1、微型計(jì)算機(jī)總線微型計(jì)算機(jī)總線Unibus 總線總線1970年美國年美國 DEC公司在公司在其其PDP11/20小型計(jì)算機(jī)上小型計(jì)算機(jī)上采用采用 ?？偩€結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用總線結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)上都顯示出其優(yōu)越性。和維護(hù)上都顯示出其優(yōu)越性。采用總線結(jié)構(gòu)主要有以下優(yōu)點(diǎn)采用總線結(jié)構(gòu)主要有以下優(yōu)點(diǎn)： 便于采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡化了系便于采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；統(tǒng)設(shè)計(jì)； 標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個(gè)廠商的廣泛支持，標(biāo)準(zhǔn)總線可以得到多個(gè)廠商的廣泛支持，便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件；便于生產(chǎn)與之兼容的硬件板卡和軟件； 模塊結(jié)構(gòu)方式便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級；模塊結(jié)構(gòu)方式便于系統(tǒng)的擴(kuò)

2、充和升級； 便于故障診斷和維修，同時(shí)也降低了成本。便于故障診斷和維修，同時(shí)也降低了成本?？偩€基本概念：總線基本概念： 總線定義總線定義 總線上信息傳送規(guī)則總線上信息傳送規(guī)則 總線基本收發(fā)器件總線基本收發(fā)器件 總線分類總線分類 總線主要性能指標(biāo)總線主要性能指標(biāo) 總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 總線數(shù)據(jù)傳輸總線數(shù)據(jù)傳輸一一. 總線定義總線定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，模塊與模塊，設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，模塊與模塊，設(shè)備與設(shè)備之間傳輸交換信息的公共通道。與設(shè)備之間傳輸交換信息的公共通道。 二二. 總線上信息傳送規(guī)則總線上信息傳送規(guī)則l 同一時(shí)刻只能有一個(gè)信息源（模同一時(shí)刻只能有一個(gè)信息源（模塊或設(shè)備）發(fā)送信息塊或設(shè)備）

3、發(fā)送信息；l多模塊傳輸信息采用分時(shí)操作。多模塊傳輸信息采用分時(shí)操作。三三.總線基本收發(fā)器件總線基本收發(fā)器件 三態(tài)緩沖器三態(tài)緩沖器 鎖存器鎖存器發(fā)送設(shè)備通過三態(tài)緩沖器與總線連接；發(fā)送設(shè)備通過三態(tài)緩沖器與總線連接； 接收設(shè)備通過三態(tài)緩沖器（同步）接收設(shè)備通過三態(tài)緩沖器（同步） 或或 鎖存器（異步）接到總線。鎖存器（異步）接到總線。四四.總線分類總線分類按不同的范疇分類常用以下幾種：按不同的范疇分類常用以下幾種：1. 按信息傳輸性質(zhì)分按信息傳輸性質(zhì)分2. 按所處位置分按所處位置分1.按信息傳輸性質(zhì)分按信息傳輸性質(zhì)分 數(shù)據(jù)總線：雙向，有數(shù)據(jù)總線：雙向，有8根（字節(jié)），根（字節(jié)），16根根（字），（字）

4、，32根（雙字）；根（雙字）； 地址總線：單向，由地址總線：單向，由CPU發(fā)出，指定信發(fā)出，指定信息源或目的的地址。有息源或目的的地址。有20根（根（8086），），24根（根（80286），），32根（根（80386及以后的及以后的CPU）；）； 控制總線：單雙向都有，控制讀寫，數(shù)控制總線：單雙向都有，控制讀寫，數(shù)據(jù)傳輸，聯(lián)絡(luò)，總線判決和中斷控制等據(jù)傳輸，聯(lián)絡(luò)，總線判決和中斷控制等功能。功能。2.按所處位置分按所處位置分 片內(nèi)總線：芯片內(nèi)用于各功能單元連接；片內(nèi)總線：芯片內(nèi)用于各功能單元連接； 片總線：插件板內(nèi)用于各芯片連接；片總線：插件板內(nèi)用于各芯片連接； 系統(tǒng)總線：微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各功能插件板

