第七章-总线系统-课件

6、7、10、11第七章第七章 作业作业2020/10/281 总线的基本概念（总线的基本概念（重点重点）总线结构（总线结构（重点重点）总线控制（总线控制（难点难点）总线接口总线接口 常用总线常用总线第七章第七章 总线系统总线系统2020/10/282精品资料2020/10/283一、总线概念一、总线概念总线：总线：计算机多个功能部件间进行信息传送的公共通路。计算机多个功能部件间进行信息传送的公共通路。借助总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现借助总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址、地址、数据和控制数据和控制信息的信息的交换交换，并在，并在争用资源争用资源的基础上进行工作。的基础上进行工作。总线的两个基本特征总线的两个基本特征共享性：共享性：指多个部件连接在同一组总线上，各部件之间指多个部件连接在同一组总线上，各部件之间相互交换的信息都可以通过这组总线传送。相互交换的信息都可以通过这组总线传送。分时性：分时性：同一时刻总线只能在一对部件之间传送信息，同一时刻总线只能在一对部件之间传送信息，系统中的多个部件不能同时传送信息。系统中的多个部件不能同时传送信息。7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念2020/10/284二、总线的特性二、总线的特性物理特性：物理特性：指总线的物理连接方式。指总线的物理连接方式。功能特性：功能特性：总线中每一根线的功能。总线中每一根线的功能。电气特性：电气特性：每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。时间特性：时间特性：每根线在什么时间有效。每根线在什么时间有效。7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念2020/10/285三、总线的分类三、总线的分类（不同的分类标准不同的分类标准-多种分类方法）多种分类方法）7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念内总线内总线外总线外总线物理位置物理位置单向总线单向总线双向总线双向总线传送方向传送方向数据总线数据总线控制总线控制总线信息种类信息种类地址总线地址总线单总线单总线三总线三总线总线数目总线数目双总线双总线2020/10/2867.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念串行总线串行总线并行总线并行总线传送方式传送方式芯片级总线芯片级总线接口总线接口总线三个层次三个层次系统总线系统总线：一个功能部件内部的总线，：一个功能部件内部的总线，CPU内内：单机系统各功能部件间的总线：单机系统各功能部件间的总线：连接不同系统的总线：连接不同系统的总线2020/10/287一个一个单处理器系统单处理器系统中的总线，分为三类：中的总线，分为三类：内部总线：内部总线：CPUCPU内部连接各寄存器及运算部件之间的内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。总线。（片级总线（片级总线 ）系统总线：系统总线：CPUCPU同计算机系统的其他高速功能部件之同计算机系统的其他高速功能部件之间互相连接的总线。间互相连接的总线。（内部总线（内部总线 ）I/OI/O总线：总线：中、低速中、低速I/OI/O设备之间互相连接的总线设备之间互相连接的总线（外部总线（外部总线 ）。7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念2020/10/288四、总线的性能指标四、总线的性能指标1.1.总线宽度：总线宽度：数据总线的条数，用数据总线的条数，用bitbit（位）表示，目前（位）表示，目前常用的是常用的是3232位和位和6464位数据总线。位数据总线。2.2.标准传输率：标准传输率：总线上每秒能传输的最大字节量，单位总线上每秒能传输的最大字节量，单位是是MB/sMB/s。例如：例如：PCIPCI总线的宽度为总线的宽度为3232位，总线时钟频率为位，总线时钟频率为33 33 MHzMHz，则最大数据传输速率为，则最大数据传输速率为132 MB/s。3.3.总线带宽：总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率。单位总线本身所能达到的最高传输速率。单位是兆字节是兆字节/秒（秒（MB/SMB/S）7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念2020/10/2894.4.总线时钟：总线时钟：总线中各种信号的定时基准。总线中各种信号的定时基准。总线总线时钟的周期称为时钟的周期称为总线周期总线周期。5.5.多路复用技术：多路复用技术：为了提高总线效率，将数据总为了提高总线效率，将数据总线与地址总线线与地址总线共用一组物理线路共用一组物理线路，总线在某一，总线在某一时刻传输地址码，而在另一时刻传输数据信号时刻传输地址码，而在另一时刻传输数据信号或命令信号。或命令信号。7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念2020/10/2810五、总线的组成五、总线的组成1.1.