1、1,2.3系统总线主要内容,主要内容： 总线的基本概念和分类； 总线的系统结构 总线的主要功能及原理； 常用系统总线标准； 通用串行总线（USB）,2,2.3.1 总线概述,总线概念； 总线分类及其特点 总线的结构,3,总线的一般概念,总线是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。 总线是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。 任一时刻，只能有一个部件/设备通过总线发送数据，其他部件只能处于接收状态。,4,总线的分类及特点,按传送信息的类型划分 数据总线（Data Bus，DB） 传输数据信息，双向三态 其宽度决定了其数据传输能力 例如，ISA总线为16位，PCI总线为32/64位
2、 地址总线（Address Bus，AB） 传输地址信息，单向三态 其宽度决定了微机系统的寻址能力 例如，ISA为24位，可寻址16MB；PCI为32/64位，可寻址4GB/224TB 控制总线（Control Bus，CB） 传输控制信号、时序信号和状态信号 特点各异：三态、入/出/双向等特性均不相同,5,总线的分类及特点（续）,按总线的层次结构 内部总线 CPU内部的连接运算器和寄存器等的总线 CPU总线/前端总线（FSB） 直接由CPU引脚引出的总线，例如，P4 CPU与GMCH（北桥）之间的总线 系统总线 与总线扩展槽连接的总线，如ISA和EISA总线 外部总线 主机与外设之间的总线，
3、如USB和IEEE1394 其他 AGP，专用视频接口，专用于显卡与内存之间的数据传输 SCSI，标准的设备接口，可连接15台外设 IDE/EIDE，外部存储设备接口，每个接口可连接2台设备,6,总线的结构,系统各部件与总线的连接方式单总线结构双总线结构多总线结构,7,单总线结构,CPU,M,M,I/O,I/O,I/O,缺点：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影响了存储器的读写速度,8,双总线结构,面向CPU的双总线结构,CPU,M,I/O,I/O,I/O,缺点：存储器与I/O设备的数据传输必须通过CPU,9,双总线结构,面向存储器的双总线结构,CPU,M,I/O,I/O,I/O,主要特
4、点：保留了 单总线的优点，提高了传送效率而且减轻了总线的负担。,10,多总线结构,CPU,北桥,南桥,RAM,Cache,AGP,CRT,BIOS,KBD，Mouse 串行/并行接口 HDD/CDROM(IDE) FDD USB,PCI,ISA,前端总线/CPU总线,接口卡,外设,总线扩展槽,11,2.3.2 总线技术,总线的基本功能 数据传送控制 仲裁控制 总线隔离与驱动 总线常用芯片 性能指标,12,1.总线的基本功能,数据传送控制 仲裁控制 数据校验与纠错 隔离与驱动,13,2. 总线传送控制,同步定时方式 收、发双方严格地按统一的基准时钟信号执行相应的动作 不适合于在同一系统中既有高速
5、部件又有低速部件的环境 PCI总线属于同步方式总线 缺点 异步传输方式 传输过程无需统一时钟的同步，用“请求”和“应答”信号来协调 传输速度慢 半同步方式 总体上仍是同步方式(使用基准时钟)，传输操作与时钟同步 设置“等待”状态线，在无法按时完成操作时，用此状态线强制对方延长一个或多个时钟周期 ISA总线即属于半同步方式总线,14,2.总线传送控制同步方式的时序,地址,数据,时钟,总线周期,总线周期,时钟周期,15,2.总线传送控制异步方式的时序,地址/数据,(发送方)请求,(接收方)应答,16,2.总线传送控制半同步方式的时序,地址,数据,时钟,就绪,等待一个时钟周期,17,3. 总线的仲裁
6、控制,多个设备都要使用总线时，决定由哪个设备使用总线的方法。80x86微机中采用的是独立请求方式,链式查询方式 独立请求方式,计数式查询方式,18,4. 总线隔离与驱动,不操作时把功能部件与总线隔离 同一时刻只能有一个部件发送数据到总线上 提供驱动能力 数据发送方必须提供足够的电流以驱动多个部件 提供锁存能力信息缓存和信息分离,19,5. 总线电路中常用的芯片,三态总线驱动器 驱动、隔离 单向、双向 锁存器 信息缓存（有些同时具有总线驱动能力） 信息分离（如地址与数据的分离）,20,三态总线驱动器,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输出,OE,21,典型总线驱动器芯片
