第总线与接口标准

第第1111章章 总线与接口标准总线与接口标准 教学目的和要求教学目的和要求 通过本章的学习，使学生掌握微机通过本章的学习，使学生掌握微机总总线线和和接口标准接口标准的的基本概念基本概念，掌握主要，掌握主要总线总线及主要及主要接口接口的的性能指标性能指标和和特点特点。熟悉。熟悉RS-232C串行通信接口标准，为今后开发串行通信接口标准，为今后开发RS-232C串行通信奠定良好的基础。了解串行通信奠定良好的基础。了解PCI总线总线和通用外设接口标准和通用外设接口标准USB的基本知识的基本知识 重点v 总线总线与与接口标准接口标准的基本概念的基本概念 v PCI总线总线等几种典型总线等几种典型总线v RS-232C串行通信接口及通用外设接串行通信接口及通用外设接口标口标 准准USB的基础知识的基础知识 总线与接口标准总线与接口标准 难点v PCI总线总线结构结构 v USB的系统组成、传输类型、交换的包的系统组成、传输类型、交换的包格式格式 v 其他总线的组成与原理其他总线的组成与原理 总线与接口标准总线与接口标准 11.1 总线和接口标准的基本概念总线和接口标准的基本概念 11.1.1总线的基本概念与分类总线的基本概念与分类 一、一、基本概念基本概念 总线总线 总线总线是指一组进行互连和传输信息的信号线，是指一组进行互连和传输信息的信号线，这组信号线一般都包括这组信号线一般都包括地址线地址线、数据线数据线、控制线控制线、电源线电源线等几种信号线。等几种信号线。微型机系统所使用的芯片微型机系统所使用的芯片内部、电路插件板元器件之间、系统各插件板之内部、电路插件板元器件之间、系统各插件板之间、系统与系统之间的连线，都由各自的总线把间、系统与系统之间的连线，都由各自的总线把各部分组织起来，从而组成一个能彼此传输信息各部分组织起来，从而组成一个能彼此传输信息和对信息进行加工处理的整体和对信息进行加工处理的整体 总线标准总线标准是指国际工业界正式公布或推是指国际工业界正式公布或推荐的把各种不同的模块组成荐的把各种不同的模块组成微微机系统时必机系统时必须遵守的规范。具体来讲，须遵守的规范。具体来讲，它是指芯片之它是指芯片之间，插件板之间及微机系统之间，通过总间，插件板之间及微机系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议和规范协议和规范 总线标准总线标准 总线标准一般包括硬件和软件两方面总线标准一般包括硬件和软件两方面的内容的内容。硬件方面硬件方面主要有总线的信号线主要有总线的信号线定义、时钟频率、系统结构、仲裁及配定义、时钟频率、系统结构、仲裁及配置、电气规范、机械规范等方面的内容，置、电气规范、机械规范等方面的内容，软件方面软件方面主要有总线协议、驱动程序和主要有总线协议、驱动程序和管理程序等。管理程序等。总线标准为总线标准为微型机微型机系统中系统中各模块的互连提供了一个统一的标准，各模块的互连提供了一个统一的标准，为接口的软、硬件设计者和开发应用者为接口的软、硬件设计者和开发应用者提供了方便提供了方便 （1）总线标准的最重要特点是公用性。具有相同）总线标准的最重要特点是公用性。具有相同总线的不同功能的模块都可以挂接到总线上，共总线的不同功能的模块都可以挂接到总线上，共享总线，扩充性能好享总线，扩充性能好（2）信号一般以并行方式传输，传输速率快）信号一般以并行方式传输，传输速率快（3）一般在微机主板上以多个扩展插槽形式提供）一般在微机主板上以多个扩展插槽形式提供（4）所定义的信号线种类齐全。一般都有分离的）所定义的信号线种类齐全。一般都有分离的数据线、地址线和控制线数据线、地址线和控制线 总线标准的一般特点总线标准的一般特点二、总线的分类二、总线的分类 (5(5类类)片内总线片内总线 片内总线片内总线也称为也称为CPUCPU总线，它是位于微总线，它是位于微处理器内部的总线，是处理器内部的总线，是ALUALU及各种寄存器等及各种寄存器等功能单元之间的通路功能单元之间的通路 元件级总线元件级总线 元件级总线元件级总线也称为片间总线。该总线限制也称为片间总线。该总线限制在一块电路板内，它是实现板内各元器件相互在一块电路板内，它是实现板内各元器件相互连接的信号线。片间总线通常包括地址线、数连接的信号线。片间总线通常包括地址线、数据线和控制线等，是各种总线中速度最快、效据线和控制线等，是各种总线中速度最快、效益最高、功能最直接的总线。一般指益最高、功能最直接的总线。一般指CPUCPU引脚没引脚没有经过组合、驱动隔离，而被直接引用的信号有经过组合、驱动隔离，而被直接引用的信号线线 二、总线的分类二、总线的分类 (5(5类类)()(续一）续一）通信总线通信总线 通信总线通信总线也叫外部总线，是微机系统之间或也叫外部总线，是微机系统之间或微机系统与通信设备之间进行通信的一组信号线。微机系统与通信设备之间进行通信的一组信号线。如串行通信采用的如串行通信采用的RS-232-CRS-232-C、RS-485RS-485总线，微总线，微机与智能仪器之间通信采用的机与智能仪器之间通信采用的IEEE488IEEE488、VXIVXI总总线以及最近流行和正在迅速发展的用于微机与外线以及最近流行和正在迅速发展的用于微机与外部设备之间进行通信的部设备之间进行通信的USBUSB通用串行总线等。这通用串行总线等。这些通信总线的特点更符合接口标准的特点，因此，些通信总线的特点更符合接口标准的特点，因此，常称为接口标准常称为接口标准二、总线的分类二、总线的分类 (5(5类类)()(续二）续二）系统总线系统总线 系统总线系统总线也叫板级总线或标准总线，它也叫板级总线或标准总线，它主要用于微机系统内部各插件板之间进行主要用于微机系统内部各插件板之间进行连接和传输信息，是微机系统最重要的一连接和传输信息，是微机系统最重要的一种总线，一般在主板上做成扩展插槽形式。