計(jì)算機(jī)組成原理-第九章 總線.

1、2第九章第九章 總線總線 總線的基本概念總線的基本概念 9.19.1 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) 9.29.2 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式9.39.3 總線仲裁和定時總線仲裁和定時 9.49.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn) 9.59.539.1 9.1 總線的基本概念總線的基本概念 v 總線指通過分時共享的方式，將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。是計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道公共通道。v 分時和共享是總線的兩個基本特性。 共享是指多個部件連接在同一條總線上，各個部件之間都可以通過這條總線來進(jìn)行信息的交換。 分時是指同一時刻，總線上只能傳輸一

2、個部件一個部件發(fā)送出來的信息。 49.1 9.1 總線的基本概念總線的基本概念 總線的特性總線的特性一一 總線的分類總線的分類二二 總線的性能指標(biāo)總線的性能指標(biāo) 三三5一、總線的特性一、總線的特性v電氣特性電氣特性電氣特性指總線上每一根傳輸線的信號傳遞方向和有效電平范圍。v機(jī)械特性機(jī)械特性機(jī)械特性指總線在機(jī)械連接方式上的一些特性。v功能特性功能特性功能特性指總線中每一根傳輸線的功能。 v時間特性時間特性時間特性指總線的每一根傳輸線在什么時間內(nèi)有效，以及每一根線產(chǎn)生的信號之間時序關(guān)系。時間特性一般可以用信號的時序圖來表示。只有嚴(yán)格按照總線特性設(shè)計(jì)的部件或外設(shè)接口，才能保證系統(tǒng)的可靠傳輸和運(yùn)行。6

3、二、總線的分類二、總線的分類v 按連接部件分類按連接部件分類 CPU內(nèi)部總線：即內(nèi)總線，是CPU內(nèi)部各部件之間的信息傳送線。 系統(tǒng)總線：指連接CPU與主存或I/O接口之間的信息傳送線，它是連接整機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通信總線：主要是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的通信。按數(shù)據(jù)傳送方式分類按數(shù)據(jù)傳送方式分類并行總線采用多根數(shù)據(jù)線同時傳送一個字節(jié)或一個字的所有位。 串行總線采用一根數(shù)據(jù)線一位一位地傳送數(shù)據(jù)。 7二、總線的分類二、總線的分類v 按總線的通信定時方式分類按總線的通信定時方式分類 同步總線：指互聯(lián)的部件或設(shè)備均通過統(tǒng)一的時鐘進(jìn)行同步，即所有的互聯(lián)的部件或設(shè)備都必須使用同一個時鐘（同步時

4、鐘），在規(guī)定的時鐘節(jié)拍內(nèi)進(jìn)行規(guī)定的總線操作，來完成部件或設(shè)備之間的信息交換。異步總線：指沒有統(tǒng)一的時鐘而依靠各部件或設(shè)備內(nèi)部定時操作，所有部件或設(shè)備是以信號握手的方式進(jìn)行，即發(fā)送設(shè)備和接受設(shè)備互用請求（request）和確認(rèn)（acknowledgement）信號來協(xié)調(diào)動作，總線操作時序不是固定的。因此，異步總線能兼容多種不同的設(shè)備，而且不必?fù)?dān)心時鐘變形或同步問題使得總線長度不受限制。例如，火線協(xié)議（Firewire 或IEEE1394）和USB2.0協(xié)議都是異步總線協(xié)議。 8三、總線的性能指標(biāo)三、總線的性能指標(biāo) v總線寬度總線寬度：即數(shù)據(jù)總線寬度，指一次總線操作中通過總：即數(shù)據(jù)總線寬度，指一次