7、,8286 / 74LS245 8双向总线驱动器 内部包含8个双向三态门,8286 74LS245,A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 OE,B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 T,OE：低电平时，输出允许，高电平时，输出端处于高阻态。T： 方向。 T=0，BA；T=1，AB,22,典型总线驱动器芯片,74LS244 8总线驱动器 内部包含8个单向三态门，分为两组分别控制,74LS244,E1 E2 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4,1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4,1组输出,2组输出,1组输入,2组输入,23
8、,锁存器,D,CP,Q,Q,CP D Q Q0 0 11 1 0,D,CP,Q,OE,O,CP D O0 01 1,I,STB,24,典型锁存器芯片,8282 / 74LS373 具有三态正相输出的锁存器 内部包含8个D触发器,8282 74LS3738D 锁存器,DI0 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 DI7 STB,DO0 DO1 DO2 DO3 DO4 DO5 DO6 DO7 OE,25,6. 总线的主要性能指标,总线带宽（B/S）：每秒可传送的字节数 总线宽度（bit）： 一次传送的数据位数 工作频率（MHz） 总线带宽=（总线宽度/8）工作频率,例1：P4 CPU的F
9、SB频率为400MHz或800MHz，位宽为64bit。FSB带宽：40064/8=3.2GB/s 或 80064/8=6.4GB/s例2：PCI总线的频率为33.3MHz，位宽为32bit或64bit。PCI带宽：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s,26,2.3.3常用系统总线及外部总线,常用系统总线标准 ISA（工业标准体系总线） Industry Standard Architecture PCI（外围部件互连总线） Peripheral Component Interconnect 常用系统接口标准 AGP（加速图形接口） Accelerated G
10、raphics Port IDE（集成设备接口），又称ATA接口 Integrated Device Electronics SCSI（小型计算机系统接口） Small Computer System Interface 外部总线 USB（通用串行总线） IEEE 1394（高性能串行总线）,27,一、ISA总线,主要特性 16位数据线（早期的为8位，已被淘汰） 24位地址线（可寻址16MB存储器） 时钟频率8MHz 数据传输率16MB/s 提供11个中断请求输入 提供7个DMA通道 用于80286PIII（个别P4微机也支持）,28,二、PCI总线,独立于微处理器； 支持即插即用功能； 通过
11、PCI桥与CPU连接（北桥） 总线宽度：32/64位； 工作频率：33.3MHz/66.6MHz 传送速率： 32位PCI总线：133MB/s，266MB/s 64位PCI总线：266MB/s，533MB/s,PCI总线体系,29,PCI总线插槽,共62根引线（64位PCI有94根） 包括： 系统接口信号（时钟、复位等） 地址与数据（复用）信号（AD0-AD31） 接口控制信号（主从设备控制信号等） 总线仲裁信号（总线请求、总线允许） 错误报告信号（系统错、奇偶错） 中断控制信号（中断请求） 64位总线扩展信号（AD32-AD63、字节选择等） 高速缓存支持信号,30,PCI总线,总线命令 I
