《课程讲解》-9总线与实用接口知识课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微机接口技术,科学出版社,微机接口技术,微型计算机,接口技术,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,9,章 总线与实用接口知识,1,第9章 总线与实用接口知识1,本章要点,（识记）,1.,总线,2.,主板,3.,芯片组,4.,硬盘接口,5.USB,6.IEEEE-1394,7.AGP,接口,8.,即插即用,2,本章要点 （识记）1.总线2.主板3.芯片组,9.1,总线,将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机总线。,总线是许多信号线的集合，是模块和模块之间或者设备和设备之间进行互联和传递信息的通道。,因为多个设备连接到总线上，任何一个设备发出的信号都可以被其他的所有设备接收，所以，在同一时间段内，只能有一个设备作为主动设备发出信号，其他设备处于被动接收状态。,总线都具有严格规定的标准，因此，按照总线标准研制的计算机系统具有很好的开放性。,3,9.1 总线将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机总线。,9.1.1,总线标准,物理特性：,是指总线在机械物理连接上的特性，包括连线的类型、数量、接插件的几何尺寸、形状和引脚线的排列等。,功能特性：,总线中每根传输线的功能。包括数据总线、地址总线、控制总线。,电气特性：,总线中每根信号线的传递方向、信号的有效电平范围、动态转换时间、负载能力等。通常规定由,CPU,发出的信号为输出信号，送入,CPU,的信号为输入信号。总线信号的名称上有一横线或信号名称后有,#,，表示该信号低电平有效，否则为高电平有效。,时间特性：,总线中任一传输线在什么时间内有效以及信号线之间信号的时序关系。,4,9.1.1 总线标准物理特性：4,9.1.2,从,PC/XT,到,EISA,总线,微机系统采用多模块结构（,CPU,、存储器、各种,I/O,模块），通常一个模块就是一块插件板，各插件板的插座之间采用的总线称为系统总线，又叫,I/O,通道总线。,本节介绍,STD/PC/ISA/EISA,系统总线,5,9.1.2 从PC/XT到EISA总线微机系统采用多模块结,1. IBM PC,总线,IBM PC,总线简称,PC,总线或,PC/XT,总线，是,IBM PC/XT,个人计算机采用的微型计算机总线，是针对,Intel 8088,微处理器设计的。它以,I/O,通道形式经过扩充并经驱动器驱动以增加负载能力而连至扩充插槽，作为,I/O,接口板和主机之间的信息交换通道。,IBM PC,总线有,62,条信号线，包括,8,位双向数据总线、,20,位地址总线、,6,条中断请求线、,3,组,DMA,通道控制线、存储器和,I/O,读写线、动态,RAM,刷新控制线和时钟信号线、,4,条电源线、,3,条地址线。,6,1. IBM PC总线IBM PC总线简称PC总线或PC/X,2. ISA,总线,ISA,（,Industry Standard Architecture,，工业标准体系结构）总线是,Intel,公司、,IEEE,和,EISA,集团联合在,62,线的,PC,总线的基础上经过扩展,36,根线而开发的一种系统总线。因为开始时是应用在,IBM PC/AT,机上，所以又称为,PC AT,总线。,ISA,总线是为采用,80286CPU,设计的，但是兼容这一标准的微机系统还是有很大的市场，目前所用的,286,、,386,、,486,微机大多采用,ISA,总线，即使,586,和奔腾机也还保留有,1,个,ISA,总线插槽。,7,2. ISA总线ISA（Industry Standard,2. ISA,总线,ISA,总线的主要性能指标如下：,24,位地址线，可直接寻址内存容量为,16MB,，,I/O,地址空间为,0100H03FFFH,8/16,位数据线，,62+36,引脚,工作频率,8MHz,，最大传输率,16MB/s,。,中断和,DMA,传送功能。,ISA,总线接口信号共,98,个，均连接到主板的,ISA,总线插槽上。,ISA,插槽长度,138.5mm,，由基本的,62,线,8,位插槽和扩展的,36,线,16,位插槽两部分组成。除了数据和地址线的扩充外，还扩充了中断和,DMA,请求、应答信号。若只是用基本插槽时，可用,8,位数据宽度及,20,位地址，需要使用,16,位数据或,20,位以上的地址及其他扩充信号时，则采用,8,位基本,ISA,加,16,位扩充,ISA,的方式。,ISA,总线接口信号如表,11.3,所示。,8,2. ISA总线ISA总线的主要性能指标如下：8,3,EISA,总线,EISA,总线是在,ISA,总线的基础上扩展来的，,EISA,总线采用开放结构，与,ISA,兼容。,EISA,总线信号由原来,ISA,总线的,98,引脚扩展到,198,个，具有,32,位数据线，,32,位地址，可以寻址,4GB,。总线频率为,8.33MHz,，最大数据传输率达到,33.3MB/s,。这样的高速度很适合于高速局域网、快速大容量磁盘及高分辨率图形显示。