传输线：传输线：包括地址线、数据线、控制、时序和中断信号包括地址线、数据线、控制、时序和中断信号线、电源线、备用线。线、电源线、备用线。2.2.总线控制器：总线控制器：总线仲裁控制逻辑，驱动器和中断逻辑。总线仲裁控制逻辑，驱动器和中断逻辑。3.3.接口电路：接口电路：总线与各个部件之间需要通过接口进行连接。总线与各个部件之间需要通过接口进行连接。7.1 7.1 总线的基本概念总线的基本概念2020/10/2811一、总线结构一、总线结构通过通过设备适配器设备适配器将种类繁多、速度各异的外围设备连接到将种类繁多、速度各异的外围设备连接到CPUCPU上，使他们能够一起正常工作。上，使他们能够一起正常工作。设备适配器设备适配器也称为也称为接口接口。根据根据连接方式连接方式不同，单机系统中采用的总线结构有两种基不同，单机系统中采用的总线结构有两种基本类型：本类型：单总线系统单总线系统多总线系统多总线系统7.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/28127.2 7.2 总线结构构1.单总线结构单总线结构 CPU内存内存接口接口外设外设接口接口外设外设系统总线系统总线优点：设备扩充、增删方便、灵活优点：设备扩充、增删方便、灵活缺点：缺点：分时分时使用总线使用总线2020/10/28137.2 7.2 总线结构构2.双总线结构双总线结构-面向面向CPU的双总线结构的双总线结构 优点：简单，对总线传输速率要求低优点：简单，对总线传输速率要求低缺点：缺点：I/O设备与内存交换信息需经设备与内存交换信息需经CPU，CPU效率低效率低CPU存储器存储器存存储储总总线线接口接口外设外设接口接口外设外设I/O总线总线2020/10/28147.2 7.2 总线结构构双总线结构双总线结构-面向存储器的双总线结构面向存储器的双总线结构 CPU内存内存接口接口外设外设接口接口外设外设系统总线系统总线存储存储总线总线特点：存取速度提高，减轻了系统总线负担特点：存取速度提高，减轻了系统总线负担缺点：硬件成本高，总线控制逻辑复杂缺点：硬件成本高，总线控制逻辑复杂2020/10/2815CPU主存主存设备设备适配器适配器设备设备适配器适配器IOPI/O总线总线系统总线系统总线存储总线存储总线7.2 7.2 总线结构总线结构3.三总线结构三总线结构2020/10/2816CPU主存主存设备设备适配器适配器设备设备适配器适配器IOPI/O总线总线系统总线系统总线存储总线存储总线通道的功能：通道的功能：对外设的统一管理；完成外设与主存，对外设的统一管理；完成外设与主存，CPU之间的数据传送。之间的数据传送。特点：特点：提高了提高了CPU工作效率，同时也最大限度的提高外设工作效率，同时也最大限度的提高外设的工作速度。的工作速度。7.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/2817二、总线结构对计算机系统性能的影响二、总线结构对计算机系统性能的影响最大存储容量最大存储容量指令系统指令系统吞吐量吞吐量 7.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/2818单总线结构：主存、外设统一编址单总线结构：主存、外设统一编址例：例：ABAB为为1616位，则最大容量为位，则最大容量为64K64K 60K4K0000HF3FFHF400HFFFFH主存外设主存容量主存容量存储总线存储总线-AB=16-64K外设外设-系统总线系统总线-AB=8-2567.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/2820注：注：指令系统中，访问指令系统中，访问主存、外设主存、外设的指令由于总线的结构不同的指令由于总线的结构不同 而不同。而不同。例：单总线例：单总线：主存：主存-外设统一编址，所以只有一条指令。外设统一编址，所以只有一条指令。如：如：MOV AMOV A，0000H0000H；A-A-主存主存 MOV AMOV A，FFE0HFFE0H；A-A-外设外设 多总线：多总线：主存、外设单独编址，所以需要两种命令。主存、外设单独编址，所以需要两种命令。7.2 7.2 总线结构总线结构如：如：MOV AMOV A，0020H0020H；A-A-主存主存 主存传送主存传送 IN AIN A，20H20H；A-A-外设外设 OUT(20)OUT(20)，A A；外设外设-A-A外设传送外设传送2020/10/2821 早期总线的结构早期总线的结构 实际上是处理器芯片引脚的延伸，是实际上是处理器芯片引脚的延伸，是处理器处理器与与I/OI/O设备设备适适配器配器的通道。的通道。数据线数据线地址线地址线 控制线控制线7.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/2822CPUCPU存储器存储器模块模块输入设备输入设备接口接口输出设备输出设备接口接口7.2 7.2 总线结构总线结构不足：不足：CPU是总线上的唯一是总线上的唯一主控者主控者。总线信号是总线信号是CPU引脚信号的延伸，故总线结构紧密与引脚信号的延伸，故总线结构紧密与CPU相关，通用性较差。相关，通用性较差。2020/10/2823当代总线结构当代总线结构（与结构、（与结构、CPU等无关）等无关）数据传送总线：数据传送总线：由地址线、数据线和控制线组成。由地址线、数据线和控制线组成。