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本章主要教學(xué)內(nèi)容總線(xiàn)基本概念；常用系統(tǒng)總線(xiàn)特點(diǎn)和功能；常用局部總線(xiàn)特點(diǎn)和功能;外部設(shè)備總線(xiàn)特點(diǎn)和功能第5章總線(xiàn)技術(shù)

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本章教學(xué)目的及要求

通過(guò)學(xué)習(xí):理解總線(xiàn)的基本概念熟悉微機(jī)總線(xiàn)的組成結(jié)構(gòu)掌握常用系統(tǒng)總線(xiàn)、局部總線(xiàn)、外部設(shè)備總線(xiàn)，側(cè)重其應(yīng)用第5章總線(xiàn)技術(shù)

3第5章5-1概述

5.1.1總線(xiàn)的概念總線(xiàn)是微機(jī)系統(tǒng)中多個(gè)部件之間公用的一組連線(xiàn)。總線(xiàn)由許多傳輸線(xiàn)組成。微機(jī)采用總線(xiàn)技術(shù)的目的是為了簡(jiǎn)化硬軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微機(jī)總線(xiàn)一般有內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內(nèi)部總線(xiàn)用于芯片一級(jí)的互連；系統(tǒng)總線(xiàn)用于插件板一級(jí)的互連；外部總線(xiàn)用于設(shè)備一級(jí)的互連。4第5章5.1.2總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)1．單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)(CPU，主存，I/O)2．雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu)(存儲(chǔ)總線(xiàn)，I/O總線(xiàn))3．多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)(主存總線(xiàn)，I/O總線(xiàn)，DMA總線(xiàn)，Cache總線(xiàn))

5第5章5.1.3總線(xiàn)的分類(lèi)1．按相對(duì)于CPU芯片的位置分類(lèi)(內(nèi)/外)2．按總線(xiàn)功能分類(lèi)(AB,DB,CB)3．按總線(xiàn)的層次結(jié)構(gòu)分類(lèi)

6圖5-1所示為常見(jiàn)微機(jī)總線(xiàn)層次典型結(jié)構(gòu)。圖5-1微型計(jì)算機(jī)總線(xiàn)層次結(jié)構(gòu)示意圖7第5章5.1.4總線(xiàn)性能及標(biāo)準(zhǔn)1．總線(xiàn)的特性(機(jī)械，電氣，功能，時(shí)間)2．總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)定總線(xiàn)特性及接口）3．總線(xiàn)的性能指標(biāo)（寬度，傳輸率，總線(xiàn)頻率，同步/異步，總線(xiàn)復(fù)用，總線(xiàn)控制方式(如仲裁方式)，負(fù)載能力等）

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5.1.5總線(xiàn)傳輸和控制1．總線(xiàn)傳輸?shù)?個(gè)階段（1）總線(xiàn)請(qǐng)求和仲裁階段（2）尋址階段（3）數(shù)據(jù)傳送階段（4）結(jié)束階段2．總線(xiàn)傳輸控制方式（1）同步傳輸方式（2）異步傳輸方式(時(shí)間不定，需要起始和結(jié)束指示)

第5章9第5章5.2系統(tǒng)總線(xiàn)

5.2.1概述系統(tǒng)總線(xiàn)是微機(jī)主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通信時(shí)所采用的數(shù)據(jù)通道，可支持各種端口、處理器、RAM和其他部件。微機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)從性能上可分為低端總線(xiàn)和高端總線(xiàn)。（1）低端總線(xiàn)：支持8位、16位微處理器，主要功能是進(jìn)行I/O處理。（2）高端總線(xiàn)：支持32位、64位微處理器，提高了數(shù)據(jù)傳輸率和處理能力,具備良好兼容性、支持高速緩存Cache、支持多微處理器以及可自動(dòng)配置等特點(diǎn)。10第5章

5-2-2ISA總線(xiàn)

ISA總線(xiàn)是早期比較有代表性的總線(xiàn)。

IBM公司推出PC/XT和PC/AT個(gè)人計(jì)算機(jī)后，IEEE在1987年定義了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ISA），將PC/XT總線(xiàn)定義為8位ISA，將PC/AT總線(xiàn)定義為16位ISA。11第5章

ISA總線(xiàn)具有以下特點(diǎn)：支持8位、16位數(shù)據(jù)操作；可將PC/AT總線(xiàn)和PC/XT總線(xiàn)運(yùn)行速度提升至8MHz；提供1KB的I/O空間、15級(jí)硬件中斷、7級(jí)DMA通道、8個(gè)設(shè)備負(fù)載能力；總線(xiàn)中的地址、數(shù)據(jù)線(xiàn)采用非多路復(fù)用形式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便；12第5章