种总线，一般在主板上做成扩展插槽形式。如如ISA总线构成了总线构成了IBM PC/AT微机系统微机系统 二、总线的分类二、总线的分类 (5(5类类)()(续三）续三）局部总线局部总线 局部总线局部总线是介于是介于CPUCPU总线和系统总线之间的一级总总线和系统总线之间的一级总线，是目前高档微机中常采用的一种重要总线。它的线，是目前高档微机中常采用的一种重要总线。它的两侧分别由桥芯片连接，分别面向两侧分别由桥芯片连接，分别面向CPUCPU总线和系统总线，总线和系统总线，但局部总线离但局部总线离CPUCPU总线更近一些。采用局部总线的优点总线更近一些。采用局部总线的优点在于一些高速外设通过局部总线和在于一些高速外设通过局部总线和CPUCPU总线直接连接，总线直接连接，而不必象早期的微机中那样将高速外设和慢速外设统而不必象早期的微机中那样将高速外设和慢速外设统统挂在较慢的系统总线上，从而可以显著提高数据传统挂在较慢的系统总线上，从而可以显著提高数据传输的速率和充分发挥输的速率和充分发挥CPUCPU高速的优势高速的优势二、总线的分类二、总线的分类 (5(5类类)()(续四）续四）二、总线的分类二、总线的分类 (5(5类类)()(续五）续五）局部总线又可分专用局部总线、局部总线又可分专用局部总线、VLVL总总线（线（486486机中采用）、机中采用）、PCIPCI总线总线3 3种。其中种。其中前两种已很少用或不用，目前微机系统前两种已很少用或不用，目前微机系统中的局部总线主要是指中的局部总线主要是指PCIPCI总线，它是一总线，它是一种先进的局部总线标准种先进的局部总线标准11.1.2接口标准与接口标准的分类接口标准与接口标准的分类 一、一、基本概念基本概念 接口接口 所谓所谓接口接口就是微处理器与外围设备之间的就是微处理器与外围设备之间的连接电路，它是两者之间进行信息交换时的必连接电路，它是两者之间进行信息交换时的必要通路，不同的外设有不同的输入要通路，不同的外设有不同的输入/输出接口输出接口电路。例如，键盘输入有键盘接口电路，电路。例如，键盘输入有键盘接口电路，CRT显示器有显示器输出接口电路，打印机也有打显示器有显示器输出接口电路，打印机也有打印输出接口电路等等印输出接口电路等等接口标准接口标准是指外设接口的是指外设接口的规范规范和和定义定义，它涉及外设接口的信号线定义、传输速率、它涉及外设接口的信号线定义、传输速率、传输方向、拓朴结构、电气和机械特性等传输方向、拓朴结构、电气和机械特性等方面方面 接口标准接口标准（1 1）接口标准的最大特点是专用性，一般情况下）接口标准的最大特点是专用性，一般情况下是一种接口只连接一类设备，不能混用是一种接口只连接一类设备，不能混用（2 2）一般在机箱外，以插头或插座形式提供）一般在机箱外，以插头或插座形式提供（3 3）信号传输形式既有并行传输又有串行传输）信号传输形式既有并行传输又有串行传输（4 4）定义信号线较少，且种类不多）定义信号线较少，且种类不多 接口标准的一般特点接口标准的一般特点 “7”“7”号和号和“9”9”号位置都是号位置都是USBUSB接口。它也是一种串行接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是接口，目前最新的标准是2.02.0版，理论传输速率可达版，理论传输速率可达480480MB/s/s。目前许多上设都采用这种设备接口，如。目前许多上设都采用这种设备接口，如Modem、打印机、扫描仪、数码相机等。它的优点就是数据传输速打印机、扫描仪、数码相机等。它的优点就是数据传输速率高、支持即插即用、支持热拨插、无需专用电源、支持率高、支持即插即用、支持热拨插、无需专用电源、支持多设备无多设备无PCPC独立连接等独立连接等 “8 8”:IEEE 1394 1394接口，接口，1.6GB/s1.6GB/s的传输速率。即插的传输速率。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到许多限制，只即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等等 “1010”号位置是指双绞以太网线接口，也称之为号位置是指双绞以太网线接口，也称之为“RJ-4545接口接口”。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接二、接口标准的分类二、接口标准的分类 接口标准的分类方法也较多，根据所连设接口标准的分类方法也较多，根据所连设备的性质及功能，一般分为以下备的性质及功能，一般分为以下5 5种种 图形显示接口标准图形显示接口标准传统串并行接口标准传统串并行接口标准 外存设备接口标准外存设备接口标准 通用外设接口标准通用外设接口标准 测试仪器接口标准测试仪器接口标准 图形显示接口标准图形显示接口标准 支持图形显示卡的接口标准。如高速显示的支持图形显示卡的接口标准。如高速显示的新型接口标准新型接口标准AGPAGP 传统串并行接口标准传统串并行接口标准 它是微机系统中进行串行和并行输入输出的它是微机系统中进行串行和并行输入输出的端口。如端口。如RS-232-CRS-232-C、RS-485RS-485、I I2 2C C、IEEE1284IEEE1284）等接口标准等接口标准 外存设备接口标准外存设备接口标准 支持硬盘、光盘、支持硬盘、光盘、CD-ROMCD-ROM和磁带等存储介质和磁带等存储介质的接口标准，如的接口标准，如IDEIDE和和SCSISCSI接口标准接口标准 通用外设接口标准通用外设接口标准 支持多种新型外设的通用型接口标准。