第6章輸入輸出接口與總線6.1微機(jī)I/O接口6.2總線16.2.1概述6.2.2總線的分類和性能指標(biāo)6.2.3

微型機(jī)系統(tǒng)中的層次化總線結(jié)構(gòu)6.2.4系統(tǒng)總線6.2.5

PC機(jī)的局部總線6.2.6外部總線

6.2總線2什么是總線？將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)部件連接起來(lái)的信息傳輸通道。通過(guò)總線可以傳輸數(shù)據(jù)、地址、各種控制命令和狀態(tài)信息?？偩€結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)支持模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)放性和通用性靈活性好6.2.1概述31．總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)是指芯片之間、插板之間及系統(tǒng)之間，通過(guò)總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)遵守的一些協(xié)議與規(guī)范，包括硬件和軟件兩個(gè)方面。（1）物理特性：物理特性指總線物理連接的方式。（2）功能特性：功能特性描述總線中每一根線的功能。（3）電氣特性：電氣特性定義每一根線上信號(hào)的傳送方向、有效電平范圍。（4）時(shí)間特性：時(shí)間特性定義了每根線在什么時(shí)間有效，也就是每根線的時(shí)序。42．總線的組成（1）數(shù)據(jù)總線（DB）（2）地址總線（AB）（3）控制總線（CB）★★DB的寬度表示構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力★★

AB的位數(shù)決定系統(tǒng)的尋址能力★★

CB表示該總線的控制能力56.2.3總線的分類（1）微處理器總線。主要由微處理器芯片引腳信號(hào)組成的總線，用來(lái)連接CPU和控制芯片。（2）局部總線。局部總線是介乎CPU總線和系統(tǒng)總線之間的一級(jí)總線。主板上的信息通道、連接主板上各主要部件，而且通過(guò)擴(kuò)展槽連接各種適配器。如ISA，PCI，EISA等。6（3）系統(tǒng)總線。它是微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件（插板）之間進(jìn)行連接和傳輸信息的一組信號(hào)線。（4）外部總線。是系統(tǒng)之間或微機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的一組信號(hào)線，也稱為通信總線。如IDE、SCSI、RS-232-C、USB等。

輸入接口輸出接口外存接口通信接口內(nèi)存接口內(nèi)存鍵盤、鼠標(biāo)掃描儀、聲音輸入打印機(jī)、繪圖儀、顯示器磁帶、磁盤軟盤、光盤終端MODEN7總線的主要性能參數(shù)總線頻率總線的工作頻率，單位MHz，是總線上信號(hào)的基本時(shí)鐘?？偩€頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量就越大。ISA、EISA的時(shí)鐘頻率為8MHz，PCI為33.3MHz，PCI-2可達(dá)到66MHz。

前端總線的英文名字是FrontSideBus，通常用FSB表示，是將CPU連接到北橋芯片的總線。前端總線頻率有800MHz、1000MHz、1066MHz、1333MHz、1600MHz幾種，最高到2000MHz。

8總線的主要性能參數(shù)總線寬度：總線上可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的位數(shù)。位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。ISA寬度為16位，EISA為16位，PCI為32位，PCI-2可達(dá)到64位。9總線的主要性能參數(shù)總線的數(shù)據(jù)傳輸率/總線帶寬：在一定時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)總量，用每秒最大傳輸數(shù)據(jù)量來(lái)表示，也稱帶寬，單位是MB/s?？偩€的數(shù)據(jù)傳輸率的計(jì)算公式為

總線的數(shù)據(jù)傳輸率=（總線寬度/8）×總線頻率如ISA總線的總線頻率是8MHz，總線寬度為16位，其數(shù)據(jù)傳輸率為8MB/s。而PCI總線的總線頻率是33.3MHz，總線寬度為32位，其數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s10常見(jiàn)總線的帶寬和傳輸率8164433.3833328.3311微型計(jì)算機(jī)中，通常采用多種總線形式共存。以PCI總線為主，包括CPU總線、PCI總線、ISA/EISA總線和AGP總線。