1.8位ISA總線(xiàn)也叫PC總線(xiàn)。支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，把CPU視為總線(xiàn)的惟一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。

8位ISA總線(xiàn)是一種開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)總線(xiàn)，在總線(xiàn)母板上有8個(gè)系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備和PC機(jī)的連接。由于該總線(xiàn)具有價(jià)格低、可靠性好、使用靈活等特點(diǎn)，并且對(duì)插板兼容性好。13第5章

8位ISA總線(xiàn)引腳信號(hào)總共有62條。通過(guò)一個(gè)31腳分為A、B兩面的連接插槽來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，A面為元件面，B面為焊接面。

8位ISA總線(xiàn)引腳信號(hào)具有20條地址線(xiàn)、8條數(shù)據(jù)線(xiàn)、若干控制信號(hào)線(xiàn)、電源、接地等接口信號(hào)線(xiàn)。14第5章2.16位ISA總線(xiàn)在62引腳總線(xiàn)基礎(chǔ)上增加一個(gè)36引腳插槽，形成前62引腳和后32引腳兩個(gè)插座，構(gòu)成16位ISA總線(xiàn)?？衫们?2引腳的插座插入與PC/XT總線(xiàn)兼容8位接口電路卡，也可利用整個(gè)插座插入16位接口電路卡。

16位ISA總線(xiàn)中新增加的36引腳插槽信號(hào)擴(kuò)展了8位數(shù)據(jù)線(xiàn)、7位地址線(xiàn)、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的讀寫(xiě)控制線(xiàn)、中斷和DMA控制線(xiàn)、電源和地線(xiàn)等。15第5章

3.ISA總線(xiàn)的體系結(jié)構(gòu)在利用ISA總線(xiàn)構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存速度較快時(shí)，通常采用將內(nèi)存移出ISA總線(xiàn)并轉(zhuǎn)移到自己的專(zhuān)用總線(xiàn)——內(nèi)存總線(xiàn)上的體系結(jié)構(gòu)，如圖5-5所示。16圖5-5ISA體系結(jié)構(gòu)17第5章

5-3局部總線(xiàn)5-3-1PCI總線(xiàn)

1．PCI總線(xiàn)概述

PCI總線(xiàn)是目前最常用的系統(tǒng)總線(xiàn)。該總線(xiàn)專(zhuān)門(mén)為Pentium系列芯片設(shè)計(jì)。

PCIV2.0版本支持32/64位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)時(shí)鐘為25～33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)132～264MB/s。

PCIV2.1版本支持64位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)速度為66MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)528MB/s。18第5章

2．PCI總線(xiàn)的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)線(xiàn)和地址線(xiàn)復(fù)用。（2）提供兩種工作信號(hào)環(huán)境，5V和3.3V。（3）允許32位與64位器件相互協(xié)作。（4）允許PCI局部總線(xiàn)擴(kuò)展卡和元件進(jìn)行自動(dòng)配置，提供即插即用能力。（5）PCI總線(xiàn)獨(dú)立于處理器，工作頻率與CPU時(shí)鐘無(wú)關(guān)，可支持多機(jī)系統(tǒng)。（6）PCI總線(xiàn)具有良好兼容性，可支持ISA、MCA、SCSI、IDE等多種總線(xiàn)。19第5章3.PCI總線(xiàn)信號(hào)的定義

PCI總線(xiàn)規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器：一種稱(chēng)為長(zhǎng)卡，另一種稱(chēng)為短卡。長(zhǎng)卡提供64位接口，插槽A、B兩邊共定義了188個(gè)引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個(gè)引腳。

20第5章4.PCI總線(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCI局部總線(xiàn)與Pentium機(jī)內(nèi)部總線(xiàn)組合構(gòu)成了多總線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，典型的PCI系統(tǒng)如圖5-6所示。21圖5-6PCI總線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25第5章

5-3-2AGP總線(xiàn)

1．AGP總線(xiàn)的特點(diǎn)（1）具有雙重驅(qū)動(dòng)技術(shù)。（2）總線(xiàn)上可實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用。（3）通過(guò)內(nèi)存請(qǐng)求流水線(xiàn)技術(shù)對(duì)各種內(nèi)存請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)來(lái)減少延遲。（4）把圖形接口繞行到AGP通道上，解決了PCI帶寬問(wèn)題。26第5章

2．AGP8X簡(jiǎn)介

AGP8X圖形接口標(biāo)準(zhǔn)由Intel公司2000年8月推出。作為新一代AGP并行接口總線(xiàn)，在數(shù)據(jù)傳輸頻寬上也是32位，但總線(xiàn)頻率達(dá)了533MHz，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到2.1Gbit/s。AGP8X主要特性：（1）減少操作延時(shí)（2）支持多接口27第5章

