微機(jī)原理及應(yīng)用 課件 第6章 輸入輸出接口與總線

微機(jī)原理及應(yīng)用第6章輸入輸出接口與總線

理解微機(jī)接口技術(shù)的基本概念掌握I/O端口及其編址方式

掌握CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式學(xué)習(xí)目標(biāo)：6.1接口概述返回6.1.1I/O接口中的信息6.1.2I/O接口的結(jié)構(gòu)6.1.3I/O接口的功能6.1.4I/O端口的編址方式6.1.1I/O接口中的信息CPU與外設(shè)之間可以通過I/O接口傳遞三種信息：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。

1．?dāng)?shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息是I/O接口傳遞的主要內(nèi)容，如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等輸入設(shè)備傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息，及由計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳送到打印機(jī)、顯示器等輸出設(shè)備的信息。6.1.1I/O接口中的信息2．狀態(tài)信息狀態(tài)信息反映了外設(shè)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)，是外設(shè)發(fā)送給CPU的，用來協(xié)調(diào)CPU與外設(shè)之間的操作。對(duì)于輸入設(shè)備來說，通常用準(zhǔn)備好（READY）信號(hào)來表示輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備就緒；對(duì)于輸出設(shè)備來說，通常用忙（BUSY）信號(hào)表示輸出設(shè)備是否處于空閑狀態(tài)，若為空閑，則可接收CPU送來的信息，否則CPU等待。

3．控制信息控制信息是CPU發(fā)送給外設(shè)的，以控制外設(shè)的工作。如對(duì)外設(shè)的初始化，外設(shè)的啟動(dòng)和停止等控制信息。6.1.2

I/O接口的結(jié)構(gòu)每個(gè)I/O接口內(nèi)部一般由3類寄存器組成，CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，各類信息在接口中進(jìn)入不同的寄存器，一般稱這些寄存器為I/O端口。每一個(gè)端口均有各自的編號(hào)，即端口地址。有時(shí)為了節(jié)省I/O端口地址的使用或簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)，可以使一個(gè)輸入端口與一個(gè)輸出端口共用一個(gè)端口地址。一個(gè)外設(shè)或接口電路往往有多個(gè)端口地址，CPU尋址的是端口，而不是籠統(tǒng)的外設(shè)。一個(gè)I/O接口一般都由數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口及控制端口組成。I/O接口的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。6.1.2

I/O接口的結(jié)構(gòu)（1）數(shù)據(jù)端口。數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)信息輸入/輸出的端口。該端口的數(shù)據(jù)傳送方向是雙向的，CPU通過端口將外部數(shù)據(jù)信息取進(jìn)來，將CPU處理過的數(shù)據(jù)再通過數(shù)據(jù)端口送出去。（2）狀態(tài)端口。CPU通過狀態(tài)端口將外設(shè)的狀態(tài)信息讀入CPU。狀態(tài)端口的數(shù)據(jù)傳送方向是單向的。（3）控制端口。CPU通過控制端口發(fā)出控制命令以控制外設(shè)的動(dòng)作?？刂贫丝谛畔⒌膫魉头较蚴菃蜗虻摹?.1.3I/O接口的功能

由于外部設(shè)備的多樣性、復(fù)雜性，I/O接口電路的基本功能可包括以下幾個(gè)方面。（1）數(shù)據(jù)緩沖與鎖存功能。（2）端口選擇功能。（3）接收和執(zhí)行CPU命令的功能。（4）信號(hào)轉(zhuǎn)換功能。（5）數(shù)據(jù)寬度變換功能。（6）中斷管理功能。6.1.4I/O端口的編址方式CPU與內(nèi)部存儲(chǔ)器或I/O端口交換信息時(shí)，是通過地址總線訪問內(nèi)存單元或I/O端口來實(shí)現(xiàn)的，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存單元或I/O端口的訪問取決于這些內(nèi)存單元或I/O端口的編址方式。微型計(jì)算機(jī)常用兩種I/O端口的尋址方式：I/O端口與內(nèi)存統(tǒng)一編址和I/O端口獨(dú)立編址方式。

1．統(tǒng)一編址方式

I/O端口與內(nèi)存統(tǒng)一編址，即I/O端口的地址和內(nèi)存地址在同一個(gè)地址空間內(nèi)。每個(gè)I/O端口被看作一個(gè)內(nèi)存單元，納入統(tǒng)一的存儲(chǔ)器地址空間，可用訪問存儲(chǔ)器的方法來訪問I/O端口。6.1.4I/O端口的編址方式2．獨(dú)立編址方式