,EISA,总线从,CPU,中分离出总线控制权，是一种智能化的总线，支持多总线主控和突发传输方式，可以直接控制总线进行对内存和,I/O,设备的访问而不涉及,CPU,，所以极大地提高了整体性能。,为了让原有的,ISA,总线扩展卡可以直接用于,EISA,总线，,EISA,总线插槽与,ISA,插槽等长等宽，但内部被设计成为双层引脚，两层之间由定位键限位。上层引脚与,ISA,扩展卡的信号相对应，下层引脚是专门与,EISA,扩展卡的信号线对应。定位键使上下两层的引脚不会和不属于本层的引脚接触。,9,3EISA总线EISA总线是在ISA总线的基础上扩展来的，,9.1.3,局部总线 （,PCI,、,PCI Express,）,某些具有高数据传输率的设备（如图形、视频控制器、网络接口等），尽管微处理器有足够的处理能力，但是总线传输却不能满足它们高速率的传输要求。,为了解决这个矛盾，在微处理器和高速外设之间增加了一条直接通路，一侧直接面向,CPU,总线，一侧面向系统总线，分别通过桥片连接，这就是局部总线。局部总线是直接连接到,CPU,总线的,I/O,总线，因此使有高需求的外设和处理器有更紧密地集成，为外设提供了更宽更快的高速通路。如,PCI,总线就是一种局部总线。,10,9.1.3 局部总线 （PCI、PCI Express）某,9.1.3 PCI,总线,PCI,总线的全称是外围部件互联,(Peripheral Component Interconnect),，它是一种高性能的局部总线，严格规范，提供高度的可靠性和兼容性，因此成为主流的标准总线，被广泛应用于现代台式微机、工作站和便携机。,PCI,总线的特点,独立于处理器,PCI,总线是一种独立于处理器的总线标准，支持多种处理器，适用于多种不同的系统。在,PCI,总线构成的系统中，接口和外围设备的设计是针对,PCI,总线，而不是针对微处理器的，所以这些设备可以独立于处理器设计和升级，当处理器因为过时而需要更换时，接口和外围设备仍然可以正常使用。,11,9.1.3 PCI总线 PCI总线的全称是外围部件互联(Pe,9.1.3 PCI,总线,PCI,总线的特点,传输效率高,PCI,总线采用,33.3MHz/66.6MHz,的时钟频率。在,33.3MHz,时钟频率时，数据总线宽度,32,位，最大数据传输率达到,133MB/s,。如果数据总线宽度升级到,64,位，则数据传输率可达到,266MB/s,。,多总线共存,PCI,总线是通过桥芯片进行不同标准信号之间的转换。通过,HOST-PCI,桥芯片，实现,PCI,与,CPU,总线相连接；通过,PCI-ISA/EISA,桥芯片，实现,PCI,与,ISA,或者,EISA,相连接。这样，使得多种总线可以共存于一个系统中，慢速和高速设备就可以分别挂在不同的总线上。,12,9.1.3 PCI总线PCI总线的特点12,9.1.3 PCI,总线,PCI,总线的特点,支持线性突发传输。,线性突发传输不同于单次数据传输，单次传输是每传输一个数据前都要在总线上给出数据的地址，而线性突发传输只要在开始的时候将首地址发到总线上，之后每个时钟都只传输数据，而地址自动加,1,，这样的方式适合顺序读写一批数据，可以减少无谓的地址操作，加快数据传输速度。,支持总线主控方式和同步操作。,挂接在,PCI,总线上的设备有主控和从控两类。,PCI,总线允许多处理器系统中任何一个处理器或其他有总线主控能力的设备成为主控设备，对总线实行操作。这样微处理器内部的操作和总线操作可以同时进行，而不必要等待总线操作完成。,13,9.1.3 PCI总线PCI总线的特点13,9.1.3 PCI,总线,PCI,总线的特点,支持两种电压，适用各种机型。,PCI,总线支持,5V,和,3.3V,的扩展卡，并可以从,5V,向,3.3V,进行平滑的系统转换。,具有即插即用功能。,PCI,总线的接口卡上都设有配置寄存器，系统加电时用程序给这些设备分配端口地址等系统资源，可以避免使用时发生冲突。,预留扩展空间。,PCI,总线开发时预留了足够的发展空间，比如，它支持,64,位地址,/,数据多路复用，这是考虑到新一代的高性能外围设备最终将需要,64,位宽度的数据通道。,PCI,的,64,位延伸设计，可将系统的数据传输率提高到,264MB/s,。,14,9.1.3 PCI总线PCI总线的特点14,9.1.3 PCI,总线,PCI,总线系统结构,PCI,总线结构中,HOST-PCI,桥与,PCI,总线相连，这个桥提供了数据缓冲功能，是一个低延迟的访问通道，使处理器能够访问,PCI,设备，,PCI,设备也能够访问主存。桥电路中包含有,PCI,总线控制器，有多个设备申请使用总线时，能够进行裁决和分配总线的使用权。实际上，,HOST-PCI,桥是一个高速的,I/O,协处理器。,另外的桥接器用于形成多级总线结构，有,PCI-ISA,，,PCI-USB,，,PCI-PCI,等，使得系统中不同类型的设备共存，合理地分配资源。,15,9.1.3 PCI总线PCI总线系统结构 15,图,1 PCI,总线系统结构,16,图 1 PCI总线系统结构16,9.1.3 PCI,总线,PCI,插槽有两种，一种是,32,位的，一种是,64,位的，而两种插槽又分为,5V,和,3.3V,两种。在,PC,机上使用最多的是,5V,的,32,位,PCI,插槽。图,2,为,PCI,插槽的示意图。