計(jì)算機(jī)總線分類

1、計(jì)算機(jī)總線部分1、計(jì)算機(jī)總線的分類按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線可分為數(shù)據(jù)總線:DB 用于傳送數(shù)據(jù)信息地址總線:AB 是專門用來(lái)傳送地址的控制總線:CB 控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線電源總線:PB 用于向系統(tǒng)提供電源按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置，總線可分為片內(nèi)總線(On-Chip Bus)在集成電路的內(nèi)部，用來(lái)連接各功能單元的信息通路內(nèi)部總線(Internal Bus)用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊（板）之間通信外部總線(External Bus)：又稱通訊總線用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線可分為并行總線：每個(gè)信號(hào)都有自己的信號(hào)線串行總線：所有信號(hào)復(fù)用一對(duì)信號(hào)線

2、2、總線的主要性能指標(biāo)總線頻率即總線工作時(shí)鐘頻率，單位為MHz，它是影響總線傳輸速率的重要因素之一?？偩€寬度又稱總線位寬，是總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，用bit（位）表示，如8位、16位、32位等。顯然，總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)?？偩€帶寬又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)的多少，單位是MB/S。影響總線傳輸率的因素有總線寬度、總線頻率等。一般的，總線帶寬（MB/S）= 1/8總線寬度總線頻率同步方式可分為同步方式和異步方式。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)統(tǒng)一定時(shí)主模塊、從模塊之間的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是

3、高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬?？偩€復(fù)用采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目。信號(hào)線數(shù)表明總線擁有多少信號(hào)線，是數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線的總和。信號(hào)線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比?？偩€控制方式包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。3、總線的兩種控制方式集中式將控制邏輯集中在一處(如在CPU中) 。集中控制是單總線、雙總線和三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要采用的方式，常見的集中控制方式主要有鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請(qǐng)求總線控制方式。分布式將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個(gè)部件或設(shè)備上。4、PCI局部總線的主要技術(shù)特點(diǎn)和性能指標(biāo) PCI(Perip

4、heral Component Interconnect，設(shè)備部件互連總線)是一種高性能局部總線，它是92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn) 支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式 具有即插即用功能(PnP，Plug and Play，可自動(dòng)找到一個(gè)不沖突的中斷和I/O地址分配給外部設(shè)備) 最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps 兼容性強(qiáng)、成本低 PCI局部總線已形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的高性能總線體系結(jié)構(gòu)滿足了不同系統(tǒng)的需求，低成本的PCI總線構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能/價(jià)格比水平。因此，PCI總線被應(yīng)用于多種平臺(tái)和體系結(jié)構(gòu)中。 PCI總線的組件、擴(kuò)展板接口與處理器無(wú)關(guān)，在多

5、處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠高效地在多個(gè)處理器之間傳輸。與處理器無(wú)關(guān)的特性，使PCI總線具有很好的I/O性能，最大限度地使用各類CPU/RAM的局部總線操作系統(tǒng)、各類高檔圖形設(shè)備和各類高速外部設(shè)備，如SCSI、HDTV、3D等。 PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統(tǒng)嵌入自動(dòng)配置軟件，在加電時(shí)自動(dòng)配置PCI擴(kuò)展卡，為用戶提供了簡(jiǎn)便的使用方法。5、PCI-Express的結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)特點(diǎn)以及與PCI的主要區(qū)別 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(duì)點(diǎn)的串行連接方式，這個(gè)和以前的并行通道大為不同， 允許和每個(gè)設(shè)備建立

6、獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道。不用再向整個(gè)系統(tǒng)請(qǐng)求帶寬，這樣也就輕松地到達(dá)了高帶寬要求。PCI-E總線主要特點(diǎn) 串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連 差分信號(hào)傳送 采用交換開關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備 PCI Express 事務(wù)與包 PCI Express的事務(wù)分成兩類：(1)非轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即請(qǐng)求者發(fā)送請(qǐng)求包給完成者，完成者返回完成包給請(qǐng)求者，如存儲(chǔ)器讀事務(wù)；(2)轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即只有請(qǐng)求者給完成者發(fā)送請(qǐng)求包，而完成者不用返回完成包給請(qǐng)求者，如存儲(chǔ)器寫事務(wù) 具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率 錯(cuò)誤處理 具有優(yōu)先級(jí)的傳送 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(dòng)一個(gè)寫存儲(chǔ)器包，向根復(fù)合體發(fā)送一個(gè)中斷向量，根復(fù)合體再中

