第八章 微机总线与接口技术

微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学第八章第八章 系统总线与接口技术系统总线与接口技术 5学时学时u8.1 总线的概念和分类总线的概念和分类u8.2 ISA总线总线u8.3 USB接口接口u8.4 PCI总线总线微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.1 总线的概念和分类总线的概念和分类总线：一组导线的集合总线：一组导线的集合系统与系统之间系统与系统之间或或系统内部各部件之间系统内部各部件之间进行信息传输进行信息传输所必需的全部信号线的总和所必需的全部信号线的总和微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学例：内部总线例：内部总线8位队位队列总线列总线总总线线控控制制逻逻辑辑内部总线内部总线16位位地址加法器地址加法器20位地位地址总线址总线16位位数数据据总总线线总总线线接接口口部部件件BIU123456指令队列指令队列CSDSSSESEU控控制制器器ALU暂暂 存存 器器标志寄存器标志寄存器执执行行部部件件EU通用寄存器通用寄存器AX AH ALBX BH BLCX CH CLDX DH DL SP BP DI SI8088808880868086IP暂存器暂存器8 80 08 86 6总总总总线线线线微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学例：系统总线例：系统总线MPURAMROMI/OI/O接口外设ABDBCB微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学例：系统结构中的总线例：系统结构中的总线微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学例：总线实体例：总线实体PCI总线总线外设接口总线外设接口总线微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学总线总线同步并行总线同步并行总线 高速、高效高速、高效 通信距离短通信距离短并行总线并行总线串行总线串行总线异步并行总线异步并行总线半同步并行总线半同步并行总线同步串行总线同步串行总线异步串行总线异步串行总线 距离远、简单距离远、简单 速度慢速度慢8.1.2 总线的分类微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学按数据传输方式分类按数据传输方式分类u并行接口芯片并行接口芯片将数据的各位将数据的各位同时在多根并行传输线同时在多根并行传输线上进行传输，上进行传输，适于适于短距离、高速短距离、高速通信通信 D0D1D2D3D4D5D6D7目目的的D0D1D2D3D4D5D6D7源源01010110u串行接口芯片串行接口芯片串行接口芯片串行接口芯片将数据的各位将数据的各位按时间顺序依次在一根传输线按时间顺序依次在一根传输线上传输，适上传输，适于于长距离、中低速长距离、中低速通信通信RD目目的的TD源源0 1 1 0 1 0 1 0微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学CPUCPU数据总线数据总线地址地址译码译码读出信号读出信号写入信号写入信号复位复位准备好准备好中断请求中断请求地址地址输输入入设设备备输输出出设设备备控制寄存器控制寄存器输入缓冲寄存器输入缓冲寄存器输出缓冲寄存器输出缓冲寄存器状态寄存器状态寄存器片选片选A A0 0A A1 1数据输入准备好数据输入准备好数据输入数据输入数据输入回答数据输入回答数据输出数据输出数据输出准备好数据输出准备好数据输出回答数据输出回答并行接口连接外设示意图并行接口连接外设示意图微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学总线总线片内总线（片内总线（In Chip BusIn Chip Bus）芯片总线（芯片总线（Component-Level BusComponent-Level Bus）内内总线（总线（Board-Level BusBoard-Level Bus）外外总线（总线（Communication BusCommunication Bus）按所处位置分类按所处位置分类总线总线标准总线标准总线非非标准总线标准总线按按通用性、兼容性分类通用性、兼容性分类微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学(系统系统)外总线外总线如并口、串口如并口、串口(系统系统)内总线内总线如如ISAISA、PCIPCI片片(间间)总线总线 三总线形式三总线形式片内总线片内总线单总线形式单总线形式微微 机机 总总 线线 结结 构构运算器运算器寄存器寄存器控控制制器器CPU存储存储芯片芯片I/O芯片芯片主板扩展扩展接口板接口板扩展扩展接口板接口板微机系统微机系统其其 他他 微微 机机系系 统统其其 他他 仪仪 器器系系 统统微机系统的四级总线示意图微机系统的四级总线示意图微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学MPURAMRAMROMROMI/OI/O接口接口外设外设ABDBCB一、并行总线的构成地址总线地址总线ABAB、数据总线数据总线DBDB、控制总线控制总线CBCB8.1.3 并行总线微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1 1、同步并行总线时序、同步并行总线时序 