,图,2 PCI,插槽的示意图,17,9.1.3 PCI总线PCI插槽有两种，一种是32位的，一种,PCI Express,在,2001,年春的开发者论坛上,Intel,宣布了要用一种新的技术取代,PCI,总线和多种芯片的内部连接,并称之为第三代,I/O,总线技术,3rd Generation I/O,也就是,3GIO,）。不久后，以,Intel,、,AMD,、,IBM,、,DELL,、,NVIDIA,等,20,多家业界主导公司开始起草,3GIO,，,2002,年草案完成，并正式命名为,PCI Express,。,PCI Express,（简称,PCIE,），虽然从表面来看它的名字和,PCI,有些类似，但它们之间却有着本质的区别,18,PCI Express在2001年春的开发者论坛上Inte,PCI Express,PCI,采用的是并行通道。,PCI Express,总线属于串行总线，进行的是点对点传输，每个传输通道单独享有带宽。,PCI Express,总线还支持双向传输模式和数据分路传输模式。,PCI Express,接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异，分为,PCI Express1,、,2,、,4,、,8,、,16,甚至,32,，由此,PCI Express,的接口长短也不同，,1,最小，往上则越大。其中,1,、,2,、,4,、,8,、,16,为数据分路传输模式，,32,为多通道双向传输模式。,1,单向传输带宽可达到,250MB/s,，双向传输带宽能够达到,500MB/s,，这个已经不是,PCI,总线所能够相比的了。同时,PCI Express,不同接口还可以向下兼容其他,PCI Express,小接口的产品,即,PCI Express 4,的设备可以插在,PCI Express8X,或,16X,上进行工作。,表,11.6,为现有总线类型数据传输率的比较,.,19,PCI ExpressPCI采用的是并行通道。PCI Ex,第一节 主板的基本工作原理,主板的模块结构功能,主板主要由,CPU,芯片组,(Chipset),、高速缓存,(Cache),、系统总线槽、,RAM(,内存,),、系统,BIOS(,基本输入输出管理系统,),及输入输出设备接口等组成。主板的主要功能是支撑和协调主板上的各个功能部件运行工作，为它们提供信息通路和数据通道。计算机的主要电路和核心部,件都集成在主板上。如图所示。,9.2,主板,20,第一节 主板的基本工作原理主板的模块结构功能 9.2 主板,9.2.1,常规主板、一体化主板和整合主板,常规主板,:,传统的插卡式主板,一体化主板,: “ALL-IN-ONE”,整合主板：将显卡、声卡、网卡等,I/O,板卡以及其他设备整合到芯片组中。,21,9.2.1 常规主板、一体化主板和整合主板 常规主板:传统的,9.2.2,主板的主要组成部件和接口,按其电路功能主板分为以下几部分。,1,CPU,模块,CPU,模块包括,CPU,芯片、,CPU,插座和风扇。,CPU,的类型不同，,CPU,的插座也不一样。,2,内存模块,内存模块包括内存插槽和内存条。,内存插槽是连接和放置内存条的地方，它决定着所安装的内存条类型，目前的形式有,168,线槽,(DIMM,槽,),和,184,线槽,(RIMM,槽,),。,3,芯片组,(Chipset),芯片组称为控制芯片组,(Chipset),，由一片或多片超大规模集成电路芯片构成。主要包括总线控制器、计时,/,计数器、,中断控制器、,DMA,通道控制器和,CMOS RAM,等,功能电路。,4,BIOS,基本输入输出系统,BIOS,主要用于控制管理整个计算机系统的输入输出，,BIOS,被固化在,ROM,中，,ROM,是焊在或插在主板上的一个集成电路芯片，其中保存有计算机系统最重要的基本输入,/,输出程序、系统设置程序、开机上电自检程序。目前主板上的,BIOS ROM,芯片都是用,Flash ROM,，所以可以对它进行升级。,22,9.2.2 主板的主要组成部件和接口 按其电路功能主板分,第一节 主板的基本工作原理,5,总线扩展槽,可插放各种用途的功能板卡，如显卡、声卡、网卡、视频转接卡等。根据不同的标准，扩展槽有：,ISA,、,PCI,和,AGP,扩展槽总线。,ISA,又分为,ISA,和,EISA,；,PCI,分为,PCI,、,PCI 2.1,和,PCI X,；,AGP,分为,AGP 1X,、,2X,、,4X,和,8X,。这些扩展槽并行排列在主板上，,ISA,总线扩展槽为黑色；,PCI,总线扩展槽为白色，但比,ISA,总线扩展槽短些；,AGP,扩展槽是离,CPU,插座最近的褐色插槽。,PCI,扩展槽在主板上均有编号，靠近,AGP,端口的,PCI,槽一般定为,1,号，然后依次向,ISA,槽方向分别编为,2,至,5,号。,PCI,槽编号在某些操作系统或应用软件中可能用到。,6,高速缓冲存储器,(Cache),计算机系统为了提高数据的存取速度，,486,以上档次的计算机普遍采用了在,CPU,与主存储之间增设少量的高速度存储器,(Cache),，临时存放,CPU,经常要访问的指令和数据，用来解决高速的,CPU,与低速主存储器工作速度不匹配影响整个系统工作速度的矛盾。高速缓存可分为：,(1)L1 CACHE(,一级缓存,),：建立在,CPU,内部的高速缓存；,(2)L2 CACHE(,二级缓存,),：建立在,CPU,内部或主板上的高速缓存。