1、YCF正版可修改PPT（中職）計(jì)算機(jī)原理模塊六教學(xué)課件模塊6 總線技術(shù)任務(wù)1 總線的基本概念6.1.1 總線的作用、性能與參數(shù)6.1.2 總線的組成6.1.3 總線標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)2 總線信號的傳輸方式與分類6.2.1 信號傳輸方式6.2.2 總線分類6.2.3 總線的結(jié)構(gòu)下一頁模塊6 總線技術(shù) 6.2.4總線操作任務(wù)3 總線周期6.3.1總線周期和總線操作術(shù)語6.3.2單傳送周期6.3.3成組周期6.3.4中斷確認(rèn)周期6.3.5專用總線周期下一頁上一頁模塊6 總線技術(shù)任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng)6.4.1 ISA總線6.4.2 EISA總線任務(wù)5 PCI局部總線6.5.1 PCI總線扮演的角色6.5.2

2、 PCI局部總線的特性6.5.3 即插即用下一頁上一頁模塊6 總線技術(shù)6.5.4 PCI標(biāo)準(zhǔn)化6.5.5 ACP總線任務(wù)6 外部設(shè)備總線6.6.1 USB總線6.6.2 IEEE 1394總線上一頁任務(wù)1總線的基本概念總線是計(jì)算機(jī)各組成部件之間傳送數(shù)據(jù)信息的公共通路。利用總線可實(shí)現(xiàn)CPU與主存、外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送與通信。本模塊首先簡要介紹總線的基本概念、總線的組成與標(biāo)準(zhǔn)、總線信號傳送方式、總線分類，然后介紹總線的基本結(jié)構(gòu)與功能;最后，給出微型計(jì)算機(jī)中的常見總線，例如，ISA ,PCI ,AGP ,RS -23X/485 , SCSI ,IDE以及USB等。在微機(jī)系統(tǒng)中，總線分為片內(nèi)總線、片級總

3、線和系統(tǒng)總線。其中，片內(nèi)總線用以連接CPU內(nèi)部的各個(gè)部件，例如ALU、通用寄存器、內(nèi)部Cache等。片級總線用以連接CPU、存儲器及I/O接口等電路，構(gòu)成所謂的主機(jī)板;系統(tǒng)總線用來連接外部設(shè)備。這里主要介紹系統(tǒng)總線的概念、類型、性能與連接使用方法。下一頁返回任務(wù)1總線的基本概念6.1.1總線的作用、性能與參數(shù)1.總線的作用總線是連接計(jì)算機(jī)各組成部件的共用數(shù)據(jù)通路。連接在總線上的各個(gè)部件以分時(shí)的方式共享總線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。計(jì)算機(jī)工作的過程，實(shí)質(zhì)上就是數(shù)據(jù)流通過總線在各個(gè)部件之間流動的過程。因此，總線也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部分。目前，在微機(jī)系統(tǒng)中有多種總線標(biāo)準(zhǔn)。各生產(chǎn)廠商按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)各種

4、板卡組件，以便用戶連接使用，構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)可參見圖1-30總線的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是連接計(jì)算機(jī)的各組成部件，構(gòu)成不同規(guī)模的計(jì)算機(jī)系統(tǒng);二是在各組成部件之間形成通路，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的傳送。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念采用總線結(jié)構(gòu)也有利于硬件系統(tǒng)的連接與擴(kuò)展，有利于系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。因此，如今的計(jì)算機(jī)無一例外地采用了總線結(jié)構(gòu)。2.總線的特性與參數(shù)從使用的角度來看，總線的特性可概括為兩個(gè)方面，即分時(shí)性與共享性。其中，共享性是指總線為掛接在其上的多個(gè)部件所共有;分時(shí)性是指同一總線可由多個(gè)部件分時(shí)使用。但是在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)部件發(fā)送數(shù)據(jù)，可有多個(gè)部件接

5、收數(shù)據(jù)。總線的參數(shù)主要有帶寬、位寬和時(shí)鐘頻率。1)總線帶寬總線帶寬即總線傳送數(shù)據(jù)的速率，是指單位時(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量，常用單位有MBps和Mbps，與總線的位寬及時(shí)鐘頻率有著密切的關(guān)系。前者是指每秒傳送的二進(jìn)制字節(jié)數(shù)，后者是指每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念2)總線位寬總線的位寬是指總線能同時(shí)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與總線中數(shù)據(jù)線的位數(shù)一致，即人們常說的8位、16位、32位和64位等，直接影響總線的帶寬。3)時(shí)鐘頻率與計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送相同，總線數(shù)據(jù)也是在時(shí)鐘脈沖的控制下進(jìn)行傳送的。因此，時(shí)鐘頻率也是總線的一個(gè)重要參數(shù)，直接影響總線的帶寬。時(shí)鐘頻率越高，帶寬也就越高。

6、6.1.2總線的組成隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，系統(tǒng)總線已有多種，例如早期的ISA , EISA , VESA總線和現(xiàn)在用得比較多的有PCI , AGP等。另外，還有用于通信的RS-232C , SCSI , IDE及USB等。但是不管何種類型，都無一例外地包含3個(gè)部分，即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念1.數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線用來傳送數(shù)據(jù)，其位數(shù)亦稱為數(shù)據(jù)總線的寬度。它反映的是一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，例如ISA總線的數(shù)據(jù)寬度為16位，PCI總線的數(shù)據(jù)寬度為32位。也就是說，ISA總線一次可以傳送16位數(shù)據(jù)，PCI總線一次可以傳送32位數(shù)據(jù)。2.地址總線地址總線用來傳送存儲器或

7、外設(shè)端口地址。無論是存儲器還是外部設(shè)備，所有數(shù)據(jù)都按地址存儲。因此，在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，必須先傳送地址。其中，地址線的位數(shù)亦稱為地址寬度，它反映的是CPU的尋址范圍。例如，ISA總線的地址寬度為20位，尋址范圍為220 = 1MB;PCI總線的地址寬度為32位，尋址范圍為232= 4 GB。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念3.控制總線控制總線用于傳送各種控制信號。在不同的總線結(jié)構(gòu)中，控制總線往往有較大的差異。例如，種類不同，有效信號的定義可能不同，但是基本信號必不可少。例如，地址有效信號、讀命令、寫命令、中斷請求/響應(yīng)信號、總線請求/響應(yīng)信號等。除此之外，還有電源線和地線。為了適應(yīng)不同設(shè)備的需要

8、，電源線可能有多種，例如+5V, -5V, +12V, -12V、甚至24 V等。地線也有多條，一方面滿足接口電路板設(shè)計(jì)時(shí)對地線的需求，另一方面有利于提高信號傳送時(shí)的抗干擾能力。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念6.1.3總線標(biāo)準(zhǔn)1.總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)是指國際上公認(rèn)的有關(guān)總線的一些約定和互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定了總線連接中所使用的信號、信號線的數(shù)目、名稱、排列順序、電平標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)序信號以及插件的尺寸等。通過嚴(yán)格的電氣與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，各功能模板可以方便地互連。在微機(jī)系統(tǒng)中，總線分為片內(nèi)總線、片級總線和系統(tǒng)總線。目前，片內(nèi)總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未得到妥善的解決，主要原因是各廠商生產(chǎn)的LSI芯片沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。片級總線用于主