層次化總線結(jié)構(gòu)主要分3層：微處理器總線（或稱HostBus）

局部總線（以PCI總線為主）系統(tǒng)總線（如ISA總線）

橋：一種總線轉(zhuǎn)換器和控制器，可以實(shí)現(xiàn)各類微處理器總線到PCI總線、各類標(biāo)準(zhǔn)總線到PCI總線的連接，并允許它們之間相互通信。南橋PCI總線系統(tǒng)總線微處理器總線北橋三種總線的頻寬不同，互連時(shí)各層之間需要有“橋梁”過(guò)渡6.2.3微型機(jī)系統(tǒng)中的層次化總線結(jié)構(gòu)12返回本章首頁(yè)13典型微機(jī)系統(tǒng)中的總線層次結(jié)構(gòu)ISA卡ISA卡ISA卡芯片組南橋芯片PCI卡PCI卡微處理器L2Cache顯示卡顯示器芯片組中北橋芯片內(nèi)存AGP總線局部總線PCI總線系統(tǒng)總線ISA總線微處理器總線內(nèi)存總線14北橋芯片：一般提供對(duì)CPU的類型和主頻、內(nèi)存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支持，通常在主板上接近CPU插槽的位置，由于此類芯片的發(fā)熱量一般較高，所以在此芯片上裝有散熱片。南橋芯片：主要用來(lái)與I/O設(shè)備及ISA設(shè)備相連，并負(fù)責(zé)管理中斷及DMA通道，讓設(shè)備工作得更順暢，其提供對(duì)KBC（鍵盤控制器）、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器）、USB（通用串行總線）、UltraDMA/33（66）EIDE數(shù)據(jù)傳輸方式等的支持，在接近PCI槽的位置。

15總線的操作過(guò)程1．總線請(qǐng)求和仲裁階段需要使用總線的主模塊提出要求，由總線使用的仲裁機(jī)構(gòu)確定，把下一個(gè)傳輸周期的總線使用權(quán)分配給哪一個(gè)請(qǐng)求源2．尋址階段取得使用權(quán)的主模塊，通過(guò)地址總線發(fā)出本次要訪問(wèn)的從模塊的存儲(chǔ)器地址，或I/O端口地址及有關(guān)命令，讓參與本次傳輸?shù)膹哪K被選中并開(kāi)始啟動(dòng)。3．傳輸階段主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到目的模塊。4．結(jié)束階段主、從模塊的有關(guān)信息均從總線上撤除，讓出總線，以便其他模塊能繼續(xù)使用。166.2.4

系統(tǒng)總線171、PC/XT總線（IBMPC總線）（1981年）

PC/XT總線是針對(duì)Intel8088微處理器設(shè)計(jì)的，是一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)總線，PC/XT總線該底板總線有62個(gè)引腳，其中包括8位數(shù)據(jù)線和20位地址線、4個(gè)DMA通道的聯(lián)絡(luò)信號(hào)和6個(gè)中斷請(qǐng)求輸入端?？偩€底板上有5個(gè)系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備與PC機(jī)連接。特點(diǎn)：把CPU視為總線的唯一主控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。182、ISA總線——工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（1982年）

1982年，IBM推出基于16-bitIntel80286處理器的PC/AT電腦，總線也相應(yīng)地?cái)U(kuò)展為16bit，并被稱呼為PC/AT總線。為了開(kāi)發(fā)與IBMPC兼容的外圍設(shè)備，行業(yè)內(nèi)便逐漸確立了以IBMPC總線規(guī)范為基礎(chǔ)的IBM公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為ISA（IndustryStandardArchitecture）總線，有時(shí)也稱為PC/AT總線。

