微机原理

机电工程系10.1总线的概念10.1.1总线标准与总线组成总线标准总线的组成10.1.2总线的层次与分类总线的层次结构总线的分类10.1.3总线的操作过程1．总线请求和仲裁阶段2．寻址阶段3．传输阶段4．结束阶段10.1.4总线的性能指标1．总线宽度2．总线频率3．总线带宽返回机电工程系1．总线标准总线标准是指芯片之间、插板之间及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。（1）物理特性：物理特性指总线物理连接的方式。（2）功能特性：功能特性描述总线中每一根线的功能。（3）电气特性：电气特性定义每一根线上信号的传送方向、有效电平范围。（4）时间特性：时间特性定义了每根线在什么时间有效，也就是每根线的时序。返回机电工程系2．总线的组成•（1）数据总线•（2）地址总线•（3）控制总线•（4）电源返回机电工程系1．总线的层次结构图10-1典型微机系统中的总线层次结构ISA卡ISA卡ISA卡芯片组南桥芯片PCI卡PCI卡微处理器L2Cache显示卡显示器芯片组中北桥芯片内存AGP总线PCI总线ISA总线微处理器总线局部总线内存总线系统总线返回机电工程系2．总线的分类（1）微处理器总线。主要由微处理器芯片引脚信号组成的总线，用来连接CPU和控制芯片。（2）局部总线。局部总线是介乎CPU总线和系统总线之间的一级总线。（3）系统总线。它是微机系统内部各部件（插板）之间进行连接和传输信息的一组信号线。（4）外部总线。是系统之间或微机系统与外部设备之间进行通信的一组信号线，也称为通信总线。返回机电工程系10.1.3总线的操作过程1．总线请求和仲裁阶段需要使用总线的主模块提出要求，由总线使用的仲裁机构确定，把下一个传输周期的总线使用权分配给哪一个请求源2．寻址阶段取得使用权的主模块，通过地址总线发出本次要访问的从模块的存储器地址，或I/O端口地址及有关命令，让参与本次传输的从模块被选中并开始启动。3．传输阶段主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出，经数据总线传送到目的模块。4．结束阶段主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线，以便其他模块能继续使用。返回机电工程系10.1.4总线的性能指标1．总线宽度总线宽度又称总线位宽，指的是总线能同时传送数据的位数2．总线频率总线工作频率是总线工作速度的一个重要参数，工作频率越高，速度越快。3．总线带宽总线带宽又称总线的最大数据传输速率，是指在一定时间内总线上可传送的数据总量，用每秒钟最大传送数据量来衡量。总线带宽或最大数据传输率＝（总线宽度/8位）×总线频率单位为MB/s（总线频率以MHz为单位）返回机电工程系10.2系统总线10.2.1ISA总线1．ISA总线的主要特点和性能指标2．ISA总线接口信号10.2.2其它系统总线1．EISA总线2．STD总线返回机电工程系1．ISA总线的主要特点和性能指标图10-2ISA总线插槽示意图外返回机电工程系引脚B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15B16B17B18B19B20B21B22B23B24B25焊接面信号名称GNDRESETDRV+5VIRQ2－5VDRQ2－12VOWS+12VGNDMEMWMEMRIOWIORDACK3DRQ3DACK1DRQ1REFRESHCLKIRQ7IRQ6IRQ5IRQ4IRQ3引脚A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25元件面信号名称I/OCHCKD7D6D5D4D3D2D1D0I/OCHRDYAENA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6元件面引脚A26A27A28A29A30A31C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18信号名称A5A4A3A2A1A0SBHEA23A22A21A20A19A18A17MEMWMEMRD8D9D10D11D12D13D14D15引脚B26B27B28B29B30B31D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18焊接面信号名称DACK2T/CBALE+5VOSCGNDMEM16IO16IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14DACK0DRQ0DACK5DRQ5DACK6DRQ6DACK7DRQ7+5VMASTER16GND表10-2ISA总线接口信号2．ISA总线接口信号（1）地址线（2）数据线（3）控制线返回机电工程系1．EISA总线开放式结构，EISA和ISA兼容，现有的ISA扩充板可以用于EISA插槽上；32位地址可直接寻址范围为4GB；32位数据宽度，工作频率为8.33MHz，最大数据传输速率为33.3MB/s。图10-3EISA总线插槽示意图靠里面靠外面A1A2A3A4A5A6A7A8……A25A26A27A28A29A30A31B1B2B3B4B5B6B7B8……B25B26B27B28B29B30B31F1F2F3F4F5F6F7F8……F25F26F27F28F29F30F31E1E2E3E4E5E6E7E8……E25E26E27E28E29E30E31D1D2D3D4……D17D18C1C2C3C4……C17C18H1H2H3H4……H17H18H19G1G2G3G4……G17G18G19返回机电工程系2．STD总线（1）高可靠性（2）小板结构（3）适应性强（4）采用开放式组态结构（5）可应用于分散型控制系统中，进入工业网络返回机电工程系10.3PCI局部总线10.3.1PCI局部总线的特点10.3.2PCI总线的系统结构10.3.3PCI总线的信号定义10.3.4PCI总线的应用返回机电工程系10.3.1PCI局部总线的特点1．