5、總線操作中通過總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般有線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般有8 8、1616、3232和和6464位。位。v總線周期總線周期：指一次總線操作所用的時間。：指一次總線操作所用的時間。v總線頻率總線頻率：總線的工作頻率，單位是：總線的工作頻率，單位是MHZMHZ。工作頻率越高，。工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。總線工作速度越快，總線帶寬越寬。v總線帶寬（標(biāo)準(zhǔn)傳輸率）總線帶寬（標(biāo)準(zhǔn)傳輸率）：指單位時間內(nèi)總線上可傳送：指單位時間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量，用每秒多少兆字節(jié)（的數(shù)據(jù)量，用每秒多少兆字節(jié)（MB/SMB/S）表示?？偩€帶寬）表示?？偩€帶寬= =總線寬度總線寬度/8/8總線工作頻

6、率總線工作頻率 MB/sMB/sv信號線類型信號線類型：指信號線是專用還是分時復(fù)用。將地址線：指信號線是專用還是分時復(fù)用。將地址線和數(shù)據(jù)線單獨(dú)設(shè)置可使寫操作的性能更高，因?yàn)榈刂泛秃蛿?shù)據(jù)線單獨(dú)設(shè)置可使寫操作的性能更高，因?yàn)榈刂泛蛿?shù)據(jù)可在同時傳送出去。而采用分時復(fù)用可使總線利用數(shù)據(jù)可在同時傳送出去。而采用分時復(fù)用可使總線利用率更高。率更高。v仲裁方法仲裁方法：指集中式裁決還是分布式裁決。：指集中式裁決還是分布式裁決。v定時方式定時方式：指同步方式還是異步方式。：指同步方式還是異步方式。99.2 9.2 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) v 根據(jù)連接方式的不同，單機(jī)系統(tǒng)中采用的總線結(jié)構(gòu)有3種基本類型：單

7、總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。10雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)11三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)12四總線結(jié)構(gòu)四總線結(jié)構(gòu)139.3 9.3 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式 v 并行傳送并行傳送并行傳送：指每一位數(shù)據(jù)需要1根傳輸線，多位數(shù)據(jù)同時傳送。并行傳送的優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快。但該傳送方式要求線數(shù)多，成本高，一般在近距離時采用并行傳送。系統(tǒng)總線上傳送的信息必須采用并行傳送方式 。并行傳送的速度指標(biāo)為最大數(shù)據(jù)傳輸率（MB/S），例如，時鐘頻率為33MHZ的PCI總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率為132MB/S（32位）164MB/S(64位)。149.3 9.3 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式 v串行傳送串行傳

8、送 采用按位進(jìn)行傳送，發(fā)送用一根數(shù)據(jù)線，接收用一根數(shù)據(jù)線，適合于遠(yuǎn)距離傳輸。 發(fā)送方:并串轉(zhuǎn)換，接收方:串并轉(zhuǎn)換； 串行傳送的速度指標(biāo)為每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)（波特率）。 串行傳送方式有異步方式和同步方式兩種。15串行傳送方式串行傳送方式 異步方式：以一個字符為一個傳送單位即一幀。一幀信息通常以1個起始位（低電平表示）和開始；接著是58位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位從低位到高位順序傳送；然后可以有（或沒有）一個校驗(yàn)位；最后是12個停止位（高電平）來作為一幀的結(jié)束。 同步方式：將若干個字符作為1個傳送單位或1個數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳送，在數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束處用1個或幾個同步字符做標(biāo)志，而數(shù)據(jù)塊中的各個字符不再有起始、停

9、止附加位。 同步方式比異步方式速度快，但它要求由時鐘時鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端的同步，并且接口的硬件較復(fù)雜。169.3 9.3 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式v 分時傳送分時傳送v分時傳送有兩種含義。一種是：指采用總線復(fù)用，即在傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息，這樣可以減少總線的線數(shù)，為此，必須劃分時間片，使得同一總線上在不同的時間片中完成傳送地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。二種是：指共享總線的部件分時使用總線。因?yàn)?，總線是系統(tǒng)的公共資源，可以有很多部件掛在總線上，但在一個時間片內(nèi)，總線只為一對互相交換信息的源設(shè)備和目的設(shè)備提供服務(wù)。所以，如果有多個設(shè)備要求使用總線時，要由總線控制器按時間片來