I/O端口有獨(dú)立的地址空間，即I/O端口的地址和內(nèi)存地址不在同一個(gè)地址空間內(nèi)。CPU使用專門的I/O指令及I/O控制信號(hào)來訪問I/O端口。其特點(diǎn)是I/O端口和存儲(chǔ)器分別編址，各自都有完整的地址空間，而且由于有專用的I/O指令，在程序清單中對(duì)I/O端口的訪問和對(duì)存儲(chǔ)器的訪問一目了然。以上兩種I/O端口的尋址方式，其優(yōu)缺點(diǎn)正好互補(bǔ)，微型計(jì)算機(jī)中都有所使用。如Intel公司80x86系列微處理器使用的是I/O端口獨(dú)立編址方式，而80C51系列單片機(jī)使用的則是I/O端口統(tǒng)一編址方式。6.2CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式返回6.2.1程序控制方式6.2.2中斷方式6.2.3DMA方式6.2.1程序控制方式

程序控制方式是指CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸過程是在程序的控制下完成的，它又可以分成無條件傳輸方式和查詢傳輸方式。

1．無條件傳輸方式無條件傳輸方式是指?jìng)鬏敂?shù)據(jù)過程中，發(fā)送/接收數(shù)據(jù)一方不查詢判斷對(duì)方的狀態(tài)，進(jìn)行無條件的數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸方式程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，一般用于能夠確信外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的場(chǎng)合。如讀取開關(guān)的狀態(tài)，LED的顯示等。

2．查詢傳輸方式查詢傳輸方式，也稱條件傳輸方式，使用這種方式，CPU不斷讀取并測(cè)試外設(shè)的狀態(tài)，如果外設(shè)處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)（輸入設(shè)備）或“空閑”狀態(tài)（輸出設(shè)備），則CPU執(zhí)行輸入指令或輸出指令與外設(shè)交換信息。6.2.2

中斷方式

為了提高CPU的效率使系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)輸入/輸出性能可采用中斷方式。在中斷傳輸方式下，外設(shè)具有向CPU申請(qǐng)服務(wù)的能力。當(dāng)輸入設(shè)備已將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，或輸出設(shè)備可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，便可以向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU可以中斷正在執(zhí)行的程序而和外設(shè)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送。待輸入操作或輸出操作完成后，CPU再恢復(fù)執(zhí)行原來的程序。與查詢工作方式不同的是，這時(shí)的CPU不用去不斷地查詢等待，而可以去處理其他工作。因此，采用中斷方式時(shí)，CPU和外設(shè)處于并行工作的狀況下，從而大大提高了CPU的效率。6.2.3

DMA方式

所謂DMA方式就是直接存儲(chǔ)器存?。―irectMemoryAccess）方式。在DMA方式下，外設(shè)通過DMA的一種專門接口電路——DMA控制器（DMAC），向CPU提出接管總線控制權(quán)的總線請(qǐng)求，CPU在當(dāng)前的總線周期結(jié)束后響應(yīng)DMA請(qǐng)求。把總線的控制權(quán)交給DMAC。于是在DMAC的管理下，外設(shè)和存儲(chǔ)器之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，而不需要CPU的干預(yù)，這樣可以大大提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。

DMA之所以適用于大批量數(shù)據(jù)塊的傳輸是因?yàn)椋阂环矫鎮(zhèn)鬏敂?shù)據(jù)內(nèi)存地址的修改、計(jì)數(shù)等均由DMA控制器的硬件完成（而不是CPU指令）；另一方面，CPU交出總線的控制權(quán)，其現(xiàn)場(chǎng)不受影響，無須進(jìn)行保存和恢復(fù)。6.2.3

DMA方式

采用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。在用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前，DMAC向CPU發(fā)出申請(qǐng)使用系統(tǒng)總線的請(qǐng)求。當(dāng)CPU同意并讓出系統(tǒng)總線控制權(quán)后，DMAC接管系統(tǒng)總線，實(shí)現(xiàn)外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸完畢，將總線控制權(quán)交還給CPU。DMAC是一個(gè)專用接口電路，在系統(tǒng)中的連接如圖6-3所示。6.3微型計(jì)算機(jī)中的總線返回6.3.1總線定義6.3.2總線分類6.3.3總線周期6.3.4總線的操作過程6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)6.3.1總線定義