,P4,以上计算机甚至有,L3 CACHE,，一般是建立在主板上。,23,第一节 主板的基本工作原理 5总线扩展槽23,第一节 主板的基本工作原理,7,外设接口,486,以上计算机的主板上集成了软硬盘控制器、串并行接口，有的甚至将网卡、显卡、声卡等都集成在主板上，即所谓的,ALL IN ONE,主板。目前主板都带有：,(1),两个串行接口。用来连接鼠标或,Modem,等串行设备；,(2),一个并行接口。用来连接打印机等并行设备；,(3),两个以上,USB,接口。用来连接,USB,设备；,(4),两个,IDE,接口。用来连接硬盘或光驱；,(5),一个软驱接口。用来连接软盘驱动器；,(6),两个,PS,接口。用来连接键盘和鼠标；,(7),三个模拟信号接口。用来连接话筒、扬声器等；,(8),一个游戏杆接口。,24,第一节 主板的基本工作原理 7外设接口24,9.2.3 CPU,芯片及其插座（插槽）,微机的性能主要取决于主板，而主板的性能取决于,CPU,，,CPU,芯片内部总线的宽度和时钟主频是决定,CPU,性能的主要参数。,80386,以上,CPU,芯片各具其特定的强大功能，但必须有相应的芯片组配合运行才能发挥，因此主板配以相应的芯片电路设计。,主频,CPU,的主频，即,CPU,内核工作的时钟频率（,CPU Clock Speed,）。通常所说的某某,CPU,是多少兆赫的，而这个多少兆赫就是“,CPU,的主频”。主频是,CPU,内部参与运算和操作的各内部单元按统一的时钟频率同步的运行，是整个系统协调一致的工作，以,CLK,表示。,25,9.2.3 CPU芯片及其插座（插槽） 微机的性能主要取决于,9.2.3 CPU,芯片及其插座（插槽）,CPU,主频的：“外频”和“倍频”,外频,也叫,CPU,前端总线频率或基频，计量单位为“,MHz“,。,CPU,的主频与外频有一定的比例（倍频）关系，由于内存和设置在主板上的,L2Cache,的工作频率与,CPU,外频同步，所以使用外频高的,CPU,组装电脑，其整体性能比使用相同主频但外频低一级的,CPU,要高。这项参数关系试用于主板的选择。,倍频系数,是,CPU,主频和外频之间的比例关系，一般为：主频,=,外频*倍频。,Intel,公司所有,CPU,（少数测试产品例外）的倍频 通常已被锁定（锁频），用户无法用调整倍频的方法来调整,CPU,的主频，但仍然可以通过调整外频为设置不同的主频。,AMD,和其它公司的,CPU,未锁频。,总线宽度：,总线上可同时传输的数据的位数。位数越多，一次传输的信息就越多。,ISA,宽度为,16,位，,EISA,为,16,位，,PCI,为,32,位，,PCI-2,可达到,64,位。,26,9.2.3 CPU芯片及其插座（插槽） CPU主频的：“外频,9.3,芯片组,采用超大规模集成电路技术，把主板上众多的接口芯片和支持芯片按不同功能分别集成到芯片之中。用少量几片,VLSI,芯片的组合称为,“,控制芯片组,”,。采用芯片组技术后，可以简化主板的设计，降低了系统的成本，提高了系统的可靠性。,（,1,）南北桥芯片,多数芯片组由北桥芯片（,North Bridge Chip,）和南桥芯片（,South Bridge Chip,）组成的南北桥架构，两块芯片就像桥梁或纽带一样将电脑系统中各个独立的器件和设备连接起来形成整体。,VIA Apollo Pro 133A,芯片组,27,9.3 芯片组采用超大规模集成电路技术，把主板上众多的接口芯,北桥芯片,（,1,）,CPU,规格。,支持,CPU,类型：,Pentium III,、,Pentium 4,、,Athlon,、,Athlon 64,。,支持前端总线频率：,Pentium III,（,100MHz 133MHz,）、,Pentium 4,（,400MHz 1066MHz,）、,Athlon,（,200 MHz 400MHz,）、,Athlon64,（,800 MHz,）,（,2,）内存规格。,支持内存类型：,SDRAM,、,DDR-SDRAM,、,DDRII-SDRAM,、,RDRAM,。,（,3,）系统总线规格。,支持总线类型：,ISA,、,PCI,、,AGP,、,PCI-E,。,支持最大,PCI,插槽数：一般为,4,、,5,、,6,。,（,4,）图形系统规格。,AGP,：是否支持,AGP 1X/ 2X/ 4X/ 8X,。,是否集成图形控制器。,28,北桥芯片28,南桥芯片,（,1,）硬盘接口规格。,接口类型：,PATA,（并行,ATA,，即标准,IDE,接口）、,SCSI,、,SATA,（串行,ATA,）。,Ultra-ATA,：是否支持,Ultra-ATA 33/66/100/133,。,（,2,）外设总线规格。,类型：,USB,、,IEEE 1394,。,USB,规格：,USB1.1,、,USB2.0,。,最多,USB,口数：一般为,2,到,8,个。,（,3,）其他整合资源。,AC 97,声效控制器、,MODEM,控制器、,以太网控制器。,（,4,）电源管理。,ACPI,：一般有,S1,（,POS,，,CPU,停止工作）、,S3,（,STR,，除了内存外的部件都停止工作）两种模式。,29,南桥芯片29,（,2,）整合芯片组,自,1999,年开始，控制芯片组采用了,“,整合技术,”,将板卡或其他不见的功能集成于芯片组中，形成整合型芯片组。