第10-15講計(jì)算機(jī)總線(xiàn)技術(shù)

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

總餞技術(shù)及應(yīng)用

第三部今

計(jì)算機(jī)總裁技術(shù)

j講人：于海送

二教中摟309室

shoreyhb@hdu.edu.cn

2011-5-301

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

-課時(shí)數(shù)：10,共5周

-第一次課概述（5.6）

-后續(xù)課程：

■計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線(xiàn)（5/I3）

?計(jì)算機(jī)外部總線(xiàn)（5.20）

?短程無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信——藍(lán)牙、Zigbee（5.27）

?總復(fù)習(xí)（6.3）6J0停課

?計(jì)算機(jī)總線(xiàn)技術(shù)部分參考教材：

-《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》，劉川來(lái)、胡乃平編著，機(jī)械工業(yè)出

版社。其中第三章“計(jì)算機(jī)總線(xiàn)技術(shù)，，

-《微型計(jì)算機(jī)組成原理》，陸志才，高等教育出版社。其

中第九、十章“總線(xiàn)技術(shù)”

2011-5-302

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，總線(xiàn)技術(shù)也得到不斷

創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了ISA、MCA、EISA、VESA、

PCkAGP、IEEE1394、USB等總線(xiàn)技術(shù)。

?芯片內(nèi)部的總線(xiàn)技術(shù)也在不斷發(fā)展，AMBA、Core

Connect>CoreRAM等已經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分

具有競(jìng)爭(zhēng)力的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

?工業(yè)控制的CAN、PROFIBUS,FF等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技

術(shù)。

?總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速度也不斷提升,目前，AGP局部

總線(xiàn)數(shù)據(jù)可達(dá)528MB/S,PCLX可達(dá)1GB/S,系統(tǒng)總

線(xiàn)傳輸速率也由66MB/S提高到10OMB/s甚至更高的

133MB/S、150MB/S、200MB/S。

2011-5-303

線(xiàn)及求%-0r用----計(jì)算加商練技求

AGP?:

AccelerateGraphicalPort,加速圖形接

口，實(shí)質(zhì)為PCI2.1

DIMM槽：

DualInlineMemoryModule.

雙列直插內(nèi)存模塊

PCI-E槽：

PCI-Express,Intel提出，

可全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP,最終實(shí)

現(xiàn)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。傳輸率目前最高

可達(dá)到10GB/S以上

南橋主要是負(fù)責(zé)I0

北橋用于CPU和內(nèi)存、顯卡、PCI交換數(shù)據(jù)

2011-5-30

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

必嘉機(jī)總筱技術(shù)

?總線(xiàn)的基本概念

?內(nèi)部總線(xiàn)

?外部總線(xiàn)

2011-5-30

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

1總裁的基存槐念

?總線(xiàn)的定義總線(xiàn)就是一組信號(hào)線(xiàn)的集合，它定義了各引

線(xiàn)的信號(hào)、電氣和機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建

立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和通信。

?總線(xiàn)的特點(diǎn)?規(guī)定了各引線(xiàn)的信號(hào)、時(shí)序、電氣和

機(jī)械特性

?為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之

間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的

公共信息通路

?采用總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模

板和設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性

2011-5-306

總線(xiàn)技術(shù)加應(yīng)用——?計(jì)算為，恁練技求

1.1總線(xiàn)的分類(lèi)

?按照總線(xiàn)內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線(xiàn)可分為

?數(shù)據(jù)總線(xiàn):DB用于傳送數(shù)據(jù)信息

?地址總線(xiàn):AB是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳送地址的

?控制總線(xiàn):CB控制總線(xiàn)包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線(xiàn)

?電源總線(xiàn):PB用于向系統(tǒng)提供電源

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,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

總裁的臺(tái)奏(^)

?按照總線(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置，總線(xiàn)可分為

?片內(nèi)總線(xiàn)(On?ChipBus)

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(xiàn)(InternalBus)

用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊(板)之間通信

?外部總線(xiàn)(ExternalBus)：又稱(chēng)通訊總線(xiàn)

用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信

2011-5-30

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

總裁的臺(tái)類(lèi)(^)

?根據(jù)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線(xiàn)可分為

?并行總線(xiàn)：每個(gè)信號(hào)都有自己的信號(hào)線(xiàn)

?串行總線(xiàn)：所有信號(hào)復(fù)用一對(duì)信號(hào)線(xiàn)

2011-5-30

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

總裁的合類(lèi)(^)

一?

