第11章总线技术课件.ppt

1、第第1111章章第第1111章章 总线技术总线技术学习目标：学习目标：掌握总线的概念，包括总线的定义、分掌握总线的概念，包括总线的定义、分类和使用总线的优点；类和使用总线的优点；掌握各类系统总线的适用场合、主要特掌握各类系统总线的适用场合、主要特点，了解其技术规范点，了解其技术规范；掌握各类外部总线的适用场合、主要特掌握各类外部总线的适用场合、主要特点，了解其技术规范；点，了解其技术规范；了解了解IDE总线的相关知识。总线的相关知识。第第1111章章 总线技术总线技术本章目录：本章目录：11.1 11.1 概述概述11.2 11.2 系统总线系统总线11.3 11.3 外部总线外部总线11.4

2、 I11.4 I2 2C C和和SPISPI总线总线习题与思考题习题与思考题11.1 11.1 概述概述11.1.1 11.1.1 总线的概念总线的概念11.1.2 11.1.2 总线的分类总线的分类11.1.3 11.1.3 总线标准总线标准11.1.1 11.1.1 总线的概念总线的概念 所谓所谓总线总线，就是指计算机中多个部件，就是指计算机中多个部件之间公用的一组连线，是一组信号线的集之间公用的一组连线，是一组信号线的集合，是一种在各模块间传送信息的公共通合，是一种在各模块间传送信息的公共通路。路。11.1.2 11.1.2 总线的分类总线的分类（1）按总线所在位置分类：按总线所在位置分

3、类：片内总线：片内总线：连接集成电路芯片内部各功能单元的信连接集成电路芯片内部各功能单元的信息通路。息通路。内部总线：内部总线：又称系统总线或微型计算机总线。用于又称系统总线或微型计算机总线。用于微机系统内各模块之间的通信。常见的系统总线微机系统内各模块之间的通信。常见的系统总线标准有标准有ISA、EISA、FUTURE BUS总线等。总线等。外部总线：外部总线：又称通信总线，它是微机与微机、微机又称通信总线，它是微机与微机、微机与其它仪器仪表或设备之间的连线。常见的外部与其它仪器仪表或设备之间的连线。常见的外部总线标准有总线标准有RS-232、IEEE-488、SCSI、Centronics

4、总线等。总线等。（2）按信息传送形式分类：按信息传送形式分类：并行总线：并行总线：计算机中的信息一般都是由多位二进制计算机中的信息一般都是由多位二进制码表示的，传输这些信息时，用多条线同时传送码表示的，传输这些信息时，用多条线同时传送所有二进制位。信息的快速传输，被大量地用在所有二进制位。信息的快速传输，被大量地用在计算机内部各部件连接中。计算机内部各部件连接中。串行总线：串行总线：以多位二进制信息共用一条线进行传输以多位二进制信息共用一条线进行传输的方式工作。这种总线形式具有结构简单的优点，的方式工作。这种总线形式具有结构简单的优点，适合当所需连接的部件距离比较远时的情况。适合当所需连接的部

5、件距离比较远时的情况。11.1.3 11.1.3 总线标准总线标准总线标准总线标准是国际正式公布或推荐的互连各是国际正式公布或推荐的互连各个模块的标准，是把各种不同的模块组成个模块的标准，是把各种不同的模块组成计算机系统（或计算机应用系统）时必须计算机系统（或计算机应用系统）时必须遵守的规范，为计算机系统中各模块的互遵守的规范，为计算机系统中各模块的互连提供一个标准界面连提供一个标准界面。11.2 11.2 系统总线系统总线11.2.1 PC11.2.1 PC总线总线11.2.2 ISA11.2.2 ISA总线总线11.2.3 EISA11.2.3 EISA总线总线11.2.4 PCI11.2

6、.4 PCI总线总线11.2.5 STD11.2.5 STD总线总线11.2.6 AGP11.2.6 AGP总线总线11.2.7 PCMCIA11.2.7 PCMCIA总线总线11.2.1 PC11.2.1 PC总线总线PC机的系统总线用于连接机的系统总线用于连接I/O接插件，接插件，它以通道的形式经过扩充和再驱动连到扩它以通道的形式经过扩充和再驱动连到扩充插槽上，扩充插槽有充插槽上，扩充插槽有62个引脚，各种个引脚，各种I/O接口模块（板）均插在扩充槽上，以实现接口模块（板）均插在扩充槽上，以实现与微处理器之间的信息交换。与微处理器之间的信息交换。IBM对插槽上的信号名称、性质、方向、对插槽