10、分時提供服務(wù)。179.4 9.4 總線仲裁和定時總線仲裁和定時 一、總線仲裁一、總線仲裁 總線仲裁和定時總線仲裁和定時二、總線的定二、總線的定時時 18一、總線仲裁一、總線仲裁v總線上可以掛很多設(shè)備，但任一時刻都只能由一個設(shè)備控制和使用總線，此設(shè)備稱為主設(shè)備。v當(dāng)多個設(shè)備同時提出使用總線的請求時，必須由總線控制器按事先規(guī)定的原則按事先規(guī)定的原則進(jìn)行仲裁，確定使用總線的先后次序，從而決定由哪一個設(shè)備控制總線，稱為總線仲裁。v除CPU外，I/O設(shè)備也可以提出總線請求。在對多個主設(shè)備提出的占用總線請求，一般采用優(yōu)先級或公平策略進(jìn)行仲裁。v根據(jù)總線仲裁電路的位置不同，總線仲裁方式可分為： 集中式仲裁方

11、式集中式仲裁方式 1 分布式仲裁分布式仲裁 2191 1、集中式仲裁方式、集中式仲裁方式 v 將總線訪問的控制邏輯做在一個控制器中，通過將所有總線請求集中起來，采用一個特定的仲裁算法來進(jìn)行仲裁。v 該總線控制器可能是處理器中的部件，也可能是一個獨(dú)立的控制單元。系統(tǒng)中每個設(shè)備至少有兩條控制線連接到總線控制器上 一條是送往總線控制器的總線請求信號BR； 另一條是總線控制器送出的總線授權(quán)信號BG； （可能）還有一條送往總線控制器的總線忙信號BS。v 常用的集中式總線仲裁方式重要有鏈?zhǔn)讲樵兎绞健⒂?jì)數(shù)器定時查詢方式和獨(dú)立請求方式。20鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞?v 優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能實(shí)現(xiàn)按一定優(yōu)先級

12、的總線仲裁，并且鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。v 缺點(diǎn)：對查詢鏈的電路故障很敏感，如果第i個設(shè)備接口中有關(guān)鏈的電路出現(xiàn)故障，則該設(shè)備后的設(shè)備都不能工作。v 查詢鏈的優(yōu)先級是固定不變的，假如優(yōu)先級高的設(shè)備出現(xiàn)繁忙的總線請求，則優(yōu)先級低的設(shè)備可能長期得不到總線的使用權(quán)。21計(jì)數(shù)器定時查詢方式計(jì)數(shù)器定時查詢方式 v 為總線上的每個設(shè)備分配一個總線地址，各設(shè)備的總線地址按連續(xù)值分配，并且在總線控制器中設(shè)置一個計(jì)數(shù)器，若設(shè)備數(shù)為N，計(jì)數(shù)器的位數(shù)n應(yīng)滿足。總線請求信號BR和總線忙信號BS與鏈?zhǔn)讲樵兎绞酵瑯拥嘏c控制器連接。v 計(jì)算器定時查詢方式的優(yōu)先級設(shè)置較為靈活，但它需要增加額外的計(jì)數(shù)線。 22獨(dú)立請求方式獨(dú)立

13、請求方式v 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時間少，不需要一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢；而且，對優(yōu)先級的控制非常靈活，總線控制器可以根據(jù)一定的仲裁算法給各請求線以固定的優(yōu)先級；也可以通過編程設(shè)置動態(tài)優(yōu)先級；另外還可以用屏蔽（禁止）某個請求線的辦法，不響應(yīng)無效設(shè)備的請求。由于獨(dú)立請求方式的這些優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請求方式。232 2、分布式仲裁、分布式仲裁 v 分布式仲裁方式?jīng)]有獨(dú)立的總線控制器，總線上每個主設(shè)備都有自己的總線仲裁邏輯。每次總線仲裁都由各個設(shè)備的總線仲裁邏輯根據(jù)一定的仲裁算法來決定自己是否占用總線。v 常用的分布式仲裁方式分為： 自舉分布式仲裁 沖突檢測分