ISA系統(tǒng)總線據(jù)總線寬度為16bit，數(shù)據(jù)傳輸速率最高為16MB/s。

19

ISA總線：由主槽（62引腳）和附加槽（36引腳）組成，各有正、反兩面，共98腳。

數(shù)據(jù)寬度：16位地址線：24位工作頻率：8.33MHz

數(shù)據(jù)傳輸率：16MB/s11個(gè)外部中斷輸入端7個(gè)DMD通道ISA總線插槽附加槽主槽20213、MCA總線結(jié)構(gòu)——微通道結(jié)構(gòu)（1987年）

出現(xiàn)原因：80386和486的推出，數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展為32位。

1987年IBM公司在推出PC/2系列微機(jī)系統(tǒng)中，推出相對(duì)封閉的微通道結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為MCA總線。其采用微通道技術(shù)，定義總線上的數(shù)據(jù)寬度為32位，傳輸率為ISA的4倍，達(dá)33MHz。

缺點(diǎn)：與ISA不兼容。22IBMPC總線IBMPC總線簡(jiǎn)稱PC總線或PC/XT總線，是IBMPC/XT個(gè)人計(jì)算機(jī)采用的微型計(jì)算機(jī)總線，是針對(duì)Intel8088微處理器設(shè)計(jì)的。它以I/O通道形式經(jīng)過(guò)擴(kuò)充并經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)以增加負(fù)載能力而連至擴(kuò)充插槽，作為I/O接口板和主機(jī)之間的信息交換通道。IBMPC總線有62條信號(hào)線，包括8位雙向數(shù)據(jù)總線、20位地址總線、6條中斷請(qǐng)求線、3組DMA通道控制線、存儲(chǔ)器和I/O讀寫(xiě)線、動(dòng)態(tài)RAM刷新控制線和時(shí)鐘信號(hào)線、4條電源線、3條地址線。234、EISA總線——擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（1989年）

1988年9月，Compaq，AST，Epson，HP，Olivetti，NEC等9家公司聯(lián)合起來(lái)，推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線，即EISA總線。

EISA不僅具有MCA的全部功能，同時(shí)還保存了與傳統(tǒng)的ISA百分之百的兼容。EISA總線是一種高性能32位結(jié)構(gòu)的總線。

擴(kuò)展方向：提高尋址能力－地址線32條

增加總線寬度－數(shù)據(jù)寬度32位增加控制信號(hào)－198條信號(hào)線時(shí)鐘頻率8.3MHz

傳輸率＝8.3MHz×32b/8b=33.2MB/s

24在結(jié)構(gòu)上，EISA為了和ISA兼容，采用了縱向加深方法，即在EISA總線槽中，分成上下兩層，槽的物理尺寸和ISA總線槽完全相同。EISA有198條信號(hào)線，比ISA增加的信號(hào)線主要有14類。25265、VESA總線（VL總線）（1992年）

出現(xiàn)原因：（1）80486和pentium的推出；（2）多媒體技術(shù)的發(fā)展。VESA總線是基于80486微處理器的32位局部總線，它們一般用于快速IDE硬盤、視頻適配卡和網(wǎng)絡(luò)接口卡。（1）特點(diǎn)：數(shù)據(jù)寬度為32位，可擴(kuò)展為64位，頻率為33MHz，傳輸率可達(dá)132MB/s。