如支持多种新型外设的通用型接口标准。如USBUSB、IEEE1394IEEE1394等，如前所述，它们常被叫做外等，如前所述，它们常被叫做外设总线是因为这些接口标准已经具备了总线的设总线是因为这些接口标准已经具备了总线的一些特征，还具有一些网络特性一些特征，还具有一些网络特性 测试仪器接口标准测试仪器接口标准 提供和一些测试仪器仪表相连接的接口标提供和一些测试仪器仪表相连接的接口标准。如准。如IEEE-488IEEE-488和和VXIVXI接口标准接口标准 11.1.3总线的组成及性能指标总线的组成及性能指标 一、总线的组成一、总线的组成 总线总线按信号类型或功能一般可分为以下按信号类型或功能一般可分为以下五种五种 数据总线数据总线 数据总线数据总线一般为一般为双向三态，双向三态，用来传输数据，数用来传输数据，数据总线的宽度（据总线的宽度（位数位数）反映了总线传输数据的速率）反映了总线传输数据的速率 地址总线地址总线 地址总线地址总线一般为一般为单向三态单向三态，用来传输地址信息，用来传输地址信息，地址线的位数决定了微机系统的寻址范围地址线的位数决定了微机系统的寻址范围控制总线控制总线用来传输用来传输控制控制或或状态信号状态信号。它根据使用条件。它根据使用条件不同，有的为不同，有的为单向单向，有的为，有的为双向传输双向传输，有的是，有的是三态三态，有的是有的是非三态非三态。控制总线代表了总线的控制能力。控制总线代表了总线的控制能力 电源和地线电源和地线 电源电源和和地线地线是总线中不可缺少的，它决定了是总线中不可缺少的，它决定了总线使用的电源种类，地线分布及用法总线使用的电源种类，地线分布及用法 备用线备用线 备用线备用线主要是留作功能扩充和用户的特殊要主要是留作功能扩充和用户的特殊要求使用求使用 控制总线控制总线二、总线的性能指标二、总线的性能指标 总线宽度总线宽度 总线宽度总线宽度是指一次可以同时传输数据的是指一次可以同时传输数据的位数位数，单位为位单位为位(bit)总线频率总线频率 它是指总线在每秒钟内能传输数据的它是指总线在每秒钟内能传输数据的次数次数，单位为单位为MHz。如。如ISA的总线频率为的总线频率为8MHz，而，而PCI总线有总线有33.3MHz、66.6MHz两种总线频率两种总线频率 传输速率传输速率指总线在每秒钟内能传输的最多字节指总线在每秒钟内能传输的最多字节数，单位为数，单位为MB/s。三者的关系是：。三者的关系是：传输速率传输速率=总线宽度总线宽度/8/8总线频率总线频率 总线宽度越宽，总线频率越高，则总线传输速率总线宽度越宽，总线频率越高，则总线传输速率越快越快 例【例【11-1】PCI总线频率为总线频率为33.3MHz，总线宽度，总线宽度32位，则：位，则：传输速率传输速率=32b/833.3 MHz=133.2MB/s 传输速率传输速率11.2 几种典型总线及接口标准几种典型总线及接口标准 在微机系统中，通常由多种总线构成。在微机系统中，通常由多种总线构成。如如386386主板板上常有主板板上常有ISA 总线和总线和EISA总线，总线，486486主板上常有主板上常有ISA ISA 总线和总线和VESA总线，总线，Pentium主板上常有主板上常有ISA 总线和总线和PCI总线，总线，P、P主板常有主板常有ISA 总线、总线、PCI总线和总线和AGP总线，而总线，而P主板上常有用主板上常有用PCI总线和总线和AGPAGP总线，或称总线，或称AGP接口标准等。微机系接口标准等。微机系统的一种总线层次结构图如图统的一种总线层次结构图如图11111 1所示所示 微机系统的一种总线层次结构图微机系统的一种总线层次结构图 11.2.1 PC/XT总线和总线和ISA总线总线 PC/XT总线是最早的总线是最早的PC机的系统总机的系统总线，是线，是IBM公司于公司于19811981年推出的基于准年推出的基于准1616位机位机PC/XT的总线，也称的总线，也称PC总线，总线，PC/XT总线支持总线支持8 8位数据传输和位数据传输和2020位地位地址寻址空间址寻址空间一、一、ISAISA总线的主要特点总线的主要特点 ISA总线是总线是16位的总线位的总线，可以只用低，可以只用低8位数据位数据线：当作线：当作8位数据线使用时，只用其前位数据线使用时，只用其前62个引个引脚，此时，它有脚，此时，它有8位数据线，位数据线，20位地址线；当位地址线；当作作16位数据线使用时，用到全部位数据线使用时，用到全部98个引脚，个引脚，此时，它有此时，它有16位数据线，位数据线，24位地址线位地址线 ISA总线的最高工作总线的最高工作频率为频率为8MHz，数据宽度，数据宽度为为16位，由公式（位，由公式（11-1）计算可得）计算可得 数据传输速率为数据传输速率为16MB/s。地址线。地址线24条，可寻条，可寻址址16MB的内存空间的内存空间 一、一、ISAISA总线的主要特点（续）总线的主要特点（续）ISA总线共有总线共有15个外部中断输入端个外部中断输入端，其中其中保留保留3个个没有用。另外还有没有用。另外还有7个个DMA通道通道 ISA总线是开放式总线结构，具备总线是开放式总线结构，具备了一定的了一定的多主控功能多主控功能，即允许有多个主，即允许有多个主控模块分时共享总线控模块分时共享总线 二、二、ISAISA总线信号及总线信号及ISAISA插座插座ISA总线总线98根线分成根线分成7类类地址线地址线数据线数据线总线周期控制线总线周期控制线总线控制线总线控制线中断信号线中断信号线DMA信号线信号线电源线电源线 ISAISA插座和信号分布图插座和信号分布图 SASA0 0 SA SA19 19 和和LALA17 17 LALA 23 23(O)(O)SASA0 0 SA SA1919为地址为地址总线总线0 0 19 19位，是可锁存的地址信号，位，是可锁存的地址信号，LALA17 17 LALA2323为地址总线为地址总线17 17 23 23位，是非锁存信号。