1、第第9 9章章 总线系统总线系统第第9 9章章 总线系统总线系统9.1 总线的基本概念总线的基本概念 9.2 总线连接方式总线连接方式 9.3 总线控制总线控制 9.4 常用微机总线常用微机总线 习题习题 第第9 9章章 总线系统总线系统9.1 总线的基本概念总线的基本概念总线是连接计算机内部多个部件之间的信息传输线，是许多信号线的集合。总线是微型计算机芯片间、各部件间和外部设备间相互进行信息或数据交换的通路，它是构成计算机系统互联的机构，通过总线，计算机各部件间可进行各种数据和命令的传送。计算机系统的总线结构决定了系统的数据通路及系统结构。因此，总线结构的好坏对系统性能有很大的影响。9.1.
2、1 总线的分类总线的分类 总线形态多样、应用很广，从不同的角度可以有不同的分类方法。第第9 9章章 总线系统总线系统1.按信息传送的方向分按信息传送的方向分1)单向总线在单向总线中，数据只能朝一个方向传送。2)双向总线在双向总线中，数据可以朝两个方向传送。2.按传送信息的类型分按传送信息的类型分1)数据总线(Data Bus，DB)数据总线上传送数据信息，是CPU和存储器、外部设备之间传送指令和数据的通道，其宽度反映了CPU一次处理、传送的二进制位数的能力。根据数据总线的宽度(条数)，可将微机分成4位、8位、16位、32位、64位机等。数据总线是双向的。第第9 9章章 总线系统总线系统2)控制
3、总线(Control Bus，CB)控制总线上传递的是CPU的控制信号。控制总线与地址总线、数据总线有很大的差别，它是三种总线中最复杂的一种，它主要包括以下几个信号：(1)读写控制线：用来决定数据线上数据的传送方向，以及是访问存储器还是I/O操作。(2)中断信号线：包括屏蔽中断请求线、非屏蔽中断请求线和中断响应线。(3)总线控制线：通常包括总线请求和总线响应。(4)复位线：CPU收到此信号就进行初始化，并从指定的复位入口处开始执行程序。(5)等待线或准备就绪线：用于CPU与慢速存储器与I/O设备的同步。第第9 9章章 总线系统总线系统(6)时钟线：用于产生CPU各种基本操作的时间基准。(7)其
4、他控制线：如地址锁存允许信号(ALE)等。3)地址总线(Address Bus，AB)地址总线上传送的是存储器或I/O设备的地址信息，以便CPU按地址对其进行读写。地址线的条数反映了微处理器的寻址能力，n条地址线决定可寻址的存储空间为2n个单元。例如，有32条地址线的计算机，最大寻址范围可高达4 GB(232B)。地址总线的特点是：(1)单向传输。(2)地址线的数目与存储容量有关。此外，总线中还有电源线和地线，有的总线还使用几种电源。任何类型计算机的总线都必须包含数据、地址和控制总线。第第9 9章章 总线系统总线系统3.按照总线所在的物理位置分按照总线所在的物理位置分 1)片内总线芯片内部各部
5、件(单元)的连接总线称为片内总线。它位于微处理器芯片内部，用于ALU及各种寄存器等功能单元之间的相互连接。2)片总线一块模板上各个芯片之间相连接的总线称为片总线。3)系统总线计算机系统内部各部件之间进行连接和传输信息的一组信号线称为系统总线。4)通信总线计算机之间及计算机与仪器、设备之间的连接总线称为通信总线或外部总线。第第9 9章章 总线系统总线系统4按照二进制数码的传送方式分按照二进制数码的传送方式分1)并行总线并行总线具有多条传输线，一次能同时传送多个二进制数位。一般可分成8位总线、16位总线、32位总线和64位总线。2)串行总线串行总线只有一条传输线，二进制数的各位是一位一位传送的。显
6、然，串行总线的传输速度比并行总线慢。9.1.2 总线的规范总线的规范在各功能板插座之间采用系统总线连接的情况下，希望所接插件之间具有通用性，以便于一个系统的各功能板可以插在任何一个插座上，为用户的安装和使用带来方便。此外，微型计算机制造厂商在设计一个系统时，为了得到广泛的市场，也设法使系统总线能够连接尽可能多的设备，希望各厂家生产的同类产品能够互连、互换。这样就产生了一个要求，希望有一个规范化的可通用的系统总线。第第9 9章章 总线系统总线系统总线的标准主要包含下列内容。1.机械结构规范机械结构规范机械结构规范规定模块的几何尺寸、形状、总线插头、总线接插件、引脚根数及排列顺序等，以便能正确无误