高性能2．兼容性强3．可靠性和可操作性4．低成本5．自动配置返回机电工程系10.3.2PCI总线的系统结构图10-4PCI总线系统结构PCI总线5PCI桥PCI总线4PCI设备PCI总线3PCI桥PCI桥标准总线2（ISA、EISA…）标准总线桥路设备标准总线1（ISA、EISA…）PCI设备PCI桥PCI设备标准总线桥路PCI桥路CPU存储控制器存储器CPU总线返回机电工程系10.3.3PCI总线的信号定义C/BE(3~0)AD(63~32)C/BE(7~4)AD（31~0）1．系统接口信号2．地址与数据接口信号3．接口控制信号4．仲裁信号5．错误报告信号6．中断接口信号7．其他接口信号返回机电工程系10.3.4PCI总线的应用使用PCI总线不像ISA总线，在ISA总线系统中，I/O卡与主机的数据传送可用IN和OUT指令，只要指明地址即可通过INT1AH指令的AH=0B1H功能来得到PCI总线函数，其中包括PCI总线的总线和单元等信息，再据此对PCI总线控制器编程来实现数据传送功能。PCI局部总线可对32位数据/地址总线进行64位扩展，并提供了32位及64位PCI局部总线设备的向前和向后的兼容返回机电工程系10.4外部总线10.4.1串行标准总线RS-232C10.4.2通用串行总线USB10.4.3其他外部总线返回机电工程系10.4.1串行标准总线RS-232C1．RS-232C的信号定义2．RS-232C信号线的连接和应用3．RS-232C电气特性返回机电工程系1．RS-232C的信号定义（1）传送信息信号①发送数据TXD②接收数据RXD（2）联络信号①请求传送信号RTS②清除发送CTS③数据准备就绪DSR④数据终端就绪信号DTR⑤数据载波检测信号DCD⑥振铃指示信号RI图10-6DB-25型连接器78131211109654321DCDGNDDSRCTSRTSRxDTxD211814151716192025242322RIDTRBCDRxDTxDDTRGNDDSRRTSCTSRI图10-7DB-9型连接器123475689机电工程系2．RS-232C信号线的连接和应用（1）使用MODEM连接（2）直接连接（3）三线连接法机电工程系（1）使用MODEM连接（a）使用MODEM和专用线通信时信号线的连接专用电话线计算机2接口…8CTSRxDRTSTxDDSRSGDCD调制解调器调制解调器82…终端CTSTxDRxDRTSDSRSGDCD电话线调制解调器计算机接口2…82022TxDSGRxDRTSCTSDSRDCDDTRRI电话分机电话分机调制解调器TxDRxDRTSCTSDSRSGDCDDTRRI终端2…82022（b）使用MODEM和电话网通信时信号线的连接机电工程系（2）直接连接信号地保护地接计算机口或终端123456207请求发送发送数据接送数据清除发送DCE就绪DTE就绪接计算机口或终端123456207发送数据接送数据请求发送清除发送DCE就绪DTE就绪图10-9使用RS-232C的直接连接法机电工程系（3）三线连接法TXDRXDRTSCTSDSRDTRSGND接口23接口SGNDDTRDSRCTSRTSTXDRXD23信号地(a)RXDTXDRS-232-CSGND接口23TXDRXDRS-232-CSGND接口2377信号地(b)图10-10最简单的RS-232C连接方式机电工程系3．RS-232C电气特性（1）EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平的规定（2）EIA-RS-232C与TTL转换1234567141312111098－15V+15V地&&&&(a)地1234567141312111098+5V(b)图10-11电平转换器MC1488和MC1489芯片（a）MC1488(b)MC1489机电工程系MC14888&&9+5V插座DB25型242073856TxDRTSDTRUART(8251)SGRxDDCDCTSDSR10&2564311&12133111251046981213MC1489EIA-RS-232C电平转换器连接图机电工程系10.4.2通用串行总线USBUSB(UniversalSerialBus)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、自动配置、热插拔技术和相应的软件，实现资源共享和外设的简单快速连接1．USB的物理接口2．USB系统的组成和拓扑结构3．主机和USB设备的连接返回机电工程系1．USB的物理接口（1）电气特性（2）机械特性1234正视图3412正视图A系列插座B系列插座最长为5mVBusD+D－GNDVBusD+D－GND图10-13USB电缆图10-14USB连接器两种常见类型的正视图机电工程系2．USB系统的组成和拓扑结构（1）USB的硬件①USB主控制器/根集线器②USB集线器（USBHub）③USB设备（2）USB的软件①USB设备驱动程序②USB驱动程序③USB主控制器驱动程序（3）USB的拓扑结构麦克风扬声器扬声器电话USB主控制器/根HabPCI总线宿主机高速高速高速显示器集线器高速高速高速高速键盘低速低速鼠标光笔低速=1.5Mb/s高速=12Mb/s机电工程系3．主机和USB设备的连接USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作主机和USB设备之间的连接拓扑结构是星形连接USB连接器分A系列和利用A系列连接器与主机实现了连接的B系列。主机与要求全速传送的USB设备连接时，可利用级联方法延长连接距离，但最多只能支持五级最长扩展连接距离不得超过30m显示器接口、SCSI接口、IEEE1394接口以及电源线等，都是USB无法取代的机电工程系10.4.3其他外部总线1．SCSI接口总线SCSI(SmallComputerSystemInterface)即小型计算机系统接口，它是系