微机原理与接口技术第11章

标题,一级,二级,三级,四级,五级,*,第,*,页,/,共,20,页,微机原理与接口技术,第,11,章 总 线 技 术,第,11,章 总 线 技 术,教学提示：在微型计算机中，微型计算机由若干功能部件组成，各功能部件之间通过总线来互连和进行通信。总线是各功能部件之间进行相互通信的公共通路，在这个通路上传送地址信息、数据信息和控制信息。因此，总线是一组信号线的集合，是一种在各模块间传送信息的公共通路。,在微机系统中，利用总线实现芯片内部、印刷电路板各部件之间、机箱内各插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信的一组公共信号线。,总之，总线就是各个部件之间、设备之间和系统之间的共用信号通路。,教学要求：通过本章学习，使读者了解总线的概念、分类和功能。,本章内容,11.1,总线技术的概述,253,11.1.1,总线的分类,253,11.1.2,采用标准总线的优点,254,11.2,系统总线,254,11.2.1 ISA,总线,254,11.2.2 EISA,总线,258,11.2.3 VESA,总线,259,11.2.4 PCI,总线,259,11.3,外部通信总线,260,11.3.1 IEEE-488,总线,260,11.3.2 VXI,总线,263,11.3.3 SCSI,总线,263,11.3.4 RS-232C,串行通信总线,266,11.3.5 RS-422A,、,RS-485,总线,268,11.1,总线技术的概述,所谓总线,(Bus),，是指可以由多个信息处理单元,(,包括电路芯片、电路模块及电路板的设备,),所共享的信息通道。,11.1.1,总线的分类,总线的分类根据划分方法不同可以有多种，常见分类方式有两种：一种按照功能划分；另一种按照位置划分。,1,按照功能分类,根据总线的功能，总线包括数据总线,(DB,，,Data Bus),、地址总线,(AB,，,Address Bus),、控制总线,(CB,，,Control Bus),。另外，总线也提供电源线、地线和复位线,(,复位线也可归为控制总线,),。,(1),控制总线，控制总线专用于传送一个部件对另一个部件的控制信号。控制总线是双向的。,(2),地址总线，地址总线专用于传送地址信号。地址总线是单向的。,(3),数据总线，数据总线用于传送数据信息。数据总线是双向的。,总线的三态性，使各部件均可连接在总线上。,11.1,总线技术的概述,2,按照位置分类,1),片内总线：在集成电路芯片内部，用来连接各功能单元的信息通路。,2),局部总线：在印刷电路板上连接各芯片之间的公共通路。,3),系统总线：系统总线,(,或内总线,),是指模块式微型计算机机箱内的底板总线，用来连接构成微型机的各插件板，它可以是多处理机系统中各,CPU,板之间的通信通道，也可以用来扩展某块,CPU,板的局部资源，或为总线上所有,CPU,板扩展共享资源之间的通信通道。,4),通信总线：通信总线,(,或外总线,),用于微机系统与系统之间，微机系统与外部设备如打机、盘设备或微机系统和仪器仪表之间的通信通道。,11.1.2,采用标准总线的优点,采用标准总线可以简化系统设计、简化系统结构、提高系统可靠性、易于系统的扩充和更新等等。,11.2,系 统 总 线,11.2.1 ISA,总线,ISA,即工业标准体系结构,(Industrial Standard Architecture),，,ISA,总线也叫,AT,总线，是一种在原始,IBM PC,引入的,8,位总线结构。,1984,年在,IBM PC/AT,中将,ISA,扩展到,16,位。,ISA,是现代个人计算机的基础，是目前市场上大多数,PC,系统采用的主要体系结构。,1,8,位,ISA,总线,8,位,ISA,总线共有,8,个插槽，主要用在早期的,IBM PC/XT,计算机的底板上，通常称作,IBM PC,总线,(,或,PC/XT,总线,),。