7、地将各部件连接。2.功能规范功能规范功能规范规定总线中每一根信号线的名称、功能以及工作过程。3.电气规范电气规范电气规范规定总线中每一根信号线的有效电平范围、动态转换时间、负载能力、传递方向及最大额定值。4.定时规范定时规范定时规范对于存储器和I/O的读、写操作，规定了相应的总线信号时序，在总线中定义这些信号的时序以保证各功能板的兼容性，一般用信号时序图来描述。第第9 9章章 总线系统总线系统9.1.3 总线的优点总线的优点在计算机系统中采用总线具有以下优点。1.通用性通用性采用了总线标准可以为各模块的互连提供一个标准的界面，这个界面对于界面两端的模块来说是透明的，界面的任一方只需根据总线标准
8、要求设计和实现接口的功能，而不用考虑另一方的接口方式，所以按总线标准设计的接口具有广泛的通用性。2.便于用户的二次开发便于用户的二次开发由于采用同样总线标准设计制造各种功能的模板，各个模板是挂在总线上的相互独立的模块，因此用户可以根据自己的需要选用现成的功能模板，也可根据自己的需要自行设计符合第第9 9章章 总线系统总线系统总线标准的模板。这样可节省硬件的重复性开发，也使得编写该模块的相应软件更容易，给调试和修改带来诸多方便，从而提高了效率，降低了成本。3.便于系统的更新便于系统的更新随着集成电路技术的发展，新的芯片不断产生，微机系统需要不断更新。采用统一标准的总线结构对于系统的更新更加方便。
9、4.可不断提高系统的功能可不断提高系统的功能由于采用了标准总线，计算机的主要功能部分做成不同的模块板挂在总线上，这样就给系统提供了在原设计的基础上以最小的变动来跟随市场要求的可能性。只要根据新的要求，设计新的模块，插在总线上就可以了。第第9 9章章 总线系统总线系统9.1.4 总线的性能总线的性能评价一种总线的性能指标一般包含如下几个方面。1.总线时钟频率总线时钟频率总线时钟频率是指总线的工作频率，以MHz表示，它是影响总线传输速率的重要因素之一。2.总线宽度总线宽度总线宽度是指数据总线的位数，用位(bit)来表示，如总线宽度为8位、16位、32位和64位。3.总线传输速率总线传输速率总线传输
10、速率是指在总线上每秒传输的最大字节数，用MB/s表示，即每秒多少兆字节。若总线工作频率为8 MHz，总线宽度为8位，则最大传输速率为8 MB/s。若工作频率为33.3 MHz，总线宽度为32位，则最大传输速率为133 MB/s。第第9 9章章 总线系统总线系统4.同步同步/异步方式异步方式总线上数据与总线时钟同步工作的，称为同步总线；与时钟异步工作的，称为异步总线。在同步方式下，总线上主模块与从模块进行一次传输所需的时间(即传输周期或总线周期)是固定的，并严格按系统时钟来统一定时主、从模块之间的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，总线的带宽便可很宽。在异步方式下，采用应答式传输技术，允许从模
11、块自行调整相应时间，即传输周期是可以改变的，故总线带宽会减少。第第9 9章章 总线系统总线系统5.多路复用多路复用若地址线和数据线共用一条物理线路，即某一时刻该线上传输的是地址信号，而另一时刻传输的是数据或总线命令，则这种一条总线多种用途的技术，称作多路分时复用，这种计数可以提高总线性能、优化设计。若地址线和数据线是物理上分开的，则为非多路复用。6.负载能力负载能力负载能力一般采用“可连接的扩增电路板的数量”来表示。其实这并不严密，因为不同电路插板对总线的负载是不一样的，即使是同一电路插板在不同工作频率的总线上，所表现出的负载也不一样，但它基本上可以反映总线的负载能力。第第9 9章章 总线系统
12、总线系统7.信号线数信号线数信号线数表明总线拥有多少信号线，是数据线、地址线、控制线及电源线的总和。信号线数与性能不成正比，但与复杂度成正比。8.总线控制方式总线控制方式总线控制方式包括猝发传送、并发工作、设备自动设置、仲裁方式等内容。9.其他性能其他性能其他性能还有电源电压等级(是5 V还是3.3 V)、扩展性能(能否扩展64位宽度)等。第第9 9章章 总线系统总线系统9.2 总线连接方式总线连接方式常用的计算机系统总线连接方式有单总线系统、双总线系统和三总线系统。1.单总线系统单总线系统使用一组单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备，叫做单总线结构。早期的计算机系统，尤其是微型机和小