允許適配器直接連CPU總線，以CPU的速度運(yùn)行。支持回寫(xiě)式Cache，可在VL總線上連接外部二級(jí)Cache。（2）缺點(diǎn)：沒(méi)有設(shè)置緩沖器，當(dāng)CPU速度高于33MHz，會(huì)導(dǎo)致延遲。只能連接3個(gè)擴(kuò)展卡。27某些具有高數(shù)據(jù)傳輸率的設(shè)備（如圖形、視頻控制器、網(wǎng)絡(luò)接口等），盡管微處理器有足夠的處理能力，但是總線傳輸卻不能滿足它們高速率的傳輸要求。為了解決這個(gè)矛盾，在微處理器和高速外設(shè)之間增加了一條直接通路，一側(cè)直接面向CPU總線，一側(cè)面向系統(tǒng)總線，分別通過(guò)橋片連接，這就是局部總線。局部總線是直接連接到CPU總線的I/O總線，因此使有高需求的外設(shè)和處理器有更緊密地集成，為外設(shè)提供了更寬更快的高速通路。如PCI總線就是一種局部總線。6.2.5PCI總線PCl總線——外圍設(shè)備互聯(lián)總線（1991年）28PCI總線的全稱是外圍部件互聯(lián)(PeripheralComponentInterconnect)，它是一種高性能的局部總線，嚴(yán)格規(guī)范，提供高度的可靠性和兼容性，因此成為主流的標(biāo)準(zhǔn)總線，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代臺(tái)式微機(jī)、工作站和便攜機(jī)。PCI總線的特點(diǎn)獨(dú)立于處理器PCI總線是一種獨(dú)立于處理器的總線標(biāo)準(zhǔn)，支持多種處理器，適用于多種不同的系統(tǒng)。在PCI總線構(gòu)成的系統(tǒng)中，接口和外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)是針對(duì)PCI總線，而不是針對(duì)微處理器的，所以這些設(shè)備可以獨(dú)立于處理器設(shè)計(jì)和升級(jí)，當(dāng)處理器因?yàn)檫^(guò)時(shí)而需要更換時(shí)，接口和外圍設(shè)備仍然可以正常使用。29PCI總線的特點(diǎn)傳輸效率高PCI總線采用33.3MHz/66.6MHz的時(shí)鐘頻率。在33.3MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，數(shù)據(jù)總線寬度32位，最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到133MB/s。如果數(shù)據(jù)總線寬度升級(jí)到64位，則數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到266MB/s。多總線共存PCI總線是通過(guò)橋芯片進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。通過(guò)HOST-PCI橋芯片，實(shí)現(xiàn)PCI與CPU總線相連接；通過(guò)PCI-ISA/EISA橋芯片，實(shí)現(xiàn)PCI與ISA或者EISA相連接。這樣，使得多種總線可以共存于一個(gè)系統(tǒng)中，慢速和高速設(shè)備就可以分別掛在不同的總線上。30PCI總線的特點(diǎn)支持線性突發(fā)傳輸。線性突發(fā)傳輸不同于單次數(shù)據(jù)傳輸，單次傳輸是每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)前都要在總線上給出數(shù)據(jù)的地址，而線性突發(fā)傳輸只要在開(kāi)始的時(shí)候?qū)⑹椎刂钒l(fā)到總線上，之后每個(gè)時(shí)鐘都只傳輸數(shù)據(jù)，而地址自動(dòng)加1，這樣的方式適合順序讀寫(xiě)一批數(shù)據(jù)，可以減少無(wú)謂的地址操作，加快數(shù)據(jù)傳輸速度。支持總線主控方式和同步操作。掛接在PCI總線上的設(shè)備有主控和從控兩類。PCI總線允許多處理器系統(tǒng)中任何一個(gè)處理器或其他有總線主控能力的設(shè)備成為主控設(shè)備，對(duì)總線實(shí)行操作。這樣微處理器內(nèi)部的操作和總線操作可以同時(shí)進(jìn)行，而不必要等待總線操作完成。31PCI總線的特點(diǎn)支持兩種電壓，適用各種機(jī)型。PCI總線支持5V和3.3V的擴(kuò)展卡，并可以從5V向3.3V進(jìn)行平滑的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。具有即插即用功能。PCI總線的接口卡上都設(shè)有配置寄存器，系統(tǒng)加電時(shí)用程序給這些設(shè)備分配端口地址等系統(tǒng)資源，可以避免使用時(shí)發(fā)生沖突。預(yù)留擴(kuò)展空間。PCI總線開(kāi)發(fā)時(shí)預(yù)留了足夠的發(fā)展空間，比如，它支持64位地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用，這是考慮到新一代的高性能外圍設(shè)備最終將需要64位寬度的數(shù)據(jù)通道。PCI的64位延伸設(shè)計(jì)，可將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率提高到264MB/s。32PCI插槽有兩種，一種是32位的，一種是64位的，而兩種插槽又分為5V和3.3V兩種。在PC機(jī)上使用最多的是5V的32位PCI插槽。圖為PCI插槽的示意圖。