如常用的,INTEL 850,。,30,（2）整合芯片组30,9.4,硬盘接口,硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。 从整体的角度上，硬盘接口分为,IDE,、,SATA,、,SCSI,和光纤通道四种。,1,、,IDE,IDE,的英文全称为“,Integrated Drive Electronics”,，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。,IDE,这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。,IDE,代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用,IDE,来称呼最早出现,IDE,类型硬盘,ATA-1,，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如,ATA,、,Ultra ATA,、,DMA,、,Ultra DMA,等接口都属于,IDE,硬盘。,31,9.4 硬盘接口 硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用,9.4,硬盘接口,2,、,SCSI,SCSI,的英文全称为“,Small Computer System Interface”,（小型计算机系统接口），是同,IDE,（,ATA,）完全不同的接口，,IDE,接口是普通,PC,的标准接口，而,SCSI,并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。,SCSI,接口具有应用范围广、多任务、带宽大、,CPU,占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如,IDE,硬盘般普及，因此,SCSI,硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。,3.,光纤通道,光纤通道的英文拼写是,Fibre Channel,，和,SCIS,接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。,光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求,。,32,9.4 硬盘接口 2、SCSI32,9.4,硬盘接口,4,、,SATA,使用,SATA,（,Serial ATA,）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来,PC,机硬盘的趋势。,2001,年，由,Intel,、,APT,、,Dell,、,IBM,、希捷、迈拓这几大厂商组成的,Serial ATA,委员会正式确立了,Serial ATA 1.0,规范，,2002,年，虽然串行,ATA,的相关设备还未正式上市，但,Serial ATA,委员会已抢先确立了,Serial ATA 2.0,规范。,Serial ATA,采用串行连接方式，串行,ATA,总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。,5. SATAII,接口,SATA II,是在,SATA,的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从,SATA,的,1.5Gbps(150MB/sec),进一步提高到了,3Gbps(300MB/sec),，此外还包括,NCQ(Native Command Queuing,，原生命令队列,),、端口多路器,(Port Multiplier),、交错启动,(Staggered Spin-up),等一系列的技术特征。单纯的外部传输率达到,3Gbps,并不是真正的,SATA II,。,33,9.4 硬盘接口 4、SATA 33,9.5 USB,USB(Universal Serial Bus),是一种新型的外设接口标准，其基本思想是采用通用连接器和自动配置及热插拔技术，以及相应的软件，实现资源共享和外设的简单快速连接。这样就解决了传统接口电路中，每增加一种设备，就需要为其准备一种接口或插座，以及不同的驱动程序所造成的使用、维护上的困难。,1996,年,Intel,公司等公布了,USB 1.0,版本，目前最新的版本是,USB2.0,。由于微软,Windows98/2000/xp,中都内置了,USB,接口模块，加上,USB,设备的日益增多，因此,USB,成为目前流行的外设接口。,34,9.5 USBUSB(Universal Serial Bu,9.5 USB,USB,总线的特点,使用,USB,，不需要扩展插卡，无需了解,DIP,开关、跳线、中断号等设置的细节，无需开发底层设备驱动程序。,USB,外设连接时即插即用，并且可以不关闭主机电源，实现热插拔。并且能为低功耗的装置提供电源，,+5V,时最大可提供,500mA,的电流。,USB,总线得到,400,多家大公司的支持，,USB,外设产品及软件选择范围广。