13、型机大多采用这种结构，如图9-1所示。在这类系统中，同一类信息在不同部件间传递时，通过同一组总线，或者说，所有的模块都挂在同一组总线上。因此，单总线是一种共享型总线。第第9 9章章 总线系统总线系统图9-1 单总线结构 第第9 9章章 总线系统总线系统单总线系统结构简单，所有连接到单总线上的部件都共享同一地址空间。与总线连接的所有部件是互相独立的，这种总线结构连接灵活，易于系统部件的扩充。但由于若干逻辑部件共用一条总线，因此，总线要分时工作，整机工作速度比较低。2.双总线系统双总线系统在计算机系统中，CPU与存储器之间的信息传送最为繁忙，要求的带宽也最高。采用单总线结构会影响数据传输效率，带来
14、整机的工作速度下降。解决这个问题的办法就是在CPU与存储器之间建立一条直接通道，形成以存储器为中心的双总线结构，如图9-2所示。第第9 9章章 总线系统总线系统图9-2 双总线结构 第第9 9章章 总线系统总线系统双总线结构保持了单总线结构简单、易于扩充的优点，又在CPU和主存之间有一组专门的高速总线，使CPU可与主存迅速交换信息，极大地提高了系统的效率。双总线通常在大、中型计算机中采用。3.三总线系统三总线系统为了使主存能与高速外设间进行数据传送，在它们之间引入了一个专门的DMA总线，形成图9-3所示的三总线结构，以实现内存与外存之间数据的直接成批交换。第第9 9章章 总线系统总线系统图9-
15、3 三总线结构 第第9 9章章 总线系统总线系统9.3 总总 线线 控控 制制总线是为多个部件共享的，为了正确地实现各部件之间的通信，必须设置一个总线控制机构，其主要任务是：响应总线请求，对总线的使用进行合理的分配和管理，以达到最佳使用总线的目的。按照设备对总线是否有控制权来分，连接在总线上的设备可以分为主设备和从设备两种。主设备是指具有控制总线能力的设备，通常是CPU或以CPU为中心的逻辑模块，在获得总线控制权之后能启动数据信息的传输；而被主设备选中以进行数据交换的设备称为从设备或目标设备。从设备能够对总线上的数据请求做出响应，但本身不具备总线控制能力。第第9 9章章 总线系统总线系统总线上
16、信息的传输由总线主设备启动，即总线上的一个主模块要与另一个模块部件进行通信时，首先应该由主设备发出总线请求信号。总线同一时间只允许在一对设备之间进行通信。在早期的计算机系统中，一条总线上只有一个主设备，总线一直由它占用，技术简单，实现也比较容易。随着计算机应用的发展，主要是工业控制、科学计算的需求，多个主设备共享总线的情况越来越多，就会出现多个设备或部件同时申请使用总线的情况，这就对总线技术提出了新的要求需要解决各个主设备之间资源争用等问题。第第9 9章章 总线系统总线系统为了防止多个主设备同时控制总线，总线控制机构通过对总线的使用进行仲裁，来解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题。当多个主模
17、块同时要求使用总线时，总线仲裁能按优先级次序，决定由哪个设备优先使用总线，只有获得了总线使用权的设备才能开始传送数据。按总线控制机构的位置，控制方式可分为集中式和分布式两种。总线控制逻辑集中在一处(如在CPU中)的，称为集中式控制；总线控制逻辑分布在连接于总线的各个部件或设备中的，称为分布式控制。第第9 9章章 总线系统总线系统9.3.1 集中式控制集中式控制集中式控制中每个功能模块有两条线连到中央仲裁器：一条是送往仲裁器的总线请求信号线，一条是仲裁器送出的总线授权信号线。集中式控制将总线的控制功能用一个专门的部件实现，这个部件可以位于连接在总线的某个设备上。当一个设备需要向共享总线传输数据时
18、，它必须先发出请求，在得到许可时才能发出数据。裁决部件接收来自各个设备的总线使用请求信号，向其中某一个设备发出总线许可信号。集中式控制有链式查询、计数器定时查询和独立请求三种仲裁方式。第第9 9章章 总线系统总线系统1.链式查询方式链式查询方式链式查询方式如图9-4所示。它用三条控制线进行控制：“总线忙”、“总线请求”和“总线可用”。它的主要特征是“总线可用”信号串行地从一个部件(I/O接口)送到下一个部件，若“总线可用”到达的部件无总线请求，则继续下传；到达的接口有总线请求时，“总线可用”信号便不再往下查询，意味着该I/O接口获得了总线控制权。同时该部件建立“总线忙”，并除去“总线请求”信号