仲裁总线：仲裁总线：包括包括总线请求线和总线授权线总线请求线和总线授权线中断和同步总线：中断和同步总线：包括包括中断请求线和中断认可线中断请求线和中断认可线。公用线：公用线：包括时钟信号线、电源线、地线和系统复包括时钟信号线、电源线、地线和系统复位线等。位线等。7.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/2824CPU-CACHE模块模块存储器存储器模块模块I/O适配器适配器总线总线控制器控制器数据传送总线（数据线、地址线、控制线）数据传送总线（数据线、地址线、控制线）仲裁总线仲裁总线中断和同步总线中断和同步总线公用线公用线7.2 7.2 总线结构总线结构2020/10/2825一、信息的传送方式一、信息的传送方式串行传送串行传送按顺序传送一个数码的所有二进制位，每次按顺序传送一个数码的所有二进制位，每次一位。被传送的数据需要在发送部件进行并串变换，一位。被传送的数据需要在发送部件进行并串变换，称为称为拆卸拆卸，反之称为，反之称为装配装配。并行传送并行传送 对每个数据位需要单独一条传输线，信息有对每个数据位需要单独一条传输线，信息有多少二进制位组成，就需要多少条传输线。多少二进制位组成，就需要多少条传输线。分时传送分时传送 传输线上采用总线复用方式传送地址和数据传输线上采用总线复用方式传送地址和数据信息；共享总线的部件信息；共享总线的部件分时分时使用总线。使用总线。7.3 7.3 总线接口总线接口2020/10/28262020/10/2827接口接口即即I/O设备设备适配器适配器，具体指，具体指CPU和主存、外围和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部接口部件在它动态连接的两个部件之间起着件在它动态连接的两个部件之间起着“转换器转换器”的作用，以便实现彼此之间的信息传送。的作用，以便实现彼此之间的信息传送。7.3 7.3 总线接口总线接口二、二、总线接口的基本概念总线接口的基本概念2020/10/2828 接口的功能：接口的功能：缓冲：缓冲：设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设与外设之间的速度差异；协调时序差异；之间的速度差异；协调时序差异；转换：转换：进行进行CPU和外设之间的数据类型、格式及电平差和外设之间的数据类型、格式及电平差易等方面的转换；易等方面的转换；译码：译码：地址译码和设备选择；地址译码和设备选择；控制：控制：接口模块靠指令信息来控制外围设备的动作；接口模块靠指令信息来控制外围设备的动作；状态：状态：监视外围设备的工作状态并保存状态信息；监视外围设备的工作状态并保存状态信息；中断和中断和DMA控制：控制：设置中断和设置中断和DMA控制逻辑，保证在控制逻辑，保证在中断和中断和DMA允许的情况下产生中断和允许的情况下产生中断和DMA请求信号。请求信号。7.3 7.3 总线接口总线接口2020/10/2829总线控制：总线控制：包括包括总线仲裁总线仲裁和和总线通信控制总线通信控制 总线仲裁总线仲裁连接到总线上的功能模块有连接到总线上的功能模块有主动和被动主动和被动两种形态。两种形态。CPUCPU及及I/OI/O模块都可以模块都可以作为主设备提出总线请求。每次总线操作只能有一个作为主设备提出总线请求。每次总线操作只能有一个主方主方占用总线控制占用总线控制权。权。为了解决多个为了解决多个主设备主设备同时同时竞争总线控制权竞争总线控制权，必须具有，必须具有总线仲裁部件总线仲裁部件，以，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用优先级优先级或或公平策略公平策略进行仲进行仲裁。裁。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2830按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁集中式仲裁和和分布式仲裁分布式仲裁两类。两类。集中式集中式链式查询方式链式查询方式计数器定时查询方式计数器定时查询方式独立请求方式独立请求方式 分布式分布式7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2831一、集中式仲裁一、集中式仲裁 每个功能模块有每个功能模块有两条线两条线连到中央仲裁器：送往仲裁器的连到中央仲裁器：送往仲裁器的总总线请求信号线线请求信号线BR(Bus Request)，仲裁器送出的，仲裁器送出的总线授权信号线总线授权信号线BG(Bus agreed)。1.1.链式查询方式链式查询方式BR-总线请求信号；总线请求信号；BG-总线授权信号；总线授权信号；BS-总线忙总线忙7.4 7.4 总线控制总线控制中央中央仲裁器仲裁器设备接口设备接口0设备接口设备接口1设备接口设备接口NBGBRBS2020/10/2832链式查询的过程：链式查询的过程：总线仲裁器接到总线仲裁器接到总线请求总线请求后，若后，若BS=0，则总线授权信号，则总线授权信号串行地从一个串行地从一个I/O接口传送到下一个接口传送到下一个I/O接口；接口；假如假如BG到达的接口无总线请求，则继续往下查询；到达的接口无总线请求，则继续往下查询；假如假如BG到达的接口有总线请求，到达的接口有总线请求，BG信号便不再往下查询，信号便不再往下查询，该该I/O接口就获得了总线控制权，使接口就获得了总线控制权，使BS=1。