地址信号位，是非锁存信号。地址信号用于寻址存储器和用于寻址存储器和I/OI/O设备。设备。SASA0 0 SA SA1919加上加上LALA17 17 LALA2323，允许寻址多达，允许寻址多达16MB16MB存储空间存储空间 AENAEN 地址允许信号，输出。此信号用来在地址允许信号，输出。此信号用来在DMADMA期期间禁止间禁止I/OI/O端口的地址译码。端口的地址译码。AENAEN信号有效，表示信号有效，表示DMADMA控制器正在控制系统总线，进行控制器正在控制系统总线，进行DMADMA传输传输。此。此时时CPUCPU放放弃了总线控制权，用放放弃了总线控制权，用AENAEN信号来禁止信号来禁止I/OI/O端口的地址译码端口的地址译码1.1.地址线地址线 BALEBALE 地址锁存允许信号，输出。它由总线地址锁存允许信号，输出。它由总线控制器控制器82888288提供，可用提供，可用BALEBALE信号的下降沿将系信号的下降沿将系统总线上的地址信号统总线上的地址信号SASA0 0 SA SA1919锁存锁存 SBHESBHE I/OI/O线，数据总线高字节允许信号。线，数据总线高字节允许信号。SBHESBHE有效，表示数据总线上传输的是高字节数有效，表示数据总线上传输的是高字节数据（据（SDSD8 8 SD SD1515）2.2.数据线数据线SD0SD7和和SD8 SD15，双向。，双向。SD0是最低有效位，是最低有效位，SD15是最高有效位。是最高有效位。CPU既可以按字节传输，也可按字传输既可以按字节传输，也可按字传输 MEMR*存储器读信号存储器读信号 (2)(2)MEMW*存储器写信号存储器写信号 SMEMR*、SMEMW*存储器读写控制存储器读写控制 (用于用于A0A0 A19A19寻址的寻址的1M1M内存空间的访问）内存空间的访问）(3)(3)IOW*I/O写命令写命令 (4)(4)IOR*I/O读命令读命令 (5)(5)MEMCS16*、I/OCS16*，存储器和，存储器和I/O 1616位片选信号位片选信号 (6)(6)OWS*，输入，零等待状态信号，输入，零等待状态信号 3.3.控制线控制线 I/O CHRDY，输入，输入，I/O通道就绪信号通道就绪信号 总线控制线总线控制线MASTER*，输入，主控设备信号，输入，主控设备信号 IOCHCK*，I/O通道检验信号，输入通道检验信号，输入 RESET DRV，系统复位驱动信号，输出，系统复位驱动信号，输出 CLK，总线系统时钟，输出。，总线系统时钟，输出。OSC，振荡器信号，输出，由晶振产生，振荡器信号，输出，由晶振产生 REFRESH*，I/O线，刷新信号线，刷新信号 中断信号线中断信号线 IRQ3 IRQ 7、IRQ9IRQ12、IRQ14IRQ15，输入输入 上述中断请求线用于上述中断请求线用于I/O设备向设备向CPU发出中断请发出中断请求信号。求信号。IRQ9优先级最高，其次是优先级最高，其次是IRQ10 IRQ 12，IRQ14 IRQ 15，最低是，最低是IRQ3IRQ7。另外另外IRQ0 IRQ 2、IRQ8和和IRQ13用于系统板上。当用于系统板上。当IRQ线上由低变高时，产生一个中断请求线上由低变高时，产生一个中断请求 DRQ0 DRQ3、DRQ5 DRQ7，输入，输入 DACK0*DACK3*，DAK5*DAK7*，输出，输出，DMA响应信号，用来响应响应信号，用来响应DMA请求。低电请求。低电平有效平有效 T/C，计数结束信号，输出。在任何一个，计数结束信号，输出。在任何一个DMA通道的终点计数计满时发出此脉冲通道的终点计数计满时发出此脉冲 DMA信号线信号线 共有共有4组：组：12V512V105V55V104个地个地(GND)电源信号线电源信号线三、三、ISAISA总线周期总线周期 ISA支持支持八种八种类型的总线周期类型的总线周期 存储器读存储器读 存储器写存储器写 I/O端口读端口读 I/O端口写端口写 中断响应中断响应 DMA传输传输 刷新刷新 仲裁周期仲裁周期 了解和掌握了解和掌握ISA总线周期的时序，特别是总线周期的时序，特别是I/O端端口读和口读和I/O端口写总线周期，对于开发接口电路是端口写总线周期，对于开发接口电路是非常重要的非常重要的 11.2.2 PCI总线总线 PCI总线总线(Peripheral Component Interconnct Special Interest Group)，即外围，即外围部件互联专业组，部件互联专业组，简称简称PCISIG。是由是由Intel、IBM、Compaq、AST、HP、Apple、DEC等等100多家公司于多家公司于1991年共同推出的一种局部总年共同推出的一种局部总线，广泛应用于当前高档微机、工作站及笔记线，广泛应用于当前高档微机、工作站及笔记本电脑中本电脑中 PCIPCI局部总线的结构示意图局部总线的结构示意图PCI总线引线示意图总线引线示意图地址和地址和 数据数据 AD31AD0C/BE#3BE#0 接口控制接口控制 FRAME#TRDY#IRTY#STOP#DEVSEL#IDSEL REQ#GNT#PERR#SERR#CLK RST#64位扩充位扩充PAR64REQ64#ACK64#INTA#INTB#INTC#INTD#TD1TD0TCKTMSTRST#出错出错仲裁仲裁系统系统AD63AD32C/BE#7BE#4LOCK#接口控制接口控制中断中断JTAG PARPCI卡卡一、一、PCIPCI总线的特点总线的特点 与与ISA等总线相比，等总线相比，PCI总线具有如下的特点总线具有如下的特点 