《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）第10章總線技術(shù)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）第10章總線技術(shù)（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù),中國(guó)水利水電出版社,ISBN 978-7-5170-3719-4,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版,第,10,章,總線技術(shù),10.1,總線技術(shù)概述,10.2 ISA,總線,10.3 PCI,總線,10.4,USB,總線,10.5 PCI Express,總線,習(xí)題與,思考,學(xué)習(xí)目標(biāo),10.1,總線技術(shù)概述,10.1.1 總線的根本概念,10.1.2 總線的標(biāo)準(zhǔn),10.1.3 總線的主要參數(shù),10.1.4 總線的分類,10.1.1 總線的根本概念,總線,：,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一組能為多個(gè)部件

2、分時(shí)共享的公共信息傳輸通路,。,在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)板上，微處理器、存儲(chǔ)器部件、接口電路等各種部件之間有大量的信,息,傳送需要,使,用總,線；,系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、插件板與插件板之間、同一插件板,上各,個(gè)芯片之,間,、芯片內(nèi)部,也,都需要通過(guò)總線傳輸信息,。,標(biāo)準(zhǔn)總線的使用，給微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便和好處：,1簡(jiǎn)化了軟件和硬件的設(shè)計(jì)。,2簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。,3便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和更新。,10.1.2 總線的標(biāo)準(zhǔn),1機(jī)械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),2功能標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定插件板尺寸、總線插頭、邊沿連結(jié)器等的規(guī)格及位,置。,確定每個(gè)引腳的,定義、傳輸速率、時(shí)序、信息格式及功能,。,3電氣標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定各信號(hào)的邏輯電平、

3、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間、負(fù)載能力及最大額定值。,不同的總線在信號(hào)線數(shù)量、名稱,、,功能上都有差異，大致分,為地,址總線,、,數(shù)據(jù)總線,、,控制總線,、,電,源和,地線,、,備用線,。,10.1.3,總線的主要參數(shù),1,總線的帶寬,2,總線的位寬,指一定時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量，即每秒鐘傳送的最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率，以,MB/s,為單位。與總線的帶寬密切相關(guān)的是總線的位寬和總線的工作時(shí)鐘頻率,。,指總線能同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，即常說(shuō)的32位、64位等總線寬度的概念?？偩€的位寬越大那么總線每秒鐘數(shù)據(jù)傳輸率越高，即總線的帶寬越大。,3,總線的工作時(shí)鐘頻率,以MHz為單位，工作時(shí)鐘頻率越高那么總線工作速度越快，即總

4、線帶寬越大。,10.1.4,總線的分類,1,片內(nèi)總,線,2,局部總,線,3,系統(tǒng)總,線,4,通信總線,是集成電路芯片內(nèi)部用于連接各功能單元的信息通路。,又稱片總線，是電路板上連接各芯片之間的公共通路。,又稱內(nèi)總線，用來(lái)連接微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各插件板。,又稱外總線，用于系統(tǒng)之間的連接。,10.2 ISA,總線,10.2.1 ISA,總線的主要性能和,特點(diǎn),10.2.2 ISA,總線信號(hào)定義,10.2.1 ISA,總線的主要性能和特點(diǎn),8/16,位數(shù)據(jù)線，最大位寬,16,位,。,24,位地址線，可直接尋址,16MB。,I/O,地址空間為,0100H,03FFH。,最,大時(shí)鐘頻率為,8MHz。,最,大

5、穩(wěn)態(tài)傳輸率為,16MB/S。,具,有中斷功能，硬件中斷可達(dá),11,級(jí),。,具,有,DMA,通道功能，通道可達(dá),7,個(gè),。,開(kāi),放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè),CPU,共享系統(tǒng)資,源,。,10.2.2 ISA,總線信號(hào)定義,ISA總線在62引腳的PC總線根底上，擴(kuò)展了36位，構(gòu)成根本插槽和擴(kuò)展插槽。根本插槽有62根信號(hào)線，兼容PC總線；擴(kuò)展插槽有36根信號(hào)線，是ISA總線新增的信號(hào)。,在ISA插槽上既可以插接ISA總線標(biāo)準(zhǔn)的插件板，也可以插接PC總線標(biāo)準(zhǔn)的插件板。,A1,B1,基本插槽,A31,B31,C1,D1,C18,D18,擴(kuò)展插槽,ISA,總,線插槽,示,意,圖,10.2.2 ISA,總線信號(hào)定

6、義,10.2.2 ISA,總線信號(hào)定義,A01,02,03,04,05,06,07,08,09,A10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,A20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,A31,B01,02,03,04,05,06,07,08,09,B10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,B20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,B31,GND,RESET DRV,+5V,IRQ2,-5V,DRQ2,-12V,Reserved,+12V,GND,MEMW,MEMR,IOW,IOR,DACK3,DRQ3,DA