5、連系統(tǒng)總線：微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各功能插件板連接；接； 外總線：微機(jī)系統(tǒng)間，微機(jī)系統(tǒng)與其他外總線：微機(jī)系統(tǒng)間，微機(jī)系統(tǒng)與其他儀器設(shè)備間的連接。儀器設(shè)備間的連接。五五.總線主要性能指標(biāo)總線主要性能指標(biāo) 總線頻率：總線工作時(shí)鐘頻率，單位總線頻率：總線工作時(shí)鐘頻率，單位 為為MHz； 總線位寬：總線數(shù)據(jù)線的根數(shù)，有總線位寬：總線數(shù)據(jù)線的根數(shù)，有8，16，32，64位之分；位之分； 總線帶寬：即總線傳輸率，單位為總線帶寬：即總線傳輸率，單位為MB/S。三者關(guān)系為三者關(guān)系為:總線帶寬總線帶寬= 總線位寬總線位寬總線頻率總線頻率 Mb/S總線帶寬總線帶寬=1/8 總線位寬總線位寬總線頻率總線頻率MB/S六六.總線標(biāo)

6、準(zhǔn)與規(guī)范總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 制定標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)：使與該總線連接制定標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)：使與該總線連接的各廠家的各種產(chǎn)品電路板都能正常使的各廠家的各種產(chǎn)品電路板都能正常使用，即在機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣及邏輯等方面用，即在機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣及邏輯等方面均達(dá)到統(tǒng)一。均達(dá)到統(tǒng)一。 制定標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)：一些國際級，國家制定標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)：一些國際級，國家級或相關(guān)行業(yè)協(xié)會及公認(rèn)的著名企業(yè)聯(lián)級或相關(guān)行業(yè)協(xié)會及公認(rèn)的著名企業(yè)聯(lián)合會合會?？偩€標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范內(nèi)容總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范內(nèi)容 機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定模板尺寸機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定模板尺寸、插頭插頭、連接器的形狀、連接器的形狀、尺寸等規(guī)格位置；尺寸等規(guī)格位置； 功能結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定每個(gè)引腳名稱功能結(jié)構(gòu)規(guī)范：

7、規(guī)定每個(gè)引腳名稱、功功能能、時(shí)序及適用協(xié)議；時(shí)序及適用協(xié)議； 電氣結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定信號的邏輯電平電氣結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定信號的邏輯電平、最大額定負(fù)載能力及電源電壓等。最大額定負(fù)載能力及電源電壓等。七七.總線數(shù)據(jù)傳輸總線數(shù)據(jù)傳輸總線數(shù)據(jù)傳輸有以下幾種方式：總線數(shù)據(jù)傳輸有以下幾種方式：1.同步傳輸同步傳輸2.異步傳輸異步傳輸3.半同步傳輸半同步傳輸4.分離式傳輸分離式傳輸同步傳輸：收發(fā)部件以系統(tǒng)時(shí)鐘作為同步傳輸：收發(fā)部件以系統(tǒng)時(shí)鐘作為控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間標(biāo)準(zhǔn)?？刂茢?shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。一次傳輸所需的時(shí)間是固定一次傳輸所需的時(shí)間是固定的，即傳輸傳輸周期固定。的，即傳輸傳輸周期固定。嚴(yán)格地按部就班地進(jìn)行讀寫嚴(yán)格地

8、按部就班地進(jìn)行讀寫操作，地址和數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時(shí)操作，地址和數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時(shí)刻是嚴(yán)格的。刻是嚴(yán)格的。異步傳輸：不依賴系統(tǒng)時(shí)鐘，采用異步傳輸：不依賴系統(tǒng)時(shí)鐘，采用應(yīng)答式傳輸技術(shù)。用請求應(yīng)答式傳輸技術(shù)。用請求（REQ）和應(yīng)答（）和應(yīng)答（ACK）協(xié)調(diào)傳輸過程，常用全互協(xié)調(diào)傳輸過程，常用全互鎖異步總線協(xié)定。鎖異步總線協(xié)定。全互鎖：完全用一問一答方式聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)，全互鎖：完全用一問一答方式聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)， 一方下一個(gè)動作必須在對方的指一方下一個(gè)動作必須在對方的指 示或應(yīng)答有效后才進(jìn)行。示或應(yīng)答有效后才進(jìn)行。發(fā)方數(shù)據(jù)有效時(shí)發(fā)方數(shù)據(jù)有效時(shí), ,使使READYREADY有效有效收方收到收方收到READYREADY有效才有效才開始