PCI插槽的示意圖

3334PCI總線標(biāo)準(zhǔn)定義的信號(hào)線有120條（必需的和可選的兩類）

必需的信號(hào)線：主控設(shè)備49條，目標(biāo)設(shè)備47條可選的信號(hào)線：51條（用于64位擴(kuò)展、高速緩存支持）

按信號(hào)的功能分組，可以分如下幾類：（2）PCI總線信號(hào)35必備的

可選的總線命令/字節(jié)允許奇偶校驗(yàn)幀數(shù)據(jù)總線周期信號(hào)從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)停止信號(hào)設(shè)備選擇信號(hào)初始化設(shè)備選擇信號(hào)系統(tǒng)出錯(cuò)奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求允許時(shí)鐘復(fù)位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳36C/BE3~C/BE0命令類型說(shuō)明0000中斷響應(yīng)命令0001特殊周期命令0010I/O讀（從I/O端口地址中讀數(shù)據(jù)）命令0011I/O寫(xiě)（向I/O端口地址中寫(xiě)數(shù)據(jù)）命令0100保留0101保留0110存儲(chǔ)器讀（從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)據(jù)）命令0111存儲(chǔ)器寫(xiě)（向內(nèi)存空間映像中寫(xiě)數(shù)據(jù)）命令1000保留1001保留1010配置讀命令1011配置寫(xiě)命令1100存儲(chǔ)器多行讀命令1101雙地址周期命令1110存儲(chǔ)器——行讀命令1111存儲(chǔ)器寫(xiě)并無(wú)效命令37必備的

可選的高32位命令和字節(jié)允許擴(kuò)充奇偶校驗(yàn)總線鎖定信號(hào)中斷請(qǐng)求信號(hào)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行測(cè)試64位傳輸應(yīng)答64位傳輸請(qǐng)求測(cè)試Cache后返回信號(hào)Cache測(cè)試完成對(duì)輸出數(shù)據(jù)作測(cè)試地址/數(shù)據(jù)擴(kuò)充對(duì)模式選擇作測(cè)試對(duì)RESET作測(cè)試對(duì)輸入數(shù)據(jù)作測(cè)試38PCI總線的應(yīng)用使用PCI總線不像ISA總線，在ISA總線系統(tǒng)中，I/O卡與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送可用IN和OUT指令，只要指明地址即可。通過(guò)INT1AH指令的AH=0B1H功能來(lái)得到PCI總線函數(shù)，其中包括PCI總線的總線和單元等信息，再據(jù)此對(duì)PCI總線控制器編程來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送功能。PCI局部總線可對(duì)32位數(shù)據(jù)/地址總線進(jìn)行64位擴(kuò)展，并提供了32位及64位PCI局部總線設(shè)備的向前和向后的兼容。39為解決Intel架構(gòu)服務(wù)器中PCI總線的瓶頸問(wèn)題，Compaq、IBM和HP公司決定加快加寬PCI芯片組的時(shí)鐘速率和吞吐量，使其分別達(dá)到133MHz和1Gbps。利用對(duì)等PCI技術(shù)和Intel公司的快速芯片作為智能I/O電路的協(xié)處理器來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)。這種新的總線稱為PCI-X。