9、機(jī)板或插件上各芯片之間的連接，一般與CPU的外部信號線一致。而系統(tǒng)總線是各插件板或外部設(shè)備與主機(jī)板的連接線路，目前已有多種標(biāo)準(zhǔn)。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念總線標(biāo)準(zhǔn)定義的方式主要有兩種，一是國際組織定義，例如美國IEEE(電氣及電子工程師協(xié)會)推出的IEEE-488 ,EIA(電子工業(yè)協(xié)會)推出的RS-232C等。另一種是生產(chǎn)廠商獨(dú)家或多家聯(lián)合推出，然后得到社會的公認(rèn)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中所使用的總線，多屬于后者。例如，IBM公司推出的ISA總線、Intel公司推出的PCI總線等。2.標(biāo)準(zhǔn)化總線的意義在微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)，無論是在微型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)還是維護(hù)方面都

10、表現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)，概括起來有以下幾個(gè)方面。(1)有利于模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，每一種模塊都有自己的功能與用途，可由不同的專業(yè)人士去設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)試。但是，只要采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線接口，即可互連。因此，為計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試提供了極大的方便。同時(shí)，也降低了單一廠商設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。下一頁返回上一頁任務(wù)1總線的基本概念(2)采用標(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)，有利于多廠商聯(lián)合生產(chǎn)。這樣，一方面有利于兼容機(jī)、兼容插件的生產(chǎn);另一方面提高了不同廠商產(chǎn)品的通用性與互換性。(3)有利于系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級。在一般微機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)板上都備有多個(gè)總線插槽，供用戶升級或者擴(kuò)充時(shí)使用。(4)便于故障的診斷與維修。由于總線

11、信號采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此出現(xiàn)故障時(shí)容易檢測和定位。對于無法修復(fù)的模塊，也容易選用同功能、同標(biāo)準(zhǔn)的模塊予以更換。為故障的診斷與維護(hù)提供了方便，同時(shí)還可降低成本。返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類6.2.1信號傳偷方式在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，信號傳送的方式主要有兩種，即串行和并行。1.串行傳送串行傳送是指數(shù)據(jù)信號一位接著一位，在一條傳輸線上傳送。串行傳送時(shí)，一般低位在先，高位在后。1和。的確定，可用正邏輯表示，也可用負(fù)邏輯表示。所謂正邏輯表示是指高電平表示1，低電平表示。;負(fù)邏輯表示，正好相反。數(shù)據(jù)位的確定，由同步脈沖進(jìn)行，可采用內(nèi)同步或者外同步。串行傳送的主要優(yōu)點(diǎn)是需要的傳輸線少，成本低廉，適

12、合于遠(yuǎn)距離傳送;但是，傳送速率低。下一頁返回任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類2.并行傳送并行傳送是采用多條傳輸線，同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)。因此，傳輸速率比串行高。但是，所需傳輸線路多，成本高，常用于近距離傳送。數(shù)據(jù)線的寬度一般有8位、16位、32位、64位、128位等。在并行傳送時(shí)，若數(shù)據(jù)字長大于數(shù)據(jù)線的寬度時(shí)，常把多位數(shù)據(jù)分段傳送。例如，先傳送低字節(jié)，再傳送高字節(jié)。因此，這種傳送方式也稱為分組傳送。例如，8088 CPU內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)的并行運(yùn)算，而外部僅有8位數(shù)據(jù)線，因此16位的數(shù)據(jù)需分兩次傳送。因此有的書中，稱之為并串行傳送。另外，按照數(shù)據(jù)的組織與定時(shí)方式，總線數(shù)據(jù)傳送還可分為同步方式、異步方

13、式和半同步方式。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類6.2.2總線分類微型計(jì)算機(jī)從誕生以來就采用了總線結(jié)構(gòu)。CPU通過總線讀取指令，傳送數(shù)據(jù)，或者與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)。從不同的角度出發(fā)，總線可有不同的分類方式。在此，按總線的使用范圍與功能分為3種類型，即片內(nèi)總線、片級總線、系統(tǒng)總線。1.片內(nèi)總線片內(nèi)總線位于集成電路芯片的內(nèi)部，用來連接片內(nèi)的各功能部件，例如ALU、寄存器、片內(nèi)Cache、總線接口部件等，一般由芯片生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)，目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。2.片級總線片級總線是在主機(jī)板上連接各集成電路的總線，例如連接CPU、存儲器、I/O接口電路等。因此，也稱主機(jī)板局部總線。下一頁返回上一頁任務(wù)

14、2總線信號的傳輸方式與分類3.系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是主機(jī)板與外設(shè)接口板連接的總線。主機(jī)板通過系統(tǒng)總線與接口板連接，再通過接口板與外部設(shè)備連接，從而構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為了獲取不同的傳輸性能，或與不同的接口板連接，在一種微機(jī)主板上往往備有多種系統(tǒng)總線及其插槽。例如，ISA ,PCI以及AGP總線接口等。另外，為了滿足遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，在系統(tǒng)總線中又有另一類總線。它通過電纜線與外部設(shè)備連接，例如與磁盤連接的IDE,SCSI,USB總線等，用于串行通信的RS-232/485以及IEEE 1394總線等。在有的書中，稱其為通信總線。6.2.3總線的結(jié)構(gòu)微機(jī)總線按照應(yīng)用特點(diǎn)，其組成結(jié)構(gòu)有如下幾種形式。下一頁返

15、回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類1.單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)是將CPU、主存、I/O設(shè)備都掛在一組總線上，允許I/O之間、I/O與主存之間直接交換信息。這種結(jié)構(gòu)最明顯的特點(diǎn)是當(dāng)I/O與主存交換信息時(shí)，原則上不影響CPU的工作，CPU仍可繼續(xù)處理不訪問主存或I/O的操作，使得CPU工作效率有所提高。但因?yàn)橹挥幸唤M總線，當(dāng)某一時(shí)刻各部件都要占用時(shí)會出現(xiàn)爭奪總線使用權(quán)的現(xiàn)象。單總線結(jié)構(gòu)多數(shù)為微型機(jī)或小型機(jī)所采用。計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍越大，其外部設(shè)備的種類和數(shù)量就越多，且它們對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧亢蛡鬏斔俣鹊囊笠簿驮絹碓礁?。若仍然采用單總線結(jié)構(gòu)，當(dāng)I/O設(shè)備量很大時(shí)，總線發(fā)出的控制信號從一端逐個(gè)順序傳遞到第n個(gè)