14、布式仲裁 并行競爭分布式仲裁24自舉分布式仲裁自舉分布式仲裁v 自舉分布式仲裁方式中，每個設(shè)備有一根自己的總線請求線，每個需要總線請求的設(shè)備在各自的總線請求線上發(fā)出請求信號，同時接收其他設(shè)備的總線請求信號；v 如果沒有接收到優(yōu)先級比自己高的設(shè)備的總線請求信號，且此時“總線忙”信號無效，則該設(shè)備可以立即使用總線，并發(fā)出“總線忙”信號以阻止其他設(shè)備使用總線。v 如果一個設(shè)備在發(fā)出總線請求信號時，同時也檢測到其他優(yōu)先級更高的設(shè)備也請求使用總線，則該設(shè)備放棄本次對總線的請求。v “總線忙”信號是多個設(shè)備共享的一根信號。v 自舉分布式仲裁方式的缺點(diǎn)是：需要較多的連線，每個設(shè)備不僅要有發(fā)出總線請求的線，還

15、要有接收其他設(shè)備的總線請求線。25沖突檢測分布式仲裁方式?jīng)_突檢測分布式仲裁方式v 主要用于網(wǎng)絡(luò)通信總線。v 每個設(shè)備都可以獨(dú)立地請求總線，當(dāng)某個設(shè)備要使用總線時，它首先檢測是否有其他設(shè)備正在使用總線，如果沒有，則置總線忙，然后使用總線；v 如果多個設(shè)備同時檢測到總線不忙而造成同時使用總線時會產(chǎn)生沖突，這時檢測到?jīng)_突，并按照某種策略在沖突的各方選擇一個設(shè)備獲得總線控制權(quán)。不同的系統(tǒng)可以有不同的沖突解決策略，例如，以太網(wǎng)中，在同時訪問總線的情景發(fā)生時，設(shè)備便檢測到“沖突”，采用的策略是沖突的幾個設(shè)備都停止傳送，經(jīng)過一段隨機(jī)延遲時間，再重新向搶占總線，直到搶占總線發(fā)送數(shù)據(jù)成功為止。這樣沖突就解決了，

16、這也就是以太網(wǎng)的不確定性特征，是一種不可預(yù)測的仲裁方案。 26并行競爭仲裁方式并行競爭仲裁方式v 每個主設(shè)備都有自己的仲裁號和控制器，當(dāng)某個設(shè)備有總線請求時，把它的仲裁號發(fā)送到共享的仲裁線上，每個設(shè)備的控制器將仲裁線上接收到的號與自己的仲裁號進(jìn)行比較，如果比自己的仲裁號大，則在仲裁線上撤銷自己的仲裁號。最后，競爭獲勝者的仲裁號被保留在仲裁線上。顯然，這種方案中仲裁號越大，優(yōu)先級越高。v 并行競爭分布式仲裁比自舉分布式仲裁所需的的連接線要少，因?yàn)?，并行競爭分布式仲裁中，對于n根仲裁線可以表示個優(yōu)先級。例如，在并行競爭分布式仲裁中，具有8根仲裁線共可以表示256個優(yōu)先級，仲裁號為255的設(shè)備優(yōu)先級