19、，准备传送数据。数据传送期间，“总线忙”维持“总线可用”的建立；传送完成后，该部件去除“总线忙”信号和“总线可用”信号。显然，在查询链中离总线控制器最近的部件具有最高优先权，离总线控制器越远，优先权越低。链式查询方式的优点是：选择算法简单，控制总线数少，可扩充性好，可靠性高。但也有一些缺点：“总线可用”信号串行传送，容易造成堵塞；优先级是固定的，不灵活；总线请求较低的设备容易被忽略。第第9 9章章 总线系统总线系统图9-4 链式查询方式第第9 9章章 总线系统总线系统2.计数器定时查询方式计数器定时查询方式计数器定时查询方式在总线控制器中设置一个计数器，其工作原理如图9-5所示。它仍使用一根“
20、总线请求”线，总线上的每个部件都可以通过“总线请求”提出使用总线的请求，总线控制器接到“总线请求”信号后，若总线不忙(“总线忙”信号为“0”)，则计数器开始计数，并把计数值通过一组地址线发向各部件。当地址线上的计数值与请求使用总线设备的地址一致时，该设备获得总线使用权，同时将“总线忙”置为“1”，并中止计数器的计数及查询工作。第第9 9章章 总线系统总线系统计数器每次可以从“0”开始计数，也可以从中止点开始。如果从“0”开始，各部件的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。计数器的初值可用程序设置，这可以方便地改变优先次序。这种灵活性是
21、以增加线数为代价的。计数器定时查询方式的优点是：优先次序灵活，可靠性高。它的缺点是：控制线数较多，扩展性较差，控制较为复杂。第第9 9章章 总线系统总线系统图9-5 计数器定时查询方式 第第9 9章章 总线系统总线系统3.独立请求方式独立请求方式独立请求方式原理如图9-6所示。在独立请求方式中，每一个共享总线的部件均有一对“总线请求”线和“总线允许”线。当某部件要使用总线时，就将请求信号发往总线控制部件，总线控制器根据一定的优先次序决定哪个部件可以使用总线，并发出“总线允许”信号到选定的部件，同时去除该部件的“总线请求”，建立“总线已分配”。接到“总线可用”信号的部件就可以使用总线传送数据，数
22、据传送完毕后，解除“总线已分配”和“总线允许”信号，开始新的总线分配。第第9 9章章 总线系统总线系统图9-6 独立请求方式 第第9 9章章 总线系统总线系统独立请求方式的优点是：(1)总线分配速度快，响应时间快，确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。(2)灵活。对优先次序的控制相当灵活，可以预先固定也可以通过程序来改变优先次序。(3)能方便隔离失效部件的请求。可以用屏蔽(禁止)某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。总线请求方式的缺点是：(1)控制线数多。(2)结构复杂。第第9 9章章 总线系统总线系统9.3.2 分布式控制分布式控制分布式控制是将控制功能分布于
23、连接在总线上的各设备中，一般是固定优先级的。每个设备分配一个优先号，发出总线请求的设备将自己的优先号送往请求线上，与其他设备的请求信号构成一个合成信号，并将这个合成裁决信号读入以判断是否有优先级更高的设备申请总线。这样可使得优先级最高的设备获得总线使用权。分布式控制不需要中央仲裁器，每个潜在的主功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式控制是以优先级仲裁策略为基础的。第第9 9章
24、章 总线系统总线系统9.4 常用微机总线常用微机总线标准总线使总线接口部件标准化，简化了系统设计，缩短了开发时间，降低了生产成本，增加了系统配置的灵活性。所以微机系统中都推行标准总线技术。下面介绍微型机的常用标准总线。9.4.1 系统总线系统总线1.STD总线总线STD总线是1987年推出的用于工业控制微型计算机的标准系统总线。它的高可靠性、小板结构、高度模块化等优越的性能在工业领域得到了广泛应用和迅速发展。第第9 9章章 总线系统总线系统STD总线起初是8位微处理器为廉价模块化总线结构使用而提供的技术规范。总线上的信号通常来自微处理器，并经过缓冲但不重新定时。这种总线结构简单，使得某些模块依