同步时钟频率同步时钟频率和和数据总线宽度数据总线宽度确定确定数据传输速度数据传输速度数据传输与时钟同步数据传输与时钟同步要求各个设备的速度相当要求各个设备的速度相当二、并行总线的时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学通过通过联络应答联络应答信号实现握手信号实现握手适应能力强，适应能力强，速度取决于较慢速度取决于较慢的设备的设备握手信号握手信号2 2、异步并行总线时序、异步并行总线时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学在同步的基础上，插入在同步的基础上，插入等待周期等待周期能兼容总线上各种不同能兼容总线上各种不同响应速度响应速度的设备的设备使同步总线达到与异步总线相同的功能使同步总线达到与异步总线相同的功能3 3、半同步并行总线时序、半同步并行总线时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学三、并行总线的仲裁挂接在挂接在BUSBUS上的主控设备：上的主控设备：CPUCPU、DMACDMAC、DRAMDRAM刷新控制器、总线桥刷新控制器、总线桥仲裁仲裁方式方式“菊花链菊花链”总裁（串行）总裁（串行）并行仲裁并行仲裁串串并行二维仲裁并行二维仲裁任一时刻只能有一个模块拥有总线的控制权，任一时刻只能有一个模块拥有总线的控制权，总线总线仲裁仲裁的作用是的作用是确定模块如何分配并使用总线确定模块如何分配并使用总线 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1 1、“菊花链菊花链”总线仲裁方式总线仲裁方式三线三线“菊花链菊花链”：总线请求：总线请求BRBR、总线允许总线允许BGBG、总线忙总线忙BBBB微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学三线菊花链三线菊花链仲裁原理仲裁原理u任一主控器任一主控器任一主控器任一主控器C Ci发出总线请求发出总线请求发出总线请求发出总线请求时，时，时，时，使使BR1u任一主控器任一主控器任一主控器任一主控器C Ci占用总线占用总线占用总线占用总线，使，使，使，使BBBB1 1，禁止禁止禁止禁止BGBG输出输出输出输出u主控器主控器主控器主控器C Ci没发请求没发请求没发请求没发请求(BR(BRi=0)=0)，却收到却收到却收到却收到BG(BGINBG(BGINil)l)，则将则将则将则将BGBG向后传递向后传递向后传递向后传递(BGOUT(BGOUTil)l)u当当当当BRBRl l，BBBB0 0时，仲裁器发出时，仲裁器发出时，仲裁器发出时，仲裁器发出BGBG信号。此时信号。此时信号。此时信号。此时，BGBGl l，如果仲裁器本身也是一个主控器，如微处如果仲裁器本身也是一个主控器，如微处如果仲裁器本身也是一个主控器，如微处如果仲裁器本身也是一个主控器，如微处理器，则在发出理器，则在发出理器，则在发出理器，则在发出BGBG之前之前之前之前BBBB0 0时，它可以占用一时，它可以占用一时，它可以占用一时，它可以占用一个或几个总线周期个或几个总线周期个或几个总线周期个或几个总线周期u若若若若C Ci同时满足同时满足同时满足同时满足：本地请求：本地请求：本地请求：本地请求(BRBRi=1)=1)；BB=0BB=0；检测到检测到检测到检测到BGINBGINi端出现了上升沿。端出现了上升沿。端出现了上升沿。端出现了上升沿。接管总线接管总线接管总线接管总线。uCiCi接管总线后接管总线后接管总线后接管总线后，BGBG信号不再后传信号不再后传信号不再后传信号不再后传，即，即，即，即BGOUTBGOUTi0 0 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学2 2、并行总线仲裁方式、并行总线仲裁方式总线仲裁器总线仲裁器C1C2Cn总线总线BR1BG1BR2BG2BRnBGnBBBCLK（总线时钟）总线时钟）uu各主控器有各主控器有各主控器有各主控器有独立的独立的独立的独立的总线请求总线请求BRBR、总线允许总线允许BGBG，互不影响互不影响互不影响互不影响总线仲裁器总线仲裁器总线仲裁器总线仲裁器直接识别直接识别直接识别直接识别所有设备的请求，并向选中的设备所有设备的请求，并向选中的设备所有设备的请求，并向选中的设备所有设备的请求，并向选中的设备C Ci i发发发发BGBGi i微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学3 3、串并行二维总线仲裁方式、串并行二维总线仲裁方式各各链路上优先级由链路上优先级由总线判决器总线判决器内部逻辑决定内部逻辑决定同一链路上则由同一链路上则由离总线判决器的远近程度离总线判决器的远近程度确定确定微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学四、并行总线标准uu微机系统中总线标准有两类：一类是微机系统中总线标准有两类：一类是微机系统中总线标准有两类：一类是微机系统中总线标准有两类：一类是IECIEC和和和和IEEEIEEE制定的总制定的总制定的总制定的总线标准。优点：通用性、兼容性、可扩展性和适应能力很线标准。优点：通用性、兼容性、可扩展性和适应能力很线标准。优点：通用性、兼容性、可扩展性和适应能力很线标准。优点：通用性、兼容性、可扩展性和适应能力很强。缺点：未照顾到各种强。缺点：未照顾到各种强。缺点：未照顾到各种强。缺点：未照顾到各种CPUCPU自身的特点，构成的系统成自身的特点，构成的系统成自身的特点，构成的系统成自身的特点，构成的系统成本高。本高。本高。本高。另一类：各大微机和芯片厂商自己制定的标准。另一类：各大微机和芯片厂商自己制定的标准。另一类：各大微机和芯片厂商自己制定的标准。另一类：各大微机和芯片厂商自己制定的标准。uu学习总线标准的目的和意义。学习总线标准的目的和意义。学习总线标准的目的和意义。学习总线标准的目的和意义。uu总线的标准的性能比较。总线的标准的性能比较。总线的标准的性能比较。总线的标准的性能比较。