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第11章 总线技术 11.1 概述 11.2 ISA总线 11.3 EISA总线 11.4 其他总线 11.1 概述 所谓总线，就是在模块之间或者设备之间传送信息、相互通信的一组公用信号线的集合，是系统在主控设备的控制下，将发送设备发出的信息准确地传送给某个接收设备的信号载体或公共通路。 总线的特点在于其公用性，即它可以同时挂接多个模块或设备。总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设计的优劣会直接影响整个微机系统的性能、可靠性和可扩展性。由于总线公用性的特点，它的应用广泛，必须解决物理连接技术和信号连接技术。物理连接包括电缆选择与连接、用于缓冲的驱动器、接收器的选择与连接，还包括传输线的屏蔽、接地和抗干扰等技术。信号连接包括基本信号相互间的时序匹配和总线握手逻辑控制问题。 总线的特点还在于它的分时性。在同一时刻，总线上只能允许一对功能部件或设备进行信息交换。当有多个功能部件或设备都要使用总线进行信息传输时，只能采用分时使用总线的方式。系统中必须设置对总线的使用权进行仲裁管理的机构，包括总线判决和中断控制技术。 11.1.1 总线规范 (l)机械结构规范。 规定模块尺寸、总线的根数，总线插头、插座形状、引脚的排列等。 (2)功能结构规范。 确定引脚名称与功能，以及其相互作用的协议。功能结构规范是总线的核心，包括数据线、地址线、读写控制逻辑线、时钟线和电源线、地线以及总线主控仲裁、握手联络等。 (3)电气规范。 规定每一根线上的传送方向、信号逻辑电平、负载能力、动态转换时间等。不同的总线上代表逻辑信号的电平可能不同。对于距离不长的总线一般采用TTL兼容的电平。而对于距离较长的总线，为了信号传输时的衰减，并提高抗干扰的能力，常采用正负电平表示不同的逻辑信号，且可以用较高的电压。用户在扩展系统时，应考虑总线总的负载能力，以及现有的实际负载，然后确定是否允许扩展。 11.1.2 总线的分类 1.按总线所在位置分类 2.按信息传送形式分类 3.按传送信息的内容分类 1.按总线所在位置分类 1)片内总线 片内总线在集成电路芯片内部，用来连按各功能单元的信息通路，例如CPU芯片的内部，用于算术逻辑单元ALU与各种寄存器或其它功能单元之间的连接。 2)片总线 又称元件级总线或局部总线，它是用于各芯片之间连接的总线，是微机系统内的重要总线。接口芯片与CPU芯片连接时就涉及到这样的总线。它一般是CPU芯片引脚的延伸，往往需要增加锁存、驱动等电路，以提高CPU引脚的驱动能力。 3)内总线 又称为微型计算机总线或板总线，一般称为系统总线。它用于微机系统各插件板之间的连接，是微机系统的最重要的一种总线。 4)外总线 又称通信总线。它用于微机系统与系统之间，微机系统与外部设备之间的通信通道。这种总线数据传输方式可以是并行的(如打印机)或串行的。数据传输速率比片内总线低。 2.按信息传送形式分类 1)并行总线 在微机系统中，所传送的信息一般都是由多位二进制码表示的，传送这些信息时，可以让它的每一位固定占用一条线，即用多条线同时传送多位二进制码。 并行总线利用空间实现全部信息的一次传送，从而使系统的结构比较复杂，但换来了信息的快速传送。并行总线适用于各部件分布距离较近的计算机内部各部件连接中。 2)串行总线 它以多位二进制信息共用一条线进行传输的方式工作。让信息位按一定的次序排列，按时间先后依次通过总线。 这种总线形式具有结构简单的特点，因此，适用于所需连接的部件距离比较远的计算机系统中。 3.按传送信息的内容分类 1)地址总线 它们是微机用于传送地址的信号线，地址线的数目决定了寻址的范围。如8086CPU，地址总线为20根，可寻址1MB地址空间。 地址总线均为单向、三态总线，即信号只有一个传输方向，三态指可输出高电平、低电平外还可处于断开(高阻)状态。 2)数据总线 它们是传送数据和代码的总线，一般是双向、三态总线。 数据总线由8条、16条发展至32条、64条。它们是一组并行总线，即同时可传送8位、16位、32位或64位数据或代码。 3)控制总线 它们是用于传送控制信号的总线，用来实现命令、状态传送、中断、直接存储器传送的请求和控制，以及提供系统使用的时钟和复位信号等。 11.1.3 总线数据传输 在利用总线实现数据传送通信时，需要有一种控制一次通信起止的办法，以保证信息传输的正确与可靠，这就是总线通信协议应解决的问题。 对于只有一个总线主控设备的简单系统，对总线无须申请、分配和撤除。而对于多CPU或含有DMA的系统，就要有总线仲裁机构，来受理申请和分配总线控制权。 总线上的主、从模块通常采用的方式是用握手信号的电压变化来指明数据传送的开始和结束，用以下3种方式之一实现总线传输的控制。 1)同步方式 此方式用“系统时钟”作为控制数据传送