7、斷CPU。 另一種是使用中斷消息事務(wù)向根復(fù)合體傳送傳統(tǒng)PCI總線上的INT x信號(hào)的跳變情況，這種中斷方式只對(duì)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。 支持熱插拔（即帶電插拔，允許用戶在不關(guān)閉系統(tǒng)，不切斷電源的情況下取出設(shè)備）6、RS232C的電氣特性，最簡(jiǎn)單的RS232C通信結(jié)構(gòu)電氣連接方式：TTL電平：+5V為邏輯“1”，0V為邏輯“0”；EIA電平：315V為邏輯“1”，-3-15V為邏輯“0”主要特點(diǎn)：非平衡的連接方式采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信公用地線電氣參數(shù)引線信號(hào)狀態(tài) RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)引線狀態(tài)必須是以下三種之一， 即SPACE/ MARK(空號(hào)/傳號(hào))、或ON/

8、OFF(通/斷)、或邏輯0/邏輯1。引線邏輯電平用-3-15V表示邏輯1用+3+15V表示邏輯0短路抑制性能RS-232C的驅(qū)動(dòng)電路必須能承受電纜中任何導(dǎo)線短路通信速率 最高通信速率為115200bps RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通信距離應(yīng)小于15m。最簡(jiǎn)單的RS-232C數(shù)據(jù)通信7、RS422和RS485的主要特性和相互區(qū)別RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口:RS-422由RS-232C發(fā)展而來(lái)RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偩€標(biāo)準(zhǔn)RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信號(hào)。它通過(guò)傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過(guò)傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變

9、成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收RS-422的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式傳輸。RS-422 有4 根信號(hào)線，兩根發(fā)送、兩根接收，RS-422 的收與發(fā)是分開的，支持全雙工的通訊方式。RS-422的最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速率為10Mbps。RS-422A接口電路RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口：RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它是RS-422A性能的擴(kuò)展，是真正意義上的總線標(biāo)準(zhǔn)。允許在二根導(dǎo)線(總線)上掛接32臺(tái)RS-485負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是發(fā)送器、被動(dòng)發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器（發(fā)送器和接收器的組合）RS485具有以下特點(diǎn)：RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2V+6

10、V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2V -6V表示。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10MbpsRS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)。RS-485接口的最大傳輸距離為1200m，在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器,即具有多站能力和多機(jī)通信功能。RS-485與RS-422的區(qū)別在于：硬件線路上，RS-422至少需要4根通信線，而RS-485僅需2根通信方式上，RS-422可以全雙工，而RS-485只能半雙工RS-485驅(qū)動(dòng)器共模電壓的輸出范圍是-7V和+12V之間；而RS-422驅(qū)動(dòng)器這個(gè)指標(biāo)只有7V；RS-422接收器的最小輸入電阻是4千歐姆，而RS-4

11、85的最小輸入電阻則是12千歐姆RS-485 的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422的應(yīng)用中，因?yàn)镽S-485滿足所有的RS-422規(guī)范，反之則不成立8、USB的主要特性、體系結(jié)構(gòu)、傳輸方式，以及USB設(shè)備和主機(jī)之間的連接方法USB設(shè)備的主要特點(diǎn): 采用USB接口的設(shè)備支持熱拔插 USB接口可以同時(shí)連接127臺(tái)USB設(shè)備。 速度方面，USB 1.1總線規(guī)范定義了12 Mb/s的帶寬，而USB2.0可提供480Mb/s的傳輸速度。 USB總線能夠提供500 mA的電流。USB設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)：USB總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類型 USB主機(jī) USB 集線器（HUB） USB總線的設(shè)備，又稱USB功能外設(shè)

12、。USB的傳輸方式：控制(Control)傳輸方式設(shè)備控制指令、狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令中斷(Interrupt)傳輸方式數(shù)據(jù)量小、需及時(shí)處理的數(shù)據(jù)，如鍵盤、鼠標(biāo)同步(Isochronous)傳輸方式對(duì)數(shù)據(jù)正確性要求不高、對(duì)時(shí)間敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、喇叭批(Bulk)傳輸方式正確無(wú)誤的大批量數(shù)據(jù)，如移動(dòng)硬盤、打印機(jī)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)USB設(shè)備的電氣連接：USB連接分為上行連接和下行連接。所有USB外設(shè)都有一個(gè)上行的連接，上行連接采用A型接口，而下行連接一般則采用B型接口。USB電纜中有四根導(dǎo)線，VBUS為電源，+5VUSB連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法, USB 集線器和設(shè)備的電阻連接USB連接設(shè)備和