7、上的信号名称、性质、方向、时序、引脚排列等都做了明确规定。这种时序、引脚排列等都做了明确规定。这种规定称为规定称为IBM PC总线。总线。PCPC总线信号分配表总线信号分配表注：1B8引脚对插槽17为空，插槽8上该信号 为 卡 选 中 信 号*CARD SLCTD。2信号名称前带*，表示低电平有效。11.2.2 ISA11.2.2 ISA总线总线ISA总线又称总线又称AT总线，它保持了总线，它保持了PC总线总线的全部的全部62个引脚，以便与原个引脚，以便与原PC总线插件板总线插件板兼容。同时它又在底板上增加了一个兼容。同时它又在底板上增加了一个36个个引脚的插槽，以便增加新的功能。引脚的插槽，

8、以便增加新的功能。ISAISA总线中新增引脚信号分配表总线中新增引脚信号分配表11.2.3 EISA11.2.3 EISA总线总线EISA总线是总线是32位位I/O总线，兼容总线，兼容ISA总线，总线，使使I/O能力提高到能力提高到32位，而且提供了多主控位，而且提供了多主控功能，即使一般微机的单处理器环境升级功能，即使一般微机的单处理器环境升级到多处理器工作状态。到多处理器工作状态。EISAEISA总线主要特点总线主要特点支持支持CPU、DMA、总线主控器、总线主控器32位寻址能力和位寻址能力和16位数据传输能力，具有数据宽度变换功能；位数据传输能力，具有数据宽度变换功能；扩展及增加扩展及增

9、加DMA仲裁能力，使得仲裁能力，使得DMA的传输速的传输速率最高可达率最高可达33MB/S；程序可以采用边沿或电平方式控制中断的触发；程序可以采用边沿或电平方式控制中断的触发；能通过软件实现系统板和扩展板的自动配置功能；能通过软件实现系统板和扩展板的自动配置功能；规定总线裁决采用集中方式进行，使得规定总线裁决采用集中方式进行，使得EISA总线总线有效地支持构成多微处理器系统；有效地支持构成多微处理器系统；与与PC/XT总线相兼容。总线相兼容。11.2.4 PCI11.2.4 PCI总线总线PCI总线是一种高性能的局部总线，支持总线是一种高性能的局部总线，支持64位位Pentium系统，传输速率

10、可为系统，传输速率可为132-264Mb/s。PCI桥路（桥路（PCI控制器）有多级缓冲，使控制器）有多级缓冲，使PCI总线支总线支持无限读写方式，且持无限读写方式，且PCI总线上的外设可与总线上的外设可与CPU并发工作；并发工作；PCI支持总线主控技术，允许智能外设在需要的时支持总线主控技术，允许智能外设在需要的时候取得控制权；候取得控制权；高兼容性；高兼容性；高自动配置，不需因卡插入扩充槽而设置开关或跳高自动配置，不需因卡插入扩充槽而设置开关或跳接线。接线。PCIPCI总线的引脚总线的引脚PCIPCI总线的引脚功能表总线的引脚功能表PCIPCI总线的引脚功能表总线的引脚功能表(续续)11.

11、2.5 STD11.2.5 STD总线总线STD总线是总线是1987年推出的用于工业控制年推出的用于工业控制微型计算机的标准系统总线。微型计算机的标准系统总线。STD总线特点：总线特点：高可靠性；小板结构；结构简单；兼容式高可靠性；小板结构；结构简单；兼容式的总线结构；产品配套功能齐全，价格低的总线结构；产品配套功能齐全，价格低廉，易于选用，为廉，易于选用，为STD新产品的推广创造新产品的推广创造了有利的条件。了有利的条件。总线信号分配表总线信号分配表 (元件面元件面)总线信号分配表总线信号分配表 (焊接面焊接面)11.2.6 AGP 11.2.6 AGP 总线总线 Intel于于1996年年