微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学四、并行总线标准名名 称称PC-XTPC-XTISAISA(PC-AT)(PC-AT)EISAEISASTDSTDVESA(VL)VESA(VL)MCAMCAPCIPCI适应机型适应机型8086 PC8086 PC286286、386386、486 PC486 PC386386、486486、586 PC586 PC工控机工控机486486、586586系列系列PCPCIBM PS/2IBM PS/2与与工作站工作站奔腾系列奔腾系列PCPC、工作站工作站最大传输率最大传输率4MB/s4MB/s16MB/s16MB/s33MB/s33MB/s2MB/s2MB/s266MB/s266MB/s40MB/s40MB/s133MB/s133MB/s总线宽度总线宽度8 8位位1616位位3232位位8 8位位3232位位3232位位3232位位总线时钟总线时钟4MHz4MHz8MHz8MHz8.33MHz8.33MHz2MHz2MHz66MHz66MHz10MHz10MHz33MHz33MHz名名 称称PC-XTPC-XTISAISA(PC-AT)(PC-AT)EISAEISASTDSTDVESA(VL)VESA(VL)MCAMCAPCIPCI同步方式同步方式同步同步异步异步同步同步仲裁方式仲裁方式集中集中集中集中集中集中集中集中集中集中逻辑时序逻辑时序边缘敏感边缘敏感边缘敏感边缘敏感边缘敏感边缘敏感电平敏感电平敏感边缘敏感边缘敏感地址宽度地址宽度202024243232202032/6432/64负载能力负载能力8 88 86 6无限制无限制6 6无限制无限制3 3信号线数信号线数143143909010910949496464位扩展位扩展不可不可不可不可无规定无规定不可不可可可可可可可自动配置自动配置无无无无无无可可可可并发工作并发工作可可可可发方式发方式可可引脚复用引脚复用非非非非非非非非非非是是微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.1.4 串行总线一、串行总线的构成只有只有数据总线数据总线，没有地址总线、控制总线，没有地址总线、控制总线总线上信息（数据、地址总线上信息（数据、地址）按位传输按位传输总线规模小，特别适用于总线规模小，特别适用于远距离通信远距离通信也可作为系统也可作为系统内部通信内部通信和和近距离通信近距离通信COMCOM口口 RS-232RS-232、RS-485RS-485串行通信接口串行通信接口USBUSB接口接口SPI/QSPISPI/QSPI串行扩展接口串行扩展接口I I2 2C CMicrowireMicrowire微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学二、串行总线的技术特点总线上信息（数据、地址总线上信息（数据、地址）按位传输按位传输1、传输方式：单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学传输率传输率 单位时间内传送二进制数据的位数（单位时间内传送二进制数据的位数（bpsbps）波特率波特率2、传输速率110bps110bps、300bps300bps、1200bps1200bps、2400bps2400bps、4800bps4800bps、9600bps9600bps、19200bps19200bps微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学信号线数量少信号线数量少3、通信控制方式降低了传输成本降低了传输成本但对通信双方但对通信双方的收发电路来说，的收发电路来说，增加了复杂性增加了复杂性速率相同速率相同约定数据传送格式约定数据传送格式差错控制差错控制应答控制应答控制以以数据位之间的数据位之间的时间相关性时间相关性来分类，分为来分类，分为同步通信和异步通信微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1 1、同步传输方式、同步传输方式(先发先发MSB)MSB)信息的字节与字节之间、位与位之间信息的字节与字节之间、位与位之间均与同步时钟有严格的时间关系均与同步时钟有严格的时间关系微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学2 2、异步传输方式、异步传输方式(先发先发LSB)LSB)信息的同一字节中虽有相对的时间关系信息的同一字节中虽有相对的时间关系但字节与字节之间无任何时间关系但字节与字节之间无任何时间关系微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学串行连接中具备串行连接中具备3 3台或更多的设备时，所有设备台或更多的设备时，所有设备共享一条通路，并用一个网络协议决定每台设备共享一条通路，并用一个网络协议决定每台设备在什么时候可以发送在什么时候可以发送由于只有数据总线，串行通信只保证串行数由于只有数据总线，串行通信只保证串行数据的准确传输，而不关心该数据是什么意义据的准确传输，而不关心该数据是什么意义所以必须要有相应的通信协议配所以必须要有相应的通信协议配合才能实现完整的数据通信功能合才能实现完整的数据通信功能微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学4、差错控制差错控制：包括检错和纠错差错控制：包括检错和纠错奇偶校验奇偶校验CRCCRC循环冗余校循环冗余校验验微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学三、串行总线标准目前应用最广泛的标准串行总线接口之一目前应用最广泛的标准串行总线接口之一1、RS-232标准数据帧格式数据帧格式空闲、起始位、数据位、校验位、停止位空闲、起始位、数据位、校验位、停止位微