25、附于所选处理器的类型，能支持多微处理器系统。随着新技术的发展和实际应用的需要，STD总线经过修订和改进，利用复用技术，在保证同原有的I/O功能板兼容的条件下，提供了全16位数据传送能力，地址总线可以扩展到24位。目前，国内所采用的大多是这种8位、16位兼容的STD总线，STD总线共有56个引脚。2.IBM PC总线总线IBM PC总线是IBM PC/XT个人计算机上采用的微型计算机总线，它是针对Intel 8088微处理器设计的，又称XT总线或8位ISA总线。第第9 9章章 总线系统总线系统IBM PC有62条信号线，包括8位双向数据总线、20位地址总线、6根中断请求线、3组DMA通道控制线、
26、存储器和I/O读写线、动态RAM刷新控制线和时钟信号线以及4根电源线和3根地线。3.ISA总线总线ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线是IBM PC/AT机上使用的总线，又称为PC AT总线。它是为80286 CPU而设计的。ISA总线和IBM PC总线一样，是一种原始的总线设计，采用将微处理器芯片总线经缓冲后直接接到系统总线上，是在PC总线基础上增加了一个36插脚的AT插槽而形成的。人们所用的286、386和486微型计算机多数采用ISA总线，甚至586和奔腾机也还保留一个插槽为ISA总线标准。ISA总线使数据总线由8位增至16位，地址
27、总线由20位增至24位，可寻址16 MB的存储空间。第第9 9章章 总线系统总线系统ISA总线的优点体现在开放性体系结构上，它顺应了微型机从8位到16位的过渡，并可供32位微型机使用，适应性很强。其缺点是单用户结构不适合多用户环境，如ISA总线没有提供中断共享，在系统配置时经常会发生中断冲突，因此，在总线I/O过程中，只有一个I/O过程完成后，才能继续另一个I/O过程。4.EISA总线总线1988年，以HP、Compaq为代表的几家公司，为解决ISA总线速度瓶颈问题，在ISA总线的基础上推出了一个32位总线标准EISA(Extended Industrial Standard Architec
28、ture，扩充的工业标准体系结构)。EISA是一种开放的总线标准，它可以与ISA完全兼容，并提供了很多ISA所不支持的增强功能。EISA总线是针对486微机而设计的。它是在原AT总线的基础上进行扩展构成的，由原来AT总线的98个引脚扩展到196个引脚，由16位数据总线扩展成32位总线体系结构。第第9 9章章 总线系统总线系统EISA总线在结构上与ISA总线完全兼容，能直接使用PC/AT的插件板，保护了原有投资，它支持8位、16位、32位数据传输，地址线也达到32位。EISA总线虽然做了很多改进，但结构比较复杂，而且随着人们对视频显示要求的不断提高和高速外设应用的逐渐增多，低速率和低带宽的总线已
29、不能满足用户需求，一种高性能的局部总线应运而生。局部总线的诞生源于两种情形：一种是在多主设备的总线系统中，为减轻系统总线的负载，给每个子系统设置自己的局部总线，在局部总线上挂有自己的I/O局部存储器和局部接口；另一种出现在单主设备的总线系统中，是为了满足高速外设所要求的数据传输率，在高速外设与CPU之间建立局部总线。PCI总线属于后者。第第9 9章章 总线系统总线系统5.PCI总线总线PCI(Peripheral Component Interconnect，外部设备互连)总线是Intel公司于1992年6月在开发Pentium CPU的过程中提出的局部总线标准，目前已颁布了V1.0和V2.1
30、规范，其应用领域日益广泛。PCI是一种时钟同步型输入/输出总线，用于连接微处理器和输入/输出设备，它除了适用于Intel公司的芯片外，还适用于其他型号(如DEC公司的Alpha)的处理器芯片，并具有即插即用的功能。PCI总线采用了一种独特的中间缓冲器的设计，把处理器子系统与外围设备分开，这样使得PCI的结构不受处理器种类的限制。PCI总线解决了微处理器与外围设备之间的高速通道，总线的频率为33 MHz，与CPU的时钟频率无关，总线宽度为32位，并可以扩展到64位，所以其带宽达到132264 Mb/s。第第9 9章章 总线系统总线系统PCI已成为局部总线的新标准，广泛用于当前高档微机、工作站以及