總線是微機(jī)中用來連接各部件的一組通信線，是一種在各模塊間傳送信息的公共通路。在微機(jī)系統(tǒng)中，利用總線實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部、印制電路板各部件之間、機(jī)箱內(nèi)各插件板之間、主機(jī)與外部設(shè)備之間或系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接與通信?？偩€是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要技術(shù)，總線設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的性能、可靠性、可擴(kuò)展性和可升級(jí)性。采用標(biāo)準(zhǔn)總線可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性，易于系統(tǒng)的擴(kuò)充和更新等。6.3.2總線分類

根據(jù)總線中信息傳送的類型可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，此外還有電源線和地線。若按總線的規(guī)模、用途和應(yīng)用場(chǎng)合，則可以分成以下幾類。

1．片內(nèi)總線它位于芯片內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路，如CPU內(nèi)部、ALU單元和寄存器之間的信息通路。

2．片總線片總線用在印制電路板上連接各芯片之間的公共通路，如CPU及其支持芯片與其局部資源之間的通路。6.3.2總線分類3．內(nèi)總線內(nèi)總線又稱系統(tǒng)總線，用來連接微機(jī)系統(tǒng)各插件板卡，是微機(jī)系統(tǒng)最重要的一種總線，如PC系列機(jī)中的ISA總線、EISA總線、PCI總線。

4．外總線外總線又稱通信總線，是微機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、微機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的連接通道。這種總線數(shù)據(jù)傳輸方式可以是并行的，也可以是串行的。數(shù)據(jù)傳輸速率比內(nèi)總線低。不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)。例如，串行通信的EIA—RS-232C總線、USB（UniversalSerialBus，通用串行總線）等。6.3.3總線周期1．時(shí)鐘周期

CPU的任何操作都是在時(shí)鐘脈沖信號(hào)CLK的統(tǒng)一控制下，一個(gè)節(jié)拍一個(gè)節(jié)拍地工作的。兩個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)間的間隔時(shí)間稱為時(shí)鐘周期。通常表示為T周期。時(shí)鐘周期可通過微處理器的時(shí)鐘主頻計(jì)算得到，即T=1/主頻。例如，8086的時(shí)鐘信號(hào)如圖6-4所示，主頻為5MHz，其時(shí)鐘周期T=200ns。6.3.3總線周期2．總線周期

CPU與外設(shè)系統(tǒng)的信息交換都是通過總線來進(jìn)行的，完成一次總線操作所需的時(shí)間稱為總線周期。CPU要從存儲(chǔ)器或I/O端口存取一個(gè)單元（字或字節(jié)）均需要一個(gè)總線周期。根據(jù)總線操作的不同有多種不同的總線周期，如存儲(chǔ)器讀總線周期、存儲(chǔ)器寫總線周期、I/O讀總線周期和I/O寫總線周期等。

8086總線周期一般由4個(gè)時(shí)鐘周期組成，也稱為4個(gè)T狀態(tài)，習(xí)慣上分別稱為T1狀態(tài)、T2狀態(tài)、T3狀態(tài)和T4狀態(tài)。6.3.3總線周期

（1）T1狀態(tài)。CPU向數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線上發(fā)出地址信息，以指出將要訪問的內(nèi)存單元地址或者外設(shè)端口地址。（2）T2狀態(tài)。CPU從復(fù)用總線上撤銷地址信息，使總線的低16位懸空，置成高阻狀態(tài)，為傳輸數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。（3）T3狀態(tài)。16位的地址/數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)CPU要送出的數(shù)據(jù)信息或者CPU從外設(shè)中讀入的數(shù)據(jù)信息。（4）T4狀態(tài)。CPU和存儲(chǔ)器或I/O端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，直至完成為止，并為下一個(gè)總線周期做準(zhǔn)備。（5）TW狀態(tài)。在某些情況下，外設(shè)或存儲(chǔ)器速度較慢，不能及時(shí)配合CPU傳送數(shù)據(jù)。為了防止數(shù)據(jù)丟失，在總線周期的T3和T4狀態(tài)之間插入一些必要的等待狀態(tài)TW。8086/8088的引腳信號(hào)返回8086/8088CPU具有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝形式。為了減少芯片引腳的數(shù)目，8086/8088CPU采用了分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。正是由于使用這種分時(shí)復(fù)用的方法才使得8086/8088CPU可用40個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)20位地址、16位數(shù)據(jù)及許多控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的傳輸。8086/8088的工作方式返回8086/8088CPU有兩種工作方式：