22_3

303-

4接

404:

5收

一

5156端

606-

—?77

18

818-

2011-5-3010

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

總裁的臺(tái)美(^)

---------1

計(jì)算機(jī)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖

2011-5-3011

總線(xiàn):或一求及應(yīng)用---■翼;，(.商練技■

總裁的臺(tái)美(^)

?片內(nèi)總線(xiàn)

?在集成電路的內(nèi)部，用來(lái)連接各功能單元的信息通路。

?受芯片面積及對(duì)外引腳數(shù)的限

制，片內(nèi)總線(xiàn)大多采用單總線(xiàn)結(jié)

構(gòu)，這有利于芯片集成度和成品

率的提高，而對(duì)于內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送

速度要求較高的，也可采用雙總

線(xiàn)或三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。

?ASIC技術(shù)的出現(xiàn)，用戶(hù)也可以

按照自己的要求，借助于適當(dāng)?shù)?/p>

EDA工具，設(shè)計(jì)自己的芯片。

2011-5-3012

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

總裁的臺(tái)美(^)

?內(nèi)部總線(xiàn)：系統(tǒng)總線(xiàn)或板級(jí)總線(xiàn)

-內(nèi)部總線(xiàn)是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線(xiàn)，人們平常所說(shuō)的微

機(jī)總線(xiàn)就是指系統(tǒng)總線(xiàn)，如STD總線(xiàn)、PC總線(xiàn)、ISA總

線(xiàn)、PCI總線(xiàn)等

-按功能可分為數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB、地址總線(xiàn)AB、控制總線(xiàn)

CB、和電源總線(xiàn)PB

2011-5-3013

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

數(shù)據(jù)總線(xiàn)D：用于傳遞數(shù)據(jù)信息

總線(xiàn)寬度：數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)的根數(shù)。

決定設(shè)備獲得最大性能

影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能

地址總線(xiàn)A：用于傳遞地址信息

地址總線(xiàn)寬度：地址線(xiàn)的根數(shù)

決定直接尋址能力

避免10地址與內(nèi)存地址的重疊

控制總線(xiàn)C：

包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線(xiàn)，用于傳遞各種

控制信息，決定了總線(xiàn)的性能好壞

電源總線(xiàn)P：提供電源

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意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

總裁的臺(tái)類(lèi)(^)

?外部總線(xiàn)

?如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等

2011-5-30

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

1.2總鐵：要做犍捐粽

?總線(xiàn)頻率即總線(xiàn)工作時(shí)鐘頻率，單位為MHz,它是影響總

線(xiàn)傳輸速率的重要因素之一。

?總線(xiàn)寬度又稱(chēng)總線(xiàn)位寬，是總線(xiàn)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(xiàn)的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸

更多的數(shù)據(jù)。

?總線(xiàn)帶寬又稱(chēng)總線(xiàn)傳輸率，表示在總線(xiàn)上每秒傳輸字節(jié)的多

少，單位是MB/S。影響總線(xiàn)傳輸率的因素有總線(xiàn)

寬度、總線(xiàn)頻率等。一般的，

總線(xiàn)帶寬（MB/S）=1/8X總線(xiàn)寬度X總線(xiàn)頻率

2011-5-3016

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?同步方式可分為同步方式和異步方式。在同步方式下，總線(xiàn)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(xiàn)上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)

到很高的總線(xiàn)帶寬。

?總線(xiàn)復(fù)用采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線(xiàn)的數(shù)目。