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学接收端采用比数据速率接收端采用比数据速率高数倍高数倍（如（如1616倍）的采倍）的采样时钟对数据线上信号进行样时钟对数据线上信号进行采样采样，并按照一定规，并按照一定规则进行判决以恢复出数据信息则进行判决以恢复出数据信息收发双方的时钟差异不能超过一定限度，否则收发双方的时钟差异不能超过一定限度，否则会造成数据采样判决错误会造成数据采样判决错误此外，该方式还有利于提高抗干扰能力此外，该方式还有利于提高抗干扰能力微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学最初是为远程通信连接数据终端设备最初是为远程通信连接数据终端设备DTEDTE与数据通信设备与数据通信设备DCEDCE而制定的而制定的2、RS-232C标准该标准规定了该标准规定了2222条控制信号线，使用条控制信号线，使用DB25DB25连接；连接；常用信号线有常用信号线有8 8根，可使用根，可使用DB9DB9连接连接最简单的连接仅需最简单的连接仅需3 3根根连线连线MODEMMODEMTELTEL LAN LANInternetInternetDCEDCEDTEDTERS-232CRS-232C微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学RS-232CRS-232C信号定义信号定义DB25DB25引脚号引脚号DB9DB9引脚号引脚号功能说明功能说明DB25DB25引脚号引脚号DB9DB9引脚号引脚号功能说明功能说明1 1 保护地保护地1414(辅信道辅信道)发送数据发送数据(TxDTxD)2 23 3发送数据发送数据(TxDTxD)*)*1515 发送信号单元定时发送信号单元定时(DCEDCE为源为源)3 32 2接收数据接收数据(RxDRxD)*)*1616(辅信道辅信道)接收数据接收数据(RxDRxD)4 47 7请求发送请求发送(RTS)*RTS)*1717 接收信号单元定时接收信号单元定时(DCEDCE为源为源)5 58 8清除发送清除发送(CTS)*CTS)*1818 未定义未定义6 66 6数据通信设备准备好数据通信设备准备好(DSR)*DSR)*1818(辅信道辅信道)请求发送请求发送(RTS)RTS)7 75 5信号地信号地(公共地公共地)*)*20204 4数据终端准备好数据终端准备好(DTR)*DTR)*8 81 1数据载体检测数据载体检测(DCD)*DCD)*2121 信号质量检测信号质量检测8 8(保留供数据通信设备测试保留供数据通信设备测试)22229 9振铃指示振铃指示(RI)*RI)*1010(保留供数据通信设备测试保留供数据通信设备测试)2323 数据信号速率选择数据信号速率选择(DTE/DCEDTE/DCE为源为源)1111 未定义未定义2424 发送信号单元定时发送信号单元定时(DTEDTE为源为源)1212(辅信道辅信道)数据载体检测数据载体检测(DCD)DCD)2525 未定义未定义1313(辅信道辅信道)清除发送清除发送(CTS)CTS)微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学空号（空号（SpaceSpace）和控制、状态信号的和控制、状态信号的逻辑逻辑“0 0”对应于电对应于电平平3 3V V15V15V传号（传号（MarkMark）和控制、状态信号的和控制、状态信号的逻辑逻辑“1 1”对应于电对应于电平平3 3V V15V15VRS-232CRS-232C标准采用负逻辑：标准采用负逻辑：因此各终端通信必须经过电平转换因此各终端通信必须经过电平转换 可使用专用的电平转换芯片，如可使用专用的电平转换芯片，如MAX232MAX232等等RS-232电气标准电气标准微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学采用了平衡差分传输技术，提高了共模抑采用了平衡差分传输技术，提高了共模抑制能力，大大减小了地线电位差引起的麻烦制能力，大大减小了地线电位差引起的麻烦3、RS-422/423标准为为RS-422RS-422标准的改进增强版本，并兼容标准的改进增强版本，并兼容RS-422RS-422标准标准逻辑电平与传统数字逻辑逻辑电平与传统数字逻辑TTLTTL兼容，且对兼容，且对物理层没有任何严格要求物理层没有任何严格要求4、RS-485标准：微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学 由由PhilipsPhilips公司推出的用于公司推出的用于ICIC之间的一种之间的一种二线制全双向同步串行扩展总线二线制全双向同步串行扩展总线串行数据线串行数据线SDASDA、串行时钟线串行时钟线SCLSCL5、I2C总线标准微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学USBUSB（Universal Serial BusUniversal Serial Bus）是外设与计算是外设与计算机连接的接口总线机连接的接口总线简化外设的连接过程，具备即插即用、热插简化外设的连接过程，具备即插即用、热插拔、接口体积小、节省系统资源、传输可靠、拔、接口体积小、节省系统资源、传输可靠、良好的兼容性、共享式通信、低成本良好的兼容性、共享式通信、低成本6、USB标准鼠标鼠标U U盘盘打印机打印机摄像头摄像头微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学其前身是其前身是19961996年由苹果公司起草的，称之为年由苹果公司起草的，称之为火线（火线（Fire WireFire Wire）并注册为其商标并注册为其商标7、1394标准速度高速度高400400Mbps 800Mbps 1.6GbpsMbps 800Mbps 1.6GbpsIEEE 1394IEEE 1394接口有接口有6 6针和针和4 4针两种类型针两种类型可提供可提供8 84040V V最大最大1.51.5A A电流供物理层使用电流供物理层使用作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛用于数字摄像机、机顶盒、计算机及其外设等用于数字摄像机、机顶盒、计算机及其外设等微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.2 ISA总线 学习要点：学习要点：学习要点：学习要点：u掌握掌握ISAISA总线信号及接口应用。