《总线及总线接口》PPT课件.ppt

1,第七章总线及总线接口,华北电力大学计算机系刘丽,2,主要内容,总线概述（包括总线分类、总线设备、总线特点、技术指标和总线标准）PC总线和ISA总线简介若干总线和总线接口简介微机系统中的总线架构和发展,3,7.1总线概述,总线（Bus）是指可以由多个信息处理单元（包括电路单元、芯片、电路模块、电路板和设备，以下统称设备）所共享的信息通道。该信息通道通常是一组导线总线和总线接口在大多数情况下并不特别区分有些接口只能接单一的设备，如主板上的AGP接口仅用来连AGP显卡，但习惯上仍被称为总线或总线接口,4,7.1.1总线上的设备和总线使用的特点,总线上的设备按控制属性分为两类：主控设备和被控设备多主总线：允许挂接多个主设备的总线；需要总线管理和总线仲裁总线的优点总体结构相对简单，配置灵活、扩充、升级和维修方便总线的使用规则某一时刻，只有一个主设备控制总线，其他主设备此时可以作为从设备出现某一时刻，只能有一个设备向总线发送数据，但可以有多个设备从总线上接收数据,5,7.1.2按传输特点对总线分类,并行总线同步传输传输由唯一时钟进行控制，规定在一定数目的时钟周期内完成异步传输传输通过双方握手（Handshaking）信号进行，不受统一时钟的限制，Ready信号和Strobe信号串行总线同步传输发送方除传送数据外，也同时传送时钟，以便指导对方正确采样位流中的数据异步传输发送方和接收方具有各自的时钟来指导自己的发送接收，收发双方通过约定传输速率和数据格式，并频繁进行同步操作来控制接收误差,6,7.1.3按使用范围对总线分类,片内总线芯片级总线并行：速度快、效率高、芯片引脚多、体积大、占用面积大、干扰大串行：SPI总线（STB、SCK、DATA）和I2C总线（时钟、数据）板级总线（PC、ISA、PCI、STD、PC/104）设备总线（USB总线、RS232总线）互联总线（CAN总线）内总线和外总线系统总线和局部总线,7,7.1.4按信号属性对总线分类,数据总线地址总线控制总线总线的分时复用数据宽度和寻址范围增加防止信号串扰插入地址/电源线地址和数据分时复用串行总线是极端情况,8,7.1.5总线操作、总线周期和总线时序,总线设备通过总线完成一些特定的操作，这些操作统称为总线操作总线操作所需要的时间称为总线周期总线周期中各总线信号的定时和关联构成了总线时序。总线时序一般通过时序图描述,9,7.1.6总线的主要技术指标,主要有数据宽度、总线的工作时钟、总线的传输速率、总线的信号数目、总线的负载能力和总线支持的工作模式等总线传输速率：用带宽描述，单位为B/s（Bps）或b/s（bps）总线传输速率与总线数据宽度和工作时钟有直接关系,10,7.1.7总线的标准化,ANSI-AmericanNationalStandardsInstituteIEEE-InstituteofElectronicalandElectronicEngineersEIA-ElectronicIndustriesAssociationISO-InternationalOrganizationforStandardizationIEC-InternationalElectrotechnicalCommissionITU-InternationalTelecommunicationUnion总线规范和总线标准，一般包含以下几方面内容：机械结构：如插座、插板形式、规格和引脚位置引脚信号的功能定义：包括信号的流向和时序电器规范：如信号的有效方式、允许偏差、负载能力和抗干扰能力等通信协议：通信双方的沟通方式、数据格式等,11,7.2PC总线和ISA总线7.2.1PC总线（I/O总线）,是IBMPC/XT机上使用的8位板级总线，接口为机内8个黑色双列插槽，可连接I/O卡，内存卡和系统扩展卡，但主要连接I/O卡，又称为I/O总线或I/O通道有62条信号线，分A面（元件面）和B面（焊接面）,12,7.2.1PC总线（I/O总线）,13,7.2.2ISA总线,最早出现在IBM/AT机（80286）。当开发80286微处理器时，IBM将原来的XT的PC总线扩充了36个信号，设计出6236的ISA总线。这种总线也称为PC/AT总线。ISA总线主要的性能指标如下：24位地址线，可直接寻址的内存容量为16MB；I/O地址空间0100H03FFH8/16位数据线，6236引脚工作频率4.78MHz传输速率最高可达8MB/S数据宽度为816位,14,7.3微机系统的内部总线和接口,S-100总线MITS公司第一个标准化微机总线针对8080CPU，用于Z80系统大板结构STD总线pro-log公司面向工业控制的总线标准Multibus总线Intel支持多个处理器并行运行细分为局部总线、系统总线和I/O总线,15,7.3微机系统的内部总线和接口,MCA总线IBM推出其PS/2（personalSystem）机型时，定义了名为微通道体系结构（MicroChannelArchitecture，MCA）的系统总线不兼容ISA，技术模式从开放退回到封闭，没有广泛流行EISA总线Compaq等九家公司联合推出，抗衡MCAExtendedISA，兼容ISA，198线，分上下两层信号，上层与ISA兼容，下层为新增信号,16,7.3微机系统的内部总线和接口,内存总线内存总线是系统连接内存条的总线，总线接口为主板上的内存条插槽目前主要应用于主板上的内存插槽有：SIMM（SingleInlineMemoryModule，单内联内存模块），两侧金手指提供相同信号的内存结构DIMM