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2833特点：特点：判优方法简单，判优方法简单，扩充设备容易扩充设备容易；总线请求总线请求优先级较低的设备容易被忽略优先级较低的设备容易被忽略；总线授权信号串行传送，因设备的差错，容易造成堵塞。总线授权信号串行传送，因设备的差错，容易造成堵塞。优点：优点：只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁。只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁。缺点：缺点：对询问链的电路故障很敏感对询问链的电路故障很敏感。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/28342.2.计数器定时查询方式计数器定时查询方式 与链式查询方式相比，计数器定时查询方式，与链式查询方式相比，计数器定时查询方式，多了多了一一组设备地址线，组设备地址线，少了少了一根总线允许线一根总线允许线BGBG。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2835计数器定时查询过程：计数器定时查询过程：各设备经各设备经BR发出请求；发出请求；总线仲裁电路判断：当总线仲裁电路判断：当BS=0时，开始计数；时，开始计数；计数值经地址线送各设备：计数值计数值经地址线送各设备：计数值=某设备，该设备获某设备，该设备获总线授权；总线授权；当计数从当计数从0开始时，谁的地址号越小越优先，当计数值开始时，谁的地址号越小越优先，当计数值从终止点开始，所有设备优先级相同。从终止点开始，所有设备优先级相同。优点：比较灵活。优点：比较灵活。缺点：控制线数比较多，控制复杂。缺点：控制线数比较多，控制复杂。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/28363.3.独立请求方式独立请求方式 每一个共享总线的设备均有一对总线请求线每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BR和总线授权和总线授权线线BG。中央仲裁器设备接口0设备接口1设备接口NBG0BR0BR1BG1BGnBRn7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2837过程：过程：每个设备有独立的总线请求线每个设备有独立的总线请求线BRBR至总线仲裁；总线总裁至总线仲裁；总线总裁也对每个设备送总线授权线。也对每个设备送总线授权线。当有总线请求时，有总线总裁内部进行判优裁决。当有总线请求时，有总线总裁内部进行判优裁决。优点：优点：判优及相应的速度快；优先次序控制灵活。判优及相应的速度快；优先次序控制灵活。缺点：缺点：设备、电路复杂。设备、电路复杂。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2838二、分布式仲裁二、分布式仲裁不需要中央仲裁器不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有，每个潜在的主方功能模块都有自己的自己的仲仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到发送到共享的仲裁总线共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以裁是以优先级仲裁策略优先级仲裁策略为基础。为基础。7.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2839中央处理器设备接口0设备接口1设备接口N3127.4 7.4 总线控制总线控制2020/10/2840一、总线的定时一、总线的定时l 总线的一次信息传送过程，大致可分为五个阶段：总线的一次信息传送过程，大致可分为五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回（错请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回（错误报告）误报告）l 定时：定时：指事件出现在总线上的时序关系。指事件出现在总线上的时序关系。l 数据传送过程中采用两种定时方式：数据传送过程中采用两种定时方式：同步定时和异步定时同步定时和异步定时 7.5 7.5 总线的定时和数据传输模式总线的定时和数据传输模式2020/10/28411.1.同步定时同步定时7.5 7.5 总线的定时和数据传输模式总线的定时和数据传输模式同步总线读操作时序同步总线读操作时序2020/10/2842同步定时特点：同步定时特点：出现在总线上的出现在总线上的地址或数据地址或数据都由都由统一统一的时钟信号定时控制；的时钟信号定时控制；具有具有较高较高的传输频率；的传输频率；对所有模块都用同一限时，必须按最慢速度部件来设计公共对所有模块都用同一限时，必须按最慢速度部件来设计公共时钟，当各功能模块存取时间相差很大时，会严重影响总线时钟，当各功能模块存取时间相差很大时，会严重影响总线的工作效率，的工作效率，适用于总线长度较短、各功能模块存取时间应比较接近的情适用于总线长度较短、各功能模块存取时间应比较接近的情况。况。7.5 7.5 总线的定时和数据传输模式总线的定时和数据传输模式2020/10/28432.2.