最小方式指系統(tǒng)中只有8086/8088一個(gè)微處理器。在這種系統(tǒng)中，8086/8088CPU直接產(chǎn)生所有的總線控制信號(hào)，系統(tǒng)所需的外加總線控制邏輯部件最少。

最大方式指系統(tǒng)中含有兩個(gè)或多個(gè)微處理器，其中一個(gè)為主處理器8086/8088CPU，其他的稱為協(xié)處理器，它們是協(xié)同主處理器來工作的。和8086/8088相配的協(xié)處理器有兩個(gè)：一個(gè)是專用數(shù)值運(yùn)算的協(xié)處理器8087，系統(tǒng)中有了此協(xié)處理器后會(huì)大幅度提高系統(tǒng)數(shù)值的運(yùn)算速度。另一個(gè)是專用于輸入/輸出操作的協(xié)處理器8089，系統(tǒng)中加入8089后會(huì)提高主處理器的效率，大大減少輸入/輸出操作占用主處理器的時(shí)間。在最大模式下工作時(shí)，控制信號(hào)是通過8288總線控制器提供的。1.最小模式系統(tǒng)組成返回2.最大模式系統(tǒng)組成BHECLKREADYRESET等待狀態(tài)發(fā)生A19~A16AD15~AD0地址/數(shù)據(jù)8286收發(fā)器TOE8282鎖存器STBD15~D08284ARES8288總線控制器CLKMN/MX80861S0S1S2S0S1S2RDYOEDENDT/RALET1T2T3TwT4M/IOREADYCLK地址狀態(tài)輸出地址數(shù)據(jù)輸入A19/S6-A16/S3BHE/S7AD15-AD0ALERDDT/RDEN最小模式下8086讀總線操作時(shí)序圖3.最小模式下的8086時(shí)序分析6.3.3總線周期3．指令周期任何指令的執(zhí)行過程都由取指令、指令譯碼和指令執(zhí)行等操作組成。完成指令所有操作需要的時(shí)間稱為指令周期。指令周期的長(zhǎng)度以時(shí)鐘T為單位計(jì)量，不同的指令執(zhí)行時(shí)間不等。例如，8086/8088的最短指令周期為2T，最長(zhǎng)的指令周期達(dá)200T左右。6.3.4總線的操作過程

系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)傳輸是在主控模塊控制下進(jìn)行的，主控模塊是指有控制總線能力的模塊，如CPU及DMA模塊。一般來說，總線上完成一次數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)歷以下4個(gè)階段。

1．申請(qǐng)階段當(dāng)系統(tǒng)總線上有多個(gè)主控模塊時(shí)，需要使用總線的主控模塊向總線仲裁機(jī)構(gòu)提出占有總線控制權(quán)的申請(qǐng)。由總線仲裁機(jī)構(gòu)判別確定，把下一個(gè)總線傳輸周期的總線控制權(quán)授給申請(qǐng)者。

2．尋址階段獲得總線控制權(quán)的主控模塊通過地址總線發(fā)出本次打算訪問的從屬模塊的地址（如存儲(chǔ)器或I/O接口的地址）及有關(guān)命令，開始啟動(dòng)被訪問的從屬模塊。6.3.4總線的操作過程3．傳輸階段在本階段，主模塊和從屬模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)由源模塊出發(fā)經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊。對(duì)于讀傳送，源模塊是存儲(chǔ)器或I/O接口，而目的模塊是總線主控者，如CPU；對(duì)于寫傳送，則源模塊是總線主控者，如CPU，而目的模塊是存儲(chǔ)器或I/O接口。

4．結(jié)束階段本階段，主、從模塊的有關(guān)信息均從總線上撤除，讓出總線，以便其他模塊能繼續(xù)使用。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)1.系統(tǒng)總線

1）系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際化生產(chǎn)非常流行的今天，一臺(tái)計(jì)算機(jī)往往不再是由單一的企業(yè)按大而全的方式生產(chǎn)出來，而是將計(jì)算機(jī)中的各部件交給不同的專業(yè)化生產(chǎn)廠家分別生產(chǎn)，然后由組裝廠組裝成整機(jī)。這樣做主要是為了降低成本、提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。為了將不同廠家生產(chǎn)的各種部件組裝在一起，形成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)，需要各廠家按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，特別是系統(tǒng)總線，由于外設(shè)接口卡都要通過它接入系統(tǒng)，所以總線標(biāo)準(zhǔn)的制訂更顯重要。系統(tǒng)總線制訂的標(biāo)準(zhǔn)有很多，例如ISA、EISA、MCA、PCI-E、PCI、AGP等。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)