?信號(hào)線(xiàn)數(shù)表明總線(xiàn)擁有多少信號(hào)線(xiàn)，是數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址

總線(xiàn)、控制總線(xiàn)和電源總線(xiàn)的總和。信號(hào)線(xiàn)數(shù)

與總線(xiàn)性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正

比。

?總線(xiàn)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。

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,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

幾種版型計(jì)耳機(jī)總錢(qián)物惋參熬

ISA(PC-

名稱(chēng)EISASTDMCAPCIPCI-E

AT)

386,486,586Z-80,IBM個(gè)人P5個(gè)人機(jī)，全面取代現(xiàn)有

80286,386,

適用機(jī)型IBM系列IBM-PC機(jī)與工作PowerPC,內(nèi)部總線(xiàn)，實(shí)

486系列機(jī)

機(jī)系列機(jī)站Alpha工作站現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

IGB/s(lx)

最大傳輸率8MB/S33MB/S2MB/S33MB/S133MB/S

8GB/s(16x)

總線(xiàn)寬度8/16位32位8/16位32位32位8位

總線(xiàn)頻率8MHz8.33MHz2MHz10MHz20?33MHz2.5GHz

日中

同步方式半同步同步同步升少同步支持同步

地址寬度2432243232/6432/64

負(fù)載能力86無(wú)限制無(wú)限制3無(wú)限制

信號(hào)線(xiàn)數(shù)9814356109120164(xl6)

64位擴(kuò)展不口J無(wú)規(guī)定不可可可可

多路復(fù)用非非非是是

2011-5-3018

總線(xiàn)拉次及履別---計(jì)算為，總綱;段求

1.3總線(xiàn)的演板也輅構(gòu)

-板匕結(jié)構(gòu)

?按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，并按總線(xiàn)標(biāo)

準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由總線(xiàn)連接的模板結(jié)構(gòu)：CPU主

板、RAM/ROM存儲(chǔ)板、A/D、D/A、DI、

DO等

-模板化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

■增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用性、靈活性、開(kāi)放

性、擴(kuò)展性和可靠性

?為系統(tǒng)的維修提供了方便

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總線(xiàn)技點(diǎn)方一應(yīng)用----,計(jì)算皮」商劣癥求

1.4總鐵控制與總裁傳輸

?總線(xiàn)控制

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(xiàn)、雙總線(xiàn)和三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

主要采用的方式，常見(jiàn)的集中控制方式主要

有鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式和獨(dú)

立請(qǐng)求總線(xiàn)控制方式。

分布式將總線(xiàn)控制邏輯分散在與總線(xiàn)連接的各個(gè)部

件或設(shè)備上。

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,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?總線(xiàn)傳輸

總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)在主模塊的控制下進(jìn)行傳送。一般的，總

線(xiàn)在完成一次傳輸周期時(shí)，可分為四個(gè)階段：

申請(qǐng)分配階段由需要使用總線(xiàn)的主模塊（或主設(shè)備）提出申請(qǐng)，經(jīng)總線(xiàn)仲裁機(jī)

I構(gòu)決定在下一傳輸周期是否能獲得總線(xiàn)使用權(quán)；

尋址階段取得了使用權(quán)的主模塊，通過(guò)總線(xiàn)發(fā)出本次打算訪(fǎng)問(wèn)的從模

n塊（或從設(shè)備）的存儲(chǔ)地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動(dòng)參與

I本次傳輸?shù)膹哪K；

數(shù)據(jù)傳輸階段主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)

]據(jù)總線(xiàn)流入目的模塊；

結(jié)束階段主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線(xiàn)上撤除，讓出總線(xiàn)使用權(quán)。

2011-5-3021

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

2向都總裁

本節(jié)主要內(nèi)容

?STD總線(xiàn)

?PC系列總線(xiàn)

2011-5-3022

總線(xiàn)技術(shù)雙.應(yīng)荊---計(jì)算加商練技才二

2.1STD總錢(qián)

