第7章總線

7.2總線與總線標(biāo)準(zhǔn)

7.132位微處理器的外部引腳總線是微型計算機中模塊到模塊之間傳輸信息的通道，是各種公共信息線的集合，采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴充。對微機而言，總線可以分為以下四類：

CPU

片內(nèi)總線MI/O片間總線I/O接口板外部設(shè)備內(nèi)總線外總線片內(nèi)總線——這種總線是微處理器的內(nèi)總線，在微處理器內(nèi)用來連接ALU、

CU和寄存器組等邏輯功能單元。這種總線沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，由芯片生產(chǎn)廠家自己確定。

片間總線——微處理器、存儲器芯片、I/O接口芯片等之間的連接總線。片間總線通常包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

內(nèi)總線

——

內(nèi)總線是微型計算機系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線(系統(tǒng)總線）內(nèi)總線有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)，如S-100總線(IEEE-696標(biāo)),STD總線,IBM-PC總線，ISA總線、EI總線、

SAPCI總線標(biāo)準(zhǔn)等，采用不同總線標(biāo)準(zhǔn)的功能板無法連接在一起。

外總線——

用于微型計算機系統(tǒng)之間或者微型計算機與外部設(shè)備之間的通信。外總線技術(shù)已經(jīng)很成熟，各種應(yīng)用要求皆有標(biāo)準(zhǔn)可遵循。如并行總線IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)，串行總線RS-232標(biāo)準(zhǔn)等。

IEEE1394，USE（通用串行總線）。

7.132位微處理器的外部引腳

（教材P.27)

1.數(shù)據(jù)線及控制信號數(shù)據(jù)線：D63~D0共64位奇偶校驗信號：DP7~DP0,每個字節(jié)產(chǎn)生1個校驗位讀校驗錯：PCHKPentium處理器的外部引腳2.地址線及控制信號A31~A3：高29位地址線BE7#~BE0#：字節(jié)允許信號（存儲體選中信號）外圍電路對BE7#~BE0#譯碼以產(chǎn)生A2~A0信號3.系統(tǒng)控制信號1.時鐘輸入CLK2.可屏蔽中斷請求INTR3.非屏蔽中斷請求NMI4.系統(tǒng)復(fù)位信號RESET系統(tǒng)復(fù)位后，程序運行的地址為:FFFFFFF0H實模式CS:F000H,IP:0FFF0HPentium處理器的外部引腳系統(tǒng)時鐘

是微處理器內(nèi)部與外部操作的同步時基信號，由時鐘（CLK）輸入信號來提供。CLK時鐘周期：T狀態(tài)：就是指時鐘周期TPentium處理器的外部引腳M/IO：=1,表明該總線周期,CPU與存儲器交換信息

=0,表明該總線周期,CPU與I/O接口交換信息

W/R：=1,表明該總線周期,CPU進行寫操作

=0,表明該總線周期,CPU進行讀操作

D/C：=1,表明該總線周期,傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)

=0,表明該總線周期,傳輸?shù)氖侵噶畲a這三個信號的組合，決定當(dāng)前總線周期所完成的操作4.總線周期定義信號(輸出)“周期”是一段時間CPU通過總線與存儲器、I/O交換一個數(shù)據(jù)所需要的時間稱為總線周期Pentium處理器的外部引腳T1CLKT3T2T48086總線周期Pentium處理器的外部引腳總線周期定義的操作

M/IOD/CW/R操作

000中斷

001中止/專用周期

010I/O讀

011I/O寫

100微代碼讀

101保留

110存儲器讀

111存儲器寫Pentium處理器的外部引腳5.總線控制信號(ADS,RDY)與32位微處理器典型時序(教材P.36)ADS：地址選通信號(輸出)