13、主機(jī)的連接方法：USB集線器通過(guò)監(jiān)視差分?jǐn)?shù)據(jù)線來(lái)檢測(cè)設(shè)備是否已連接到集線器的端口上.-當(dāng)沒有設(shè)備連接到USB端口時(shí)，D+和D-通過(guò)下拉電阻Rpd電平是近地的。-USB設(shè)備必須至少在D+和D-線的任意一條上有一個(gè)上拉電阻Rpu-由于Rpu=1.5K,Rpd=15K ,所以數(shù)據(jù)線上會(huì)有90%的Vcc電壓-集線器通過(guò)檢測(cè)不同的數(shù)據(jù)線電壓接近Vcc來(lái)判別是哪一類USB設(shè)備連接到其端口上如D+電平接近Vcc，D-近地，則所連設(shè)備為全速設(shè)備如D-電平接近Vcc，D+近地，則所連設(shè)備為低速設(shè)備當(dāng)D+和D-的電壓都降到0.8V以下，并持續(xù)2.5微秒以上的話，就認(rèn)為該設(shè)備斷開連接了。9、I2C總線的主要特點(diǎn)和三

14、種數(shù)據(jù)傳輸格式I2C總線傳輸率： 標(biāo)準(zhǔn)模式下，基本的I2C總線規(guī)范的規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為100kb/s 快速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為400KB/s 高速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為3.4Mb/s I2C總線采用二線制傳輸，一根是數(shù)據(jù)線SDA（Serial Data Line），另一根是時(shí)鐘線SCL（serial clock line），所有I2C器件都連接在SDA和SCL上，每一個(gè)器件具有一個(gè)唯一的地址 I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線，總線上可以有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)（或稱主控制器件），總線運(yùn)行由主機(jī)控制 主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)、發(fā)出終止信號(hào)的器件。通常，主機(jī)由單片機(jī)或其它微處理器擔(dān)

15、任 被主機(jī)訪問(wèn)的器件叫從機(jī)（或稱從器件），它可以是其它單片機(jī)，或者其他外圍芯片，如：A/D、D/A、LED或LCD驅(qū)動(dòng)串行存儲(chǔ)器芯片 I2C總線支持多主（multi-mastering）和主從（master-slave）兩種工作方式： 多主方式下，I2C總線上可以有多個(gè)主機(jī)。I2C總線需通過(guò)硬件和軟件仲裁來(lái)確定主機(jī)對(duì)總線的控制權(quán) 主從工作方式時(shí)，系統(tǒng)中只有一個(gè)主機(jī)，總線上的其它器件均為從機(jī)（具有I2C總線接口），只有主機(jī)能對(duì)從機(jī)進(jìn)行讀寫訪問(wèn)，因此，不存在總線的競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題。在主從方式下，I2C總線的時(shí)序可以模擬，I2C總線的使用不受主機(jī)是否具有I2C總線接口 在嵌入式系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，經(jīng)常遇

16、到的是以MCU為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況采用I2C總線設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 功能框圖中的功能模塊與實(shí)際的外圍器件對(duì)應(yīng)，可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接由功能框圖快速地過(guò)渡到系統(tǒng)樣機(jī) 外圍器件直接“掛在”I2C總線上，不需設(shè)計(jì)總線接口；增加和刪減系統(tǒng)中的外圍器件，不會(huì)影響總線和其他器件的工作，便于系統(tǒng)功能的改進(jìn)和升級(jí) 集成在器件中的尋址和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以使系統(tǒng)完全由軟件來(lái)定義I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸： I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸：I2C總線通過(guò)上拉電阻接

17、正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系I2C總線特點(diǎn)： 總線速度：總線速度為從0Hz到3.4MHz，沒有SPI那樣快 流控：存在系統(tǒng)開銷，這些開銷包括起始位/停止位、確認(rèn)位和從地址位，但它因此擁有流控機(jī)制 多主：允許多個(gè)主器件工作在同一總線上，多個(gè)主器件可以輕松同步其時(shí)鐘 添加從器件：I2C總線只有兩條導(dǎo)線，因此新從器件只需接入總線即可，而無(wú)需附加邏輯 非全雙工，一般無(wú)FIFO3種數(shù)據(jù)傳輸格式：（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答 每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字

18、節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位） 由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送 如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送 當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)（2）數(shù)據(jù)幀格式： I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào) 在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址 在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可以有以下幾種組合方式： a）主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變： 注： 陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分