16、設(shè)備，其傳播的延遲時(shí)間會嚴(yán)重地影響系統(tǒng)工作效率。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類在數(shù)據(jù)傳輸需求量和傳輸速度要求不太高的情況下，為克服總線瓶頸問題，可采用增加總線寬度和提高傳輸速率來解決。但當(dāng)總線上的設(shè)備如高速視頻顯示器、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口等，其數(shù)據(jù)量很大且傳輸速度要求相當(dāng)高時(shí)，單總線結(jié)構(gòu)就無法滿足系統(tǒng)的工作需要。因此，為了解決CPU、主存與I/ O設(shè)備之間傳輸速率的不匹配，實(shí)現(xiàn)CPU與其他設(shè)備相對同步的問題，需要采用雙總線或多總線結(jié)構(gòu)。2.雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將速度較低的I/O設(shè)備從單總線上分離出來，形成存儲總線與I/O總線分開的結(jié)構(gòu)。雙總線結(jié)構(gòu)中，存儲總線用來連接CPU和主存

17、，輸入/輸出總線用來建立CPU和各I/O之間交換信息的通道。各種I/O設(shè)備通過I/O接口掛到I/O總線上。該結(jié)構(gòu)在I/O設(shè)備與主存交換信息時(shí)仍然要占用CPU，因此，會影響CPU的工作效率。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類通道是一個(gè)具有特殊功能的處理器，CPU將一部分功能下放給通道，使其對I/O設(shè)備具有統(tǒng)一管理的功能，以完成外部設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，系統(tǒng)的吞吐能力可以相當(dāng)大。這種結(jié)構(gòu)大多用于大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如果將速率不同的I/O設(shè)備進(jìn)行分類，然后將它們連接在不同的通道上，那么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的利用率將會更高，由此發(fā)展成多總線結(jié)構(gòu)。3.多總線結(jié)構(gòu)如果微機(jī)系統(tǒng)中采用了DMA控制器可形

18、成三總線結(jié)構(gòu)，其中主存總線用于CPU與主存之間的信息傳輸;I/O總線供CPU與各類I/O設(shè)備之間的信息傳遞;DMA總線用于高速外設(shè)(如磁盤等)與主存之間直接交換信息。三總線結(jié)構(gòu)中，任一時(shí)刻只能使用一種總線。主存總線與DMA總線不能同時(shí)對主存進(jìn)下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類行存取，I/O總線只有在CPU執(zhí)行I/O指令時(shí)才用到。為進(jìn)一步提高I/O的性能，使其更快地響應(yīng)命令，又出現(xiàn)了四總線結(jié)構(gòu)。在處理器與高速緩沖存儲器(Cache)之間有一條局部總線，它將CPU與Cache或與更多的局部設(shè)備連接。Cache的控制機(jī)構(gòu)不僅將Cache連到局部總線上，而且還直接連到系統(tǒng)總線上，這樣Cac

19、he就可通過系統(tǒng)總線與主存?zhèn)鬏斝畔ⅰ６襂/O與主存之間的傳輸也不必通過CPU，還有一條擴(kuò)展總線將高速局域網(wǎng)、圖形工作站、小型計(jì)算機(jī)接口(SCSI )、調(diào)制解調(diào)器(modem)及串行接口等都連接起來，且通過這些接口又可與各類I/O設(shè)備相連，因此，它可以支持相當(dāng)多的I/O設(shè)備。與此同時(shí)，擴(kuò)展總線又通過擴(kuò)展總線接口與系統(tǒng)總線相連，由此便可實(shí)現(xiàn)這兩種總線之間的信息傳遞，可使系統(tǒng)的工作效率明顯提高。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類6.2.4總線操作1.總線的操作周期Pentium微處理器系統(tǒng)中的各種操作，包括從CPU把數(shù)據(jù)寫入存儲器、從存儲器把數(shù)據(jù)讀到CPU、從CPU把數(shù)據(jù)寫入輸出端口、

20、從輸出端口把數(shù)據(jù)讀到CPU,CPU中斷操作、直接存儲器存取操作、CPU內(nèi)部寄存器操作等，本質(zhì)上都是通過總線進(jìn)行的信息交換，統(tǒng)稱為總線操作。在同一時(shí)刻，總線上只能允許一對功能部件進(jìn)行信息交換。當(dāng)有多個(gè)功能部件都要使用總線進(jìn)行信息傳送時(shí)，只能采用分時(shí)方式，一個(gè)接一個(gè)地輪換交替使用總線，即將總線時(shí)間分成很多段，每段時(shí)間可以完成功能部件之間一次完整的信息交換，通常稱為一個(gè)數(shù)據(jù)傳送周期或一個(gè)總線操作周期?？梢姡瑸橥瓿梢粋€(gè)總線操作周期，一般要分成4個(gè)階段。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類1)總線請求和仲裁(Bus Request and Arbitration)階段由需要使用總線的主控設(shè)備向

21、總線仲裁機(jī)構(gòu)提出使用總線的請求，經(jīng)總線仲裁機(jī)構(gòu)仲裁確定把下一個(gè)傳送周期的總線使用權(quán)分配給哪一個(gè)請求源。2)尋址(Addressing)階段取得總線使用權(quán)的主控設(shè)備，通過地址總線發(fā)出本次要訪問的從屬設(shè)備的存儲器地址、I/O端口地址及有關(guān)命令，通過譯碼使參與本次傳送操作的從屬設(shè)備被選中，并啟動。3)數(shù)據(jù)傳送(DataTransferina)階段主控設(shè)備和從屬設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源功能部件發(fā)出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到目的功能部件。在進(jìn)行讀傳送操作時(shí)，源功能部件就是存儲器或輸入輸出接口，而目的功能部件則是總線主控設(shè)備CPU。在進(jìn)行寫傳送操作時(shí)，源功能部件就是總線主控設(shè)備，例如CPU，而目的功能部件則是存

22、儲器或輸入輸出接口。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類4)結(jié)束(Ending)階段主控設(shè)備、從屬設(shè)備的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線，以便其他功能部件能繼續(xù)使用。2.總線的操作控制為了確保上述4個(gè)階段正確進(jìn)行，必須施加總線操作控制。當(dāng)然，對于只有一個(gè)主控設(shè)備的單處理器系統(tǒng)，實(shí)際上不存在總線請求、分配和撤除問題，總線始終歸它所有，所以數(shù)據(jù)傳送周期只需要尋址和數(shù)據(jù)傳送兩個(gè)階段。但對于包含中斷控制器、DMA控制器和多處理器的系統(tǒng)，就要有總線仲裁機(jī)構(gòu)來受理申請和分配總線控制權(quán)?？偩€上的主控設(shè)備、從屬設(shè)備通常采用以下3種方式之一來實(shí)現(xiàn)對總線傳送的控制。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳

23、輸方式與分類1)同步傳送同步傳送時(shí)采用精確穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘，作為各功能部件動作的基準(zhǔn)時(shí)間。功能部件間通過總線完成一次數(shù)據(jù)傳送，即一個(gè)總線周期。時(shí)間是固定的，每次傳送一旦開始，主、從設(shè)備都必須嚴(yán)格按時(shí)間規(guī)定完成相應(yīng)的動作。同步傳送的特點(diǎn)是要求主控設(shè)備按嚴(yán)格的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出地址、產(chǎn)生命令，也要求從屬設(shè)備按嚴(yán)格時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)讀出數(shù)據(jù)或完成寫入動作。統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)就是系統(tǒng)時(shí)鐘。主、從設(shè)備之間的配合雖然簡單，但它對所有主、從設(shè)備都強(qiáng)求在同一時(shí)限完成操作，讓人感覺系統(tǒng)的組成缺少一些靈活性。2)異步傳送同步傳送要求總線上的各主、從設(shè)備操作速度要嚴(yán)格匹配，為了能用不同速度的設(shè)備組成系統(tǒng)，可采用異步傳送的辦法來控制數(shù)據(jù)的