17、最高，仲裁號為0的設(shè)備優(yōu)先級最低。而在自舉分布式仲裁中，請求線是8根，只能表示8個優(yōu)先級，也即只有對8個設(shè)備進(jìn)行仲裁。27二、總線的定時二、總線的定時v總線的一次信息傳送過程，大致可分為五個階段：v 請求總線階段；v 總線仲裁階段；v 尋址階段；v 信息傳送階段；v 結(jié)束階段。v為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時協(xié)議定時協(xié)議。定時：是指事件出現(xiàn)在總線上的時序關(guān)系。 數(shù)據(jù)傳送過程中采用兩種定時方式： 同步定時 異步定時28同步定時同步定時v 在同步定時中，總線上有一根設(shè)備公用的時鐘信號線，每個信號出現(xiàn)在總線上的時刻由總線時鐘信號來確定。 v 同步定時傳輸頻率較高。v 適用于總線長度較短、各功

18、能模塊存取時間比較接近的情況。當(dāng)各功能模塊存取時間相差很大時，會大大損失總線效率。 29異步定時異步定時 v 建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上。不需要統(tǒng)一的公共時鐘信號?？偩€周期的長度是可變的。v 異步定時的優(yōu)點(diǎn)是：允許快速和慢速的功能模塊都能連接到同一總線上。異步定時傳送的可靠性高。v 缺點(diǎn)：增加了總線的復(fù)雜性和成本為代價。 309.5 9.5 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn) ISA ISA總線總線 一一 EISA EISA總線總線 二二 PCI Express PCI Express總線總線 三三 PCI PCI總線總線 四四 RS-232C/RS-485 RS-232C/RS-485接口總線接口總

19、線 五五 USB USB接口總線接口總線 六六七七 IEEE1394 IEEE1394接口總線接口總線 31一、一、ISAISA總線總線 v ISA總線也叫AT總線。286、386和486微機(jī)大多采用ISA總線。其主要特點(diǎn)如下： 主存尋址空間為16MB,I/O尋址空間為64KB；可進(jìn)行8位或16位數(shù)據(jù)訪問；支持15級硬件中斷、7級DMA通道。 支持8種總線事務(wù)類型：存儲器讀、存儲器寫、I/O讀、I/O寫、中斷響應(yīng)、DMA響應(yīng)、存儲器刷新、總線仲裁。 采用獨(dú)立時鐘，頻率為8MHZ，最大數(shù)據(jù)傳輸率為16Mb/s；信號線共98根它是一種簡單的多主控總線。除了CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器

20、和帶處理器的智能接口卡等都可以成為總線的主設(shè)備。32二、二、EISAEISA總線總線 v EISA總線是在ISA總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充的開放總線標(biāo)準(zhǔn)，它從CPU中分離出了總線控制權(quán)，支持多總線主控突發(fā)傳送方式。時鐘頻率為8.33MHz。它在原ISA總線98根線的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了100根線，并且與原ISA總線完全兼容。具有分立的數(shù)據(jù)線和地址線，數(shù)據(jù)線寬度為32位，可實(shí)現(xiàn)8位、16位和32位的數(shù)據(jù)傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸率為33Mb/s。地址線為32位，因此尋址空間達(dá)到4GB。33三、三、PCIPCI總線總線 v PCI（Peripheral Component Interconnect，外部設(shè)備互連）總線是一種由

21、Intel公司提出的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，用來連接高速外設(shè)接口，如硬盤控制器、高速網(wǎng)卡和圖形顯示卡等。v PCI設(shè)備可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備。掛接在PCI總線上的設(shè)備能與CPU并發(fā)工作。PCI橋使得PCI總線獨(dú)立于CPU，并且提供了數(shù)據(jù)緩沖功能。 34三、三、PCIPCI總線總線 35三、三、PCIPCI總線總線 v PCIPCI總線的主要性能：總線的主要性能：總線頻率為33.33/66.66MHz，與CPU時鐘頻率無關(guān)。數(shù)據(jù)線寬度為32/64位，數(shù)據(jù)最大傳輸率為132533Mb/s；地址線寬度為32/64位。采用同步傳送方式和集中式仲裁策略，并具有自動配置能力。地址線和數(shù)據(jù)線分時復(fù)用，支持無限猝