,传输波特率（即传输速率）为,1.5Mb/s12Mb/s,（,USB2.0,的速率可达到,480Mb/s,）。,通过,USB-HUB,最多可连接,127,个外设。,35,9.5 USBUSB总线的特点35,9.5 USB,USB,系统组成,USB,硬件,USB,的硬件包括,USB,主控制器,/,根集线器（,USB Host Controller/root Hub,）和,USB,设备。,USB,主控制器和根集线器合称为,USB,主机（,HOST,）。,USB,主控制器是硬件、固件和软件的联合体，负责总线上数据的传输，把并行的数据转换成串行的数据，并建立,USB,的传输处理，传给根集线器后在总线上传送。,根集线器集成在主系统中，由一个控制器和中继器组成，可以提供一个或更多的接入端口。根集线器检测外设的连接和断开，执行主控制器发出的请求并在设备和主控制器之间传递数据。,36,9.5 USBUSB系统组成36,9.5 USB,USB,系统组成,USB,硬件,除了根集线器，,USB,总线上还可以连接附加的集线器,(USB Hub),，允许,USB,系统扩展。每个集线器可以提供,2,个、,4,个或,7,个接入点。但是总线供电的集线器由于受到总线提供功率的限制，最多只能支持,4,个,USB,端口。集线器由控制器和中继器组成，控制器管理主机和集线器之间的通信及帧定时，中继器负责连接的建立和断开。,USB Hub,和,Root Hub,是,USB,即插即用技术中的核心部分，完成,USB,设备的添加、删除和电源管理等功能。,USB,设备分为,Hub,设备和功能设备两种。功能设备就是接在,Hub,上的外设，它能在总线上发送和接受数据、控制等信息，是完成某项具体功能的硬件设备，又称为“功能件（,FUNCTION,）”，如打印机、扫描仪等。,37,9.5 USBUSB系统组成37,9.5 USB,USB,系统组成,USB,硬件,Hub,设备则有一个,Hub,和一个或多个功能件，又称为复合的,USB,设备。,USB,设备包含一定数量的寄存器端口，这些端口称为端点（,Endpoint,），被赋予不同的端点号。每个,Hub,和功能件都有唯一的逻辑地址，通过该地址和端点号，主机软件可以和每个端点通信。我们把,USB,端点和主机软件的联合称为“管道”（,Pipe,）。,USB,的拓扑结构,USB,采用了一种层次化的新结构，该结构以集线器为,USB,设备提供连接点。其物理连接是一个层次型的星型结构，集线器,Hub,位于每个星型结构的中心。完整的拓扑结构如图,3,所示。,38,9.5 USBUSB系统组成38,图,3 USB,拓扑结构,39,图3 USB拓扑结构39,9.5 USB,USB,接口及信号,USB,总线包括,4,根信号线，用来传送信号和提供电源。其中,D+,和,D-,为信号线，传送信号。,D+,和,D-,是一对双绞线，,D+,是绿色，,D-,是白色。还有,2,根是电源线和地线，电源线是红色，地线是黑色。,USB,接口的形式和与机器的连接见图,4,。,图,4 USB,集成器和设备的连接,40,9.5 USBUSB接口及信号图4 USB集成器和设备的连接,9.5 USB,USB,数据传输,USB,有,4,种传输模式：,控制传输：主要用作配置设备用，也可以做设备的其他特殊用途。控制传输是双向的。例如，对数字相机设备，可以传送暂停、继续和停止等控制信号。,批传输：用于传送大批数据，这种数据的时间性不强，但要保证数据的正确性。如打印机、调制解调器、数字音响等不定期传送大量数据的中速设备。,中断传输：用于不固定、少量的数据传送，如键盘、鼠标等低速设备,同步传输：又叫等时传输，用于传送连续性、实时的数据，这种方式的特点是要求传输速率固定（恒定），时间性强，传输中数据出错后无需重传。视频设备、数字声音等采用这种方式,41,9.5 USBUSB数据传输 ,USB有4种传输模式：41,9.6 IEEE1394,IEEE1394,是,Apple,公司于,1993,年提出的，用来取代,SCSI,的高速串行总线,“,FireWire”,，后经,IEEE,协会于,1995,年,12,月正式接纳为一个工业标准，全称是,IEEE1394,高性能串行总线标准（,IEEE 1394 High Performance Serial BUS Standard,）。,IEEE1394,的性能特点,通用性强。,IEEE1394,采用菊花链结构，以级联方式在一个接口上最多可以连,63,个不同种类的设备。,传输速率高。,IEEE1394a,支持,100Mb/s,，,200Mb/s,及,400Mb/s,的传输速率。而,IEEE1394b,规范定义了,800Mb/s,，,1.6Gb/S,甚至,3.2Gb/s,的高传输速率。,42,9.6 IEEE1394 IEEE1394是Apple公司,9.6 IEEE1394,IEEE1394,的性能特点,实时性好。,IEEE1394,的高传输率加上同步传送的方式，使数据的传送具有很好的实时性。,总线提供电源。,IEEE1394,的,6,芯电缆中有两条是电源线，可以直接向连接的设备提供,410V,和,1.5A,的电源。,系统中设备之间关系平等。任何两个带有,IEEE1394,接口的设备可以直接连接而不需要通过,PC,机控制。,连接方便。采用设备自动配置技术，允许热插拔和即插即用。