長一個或多個時鐘周期,ISA總線即屬于半同步方式總線,12,同步方式的時序,地址,數據,時鐘,總線周期,總線周期,時鐘周期,13,異步方式的時序,地址/數據,(發(fā)送方)請求,(接收方)應答,14,半同步方式的時序,地址,數

6、據,時鐘,就緒,等待一個時鐘周期,15,多個設備都要使用總線時，決定由哪個設備使用總線的方法。,80 x86微機中采用的是獨立請求方式,二、總線的仲裁控制,鏈式查詢方式,計數器查詢方式,獨立請求方式,16,三、總線隔離與驅動,不操作時把功能部件與總線隔離,同一時刻只能有一個部件發(fā)送數據到總線上,提供驅動能力,數據發(fā)送方必須提供足夠的電流以驅動多個部件,提供鎖存能力,信息緩存和信息分離,17,總線電路中常用的芯片,三態(tài)總線驅動器,驅動、隔離,單向、雙向,鎖存器,信息緩存（有些同時具有總線驅動能力）,信息分離（如地址與數據的分離）,18,三態(tài)總線驅動器,輸入,輸出,OE,輸入,輸出,OE,輸入,輸

7、出,OE,輸入,輸出,OE,19,典型總線驅動器芯片,8286/74LS245 8雙向總線驅動器,內部包含8個雙向三態(tài)門,8286,74LS245,A,0,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,OE,B,0,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,T,OE：,輸出允許。,T：,方向。,T=0，BA；T=1，AB,20,典型總線驅動器芯片,74,LS244,8,總線驅動器,內部包含,8,個單向三態(tài)門，分為兩組分別控制,74LS244,E,1,E,2,1A1,1A2,1A3,1A4,2A1,2A2,2A3,2A4,1Y1,1Y2,1Y3,1Y4,2Y1,2Y2,2

8、Y3,2Y4,1組輸出,2組輸出,1組輸入,2組輸入,21,鎖存器,D,CP,Q,Q,CP D Q Q,0 0 1,1 1 0,D,CP,Q,OE,O,CP D Q,0 0,1 1,I,STB,22,典型鎖存器芯片,8282/74LS373 具有三態(tài)正相輸出的鎖存器,內部包含8個D觸發(fā)器,8282,74LS373,8D,鎖存器,DI,0,DI,1,DI,2,DI,3,DI,4,DI,5,DI,6,DI,7,STB,DO,0,DO,1,DO,2,DO,3,DO,4,DO,5,DO,6,DO,7,OE,23,5.3.5總線的主要性能指標,總線帶寬（B/S）：,每秒可傳送的字節(jié)數,總線位寬（,bit

9、）：,一次傳送的數據位數,工作頻率（,MHz）,掛接設備數量,總線帶寬=（總線位寬/8）工作頻率,例1：,P4 CPU的FSB頻率為400MHz或800MHz，位寬為64bit。,FSB帶寬：40064/8=3.2GB/s 或 80064/8=6.4GB/s,例2：PCI總線的頻率為33.3MHz，位寬為32bit或64bit。,PCI帶寬：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s,24,5.4,常用局部總線,常用總線標準,ISA（工業(yè)標準體系總線）,Industry Standard Architecture,PCI（外圍部件互連總線）,Peripheral C

10、omponent Interconnect,常用接口標準,AGP（加速圖形接口）,Accelerated Graphics Port,IDE（集成設備接口），又稱ATA接口,Integrated Device Electronics,SCSI（小型計算機系統(tǒng)接口）,Small Computer System Interface,外部總線,USB（通用串行總線）,IEEE 1394（高性能串行總線）,25,一、,ISA,總線,主要特性,16位數據線（早期的為8位，已被淘汰）,24位地址線（可尋址16MB存儲器）,時鐘頻率8MHz,數據傳輸率16MB/s,提供11個中斷請求輸入,提供7個DMA通道

11、,用于80286,PIII（個別P4微機也支持）,26,ISA總線插槽,外形見P121，共98個引線,主要引線信號：,SA0SA19（鎖存的），LA17LA23（非鎖存的）（地址）,SD0SD15（數據）,SBHE（高字節(jié)允許）,MEMR、MEMW,IOR、IOW,AEN（地址允許，1表示處于DMA控制周期）,IRQ3IRQ7、IRQ9IRQ11、IRQ14、IRQ15,DRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7,DACK0DACK3、DACK5DACK7,注：ISA總線的DMA操作和I/O操作使用相同的地址線、數據線和I/O讀寫控制線（IOR和IOW），所以AEN應參加I/O地址譯碼。,27,簡單的