?STD總線(xiàn)起初設(shè)計(jì)為可用于64K存儲(chǔ)空間的8位總線(xiàn)，后發(fā)展成可用于尋址16M空間的16

位總線(xiàn)

?美國(guó)PRO-LOG公司1978年推出,后被重新定名為IEEE961

?STD總線(xiàn)的特點(diǎn)：

?56根并行總線(xiàn)，采用小模板結(jié)構(gòu),尺寸為165X114mm

?模塊化的總體設(shè)計(jì)布局

?開(kāi)放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?兼容式總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，擁有豐富的I/O功能，廣泛適用

于工業(yè)控制

?小模板結(jié)構(gòu)，模板尺寸小，可減少?zèng)_擊和震動(dòng)的影響

2011-5-3023

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?STD總線(xiàn)的信號(hào)分配

56根并行總線(xiàn)都有明確的定義，按功

能可分為五大類(lèi)

⑴邏輯電源線(xiàn)6根（引線(xiàn)1~6）

（2）數(shù)據(jù)總線(xiàn)8根（引線(xiàn)7?14）

（3）地址總線(xiàn)16根（引線(xiàn)15~30）

（4）控制總線(xiàn)224艮（弓|線(xiàn)31~52）

（5）輔助電源線(xiàn)4根（引線(xiàn)53~56）

2011-5-3024

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?STD總線(xiàn)與存儲(chǔ)器連接方法

A13-A15

-總線(xiàn)低位地址

Ao~A］？直接連接

到各存儲(chǔ)器芯片

-高位地址A"?A15

用來(lái)選片（可選

64K基本存儲(chǔ)器，

通過(guò)擴(kuò)展，可增至

128K）

STD總線(xiàn)與存儲(chǔ)器的連接

2011-5-3025

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

?STD總線(xiàn)與I/O的連接方法

-地址碼的低位

A5-A7

字節(jié)連接到總選浜信號(hào)

線(xiàn)譯碼器,形成

選取佶號(hào)

6根選板信號(hào)和

2根選口信號(hào)，選口信號(hào)

選通I/O端口工

D0-D7八

作=^>

-（可選128個(gè)

口，擴(kuò)展后可

增至256個(gè)STD總線(xiàn)與10板的連接

口）

2011-5-3026

總線(xiàn)技術(shù)出應(yīng)芹1----，算打」苕練也才1

2.2PC京利總鐵

IBMPC總線(xiàn)的簡(jiǎn)稱(chēng)，因舊M及其兼容機(jī)的廣泛普及成為

全世界用戶(hù)承認(rèn)的一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)

—ISA:IndustryStandardArchitecture

—MCA:MicroChannelArchitecture

—EISA:ExtensionISA

-PCI：PeripheralComponentsInterconnect

2011-5-3027

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

?ISA總線(xiàn)

-問(wèn)世較早，是8位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線(xiàn)

的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

-最高傳輸速率8Mbps

-尋址空間為16MB

-將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)

均為從模塊，包括可以暫時(shí)掌握總線(xiàn)

的DMA和協(xié)處理器

-98根總線(xiàn)分成5類(lèi)：地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制

線(xiàn)、時(shí)鐘線(xiàn)和電源線(xiàn)

2011-5-3028

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?MCA總線(xiàn)(MicroChannelArchitecture)

-舊M在推出386時(shí)提出

-數(shù)據(jù)、地址總線(xiàn)寬度32位，支持4GB的尋

址能力

-數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps

-在電氣及物理上與ISA不兼容

-舊M沒(méi)有公布標(biāo)準(zhǔn)

2011-5-3029

怠線(xiàn)及才）一應(yīng)用—計(jì)算加百麴應(yīng)求

?日SA總線(xiàn)

一89年，為沖破舊M公司對(duì)MCA標(biāo)準(zhǔn)的壟斷，以

Compaq公司為首的9家兼容機(jī)制造商聯(lián)合推出

-32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，支持32位地址通路

-總線(xiàn)主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線(xiàn)主控處理器

-與ISA兼容，支持多個(gè)主模塊

-可以自動(dòng)根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換

-支持多總線(xiàn)主控模塊

-擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動(dòng)配置

系統(tǒng)和擴(kuò)展板

2011-5-3030

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

?PCI局部總線(xiàn)