PCI-X局部總線40總線名稱位寬（比特）工作頻率最高速度備注PCI3233MHz133MB/sPCI1.06433MHz266MB/sPCI2.26466MHz533MB/sPCI-X1.06466MHz533MB/s向下兼容，已有實(shí)用產(chǎn)品。64100MHz800MB/s64133MHz1.06GB/sPCI-X2.064266MHz2.1GB/s2002年7月推出前兩個(gè)頻率的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。11月才開(kāi)始開(kāi)發(fā)PCI-X1066。64533MHz4.3GB/s641066MHz8.6GB/sPCIExpressX12.5GHz312MB/s推出進(jìn)度稍晚于PCI-X2.0。X22.5GHz625MB/sX42.5GHz1.25GB/sX82.5GHz2.5GB/sX162.5GHz5GB/s速度與PCI-X533相當(dāng)。X322.5GHz10GB/s速度與PCI-X1066相當(dāng)。41

PCIExpress和PCI不同的是實(shí)現(xiàn)了傳輸方式從并行到串行的轉(zhuǎn)變。PCIExpress是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行連接方式，這個(gè)和以前的并行通道大為不同，它允許和每個(gè)設(shè)備建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道。不用再向整個(gè)系統(tǒng)請(qǐng)求帶寬，這樣也就輕松的到達(dá)了其他接口設(shè)備可望而不可及的高帶寬。

PCI-E技術(shù)42總線名稱位寬（比特）工作頻率最高速度備注PCI3233MHz133MB/sPCI1.06433MHz266MB/sPCI2.26466MHz533MB/sPCI-X1.06466MHz533MB/s向下兼容，已有實(shí)用產(chǎn)品。64100MHz800MB/s64133MHz1.06GB/sPCI-X2.064266MHz2.1GB/s2002年7月推出前兩個(gè)頻率的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。11月才開(kāi)始開(kāi)發(fā)PCI-X1066。64533MHz4.3GB/s641066MHz8.6GB/sPCIExpressX12.5GHz312MB/s推出進(jìn)度稍晚于PCI-X2.0X22.5GHz625MB/sX42.5GHz1.25GB/sX82.5GHz2.5GB/sX162.5GHz5GB/s速度與PCI-X533相當(dāng)X322.5GHz10GB/s速度與PCI-X1066相當(dāng)43

PCI-E技術(shù)44

PCI-E技術(shù)PCIExpress的接口長(zhǎng)短不同。1X最小，往上側(cè)越大。同時(shí)PCIExpress不同接口還可以向下兼容其他PCIExpress小接口的的產(chǎn)品。既PCIExpress4X的設(shè)備可以插在PCIExpress8X或16X上進(jìn)行工作。

PCIExpress接口將包括兩條專用的通道連接某設(shè)備，比如即將要取代AGP8X的PCIExpress16X圖形接口將包括它的兩條通道，一條可由顯卡單獨(dú)到北橋，而另一條則可由北橋單獨(dú)到顯卡，每條單獨(dú)的通道均將擁有4GB/s的數(shù)據(jù)帶寬可充分避免因帶寬所帶來(lái)的性能瓶頸問(wèn)題。PCIExpress還支持熱插拔及熱交換的特性。45主板：

46用于計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間、計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端以及計(jì)算機(jī)與測(cè)控儀器之間的通信。這類總線不是微型計(jì)算機(jī)所特有的總線，而是利用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)，也稱通信總線。外部總線：