异步定时异步定时异步总线读操作时序异步总线读操作时序7.5 7.5 总线的定时和数据传输模式总线的定时和数据传输模式主同步主同步 /请求信号请求信号从同步从同步 /响应信号响应信号2020/10/2844异步定时特点：异步定时特点：无公共时钟信号；无公共时钟信号；挂在总线上的模块的存取时间差别较大；挂在总线上的模块的存取时间差别较大；传送方式依靠应答信号，总线周期长度不固定。传送方式依靠应答信号，总线周期长度不固定。7.5 7.5 总线的定时和数据传输模式总线的定时和数据传输模式2020/10/2845读、写操作读、写操作块传送操作块传送操作写后读、读修改写操作写后读、读修改写操作广播、广集操作广播、广集操作二、总线数据传送模式二、总线数据传送模式7.5 7.5 总线的定时和数据传输模式总线的定时和数据传输模式2020/10/28467.6 7.6 总线标准准总线的标准化总线的标准化-各厂家生产的相同功能部件可以各厂家生产的相同功能部件可以互换互换使用使用总线标准总线标准-内部总线（系统总线）内部总线（系统总线）和和设备总线设备总线。一、系统总线标准一、系统总线标准1.1.PCPC总线总线 最最早早的的PCPC机机的的系系统统总总线线是是IBMIBM公公司司于于19811981年年推推出出的的基基于于准准1616位机位机PC/XTPC/XT的总线，称为的总线，称为PCPC总线总线。8 8位位数数据据线线，2020位位地地址址线线，支支持持8 8级级外外部部中中断断请请求求，4 4个个DMADMA传送通道。传送通道。2020/10/28477.6 7.6 总线标准准2.2.ISA（AT）总线（）总线（Industry Standard Architecture）1984年年IBM公公司司推推出出了了16位位PC机机PC/AT，其其总总线线称称为为AT总总线线。然然而而IBM公公司司从从未未公公布布过过他他们们的的AT总总线线规规格格。尽尽管管各各兼兼容容机机厂厂商商模模仿仿出出了了AT总总线线，但但还还是是存存在在某某些些模模糊糊不不清清的的解解释释，为为了了能能够够更更好好的的合合理理开开发发外外接接插插板板，由由Intel公公司司、IEEE和和EISA集集团团联联合合开开发发出出与与IBM/AT原原装装机机总总线线意意义义相相近近的的ISA（Industry Standard Architecture）总总线线(因因此此通通常常我我们们也也把把位位和和位位16位位兼兼容容的的AT总总线线称称为为ISA)。最最大大传传输输率率为为8MB/S。2020/10/28487.6 7.6 总线标准准3.3.EISA总线总线88年年，在在Compaq、AST、EPSON等等九九家家公公司司的的联联合合下下，在在ISA的的基基础础上上为为32位位微微机机推推出出了了EISA(Extended Industry Standard Architecture)总线。总线。32位地址线，位地址线，32位数据线，最大传输率位数据线，最大传输率 33MBS2020/10/28497.6 7.6 总线标准准4.4.VESA总线总线 VESA（Video Electronic Standard Association）总线是以）总线是以视频电子标准协会视频电子标准协会制定而得名，制定而得名，也叫也叫VL BUS（VESA Local Bus）即）即VESA局部总线局部总线。它是专门为它是专门为Intel 80486 CPU系统的高速视频信号处理而系统的高速视频信号处理而设计的。设计的。VESA是是32位高速总线，也允许扩展到位高速总线，也允许扩展到64位。它的工位。它的工作时钟为作时钟为33MHz，最大允许到，最大允许到66MHz，数据传输率为，数据传输率为133MB/S。2020/10/28507.6 7.6 总线标准准5.PCI5.PCI总线总线 （Peripheral Component Interconnect Peripheral Component Interconnect 周边元件扩展接口周边元件扩展接口)由由Intel公司发布，自身采用公司发布，自身采用33MHz的总线时钟频率，数据的总线时钟频率，数据线线3264位，总线最大传输率为位，总线最大传输率为132MB/S 264MB/S。（32338 132MB/S）PCI 1.0：1991年，年，32位，时钟频率位，时钟频率33MHZPCI 2.0：1993年年5月，月，64位，时钟频率位，时钟频率66MHz目前最新版本为目前最新版本为PCI 2.1PCI 2.1。2020/10/28517.6 7.6 总线标准准说明：说明：目前广泛采用的是目前广泛采用的是32-bit32-bit、33MHz 33MHz 的的PCI PCI 总线，总线，64bit64bit的的PCIPCI插槽更多是应用于服务器产品。插槽更多是应用于服务器产品。目前目前PCIPCI扩展卡已成为微机高速扩展卡的主流，包括扩展卡已成为微机高速扩展卡的主流，包括显卡、显卡、声卡、声卡、ModemModem卡、网卡和视频卡卡、网卡和视频卡等。等。2020/10/28527.6 7.6 总线标准准2020/10/2853PCIPCI总线结构（台式计算机中总线结构（台式计算机中）2020/10/2854PCIPCI总线结构（多处理器系统中总线结构（多处理器系统中）桥（桥（bridge)是一个总线是一个总线转换转换部件，连接两条总线，使总线间相互通信。部件，连接两条总线，使总线间相互通信。