31、便携式微机中。主要用于连接显卡、网卡和声卡。PCI总线是32位同步复用总线，其地址和数据线引脚是AD31AD0。6.AGP总线总线AGP(Accelerated Graphics Port，图形加速接口)总线是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范，是一种新型视频接口标准。它是由Intel公司随着Pentium 主板一起推出的，是图形显示卡专用数据通道。开发AGP总线的目的是大幅度地提高高档微机处理图形，尤其是3D图形的能力。AGP接口只能安装AGP的显卡，它把主存和显存直接连接起来，大大提高了电脑对3D图形的处理速度，其总线宽度为32位，时钟频率是66 MHz，能以133 MHz的频率工作，最
32、高传输速率达532 MB/s。第第9 9章章 总线系统总线系统在进行3D图像处理时，储存在显卡上显存中的不仅有影像数据，还有纹理数据、Z轴的距离数据以及Alpha数据等。特别是纹理数据的数据量非常大，要描绘3D图形，不仅需要大容量的显存，还需要高速的传输速度。由于高速显卡的价格昂贵，所以，为了既能增加图像纹理数据的储存能力，又能降低硬件的成本，有效的办法就是将纹理数据从显存移到主存，减少显存的容量，以此来降低显卡的成本。将纹理数据从显存移到主存的工作，PCI总线是难以胜任的，而AGP在主存与显卡之间提供了一条直接的通道，使得3D图形数据不通过PCI总线，直接送入显示子系统。这样就能打破由PCI
33、总线形成的瓶颈，从而实现了以相对低价格来达到高性能3D图形的描绘功能。第第9 9章章 总线系统总线系统AGP总线具有如下特点：(1)AGP总线将视频处理器与系统主存直接相连，避免了经过PCI总线造成的系统瓶颈，提高了3D图形数据传输速度。(2)系统主存可以与视频芯片共享，在显存不足的情形下，可以调用系统主存用于存储纹理数据。(3)采用双重驱动技术。采用新的低电压规范，允许在一个66 MHz的总线时钟内传输一次到两次数据，即在AGP时钟信号的上沿和下沿都进行32位数据传输，从而将有效带宽提高4倍，达到512 Mb/s甚至1 Gb/s。(4)CPU访问系统主存与AGP访问显存可以并行进行，显示带宽
34、也不与其他设备共享，进一步提高了系统性能。(5)数据读写采用流水线操作，减少了内存等待时间，有助于提高数据传输速率。(6)采用带边信号传输技术，在总线上调制使地址信号与数据信号分离，来提高随机内存访问速度。第第9 9章章 总线系统总线系统9.4.2 外部总线外部总线1.RS-232C总线总线RS-232C总线是为了用电话网络进行数据通信而制定的标准，是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机之间、计算机与外部设备之间的数据通信，信号最高传输速率为19.2 kb/s，最大传输距离为15 m，适合于短距离或带调制解调器的通信场合。RS-232C总线通常通过调制器将表示逻辑1和0的高低电压转换成高和
35、低的频率信号在电话网络中传递，在接收端用解调器把频率信号变成一系列高和低的电压以表示“1”和“0”。近距离通信和微机之间的连接可直接采用RS-232C接口标准，它是一种串行的外部总线，可利用它实现计算机和终端的串行通信。RS-232C总线规定有25个引脚，实际上只使用了21个引脚。第第9 9章章 总线系统总线系统2.SCSI总线总线SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)是一种连接主机和外围设备的接口，在服务器和图形工作站中被广泛采用。它主要用来连接外部设备以提高系统性能或增加新的功能，例如硬盘、光驱、扫描仪、磁带机、打印机等。1986年，
36、美国国家标准局(ANSI)在原SASI(美国Shugart公司的Shugart Associates System Interface)接口基础上，经过功能扩充和协议标准化，制定了SCSI标准，后来又被国际标准化组织(ISO)确认为国际标准。它最初主要为管理磁盘而设计，是一种基于通道的接口。除了硬盘使用这种接口以外，SCSI接口还可以连接CD-ROM驱动器、扫描仪和打印机等。SCSI控制器相当于一块小型CPU,有自己的命令集和缓存。第第9 9章章 总线系统总线系统3.USB总线总线USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是由Compaq、Digital、IBM、Inte