12、7月正式推出了加速图形接口月正式推出了加速图形接口（Accelerated Graphics Port，AGP），这是），这是显示卡专用的局部总线，专用于连接主板上的控显示卡专用的局部总线，专用于连接主板上的控制芯片和制芯片和AGP显示适配卡，是为提高视频带宽而显示适配卡，是为提高视频带宽而设计的总线规范设计的总线规范 AGP总线实质上是对总线实质上是对PCI技术标准的扩充。技术标准的扩充。AGPAGP总线的系统结构总线的系统结构11.2.7 PCMCIA11.2.7 PCMCIA总线总线 随着便携计算机系统的广泛应用，对便携式随着便携计算机系统的广泛应用，对便携式扩展设备的需求越来越迫切。为

13、此，由扩展设备的需求越来越迫切。为此，由Intel、AMD、IBM、Compaq和和TI等公司联合，于等公司联合，于1989年成立了年成立了PCMCIA协会，并制定了协会，并制定了PCMCIA总线总线标准，标准，对便携机的发展起了重要的作用。对便携机的发展起了重要的作用。PCMCIA标准刚开始时，主要是针对内存卡，标准刚开始时，主要是针对内存卡，后来逐渐超越内存卡，变成面向微机系统主板的后来逐渐超越内存卡，变成面向微机系统主板的各种扩展卡，而成为各种扩展卡，而成为“PC卡卡”的国际标准。的国际标准。11.3 11.3 外部总线外部总线11.3.1 IEEE-48811.3.1 IEEE-488

14、总线总线11.3.2 SCSI11.3.2 SCSI总线总线11.3.3 IDE11.3.3 IDE总线总线11.3.4 CENTRONIC11.3.4 CENTRONIC总线总线11.3.5 USB11.3.5 USB总线总线11.3.6 Fire Wire11.3.6 Fire Wire串行总线串行总线11.3.1 IEEE-48811.3.1 IEEE-488总线总线IEEE-488是一个并行的外部总线，它主要用于仪表是一个并行的外部总线，它主要用于仪表之间的连接以及计算机与仪表之间的互相连接。之间的连接以及计算机与仪表之间的互相连接。1975年年IEEE-488作为标准接口总线的国际标

15、准。作为标准接口总线的国际标准。IEEE-488电缆的连接器是一个电缆的连接器是一个24引线的带有插头和引线的带有插头和插座的组合式接头。插座的组合式接头。该标准的主要电气性能有：总线上只能连接该标准的主要电气性能有：总线上只能连接15个设个设备。数据速率必须小于或等于备。数据速率必须小于或等于1Mb/S。总传输距。总传输距离不超过离不超过20米，或米，或2米乘以设备数目。所有的数据米乘以设备数目。所有的数据交换都是数字化信号。交换都是数字化信号。IEEE-488IEEE-488总线系统总线系统共有共有24条线：条线：16条信号线（其中条信号线（其中8条数据线、条数据线、3条握手线、条握手线、

16、5条管理条管理线）、线）、7条地线和条地线和1条机壳接地线。条机壳接地线。在总线上挂接的设备从逻辑上讲在总线上挂接的设备从逻辑上讲分为三种：分为三种：1 1、发话器（者）：系统中向其他设备发送、发话器（者）：系统中向其他设备发送数据的信息源。系统中允许有多个发话器数据的信息源。系统中允许有多个发话器（者）存在，但在同一时刻只能有一个发（者）存在，但在同一时刻只能有一个发话者工作。话者工作。2 2、收听器（者）：是指可以接收数据的设、收听器（者）：是指可以接收数据的设备。在一个系统中可以有多个收听器同时备。在一个系统中可以有多个收听器同时工作。工作。3 3、控制器：是指能对挂在总线上的各个设、控

17、制器：是指能对挂在总线上的各个设备来指定地址或发出命令的设备。在系统备来指定地址或发出命令的设备。在系统中用来控制信息的发送和接收过程。中用来控制信息的发送和接收过程。IEEE-488IEEE-488连接器插脚分配表连接器插脚分配表建立通信对象的过程建立通信对象的过程开始一次数据传送的方法：开始一次数据传送的方法：1 1、由控制器直接利用、由控制器直接利用ATN线状态，向设备送线状态，向设备送命令，指定发话器和收听器。命令，指定发话器和收听器。2 2、现由某设备提出服务请求，使控制器进行、现由某设备提出服务请求，使控制器进行中断服务，在中断服务，在ATN下查找请求服务的设备。下查找请求服务的设