总线信号及接口应用。u理解理解ISAISA总线时序总线时序 。微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学PCPC总线或总线或XTXT总线总线 8.2 ISA总线 数据宽度为数据宽度为8 8位的位的ISAISA总线由总线由6262根信号根信号线组成，分线组成，分A,BA,B面面 ATAT总线总线 PCPC总线的基础上增总线的基础上增加了加了3636根信号线根信号线 ，增加了增加了C C，D D面面微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.2.1 8.2.1 ISAISA总线的特点总线的特点特点一：特点一：1 1K K字节的字节的I/OI/O地址空间（地址空间（00000000H H03FFH03FFH）24 24位存储器地址位存储器地址 8 8位或位或1616位数据存取位数据存取 15 15级硬件中断级硬件中断 7 7级级DMADMA通道通道 产生产生I/OI/O等待状态等待状态 特点二：特点二：它是一种多主控（它是一种多主控（MultiMasterMultiMaster）总线，除主总线，除主CPUCPU 外，外，DMADMA控制器、控制器、DRAMDRAM刷新控制器和带处理器的智刷新控制器和带处理器的智 能接口控制卡都可以成为能接口控制卡都可以成为ISAISA总线的主控设备总线的主控设备 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.2.1 8.2.1 ISAISA总线的特点总线的特点特点三：可支持特点三：可支持8 8种类型的总线周期种类型的总线周期 8 8位或位或1616位的存储器读周期位的存储器读周期 8 8位或位或1616位的存储器写周期位的存储器写周期 8 8位或位或1616位的位的I/OI/O读周期读周期 8 8位或位或1616位的位的I/OI/O写周期写周期 中断请求和中断响应周期中断请求和中断响应周期 DMA DMA 周期周期 存储器刷新周期存储器刷新周期 总线仲裁周期总线仲裁周期微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学ISA总总线线信信号号元元 件件 面面焊焊 接接 面面管脚号管脚号信号名称信号名称管脚号管脚号信号名称信号名称A1B1GNDA2D7B2RESET DRVA3D6B3+5VA4D5B4IRQ2A5D4B55VA6D3B6DRQ2A7D2B712VA8D1B8A9D0B9+12VA10I/O CHRDYB10GNDA11AENB11A12A19B12A13A18B13A14A17B14A15A16B15A16A15B16DRQ3A17A14B17A18A13B18DRQ1A19A12B19A20A11B20CLKA21A10B21IRQ7A22A9B22IRQ6A23A8B23IRQ5A24A7B24IRQ4A25A6B25IRQ3A26A5B26微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学ISA总总线线信信号号元元 件件 面面焊焊 接接 面面管脚号管脚号信号名称信号名称管脚号管脚号信号名称信号名称A27A4B27T/CA28A3B28ALEA29A2B29+5VA30A1B30OSCA31A0B31GNDC1D1C2LA23D2C3LA22D3IRQ10C4LA21D4IRQ11C5LA20D5IRQ12C6LA19D6IRQ13C7LA18D7IRQ14C8LA17D8C9D9DRQ0C10D10C11D8D11DRQ5C12D9D12C13D10D13DRQ6C14D11D14C15D12D15DRQ7C16D13D16+5VC17D14D17C18D15D18GND微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.2.2 8.2.2 ISA信号说明信号说明1 1）数据线）数据线）数据线）数据线D D0 0DD1515：双向三态双向三态双向三态双向三态2 2）低位地址线）低位地址线）低位地址线）低位地址线A A0 0AA1919：输出，可寻址输出，可寻址输出，可寻址输出，可寻址1MB1MB3 3）高位低线高位低线高位低线高位低线LALA1717LALA2323：输出，寻址范围输出，寻址范围输出，寻址范围输出，寻址范围16MB16MB，A19A19A17A17不复用，提高数据传输率不复用，提高数据传输率不复用，提高数据传输率不复用，提高数据传输率4 4）地址锁存允许信号）地址锁存允许信号）地址锁存允许信号）地址锁存允许信号ALEALE：输出，高电平有效输出，高电平有效输出，高电平有效输出，高电平有效5 5）中断请求信号）中断请求信号）中断请求信号）中断请求信号IRQ2IRQ7IRQ2IRQ7、IRQ10IRQ14IRQ10IRQ14：输输输输入，上升沿有效入，上升沿有效入，上升沿有效入，上升沿有效7 7）I/OI/O写信号写信号写信号写信号 ：输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效6 6）I/OI/O读信号读信号读信号读信号 ：输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1010）地址使能信号）地址使能信号）地址使能信号）地址使能信号AENAEN：输出，高电平有效。