22、發(fā)式數(shù)據(jù)無限猝發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸傳輸。在該模式下，PCI能在極短的時間內(nèi)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。 PCI總線支持即插即用技術(shù)，當(dāng)配置PCI適配器時，配置帶有即插即用功能的BIOS，即可由軟件自動識別插卡。36PCIPCI總線的信號線圖總線的信號線圖 37四、四、PCI ExpressPCI Express總線總線 v PCI Express和PCI不同的是實(shí)現(xiàn)了傳輸方式從并行到串行的轉(zhuǎn)變。PCI Express是采用點(diǎn)對點(diǎn)的串行連接方式，這個和以前的并行通道大為不同，它允許和每個設(shè)備建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道。不用再向整個系統(tǒng)請求帶寬，這樣也就輕松地到達(dá)了高帶寬要求。 PCI Express PCI Expre

23、ss總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) 1 PCI Express PCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn) 2381 1、PCI ExpressPCI Express總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) vPCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括： 根復(fù)合體（Root Complex）：將CPU和主存儲器連到PCI Express線路結(jié)構(gòu)（Fabric）的設(shè)備。根復(fù)合體內(nèi)部有一條虛擬PCI總線，總線號總是為0，可以下掛一個多個PCI Express端口，每個端口連出一條PCI Express鏈路，下掛一個端點(diǎn)設(shè)備或一個交換開關(guān)。根復(fù)合體能代表CPU啟動PCI Express事務(wù)和訪問主存；能在端口上接收來自P

24、CI Express設(shè)備的訪存請求；也可以將事務(wù)從一個端口路由到另一個端口。根復(fù)合體內(nèi)部提供中央資源：熱插拔控制器、電源管理控制器、中斷控制器、錯誤檢測和報告邏輯等。391 1、PCI ExpressPCI Express總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) vPCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括：v交換開關(guān)（Switch）是一個具有2n個端口的設(shè)備，每個端口連一條PCI Express鏈路，在系統(tǒng)中用于多設(shè)備的互連。交換開關(guān)可以將事務(wù)從任一個端口路由到另一個端口。 端點(diǎn)（Endpoint）是具體的設(shè)備，如以太網(wǎng)、USB或圖形設(shè)備，是PCI Express事務(wù)的請求者（啟動事務(wù)）或完成者（響應(yīng)事務(wù)）。端

25、點(diǎn)使用PCI類型00配置頭標(biāo)，每個端點(diǎn)初始化時設(shè)置一個設(shè)備ID，由總線號、設(shè)備號和功能號組成。端點(diǎn)作為掛連在一條鏈路上的唯一設(shè)備，設(shè)備號總是0。401 1、PCI ExpressPCI Express總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) vPCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括：v端口（Port）是PCI Express設(shè)備與鏈路之間的接口，由差分發(fā)送器和接收器組成。指向根復(fù)合體方向的端口為上游端口上游端口；離開復(fù)合體方向的端口為下游端下游端口口。端點(diǎn)上只有上游端口，根復(fù)合體上只有下游端口，而交換開關(guān)既有上游端口，也有下游端口。一個端口中接收包的是入端口，發(fā)送包的是出端口。 PCI Express到PCI

26、/PCI-X的橋是將PCI/PCI-X總線和設(shè)備兼容到PCI Express系統(tǒng)的一個連接橋，PCI/PCI-X總線與系統(tǒng)統(tǒng)一編號。41PCI ExpressPCI Express總線結(jié)構(gòu)圖總線結(jié)構(gòu)圖 422 2、PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn) v 串行的點(diǎn)對點(diǎn)互連串行的點(diǎn)對點(diǎn)互連v 差分信號傳送差分信號傳送v 采用交換開關(guān)互連多臺設(shè)備采用交換開關(guān)互連多臺設(shè)備v PCI Express PCI Express 事務(wù)與包事務(wù)與包PCI Express的事務(wù)分成兩類：非轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即請求者發(fā)送請求包給完成者，完成者返回完成包給請求者，如存儲器讀事務(wù)；轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)