传输速率高传输速率高 允许多总线共存允许多总线共存 PCI总线不依赖于某一具体的微处理器，它支持多种总线不依赖于某一具体的微处理器，它支持多种 微处理器和将来发展的微处理器微处理器和将来发展的微处理器 总线数据总线数据宽度宽度32位位或或64位位 支持支持64位位寻址寻址 5V和和3.3V两种电源供电两种电源供电 自动识别与配置外设，方便用户使用自动识别与配置外设，方便用户使用 11.2.3 AGP总线总线 AGP加速图形端口于加速图形端口于1996年年8月提出的一种月提出的一种新型视频接口标准，它是专门为新型视频接口标准，它是专门为3D加速而设置加速而设置的加速图形端口，允许的加速图形端口，允许3D图形数据越过图形数据越过PCI总总线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了PCI总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题 AGP应该是一种接口标准，因为它是一种应该是一种接口标准，因为它是一种点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没有别的设备能够使用有别的设备能够使用AGP，但是，我们习惯上，但是，我们习惯上也称其为也称其为AGP总线总线 一、一、AGPAGP总线的结构总线的结构 采用采用AGP总线的系统结构图总线的系统结构图二、二、AGPAGP总线的特点总线的特点 设计设计AGP的目的是为了实现高性能的的目的是为了实现高性能的3D图像，提高图像，提高显示的速度，因此采用了一些先进技术显示的速度，因此采用了一些先进技术 双时钟技术双时钟技术 流水线技术进行读写内存流水线技术进行读写内存 DIME(Direct Memory Excute)技术技术 当当CPU访问系统访问系统RAMRAM时，时，AGP显示卡同时可以访问显示卡同时可以访问AGP RAM，两种总线同时传输数据，两种总线同时传输数据 多路信号分离技术多路信号分离技术 显示系统不占用显示系统不占用PCI总线总线 三、三、AGP的工作模式的工作模式 AGP支持支持3种工作模式：种工作模式：1，2和和4模式。模式。3种工作模式的图形性能是依次提高的。目前微种工作模式的图形性能是依次提高的。目前微机的机的BIOS中基本上都是采用中基本上都是采用4模式模式模式模式 工作频率工作频率（MHz）数据传输率数据传输率（MB/s）传输触发方式传输触发方式 1 66 266 上升沿上升沿 2 133 532 上升沿和下降沿上升沿和下降沿 4 266 1064 上升沿和下降沿上升沿和下降沿 四、四、AGP与与PCI的比较的比较 性能指标性能指标 PCIAGP 方式带宽方式带宽（MB/S）133533总线时钟（总线时钟（MHZ）3366数据线宽度（位）数据线宽度（位）3232数据传输数据传输 同步同步 同步同步 插槽插槽 最多最多5个个 1个个 内存优先存取内存优先存取 不支持不支持 支持支持 信号线数量信号线数量 496511.3 RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准 RS-232C是数据终端设备（是数据终端设备（DTE）和数）和数据通信设备（据通信设备（DCE）之间的接口标准，是在）之间的接口标准，是在微机接口应用中常用的一种串行通信总线标微机接口应用中常用的一种串行通信总线标准，全称为准，全称为EIARS232C标准标准（Electoronic Industrial Associate Recommended Standard 232C）11.3.1 RS-232C串行通信接口标准的信号线串行通信接口标准的信号线 RS232C标准的信号线共标准的信号线共25根，其中只定义根，其中只定义了了22根。这根。这22根信号线又分为主、辅两个信道，根信号线又分为主、辅两个信道，大多数微机串行通信系统中都只使用主信道的信大多数微机串行通信系统中都只使用主信道的信号线。在通信中，即便是只使用主信道，也并非号线。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信号都要连接，一般情况下只需使主信道的所有信号都要连接，一般情况下只需使用其中的用其中的9根信号线。这就是为什么我们在微机根信号线。这就是为什么我们在微机的机箱上看到的串行通信接口（如的机箱上看到的串行通信接口（如COM1、COM2）只有）只有9根的原因根的原因脚脚号号 信号名信号名缩写名缩写名方向与功能说明方向与功能说明 3发送数据发送数据 TxD DTEDCE终端发送串行数据终端发送串行数据 2接收数据接收数据 RxD DTEDCE终端接收串行数据终端接收串行数据 7请求发送请求发送 RTS DTEDCE终端请求通信设备切换到发送方向终端请求通信设备切换到发送方向 8清除发送清除发送 CTS DTEDCE设备已切换到发送方向设备已切换到发送方向 6数传机就绪数传机就绪 DSR DTEDCE通信设备就绪，设备可用通信设备就绪，设备可用 5信号地信号地 SG 无方向信号地，所有信号公共地无方向信号地，所有信号公共地 1数据载体检出数据载体检出 DCD DTEDCE通信设备正在接收通信链路的信号通信设备正在接收通信链路的信号 4数据终端就绪数据终端就绪 DTR DTEDCE终端设备就绪，设备可用终端设备就绪，设备可用 串行通信接口标准的信号线串行通信接口标准的信号线 11.3.2 RS-232C串行通信接口标准的电气特性串行通信接口标准的电气特性 RS-232C串行通信串行通信接口标准接口标准中，中，对于发对于发送端，规定送端，规定5V15V表示逻辑表示逻辑“1”1”（MARK信号），用信号），用5V15V表示逻表示逻辑辑“0”0”（SPACE信号），内阻为几百欧信号），内阻为几百欧姆，可以带姆，可以带2500pF的电容负载。