9、開始接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)收方取走數(shù)據(jù)后使收方取走數(shù)據(jù)后使ACKACK有效，表示數(shù)據(jù)已收到有效，表示數(shù)據(jù)已收到發(fā)方收到發(fā)方收到ACKACK有效，撤除數(shù)據(jù)線有效，撤除數(shù)據(jù)線, ,并使并使READY=0READY=0收方測到收方測到READY =0READY =0即通知發(fā)方開始新的周期即通知發(fā)方開始新的周期收方收使收方收使ACK=0ACK=0，即開始下一總線周期，即開始下一總線周期半同步傳輸：總體看是同步系統(tǒng)。傳半同步傳輸：總體看是同步系統(tǒng)。傳輸輸用系統(tǒng)時(shí)鐘同步，但對慢速用系統(tǒng)時(shí)鐘同步，但對慢速設(shè)備可延長傳輸數(shù)據(jù)的周期。設(shè)備可延長傳輸數(shù)據(jù)的周期。方法是采用增加一條信號線方法是采用增加一條信號線（WAIT

10、或或READY）控制是）控制是否增加（插入）等待周期來否增加（插入）等待周期來延長傳輸周期。延長傳輸周期。分離式傳輸：將一個(gè)讀周期分解成二分離式傳輸：將一個(gè)讀周期分解成二個(gè)分離子周期，提高總線個(gè)分離子周期，提高總線傳輸率。傳輸率。 第一子周期主模塊發(fā)完第一子周期主模塊發(fā)完地址，命令即釋放總線，地址，命令即釋放總線，使其他模塊能使用總線；使其他模塊能使用總線； 第二子周期地址選中的第二子周期地址選中的從模塊準(zhǔn)備就緒即啟動進(jìn)從模塊準(zhǔn)備就緒即啟動進(jìn)行同步高速信息傳輸。行同步高速信息傳輸。PC機(jī)中系統(tǒng)總線機(jī)中系統(tǒng)總線PC/XT總線總線 1981年IBM推出8位,適用于以 8088為CPU的PC/XT

11、PC機(jī)PC/AT總線總線 1984年IBM推出以80286為CPU 的16位PC機(jī)總線(未公布)ISA總線總線 同期,Intel、IEEE和EISA集團(tuán)聯(lián) 合開發(fā)出與AT總線相近的ISA工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線ISA總線主要性能：總線主要性能：lI/O空間0100H03FFH；l24位地址線，16MB尋址空間l8/16位數(shù)據(jù)線l62+36引腳l最大位寬16位l8MHz時(shí)鐘頻率l帶寬16MB/Sl具有中斷和DMA通道功能 IBM公司專為其PS/2系統(tǒng)開 發(fā)的32位微通道總線結(jié)構(gòu)。由于與老的PC機(jī)總線不完全兼容,并且執(zhí)行的是使用許可證制度，因此未能得到有效推廣。MCAMCA總線總線 1988年 comp

12、aq、AST、EPSON 等 推出32位微機(jī)總線的，結(jié)構(gòu)與ISA 總線兼容，與IBM的MCA總線抗衡。 Intel 為其推出一套配套芯片。EISA總線主要性能：總線主要性能：l開放結(jié)構(gòu)，與ISA總線兼容l32位地址線，4GB尋址能力l32位數(shù)據(jù)線l最大時(shí)鐘頻率8.3MHzl帶寬33MB/SEISAEISA總線總線VESA組織(1992年由IBM、Compaq等發(fā)起，有120多家公司參加,按Local Bus(局部總線)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的一種開放性總線。VESA總線總線一一. 概述概述 1991年下半年，Intel公司首先 提出了PCI的概念，并聯(lián)合IBM、compaq、AST、HP、DEC等100多家

13、公司成立了PCI集團(tuán)，其英文全稱為：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group(外圍部件互連專業(yè)組)，簡稱PCISIG。PCI總線總線二二. PCI總線主要性能：總線主要性能：l總線時(shí)鐘頻率：33.3MHz/66MHzl帶寬：時(shí)鐘頻率33.3MHz 位寬32位時(shí)為133MB/s， 位寬64位時(shí)為266MB/s 時(shí)鐘頻率66MHz 位寬32位時(shí) 為266MB/s， 位寬64位時(shí)為532MB/sl總線寬度：32位（5V）/64位（3.3V）l時(shí)鐘同步方式l獨(dú)立于處理品與CPU及時(shí)鐘頻率無關(guān)其它特點(diǎn)：其它特點(diǎn)：l支持突發(fā)式讀寫方式