18、备。找到要求服务的设备后，再由控制器唤醒找到要求服务的设备后，再由控制器唤醒另一个通信对象，从而开始一次数据传送。另一个通信对象，从而开始一次数据传送。IEEE-488IEEE-488接口功能表接口功能表11.3.2 SCSI11.3.2 SCSI总线总线小型计算机接口总线小型计算机接口总线SCSI（Small Computer System Interface），它主要用于），它主要用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、光盘机、打印机等设备的连接。光盘机、打印机等设备的连接。SCSI是一种低成本、高效率的外部总线。是一种低成本、高效率的外部总线。SCSI

19、总线上最多可挂接总线上最多可挂接8台总线设备。但在任何时台总线设备。但在任何时刻，只允许有两台设备进行通信。刻，只允许有两台设备进行通信。当使用单端驱动器和单端接收器进行传送时，允许当使用单端驱动器和单端接收器进行传送时，允许电缆长度不超过电缆长度不超过6m；当采用差动驱动器和差动接；当采用差动驱动器和差动接收器时，距离可达到收器时，距离可达到25m。由原来的由原来的8位数据线扩展到了位数据线扩展到了32位。位。SCSISCSI总线的规范总线的规范（1）单端）单端SCSI总线总线50根引线除了地址线外，根引线除了地址线外，18根信号线分成根信号线分成9根数据线和根数据线和9根控制线。根控制线。

20、（2）差动）差动SCSI总线总线差动差动SCSI总线信号与单总线信号与单端端SCSI总线信号相对总线信号相对应，只不过是单端信号只需要一个引脚，应，只不过是单端信号只需要一个引脚，而差动信号则需要两个引脚。而差动信号则需要两个引脚。单端单端SCSISCSI总线信号分配表总线信号分配表11.3.3 IDE11.3.3 IDE总线总线IDE总线是由总线是由COMPAQ和和WD公司联合推出的一种公司联合推出的一种硬盘接口标准，这种接口只支持硬盘驱动器。硬盘接口标准，这种接口只支持硬盘驱动器。1993年年WD公司又推出增强型公司又推出增强型的的IDE接口，也称为接口，也称为EIDE接口或接口或ATA接

21、口。接口。EIDE接口不仅支持硬盘接口不仅支持硬盘驱动器，还支持磁带机和驱动器，还支持磁带机和CD-ROM驱动器。驱动器。ISA、EISA总线支持的总线支持的EIDE接口数据传输速率为接口数据传输速率为4.1Mb/s，而，而VESA总线上多采用总线上多采用FAST EIDE接口，接口，它的数据传输速率为它的数据传输速率为11-13Mb/s。容量为。容量为850MB以以上的硬盘要采用上的硬盘要采用FAST EIDE-2接口，其数据传输接口，其数据传输速率为速率为16.6 Mb/s。11.3.4 CENTRONIC11.3.4 CENTRONIC总线总线CENTRONICCENTRONIC总线是一

22、种并行外部总线，主要用于计总线是一种并行外部总线，主要用于计算机与打印机、绘图机等设备的连接。算机与打印机、绘图机等设备的连接。CENTRONICCENTRONIC总线的传输速率较高，传输距离最大为总线的传输速率较高，传输距离最大为2m2m。在使用扁平电缆传送时，每两条数据线间夹。在使用扁平电缆传送时，每两条数据线间夹一条地线，可较好地克服数据间的干扰。一条地线，可较好地克服数据间的干扰。CENTRONICCENTRONIC总线共有总线共有3636条信号线，信号分配如表条信号线，信号分配如表11-11-1010所示。所示。3636条信号线分为三组：数据信号线、控条信号线分为三组：数据信号线、控