它具有,62,条“金手指”引脚，引脚间隔为,2.54mm,。各引脚的安排如图,11.1,所示,2,16,位,ISA,总线,1984,年,IBM,公司推出,286,机,(AT,机,),时，将原来,8,位的,ISA,总线扩展为,16,位的,ISA,总线，它保持原来,8,位,ISA,总线的,62,个引脚信号，以使原先的,8,位,ISA,总线适配器板可以插在,AT,机的插槽上。同时为使数据总线扩展到,16,位，地址总线扩展到,24,位，而增加一个延伸的,36,引脚插槽。新增加的,36,个引脚排列如图,11.2,所示。,11.2,系 统 总 线,11.2,系 统 总 线,随后,Intel,公司推出,80386 CPU,，数据总线由,16,位增至,32,位。内部结构也发生了飞跃性进步，,CPU,处理能力大大提高了。通过总线与存储器、显示器、,I/O,设备传送数据速度就显得很慢了。为了解决低性能总线与高性能,CPU,之间的矛盾，,IBM,公司率先在他们设计的一台,386,微机上，设计了一种完全不同于,ISA,总线的微通道体系结构，即,MCA,总线体系结构，并且其与,ISA,总线不相兼容。,MCA,微通道结构总线，也称为,PS/2,总线，它分为,16,位和,32,位两种。,16,位的,MCA,总线与,ISA,总线处理能力基本相同，只是在总线上增加了一些辅助扩展功能而已。而,32,位,MCA,则是一种全新的系统总线结构，它支持,186,针插接器的适配器板，系统总线上的数据宽度为,32,位，可同时传送,4,字节数据。这种总线能充分利用,386,，,486 CPU,的强大处理能力，使,PC,的整体性能得到很大提高。,11.2,系 统 总 线,11.2.2 EISA,总线,随着高性能微处理器的推出，低性能的系统总线与高性能处理器间产生的瓶颈问题更为突出。为此，以,Compaq,公司为首，包括,HP,、,AST,、,Epson,等几家世界著名公司联合推出了一个新的总线标准,EISA(Extended,Industrial Standard Architecture),。,EISA,总线既保持了与,PC,总线和,ISA,总线的,100%,兼容，也能较好地满足,32,位微处理器的数据传输要求，支持多个总线主控部件和突发式传送,(Burst Transfer),，是一种高性能的,32,位标准总线，其高性能主要体现以下几个方面。,(1),与,ISA,总线,100%,兼容，保护了用户投资，使用户对,EISA,的投资不仅能享用,EISA,的高性能，而且可以继续沿用原来,ISA,的资源。,(2),具有较高的输入,/,输出性能，这主要体现在它具有,32,位宽的数据总线，,33MB/s,的数据传输率，支持循环的总线仲裁方式。,(3),扩充卡安装容易，自动配置无需,DIP,开关。,(4),真正的多主控总线，支持多个总线主控部件，增加了猝发式传输方式。,11.2,系 统 总 线,11.2.3 VESA,总线,随着,80486,和,Pentium,等高性能,CPU,的问世，因其内部处理速度大大提高了，再加上集成高速缓存和数字协处理器,FPU,，高速的,CPU,和内存访问同慢速,I/O,操作成为,PC,技术中的瓶颈。多媒体的出现，对于图形和高速显示提出能更快速传送大量信息的要求。而这些问题,ISA,和,EISA,总线都无法解决。为此，,PC,领域出现两种比较优秀的局部总线，即,VESA(,视频电子标准协会,),的,VESA Bus,和,PCI,。,VESA,总线是,VESA,视频电子标准协会同,60,余家公司联合推出的一个全开放的局部总线标准,VL,总线。,VL,总线与,CPU,同步，数据宽度为,32,位，最高传输率达,132MB/s,，它极大地增强了系统的性能。,VL,作为一个通用局部总线标准，具有以下特点。,(1),支持多总线主控器，,VL,总线最多支持,3,个总线主控器。,(2),支持高速视频控制器、硬盘控制器和,LAN,卡等外部设备。,(3),具有,32,位数据宽度，可增加到,64,位。