串行通信總線：如RS-232C、USB

并行通信總線：如IDE、SCSI、AGPSCSI（smallcomputersysteminterface）———小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口AGP（acceleratedgraphicsport）———加速圖形接口6.2.6外部總線47計(jì)算機(jī)外設(shè)的日益豐富，擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也帶來(lái)了不同外設(shè)與主機(jī)連接的困難。打印機(jī)、掃描儀、游戲桿、數(shù)碼相機(jī)層出不窮，串口、并口、游戲口、PS/2口各式各樣。連接的設(shè)備不同，傳統(tǒng)的接口方式也不同，需要的跳線、設(shè)置也不同。外部設(shè)備的日益豐富與高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠惹行枰?，催生了寬帶寬和智能化串口的互?lián)技術(shù)——通用串行總線USB（UniversalSeriaIBus)。USB為主機(jī)與不同外設(shè)的連接提供了極大的方便。USB總線定義：USB是一種新型的外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)，其基本思想是采用通用連接器、自動(dòng)配置、熱插撥技術(shù)和相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)資源共享和外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接。48USB有以下的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1）使用USB，用戶不需要擴(kuò)展插卡，無(wú)需了解跳線、中斷IRQ設(shè)置、DMA通道及I/O地址等細(xì)節(jié)，無(wú)需開(kāi)發(fā)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

2）連接USB外設(shè)只需要簡(jiǎn)單地插上插座即可，甚至不需關(guān)閉電源，真正“即插即用”。

3）得到400多家大公司的支持，開(kāi)發(fā)了許多USB電信產(chǎn)品、外設(shè)及軟件。

4）波特率（即傳輸速率）為1.5~12Mbps（USB2.0速率達(dá)到480Mbps），通過(guò)hub最多可連接127個(gè)外設(shè)。49USB的物理接口特性包括電氣特性和機(jī)械特性兩部分。

（1）電氣特性

USB總線中的物理介質(zhì)由一根4線的電纜組成。其中兩條用于提供設(shè)備工作所需的電源（Vbus，GND），其標(biāo)稱值為5V；另外兩條用于傳輸數(shù)據(jù)（D+，D-）。USB1.1支持兩種信號(hào)速率。USB1.1的最高速率是12Mbps，但它也可以工作在1.5Mbps的較低速率。利用一種對(duì)設(shè)備透明的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送模式的切換，同一個(gè)USB系統(tǒng)可以同時(shí)支持這兩種模式。1.5Mbps低速率方式用來(lái)支持?jǐn)?shù)量有限的低帶寬設(shè)備。2、USB的物理接口5051

（2）機(jī)械特性每個(gè)USB設(shè)備都有“上行”和“下行”連接端口，這兩種端口在機(jī)械方面并不是可以互換的，所以要盡量消除集線器上出現(xiàn)的非法環(huán)路連接。其連接器有兩種系列：A系列和B系列，每種連接器包括插頭和插座，如圖所示。A系列插座用于從USB主機(jī)或集線器的輸出。B系列插座用于USB集線器或設(shè)備的輸入。5253

RS-232C是使用最早、應(yīng)用最廣泛的一種異步串行通信總線，它是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(ElectronicIndustrheSASsociation,EIA)1962年公布的。1969年最后一次修訂而成，其中RS是RecommendedStandard的縮寫(xiě)，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)，C表示最后一次修訂。

RS-232C主要用來(lái)定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)如計(jì)算機(jī)，與數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)如調(diào)制解調(diào)器二者之間接口的電氣特性。如CRT、鍵盤、掃描儀等與CPU的通信都可采用RS-232C總線。串行標(biāo)準(zhǔn)總線RS-232C54一個(gè)完全的RS232C標(biāo)準(zhǔn)總線為22根信號(hào)線，采用標(biāo)準(zhǔn)的25芯D型插頭和插座(DB-25)，由于在微型計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，286以上微機(jī)僅使用9根通信信號(hào)（不包括保護(hù)地），因此，采用9芯D型插頭和插座（DB-9），作為多功能I/O卡或主板上COM1和COM2串行口的連接器。這些信號(hào)分為兩類，一類是DTE與DCE交換的信息TxD和RxD，另一類為了正確無(wú)誤地傳輸上述信息而設(shè)計(jì)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。RS-232C的信號(hào)定義555657在一般的串行通信接口中，并不是所有的信號(hào)線都一定要用。根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合，有下面幾種連接方式：