负载开路的电容负载。负载开路时电压不得超过时电压不得超过25V。对于接收端，电。对于接收端，电压低于压低于3表示逻辑表示逻辑“1”1”，高于，高于3表示逻表示逻辑辑“0”0”n232C接口采用接口采用EIA电平电平n高电平为高电平为3V15V逻辑逻辑“0”n低电平为低电平为3V15V逻辑逻辑“1”n实际常用实际常用12V或或15Vn标准标准TTL电平电平n高电平：高电平：2V5Vn低电平：低电平：0V0.8V相互转换相互转换11.3.3 RS-232C电平与电平与TTL电平的转换电平的转换 MAX232引脚图引脚图MAX232的用法的用法1.在在C1+和和C1-两端、两端、C2+和和C2-两端、两端、V+和地两和地两端、端、V-和地两端分别接一个和地两端分别接一个0.1f(105)电容电容2.可以将两路可以将两路RS-232C电平转换成两路电平转换成两路TTL电电平。分别从平。分别从R1IN和和R2IN输入，对应从输入，对应从T1OUT和和T2OUT输出。注意，输入和输出的逻辑值保持一输出。注意，输入和输出的逻辑值保持一致，如输入致，如输入-5V，即逻辑，即逻辑1，输出也是逻辑，输出也是逻辑1，TTL电平为高电平，即电平为高电平，即3.6V左右左右3.可以将两路可以将两路TTL电平转换成两路电平转换成两路RS-232C电电平，分别从平，分别从T1IN和和T2IN输入，对应从输入，对应从R1OUT和和R2OUT输出。同样输入和输出的逻辑值保持一致输出。同样输入和输出的逻辑值保持一致11.3.4 RS-232C的的机械特性机械特性 RS-232C的的机械特性机械特性规定：微机的规定：微机的RS-232C接接口通向外部的连接器是一种标准的口通向外部的连接器是一种标准的“D”型插针型插针 11.4 通用串行总线通用串行总线USB USB（Universal Serial Bus）通用串行总通用串行总线是由线是由Compaq、Digital Equipment、Intel、Microsoft、IBM、NEC及及Northern Telecom等等7家公司联合开发的一种流行的外设接口家公司联合开发的一种流行的外设接口标准标准 1996年年2月公布了月公布了USB 1.0版本，传输速率有低版本，传输速率有低速速1.5Mbps和高速和高速12Mbps两种模式。两种模式。USB 2.0已已于于2000年年4月月27日由日由Compaq、HP、Intel、Lucent、Micrsoft、NEC、Philips正式对外发布，正式对外发布，作为新一代作为新一代USB标准，标准，USB 2.0兼容所有兼容所有USB 1.0外部设备及电缆线等，传输速率达外部设备及电缆线等，传输速率达480Mbps。USB 2.0不仅使不仅使USB大大提速，而且使更多的设大大提速，而且使更多的设备可以经备可以经USB连接到连接到PC11.4.1 USB的性能特点的性能特点 传输速度快传输速度快连接简单快捷连接简单快捷通用连接器通用连接器无须外接电源无须外接电源 扩充外设能力强扩充外设能力强 一、传输速度快一、传输速度快USB 1.0 提供了两种速度：提供了两种速度：USB低速低速1.5Mbps，低速的，低速的USB支持低速设备，支持低速设备，例如，调制解调器、键盘、鼠标、优盘、例如，调制解调器、键盘、鼠标、优盘、硬盘、光驱、网卡、扫描仪、数码相机硬盘、光驱、网卡、扫描仪、数码相机等；等；USB全速全速12Mbps，USB全速的数全速的数据传输速度比据传输速度比RS-232C串口的串口的9600bps快快1000多倍，它用于大范围的多媒体设多倍，它用于大范围的多媒体设备。而备。而USB 2.0的数据传输速度可以高的数据传输速度可以高达达480Mbps二、连接简单快捷二、连接简单快捷USB连接简单快捷，可以进行连接简单快捷，可以进行热插拔热插拔。即设备连到即设备连到USB时，不必打开机箱，也时，不必打开机箱，也不必关闭主机电源不必关闭主机电源 三、通用连接器三、通用连接器USB用一种通用的连接器可以连接多用一种通用的连接器可以连接多种类型的外设，其外型为种类型的外设，其外型为4针插头针插头 四、无须外接电源四、无须外接电源由由USB总线提供电源到外部设备总线提供电源到外部设备，USB能提供能提供+5V/500mA的电源，供低的电源，供低功耗功耗USB设备如设备如USB键盘、键盘、USB鼠标、鼠标、优盘等作电源使用；但需高功耗的优盘等作电源使用；但需高功耗的USB设备设备,如扫描仪等仍需自带电源；如扫描仪等仍需自带电源；USB还还采 用采 用 A P M（A d v a n c e d P o w e r Management）技术，可以有效地节省）技术，可以有效地节省电源功耗电源功耗五、扩充外设能力强五、扩充外设能力强USB采用星形层式结构和采用星形层式结构和Hub技术，技术，允许一个允许一个USB主控机可以主控机可以连接多达连接多达127个外设个外设，用户不用担心要连接的设备数，用户不用担心要连接的设备数目会受到限制。两个外设间的目会受到限制。