24、傳送。異步傳送需設(shè)置一對信號交換( Handshaking)線，即請求和響應(yīng)信號線。下一頁返回上一頁任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類3)半同步傳送半同步傳送是綜合同步和異步傳送的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)出來的混合式傳送。半同步傳送保留了同步傳送的基本特點(diǎn)，即地址、命令和數(shù)據(jù)等信號的發(fā)出時(shí)間，都嚴(yán)格參照系統(tǒng)時(shí)鐘的某個(gè)前沿時(shí)刻，而當(dāng)對方接受判斷它時(shí)，又都采用在系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的后沿時(shí)刻來識別。也就是說，保證總線上的一切操作都被時(shí)鐘“同步”了。返回上一頁任務(wù)3總線周期6.3.1總線周期和總線操作術(shù)語為具體地說明總線周期，下面以Pentium微處理器為例予以說明。在描述Pentium微處理器總線功能時(shí)，又時(shí)常用到數(shù)據(jù)傳送

25、周期、總線周期和總線操作周期等術(shù)語。1.數(shù)據(jù)傳送周期所謂數(shù)據(jù)傳送周期，其實(shí)是一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的傳送問題，數(shù)據(jù)項(xiàng)寬度可達(dá)8個(gè)字節(jié)，隨著信號BRDY#被確認(rèn)，數(shù)據(jù)項(xiàng)被送回Pentium微處理器或者接收來自Pentium微處理器的數(shù)據(jù)項(xiàng)。2.總線周期總線周期是從Pentium微處理器驅(qū)動地址和狀態(tài)以及對地址選通信號ADS#給予確認(rèn)時(shí)開始，結(jié)束于最后一個(gè)成組傳送準(zhǔn)備就緒信號BRDY#返回。一個(gè)總線周期可以有1次或4次數(shù)據(jù)傳送操作。像成組傳送周期，也稱碎發(fā)傳送周期(Burst Cycle)就是有4次數(shù)據(jù)傳送的一種總線周期。下一頁返回任務(wù)3總線周期3.總線操作周期總線操作實(shí)際上是為實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)特殊功能操作的一系列的

26、總線周期，像鎖定的讀一修改一寫操作，或者是一次中斷確認(rèn)過程等就是典型的總線操作。Pentium微處理器約定所有的成組讀操作都是可以進(jìn)行高速緩沖操作的，而且所有的可高速緩沖操作的讀周期又都是成組的。既沒有不可高速緩沖操作的讀操作，也沒有非成組操作的高速緩沖讀操作。6.3.2單傳送周期Pentium微處理器支持多種不同類型的總線周期。其中最簡單的一種總線周期就是單次傳送的不可高速緩沖的64位傳送周期。這類總線周期可以帶有等待狀態(tài)，也可以不帶等待狀態(tài)。非流水線的讀操作和寫操作周期都是等待狀態(tài)周期。下一頁返回上一頁任務(wù)3總線周期6.3.3成組周期對于多個(gè)數(shù)據(jù)傳送的總線周期來說(像可以進(jìn)行高速緩沖的周期

27、以及寫回周期等)，Pentium微處理器采用的是一種成組數(shù)據(jù)傳送方式。在成組傳送這種操作方式下，Pentium微處理器在連續(xù)的幾個(gè)時(shí)鐘內(nèi)既可以采集新的數(shù)據(jù)項(xiàng)，也可以驅(qū)動新的數(shù)據(jù)項(xiàng)。1.成組讀周期(Burst Read Cycle )在啟動任何一次讀操作時(shí)，Pentium微處理器均為所需的數(shù)據(jù)項(xiàng)提供地址信號和字節(jié)允許信號。當(dāng)該周期被轉(zhuǎn)換成一次Cache行填充操作時(shí)，就把第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)送回與Pentium微處理器發(fā)出的地址相對應(yīng)的Cache單元內(nèi)，而且對字節(jié)允許信號采取不予理睬的態(tài)度，但要求有效數(shù)據(jù)必須送回到全部64條數(shù)據(jù)線上。除此之外，成組序列中后續(xù)傳送地址要由外部硬件計(jì)算出來。因?yàn)槊看蝹魉蜁r(shí)，地

28、址以及字節(jié)允許信號是不能重復(fù)驅(qū)動的。下一頁返回上一頁任務(wù)3總線周期2.成組寫周期(Burst Write Cycle)在寫周期期間，若信號CACHE#引腳為活動狀態(tài)(為低電平)，則表明該周期是一個(gè)成組寫回周期，成組寫回周期總是數(shù)據(jù)C ache內(nèi)已修改C ache行的寫回操作，寫回周期又有多種情況，此處不再贅述。6.3.4中斷確認(rèn)周期Pentium微處理器產(chǎn)生的中斷確認(rèn)周期是為了響應(yīng)由中斷請求輸入引腳INTR產(chǎn)生的可屏蔽中斷請求。中斷確認(rèn)周期是周期類型引腳產(chǎn)生的一種獨(dú)特的周期類型。6.3.5專用總線周期Pentium微處理器配備了6種專用總線周期，用來指示某些指令已被執(zhí)行，或者說某些必要的執(zhí)行條

29、件已經(jīng)成熟。下一頁返回上一頁任務(wù)3總線周期在專用周期期間，數(shù)據(jù)總線是未被界定的，而地址線A31A3則被驅(qū)動成0，通過返回成組傳送準(zhǔn)備就緒信號BRDY#，外部硬件必須確認(rèn)所有的專用總線周期。專用總線周期也可能由于下列原因而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。(1)當(dāng)Pentium微處理器試圖調(diào)用雙重故障處理程序時(shí)，又出現(xiàn)了另一個(gè)異常事故。(2)檢測到一個(gè)內(nèi)部奇偶校驗(yàn)錯(cuò)。返回上一頁任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng)在介紹PCI之前，有必要對EISA系統(tǒng)給予簡單的介紹，以便與下面的PCI知識相呼應(yīng)。6.4.1 ISA總線這是一種在與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)兼容計(jì)算機(jī)上廣泛使用的一種總線。ISA總線于1997年被IEEE定義為8位的標(biāo)準(zhǔn)總線。隨

