第5章微型计算机系统总线

第第5 5章章 微型计算机总线微型计算机总线5.15.1总线概述总线概述5.25.280888088最大模式下总线信号的形成（最大模式下总线信号的形成（）5.35.3总线仲裁和握手信号总线仲裁和握手信号5.45.4常用微型计算机总线的介绍常用微型计算机总线的介绍（）第第5章：章：5.1 总线概述总线概述微机系统采用总线结构。系统中主要部件微机系统采用总线结构。系统中主要部件通过系统总线相互连接、实现数据传输，通过系统总线相互连接、实现数据传输，并使微机系统具有组态灵活、易于扩展等并使微机系统具有组态灵活、易于扩展等诸多优点诸多优点广泛应用的总线都实现了标准化，便于互广泛应用的总线都实现了标准化，便于互连各个部件时遵循共同的总线规范。接口连各个部件时遵循共同的总线规范。接口的任一方只需要根据总线标准的要求来实的任一方只需要根据总线标准的要求来实现和完成接口的功能，而不必了解对方的现和完成接口的功能，而不必了解对方的接口方式接口方式总线接口也是一种通用的接口技术总线接口也是一种通用的接口技术1.按信息传输性质分按信息传输性质分数据总线：双向，有数据总线：双向，有8根（字节），根（字节），16根根（字），（字），32根（双字）；根（双字）；地址总线：单向，由地址总线：单向，由CPU发出，指定信发出，指定信息源或目的的地址。有息源或目的的地址。有20根（根（8086），），24根（根（80286），），32根（根（80386及以后及以后的的CPU）；）；控制总线：单双向都有，控制读写，数控制总线：单双向都有，控制读写，数据传输，联络，总线判决和中断控制等据传输，联络，总线判决和中断控制等功能。功能。片内总线：芯片内用于各功能单元连接；片内总线：芯片内用于各功能单元连接；片总线：插件板内用于各芯片连接；片总线：插件板内用于各芯片连接；系统总线：用于微机系统内各功能模块连系统总线：用于微机系统内各功能模块连接；接；外部总线：微机系统间，微机系统与其他外部总线：微机系统间，微机系统与其他仪器设备间的连接。仪器设备间的连接。第第5章：章：5.1.1不同层次的总线不同层次的总线5.1.2 系统总线主要性能指标系统总线主要性能指标总线位宽：系统总线中数据线的根数，有总线位宽：系统总线中数据线的根数，有8，16，32，64位之分；位之分；总线时钟频率：时钟频率越高，每秒钟每总线时钟频率：时钟频率越高，每秒钟每条数据线上传输的信息就越多，单位条数据线上传输的信息就越多，单位 为为MHz（跟总线传输率（跟总线传输率（Mb/S在数值上相在数值上相等）等）总线带宽：即所有数据线每秒可以传输的总线带宽：即所有数据线每秒可以传输的数据量，单位为数据量，单位为MB/S。三者关系为三者关系为:总线带宽总线带宽= 总线宽度总线宽度总线时钟频率总线时钟频率/8 例：例：已知已知ISA总线的数据位（总线宽带）总线的数据位（总线宽带）是是16位，它的时钟频率为位，它的时钟频率为8MHz(即每位即每位数据线上数据传输率为数据线上数据传输率为8Mb/s ) ， 求求ISA总线的带宽。总线的带宽。 5.1.3 微型计算机系统总线的发展微型计算机系统总线的发展在微机发展和应用中出现了许多种内、外总在微机发展和应用中出现了许多种内、外总线标准线标准第一个标准化的微机总线第一个标准化的微机总线S-100总线总线面向工业控制领域的面向工业控制领域的STD总线总线32位位PC机上的机上的ISA系统总线、系统总线、EISA总线、总线、VESA总线、总线、PCI总线、总线、USB总线等总线等图示第第5章：章：PC机上的总线机上的总线PCI总线总线ISA总线总线USB总线总线总线标准与规范内容总线标准与规范内容机械结构规范：规定模板尺寸机械结构规范：规定模板尺寸、插头插头、连、连接器的形状、接器的形状、尺寸等规格位置；尺寸等规格位置；功能结构规范：规定每个引脚名称功能结构规范：规定每个引脚名称、功能功能、时序及适用协议；时序及适用协议；电气结构规范：规定信号的逻辑电平电气结构规范：规定信号的逻辑电平、最最大额定负载能力及电源电压等。