输出，高电平有效。输出，高电平有效。输出，高电平有效。高电高电高电高电平表示平表示平表示平表示DMADMA周期周期周期周期。CPUCPU控制总线时，该信号保持控制总线时，该信号保持控制总线时，该信号保持控制总线时，该信号保持低电平低电平低电平低电平ISA信号说明信号说明8 8）存储器读）存储器读）存储器读）存储器读 ：输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效9 9）存储器写）存储器写）存储器写）存储器写 ：输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效1212）1616位位位位I/OI/O片选信号片选信号片选信号片选信号 ：输入，低电平有效输入，低电平有效输入，低电平有效输入，低电平有效1313）1616位存储器片选位存储器片选位存储器片选位存储器片选 ：输入，低电平有效输入，低电平有效输入，低电平有效输入，低电平有效1111）数据总线高字节使能）数据总线高字节使能）数据总线高字节使能）数据总线高字节使能 ：输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效输出，低电平有效微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.2.3 ISA8.2.3 ISA8.2.3 ISA8.2.3 ISA总线的电源规格总线的电源规格总线的电源规格总线的电源规格总线电源电压(V)电流最大值(A)最小测量电压(V)峰/峰噪声最大值保护槽电流(A)最小值最大值8位最大值16位最小值+12V5%11.412.61.51.510.8120mV2.02V10%10.8 13.20.30.310.2120mV2.0+5V5%4.55.253.04.54.550mV2.05V10%4.55.50.20.24.350mV2.0微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学ISAISA总线机械尺寸总线机械尺寸 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.2.4 ISA8.2.4 ISA总线的典型操作时序总线的典型操作时序 8 8位存储器读位存储器读/写周期时序写周期时序 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8 8位位IOIO读读/写周期时序写周期时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1616位存储器读位存储器读/写周期时序写周期时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1616位位IOIO读读/写周期时序写周期时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学DMADMA启动存储器读启动存储器读I/OI/O写周期时序写周期时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学DMADMA启动启动I/OI/O读存储器写周期时序读存储器写周期时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学中断响应周期时序中断响应周期时序微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学学习要点：学习要点：学习要点：学习要点：u掌握掌握USBUSB总线概念和应用总线概念和应用 。u理解理解USBUSB控制器芯片及应用控制器芯片及应用。u了解了解USBUSB通信流、传输方式和包格式。通信流、传输方式和包格式。u了解线性突发传输概念了解线性突发传输概念。8.3 USB接口接口微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3 USB接口接口8.3.1 概述概述uUSB是英文是英文Universal Serial Bus u1996年公布年公布USB 1.0版本协议版本协议u1997年有年有USB外设外设u目前计算机与外设连接采用目前计算机与外设连接采用USB 1.1标准标准u2000年发布了年发布了USB 2.0规范，数据的传输速规范，数据的传输速率率480Mbps微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学USBUSB外设外设u键盘、鼠标、游戏杆键盘、鼠标、游戏杆u摄像头、扫描仪摄像头、扫描仪u打印、电视盒打印、电视盒u调制解调器、网卡调制解调器、网卡uCD-ROMCD-ROM、CDRWCDRW、硬盘、软驱硬盘、软驱u声卡、音箱声卡、音箱u手机充电器手机充电器u说写电子板说写电子板uUSB HubUSB Hub微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学USB外设外设汽车钥匙汽车钥匙电话电话数码相机数码相机电子眼电子眼银行刷卡机银行刷卡机U U盘盘/手表手表游戏杆游戏杆手机手机键盘键盘/鼠标鼠标鼠标鼠标U U盘盘计算机计算机微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学USB特点特点u速度快：USB 1.1传输速率12Mbps，USB 2.0传输速率480Mbpsu连接简单快捷：直接连接，无需关机、重新启动、打开机箱等操作u无需外接电源：USB提供内置电源，能向低压设备提供5V的电源u支持多连接：USB支持多设备连接，u良好的兼容性：USB接口标准有良好的向下兼容性u低功耗微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3.2 