(1)使用MODEM連接在15米以上的遠(yuǎn)距離通信時(shí)，一般要加調(diào)制解調(diào)器MODEM，故所使用的信號(hào)線較多。RS-232C信號(hào)線的連接和應(yīng)用5859

(2)直接連接當(dāng)信號(hào)傳輸距離在15米以內(nèi)，計(jì)算機(jī)與終端之間不需要使用MODEM或其他通信設(shè)備（DEC）而直接通過(guò)RS-232C接口連接時(shí)，一般只需要5根線采用交叉反饋連接。60

(3)三線連接法這是一種最簡(jiǎn)單的RS-232C連線方式，只需2、3交叉連接線以及信號(hào)地線，而將各自的RTS和DTR分別接到自己的CTS相DSR端。61

（1）EIA-RS-232C對(duì)電氣特性、邏輯電平的規(guī)定在TxD和RxD數(shù)據(jù)線上，使用負(fù)邏輯，邏輯1為-3~-15V之間，邏輯0為+3~+15V之間。最高能承受+25V的信號(hào)電平。RS-232C電氣特性62

(2)EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換EIA-RS-232C用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。63TTL和RS-232-C之間的電平轉(zhuǎn)換

6465RS-232C的不足之處接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率最大為19200bps。接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。傳輸距離有限，實(shí)際最大傳輸距離只有50米左右。66

IDE總線是Compaq公司聯(lián)合WesternDigital公司專門為主機(jī)和硬盤子系統(tǒng)連接而設(shè)計(jì)的外部總線，也適用于和軟盤、光驅(qū)的連接，IDE也稱ATA接口。

IDE是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器。優(yōu)點(diǎn)：減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?qiáng)，對(duì)用戶而言，硬盤安裝起來(lái)更為方便。缺點(diǎn)：速度瓶頸不能實(shí)現(xiàn)熱插拔很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性保護(hù)外部總線IDE67一個(gè)IDE可接兩個(gè)硬盤。一、硬盤連接的三種模式：1、單盤模式（SPARE）：當(dāng)只有一個(gè)硬盤時(shí)2、主盤模式（MASTER）：當(dāng)接兩個(gè)硬盤時(shí)其中一個(gè)3、從盤模式（SLAVE）：當(dāng)接兩個(gè)硬盤時(shí)其中一個(gè)二、數(shù)據(jù)傳輸方式：1、PRO方式2、DMA方式68IDE總線有40個(gè)引腳IDE總線的主要信號(hào)：D15～D0 16位數(shù)據(jù)線CS1#～CS0# 選通IOR#，IOW# 讀寫(xiě)DRQ和DACK# DMA請(qǐng)求和應(yīng)答RST 復(fù)位信號(hào)IOCS16# 16位傳輸選通IORDY I/O設(shè)備準(zhǔn)備好IRQ 中斷請(qǐng)求6970IDE的發(fā)展ATA-1（1994）：是最早的IDE標(biāo)準(zhǔn)。ATA-2（1996）：是EIDE的標(biāo)準(zhǔn)，支持PIO3,4和DMA1,2傳輸方式，最大數(shù)據(jù)傳輸速度為16MB/s。ATA-3（1997）：引入了SMART和安全特性，沒(méi)有制定新的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。ATA-4（1998）：著名的“UDMA33”標(biāo)準(zhǔn)。引入了新的ATA命令和協(xié)議，最大數(shù)據(jù)傳輸速度為33MB/s。ATA-5（2000）：增加了一些新的ATA命令。最大數(shù)據(jù)傳輸速度為66MB/s。ATA-6（2000）：UDMA100。ATA-7（2002）：UDMA133。71IDE的發(fā)展缺點(diǎn)：目前主流的并行ATA（PATA）硬盤僅能支持ATA/100和ATA/133兩種數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，傳輸速率最高只能達(dá)到100或133MB/秒，這對(duì)于計(jì)算機(jī)內(nèi)部動(dòng)輒以G為單位的系統(tǒng)帶寬來(lái)說(shuō)