（1）ISA（IndustryStandardArchitecture）工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線是IBM公司為286/AT微型計(jì)算機(jī)制定的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，也稱為AT總線標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，作為8/16位的總線標(biāo)準(zhǔn)，ISA總線已基本被淘汰。（2）MCA(MicroChannelArchitecture)微通道總線結(jié)構(gòu)是IBM公司專為其PS/2系統(tǒng)開發(fā)的總線標(biāo)準(zhǔn)。由于執(zhí)行的是使用許可證制度，因此未能得到有效的推廣。（3）EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture)是在ISA總線基礎(chǔ)上為32位CPU設(shè)計(jì)的擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線。

6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)

（4）PCI（PeripheralComponentInterconnect）外部設(shè)備互連總線是SIG(SpecialInterestGroup)集團(tuán)推出的高性能的總線結(jié)構(gòu)。1992年起，先后有Intel、HP、IBM、Apple、DEC、Compaq、NEC等著名的廠商加盟重新組建。（5）AGP(AcceleratedGraphicxsPort)加速圖形接口總線是一種專為提高視頻帶寬而設(shè)計(jì)的總線規(guī)范。（6）PCI-E(PCIExpress)總線是目前最新的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)。雖然是在PCI總線的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但它與并行體系的PCI沒有任何相似之處。它采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，依靠高頻率來獲得高性能，因此PCIExpress也一度被人們稱為“串行PCI”。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)總線與I/O接口卡的連接是用總線插座來實(shí)現(xiàn)的，即各I/O接口插件板連入系統(tǒng)時(shí)需要插入與系統(tǒng)總線連接的插槽。為使不同廠家生產(chǎn)的I/O接口板都可以連入系統(tǒng)后正常工作，就需要制定相應(yīng)的總線標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)總線通常為50~100根信號(hào)線，這些信號(hào)線可分為以下5個(gè)主要類型。（1）數(shù)據(jù)線：決定數(shù)據(jù)寬度。（2）地址線：決定直接選址范圍。（3）控制線：包括控制、時(shí)序和中斷線，決定總線功能和適應(yīng)性的好壞。（4）電源線和地線：決定電源的種類及地線的分布和用法。（5）備用線：留給廠家或用戶自己定義。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)2）ISA總線

ISA（IndustryStandardArchitecture）是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)IBM公司推出的16位標(biāo)準(zhǔn)總線，數(shù)據(jù)傳輸率為16MB/s，主要用于IBM-PC/XT、AT及其兼容機(jī)上。（1）ISA總線的起源。最早的PC總線是IBM公司于1981年推出的基于8位機(jī)PC/XT的總線，稱為PC總線。1984年IBM公司推出了16位微型計(jì)算機(jī)PC/AT，其總線稱為AT總線。然而IBM公司從未將AT總線規(guī)格公布于眾，這就給兼容設(shè)備生產(chǎn)商開發(fā)外設(shè)接口卡造成了很大的困難。為解決這個(gè)問題，Intel公司、IEEE和EISA集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)了以IBM/AT原裝機(jī)總線意義相近的ISA總線，即8/16位的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ISA,IndustryStandardArchitecture）總線。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)

（2）ISA總線的主要特點(diǎn)和性能指標(biāo)。8位ISA擴(kuò)展總線插槽由62個(gè)引腳組成，用于8位的插卡。8/16位的擴(kuò)展插槽除了具有一個(gè)8位62線的連接器外，還有一個(gè)附加的36線連接器，這種擴(kuò)展總線插槽既可支持8位的插卡，也可支持16位插卡。ISA總線的主要性能指標(biāo)如下。

①I/O地址空間為0100H~03FFH。

②24位地址線可直接尋址的內(nèi)存容量為16MB。

③總線寬度8/16位，最高時(shí)鐘頻率為8MHz，最大傳輸率為16MB/s。

④支持15級(jí)中斷。

⑤7個(gè)DMA通道。

⑥開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)CPU共享系統(tǒng)資源。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)3）PCI總線