該信號由1→

0，表明地址線和總線定義信號(M/IO,W/R,D/C)均為有效可用。LOCK：總線鎖定信號LOCK=0，通知外圍電路，不允許外部信號打斷當(dāng)前的總線周期。當(dāng)一條指令有.LOCK前綴時，該引腳輸出為0。Pentium處理器的外部引腳RDY：準(zhǔn)備就緒信號(輸入)

該信號由外部電路產(chǎn)生→

X86RDY=0，表明外部電路(存儲器、I/O接口)已經(jīng)做好數(shù)據(jù)W/R的準(zhǔn)備，能在規(guī)定時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀寫。RDY=1，表明存儲器或I/O不能在規(guī)定時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀/寫，請CPU延長總線周期。以下為X86的基本總線周期時序圖（以pentium為例)Pentium處理器的外部引腳CLKADSADDRM/IO、D/CW/RRDYD0~D31PCHK讀讀寫Pentium非流水線式讀寫周期時序圖(無等待)T1T2T1T2T1T2CLKADSBE0~BE3A2~A31M/IO、D/CW/RRDYD0~D31讀寫有等待狀態(tài)總線周期T1T2TWT1T2TWT16.總線仲裁信號(1)HOLD：總線保持請求（輸入）(2)HLDA：總線保持響應(yīng)（輸出）ABDBCBX86DMAC高速I/O接口HOLDHLDAPentium處理器的外部引腳

7.2總線與總線標(biāo)準(zhǔn)

CPU

片內(nèi)總線MI/O片間總線I/O接口板外部設(shè)備內(nèi)總線外總線PC系列微機系統(tǒng)采用開放式的多總線結(jié)構(gòu)CPU與連接到系統(tǒng)板上的外設(shè)打交道須經(jīng)過芯片級總線、局部總線、（系統(tǒng)總線）和外部總線這樣三到四級總線。

總線插槽是主板和I/O接口之間的連接器,為了連接眾多類型的接口電路,主機一般都配有幾種類型的總線。PC系列機主板上的總線標(biāo)準(zhǔn)有：

XT總線、AT（ISA）總線、EISA總線、VESA總線和PCI總線。1.ISA(AT)總線（P.171)ISA總線是16位總線,始于286機型。之后在386~奔騰機上都有ISA總線。

（實際上由8位發(fā)展到16位，甚至32位（EISA，后來消失替代于VESA、PCI），當(dāng)今的主板上都留有插槽）

ISA總線由62芯+36芯兩個插槽組成Industrystandardarchitecture工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)主要特性：數(shù)據(jù)傳輸率最高為8MB/S24根地址線，可尋址16MB存儲空間

64KB個可尋址的I/O端口（16根地址線）一次可進行16位或8位數(shù)據(jù)存取

15級中斷控制

7個DMA通道可產(chǎn)生I/O等待狀態(tài)支持多個主控器（XT總線中只有CPU是唯一的主控設(shè)備，而ISA總線可使CPU釋放總線由其它主控、器（如DMAC、DRAM刷新控制器等）占用總線）GNDRESETDRVB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15B16B17B18B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30B31A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A17A18A20A19A22A21A23A24A25A26A27A28A29A30A31D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+5VIRQ9-5VDRQ2-12V0WS+12VGNDSMEMWAT總線插槽引腳分配SMEMRIOWIORDACK3DRQ3DRQ1DACK1REFRESHCLKIRQ7IRQ5IRQ6IRQ4IRQ3DACK2T/CBALE+5VOSCI/OCHCKGNDSD7SD6SD5SD4SD3SD2SD1SD0I/OCHRDYAENSA19SA18SA17SA16SA15SA14SA13SA12SA11SA10SA9SA8SA7SA6SA5SA4SA3SA2SA1SA0MEMCS16I/OCS16IRQ10IRQ11IRQ12IRQ15IRQ14DACK0DRQ0DACK5DACK6DACK7MASTERMEMRMEMWDRQ5DRQ6DRQ7+5VGNDSBHELA23LA22LA21LA20LA19LA18LA17SD8SD9SD10SD11SD12SD13SD14SD15(1).數(shù)據(jù)線:SD15~SD8,SD7~SD0(2).地址線:SA19~SA0，LA17~LA23,共同決定