两个外设间的距离可达距离可达5米米，扩充方便，扩充方便11.4.2 USB的物理接口和电气特性的物理接口和电气特性 一、接口信号线一、接口信号线 二、电气特性二、电气特性 D+D+、D-D-线电气特性：线电气特性：无驱动：无驱动：高速高速VD+2.7V,VD-0.8V,低速反之；低速反之；有驱动：有驱动：高速高速VD+2.0V,VD-2.0V,低速反之低速反之收发器：收发器：对地电源对地电源电压为电压为4.755.25V，设备吸入，设备吸入的最大电流值为的最大电流值为500mA，D+、D-上不加电压上不加电压USBUSB设备：设备：高速在高速在D+上加上加3.03.6V电压电压,低速反之低速反之三、三、USBUSB设备及其描述器设备及其描述器 USB设备设备 USB设备分成设备分成Hub设备设备和和功能设备功能设备两种两种 管道管道 管道是从逻辑概念上来描述信息传输的通道管道是从逻辑概念上来描述信息传输的通道 端点端点 USB描述器描述器 （1 1）设置描述器）设置描述器 （2 2）设备描述器）设备描述器 （3 3）端点）端点描述器描述器 （4 4）接口描述器）接口描述器 11.4.3 USB系统组成及拓扑结构系统组成及拓扑结构 一、一、USBUSB系统的组成系统的组成 USB的软硬件的软硬件 USB主控制器主控制器/根集线器根集线器 USB集线器集线器(USB Hub)USB设备设备 USB设备驱动程序设备驱动程序 USB驱动程序驱动程序 USB主控制器驱动程序主控制器驱动程序二、二、USBUSB系统拓扑结构系统拓扑结构 11.4.4 USB的传输类型的传输类型 一、一、USB的数据流类型的数据流类型 USB支持支持控制信号流控制信号流实时数据流实时数据流块数据流块数据流中断数据流中断数据流等等4 4种数据类型种数据类型 1.1.控制信号流控制信号流:控制信号流的作用是当控制信号流的作用是当USBUSB设设备一旦加入系统时，备一旦加入系统时，USBUSB系统软件与设备之间建系统软件与设备之间建立起控制信号流来发送控制信号，这种数据不立起控制信号流来发送控制信号，这种数据不允许出错或丢失允许出错或丢失 2.2.实时数据流实时数据流:实时数据流用于传输连续实时数据流用于传输连续的固定速率的数据，它所需要的带宽与所传输的固定速率的数据，它所需要的带宽与所传输数据的采样率有关。因为实时数据流要求有固数据的采样率有关。因为实时数据流要求有固定的速率和低延时，在定的速率和低延时，在USBUSB系统中，专门对此操系统中，专门对此操作进行了设计，尽量保证有较大的缓冲区，并作进行了设计，尽量保证有较大的缓冲区，并确保有低的误码率确保有低的误码率 3.3.块数据流块数据流:通常用于发送大量数据通常用于发送大量数据 4.4.中断数据流中断数据流:用于传输少量随机输入用于传输少量随机输入信号。它包括事件通知信号、输入字符或信号。它包括事件通知信号、输入字符或坐标等信息坐标等信息 二、二、USB的传输类型的传输类型 与与USB数据流类型对应，数据流类型对应，USB有有4种基本的传输种基本的传输类型类型:批传输批传输中断传输中断传输等时传输等时传输控制传输控制传输 批传输批传输批传输可以是单向，也可以是双向。它批传输可以是单向，也可以是双向。它用于传输大批数据，这种数据传输的时间用于传输大批数据，这种数据传输的时间性不强，但要确保数据的正确性。在包的性不强，但要确保数据的正确性。在包的传输过程中，出现错误，则需重新传输。传输过程中，出现错误，则需重新传输。其典型的应用是扫描仪、打印机其典型的应用是扫描仪、打印机中断传输是单向的，且仅输入到主机，它用于中断传输是单向的，且仅输入到主机，它用于不固定的、少量的数据传输。当设备需要主机为不固定的、少量的数据传输。当设备需要主机为其服务时，向主机发送此类信息以通知主机，像其服务时，向主机发送此类信息以通知主机，像键盘、鼠标之类的输入设备采用这方式。键盘、鼠标之类的输入设备采用这方式。USBUSB的中的中断传输是断传输是PollingPolling（查询）类型。主机要频繁地请（查询）类型。主机要频繁地请求端点输入。求端点输入。USBUSB设备在全速情况下，其端点设备在全速情况下，其端点PollingPolling周期为周期为1 1255ms255ms；对于低速情况，；对于低速情况，PollingPolling周期为周期为1010255ms255ms。因此，最快的。因此，最快的PollingPolling频率是频率是1KHz1KHz。在信息的传输过程中，如果出现错。在信息的传输过程中，如果出现错误，则需将在下一个误，则需将在下一个PollingPolling中重新传输中重新传输 中断传输中断传输等时传输也称同步传输，可以单向也可等时传输也称同步传输，可以单向也可以双向，用于传输连续性、实时的数据。以双向，用于传输连续性、实时的数据。这种方式的特点是要求传输速率固定，时这种方式的特点是要求传输速率固定，时间性强，忽略传输错误，即传输中出错也间性强，忽略传输错误，即传输中出错也不重传。因为这样会影响传输速率。传输不重传。因为这样会影响传输速率。传输的最大数据包是的最大数据包是1024B/ms1024B/ms。视频设备、数。视频设备、数字声音设备和数字相机采用这种方式字声音设备和数字相机采用这种方式 等时传输等时传输 控制传输是双向的，它的传输有控制传输是双向的，它的传输有2 23 3个个阶段：阶段：SetupSetup阶段，阶段，DataData阶段（可以没有）阶段（可以没有）和和StatusStatus阶段。在阶段。在SetupSetup阶段，主机命令给阶段，主机命令给设备；在设备；在DataData阶段，传输的是阶段，传输的是SetupSetup阶段所阶段所设定的数据；设定的数据；StatusStatus阶段，设备返回握手阶段，设备返回握手信号给主机信号给主机 控制传输控制传输11.4.5 USB包的类型与格式包的类型与格式 一、一、USB包的类型包的类型 USB总线的数据传输包含一个或多个总线的数据传输包含一个或多个交交换换（Transaction），而交换是由，而交换是由包包（Packet）组成的，因此包是组成组成的，因此包是组成USB交交换的基本单位换的基本单位 PID类型类型PID名称名称PID3:0描述描述TokenOUT0001b具有具有PID、类型检查、设备地址、端点号和、类型检查、设备地址、端点号和CRC域的宿主到功能域的宿主到功能设备的发送包设备的发送包IN1001b功能设备到宿主的接收包，具有和发送包一样的域功能设备到宿主的接收包，具有和发送包一样的域SOF0101b帧开始包帧开始包SETUP1101b主机发给设备的设置包，用于控制传输的设置。