PCI（外設(shè)互連，PeripheralComponentInterconnect）總線是1991年由Intel公司提出，并聯(lián)合其他多家公司共同推出的32/64位標(biāo)準(zhǔn)總線，是一種與CPU隔離的總線結(jié)構(gòu)，能與CPU同時(shí)工作。這種總線適應(yīng)性強(qiáng)、速度快，數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s，適用于Pentium以上的微型計(jì)算機(jī)。（1）PCI總線的主要性能和特點(diǎn)。PCI總線是一種不依附于某個(gè)處理器的局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的另一級(jí)總線，具體由一個(gè)橋接電路（習(xí)慣上稱為北橋芯片）實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號(hào)緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。PCI總線也支持總線主控技術(shù)，允許智能設(shè)備在需要時(shí)取得總線控制權(quán)，以加速數(shù)據(jù)傳送。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)

（2）PCI總線體系結(jié)構(gòu)。CPU總線和PCI總線由橋接電路（PCMC）相連。芯片中除了含有橋接電路外，還有Cache控制器和DRAM控制器等其他控制電路。PCI總線上可掛接高速設(shè)備，如圖形控制器、IDE設(shè)備或者SCSI設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)控制器等。PCI總線和ISA/EISA總線之間也通過橋接電路（習(xí)慣上稱為南橋芯片）相連，ISA/EISA上掛接系統(tǒng)的慢速設(shè)備，繼承原有的資源。PCI總線把ISA/EISA總線作為一種外部設(shè)備與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。此外，PCI總線還支持其他一些連接方式，如雙PCI總線方式、PCItoPCI方式、多處理器服務(wù)方式等。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)4）AGP總線（1）設(shè)計(jì)AGP總線的目的。AGP（加速圖形接口，AcceleratedGraphicxsPort）總線是一種專為提高視頻帶寬而設(shè)計(jì)的總線規(guī)范。AGP插槽可以插入符合該規(guī)范的AGP顯卡。其視頻信號(hào)的傳輸速率可以從PCI的133MB/s提高到266MB/s、533MB/s、1066MB/s或2133MB/s（選擇不同模式）。嚴(yán)格來說，AGP不能稱為總線，因?yàn)樗鼉H在AGP控制芯片和AGP顯卡之間提供了點(diǎn)到點(diǎn)的連接。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)5）PCIExpress總線

PCIExpress是新一代的總線接口，2002年由Intel公司聯(lián)合AMD、DELL、IBM等多家業(yè)界主導(dǎo)公司提出并完成。它采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接，比起PCI總線的共享并行架構(gòu)，每個(gè)設(shè)備都有自己的專用鏈接，不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率，達(dá)到PCI所不能提供的高帶寬。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)2.外設(shè)總線外部設(shè)備總線用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)主機(jī)和外部設(shè)備之間的連接，它與傳統(tǒng)外設(shè)接口有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)外設(shè)接口是專用的，通常只能連接某一特定類型的設(shè)備，而且大多數(shù)情況下只能連接一個(gè)設(shè)備；外部設(shè)備總線是通用的，可連接不同的外部設(shè)備，并且允許在一個(gè)總線上連接很多設(shè)備。常見的外部設(shè)備總線有USB（UniversalSerialBus）和IEEE1394（又稱FireWire）。限于篇幅，下面僅介紹USB總線的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)1）USB總線的特點(diǎn)

USB是由Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft和NEC等多家美國(guó)和日本公司共同開發(fā)的一種新的外設(shè)連接技術(shù)，其目的是為用戶提供一種獨(dú)立的主機(jī)系統(tǒng)，并在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中保持一致，具有可共享、可擴(kuò)充、使用方便等特性的串行總線。USB具有以下一些特點(diǎn)。（1）易使用，主要表現(xiàn)在以下方面。

①適合多種設(shè)備。②自動(dòng)配置，即插即用（PnP）。

③無須用戶設(shè)定。④節(jié)省硬件資源。

⑤易于連接。⑥可熱插拔。⑦不需另備電源。6.3.5常用系統(tǒng)總線和外設(shè)總線標(biāo)準(zhǔn)

（2）速度較快。一個(gè)全速USB1.1接口可以12Mb/s（即1.5MB/s）的速度進(jìn)行通信。實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率比這個(gè)數(shù)值要低一些，這是因?yàn)樗型庠O(shè)都公用總線，導(dǎo)致總線除傳輸數(shù)據(jù)外，還必須攜帶狀態(tài)、控制和錯(cuò)誤檢測(cè)信號(hào)。如果這還不夠快，USB2.0規(guī)范將允許以480