2020/10/2855大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种结构中，大多数计算机采用了分层次的多总线结构。在这种结构中，速度差异较大的设备模块使用不同速度的总线，而速度相速度差异较大的设备模块使用不同速度的总线，而速度相近的设备模块使用同一类总线。近的设备模块使用同一类总线。PentiumPentium是一个三层次的多总线结构：是一个三层次的多总线结构：CPUCPU总线，总线，PCIPCI总线和总线和ISAISA总线总线计算机主板的总线结构框图如下：计算机主板的总线结构框图如下：总线结构实例总线结构实例2020/10/28562020/10/28577.6 7.6 总线标准准6.AGP总线（总线（Accelerate Graphic Port）v是是Intel于于1996年年7月专门为月专门为Pentium 系统的系统的图形控制器图形控制器设设计的系统总线结构，计的系统总线结构，在物理结构上在物理结构上与与PCI存在显著区别，存在显著区别，它十分默契地配合着它十分默契地配合着Pentium 的的高速浮点运算能力和高速浮点运算能力和MMX技术技术，目前几乎垄断了，目前几乎垄断了3D图形加速卡的接口图形加速卡的接口。2020/10/28587.6 7.6 总线标准总线标准2020/10/28597.6 7.6 总线标准准AGP技术又分为技术又分为AGP 8x、AGP 4x、AGP 2x和和AGP 1x等不等不同的标准。同的标准。AGP1x 是是32位数据总线，工作时钟是位数据总线，工作时钟是66MHz，数据传，数据传输率为输率为264MB/S（3266M/8 264MB/S），是），是PCI的的二倍。二倍。AGP 2x 的工作时钟是的工作时钟是133MHz，数据传输率是，数据传输率是532MB/S，是，是PCI的四倍。的四倍。AGP 4x，数据宽度扩展到，数据宽度扩展到64位，工作时钟位，工作时钟133MHz，数，数据传输率高达据传输率高达1GB/S。目前是目前是AGP 8x，数据传输率最高为，数据传输率最高为2.12GB/SAGP即将被即将被PCI Express取代取代（？）（？）2020/10/28607.6 7.6 总线标准准7.7.新式总线技术新式总线技术PCI Express 最新的总线和接口标准，最新的总线和接口标准，2002年由由IntelIntel提出。主要优势是提出。主要优势是数据传输速率高。数据传输速率高。PCI-E接口根据总线位宽不同而有接口根据总线位宽不同而有x1、x4、x8及x16等模式等模式目前有：目前有：PCI-E 1.0PCI-E 1.0、PCI-E 2.0 PCI-E 2.0、PCI-E 3.0 PCI-E 3.0 规范规范注意：注意：PCIE2.0是技术规范，是技术规范，pcieX16是插口类型或传输模式是插口类型或传输模式 pcie1x pcie16x是两种不同的传输模式是两种不同的传输模式2020/10/28617.6 7.6 总线标准准PCI-1.0PCI-1.0规范：规范：1X 1X：采用单向采用单向2.5G的波特率传输，每一字节为的波特率传输，每一字节为10位位(1位起始位起始位，位，8位数据位，位数据位，1位结束位位结束位)，所以，所以传输速率传输速率为为 2.5G/10=250MB/S (250兆字节每秒兆字节每秒)16X X：单向传输速率为：单向传输速率为250MB/S*16=4GB/S 双向传输速率为双向传输速率为8GB/S。2020/10/28627.6 7.6 总线标准准PCI-2.0PCI-2.0规范：规范：1X 1X：采用单向采用单向5G的波特率传输，每一字节为的波特率传输，每一字节为10位位(1位起始位起始位，位，8位数据位，位数据位，1位结束位位结束位)，所以，所以传输速率传输速率为为 5G/10=500MB/S (500兆字节每秒兆字节每秒)16X X：单向传输速率为：单向传输速率为500MB/S*16=8GB/S 双向传输速率为双向传输速率为16GB/S。PCI-E 32X(2.0标准标准)的双向传输速率为的双向传输速率为32GB/S2020/10/28637.6 7.6 总线标准准PCI-3.0PCI-3.0规范：规范：1X 1X：采用单向采用单向10G的波特率传输，每一字节为的波特率传输，每一字节为10位位(1位起始位起始位，位，8位数据位，位数据位，1位结束位位结束位)，所以，所以传输速率传输速率为为 10G/10=1000MB/S (1000兆字节每秒兆字节每秒)16X X：单向传输速率为：单向传输速率为1000MB/S*16=16GB/S 双向传输速率为双向传输速率为32GB/S。PCI-E 32X(3.0标准标准)的双向传输速率高达的双向传输速率高达64GB/S2020/10/28647.6 7.6 总线标准准2020/10/28657.6 7.6 总线标准准PCIE插槽插槽2020/10/2866二、设备总线二、设备总线 主要用于计算机系统的主要用于计算机系统的主机主机与与外部设备外部设备之间的互联，也称之间的互联，也称外部总线外部总线。总线与接口的区别：总线与接口的区别：接口接口一般指主机与某类外设之间的一般指主机与某类外设之间的适配电路适配电路，其主要功能，其主要功能是是解决主机与外设在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题解决主机与外设在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题。而总线主要是用于连接部件或设备的。