物理接口与电气连接物理接口与电气连接 VBUS VBUS D+D-GND GND D+D-微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学USB接头接头微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3.3 USB硬件组成硬件组成uUSBUSB主机主机（USB HOSTUSB HOST）uUSBUSB设备设备（USB DEVICEUSB DEVICE）uUSBUSB集线器集线器（USB HUBUSB HUB）微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学USB软件组成软件组成u主控制器驱动程序主控制器驱动程序（Host Controller Host Controller DriverDriver）：）：主控制器驱动程序完成对主控制器驱动程序完成对USBUSB交交换的调度换的调度u设备驱动程序设备驱动程序（USB Device DriverUSB Device Driver）：）：设设备驱动程序是用来驱动备驱动程序是用来驱动USBUSB设备的程序设备的程序uUSBUSB芯片驱动程序芯片驱动程序（USB DriverUSB Driver）：）：USBUSB芯片芯片驱动程序在设备设置时读取描述寄存器以获驱动程序在设备设置时读取描述寄存器以获取取USBUSB设备的特征，并根据这些特征，在请设备的特征，并根据这些特征，在请求发生时组织数据传输求发生时组织数据传输 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3.4 USB通信流与端点通信流与端点u端点端点：USBUSB设备中的用于数据传输交换的缓设备中的用于数据传输交换的缓冲区冲区u每个每个USBUSB设备中包含了设备中包含了若干若干个端点个端点端点端点0 0端点：用于设备初始化，一经上端点：用于设备初始化，一经上电，即自动完成配置电，即自动完成配置非非0 0端点：用于数据传输等操作，最端点：用于数据传输等操作，最多有多有1616个输入端点和个输入端点和1616个输出端点个输出端点USBUSB设备通过设备通过端点传输数据端点传输数据，实现数据流通信！，实现数据流通信！微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3.5 USB传输方式传输方式uUSBUSB传输的传输的数据类型数据类型控制信号流控制信号流：传输控制信号：传输控制信号块数据块数据：传送大量数据：传送大量数据中断数据中断数据：传送少量随机信号，如事件通知：传送少量随机信号，如事件通知实时数据实时数据：传送固定速率的数据，如语音数据：传送固定速率的数据，如语音数据uUSBUSB数据传输方式数据传输方式控制传输方式控制传输方式：设备控制指令、设备状态查询及确认命：设备控制指令、设备状态查询及确认命令令 批传输方式批传输方式 ：较为大量的数据：较为大量的数据中断传输方式中断传输方式 ：需及时处理的数据，单向到主机：需及时处理的数据，单向到主机等时传输方式等时传输方式 ：主要用于实时传输：主要用于实时传输微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3.6 USB包交换结构包交换结构uUSBUSB的数据传输交换通过包实现。包是数据的数据传输交换通过包实现。包是数据交换的基本单位交换的基本单位主机主机设备设备标志包（令牌包）标志包（令牌包）数据包数据包握手包握手包主机主机设备设备标志包（令牌包）标志包（令牌包）数据包数据包握手包握手包USBUSB数据传输交换过程数据传输交换过程微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.3.7 USB2.0与与OTGuUSB2.0USB2.0特点特点速度快：速度快：480Mbps480Mbps热插拔热插拔兼容兼容USB1.0USB1.0、1.11.1支持多支持多USBUSB设备连接设备连接uUSB OTGUSB OTG同时具有同时具有USBUSB主机和设备功能主机和设备功能微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学8.4 PCI总线总线uPCI总线也称为外部设备互连总线也称为外部设备互连，为，为Peripheral Component Interconnect Special Interest Group，缩略语缩略语为为PCISIGu19921992年年6 6月推出月推出1.01.0版本版本u19931993年年4 4月推出月推出2.02.0u19951995年年6 6月月2.12.1版本版本u19981998年年1212月推出月推出2.22.2版本版本微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学PCI总线特点总线特点u高性能高性能高性能高性能：时钟频率时钟频率时钟频率时钟频率33MHz33MHz，传输速率每秒传输速率每秒传输速率每秒传输速率每秒132/132/132/132/264MB264MBu线性突发传输线性突发传输线性突发传输线性突发传输：支持突发数据传输周期，确保总线支持突发数据传输周期，确保总线支持突发数据传输周期，确保总线支持突发数据传输周期，确保总线满载数据满载数据满载数据满载数据u减少存取延迟减少存取延迟减少存取延迟减少存取延迟u采用总线主控和同步操作采用总线主控和同步操作采用总线主控和同步操作采用总线主控和同步操作u不受处理器限制不受处理器限制不受处理器限制不受处理器限制u适用于便携式计算机、服务器等各种机型适用于便携式计算机、服务器等各种机型适用于便携式计算机、服务器等各种机型适用于便携式计算机、服务器等各种机型u与与与与ISAISA、EISAEISA及及及