现代微机原理与接口技术 第3章微机总线与接口标准 31总线与接口概述 311总线和接口及其标准的概念 ◆总线:是在模块和模块之间或设备与设备 之间的一组进行互连和传输信息的信号线, 信息包括指令、数据和地址 Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 1 第3章 微机总线与接口标准 3.1 总线与接口概述 3.1.1 总线和接口及其标准的概念 ◆ 总线：是在模块和模块之间或设备与设备 之间的一组进行互连和传输信息的信号线， 信息包括指令、数据和地址
现代微机原理与接口技术 ◆总线标准 指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间, 通过总线进行连接和传输信息时,应该遵守 的一些协议与规范。 ◆接口标准 外设接口的规范,涉及接口信号线定义、信 号传输速率、传输方向和拓扑结构,以及电气 特性和机械特性等多个方面 Department of Computer Science Engineering 2 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 2 ◆ 总线标准 指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间， 通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守 的一些协议与规范。 ◆ 接口标准 外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信 号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气 特性和机械特性等多个方面
现代微机原理与接口技术 312总线的分类 1)按总线功能或信号类型划分为: 数据总线:双向三态逻辑,线宽表示了线数 据传输的能力。 地址总线:单向三态逻辑,线宽决定了系统 的寻址能力 控制总线:就某根来说是单向或双向。控制 总线最能体现总线特点,决定总线功能的强 弱和适应性。 Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 3 3.1.2 总线的分类 1) 按总线功能或信号类型划分为： • 数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了线数 据传输的能力。 • 地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统 的寻址能力。 • 控制总线：就某根来说是单向或双向。控制 总线最能体现总线特点，决定总线功能的强 弱和适应性
现代微机原理与接口技术 2)按总线的层次结构分为: ●CPU总线:微机系统中速度最快的总线,主要在 CPU内部,连接CPU内部部件,在CPU周围的小范 围内也分布该总线,提供系统原始的控制和命令。 局部总线:在系统总线和CPU总线之间的一级总线 提供CPU和主板器件之间以及CPU到高速外设之 间的快速信息通道。 系统总线:也称为JO总线,是传统的通过总线扩展 卡连接外部设备的总线。由于速度慢,其功能已经 被局部总线替代。 ●通信总线:也称为外部总线,是微机与微机,微机 与外设之间进行通信的总线。 Department of Computer Science Engineering 4 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 4 2) 按总线的层次结构分为： • CPU总线：微机系统中速度最快的总线，主要在 CPU内部，连接CPU内部部件，在CPU周围的小范 围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。 • 局部总线：在系统总线和CPU总线之间的一级总线 ，提供CPU和主板器件之间以及CPU到高速外设之 间的快速信息通道。 • 系统总线：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展 卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经 被局部总线替代。 • 通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机 与外设之间进行通信的总线
现代微机原理与接口技术 33总线的主要性能参数 1.总线频率:MHz表示的工作频率,是总线速 率的一个重要参数。 2.总线宽度:指数据总线的位数 3.总线的数据传输率 总线的数据传输率=总线宽度/8位)×总线频率 例:PCI总线的总线频率为333MHz,总线宽度为 64位的情况下,总线数据传输率为266MB/s Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 5 3.1.3 总线的主要性能参数 1．总线频率：MHz表示的工作频率，是总线速 率的一个重要参数。 2．总线宽度：指数据总线的位数。 3．总线的数据传输率 总线的数据传输率=(总线宽度/8位)×总线频率 例：PCI总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为 64位的情况下，总线数据传输率为266MB/s
现代微机原理与接口技术 31.4总线标准的特性 1.物理特性:总线物理连接方式(电缆式、蚀刻式), 总线根数、插头和插座形状,引脚排列 等。 2.功能特性:描述一组总线中每一根线的功能 3.电器特性:定义每根线上信号的传递方向以及有效 电平范围。一般定义送入CPU的信号为 输入信号,从CPU中送出的信号是输出 信号。低电平有效的信号用信号名上 横线或信号名后带#来表示。 4.时间特性:定义每一根线在什么时候有效,这和总 线操作的时序有关。 Department of Computer Science Engineering 计算机科学与 程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 6 3.1.4 总线标准的特性 1．物理特性: 2．功能特性: 3．电器特性: 4．时间特性: 总线物理连接方式(电缆式、蚀刻式）， 总线根数、插头和插座形状，引脚排列 等。 描述一组总线中每一根线的功能。 定义每根线上信号的传递方向以及有效 电平范围。一般定义送入CPU的信号为 输入信号，从CPU中送出的信号是输出 信号。低电平有效的信号用信号名上一 横线或信号名后带#来表示。 定义每一根线在什么时候有效，这和总 线操作的时序有关
现代微机原理与接口技术 315总线操作和总线传送控制 总线操作的4个阶段 1.总线请求和仲裁阶段: 主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请,总线仲裁 机构决定使用总线的主模块。 2.寻址阶段: 拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的 地址及有关命令,该从模块被选中并启动。 3.数据传送阶段: 主模块和从模块间进行双(单)向数据传送 结束阶段 主、从模块均撤出总线 Department of Computer Science Engineering 7 计算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 7 3.1.5 总线操作和总线传送控制 一、总线操作的4个阶段 1．总线请求和仲裁阶段： 主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁 机构决定使用总线的主模块。 2．寻址阶段： 拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的 地址及有关命令，该从模块被选中并启动。 3．数据传送阶段： 主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。 4．结束阶段： 主、从模块均撤出总线
现代微机原理与接口技术 二、总线传送控制 clk「L「L 1.同步方式 主 从 优点:1)电路简单 2)适合高速设备的数据传输 缺点:高速设备和低速设备间只能用低速设备的 速度来传输数据 2.半同步方式 wait/ready信号 主 1从 是单向的,不是 wait/ready 互锁的 Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 8 二、总线传送控制 1．同步方式 优点：1）电路简单 2）适合高速设备的数据传输 缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的 速度来传输数据 主 clk 从 2．半同步方式 主 clk 从 wait/ready wait/ready信号 是单向的，不是 互锁的
现代微机原理与接口技术 3.异步方式 比同步方式慢 总线频带窄 主 从 总线传输周期长 分离方式 总线读周期分成两个子周期 寻址子周期 address) 数据传送子周期 data 在两子周期之间,退出总线,从设备准备数据。 Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 9 总线读周期分成两个子周期 • 寻址子周期 • 数据传送子周期 在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。 4．分离方式 clk address data 主 从 3．异步方式 REQ ACK •比同步方式慢 •总线频带窄 •总线传输周期长
32ISA总线 现代微机原理与接口技术 工业标准体系结构,在PC总线基础上发展 而来,最高工作频率为8MHz,24根地址线,16 位数据线,拥有大量接口卡,历经286、386、 486和 Pentium几代微机 Al A31C1 C18 外 内 BI B31 2.54 10.16 D18 138.5 Department of Computer sci图31ISA总线插槽示意图 10 算机科学与工程系 http://qsyang.yeah.net
http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 10 3.2 ISA总线 C18 外 内 A1 B1 A31 B31 C1 D1 D18 2.54 10.16 138.5 图3.1 ISA总线插槽示意图 工业标准体系结构，在PC总线基础上发展 而来，最高工作频率为8MHz，24根地址线，16 位数据线，拥有大量接口卡，历经286、386、 486和Pentium几代微机