主机发给设备的设置包，用于控制传输的设置。DataDATA00011b数据包数据包0DATA11011b数据包数据包1DATA20111b在微帧中高速、高带宽的等时交换的数据包在微帧中高速、高带宽的等时交换的数据包MDATA1111b为分离的高速和高带宽等时交换中的数据包为分离的高速和高带宽等时交换中的数据包HandshakeACK0010b接收设备发的接受数据正确的应答包接收设备发的接受数据正确的应答包NAK1010b接收设备无法接受数据或没有数据返回个宿主接收设备无法接受数据或没有数据返回个宿主STALL1110b设备已经被挂起，需要主机插手解决故障设备已经被挂起，需要主机插手解决故障NYET0110b接收器无应答接收器无应答SpecialPRE1100b(Token)预告包，预告下面将以低速方式和低速设备通信预告包，预告下面将以低速方式和低速设备通信ERR1100b(Handshake)分离交换错误的握手信号分离交换错误的握手信号SPLIT1000b高速分离交换标志高速分离交换标志PING0100b为批或控制端点传输而设置的高速流控制探测为批或控制端点传输而设置的高速流控制探测Reserved0000b保留保留PID类型类型PID名称名称PID3:0描述描述 其中包的分类编码由其中包的分类编码由PID表示。表示。8位位PID中只中只有高有高4位用于包的分类编码，低位用于包的分类编码，低4位作校验用，位作校验用，其含义如图其含义如图11-12 PID域的格式所示域的格式所示 二、二、USBUSB包的格式包的格式 1.1.标志包标志包(1)帧开始包帧开始包(SOF)SYNCPID FRAME NUMBERCRC8位位8位位11位位5位位编码编码数据数据 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 标志包标志包由帧由帧开始包开始包和和接受接受(或发送、设置或发送、设置)包包组成。组成。发送方：发送方：主机主机(每隔每隔1ms一次一次)(2)(2)接受包接受包(IN)(IN)SYCNPIDADDRENDPCRC8位位8位位7位位4位位5位位接受交换包括了全部接受交换包括了全部4种传输类型。接受交换种传输类型。接受交换:根根Hub广播接受包广播接受包目标设备返回数据包目标设备返回数据包根根Hub发握手包（等时传输无握手包）发握手包（等时传输无握手包）(3)(3)发送包发送包 (OUT)(OUT)发送交换发送交换:根根Hub广播发送包广播发送包根根Hub发数据包发数据包目目标设备发握手包（批传输才有握手包）标设备发握手包（批传输才有握手包）接受交换包括了除等时传输外的其他接受交换包括了除等时传输外的其他3种传种传输类型输类型(4)(4)设置包设置包(SETUP)(SETUP)控制传输开始由主机发设置包，后面可控制传输开始由主机发设置包，后面可能由一个或多个能由一个或多个IN或或OUT交换，或只包交换，或只包含一个端点传到主机的状态含一个端点传到主机的状态2 2、数据包、数据包DATACRCSYNCPID8位位USB 1.1数据包格式数据包格式8位位01023位位16位位SYNCPIDDATACRC8位位USB 2.0数据包格式数据包格式8位位08192位位16位位发送方：发送方：主机或设备主机或设备 SYCNPID8位位8位位3.3.握手包握手包 发送方：发送方：主机或设备主机或设备，即数据接受方。，即数据接受方。只由只由SYNC和和PID组成组成 主机希望与低速设备进行低速传输时发主机希望与低速设备进行低速传输时发此包此包 低速设备只支持控制传输与中断传输低速设备只支持控制传输与中断传输 与低速设备交换数据只有与低速设备交换数据只有8字节字节 发送方：发送方：主机主机 4.4.特殊包特殊包11.4.6 USB的应用的应用 更多的更多的USB产品还在不断地问世。基于产品还在不断地问世。基于USB2.0 标准的标准的USB硬盘、扫描仪和数码相机、数码摄像硬盘、扫描仪和数码相机、数码摄像机等需大数据量传输的新产品也已投入使用，其机等需大数据量传输的新产品也已投入使用，其数据传输速度已高达数据传输速度已高达480Mb/s；还出现了；还出现了USB转接转接设备，提供设备，提供USB接口到其他接口的转换，这样，接口到其他接口的转换，这样，非非USB接口的外设就能间接地使用接接口的外设就能间接地使用接USB接口，接口，如如USB到到PS/2、USB到到PCI、USB到到SCSI等；新等；新的专用测量仪器也与的专用测量仪器也与PC机机USB接口，如频谱测试接口，如频谱测试仪通过专用仪通过专用USB电缆与电缆与PC机机USB接口，实现接口，实现PC机机接收频谱测试仪测试的数据接收频谱测试仪测试的数据 对于笔记本电脑来讲，使用对于笔记本电脑来讲，使用USBUSB接口可使接口可使笔记本电脑的外设连接变得方便简单，机笔记本电脑的外设连接变得方便简单，机箱上提供多个箱上提供多个USBUSB接口，接口，USBUSB光驱、光驱、USBUSB软软驱等作为配件，使用时只需插上驱等作为配件，使用时只需插上USBUSB接口接口即可即可,极大地方便了用户使用。而且系统极大地方便了用户使用。而且系统结构简单，可以使更高主频的微处理器用结构简单，可以使更高主频的微处理器用于笔记本电脑中于笔记本电脑中 习题习题1111.2 11.3 11.4 11.8 11.9 11.10