-PCI（PeripheralComponentInterconnects

設(shè)備部件互連總線(xiàn)）是一種高性能局部總線(xiàn)，它

是92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

-支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線(xiàn)主控模塊、線(xiàn)性猝

發(fā)讀寫(xiě)和并發(fā)工作方式

一具有即插即用功能（PnP,PlugandPlay,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

2011-5-3031

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?PCI局部總線(xiàn)已形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的高性能總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)

滿(mǎn)足了不同系統(tǒng)的需求，低成本的PCI總線(xiàn)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(xiàn)被應(yīng)

用于多種平臺(tái)和體系結(jié)構(gòu)中。

?PCI總線(xiàn)的組件、擴(kuò)展板接口與處理器無(wú)關(guān)，在多處理

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(xiàn)具有很好的I/O性

能，最大限度地使用各類(lèi)CPU/RAM的局部總線(xiàn)操作系

統(tǒng)、各類(lèi)高檔圖形設(shè)備和各類(lèi)高速外部設(shè)備，如SCSI、

HDTV、3D等。

?PCI總線(xiàn)特有的配置寄存器為用戶(hù)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(hù)提供了簡(jiǎn)便的使用方法。

2011-5-3032

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

PCI總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

2011-5-3033

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

?PCI-E(PCIExpress)總線(xiàn)

-PCIExpress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。

-PCIExpress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。

2011-5-3034

怠我物術(shù)之應(yīng)荊——計(jì)算須」總練技養(yǎng)

PCLE總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

圖9-13PCIExpress總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

2011-5-3035

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

?PCI-E總線(xiàn)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(kāi)關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備

-PCIExpress事務(wù)與包

?PCIExpress的事務(wù)分成兩類(lèi)：

-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)；

-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(xiě)事務(wù)

-具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率

2011-5-3036

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

-PCIExpress設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)

PCIExpress設(shè)備APCIExpress設(shè)番B

構(gòu)

2011-5-3037

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

-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(lèi)似PCI-X的MSI協(xié)議，PCIExpress設(shè)備啟

動(dòng)一個(gè)寫(xiě)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(xiàn)上的INTx#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PCIExpress-

PCI橋的系統(tǒng)有用。

-支持熱插拔（即帶電插拔，允許用戶(hù)在不關(guān)閉

系統(tǒng)，不切斷電源的情況下取出設(shè)備）

2011-5-3038

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

3外部總裁

?外部總線(xiàn)又稱(chēng)為通信總線(xiàn)，用于計(jì)算機(jī)之間，

計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)

算機(jī)與測(cè)量?jī)x器儀表之間的通信。

?該類(lèi)總線(xiàn)不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已有的總線(xiàn)，而是利

用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。外部

總線(xiàn)又分為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn).

2011-5-3039

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

本節(jié)主要內(nèi)容

?IEEE-4總線(xiàn)

?RS?232?C總線(xiàn)

?RS?422和RS?485總線(xiàn)

■通用串行總線(xiàn)（USB）

2011-5-3040

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

3.1IEEE-488總裁

?IEEE-488總線(xiàn)是一種并行外部總線(xiàn)，專(zhuān)門(mén)用

于計(jì)算機(jī)與測(cè)量?jī)x器、輸入輸出設(shè)備，以及

這些儀器設(shè)備之間的并行通信。

?IEEE-488是1970年由美國(guó)惠普公司開(kāi)發(fā)的并行通訊

總線(xiàn),總線(xiàn)上連接的設(shè)備有三種，工作方式也有三種:

?聽(tīng)者（“受話(huà)”方式）：同時(shí)可有多個(gè)

?講者（“送話(huà)”方式）：每時(shí)只能有一個(gè)

?控者（“控制”方式）：每時(shí)只能有一個(gè)

2011-5-3041

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

IEEE-488總線(xiàn)的連接示意圖

DIO1?