27、，即只有請求者給完成者發(fā)送請求包，而完成者不用返回完成包給請求者，如存儲器寫事務(wù)。v 具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率432 2、PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn)v PCI ExpressPCI Express設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)442 2、PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn)v 錯誤處理錯誤處理v 具有優(yōu)先級的傳送具有優(yōu)先級的傳送v 兩種中斷方式兩種中斷方式一種是類似PCI-X的MSI協(xié)議，PCI Express設(shè)備啟動一個寫存儲器包，向根復(fù)合體發(fā)送一個中斷向量，根復(fù)合體再中斷CPU。另一種是使用

28、中斷消息事務(wù)向根復(fù)合體傳送傳統(tǒng)PCI總線上的INT x信號的跳變情況，這種中斷方式只對具有傳統(tǒng)功能的端點(diǎn)設(shè)備和PCI Express-PCI橋的系統(tǒng)有用。v 支持熱插拔支持熱插拔 45五、五、RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線 v RS232C通常應(yīng)用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的連接。v 如果要在兩臺計(jì)算機(jī)之間直接用RS-232-C連接進(jìn)行串行通信，其最長距離約為15米（在滿足最高速度誤碼率109前提下，在低速和誤碼率要求低的情況下，傳送距離可達(dá)300米）。46五、五、RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線

29、 v RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-9插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。PC機(jī)的RS-232口為9芯針插座。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232接口，因?yàn)椴皇箤Ψ降膫魉涂刂菩盘?，只需要三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號地GND”。RS-232傳輸線采用屏蔽雙絞線。v 在RS-232-C中信號線的電壓均為負(fù)邏輯。v RS-232-C總線傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。遠(yuǎn)距離串行通信必須使用Modem。47五、五、RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線 v 如果要求通信距離在幾十米到上千米時，可以

30、采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS485總線收發(fā)器具有較高的靈敏度，能檢測最低200mV的電壓，因此可以使超過千米的傳輸信號得到恢復(fù)。RS485采用半雙工通信，任何時候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，所以，發(fā)送電路必須由允許信號來控制。RS-485標(biāo)準(zhǔn)符合真正多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)要求，并且該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在一條單總線（2線）上支持32個驅(qū)動器和32個接收器。有些RS-485收發(fā)器修改輸入阻抗以便允許多達(dá)8倍以上的節(jié)點(diǎn)數(shù)連接到相同總線。RS-485最常見的應(yīng)用是在工業(yè)環(huán)境下可編程邏輯控制器之間、現(xiàn)場控制器之間的通信連接，許多智能儀器設(shè)備均配有RS-485總線接口，將它們聯(lián)網(wǎng)也十分方便。48六、六、USBUSB接口總線

31、接口總線 vUSBUSB接口的主要特點(diǎn)有：接口的主要特點(diǎn)有： 即插即用 支持“熱”插拔 是一種通用萬能插口 擴(kuò)展靈活 USB總線標(biāo)準(zhǔn)由1.1版升級到2.0版后，傳輸率由12Mbps增加到了240Mbps，更換介質(zhì)后連接距離由原來的5米增加到近百米?？梢灾С謱拵?shù)字?jǐn)z像設(shè)備及新型掃描儀、打印機(jī)及存儲設(shè)備。 USB總線結(jié)構(gòu)簡單：信號定義僅由2條電源線和2條信號線組成，編碼方式為NRZ-I編碼。 49六、六、USBUSB接口總線接口總線 v USB采用四線電纜，其中兩根是用來傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為所接設(shè)備提供電源，對于高速且需要高帶寬的外設(shè)，USB以全速12Mbps的傳輸數(shù)據(jù)；對于低速外設(shè)，U

