微型计算机原理及接口技术课件作者林志贵第5章节PC总线.ppt

第 5 章 PC总线 本章主要内容 §5.1 概述 §5.2 总线的数据传输过程和控制方式 §5.3 PC总线 §5.4 ISA总线 §5.5 PCI总线 §5.6 通用串行总线USB §5.7 其他串行总线标准 §5.1.1 总线的概念及分类 总线是一类信号线的集合，是微型计算机系统的重要组成部分，是系统中传递各种信息的通道，也是微型计算机系统中各模块间的物理连接。 片总线：又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。 内总线：又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。 外总线：又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路。 1. 总线标准的内容 包括机械结构标准化、功能标准化以及电气标准化。 串行通信标准有RS-232、RS-422、RS485、USB、IEEE1394、IIC、SPI、CAN、Ethnet等。 1. 总线位宽 指总线一次可同时传输的数据位数，通常系统的数据总线的位数同CPU外部数据总线的位数相同。 3. 总线传输速率 又称为总线的带宽，是指每秒种总线所传输数据的字节总量，通常用MB/s作为数据传输速率的单位。 （1）请求总线使用权：执行一次数据传输，首先由需使用总线的主模块（一般是以CPU或DMA为中心的逻辑模块）提出请求，由总线仲裁机构根据某种算法对申请者的请求进行判别，确定下一个总线传输周期的使用权是否授给申请者。 总线仲裁解决了系统中各设备分时使用总线的技术问题 目的：当多模块同时使用总线时，由总线仲裁机构按照某种算法合理地分配多模块分时使用总线，确保在任意时间内只有一个模块控制总线输出信息，其余模块工作为高阻或接线状态，杜绝多模块因同时争用总线导致总线冲突。 1. 集中仲裁 方法：菊花链查询法和独立请求法 特点：结构简单、易扩充，缺点是实时性差，各设备请求使用总线的优先级别由各设备到仲裁器的距离确定，不能更改。若优先级别高的设备频繁请求使用总线时，优先级别低的设备将在较长时间内无法使用总线。另外，由于采用了串行结构，一旦某设备出现故障时，将导致后续设备无法使用总线。 总线数据传输方法主要解决掌握总线控制权的设备如何实现主/从模块数据的可靠传输。 方法：同步传输和异步传输。 2）异步传输 采用“应答”方式进行数据传输，总线所连接的设备可根据实际工作速度自动调整总线的数据传输速率。 异步传输没有统一的时钟信号，非互锁、半互锁和全互锁3种握手方式实现收/发双方数据传输的同步。 3）半同步传输 是总结同步和异步优点的混合传输方式，采用同步传输的主/从设备均已系统时钟作为标准，但为适应系统中速度各异的设备，又采用了异步传输的应答技术，使系统中的主设备或从设备在系统时钟的上升沿产生对方所需要的信号，或访问对方信号是否有效，使各种操作的时间可以变化，同时又解决了异步传输在工程中所存在对噪声敏感的问题。 IBM-PC及XT使用的总线称为PC总线。当时使用的CPU是Intel公司的准16位CPU 8088，但PC总线不是CPU引脚的延伸，而是通过了8282锁存器、8286发送接收器、8288总线控制器、8259中断控制器、8237 DMA控制器以及其他逻辑的重新驱动和组合控制而成，所以又称为I/O通道。它共有62条引线，全部引到系统板8个双列扩充槽插座上，每个插座相对应的引脚连在一起，再连到总线的相应信号线上。 ISA总线是IBM PC/AT机中使用的总线，它是16位总线。该总线同8位的 PC/XT总线保持了一致，即兼容性。 ISA逻辑芯片组包括7个DMA通道，15级中断，1个定时/计数器，以及总线缓冲器和扩展总线控制器。处理器、cache、内存之间的数据传输通过微处理器系统总线进行。实时时钟，8042MPU和BIOS直接和ISA连接。8086、8088的ISA总线一般包括8个8位XT插槽，6个16位AT/ISA扩展槽。 ISA总线扩展槽的插座是在原来 XT总线(62线)的基础上增加了一条短插座，该短插槽有36个引脚，并且与原 XT插槽在一条直线上，因此加上原来 XT总线的62线，一共有98个引脚。 PCI(Peripheral Component Interconnect，外围部件互联)由英特尔(Intel)公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到133MB/s(33MHz * 32bit/s)，后来又提出把PCI 总线的频率提升到66MHz，传输带宽能达到266MB/s。1993年又提出了64bit的PCI总线，称为PCI-X。 （1)支持