及MCAMCA总线完全兼容总线完全兼容总线完全兼容总线完全兼容u预留扩展空间，具有自动配置功能预留扩展空间，具有自动配置功能预留扩展空间，具有自动配置功能预留扩展空间，具有自动配置功能微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学工作站工作站的的PCI系统结构图系统结构图扩展总线PCI局部总线处理器AGP接口桥/存储控制器LAN图形扩展总线桥基本I/O设备SCSICache运动视频DRAM音频微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学PCI总线连接器总线连接器uPCI总线规范定义了总线规范定义了5V和和3.3V两种工作电源两种工作电源电压电压u连接器有连接器有32位和位和64位两种位两种u5V的连接器用于的连接器用于3.3V时，需要旋转时，需要旋转180度度uPCI接口卡的金手指根据需要可设计接口卡的金手指根据需要可设计成成5V通通用、用、5V/32位、位、5V/64位以及位以及3.3V通用、通用、3.3V/32位、位、3.3V/64位等多种形式位等多种形式微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学PCI总线接口信号总线接口信号微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学C/BE3:0#命令类型说明C/BE3:0#命令类型说明0000中断应答（中断识别）1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O读（从I/O口地址中读数据）1010配置读0011I/O写（向I/O口地址中写数据）1011配置写0100保留1100存储器多行读0101保留1101双地址周期0110存储器读(从内存空间映象读数据)1110存储器读行0111存储器写(向内存空间映象写数据)1111存储器写并无效一、总线操作命令一、总线操作命令微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学二、二、PCI总线协议总线协议uPCIPCI的的的的基基基基本本本本总总总总线线线线传传传传输输输输机机机机制制制制是是是是突突突突发发发发传传传传输输输输，包包包包括括括括一一一一个个个个地地地地址址址址相相相相位位位位和和和和一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个数数数数据据据据相相相相位位位位，支支支支持持持持存存存存储储储储器器器器和和和和I/OI/Ou突突突突发发发发传传传传输输输输是是是是指指指指主主主主桥桥桥桥电电电电路路路路（位位位位于于于于主主主主处处处处理理理理器器器器和和和和PCIPCI总总总总线线线线之之之之间间间间）可可可可将将将将针针针针对对对对存存存存储储储储器器器器的的的的多多多多次次次次访访访访问问问问在在在在不不不不影影影影响正常操作的前提下合并为一次传输响正常操作的前提下合并为一次传输响正常操作的前提下合并为一次传输响正常操作的前提下合并为一次传输u置置置置位位位位基基基基地地地地址址址址寄寄寄寄存存存存器器器器的的的的预预预预取取取取位位位位，可可可可将将将将数数数数据据据据预预预预取取取取与与与与写写写写合合合合并并并并。并并并并可可可可区区区区分分分分哪哪哪哪些些些些空空空空间间间间可可可可合合合合并并并并，哪哪哪哪些些些些不不不不能能能能合并合并合并合并u遇遇遇遇到到到到不不不不可可可可预预预预取取取取或或或或任任任任意意意意范范范范围围围围的的的的读读读读操操操操作作作作时时时时，停停停停止止止止合合合合并并并并uI/OI/O访访访访问问问问一一一一般般般般只只只只有有有有一一一一个个个个数数数数据据据据相相相相位位位位，因因因因此此此此不不不不能能能能突突突突发访问发访问发访问发访问 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术电子科技大学1、PCI总线的传输控制总线的传输控制u数据传输控制信号线数据传输控制信号线数据传输控制信号线数据传输控制信号线FRAMEFRAME，主设备驱动，传输起始和结束主设备驱动，传输起始和结束主设备驱动，传输起始和结束主设备驱动，传输起始和结束IRDYIRDY，主设备驱动，允许插入等待周期主设备驱动，允许插入等待周期主设备驱动，允许插入等待周期主设备驱动，允许插入等待周期TRDYTRDY，从设备驱动，允许插入等待周期从设备驱动，允许插入等待周期从设备驱动，允许插入等待周期从设备驱动，允许插入等待周期u无论主无论主无论主无论主/从设备，一旦启动数据传输，就从设备，一旦启动数据传输，就从设备，一旦启动数据传输，就从设备，一旦启动数据传输，就必须完成必须完成必须完成必须完成u最最最最后后后后一一一一次次次次数数数数据据据据传传传传输输输输完完完完成成成成时时时时，FRAMEFRAME和和和和IRDYIRDY信号均被撤消，接口信号回到空闲状态信号均被撤消，接口信号回到空闲状态信号均被撤消，接口信号回到空闲状态信号均被撤消，接口信号回到空闲状态uFRAMEFRAME无无无无效效效效、而而而而IRDYIRDY有有有有效效效效时时时时，总总总总线线线线忙忙忙忙；都都都都无效时，无效时，无效时，无效时，总线空闲总线空闲总线空闲总线空闲u一旦设置一旦设置一旦设置一旦设置了了了了IRDYIRDY信号，直到当前数据相位结束信号，直到当前数据相位结束信号，直到当前数据相位结束信号，直到当前数据相位结束为止，主设备不能改变为止，主设备不能改变为止，主设备不能改变为止，主设备不能改变IRDYIRDY信号信号信号信号和和和和FRAMEFRAME信号的状态信号的状态信号的状态信号的状态 微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微机系统原理及接口技术微