（双内联内存模块），两侧金手指各自独立传输信号RIMM：Rambus公司生产的接口模型，尺寸与DIMM差不多，价格高，在DIY市场上不常见,17,7.3微机系统的内部总线和接口,VESA总线低速的ISA/EISA总线越来越跟不上需要，不能适应视频显示这样数据吞吐量很大的应用NEC公司牵头的视频电子标准协会VESA开发了新的局部总线标准，但仅用在486上，随着CPU升级和PCI总线出现遭到淘汰PCI总线Intel首先提出外围部件互联（PeripheralComponentInterconnect，PCI）的概念，后来在此基础上开发了PCI总线94线白色双列插槽可以适应各种CPU,18,7.3微机系统的内部总线和接口,AGP接口Intel公司开发，全称为加速图形端口（AcceleratedGraphicsPort，AGP）主板上单独的棕色插槽，专门连接显卡（在此之前，显卡插在PCI插槽中）PCIExpress总线随着CPU和各项技术的发展，人们对总线带宽提出了更高的要求。PCI发展到PCI-X（64位/133MHz/1066MB/s）已经接近极限Intel等公司推出了PCI-Express（PCI-E）规范，是一种高速串行总线，全双工方式双向传递数据，比PCI-X节省75%的信号线，而最高速率是PCI-X的2倍,19,7.3微机系统的内部总线和接口,左图左侧最长的插槽为ISA插槽（黑色），中间白色的为PCI插槽，右边棕色的插槽为AGP插槽，右图右侧为5根PCI-E插槽,20,7.4微机系统的外部总线和总线接口,PS/2接口前所有PC机上都有两个6芯的PS/2接口，连接键盘和鼠标，采用串行工作方式最早由IBM引入PS/2机COM串口COM1和COM2，可连接调制解调器、手写板等串行设备或两台计算机的近距离通信LPT并口也称为Centronics打印口，接打印机、扫描仪等并行输入输出设备,21,7.4微机系统的外部总线和总线接口,22,7.4微机系统的外部总线和总线接口,ATA/IDE接口AdvancedTechnologyAttachmentInterface，AT附属接口，因价格低廉成为硬盘设备的标准接口，常称其为IDE（IntegratedDriveElectronics）或EIDE接口ATA有并行ATA（PATA）和串行ATA（SATA）两种，串行是趋势,并,串,23,7.4微机系统的外部总线和总线接口,SCSI接口SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口，读作skuzzy，是智能化系统级接口可用于连接多种计算机设备，如硬盘、光驱、扫描仪、打印机等，但前提是计算机内要有SCSI适配器，在被连接设备上有SCSI接口，造价高，主要用于服务器、工作站等高端场合，在MAC机中也比较广泛,24,7.4微机系统的外部总线和总线接口,IEEE1394总线串行总线接口标准，雏形由Apple公司开发，用于MAC机，名为FireWire（火线）可用来连接多种计算机设备和家用电子设备，如硬盘、打印机、扫描仪等两个支持IEEE1394的设备可以点对点连接，无需计算机介入，首先得到Sony支持和应用USB接口Intel等7家公司研制，通用串行总线UniversalSerialBus，是中低速串行总线IEEE488总线最初HP开发，是并行接口总线，也称HP-IB（HP-interfaceBus）总线，连接各种数字化仪表，如数字电压表、数字示波器、频率计等,25,7.5微机系统的总线架构,随着CPU性能提升和微机应用领域的扩展，CPU和系统中各设备在工作速度上差别越来越大，也使得连接它们的总线呈现多元化和多层次的特点：包括总线控制在内的系统控制和接口高度集成系统中的总线按数据传输速率分为多个层次高速设备及其控制向CPU方向移动，直至其控制被集成到CPU芯片中总线及接口智能化水平不断提高，而引脚数目不断减少高速串行总线的应用呈上身趋势某些设备采用不共享带宽的点对点连接，并可根据需要配置通道和带宽微机的外部接口变得紧凑、简洁、友好和通用,26,例1：单一系统总线结构,P187图7-3CPU时钟即总线时钟，系统总线即I/O总线。后来，CPU通过芯片内部的倍频将速度提高，不再与总线保持一致。此时，将CPU和主板的工作频率分别称为主频和外频CPU的倍频，全称是倍频系数，是CPU的核心工作频率与外频之间的比值关系，这个比值就是倍频系数，简称倍频。理论上从1.5一直到无限，但是以0.5为一个间隔单位。当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越高,27,例2：南北桥结构，如P,P188图7-4系统的主要控制功能集中到少数芯片中，除超级I/O芯片负责对传统外设控制外，系统的主要控制和接口由少数芯片芯片组承担。芯片组分为两级结构：北桥，主桥，为CPU提供服务，管理速度较高的设备，并提供前后方接口南桥，管理系统的扩展资源和速度较低的设备，也提供前后方的接口第三级，超级I/O芯片，管理传统I/O设备，不属于芯片组,28,例3：加速中心结构，如P4,P189图7-5传统的北桥芯片称为存储控制芯片或图形存储器控制中心传统的南桥芯片称为I/O控制中心与传统的南北桥结构相比，基本功能变化不大，其重要改进是提高了南北桥间总线的带宽，此外淘汰了ISA总线而代之以低引脚数总线LPC，信号线数目减少,29,例4：采用PCI-E总线的系统,P189图7-6采用PCI-E总线实现主板上的多种连接，包括南北桥的连接和各种不同速度的设备连接,30,END,