16M地址空間的尋址(3).控制線:

AEN:地址允許信號。

AEN=0,表明CPU控制系統(tǒng)3總線。

AEN=1,表明DMAC控制系統(tǒng)3總線。應(yīng)用:用AEN=0參與端口地址譯碼。IOR:I/O讀命令。

IOR=0,把選中的端口寄存器內(nèi)容→數(shù)據(jù)線。應(yīng)用:用IOR=0讀取I/O端口。IOW:I/O寫命令。

IOW=0,把數(shù)據(jù)線上信息→選中的端口寄存器。應(yīng)用:用IOW=0對端口進行寫操作。

中斷請求線。

IRQ3~7,IRQ9~12,IRQ14~15DMA請求/應(yīng)答。

DRQ0~DRQ3/DACK0~DACK3,DRQ5~DRQ7/DACK5~DACK7使用ISA總線接口的以太網(wǎng)卡PCI總線為高速的I/O子系統(tǒng)（圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口控制器、磁盤控制器等）提供了更好的性能。即插即用特性Peripheralcomponentinterconnect外圍部件連接(1)PCI總線2.其他重要的總線PCI是由Intel公司1991年推出的一種局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時鐘頻率下保持高性能，它為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM等設(shè)備提供了連接接口，它的工作頻率為33MHz/66MHz。32位數(shù)據(jù)寬度運行，最大傳輸速度133MB/S；64位數(shù)據(jù)寬度運行，最大傳輸速度528MB/S主板上的PCI插槽(2)AGP（AccelerateGraphicsPort)圖形加速接口

P.189AGP接口是一種顯示卡專用的局部總線。嚴(yán)格的說，AGP不能稱為總線，它與PCI總線不同，因為它是點對點連接，即連接控制芯片和AGP顯示卡，但在習(xí)慣上我們依然稱其為AGP總線。最初傳輸速度266MB/S（AGP1X）,最高傳輸速度2.1GB/S(AGP8X)主板上的AGP插槽(3)USB總線(通用串行總線)P.181USB1.1傳輸速度最高12MB/SUSB2.0傳輸速度最高480MB/SUSB用一個4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來，最多可以連接127個外部設(shè)備，并且不會損失帶寬。USB需要主機硬件、操作系統(tǒng)和外設(shè)三個方面的支持才能工作。目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片組，USB支持熱插拔，連接靈活，獨立供電等優(yōu)點，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤、打印機、掃描儀、攝像頭、閃存盤等，幾乎所有的外部設(shè)備。USB接口(4)并行I/O接口(硬盤接口)P.180IDE(IntegratedDriveElectronics)ATA（ATAttachment）

IDE即“電子集成驅(qū)動器”，它的本意是指把“硬盤控制器”與“盤體”集成在一起的硬盤驅(qū)動器。把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?，硬盤制造起來變得更容易，因為硬盤生產(chǎn)廠商不需要再擔(dān)心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控制器兼容。對用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。IDE這一接口技術(shù)從誕生至今就一直在不斷發(fā)展，性能也不斷的提高，其擁有的價格低廉、兼容性強的特點，為其造就了其它類型硬盤無法替代的地位。主板IDE接口硬盤IDE接口SCSI(SmallComputerSystemInterface)SCSI是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的標(biāo)準(zhǔn)接口，而SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計的接口，是一種廣泛應(yīng)用于小型機上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點，但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站中。傳輸速度40MB/S~320MB/S支持硬盤轉(zhuǎn)速達15000RPM硬盤SCSI接口SATA（SerialATA）使用SATA（SerialATA）口的硬盤又叫串口硬盤，是未來PC機硬盤的趨勢。SerialATA采用串行連接方式，嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點。相對于并行ATA來說，SerialATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，一次只傳送1位數(shù)據(jù)。