數(shù)據(jù)線(xiàn)

DIO8_____________________

DAV_____________________________________

'數(shù)據(jù)rr-r

NRFD_____________________________________控制線(xiàn)

NDAC_____________________________________

IFC________________________________

ATN_____________________________________

接口

SRQ:管理線(xiàn)

REN____________________________

EOI---------------------------------------------------------

設(shè)備A設(shè)備B

者

控講者

者

講聽(tīng)者

者

聽(tīng)

電壓表1

討算機(jī)

2011-5-3042

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

IEEE-4總線(xiàn)的信號(hào)分配

?IEEE-488共定義了24寸艮線(xiàn)（其中8根地線(xiàn)）

-數(shù)據(jù)總線(xiàn)D1-D8

-數(shù)據(jù)傳送控制線(xiàn)

?數(shù)據(jù)有效線(xiàn)DAV、未準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)線(xiàn)NRFD、未

接受好數(shù)據(jù)線(xiàn)NDAC

-接口管理總線(xiàn)

?接口清除線(xiàn)IFC、服務(wù)請(qǐng)求線(xiàn)SQR、注意線(xiàn)ATN、

結(jié)束或識(shí)別線(xiàn)EQI、遠(yuǎn)程允許REN

2011-5-3043

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

使用IEEE-488的約定

-數(shù)據(jù)傳輸率不得超過(guò)每秒1M字節(jié)

-總線(xiàn)上的設(shè)備數(shù)不得多于15個(gè)

-電纜總長(zhǎng)度不超過(guò)20m,兩設(shè)備間不超過(guò)

2m

-采用負(fù)邏輯（低電平為“0”，高電平為“1”，

稱(chēng)為正邏輯。反之，如果規(guī)定高電平為

“0”,低電平為“1”稱(chēng)為負(fù)邏輯）

2011-5-3044

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

IEEE-4總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送時(shí)序

-采用異步方式，利用三條控制線(xiàn)進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò),

實(shí)現(xiàn)三線(xiàn)握手的數(shù)據(jù)傳輸

2011-5-3045

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

3.2RS?232?C總裁

?RS-232-C總線(xiàn)是一種串行外部總線(xiàn)，專(zhuān)

門(mén)用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DataTerminal

Equipment)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(Data

CommunicationEquipment)之間的串行通

信

-是1969年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(日A)從

CCITT遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

2011-5-3046

商線(xiàn)按求a應(yīng)用---計(jì)算切」商練技■

RS-232C總線(xiàn)的機(jī)械特性

?RS-232-C總線(xiàn)的接口連接器采用DB?25插頭和插

座，其中陽(yáng)性插頭（DB?25?P）與DTE相連，陰性

插座（DB?25?S）與DCE相連。

\123lT7

\嗎………

?RS-232-C25個(gè)引腳只定義了22個(gè)。

?通常使用的RS?232?C接口信號(hào)只有9根引腳，其插頭

插座在RS-232-C的機(jī)械特性中都有規(guī)定。

?最基本的三根線(xiàn)是發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)2、接收數(shù)據(jù)線(xiàn)3和信號(hào)

地線(xiàn)7

2011-5-3047

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

常用的9根引腳分為兩類(lèi):

?一類(lèi)是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳

?基本數(shù)據(jù)傳送引腳包括：TXD、RXD和GND

?另一類(lèi)是用于調(diào)制解調(diào)器（MODEM）的控制和反

映其狀態(tài)的引腳。

?MODEM控制和狀態(tài)引腳分為兩組

-一組為DTR和RTS,負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232C接

口送給MODEM

一另一組為DSR、CTS、DCD和RL負(fù)責(zé)從MODEM

通過(guò)RS-232C接口送給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息

2011-5-3048

總我桎術(shù)出應(yīng)荊——?計(jì)算加總練也求

RS-232C總線(xiàn)的電氣特性

?電氣連接方式：

?TTL電平：+5V為邏輯“1”，0V為邏輯“0”；

?EIA電平：3~15V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(xiàn)