7、CK1,DRQ1,DACK0,CLOCK,IRQ7,IRQ6,IRQ5,IRQ4,IRQ3,DACK2,T/C,ALE,+5V,OSC,GND,I/O CHCK,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,I/O CHRDY,AEN,A19,A18,A17,A16,A15,A14,A13,A12,A11,A10,A9,A8,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,C01,02,03,04,05,06,07,08,09,C10,11,12,13,14,15,16,17,C18,D01,02,03,04,05,06,07,08,09,D10,11,12,13,14,15,16,17,D

8、18,MEMCS16,I/OCS16,IRQ10,IRQ11,IRQ12,IRQ13,IRQ14,DACK0,DRQ0,DACK5,DRQ5,DACK6,DRQ6,DACK7,DRQ7,+5V,MASTER,GND,SBHE,LA23,LA22,LA21,LA20,LA19,LA18,LA17,MEMR,MEMW,SD8,SD9,SD10,SD11,SD12,SD13,SD14,SD15,10.3 PCI,總線,10.3.1 PCI,總線的主要性能和,特點(diǎn),10.3.2 PCI,總線的系統(tǒng),結(jié)構(gòu),10.3.3 PCI,總線信號(hào)定義,10.3.1 PCI,總線的主要性能和特點(diǎn),支,持,33MHz

9、/66MHz,的時(shí)鐘頻率。,支,持,32,位和,64,位兩種數(shù)據(jù)通,道。,數(shù),據(jù)傳輸速率,高,。,大,大緩解數(shù)據(jù),I/O,瓶頸，,使,CPU,的,高性能,得,以充分發(fā),揮。,采,用多路復(fù)用技術(shù)，減少引腳數(shù),。,支,持突發(fā)方式傳,輸,，,從而快,速傳,輸,批量,數(shù)據(jù)。,自,動(dòng)識(shí)別外設(shè)，支持即插即用,。,獨(dú),立于處理器的類型和速度，支持多種處理,器,，,使,PCI,具有廣泛的兼容性和擴(kuò)展性。,完,全的多總線主控能力,。,采,用同步操,作,，,保證,CPU,與,其他總線主設(shè)備同時(shí)操,作。,PCI,總線與,CPU,隔離,，支,持的外設(shè)數(shù),量多。,與,ISA,、,EISA,等多種總線兼容，保證各種快速、

10、慢速設(shè)備共存于一個(gè)系統(tǒng)。,10.3.2 PCI,總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),10.3.3 PCI,總線信號(hào)定義,PCI總線標(biāo)準(zhǔn)插槽有A、B兩面，分為短槽和長(zhǎng)槽。短槽提供32位接口，定義了124個(gè)引腳；長(zhǎng)槽是在短槽的根底上又?jǐn)U展了64個(gè)引腳，提供64位接口。,短槽,長(zhǎng)槽,PCI,總線插槽,示意圖,10.3.3 PCI,總線信號(hào)定義,10.4 USB,總線,10.4.1 USB,總線的主要性能和,特點(diǎn),10.4.2 USB,系統(tǒng)的組成及原理,10.4.1 USB,總線的主要性能和特點(diǎn),支,持熱插拔,。,支,持即插即用,。,節(jié),省系統(tǒng)資源,。整,個(gè),USB,系統(tǒng),只,用,1,個(gè),端口,和,1,個(gè),中,斷。,速,

11、度快,。,USB 2.0、3.0,、,3.1,的,最大傳輸速,率,分別達(dá),到,480Mbps,、,5Gbps,、,10Gbps,。,接,口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,。,連,接靈活,。,可,連接多個(gè)設(shè),備,。,可用,USB,集線器以樹(shù)形結(jié)構(gòu)增加,USB,分,支,，,最,多可以連接,127,個(gè),外部設(shè)備,，且不會(huì)損失,帶寬,。,供,電靈活。,USB,采用,4,線電纜，其中兩根專門(mén)為下游設(shè)備提供電源,。,勿,需專,門(mén)的交流電源。,具,有很高的容錯(cuò)性能,。,10.4.2 USB,系統(tǒng)的組成及原理,1,USB,系統(tǒng)組成,1USB硬件。包括USB主控制器、USB根集線器、USB集線器和USB設(shè)備。,2USB軟件。包括US

12、B主控制器驅(qū)動(dòng)程序、USB驅(qū)動(dòng)程序、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。,2,USB,的物理接口,V,BUS,D,-,D,+,GND,V,BUS,D,+,D,-,GND,10.4.2 USB,系統(tǒng)的組成及原理,3,USB,的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主機(jī),USB,根集線器,USB,設(shè)備,1,USB,集線器,1,USB,集線器,2,USB,設(shè)備,2,USB,集線器,3,USB,集線器,4,USB,設(shè)備,3,USB,設(shè)備,4,USB,設(shè)備,5,10.4.2 USB,系統(tǒng)的組成及原理,4,USB,傳輸協(xié)議,USB提供了種根本傳輸方式：,1控制傳輸方式。用來(lái)配置和控制主機(jī)到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸方式和類型。設(shè)備控制命令、設(shè)備狀態(tài)查詢及