30、著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過多年的演變，ISA也從8位的標(biāo)準(zhǔn)總線變成了被廣泛應(yīng)用的16位的標(biāo)準(zhǔn)總線，以后又發(fā)展成了經(jīng)擴(kuò)展的犯位的標(biāo)準(zhǔn)總線EISA。就EISA系統(tǒng)而言，它所涉及的ISA總線實(shí)際上是EISA總線的一個(gè)子集。EISA總線現(xiàn)在雖然已經(jīng)不再被人使用，但從中可以看出總線的演變和技術(shù)的發(fā)展。下一頁返回任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng)ISA總線是一種生命力很強(qiáng)的總線，從16位的微機(jī)系統(tǒng)時(shí)代就被廣泛使用，直到在Pentium到Pentium 4系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛使用的PCI總線上還為它留有一席之地。這是因?yàn)镮SA總線還是有些特點(diǎn)的，如下所述。(1) ISA總線既支持8位的數(shù)據(jù)傳輸操作，也支持16位的數(shù)據(jù)傳輸操

31、作。(2)數(shù)據(jù)的傳輸率雖僅為8MB/S，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，已屬較快。(3)其I/O能力在當(dāng)時(shí)還是比較強(qiáng)的，可以提供7級DMA通道、有8個(gè)設(shè)備的負(fù)載能力、15級硬件中斷和1KB的I/O地址空間等。(4)地址線、數(shù)據(jù)線使用比較方便。(5)是一種可以允許有多個(gè)主控設(shè)備的總線。下一頁返回上一頁任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng)6.4.2 EISA總線EISA ( Extended Industry Standard Architecture)總線即擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線。它是在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)ISA總線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種高性能32位結(jié)構(gòu)的總線，是在1991年，由COMPAQ公司聯(lián)合了9家計(jì)算機(jī)公司聯(lián)合推出的一

32、種新的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)。這種總線不僅具有微通道MCA的功能，而且與ISA結(jié)構(gòu)完全兼容。第一代犯位微處理器80386對于把ISA總線擴(kuò)展成32位總線表示了極大的興趣。EISA總線所表現(xiàn)出的良好性能以及32位的結(jié)構(gòu)能使80386,80486這類32位微處理器完全展示出整體系統(tǒng)的高性能。下一頁返回上一頁任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng)為使EISA總線能滿足人們對既能與ISA總線兼容又能展示犯位高性能總線風(fēng)采的要求，EISA設(shè)計(jì)人員規(guī)定下了EISA各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，使得這種開放性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)既擁有兼容性又得以廣泛使用。EISA總線不僅在性能上較之于ISA總線得到了增強(qiáng)，且給用戶帶來了極大方便。EISA總線在對存儲器進(jìn)行

33、存取操作以及在將數(shù)據(jù)傳送給CPU時(shí)，執(zhí)行的完全是32位操作。EISA總線可以讓DMA以及總線主控設(shè)備在33 MB/S的傳送速率下傳送數(shù)據(jù)。EISA總線為插入卡的自動配置提供了技術(shù)保障體系，為此在EISA卡上就去掉了跨接線(跳線)和轉(zhuǎn)換開關(guān)。EISA總線的各種中斷都是可共享的，且可以進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。隨著EISA總線中一種新總線仲裁機(jī)構(gòu)的引入，為新一代的智能總線提供了技術(shù)上的支持。智能總線主控設(shè)備插入卡的使用，給PC在高等級應(yīng)用領(lǐng)域帶來了無限生機(jī)。下一頁返回上一頁任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng)由于EISA系統(tǒng)與ISA總線的8位和16位的擴(kuò)展板以及軟件百分之百地兼容，所以在EISA插件槽上可以插入多個(gè)ISA

34、插件卡。在配置期間可以充分利用EISA的兩用性，把EISA插槽當(dāng)成ISA定義。EISA的接插件是ISA接插件的超集，但與ISA擴(kuò)展卡以及軟件保持著全兼容。由于EISA內(nèi)擁有自動配置系統(tǒng)和配置了擴(kuò)展板，在EISA系統(tǒng)中可同時(shí)使用EISA和ISA插入板。返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線像Pentium微處理器這樣的高性能微處理器配備的應(yīng)是高性能的高帶寬的總線，以便能充分利用Pentium微處理器的全部資源。Intel公司提出來要用PCI局部總線技術(shù)特性作為與Pentium微處理器等高性能微處理器連接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)PCI局部總線標(biāo)準(zhǔn)是由Intel ,IBM等大公司聯(lián)合制定的一種局部總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI

35、為Peripheral Component Interconnect的縮寫，即外圍部件相互連接。PCI總線是高帶寬、獨(dú)立于微處理器的總線。它能夠作為中間層或外圍設(shè)備的總線。與其他的總線規(guī)范相比，PCI為例如圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口控制器、磁盤控制器等高速I/O子系統(tǒng)提供了更好的展示其性能的平臺。下一頁返回任務(wù)5 PCI局部總線當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)允許使用多達(dá)64條數(shù)據(jù)線。從理論上講，它的速率可達(dá)到264 MB/G或2.112 Gb/S。然而，PCI的誘人之處不僅僅在于它的高速度，PCI是專門為滿足現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的I/O要求而設(shè)計(jì)的較經(jīng)濟(jì)的總線。它只需要很少的芯片，而且它還支持把其他的總線連到PCI總線上。

36、Intel的初衷是為Pentium系統(tǒng)才開發(fā)的PCI總線，結(jié)果PCI被廣泛地采用，越來越多地應(yīng)用到個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站以及服務(wù)器系統(tǒng)中;而且得到了許多微處理器和外圍設(shè)備生產(chǎn)商的支持。不同廠家的PCI產(chǎn)品是相互兼容的。PCI廣泛地支持基于微處理器的配置，包括單處理器和多處理器的系統(tǒng)。它提供了一組通用的功能，并采用了同步時(shí)序以及集中式仲裁機(jī)制。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線PCI總線支持33 MHz的時(shí)鐘頻率，其數(shù)據(jù)寬度為32位，可擴(kuò)展至64位。其數(shù)據(jù)傳送速率可高達(dá)132264 MBps。這就為計(jì)算機(jī)圖形顯示所需的大批量的數(shù)據(jù)傳送和高性能的磁盤輸入輸出提供了硬件技術(shù)支持。PCI總線開放性好，

37、具有廣泛的兼容性，是一種低成本、高效益、能與ISA總線兼容的一種有前途的局部總線。在PCI局部總線內(nèi)包括有如下幾個(gè)重要特征:成組數(shù)據(jù)傳送方式、觸發(fā)級中斷、總線主控方式、自動配置和高的總線帶寬。更主要的是，PCI總線在Pentium微處理器和其他總線之間架起了一座橋梁，它可以讓任何一種基于ISA ,EISA或微通道的添加卡插到PCI總線上使用。下面會將PCI局部總線的特征一一列出。圖6-1是現(xiàn)行主板上的PCI總線實(shí)物圖片。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線6.5.1 PCI總線扮演的南色PCI總線在最新的Pentiutn4系統(tǒng)中，扮演一個(gè)非常重要的不可或缺的角色。目前幾乎在所有以Pentiu