2011-5-3049

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

?電氣參數(shù)

?引線(xiàn)信號(hào)狀態(tài)

?RS-232C標(biāo)準(zhǔn)引線(xiàn)狀態(tài)必須是以下三種之一，即

SPACE/MARK（空號(hào)/傳號(hào)）、或ON/OFF（通/斷）、或邏輯

0/邏輯1O

?引線(xiàn)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(xiàn)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。

2011-5-3050

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

RS?232?C總線(xiàn)的通信結(jié)構(gòu)

?具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信線(xiàn)路

發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)2

2

RTSPTS4

計(jì)4

終

接收數(shù)據(jù)MODEM接收數(shù)據(jù)3

算3MODEM端

機(jī)6DSRDSR6

信號(hào)地公用電話(huà)線(xiàn)信號(hào)地7

7

2011-5-3051

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)

22

接收數(shù)據(jù)

3接收數(shù)據(jù)3

?不用MODEM的4RTSRTS4

計(jì)CTS

直接通信線(xiàn)路5CTS5終

載體檢測(cè)

算8載體檢測(cè)8

端

機(jī)

6DSRDSR6

22振鈴指示振鈴指示22

DTR

20DTR20

7信號(hào)地信號(hào)地7

?最簡(jiǎn)單的RS-232C

數(shù)據(jù)通信

2011-5-3052

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

3.3RS-422和RS?485總裁

RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口

>RS-422由RS-232C發(fā)展而來(lái)

ARS-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€(xiàn)標(biāo)

準(zhǔn)

ARS?422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線(xiàn)傳送信號(hào)。它通過(guò)傳輸

線(xiàn)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(xiàn)接

收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收

RS-422電平

2011-5-3053

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?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(xiàn)，兩根發(fā)送、兩根接收，RS-422的收與發(fā)是分

開(kāi)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

2011-5-3054

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

-允許在二根導(dǎo)線(xiàn)

（總線(xiàn)）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）

2011-5-3055

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

RS485具有以下特點(diǎn):

?RS?485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為

+2V?+6V表示；邏輯“0”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為?2V~?

6V表示。

?RS?485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps

ARS-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(xiàn)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。

2011-5-3056

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

RS-485與RS-422的區(qū)別在于：

?硬件線(xiàn)路上，RS-422至少需要4根通信線(xiàn)，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

ARS-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-485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(mǎn)足所有的RS?422規(guī)范，反之則不成立

2011-5-3057

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

串行總線(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換器

1#2#3#一?一?一N”

2011-5-3058

總線(xiàn)撥求ZL應(yīng)用---計(jì)算切」商練技■

3.4USB通用串行總裁

USB(UniversalSerialBus)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

一USBLO、USBL1、USB2Q和USBOn?The?

Go(OTG)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

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，USB1.1總線(xiàn)規(guī)范定義了12Mb/s的帶

寬，而USB2Q可提供480Mb/s的傳輸速度。

-USB總線(xiàn)能夠提供500mA的電流。

2011-5-3059

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

USB傳輸速率及其適用范圍

—及其適腕和

傳輸模揶逋度適用類(lèi)和特性應(yīng)用

m.娥根犍盤(pán)、鼠標(biāo),徽

10-20kbsp交互設(shè)副

易用曲

低價(jià)格、易用性、

電話(huà)'音頻、壓縮

全超500kbs12Mbp頻根限定顆ISDNsPBXsPOTS，

視期

和延即

局顓、限定延遲、

25-480MVSP視頻、磁盤(pán)。音懶處理、磁盤(pán)。

易用性

2011-5-3060

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

USB設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)

?USB總線(xiàn)系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類(lèi)型

-USB主機(jī)

一USB集線(xiàn)器（HUB）

-USB總線(xiàn)的設(shè)備，又稱(chēng)USB功能外設(shè)。

。。

2011-5-3061

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

USB的傳輸方式

a控制(Control)傳輸方式

設(shè)備控制指令、狀態(tài)查詢(xún)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(pán)、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

a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(pán)、打印機(jī)、

掃描儀和數(shù)碼相機(jī)

2011-5-3062

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

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。

AUSB電纜中有四根導(dǎo)線(xiàn)，VBUS為電

源，+5V

2011-5-3063

,%我迂術(shù)在應(yīng)用---計(jì)算加商練技求

USB連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法

Vcc3V-3-6V

RpuKQ?