23、制信号线和状态信号线制信号线和状态信号线 11.3.5 USB11.3.5 USB总线总线1 1USBUSB的物理接口和电气特性的物理接口和电气特性（1 1）接口信号线）接口信号线 （2 2）电气特性）电气特性 USBUSB主机或根主机或根HubHub（Root HubRoot Hub）对设备提供的）对设备提供的电源电压时电源电压时4.75V4.75V5.25V5.25V，设备能吸入的最大电，设备能吸入的最大电流为流为500mA500mA。USBUSB设备的电源供给由两种方式：自设备的电源供给由两种方式：自给方式和总线供给方式。给方式和总线供给方式。USBUSB系统的组成系统的组成典型的典型的

24、USBUSB系统拓扑结构图系统拓扑结构图11.3.6 FireWire11.3.6 FireWire串行总线串行总线IEEE1394(火线火线)是用于传送动画数据的是用于传送动画数据的高速总线接口标准高速总线接口标准,具有具有100Mb/s、200Mb/s和和400Mb/s 3种传输速率，最高可达种传输速率，最高可达1Gb/s以上的传输速率。以上的传输速率。IEEE1394最多可以把最多可以把63个外设以菊花链个外设以菊花链的形式连接到同一系统中。的形式连接到同一系统中。IEEE1394IEEE1394性能特点性能特点（1 1）数据传输的高速性）数据传输的高速性IEEE1394IEEE1394

25、的数据传输率分为的数据传输率分为100Mb/s100Mb/s、200MBbs200MBbs、400Mb/s400Mb/s三档。特别适合于新型三档。特别适合于新型高速硬盘及多媒体数据传送。高速硬盘及多媒体数据传送。一、串行传送比并行传送容易提高数据传送一、串行传送比并行传送容易提高数据传送时钟速率；时钟速率；二、采用了二、采用了DS-LinkDS-Link编码技术，把时钟信号的编码技术，把时钟信号的变化转变为选通信号的变化，即使在高的变化转变为选通信号的变化，即使在高的时钟速率下也不易引起信号失真。时钟速率下也不易引起信号失真。（2 2）数据传送的实时性）数据传送的实时性实时性可保证图像和声音不

26、会出现时断时续实时性可保证图像和声音不会出现时断时续的现象，因此对多媒体数据传送特别重要。的现象，因此对多媒体数据传送特别重要。一、异步传送外，还提供了一种等步传送方一、异步传送外，还提供了一种等步传送方式，数据以一系列的固定长度的包规整间式，数据以一系列的固定长度的包规整间隔地连续发送，端到端既有最大延时限制隔地连续发送，端到端既有最大延时限制而又有最小延时限制；而又有最小延时限制；二、总线仲裁除优先权仲裁之外，还有均等二、总线仲裁除优先权仲裁之外，还有均等仲裁和紧急仲裁方式。仲裁和紧急仲裁方式。（3 3）体积小易安装，连接方便）体积小易安装，连接方便IEEE1394IEEE1394使用使用

27、6 6芯电缆，直径约为芯电缆，直径约为6mm6mm，插，插座也小。座也小。IEEE1394IEEE1394的电缆不需要与电缆阻抗匹配的的电缆不需要与电缆阻抗匹配的终端，而且具有热插入能力。终端，而且具有热插入能力。IEEE1394IEEE1394配置结构配置结构IEEE1394采用菊花链式配置，但也允许树形采用菊花链式配置，但也允许树形结构配置。结构配置。IEEE1394接口也需要一个主适配器和系统总接口也需要一个主适配器和系统总线相连。这个主适配器的功能逻辑在高档线相连。这个主适配器的功能逻辑在高档的的Pentium机中是集成在主板的核心芯片组机中是集成在主板的核心芯片组的的PCI总线到总线

28、到ISA总线的桥芯片中。总线的桥芯片中。IEEE1394采用集中式总线仲裁方式，还增加采用集中式总线仲裁方式，还增加了均等仲裁和紧急仲裁功能。了均等仲裁和紧急仲裁功能。IEEE1394IEEE1394配置的实例配置的实例右侧是线性链接方式右侧是线性链接方式,左侧是亲子层次链接方式。整左侧是亲子层次链接方式。整体是一个树形结构。体是一个树形结构。IEEE1394IEEE1394协议集图协议集图IEEE1394IEEE1394协议集协议集IEEE1394的一个重要特色是：规范了一个三层协议的一个重要特色是：规范了一个三层协议集，将串行总线与各外围设备的交互动作标准化。集，将串行总线与各外围设备的交