大额定负载能力及电源电压等。ISA总线的标准规范总线的标准规范 A1B1A31B31C1D1C18D18外内10.16138.52.545.1.4 5.1.4 单总线和多总线单总线和多总线系统各部件与总线的连接方式系统各部件与总线的连接方式 单总线结构单总线结构 双总线结构双总线结构 多总线结构多总线结构单总线结构单总线结构CPU M M I/O I/O I/On缺点：高速的存储器与低速的缺点：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影接口竞争总线，影响了存储器的读写速度响了存储器的读写速度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CPU M I/O I/O I/On缺点：存储器与缺点：存储器与I/O设备的数据传输必须通过设备的数据传输必须通过CPU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 M I/O I/O I/O典型的典型的PC系统多总线结构系统多总线结构 C P U北 桥主 存A G P显 示 卡视 频B I O SD V D显 示 器显 存以 太 网南 桥S C S I接 口I OA P I CI D E硬 盘I D EC D - R O M超 级I O声 卡软 驱打 印 机C O M 1 , 2 串 口键 盘鼠 标B I O SM I C音 箱I S A 槽I S A 总 线R T CU S BP C I I R Q s中 断控 制 器I R Q sP C I 槽P C I 总 线前 端 总 线F S B高 级 中 断 控 制 器 总 线A P I C5.1.5 采用总线结构主要有以下优缺点：采用总线结构主要有以下优缺点： 简化结构，降低成本；简化结构，降低成本； 统一标准，便于制造；统一标准，便于制造； 扩充灵活，方便使用扩充灵活，方便使用优点：优点：缺点：缺点： 部件传输的分时性；部件传输的分时性； 传输控制的复杂性；传输控制的复杂性；5. 3 总线仲裁和握手技术总线仲裁和握手技术（1）总线主设备）总线主设备 指可以发起和控制总线数据传输的设备；它们可指可以发起和控制总线数据传输的设备；它们可以通过指令，发出存储器或以通过指令，发出存储器或I/O设备的地址，并通过发设备的地址，并通过发送地址和读送地址和读/写信号，完成存储器或外设的数据传输。写信号，完成存储器或外设的数据传输。（2）总线从设备）总线从设备 指只能接受主设备的要求，在主设备的控制下，指只能接受主设备的要求，在主设备的控制下，接收主设备传来的数据，或把数据传送给主设备。接收主设备传来的数据，或把数据传送给主设备。5.3.1 总线主设备和从设备总线主设备和从设备5.3.2 总线仲裁总线仲裁 总线总裁器通过总线总裁器通过BR“总线请求总线请求”信号，信号， BG“总线响应总线响应”信号，以及信号，以及BB“总线忙总线忙”信号，来决定哪个主设备来控制信号，来决定哪个主设备来控制总线。总线。5.3.3 总线握手总线握手同步方式同步方式收、发双方严格地按统一的基准时钟信号执行相应的动作收、发双方严格地按统一的基准时钟信号执行相应的动作不适合于在同一系统中既有高速部件又有低速部件的环境不适合于在同一系统中既有高速部件又有低速部件的环境异步方式异步方式传输过程无需统一时钟的同步，用传输过程无需统一时钟的同步，用“请求请求”和和“应答应答”信号信号协调协调传输速度慢传输速度慢半同步方式半同步方式总体上仍是同步方式总体上仍是同步方式(使用基准时钟使用基准时钟)，传输操作与时钟同步，传输操作与时钟同步设置设置“等待等待”状态线，在无法按时完成操作时，用此状态线状态线，在无法按时完成操作时，用此状态线强制对方延长一个或多个时钟周期强制对方延长一个或多个时钟周期 解决主从设备在工作速度上不相匹配而提出的。解决主从设备在工作速度上不相匹配而提出的。结束结束无作业无作业练习：练习：P154例例5-3、5-4、5-10