,43,9.6 IEEE1394IEEE1394的性能特点43,9.6 IEEE1394,IEEE1394,拓扑结构,IEEE1394,标准既可以用于内部总线连接，也可以用于设备之间的电缆连接。一个物理模块可以包括多个结点，一个结点就是一个地址化的实体，包括多个端口，可以独立地设定和识别。,一种典型的,IEEE1394,总线系统连接如图,5,所示。,44,9.6 IEEE1394IEEE1394拓扑结构 44,图,5 IEEE1394,总线系统结构,45,图5 IEEE1394总线系统结构 45,9.6 IEEE1394,IEEE1394,拓扑结构,其中包含了两种环境，一种是电缆连接，即电缆（,CABLE,）环境；一种是内部总线连接，即底板（,Back plane,）环境。系统中允许有多个,CPU,，且相互独立。,电缆环境的物理拓扑结构是一个非环状的网络，分支和深度都有限。电缆由两对信号线和一对电源线组成，用来连接不同结点的端口。每个端口由终端、收发器和一些简单逻辑组成。电缆环境下每个总线可以连接,63,个结点，两个结点间的距离不超过,4.5m,。电缆环境的传输速率可以是,100Mb/s,，,200Mb/s,及,400Mb/s,。,底板环境的物理拓扑结构是一个内部总线结构，一般特指主机底板。结点可以通过分布在总线上的连接插口插入总线。底板环境支持,12.5Mb/s,，,25Mb/s,和,50Mb/s,的传输速率。,由于两种环境存在差别，因此在系统中环境之间要一个桥接器进行连接。,IEEE1394,桥接器主要完成数据的接收和重新封装成数据包，并进行转发。,46,9.6 IEEE1394IEEE1394拓扑结构46,9.6 IEEE1394,IEEE1394,信号及连接,IEEE1394,有两种类型的电缆，早期的,IEEE1394,定义了一个带有,6,针插头的,6,芯电缆来实现设备间的互连。电缆中有,2,对信号传送线,TPA/TPA*,和,TPB/TPB*,、,2,根电源线,VP,和,VG,。两对信号双绞线用做接收和发送连接；电源线,VP,向总线上的设备提供,410V,、,1.5A,的电源；,VG,接地。,6,针插头和插座如图,6(a),所示。通常,6,根线按标号顺序采用的颜色分别是白、黑、红、绿、橙、蓝。,在,IEEE1394a,中增加了,4,针插头和,4,芯电缆作为设备间的连接线。,4,针插头中只有,4,个数据线。,4,针插头和插座如图,11.6(b),所示。,4,根线按标号的顺序采用的颜色分别是红、绿、橙、蓝。两种电缆的电气特性都是一样的，最大电缆长度建议为,4.5m,。,47,9.6 IEEE1394IEEE1394信号及连接47,图,6 IEEE1394,插头和插座,48,图6 IEEE1394插头和插座48,9.6 IEEE1394,IEEE1394,支持异步和同步（等时）数据传输方式,异步方式把数据交换层信息送到一个特定的,64,位地址，这种传输不需要以固定的速率传送数据，也不要求稳定的总线带宽。所以异步传送共同占有,20%,（最小值）的总线带宽。,同步方式基于信道号来广播数据，而不是基于特定地址来传输数据。这种传输要求有规则的总线访问，比异步传输有更高的总线优先级。每个总线的,80%,可分配给同步传输。,对同一个接口提供同步和异步两种方式，可以允许实时和非实时的应用，可以在同一总线上可靠地传输不同速率的数据。,49,9.6 IEEE1394IEEE1394支持异步和同步（等时,9.6 IEEE1394,IEEE1394,传输必须初始化，才能使用交换层服务来传送命令、数据和状态。当总线顺利完成初始化后，每个结点都得到一个不同的结点标志（,Node-ID,）。启动设备（,Initiator,）读每个结点的配置,ROM,（,Configuration ROM,）来寻找实现串行总线协议,SBP(Serial BUS Protocol),的结点。寻找结束后，,SBP,被初始化。接着开始同步或异步注册（,Login,）过程。注册完毕，就可以进行数据传输。若传输过程中出现错误，则必须进行异常处理。,50,9.6 IEEE1394IEEE1394传输必须初始化，才能,9.7 AGP,接口,AGP(Accelerated Graohics Port),是,Intel,公司提出的一种,PC,平台上能充分改善对,3D,图形和全运动视频处理的新型视频接口标准。,显示卡的显示内存中不仅有影像数据，还有纹理数据、,Z,轴的距离数据及,Alpha,变换数据等。由于显示内存的价格昂贵，容量配置不大，所以通常是将纹理数据从显存移到主存。由于纹理数据传输量很大，若从主存通过,PCI,总线传送回显存，则,PCI,总线将成为系统的瓶颈。所以用,AGP,在主存和显示卡之间建立一条直接的通道，使得,3D,图形数据不通过,PCI,总线，而是直接送入显示子系统。,51,9.7 AGP接口 AGP(Accelerated Grao,9.7 AGP,接口,AGP,总线的特点,采用流水线技术进行内存读,/,写。将前面的存储器和总线操作与后续的操作重叠执行，大大减少内存的等待时间，数据传输率有很大的提高。,采用双泵技术。在,66.6MHz,的时钟信号上升沿和下降沿都传送数据，相当于使工作时钟频率提高了,2,倍。,采用,DIME,（,Direct Memory Excute,，直接存储器执行）技术。