32、SB則以1.5Mbps的傳輸速率來傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會根據(jù)外設(shè)情況在兩種傳輸模式中自動地動態(tài)轉(zhuǎn)換。v USB是基于令牌的總線。USB主控制器廣播令牌，總線上設(shè)備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過接收或發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)來響應(yīng)。USB通過支持懸掛/恢復(fù)操作來管理USB總線電源。USB系統(tǒng)采用級聯(lián)星型拓?fù)洌撏負(fù)溆扇齻€基本部分組成：主機(jī)（Host)，集線器（Hub)和功能設(shè)備 50六、六、USBUSB接口總線接口總線 做在主板上或作為適配卡安裝在做在主板上或作為適配卡安裝在計(jì)算機(jī)上，主機(jī)包含有主控制器計(jì)算機(jī)上，主機(jī)包含有主控制器和根集線器，控制著和根集線器，控制著USBUSB總線上總線上的數(shù)據(jù)和控

33、制信息的流動，每個的數(shù)據(jù)和控制信息的流動，每個USBUSB系統(tǒng)只能有一個根集線器，系統(tǒng)只能有一個根集線器，它連接在主控制器上。它連接在主控制器上。 集線器提供端口集線器提供端口, ,將設(shè)備連接到將設(shè)備連接到USBUSB總線上，同時檢測連接在總線總線上，同時檢測連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測和源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測和恢復(fù)。恢復(fù)。集線器可為總線提供電源，亦可集線器可為總線提供電源，亦可為自身提供電源為自身提供電源, ,自身提供電源的自身提供電源的設(shè)備可插入總線提供電源的集線設(shè)備可插入總線提供電源的集線器中，但總線提供電源的設(shè)備不器中

34、，但總線提供電源的設(shè)備不能插入從外部得到電源的集線器能插入從外部得到電源的集線器或支持超過四個的端口中?；蛑С殖^四個的端口中。 USBUSB設(shè)備和主機(jī)的數(shù)據(jù)流傳輸由主控制器負(fù)責(zé)。設(shè)備和主機(jī)的數(shù)據(jù)流傳輸由主控制器負(fù)責(zé)。每個設(shè)備提供了一個或多個可以與客戶程序通每個設(shè)備提供了一個或多個可以與客戶程序通信的接口，每個接口由信的接口，每個接口由0 0個或多個管道組成，它個或多個管道組成，它們分別獨(dú)立地在客戶程序和設(shè)備的特定終端間們分別獨(dú)立地在客戶程序和設(shè)備的特定終端間傳輸數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)。USBUSB驅(qū)動程序（驅(qū)動程序（USBDUSBD）為主機(jī)軟件）為主機(jī)軟件建立了接口和管道，當(dāng)提出配置請求時，主控建立

35、了接口和管道，當(dāng)提出配置請求時，主控制器根據(jù)主機(jī)軟件提供的參數(shù)進(jìn)行服務(wù)。制器根據(jù)主機(jī)軟件提供的參數(shù)進(jìn)行服務(wù)。 51六、六、USBUSB接口總線接口總線vUSBUSB支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式：支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式：v 控制傳輸方式 用于外設(shè)與主機(jī)之間的控制、狀態(tài)、配置等信息的傳輸，為外設(shè)與主機(jī)之間提供一個控制通道。每種外設(shè)都支持控制傳輸方式，這樣主機(jī)與外設(shè)之間就可以傳送配置和命令/狀態(tài)信息。 v 等時（lsochronous)傳輸方式1.用于有周期性、有限時延和帶寬且數(shù)據(jù)傳輸速率固定的外設(shè)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。該方式無差錯校驗(yàn)，故不能保證正確的數(shù)據(jù)傳輸，如計(jì)算機(jī)電話集成系統(tǒng)（CTI）和音頻系統(tǒng)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。 52六、六、USBUSB接口總線接口總線v USB支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式：