而总线主要是用于连接部件或设备的。通俗地讲，通俗地讲，总线的尽头是接口总线的尽头是接口。7.6 7.6 总线标准总线标准2020/10/28671.1.IDEIDE（ATAATA）接口）接口（Intelligent Device Electronics）即）即电子集成驱动器电子集成驱动器 目前最主流的目前最主流的硬盘接口和硬盘接口和光储类的接口标准光储类的接口标准IDE接口使用接口使用40芯或芯或80芯芯的扁平电缆连接硬盘与主板，每条线最多连接的扁平电缆连接硬盘与主板，每条线最多连接2个个IDE设备（硬盘或者光储）。设备（硬盘或者光储）。IDE可分为：可分为：UDMA/33，UDMA/66，UDMA/100，UDMA/133等。等。1996年底，昆腾和英特尔公司共同开发了年底，昆腾和英特尔公司共同开发了Ultra DMA/33的新型的新型EIDE（Enhanced）接口，因其数据传输率为接口，因其数据传输率为33MB/s，故称，故称UDMA/33。优点：优点：价格低廉；兼容性非常好。价格低廉；兼容性非常好。缺点：缺点：速度慢；只能做内置使用，对接口电缆的长度有很速度慢；只能做内置使用，对接口电缆的长度有很 严格的限制。严格的限制。7.6 7.6 总线标准总线标准2020/10/2868PATAPATA和和SATASATA-硬盘的并口和串口硬盘的并口和串口 PATA（Advanced Technology AttachmentAdvanced Technology Attachment）叫做叫做并行并行ATA硬盘硬盘 IDEIDE接口常被称为接口常被称为ATAATA接口，它采用的是一根四芯的电源线和一接口，它采用的是一根四芯的电源线和一根根8080芯芯的数据线与主板相连接。由于的数据线与主板相连接。由于IDEIDE口属于口属于并行并行接口，因此接口，因此为了和为了和SATASATA口硬盘相区别，口硬盘相区别，IDEIDE口硬盘也叫口硬盘也叫PATAPATA口硬盘。口硬盘。SATA叫叫串行串行ATA硬盘。它采用一根如硬盘。它采用一根如USB插头那样细的电源线插头那样细的电源线和数据线与主板相连。和数据线与主板相连。传输率：传输率：PATA较较SATA低。低。现在：最现在：最快快的的PATA硬盘的传输速率是硬盘的传输速率是133MB/S 第一代第一代SATA，150MB/S，第二代，第二代SATA，300MB/S7.6 7.6 总线标准总线标准2020/10/28697.6 7.6 总线标准总线标准2020/10/28702.SCSI2.SCSI总线总线/接口接口（Small Computer System InterfaceSmall Computer System Interface）SCSISCSI是一种用于是一种用于高速外设高速外设的外部接口的外部接口适配器适配器卡，在计算机卡，在计算机外设接口尤其是外存储设备接口方面，外设接口尤其是外存储设备接口方面，SCSISCSI接口始终占据接口始终占据着高贵地位，这不仅是由于它的先进技术性能，也是由于着高贵地位，这不仅是由于它的先进技术性能，也是由于它的高价位。它的高价位。SCSISCSI开发于开发于7070年代末，至今已有年代末，至今已有SCSI-1SCSI-1、SCSI-2SCSI-2以及以及SCSI-SCSI-3 3等多种，等多种，SCSISCSI连接器分为内置和外置两种连接器分为内置和外置两种 。7.6 7.6 总线标准总线标准2020/10/2871SCSISCSI接口类型接口类型 SCSI-1SCSI-1 SCSI-1 SCSI-1是第一个版本，异步数据传输率为是第一个版本，异步数据传输率为3MB/S3MB/S，同，同步数据传输率为步数据传输率为5MB/S5MB/S。采用特殊的。采用特殊的2525针的针的SCSISCSI接口。接口。SCSI-2SCSI-2 SCSI-2 SCSI-2最初称为最初称为Fast SCSIFast SCSI，8 8位并行数据传输，数据位并行数据传输，数据传输率提高到传输率提高到10MB/S10MB/S，可连接，可连接7 7个外设。标准接口为个外设。标准接口为5050线，信线，信号有差分方式和单端方式两种。号有差分方式和单端方式两种。Wide SCSIWide SCSI，1616位并行数据传输，数据传输率提高到位并行数据传输，数据传输率提高到20MB/S20MB/S，可连接，可连接1616个外设。个外设。7.6 7.6 总线标准准2020/10/28725050针针SCSISCSI插座插座7.6 7.6 总线标准准SCSI-2用于用于硬盘、硬盘、CD-ROM驱动器和扫描仪驱动器和扫描仪等设备。等设备。2020/10/2873 SCSI-3 SCSI-3也称为也称为Ultra SCSI，数据传输率达到，数据传输率达到20MB/S，若，若使用使用16位传输模式，则数据传输率可高达位传输模式，则数据传输率可高达40MB/S。SCSI-3增增加为一个加为一个68针接口，用于将针接口，用于将8位数据增加到位数据增加到32位位数据。数据。7.6 7.6 总线标准准68针针SCSI-3 插座插座2020/10/2874 最新型最新型Ultra SCSIUltra SCSI Ultra 2 SCSIUltra 2 SCSI发表于发表于9797年，采用低电压差分技术，使用年，采用低电压差分技术，使用1616位传输模式，数据传输率达到位传输模式，数据传输率达到80MB/S80MB/S。