38、m微處理器為平臺的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中均采用PCI總線。盡管在有些較新的系統(tǒng)中還在部分使用ISA總線，那也僅僅是作為早期8位和16位接口卡上的一個(gè)接口而已。PCI總線不僅具有即插即用的特性，且能夠在64位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行操作。一個(gè)PCI總線接口配備有一系列的寄存器，而且在PCI接口上還有一個(gè)容量較小的存儲器部件，其內(nèi)保存著有關(guān)主板的信息。這一存儲器可以為ISA總線或任何其他總線提供即插即用特性。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線在這一系列的寄存器中所保存的那些信息足可以使計(jì)算機(jī)能自動對PCI卡實(shí)施配置。也許正是由于即插即用的特性，而使PCI總線在最新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中變得非常流行。圖6-2給出了Pe

39、ntium微處理器系統(tǒng)與PCI總線系統(tǒng)一起構(gòu)成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從圖6-2可以看出，Pentium微處理器的總線是單獨(dú)的，是獨(dú)立于PCI總線的。微處理器通過稱為PCI橋的集成電路與PCI總線相連。這意味著只要系統(tǒng)設(shè)計(jì)了PCI控制器或PCI橋，就可以將任何微處理器接到PCI總線上。將來，也許所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都會使用同一種總線?，F(xiàn)在，像蘋果計(jì)算機(jī)也使用PCI總線。IBM和蘋果公司也推出了使用 PCI總線的PowerPC微機(jī)。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線6.5.2 PCI局部總線的特性PCI局部總線具有如下的特性。(1)它擁有的最高操作時(shí)鐘速度為33 MHz。(2)它擁有32位和6

40、4位兩種數(shù)據(jù)通道。(3)它支持由Pentium微處理器通常采用的2-1-1-1形式的成組數(shù)據(jù)傳送方式。(4)它支持總線主控方式，準(zhǔn)許多處理機(jī)系統(tǒng)中的任何一個(gè)微處理器都可以成為總線主控設(shè)備，對總線操作進(jìn)行控制。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線(5)它還與ISA ,EISA、微通道等多種總線兼容。PCI總線在Pentium微處理器與其他總線間架起了一座橋梁，它也支持像ISA , EISA以及微通道等低速總線操作，如圖6-3所示?！皹蛄骸眱?nèi)的緩沖器是為微處理器寫入數(shù)據(jù)用的，所以準(zhǔn)許微處理器先將數(shù)據(jù)寫到緩沖器內(nèi)，然后再去處理自己的事務(wù)。而低速的總線ISA , EISA、微通道等則是放下正在處理的

41、任務(wù)再到“橋梁”緩沖器去取信息。(6)也可以把PCI局部總線看作是一個(gè)獨(dú)立的處理器，它可以與任何一種微處理器一起使用，并不局限于80 x86。正是基于這種原因，許多大的計(jì)算機(jī)公司都宣布支持PCI總線。這樣就確保了80 x86系列機(jī)在更新?lián)Q代時(shí)，也不會把PCI局部總線拋棄。(7)它支持5 V和3. 3 V兩種擴(kuò)充插件卡。可以從5 V向3. 3 V進(jìn)行平滑的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。PCI總線上裝有一個(gè)很小的斷路鍵，使用戶在插卡時(shí)不會導(dǎo)致在系統(tǒng)主板上有不同的電壓電源。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線(8)它還提供了自動配置能力，用戶可以安裝一個(gè)新的添加卡，且不用設(shè)置DIP開關(guān)、跳線(跨接線)和選擇中斷。配置

42、軟件會自動選擇未被使用的地址和中斷，以解決可能出現(xiàn)的沖突問題。(9)PCI總線的引腳，在信號的安排順序上也是用心良苦，它在每兩個(gè)信號之間都安排了一個(gè)地線，以減少信號間的相互干擾以及音頻信號的散射問題。(10)PCI總線實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)級的中斷，這種中斷可支持中斷共享。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線(11)PCI總線能支持高達(dá)10個(gè)外圍設(shè)備，而且其中的某些外圍設(shè)備必須嵌入到系統(tǒng)主板上。當(dāng)插入擴(kuò)展槽內(nèi)卡的數(shù)量最大時(shí)，PCI總線工作頻率在33 MHz上下變化，這要取決于工作電壓是5 V還是3. 3 V。當(dāng)插入擴(kuò)展槽內(nèi)的卡的數(shù)量超過5個(gè)時(shí)，其操作時(shí)鐘頻率會低于33MHz。這樣就極大地改善了小觸點(diǎn)接插

43、件的使用，使得PCI總線成為一種高時(shí)鐘頻率總線。6.5.3即插即用PCI局部總線配備有自動配置特性，同時(shí)其內(nèi)也配備有一個(gè)ISA總線插件槽，但I(xiàn)SA總線并不支持自動配置方案。對廣大用戶和網(wǎng)絡(luò)管理人員來說，缺少了自動配置方案，可以說是一大憾事。針對這一情況，Microsoft公司和Intel公司聯(lián)手在ISA總線上配備了自動配置方案。這一配置方案就是通常所說的即插即用(Plug and Play)。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線由于EISA總線和微通道已經(jīng)配備了即插即用這一特征，所以只有在ISA插件卡和BIOS也配備上了自動配置方案(即插即用)之后，PCI局部總線的自動配置方案才可能得以全面

44、實(shí)現(xiàn)，即插即用在以下3個(gè)方面表現(xiàn)得十分搶眼。(1)裝備的即插即用特征既不是給主板上的BIOS，也不是給添加卡，而是裝備給PCI局部總線的。(2)若主板BIOS支持即插即用，而擴(kuò)展卡不支持即插即用，則在這種情況下，安裝軟件會自動分配輸入輸出地址、中斷請求IRQs以及DMA通道等。(3)若主板BIOS和擴(kuò)展卡都支持即插即用，那么在這種情況下系統(tǒng)會自動配置部件，比如對輸入輸出地址的分配、中斷請求IRQ以及DMA通道等進(jìn)行自動配置，不需用戶進(jìn)行干預(yù)。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線6.5.4 PCI標(biāo)準(zhǔn)化圖6-4展示了PCI總線的引腳信號線。仔細(xì)觀察如圖6-4所示的引腳信號線后可以發(fā)現(xiàn)，僅有很少

45、幾個(gè)PCI信號與80 x86微處理器的信號相匹配。究其原因，是因?yàn)镻CI總線是一種位于微處理器與外部總線之間的一種夾層總線。這就意味著PCI總線的控制器位于CPU和外部總線之間。也就是說，任何一種CPU都可以使用PCI總線。對總線連線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以使CPU總線免受各種約束。PCI總線已經(jīng)成功解決了由于總線獨(dú)立于微處理器而帶來的一系列技術(shù)問題。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線值得注意的另一個(gè)問題是，PCI總線上的地址和數(shù)據(jù)的多路傳送問題(因?yàn)榈刂穫魉秃蛿?shù)據(jù)的傳送使用的是同一批引腳)。在第一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)提供地址信號，而在第二個(gè)時(shí)鐘周期提供的則是數(shù)據(jù)信息。所以，PCI總線在非成組方式下，