14、，提供首地址即可順序讀寫數(shù)據(jù)。l支持并發(fā)操作，CPU和PCI可并行工作。PCI控制器能自動執(zhí)行數(shù)據(jù)緩沖到外設(shè)的傳輸，無須CPU干預(yù)。l支持總線主控技術(shù)。允許主控部件（智能設(shè)備或多處理器中任一處理器）取得總線控制權(quán)，加速數(shù)據(jù)傳輸。l具有自動配置功能，支持即插即用。l支持5V和3.3V擴(kuò)展卡，由插槽結(jié)構(gòu)保證。lPCI2.2版支持熱插拔。三三. PCI總線總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CPU總線和PCI總線由橋接電路（習(xí)慣上稱為北橋芯片）相連。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。PCI橋路：實(shí)現(xiàn)控制PCI總線的全部控制，PCI橋路與CPU接口引入先進(jìn)先出（FIFO）緩

15、沖器，使PCI上的部件與CPU并發(fā)工作。將PCI總線轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)總線 橋路內(nèi)含有橋路內(nèi)含有:8259中斷控制器8254定時(shí)/計(jì)數(shù)器8237 DMA控制器 等可編程電路標(biāo)準(zhǔn)總線橋路：標(biāo)準(zhǔn)總線橋路：橋路芯片組舉例：intel 815EP芯片組intel 815EP芯片組支持intel P3 CPU，不支持ISA總線。 有下列芯片：82815EPMCH82801BA 82815EPMCH：內(nèi)含SDRAM控制器、CPU總線接 口、AGP接口、時(shí)鐘和中心接 口（Hb interface）82801BA：內(nèi)含PCI接口、處理器接口、兩個(gè)8259中斷接口、IDE接口、USB控制器、中心接口（Hb interf

16、ace）、兩個(gè)8254定時(shí)/計(jì)數(shù)器、兩個(gè)8237 DMA控制器四四.PCI總線總線基本引腳和擴(kuò)展引腳基本引腳和擴(kuò)展引腳必備信號（左邊）49條可選信號（右邊）51條 包含電源、地、保留 引腳： 總引腳數(shù) 120條不含電源：PCI總線通過PCI插槽與I/O板卡連接PCI應(yīng)用系統(tǒng)：32位應(yīng)用系統(tǒng)用左邊的必備信號即 可（主設(shè)備49根，從設(shè)備47根）64位應(yīng)用系統(tǒng)接口信號為必備信號可選信號（共100根）PCI總線信號線注釋：32位數(shù)據(jù)線 4根C/BE3：0線指定4個(gè)字節(jié)64位數(shù)據(jù)線 C/BE7：4和C/BE3：08根 選擇線確定8個(gè)字節(jié)PCI總線數(shù)據(jù)傳輸控制基本上由三條線控制： FRAME#：由主設(shè)備驅(qū)

17、動，控制一次數(shù)據(jù)傳輸 周期的起始和結(jié)束。IRDY# ：由主設(shè)備驅(qū)動，低電平有效，高電平 允許插入等待周期。TRDY# ：由從設(shè)備驅(qū)動，低電平有效，高電平 允許插入等待周期。 PCI總線周期：總線周期：CLK時(shí)鐘同步控制時(shí)鐘同步控制1.主設(shè)備發(fā)出FRAME#有效信號，PCI總 線周期開始，每個(gè)周期由一個(gè)地址期多個(gè)數(shù)據(jù)期組成；2. PCI總線周期開始，首先是地址期，主控器送出地址線和總線命令（C/BE）；3.下一周期若IRDY# ，TRDY#有效，則 按C/BE字節(jié)讀/寫選中的字節(jié)數(shù)據(jù)；4.以后在CLK控制下逐個(gè)傳輸后續(xù)數(shù)據(jù)； 5.當(dāng)FRAME#高電平，IRDY#低電平則表示本數(shù)據(jù)傳輸周期最后一個(gè)

18、數(shù)據(jù)期。 即插即用功能的保障 資源：地址空間，中斷號和DMA 通道號 計(jì)算機(jī)對功能板卡的資源配置： 早期PC機(jī)：由用戶通過跳線或撥動 開關(guān)來設(shè)置 Pentium以上PC機(jī)：計(jì)算機(jī)自動配 置（Plug and Play）,降低了 對用戶的要求。五五. PCI配置空間配置空間PCI板卡即插即用原理：板卡即插即用原理：每一塊PnP板卡上都有一組稱為配置空間的寄存器。其中保存有對系統(tǒng)資源的需求參數(shù)。Windows9X系統(tǒng)啟動時(shí)，由BIOS引導(dǎo)程序讀出這些參數(shù)，經(jīng)對每塊板卡對資源的需求進(jìn)行綜合后，對整個(gè)系統(tǒng)資源進(jìn)行分配。 PCI配置空間：長度為配置空間：長度為256字節(jié)字節(jié)其內(nèi)容為：其內(nèi)容為：1.設(shè)備單元識別