Ultra 160/m SCSIUltra 160/m SCSI发表发表于于9898年，采用低电压差分技术，并且每个时钟可发送两位数据，年，采用低电压差分技术，并且每个时钟可发送两位数据，数据传输率达到数据传输率达到160MB/160MB/S S。今天的。今天的Ultra 320 SCSIUltra 320 SCSI，速度从，速度从1.2MB/s1.2MB/s到现在的到现在的320MB/s320MB/s有了质的飞跃。目前的主流有了质的飞跃。目前的主流SCSISCSI硬盘硬盘都采用了都采用了Ultra 320 SCSIUltra 320 SCSI接口，能提供接口，能提供320MB/s320MB/s的接口传输速的接口传输速度。度。7.6 7.6 总线标准准2020/10/2875SCSI的特点的特点 SCSI可以连接最多可以连接最多16个个设备，所有设备只需占用一个设备，所有设备只需占用一个IRQ资源。资源。SCSI允许在对一个设备进行数据传输的同时，另一个设备允许在对一个设备进行数据传输的同时，另一个设备对其进行数据查找。这就可以在对其进行数据查找。这就可以在多任务多任务操作系统中获得更操作系统中获得更高的性能。高的性能。SCSI对对CPU的占用率极低，在的占用率极低，在多任务多任务系统中的确占有明显系统中的确占有明显的优势。的优势。SCSI设备具有智能化，提高了工作效率。设备具有智能化，提高了工作效率。SCSI快快于于IDE。7.6 7.6 总线标准准2020/10/2876SCSI接口接口优优点点：适适应应面面广广，在在一一块块SCSI控控制制卡卡上上就就可可以以同同时时挂挂接接15个设备；高性能；具有外置和内置两种。个设备；高性能；具有外置和内置两种。缺点：缺点：价格昂贵；安装复杂。价格昂贵；安装复杂。应应用用：SCSI硬硬盘盘主主要要应应用用于于中中、高高端端服服务务器器和和高高档档工工作作站中。站中。7.6 7.6 总线标准准2020/10/2877作业：上网查阅作业：上网查阅SCSI硬盘和硬盘和IDE硬盘的不同硬盘的不同 技术参数技术参数硬盘容量：硬盘容量：181.6GB 硬盘接口类型：硬盘接口类型：Ultra 160 SCSI 硬盘适用类型：服务器硬盘适用类型：服务器 转速：转速：7200rpm 缓存：缓存：16MB 盘体尺寸：盘体尺寸：3.5英寸英寸 内部传输速率：内部传输速率：508Mbit/s 外部传输率：外部传输率：Ultra 160 SCSI160MB/S Ultra 320 SCSI320MB/S 光纤接口光纤接口200MB/S 7.6 7.6 总线标准准2020/10/28787.6 7.6 总线标准准3.USB3.USB（Universal Serial BusUniversal Serial Bus，通用串行总线通用串行总线）USB是一种新型高速串行接口。是一种新型高速串行接口。1996年年1月月USB-IF正式发正式发布布USB l.0。1998年年9月发布月发布USB l.1。USB1.1：1998年年9月月,12Mbps(1.5MBps)，标准串口的标准串口的100倍倍 USB2.0：480Mbps（60MBps）USB 3.0：2008年年11月，月，4.8Gbps(600MB/S)目前目前USB能支持的外设有能支持的外设有扫描仪、数码相机、打印机、显扫描仪、数码相机、打印机、显示器、键盘、鼠标等示器、键盘、鼠标等。2020/10/28797.6 7.6 总线标准准 主板上USB 3.0接口-蓝色两个，黑色-USB 2.02020/10/28807.6 7.6 总线标准准USB 3.0的主控芯片D720200F12020/10/28817.6 7.6 总线标准准使用条件：使用条件：USB功能的实现要求功能的实现要求硬件和软件同时支持硬件和软件同时支持。一端一端2.0，另一端，另一端3.0-2.0目前：目前：USB 3.0主板尚未普及主板尚未普及-USB 3.0转接卡转接卡。PCI-E转USB 3.0的转接卡2020/10/28827.6 7.6 总线标准准笔记本，PCMCIA转USB 3.0的扩展卡（USB 3.0 ExpressCard）2020/10/28837.6 7.6 总线标准准Q：主板、硬盘均是：主板、硬盘均是USB 3.0的，实际速度能到的，实际速度能到600MB/S吗？吗？两个瓶颈：主板接口、存储介质两个瓶颈：主板接口、存储介质 目前，主流目前，主流3.5寸寸7200转转500G硬盘硬盘内部传输速度（外部速内部传输速度（外部速度度接口）接口）不会超过不会超过150MB/S，2.5寸寸5400转转500G移动硬盘的移动硬盘的内部传输速度更低。内部传输速度更低。结论结论-达不到！达不到！2020/10/28847.6 7.6 总线标准准4.IEEE13941995年由年由IEEE将将APPLE公司高速串行总线公司高速串行总线“FIRE WIRE”标准化而成，目前还在发展中。其标准化而成，目前还在发展中。其特点如下特点如下:极高的传输速度，最高可达极高的传输速度，最高可达3.2Gb/s3.2Gb/s的同步数据传输速度；的同步数据传输速度；通过通过6 6针缆线与外设相连，并支持热插拔；针缆线与外设相连，并支持热插拔；IEEE1394IEEE1394适用于声音、图像和视频多媒体产品、高速打印适用于声音、图像和视频多媒体产品、高速打印机和扫描仪产品、硬盘等存储设备、数码摄影机、显示器机和扫描仪产品、硬盘等存储设备、数码摄影机、显示器和影音录放设备等。和影音录放设备等。2020/10/2885第一章 绪论2020/10/28867.6 7.6 总线标准准2020/10/2887