46、其總線周期為2個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)間，而對于成組傳送方式來說，第一個(gè)時(shí)鐘周期提供的是地址信息，而在后續(xù)的每一個(gè)時(shí)鐘周期都能提供一個(gè)數(shù)據(jù)字(32位)。另一個(gè)值得注意的問題是，PCI總線64位的擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線。PCI總線既可以進(jìn)行32位數(shù)據(jù)傳送，也可以進(jìn)行64位的數(shù)據(jù)傳送。PCI總線在對地線的處理上也是煞費(fèi)心機(jī)，它在每3個(gè)引腳之間就安排了一個(gè)接地點(diǎn)Vcc。這樣處理有效地減少了雜音串?dāng)n問題，且能使總線在33 MHz的時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線6.5.5 AGP總線1. AGP總線的特點(diǎn)圖形加速接口(Accelerated Graphics Port, AGP)總線是以66 MHz

47、PCI Revision 2. 1規(guī)范為基礎(chǔ)，由Intel公司開發(fā)的高速圖形接口局部總線標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫面的顯示。AGP總線是對PCI總線的擴(kuò)展和增強(qiáng)，但AGP接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。采用AGP接口允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲器，而無需先預(yù)取至視頻存儲器中，避免了經(jīng)過PCI總線而造成的系統(tǒng)瓶頸，增加了3D圖形數(shù)據(jù)的傳輸速度，而且系統(tǒng)主存可以與視頻芯片共享。目前，由于3D計(jì)算變得越來越重要，因此，新型主板大多數(shù)都已經(jīng)加入了對AGP的支持。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線AGP總線的主要特點(diǎn)如下。(1)具有雙重驅(qū)動技術(shù)，允許在一個(gè)總線周期

48、內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。(2)在總線上可實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用，把犯位的數(shù)據(jù)總線給圖形加速器使用。(3)通過內(nèi)存請求流水線技術(shù)對各種內(nèi)存請求進(jìn)行排隊(duì)來減少延遲，一個(gè)典型的排隊(duì)可處理12個(gè)以上的請求，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?4)把圖形接口繞行到AGP通道上，解決了PCI帶寬問題，使PCI有更多的能力負(fù)責(zé)其他數(shù)據(jù)傳輸。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線1996年7月AGP 1. 0圖形標(biāo)準(zhǔn)問世，推出AGP 1 X和AGP 2X兩種模式，工作頻率為66MHz，是PCI的2倍，而數(shù)據(jù)傳輸帶寬分別達(dá)到266 Mb/s和533 Mb/s，分別約是PCI 133 Mb/s的2倍和4倍。但由于顯示芯片的迅速發(fā)

49、展，圖形卡單位時(shí)間內(nèi)所能處理的數(shù)據(jù)呈幾何級數(shù)成倍增長，AGP 1. 0圖形標(biāo)準(zhǔn)越來越難以滿足技術(shù)的進(jìn)步，由此AGP 2. 0便應(yīng)運(yùn)而生。1998年5月，AGP 2. 0規(guī)范正式發(fā)布，工作頻率依然是66 MHz，但工作電壓降低到了1. 5 V，這就是目前主流AGP 4X模式，其數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到1.066 Gb/s，數(shù)據(jù)傳輸能力大大增強(qiáng)。在此以后，推出一個(gè)AGP 4X加強(qiáng)版AGP Pro，它與AGP 2. 0同時(shí)推出，這是為了滿足顯示設(shè)備功耗日益增大的現(xiàn)實(shí)而研發(fā)的圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用該技術(shù)的圖形接口主要特點(diǎn)是比AGP 4X略長一些，其加長部分可容納更多的電源引腳，使得這種接口可驅(qū)動功耗更大或處理能力

50、更強(qiáng)大的AGP顯卡。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線這種標(biāo)準(zhǔn)專為高端圖形工作站設(shè)計(jì)，完全兼容AGP 4X規(guī)范，這使得AGP 4X的顯卡也可插在這種插槽中正常使用。2. AGP 8X簡介目前最新的AGP 8X圖形接口標(biāo)準(zhǔn)由Intel公司2000年8月推出。AGP 8X作為新一代AGP并行接口總線，在數(shù)據(jù)傳輸頻寬上也是犯位，但總線頻率達(dá)了533 MHz，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)到2. 1 Gb/s，是原來AGP 4X的2倍。它的出現(xiàn)正好適應(yīng)了現(xiàn)今CPU和GPU(圖形工作站)的飛速發(fā)展。因?yàn)锳GP 8X采取了一些新技術(shù)，所以它不能與前面版本的AGP接口板卡兼容，只能兼容到AGP 4X標(biāo)準(zhǔn)。這些新特性主要

51、表現(xiàn)在其工作電壓上，AGP 8X的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓只有0. 8 V，它只能向下兼容到1. 5 V標(biāo)準(zhǔn)，即在1. 5 V的電壓下可正常運(yùn)行，但在3. 3 V的電壓下是無法工作的。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線在兼容性的另一方面是AGP 8X的顯卡能用在老主板上。由AGP 8X標(biāo)準(zhǔn)可知，在原來主板支持1. 5 V電壓的情況下，AGP 8X的顯卡完全可以在這些老主板上正常運(yùn)行，不過AGP8 X的高數(shù)據(jù)帶寬就用不上了。AGP 8X的主要特性體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面。(1)減少操作延時(shí)。在PCI總線時(shí)代，大的數(shù)據(jù)在通過PCI接口時(shí)由于帶寬不夠而經(jīng)常會出現(xiàn)處理延時(shí)現(xiàn)象。進(jìn)入AGP時(shí)代后，由于處理數(shù)據(jù)量的急劇

52、增長，這種現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。但在AGP 8X標(biāo)準(zhǔn)中針對上述問題專門做了優(yōu)化處理，加入了數(shù)據(jù)同步傳輸設(shè)計(jì)。加入這一功能后，在處理大的數(shù)據(jù)時(shí)就可邊處理邊預(yù)先讀取，從而有效減少了數(shù)據(jù)塞車現(xiàn)象，使系統(tǒng)的性能得以全面地發(fā)揮，而不會在數(shù)據(jù)讀取上浪費(fèi)太多的資源。下一頁返回上一頁任務(wù)5 PCI局部總線(2)支持多接口。AGP采用點(diǎn)對點(diǎn)接口設(shè)計(jì)，這也是主板上只有一個(gè)AGP插槽的原因。AGP 8X推出后，這種局面得以改變，因?yàn)锳GP 8X中加入了一種新的設(shè)計(jì)輸出端數(shù)橋接(fan-out bridge)技術(shù)，所以它使系統(tǒng)中安裝多個(gè)AGP 8X設(shè)備成為可能。每個(gè)AGP 8X端口配置一個(gè)橋接模塊，這些模塊通過邏輯主PCI