12、/O和存储器读写控制信号都是通过命令码给出 命令码出现在C/BE3:0这4根线上 共有12种命令 中断响应、存储器读/写、IO读/写、配置读/写、等等 总线传输机制 存储器读写采用突发传输（要求地址必须连续） 包括一个地址期和多个数据期 I/O读写不支持突发传输，每次仅读写一个数据,31,PCI总线,PCI BIOS OS、应用程序、驱动程序不能直接访问PCI配置寄存器，必须通过PCI BIOS访问 提供了一组访问PCI的函数 16位实模式下通过INT 1AH中断来调用 AH=0B1H，AL=子功能号 子功能有13个，包括： PCI BIOS检测、查找PCI设备、读/写配置信息、分配中断等,3
13、2,三、AGP接口,不是系统总线, 为提高视频带宽而设计, 只能和AGP显卡相连，不具通用和扩展性 高速图形接口，在视频卡与内存之间提供一条直接的通路（不再通过PCI传输，32位PCI的传输速率最高266MB/s）。 图形、纹理、Z轴距离、Alpha变换等数据的数据量为370840MB/s 4种模式（注意：1X/2X与4X/8X不兼容，3.3V/1.5V） 1X（66MHz，266MB/s） 2X（133MHz，533MB/s ） 4X（266MHz，1066MB/s ） 8X（533MHz，2133MB/s ） 系统中只支持一个AGP扩展插槽（点对点）,33,四、IDE接口,主要用于硬盘/光
14、驱 现已发展为EIDE（增强的IDE）和串行ATA（SATA） 已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡 主板提供2-4个接口 每接口可连接2个硬盘（主/从） 数据传输方式： PIO方式：PIO0PIO4（3.3MB/s16.6MB/s） 40针接口，扁平电缆 硬盘最大容量528MB DMA方式：DMA0DMA2（11MB/s16.6MB/s） 40针接口 硬盘最大容量8.4GB UDMA方式：UDMA3UDMA6（33.3MB/s133MB/s） 80针接口，地线和信号线交叉排列 通过特殊的扩展BIOS，可支持200GB以上的硬盘,34,五、USB总线,USB概况 主机与外设的通用接口，可用于不同的
15、设备 串行、打包传送 2根数据线电源地线 两个版本： 1.1（12Mb/s），2.0（480Mb/s） 设备连线最长5米 即插即用,35,USB总线的优点,易于使用 即插即用，可热插拔； WindowsNT/2000/XP/2003下不需安装驱动程序； 提供电源 5V，500mA 易于连接和扩展 主板上提供26个USB接口，通过集线器最多可支持127个外设 4芯电缆（D、-D、+5V、GND）,36,USB总线的优点,传送速率可满足大多数外设要求 1.5Mb/s，12Mb/s，480Mb/s（2.0） 可靠性高 能进行错误校验和控制，且由硬件实现 低成本 主板已集成USB接口 设备端的USB接
16、口控制芯片很便宜 低功耗 不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复,37,USB接口工作原理,USB系统分为两大部分：USB主机、USB设备 USB主机 由PC系统中的USB硬件和驱动程序组成； 整个微机中只能有一个USB主机； 其接口称为USB控制器； USB硬件在微机中被集成在南桥中。 功能： 检测USB设备的插拔操作 在主机与设备之间管理数据流 通信总是由主机发起，并由主机控制传输过程 多个设备传输时，采用分时复用（每个时间槽1ms） 错误检查（CRC校验） 为设备提供电源,38,USB接口工作原理,USB设备 分为集线器和功能设备 集线器：1个上连端口和若干个下连端口 自动探测设备的插拔并向USB主机报告 为下行设备分配电源 分离高速数据流和低速数据流 功能设备：可以从USB总线上收发数据的设备 包含自己的各种配置信息，以供USB主机查询 不能主动发起通信 功能：监视与自己的通信、对主机的请求进行响应、错误检查、管理电源（没有总线活动（3ms）时进入挂起状态）,39,2.3.4 8088的系统总线,最小模式下的系统总线最大模式下的系统总线,40,结束语,掌握总线的基本概念、分类和主要指标； 了解总线的基本结构； 掌握总线的基本功能； 了解总线锁存器和总线驱动器； 了解常用的系统总线/接口及外设总线。,