,(4),外设与,CPU,同步工作，理论上最高工作频率为,66MHz,，最大数据传输速率可达,264MB/s,，但由于受扩展槽电气特性限制，实际最高工作频率为,40MHz,。,11.2,系 统 总 线,11.2.4 PCI,总线,1992,年初，,Intel,公司联合,IBM,、,Compaq,、,DEC,、,Apple,等大公司创立了,PCI,局部总线标准。,PCI,是,Peripheral Component Interconnect,的缩写，即外围部件互联。,PCI,总线支持,33MHz,的时钟频率，数据宽度为,32,位，可扩展到,64,位，数据传输率可达,132MB/s,264MB/s,。,PCI,总线通常称为夹层总线,(Mezzanine Bus),，因为在传统的总线结构上多加了一层。,PCI,总线的特点如下。,(1),高性能。,(2)PCI,数据总线宽度为,32,位，可扩充到,64,位，工作频率,33MHz,。,1995,年新标准可为,66MHz,，与,CPU,时钟频率无关，其数据传输率可达,528MB/s(64,位时,),，支持并发传送。,(3),兼容性好，易于发展。,(4),自动配置功能。,(5),规范。,11.3,外部通信总线,微机的外部通信总线主要面向各种输入输出设备及网络互连等，所以也称为外部总线或设备总线。下面我们介绍微机中常用的几种外部通信总线。,11.3.1 IEEE-488,总线,惠普公司在,20,世纪,70,年代开发了,GPIB,通用仪器控制接口总线标准。,IEEE,国际组织在,1975,年对,GPIB,进行了标准化，由此,GPIB,变成了,IEEE-488,标准。,1977,年国际电子委员会,(IEC),也予以认可和推荐，将其认定为,IEC-625,总线，称为,IEC,总线接口或,IEC,仪器总线。,1,IEEE-488,总线使用的约定,(1)IEEE-488,总线是双向异步总线。,(2),总线交换的必须是数字信号，不能是模拟信号。,(3),总线最大传输率不得超过,1MB/s(,与系统总线相比，速度较低,),。,(4),任何两个仪器间的连接电缆不得超过,4m,，总线最长不得超过,20m,。,(5),信号逻辑电平采用标准,TTL,电平，逻辑,0,为,0,0.8V,，逻辑,1,为,2.05V,5 V,，,0.8V,2V,间为不确定。,(6),连接在总线上的设备,(,包括作为主控器的微型机,),不大于,15,个。,11.3,外部通信总线,2,系统上设备的工作方式,IEEE-488,总线接口结构如图,11.4,所示。,在,IEEE-488,系统中，每一个设备可按,如,下,3,种方式工作。,“,听者”方式：当某一设备是从其他,设备或控制者接收信息时，称为该设备,工,作于听者方式。,(2)“,讲者”方式：向数据总线发送数据，一个系统可以有两个以上的“讲者”，但一个设备可以既是讲者，又是听者。,(3)“,控者”方式：用于控制其他设备，决定谁是讲者，谁是听者及向其他设备发送地址或命令，处理各种请求服务，系统中可能有几个控制器，但同一时刻只能有一个控制者，一般微机为控制者。,11.3,外部通信总线,3,IEEE-488,总线信号定义说明,IEEE-488,总线使用,24,线组合插头座。,IEEE-488,的信号线除,8,条地线外，有以下,3,类信号线。,(1)D7,D0,数据总线，除了用于传送数据外，还用于“听”、“讲”方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。,(2),字节传送控制线，在,IEEE-488,总线上，数据传送采用异步握手,(,挂钩,),联络方式。即用,DAV,，,NRFD,和,NDAC,这,3,根线进行握手联络。,(3),接口管理线。包括：,IFC(Interface,Clear),，,SRQ(Service,Request),，,ATN(Attention,Line),，,EOI(End,or Identify