53、總線并且通過統(tǒng)一出口同芯片組中的控制模塊通信，每個(gè)模塊可通過次級PCI總線(AGP 8X總線)鏈接至少兩個(gè)AGP 8X設(shè)備，不過兩個(gè)AGP 8X設(shè)備之間無法進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。雖然前面介紹到PCI Express將最終取代AGP標(biāo)準(zhǔn)，但是從目前的應(yīng)用情況來看，這還是一個(gè)較長的過程，且AGP的下一代標(biāo)準(zhǔn)AGP 16X已在研制過程中，并且已取得實(shí)驗(yàn)成功。目前幾種PCI , AGP標(biāo)準(zhǔn)主要參數(shù)的比較如表6-1所示。返回上一頁任務(wù)6外部設(shè)備總線6.6.1 USB總線1.US日總線的特點(diǎn)USB ( Universal Serial Bus，通用串行總線)是一種支持即插即用的新型串行接口。USB比標(biāo)準(zhǔn)串行接口

54、快得多，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)412 Mbit/s。 USB除了具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率外，還可以為外設(shè)提供支持。USB總線具有如下特點(diǎn)。(1)使用方便。使用USB接口可連接多個(gè)不同的設(shè)備，支持即插即用(Plug And Play ,PAP)，當(dāng)插入U(xiǎn)SB設(shè)備的時(shí)候，計(jì)算機(jī)設(shè)備檢測該外設(shè)并通過加載相關(guān)的驅(qū)動程序?qū)υ撛O(shè)備進(jìn)行配置。下一頁返回任務(wù)6外部設(shè)備總線支持熱插拔，即在不關(guān)機(jī)的情況下可安全地插上和斷開USB設(shè)備。熱插拔能力體現(xiàn)了USB的安全、可靠和智能。在軟件方面，為USB設(shè)計(jì)的驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件可自動啟動，無需用戶干預(yù)。USB設(shè)備也不涉及IRQ沖突等問題，它單獨(dú)使用自己的保留中斷，不會同其他設(shè)備爭用

55、PC有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱。(2)速度加快?？焖傩阅苁荱SB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一。USB V2. 0規(guī)范提供高達(dá)480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。(3)連接靈活。USB接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串行連接，一個(gè)USB接口理論上可連接127個(gè)USB設(shè)備。連接方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可使用集線器(HUB)把多個(gè)設(shè)備連接在一起，再同PC的USB口相接。在USB方式下，所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，不必打開機(jī)箱。下一頁返回上一頁任務(wù)6外部設(shè)備總線(4)獨(dú)立供電。USB直接連接的設(shè)備可通過USB電纜供電，USB傳輸線中的兩條電源線可提供5V電源供USB設(shè)備使用

56、。USB傳輸線能夠提供100 mA的電流，而帶電源的USBHUB使得每個(gè)接口可提供500 mA的電流。(5)支持多媒體。USB提供了對電話的兩路數(shù)據(jù)支持，可支持異步及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與PC集成，共享語音郵件及其他特性。USB還具有高保真音頻，由于USB音頻信息生成于計(jì)算機(jī)外，因而減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機(jī)會，從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度。2.數(shù)據(jù)傳輸類型根據(jù)USB設(shè)備自身的使用特點(diǎn)和系統(tǒng)資源，為適應(yīng)各種不同類型外設(shè)的要求，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。下一頁返回上一頁任務(wù)6外部設(shè)備總線(1)控制(control)傳輸方式。雙向傳輸，傳輸?shù)牟皇菙?shù)據(jù)而是控制信號，主要被U

57、SB系統(tǒng)軟件用來進(jìn)行查詢、配置和給USB設(shè)備發(fā)送通用命令。該方式用在主計(jì)算機(jī)和USB外設(shè)之間的端點(diǎn)(end point)間的傳輸，數(shù)據(jù)量較小且實(shí)效性要求不高。(2)同步(isochronous)傳輸方式。提供確定的帶寬和時(shí)間間隔。用來連接需要連續(xù)傳輸?shù)耐鈬O(shè)備，對數(shù)據(jù)的正確性要求不高，但對時(shí)間較為敏感。如對執(zhí)行即時(shí)通話的網(wǎng)絡(luò)電話，使用同步傳輸方式是很好的選擇。(3)中斷(interrupt)傳輸方式。用于定時(shí)查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸。典型應(yīng)用在少量、分散、不可預(yù)測數(shù)據(jù)的傳輸方式中，鍵盤、操作桿和鼠標(biāo)就屬于這種類型。在USB V1. 0規(guī)范中中斷方式傳輸是單向的，并且對于主機(jī)來說只有輸入方式

58、，但在USBV2. 0規(guī)范中，既有輸入方式又有輸出方式。任務(wù)6外部設(shè)備總線(4)批量(bulk)傳輸方式。應(yīng)用在大量傳輸和接收數(shù)據(jù)上，沒有帶寬和時(shí)間間隔的要求，保證傳輸數(shù)據(jù)正確無誤，但對數(shù)據(jù)的實(shí)效性要求不高。適合于傳輸非常慢和大量被延遲的數(shù)據(jù)，在傳輸中的優(yōu)先級很低，打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀就屬于這種類型。3. USB總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)USB設(shè)備和USB主機(jī)通過USB總線相連。USB的物理連接是一個(gè)星形結(jié)構(gòu)，HUB位于每個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機(jī)和某個(gè)集成器，或某一功能設(shè)備之間的一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是一個(gè)集線器與另一個(gè)集線器或功能模塊之間的點(diǎn)到點(diǎn)的連接。USB總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6-5所示。

59、下一頁返回上一頁任務(wù)6外部設(shè)備總線(1)USB主機(jī)。整個(gè)USB系統(tǒng)中只允許有一個(gè)主機(jī)。主機(jī)系統(tǒng)的USB接口稱為USB主控制器。這里USB主控制器可以是硬件、固件或軟件的聯(lián)合體。而根集線器是集成在主機(jī)系統(tǒng)中的，它可以提供一個(gè)或更多的接入端口。(2) USB設(shè)備。USB設(shè)備是USB協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)，主要包括集線器和功能部件。集線器提供用以訪問USB總線的更多的接入點(diǎn)。功能部件向系統(tǒng)提供特定的功能，如ISDN連接設(shè)備、鼠標(biāo)和顯示器等。4. USB系統(tǒng)的構(gòu)成USB規(guī)范將USB分為5個(gè)部分，即控制器、控制器驅(qū)動程序、USB芯片驅(qū)動程序、USB設(shè)備及針對不同USB設(shè)備的驅(qū)動程序。各部分的主要功能如下。下一頁

60、返回上一頁任務(wù)6外部設(shè)備總線(1)控制器?？刂破髫?fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動程序發(fā)出的命令。(2)控制器驅(qū)動程序。在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道。(3) USB芯片驅(qū)動程序。其提供對USB的支持。(4) USB設(shè)備。其包括與PC相連的USB HUB及設(shè)備。HUB帶有連接其他外圍設(shè)備的USB端口，設(shè)備是連接在計(jì)算機(jī)上用來完成特定功能并符合USB規(guī)范的具體設(shè)備，如鼠標(biāo)和鍵盤等。(5) USB設(shè)備驅(qū)動程序。其是用來驅(qū)動USB設(shè)備的程序。通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供。5. USB總線的特性(1)電氣特性。USB總線通過一條四芯電纜傳送電源和數(shù)據(jù)，電纜以點(diǎn)到點(diǎn)方式在設(shè)備之間連接。USB接口的4條連