1.5

+5V

全、低速USBD+sr全速收發(fā)器

數(shù)據(jù)線(xiàn)USB

收發(fā)器（主機(jī)或USBD-（主機(jī)端口或

集線(xiàn)器端口）功能單元）

RpdRpd

15KQ15KQ

RpuKQ?

+5V1.5

全、低速USBD+

收發(fā)器（主機(jī)或USB數(shù)據(jù)線(xiàn)低速USB收發(fā)器

集線(xiàn)器端口）（功能單元）

地

RpdRpd

15KQ15KQ

USB集線(xiàn)器和設(shè)備的電阻連接

2011-5-3064

怠線(xiàn)及才"一應(yīng)用---計(jì)算加百麴應(yīng)求

USB連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法

USB集線(xiàn)器通過(guò)監(jiān)視差分?jǐn)?shù)據(jù)線(xiàn)來(lái)檢測(cè)設(shè)備是否已連接到集線(xiàn)

器的端口上.

?當(dāng)沒(méi)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(xiàn)的任意一條上有一個(gè)上拉電阻區(qū)也

a由于Rpu=1.5KQ,Rpd=15K。，所以數(shù)據(jù)線(xiàn)上會(huì)有90%的Vcc電壓

》集線(xiàn)器通過(guò)檢測(cè)不同的數(shù)據(jù)線(xiàn)電壓接近Vcc來(lái)判別是哪一類(lèi)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(huà)，就認(rèn)為該設(shè)備斷開(kāi)連接了。

2011-5-3065

意或;在求加應(yīng)用——計(jì)算加歷練及求

其他幾種多見(jiàn)的申行總餞

?12c總線(xiàn)

?SPI總線(xiàn)

2011-5-3066

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

串行通信

收到的每一個(gè)字符

八戢著為0

?采用串行總線(xiàn)技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化、系統(tǒng)

的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為

容易

?可分為同步通信和異步通信兩類(lèi)

-同步通信：發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步，如：RC,

SPI

-異步通信：發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的

發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。每個(gè)字符

都有開(kāi)始位和停止位，一次同步一個(gè)字符，在開(kāi)始位進(jìn)行同

步。如：UART

2011-5-3067

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

12c總俵flic,I2C；

?l2C(InterICBus)總線(xiàn)是Philips公司開(kāi)發(fā)的

工更理向西線(xiàn)串營(yíng)總線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)集感禹撤之回

的有效控匍。目前，Philips及其倉(cāng)半導(dǎo)體廠商

提供了大量的含有12c總^的外圍接口芯片，

12c總線(xiàn)已成為廣泛應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一

?12c總線(xiàn)傳輸率

-標(biāo)雇模式下，基本的12c總線(xiàn)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

2011-5-3068

,%線(xiàn)及求%-0r用---計(jì)算加商練技求

?RC總線(xiàn)采用二線(xiàn)制傳輸，一根是數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA

（SerialDataLine）,另一根是時(shí)鐘線(xiàn)SCL

（serialclockline）,所有12c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

?RC總線(xiàn)是一個(gè)多主機(jī)總線(xiàn)，總線(xiàn)上可以有一

個(gè)或多個(gè)主機(jī)（或稱(chēng)主控制器件），總線(xiàn)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)任

-被主機(jī)訪(fǎng)問(wèn)的器件叫從機(jī)（或稱(chēng)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

2011-5-3069

意或