37、l、Microsoft、NEC和Nothern Telecom等7家公司共同开发的。1995年11月，USB 0.9规范正式提出，1998年发布USB 1.1，1999年已经推出USB 2.0(480 Mb/s)规范。USB总线是与计算机外设相连的I/O接口标准，是一种中、低速的数据传输接口，旨在统一外设接口，取代传统的串口、并口和PS/2接口，统一使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。一个USB控制器可以连接多达127个外设，但是在实际应用中，也许串联3到4个设备就可能导致一些设备失效。而且大第第9 9章章 总线系统总线系统
38、多数USB产品只有一个输入口，根本无法再连接下一个USB设备。另外，尽管USB本身可以提供500 mA的电流，然而一旦碰到高电耗的设备，就会导致供电不足，解决这些问题的办法是使用USBHub。USB具有即插即用(plug-and-play)、热插拔(hot attach and detach)、可扩充性、安装简易、高速传输、总线供电、电源管理、支持多媒体等特点。4.IEEE 1394总线总线IEEE 1394是一种面向计算机外设和消费类电器产品的高速串行总线，能够处理实时的和已录制完成的视频信息。IEEE 1394目前已经成为数码影像设备的传输标准，它定义了数据的传输协定及连接系统，可以较低的
39、成本达到较高的性能，以增强电脑与外设如硬盘、打印机、扫描仪的连接能力。第第9 9章章 总线系统总线系统IEEE 1394的前身是Apple公司于1985年开始研究、1987年发布的FireWire，1992年被接纳为IEEE 1394规范，并于1995年由IEEE标准委员会发布为第1394个标准，IEEE 1394由此得名。在这个标准中，传输速率被定义为100/200/400 Mb/s三种，通常就称为S100/S200/S400。后来先后推出的IEEE P1394a以及P1394-1999，P1394-2000都在保持传输速率不变的前提下，对控制性能和互操作性进行了较大的改进。其中，高性能的I
40、EEE P1394b的带宽在时钟800/1600/3200 MHz下分别达到100/200/300 MB/s。IEEE 1394的主要技术特点如下：(1)极高的传输速度，高达GB/s的高速同步数据传输速度。第第9 9章章 总线系统总线系统(2)是一种标准接口，它的出台可以使硬盘厂商实施标准化的设计。(3)通过6针缆线与外设相连，并支持热插拔。(4)由于成本较高和技术上的原因，目前使用并不多。由于IEEE 1394与USB在形式和功能上的类似性，人们容易对这两种接口技术产生混淆。在IEEE 1394中，I/O连接能力得到了进一步的改进，两者的主要区别在于各自应用的对象，USB主要用于PC外设的连
41、接，而IEEE 1394主要定位于声音/视频领域，用于制造消费类电子设备，如数字DVD、数字DV等。表9-1总结了这两种接口技术的区别。第第9 9章章 总线系统总线系统表表9-1 IEEE 1394与与USB的区别的区别 第第9 9章章 总线系统总线系统习习 题题1什么是总线？总线有几种类型？2简要说明片总线中地址总线、数据总线和控制总线的功能。3什么情况下需要总线仲裁？总线仲裁有什么目的？4什么是总线标准？为什么要制定总线标准？5试分析链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求方式三种集中式总线仲裁的优缺点。6试比较单总线结构、双总线结构与三总线结构的不同之处。第第9 9章章 总线系统总线系统7总线的特性包括哪几个方面？什么是总线带宽？8总线仲裁的作用是什么？一般采用什么原则进行仲裁？9按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁方式分为哪几类？10简述PCI总线的特点。