13、確認(rèn)命令均采用這種傳輸方式。,2同步傳輸方式。用來(lái)連接需要連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)且對(duì)數(shù)據(jù)的正確性要求不高，而對(duì)時(shí)間極為敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、音箱、網(wǎng)絡(luò) 等。,3中斷傳輸方式。用于數(shù)據(jù)傳輸量小、無(wú)周期性、且需要實(shí)時(shí)處理的場(chǎng)合，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備。,4塊傳輸方式。用于數(shù)據(jù)量大且要求正確無(wú)誤的數(shù)據(jù)傳輸，如打印機(jī)、掃描儀等。,10.4.2 USB,系統(tǒng)的組成及原理,5,USB,系,統(tǒng),設(shè)置,USB設(shè)備可隨時(shí)安裝或拆卸。集線器有一個(gè)狀態(tài)指令器，可指明USB設(shè)備是否被安裝或撤除，假設(shè)安裝那么指明USB設(shè)備端口。,在USB設(shè)備安裝后，主機(jī)通過(guò)設(shè)備控制通道來(lái)激活該端口并為其指定一個(gè)唯一的USB地址地址是動(dòng)態(tài)分配

14、的，每次可能不同，然后引發(fā)主機(jī)中關(guān)于該設(shè)備的軟件，對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化。之后，系統(tǒng)通過(guò)該USB地址對(duì)設(shè)備進(jìn)行I/O操作。,當(dāng)USB設(shè)備從集線器的端口撤除后，集線器關(guān)閉該端口，并向主機(jī)報(bào)告該設(shè)備已不存在。,10.4.2 USB,系統(tǒng)的組成及原理,6,USB,的,容錯(cuò)性能,USB在硬件和軟件上提供了多種機(jī)制，極大地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?如使用差分驅(qū)動(dòng)、接收和防護(hù)，以保證信號(hào)的完整性；,建立各自獨(dú)立的傳輸通道，防止USB設(shè)備的相互影響；,使用CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，以進(jìn)行外設(shè)裝卸的檢測(cè)和系統(tǒng)資源的設(shè)置；,對(duì)喪失和損壞的數(shù)據(jù)包暫停傳輸，利用協(xié)議自我恢復(fù)。,10.5 PCI Express,總線,10.5

15、.1 PCI Express,總線的主要,性能,和特點(diǎn),10.5.2 PCI Express,總線的,層次結(jié)構(gòu),10.5.3 PCI Express,總線信號(hào)定義,10.5.1 PCI,Express,總線的主要性能和特點(diǎn),1,采用串行差分驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互,連,。,2,帶寬高，傳輸速度快，效率,高,。,3,支持雙向傳輸，具有多種帶寬的鏈路，可靈活地?cái)U(kuò),展,。,4,低電源消耗，使用小型連接，節(jié)約空間，減少串,擾,。,5,支持設(shè)備熱撥插和熱交,換,。,6,支持?jǐn)?shù)據(jù)同步傳,輸,。,7,具有數(shù)據(jù)包和分層協(xié)議結(jié),構(gòu),。,8,為優(yōu)先傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行,帶寬,優(yōu),化,。,10.5.2 PCI Express,總線的

16、層次結(jié)構(gòu),PCI Express,設(shè)備,A,設(shè)備核心與軟件,PCI Express,核心,邏輯接口,事務(wù)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,發(fā)送,接收,TLP,DLLP,PLP,鏈路,發(fā)送,接收,PCI Express,設(shè)備,B,設(shè)備核心與軟件,PCI Express,核心,邏輯接口,事務(wù)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,10.5.3 PCI Express,總線信號(hào)定義,PCI Express總線也有多種規(guī)格，從PCI Express1到PCI Express16都可以在系統(tǒng)板上的PCI Express插槽上表達(dá)。,PCI Express 1,PCI Express 4,PCI Express 8,PCI Express 16,PCI Express,總線插槽,示意圖,10.5.3 PCI Express,總線信號(hào)定義,習(xí)題與思考,ISA總線是16位總線,PCI適配卡和USB設(shè)備皆即插即用,PCI總線和USB總線都是并行總線,PCI Express總線是一種串行總線,USB和PCI-E總線都支持設(shè)備熱插拔,PCI-E8總線與PCI-E1總線帶寬相同,在微機(jī)系統(tǒng)板上，PCI-E1插槽和PCI-E16插槽上都