第15章-总线

第15章总线1.总线的概念在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再于总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。2.总线的工作原理当总线空闲（其他器件都以高阻态形式连接在总线上）且一个器件要与目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到（或能够收到）与自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。发送器件完成通信，将总线让出（输出变为高阻态）。3.总线的标准总线是一类信号线的集合是模块间传输信息的公共通道，通过它，计算机各部件间可进行各种数据和命令的传送。为使不同供应商的产品间能够互换，给用户更多的选择，总线的技术规范要标准化。总线的标准制定要经周密考虑，要有严格的规定。总线标准（技术规范）包括以下几部分：机械结构规范：模块尺寸、总线插头、总线接插件以及按装尺寸均有统一规定。功能规范：总线每条信号线（引脚的名称）、功能以及工作过程要有统一规定。电气规范：总线每条信号线的有效电平、动态转换时间、负载能力等。4.总线结构带来如下优点支持模块化设计开放性和通用性灵活性好5.总线的分类按布局范围，总线分为如下几类：内部总线局部总线：显示卡、图像卡、声卡、网卡，ISA、EISA、PCI系统总线:多处理器，MULTIBUS、STDBUS、VME外部总线：微型机与外设，RS-232-C、EIDE、SCSI、USB、Centronics按照功能划分：数据总线DB（DataBus）地址总线AB（AddressBus）控制总线CB（ControlBus）。51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的，而一般PC中的总线则是分开的。6.总线的性能指标宽度总线频率传输率7.PCI总线（21991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。PCI有32位和64位两种，32位PCI有124引脚，64位有188引脚，目前常用的是32位PCI。32位PCI的数据传输率为133MB／s，大大高于ISA。其目标是在高速的CPU、存储器和各种外设扩展卡之间提供一种通用连接机制，以适应高速图形图像传输和高速网络传输需求，PCI已经成为微型机系统中广泛采用的主流局部总线。7.PCI总线（3从数据宽度上看，PCI总线有32bit、64bit之分；从总线速度上分，有33MHz、66MHz两种。目前流行的是32bit@33MHz，而64bit系统正在普及中。改良的PCI系统，PCI-X，最高可以达到64bit@133MHz，这样就可以得到超过1GB/s的数据传输速率。先后三代，PCI、PCI-X、PCIExpress7.PCI总线（4PCI的特点①高传输率②高效率③即插即用功能④独立于CPU⑤负载能力强且易于扩展⑥兼容各类总线⑦高密度接插件，分基本插座（32位）及扩充插座（64位）。7.PCI总线（5PCI总线的主要性能（1）支持10台外设（2）总线时钟频率33.3MHz/66MHz（3）最大数据传输速率133MB/s（4）时钟同步方式（5）与CPU及时钟频率无关（6）总线宽度32位（5V）/64位（3.3V）（7）能自动识别外设7.PCI总线（6图15.1微型机系统中多层次的局部总线PCI的层次化系统结构：7.PCI总线（7PCI定义了三个地址空间：I/O空间内存空间配置空间在对I/O地址译码时，支持两种译码方式：正向译码负向译码PCI的编址：8.局部总线ISAISA总线也称为AT总线，曾经是最广泛使用的微型机局部总线。ISA由主槽和附加槽两部分组成，每个槽都有正反两面引脚。在PCI系统中，通过扩展桥连接。VESA总线与PCI不兼容，也曾被广泛使用。P3979.局部总线EISA与ISA完全兼容，并在功能上进行了扩展和提高，从而得到迅速推广，即使在目前的最高档微机中，为了容纳ISA和EISA标准的各种适配卡，仍保持了多个EISA总线槽。10.外部总线IDE和EIDE外部总线也称为通信总线，用于计算机之间、计算机和一部分外设之间的通信。IDE和EIDE是并行外部总线，价低，速度慢，用于主机和硬盘子系统的连接，也适用于和软驱、光驱的连接，普遍用于微型机系统。IDE也称为ATA接口，40芯，16位传输，可连接两个硬盘，每个硬盘最高容量为528MB。EIDE采用了双沿触发技术，现有ATA33heATA66,硬盘容量允许达到70G。11.外部总线SCSI并行通信总线，也是在当今最流行的小型机、工作站和服务器中的外设总线。需要软件支持，必须安装专用驱动程序。速度快，价格高，可靠性好。数据传输时，可采用单极和双极两种连接方式，双极方式通过两条信号线（花线）传动差分信号。SCSI中的创新技术双沿触发DT技术自适应机制总线快速仲裁机制封包传输技术11.外部总线SCSI（2SCSI和ATA的比较前者以高性能为主要目标，后者则以降低成本为主要目标。SCSI完全采用总线规范来设计,而ATA严格说来只是一种通道.SCSI的适配器对CPU的占用率很小，ATA的每一个I/O操作几乎都是在CPU控制下进行的.ATA-2中率先采用了双沿触发技术DT,但是1年后，SCSI也采用了双沿触发技术。ATA对通道采用了独占使用方式在大数据传输时，可明显看到SCSI的优点图15.14两个磁盘通过总线或通道传输的示意图12.外部总线RS-232-C使用已久，1969，可达15m，连接调制/解调器、串行打印机设备。RS-232-C的电平标准，采用负逻辑规定逻辑电平，与TTL不兼容，-15V~-5V规定为“1”，+5V~+15V规定为“0”。图15.15TTL和RS-232-C之间的电平转换12.外部总线RS-232-C（2RS-232-C的两类信号信息传输信号TXD（TransmittingData）RXD（ReceiveData）联络和控制信号RTS（RepuestToSend）CTS（ClearToSend）DTR（DataTerminalReady）DSR（DataSetReady）DCD（DataCarrierDetect）Ri（RingIndication）RS-232-C的接插件图15.18RS-232-C的DB－25型插座引脚排列RS-232-C的接插件图15.17RS-232-C的DB－9型插座引脚排列13.USBUSB的特点连接方便，外设不用适配卡容易扩展即插即用，不开机箱节省能源适用不同外设的速度要求USB设备有两类：集线器即Hub功能设备。13.USB（2USB的传输类型控制传输批数据传输中断传输实时传输USB的NRZI编码NRZI（NoneReturnInvert）编码方法：把电平跳变作为0，把无电平跳变作为1；同时，结合插入0操作。USB的数据包令牌包数据包握手包。