12、ISA總線接口(輸入接口),D7-D0,D7-D0,A/D轉換器,模擬量輸入,START,READY,數字量輸出,IN,E1 E2,1Y,2Y,1A,2A,74LS244,C,B,A,G1,G2A,G2B,Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,74LS138,1100 0000 0000 0,000,B 1100 0000 0,010,B,轉換結束,啟動轉換,D0,C000H 讀數據,C001H 啟動轉換,C002H 讀轉換狀態(tài),A2,A1,A0,1,A13-A3,&,A15A14,AEN,IOR,I,S,A,總線,28,簡單的ISA總線接口(輸出接口),驅動,電路,D7-D0,C,

13、B,A,G1,G2A,G2B,Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,74LS138,A2,A1,A0,1,A13-A3,&,A15A14,AEN,IOW,I,S,A,總線,STB,OE,74LS373,DI,7,DI,0,DO,7,DO,0,發(fā)光,器件,組合,C000H 改變燈光圖案樣式,選通,29,PCI總線是1991下半年由Intel公司首先提出的，并與IBM、Compaq、AST、HP和DEC等100多家公司聯(lián)合，于1993年推出的PC局部總線標準PCI總線。,PCI總線目前有4個主要的標準規(guī)格，分別支持32位與64位，其下又細分成3.3V和5V兩種信號。,PCI的含意為周邊器

14、件互連（Peripheral Component Interconnect）。PCI總線能夠配合要求彼此間快速訪問或快速訪問系統(tǒng)存儲器的適配器工作，也能讓處理器以接近自身總線全速的速度訪問適配器。,二、,PCI,總線,30,PCI,總線特點,獨立于微處理器；,支持即插即用功能；,通過PCI橋與CPU連接（北橋）,總線寬度：32/64位；,工作頻率：33.3MHz/66.6MHz,傳送速率：,32位PCI總線：133MB/s，266MB/s,64位PCI總線：266MB/s，533MB/s,PCI總線體系,31,PCI,總線插槽,外形見P124，共62根引線（64位PCI有94根）,包括：,系統(tǒng)

15、接口信號（時鐘、復位等）,地址與數據（復用）信號（AD0-AD31）,接口控制信號（主從設備控制信號等）,總線仲裁信號（總線請求、總線允許）,錯誤報告信號（系統(tǒng)錯、奇偶錯）,中斷控制信號（中斷請求）,64位總線擴展信號（AD32-AD63、字節(jié)選擇等）,高速緩存支持信號,32,PCI、擴展、處理器和存儲器總線間的基本關系如圖5.11所示。,總線傳輸機制,存儲器讀寫采用,突發(fā)傳輸,（要求地址必須連續(xù)）,包括一個地址期和多個數據期,I/O,讀寫不支持突發(fā)傳輸，每次僅讀寫一個數據,33,圖 PCI系統(tǒng),34,（1）Host/PCI橋，常稱為北橋（North Bridge），連接主處理器總線到基礎PC

16、I總線。,（2）PCI/ISA橋，常稱為南橋（South Bridge），連接基礎PCI總線到ISA（或EISA）總線，南橋通常含中斷控制器、IDE控制器、USB主控制器和DMA控制器。北橋和南橋構成芯片組。,（3）在基礎PCI總線或PCI插卡上，可以嵌入一個或多個PCI-PCI橋。,（4）一個芯片組可以支持多于一個北橋,35,三、,AGP,接口,不是系統(tǒng)總線,高速圖形接口，在視頻卡與內存之間提供一條直接的通路（不再通過PCI傳輸，32位PCI的傳輸速率最高266MB/s）。,圖形、紋理、Z軸距離、Alpha變換等數據的數據量為370840MB/s,4種模式（注意：1X/2X與4X/8X不兼容，3.3V/1.5V）,1X（66MHz，266MB/s）,2X（133MHz，533MB/s）,4X（266MHz，1066MB/s）,8X（533MHz，2133MB/s）,系統(tǒng)中只支持一個AGP擴展插槽（點對點）,36,四、,USB,總線(Universal Serial Bus),USB概況,主機與外設的通用接口，可用于不同的設備,串行、打包傳送,2根數據線電源地線,兩個版本：,1.1（1