5.4外部設(shè)備總線(xiàn)5-4-1USB總線(xiàn)1.USB總線(xiàn)的特點(diǎn)（1）使用方便（2）速度加快（3）連接靈活（4）獨(dú)立供電（5）支持多媒體28第5章

2.數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型

USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式：（1）控制傳輸方式（2）同步傳輸方式（3）中斷傳輸方式（4）批量傳輸方式29第5章3.USB總線(xiàn)的拓樸結(jié)構(gòu)

USB設(shè)備和USB主機(jī)通過(guò)USB總線(xiàn)相連。USB的物理連接是一個(gè)星型結(jié)構(gòu)，集線(xiàn)器（HUB）位于每個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機(jī)和某個(gè)集成器，或某一功能設(shè)備之間的一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是一個(gè)集線(xiàn)器與另一個(gè)集線(xiàn)器或功能模塊之間的點(diǎn)到點(diǎn)的連接?？偩€(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-7所示。30圖5-7USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)31第5章

4.USB系統(tǒng)的構(gòu)成USB規(guī)范將USB分為5個(gè)部分：（1）控制器（2）控制器驅(qū)動(dòng)程序（3）USB芯片驅(qū)動(dòng)程序（4）USB設(shè)備（5）USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序32第5章5．USB總線(xiàn)的特性（1）電氣特性（2）機(jī)械特性6．USB總線(xiàn)協(xié)議7．USB設(shè)備的接入和應(yīng)用端口號(hào)信號(hào)典型電纜顏色端口號(hào)信號(hào)典型電纜顏色1VBUS紅色4GND黑色2D－白色外皮屏蔽管線(xiàn)3D+綠色第一版USB1.0是在1996年出現(xiàn)的，速度只有1.5Mb/s；兩年后升級(jí)為USB1.1，速度也大大提升到12Mb/s，至今在部分舊設(shè)備上還能看到這種標(biāo)準(zhǔn)的接口；2000年4月，目前廣泛使用的USB2.0推出，速度達(dá)到了480Mb/s，是USB1.1的四十倍；如今八個(gè)半年頭過(guò)去了，USB2.0的速度早已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用需要，USB3.0也就應(yīng)運(yùn)而生，最大傳輸帶寬高達(dá)5.0Gb/s，也就是625MB/s，同時(shí)在使用A型的接口時(shí)向下兼容。34第5章

5-4-2IEEE1394總線(xiàn)

IEEE1394是一種新型的高速串行總線(xiàn)。應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過(guò)100Kbit/s的硬盤(pán)和視頻外設(shè)，它允許把計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備如硬盤(pán)、光驅(qū)、打印機(jī)、掃描儀以及各種家電非常簡(jiǎn)單地連接在一起。35第5章

5-4-2IEEE1394總線(xiàn)1．IEEE1394的特點(diǎn)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2．IEEE1394的尋址3．IEEE1394協(xié)議36第5章5.5I2C總線(xiàn)

5.5.1I2C總線(xiàn)簡(jiǎn)介I2C總線(xiàn)是由Philips公司推出的一種芯片間的串行通信總線(xiàn)，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中，大大改變了單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能。目前Philips及I2C總線(xiàn)器件，除帶有I2C總線(xiàn)的單片機(jī)、常用的通用外圍器件外，在家電產(chǎn)品、電信、電視、音像產(chǎn)品中已發(fā)展了成套I2C總線(xiàn)器件，使得I2C總線(xiàn)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。

37第5章5.5I2C總線(xiàn)5.5.2I2C總線(xiàn)特性（1）二線(xiàn)傳輸。（2）系統(tǒng)中有多個(gè)主器件時(shí)，這些器件都可做總線(xiàn)的主控制器。（3）I2C總線(xiàn)傳輸時(shí)采用狀態(tài)碼的管理方法。（4）系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊，采用器件地址和引腳地址的編址方法。（5）所有帶I2C接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能（6）I2C總線(xiàn)電氣接口為開(kāi)漏晶體管組成，開(kāi)路輸出沒(méi)有連到電源的鉗位二極管，而連到I2C總線(xiàn)的每個(gè)器件上，其自身的電源可以獨(dú)立成線(xiàn)上各個(gè)結(jié)點(diǎn)，可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。38第5章5.5I2C總線(xiàn)5.5.3I2C總線(xiàn)原理1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸方式2．I2C總線(xiàn)的尋址約定39本章小結(jié)微機(jī)總線(xiàn)可分為內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內(nèi)部總線(xiàn)是微機(jī)內(nèi)部芯片與處理器間的總線(xiàn)，常用于CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等芯片級(jí)互連。系統(tǒng)總線(xiàn)是微機(jī)各插