29、互动作标准化。（1 1）业务层）业务层 定义了一个完整的请求响应协议实现定义了一个完整的请求响应协议实现总线传输，包括读操作、写操作和锁定操作。总线传输，包括读操作、写操作和锁定操作。（2 2）链路层）链路层 可为应用程序直接提供等步数据传送可为应用程序直接提供等步数据传送服务。它支持异步和等步的包发送和接收。服务。它支持异步和等步的包发送和接收。异步包传送，是一个可变总量的数据及业务层的几个信息字节作为一异步包传送，是一个可变总量的数据及业务层的几个信息字节作为一个包传送到显式地址的目标方，并要求返回一个认可包。个包传送到显式地址的目标方，并要求返回一个认可包。等步包传送，是一个可变总量的数

30、据以一串固定大小的包按照规整间等步包传送，是一个可变总量的数据以一串固定大小的包按照规整间隔来发送，使用简化寻址方式，不要求目标方认可。隔来发送，使用简化寻址方式，不要求目标方认可。IEEE1394把完成一个包的递交过程称为子动作。把完成一个包的递交过程称为子动作。（3 3）物理层）物理层 将链路层的逻辑信号根据不同的串将链路层的逻辑信号根据不同的串行总线介质转换成相应的电信号，也为串行总线行总线介质转换成相应的电信号，也为串行总线的 接 口 定 义 了 电 气 和 机 械 特 性。实 际 上，的 接 口 定 义 了 电 气 和 机 械 特 性。实 际 上，IEEE1394串行接口的物理拓扑结

31、构分为串行接口的物理拓扑结构分为“底板环底板环境境”和和“电气环境电气环境”两部分。总线规范并未要求两部分。总线规范并未要求特别的环境设定。所有节点可严格限定在单一底特别的环境设定。所有节点可严格限定在单一底板上，也可直接连在电缆上。板上，也可直接连在电缆上。（4 4）串行总线管理）串行总线管理 它提供总线节点所需的标准它提供总线节点所需的标准控制、状态寄存器服务和基本控制功能。控制、状态寄存器服务和基本控制功能。11.4 11.4 I I2 2C C和和SPISPI总线总线11.4.1 I11.4.1 I2 2C C串行总线串行总线11.4.2 SPI11.4.2 SPI总线总线11.4.1

32、 11.4.1 I I2 2C C串行总线串行总线IEEE1394(火线火线)是用于传送动画数据的是用于传送动画数据的高速总线接口标准高速总线接口标准,具有具有100Mb/s、200Mb/s和和400Mb/s 3种传输速率，最高可达种传输速率，最高可达1Gb/s以上的传输速率。以上的传输速率。IEEE1394最多可以把最多可以把63个外设以菊花链个外设以菊花链的形式连接到同一系统中。的形式连接到同一系统中。11.4.2 SPI11.4.2 SPI总线总线IEEE1394(火线火线)是用于传送动画数据的是用于传送动画数据的高速总线接口标准高速总线接口标准,具有具有100Mb/s、200Mb/s和

33、和400Mb/s 3种传输速率，最高可达种传输速率，最高可达1Gb/s以上的传输速率。以上的传输速率。IEEE1394最多可以把最多可以把63个外设以菊花链个外设以菊花链的形式连接到同一系统中。的形式连接到同一系统中。习题与思考题习题与思考题1.总线是如何定义的？总线分为哪几类？总线是如何定义的？总线分为哪几类？2.为什么在组织计算机时喜欢用总线结构？为什么在组织计算机时喜欢用总线结构？3.3.试简述试简述IEEE-488有哪些特点？有哪些特点？4.4.SCSI总线主要用来连接什么设备？它有哪些特点？总线主要用来连接什么设备？它有哪些特点？5.5.简要描述简要描述AGP总线的两种工作方式。总线的两种工作方式。6.6.简述简述USB总线的结构和主要特点。总线的结构和主要特点。7.简述简述IEEE-1394主要性能特点。主要性能特点。