,AGP,将显示时的纹理数据置于帧缓冲区，即图形控制器的内存之外的系统内存，允许着色期间直接从系统内存获取数据，这样帧缓冲区和带宽可供其它功能使用，又实现低成本支持更大的纹理数据。,52,9.7 AGP接口AGP总线的特点 52,9.7 AGP,接口,AGP,总线的特点,采用边带寻址,SBA,（,Sideband Address,）方式。允许图形控制器在上次数据没有传送完时就发出下一次的地址和请求，提高随机内存访问的速度。,显示,RAM,和系统,RAM,可以并行操作。在,CPU,访问系统,RAM,的同时，,AGP,显示卡访问,AGP RAM,，显示带宽独享，提高系统的并行工作性能。,缓解,PCI,总线上的数据拥挤。图形数据利用专用通路，不再占用,PCI,带宽。,53,9.7 AGP接口AGP总线的特点53,9.7 AGP,接口,AGP,的连接方式和工作模式,图,11.7,图形系统的,AGP,连接方式,54,9.7 AGP接口AGP的连接方式和工作模式图11.7 图形,9.7 AGP,接口,AGP,有,3,种工作模式，,1,，,2,，,4,。,2,以上的工作模式能够很好地发挥,3D,图形的描绘能力。,AGP,的工作模式如表,11.7,所示。,模式,工作频率,数据传输率,传输触发方式,1,66MHz,264MB/s,上升沿,2,133MHz,532MB/s,上升沿和下降沿,4,266MHz,1064MB/s,上升沿和下降沿,55,9.7 AGP接口AGP有3种工作模式，1，2，4。,9.8,即插即用,1,、问题的提出,目前计算机系统资源丰富，为了避免与其他设备发生冲突，各外设扩展卡制造厂都将自己的扩展卡设计得灵活一些，可调整自己需要使用的资源。外设的这种调整能力以前大多都是用跳线器来实现的，而,“,即插即用,”,是为此提供的一种方便技术。,“,即插即用,”,是指为微机系统提供了这样一种功能：只要将扩展卡插入微机扩展开槽中，微机系统就能自动就行配置工作，保证系统资源空间的合理分配，以避免发生系统资源占用的冲突。,56,9.8 即插即用1、问题的提出56,9.8,即插即用,2,、功能简介,1992,年,Win HEC,会议上，,Micrsoft,和,Intel,公司提出了,“,即插即用,”,标准的建议，得到,20,多家公司的响应，组成了,“,即插即用,”,标准联盟，开展了一系列发展和推广,“,即插即用,”,的工作。,为保证,“,即插即用,”,的一致性，应改变,PC,系统,4,个部分，即基于,ROM,和,BIOS,，操作系、硬件设备和应用软件。 一旦,“,即插即用,”,实现完全一致性，,PC,系统的每个,I/O,总线和端口就自动配置好，不需要跳线器和,DIP,配置开关。,“,即插即用,”,的功能主要取决于微机系统的总线结构，,EISA,和,PCI,总线本身就采用了,“,即插即用,”,技术。,57,9.8 即插即用2、功能简介57,本章小结,将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机总线。,按总线功能或信号类型划分，有数据总线、地址总线、控制总线三类。,总线主要的性能参数有总线频率、总线宽度、总线的数据传输率。,各种总线标准主要包括物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。,58,本章小结将计算机系统各个部分连接在一起的就是计算机总线。58,本章小结,IBM PC,总线简称,PC,总线或,PC/XT,总线，是,IBM PC/XT,个人计算机采用的微型计算机总线，是针对,Intel 8088,微处理器设计的。,ISA,（,Industry Standard Architecture,，工业标准体系结构）总线在,62,线的,PC,总线的基础上经过扩展,36,根线而开发的一种系统总线，又称为,PC AT,总线。,PCI,总线的全称是外围部件互联,(Peripheral Component Interconnect),，是一种高性能的局部总线。,32,位的扩展工业标准结构,EISA,总线，采用开放结构，与,ISA,兼容。,第三代,I/O,总线技术,3rd Geaeration I/O,也就是,3GIO,）正式命名为,PCI Express,。,PCI Express,接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异，分为,PCI Express 1,、,2,、,4,、,8,、,16,甚至,32,。,59,本章小结IBM PC总线简称PC总线或PC/XT总线，是IB,本章小结,USB(Universal Serial Bus),通用串行总线，是一种新型的外设接口标准，其基本思想是采用通用连接器和自动配置及热插拔技术，以及相应的软件，实现资源共享和外设的简单快速连接。,IEEE1394,是用来取代,SCSI,的高速串行总线“,FireWire”,，全称是,IEEE1394,高性能串行总线标准（,IEEE 1394 High Performance Serial BUS Standard,）。,AGP(Accelerated Graohics Port),是,Intel,公司提出的一种,PC,平台上能充分改善对,3D,图形和全运动视频处理的新型视频接口标准。,60,本章小结USB(Universal Serial Bus)通,