总线技术学习.pptx
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1、1主要内容总线的基本概念ISA、EISA、PC/XT总线的特点 及主要指标PCI、PENTIUM4总线的特点及主要指标USB、IEEE1394总线的特点及主要指标USB总线的应用第1页/共92页2重点内容总线基本概念,常用的系统总线和局部总线,了解各类总线的特点和功能掌握系统总线、局部总线的应用 了解微机系统中采用的外部设备总线 第2页/共92页39.1 总线的基本概念总线概述总线:计算机中多个部件之间公用的一组连线,是若干互连信号线的集合,由它构成系统插件间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。在微型计算机系统中,总线是各个部件信息交换的公共通道,各部件之间的联系都是通过总线实现的,总线在计
2、算机中起着重要的作用。微型计算机广泛采用总线技术,以便简化硬件、软件的系统设计。第3页/共92页4 随着微型计算机的发展,总线技术也在不断地发展与完善,并且已经出现了一系列的标准化总线,这些标准化总线的广泛使用,对微型计算机系统在各个领域的普及和应用起到了积极的推动作用。为了使微型计算机应用系统朝模块化、标准化的方向发展,标准总线应具有以下特点:(1)可以简化计算机软件和硬件的设计;(2)可以简化系统的结构;(3)易于系统的扩展;(4)便于系统的更新;(5)便于系统的调试和维修。第4页/共92页5 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
3、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。第5页/共92页6总线的分类1)按总线功能或信号类型分类:数据总线数据总线:双向三态,线宽表示数据传输的:双向三态,线宽表示数据传输的能力。能力。地址总线地址总线:单向三态,线宽决定系统的寻址:单向三态,线宽决定系统的寻址 范围。范围。控制总线控制总线:可是单向或双向。控制总线最能:可是单向或双向。控制总线最能体现总线特点,决定总线功能的强弱和适应体现总线特点,决定总线功能的强弱和适应性。性。第6页/共92页72)按总线的层次结构分类:CPU总线总线:微机系统中速度最快的总线
4、,在:微机系统中速度最快的总线,在CPU内内部连接内部部件,在部连接内部部件,在CPU周围的小范围内也使用该周围的小范围内也使用该总线,提供系统的控制和命令。总线,提供系统的控制和命令。局部总线局部总线:在系统总线和:在系统总线和CPU总线之间的一级总线,总线之间的一级总线,提供提供CPU和主板器件之间以及和主板器件之间以及CPU与高速外设之间与高速外设之间的快速信息通道。的快速信息通道。系统总线系统总线:I/O总线,通过总线扩展卡连接外部设备总线,通过总线扩展卡连接外部设备的总线。速度慢,其功能已经被局部总线替代。的总线。速度慢,其功能已经被局部总线替代。通信总线通信总线:外部总线,是微机与
5、微机,微机与外设:外部总线,是微机与微机,微机与外设之间进行通信的总线。之间进行通信的总线。第7页/共92页8总线的系统结构总线连接方法广泛用于微机系统的各个连接层次上大规模集成电路芯片内部(如微处理器的内部总线)主机板中微处理器、存储器及I/O接口电路之间,主机模板与各种接口模板之间微机系统之间以及微机系统与外部设备之间CPUDRAMI/OI/O系统总线面向总线的系统结构第8页/共92页9总线结构CPU存储器I/O接口系统总线(a)单总线结构CPU主存储器I/O处理器主存储器连线I/O总线系统总线(b)多总线结构CPU主存储器系统总线主存储器连线(c)多总线结构I/O接口I/O接口I/O接口
6、I/O接口第9页/共92页11内总线(InternalBus)微机系统中模板与模板间连接的总线,是微机系统所特有的总线;用于模板级互连内总线也被称为板级总线或系统总线(System Bus)多数已实现标准化,例如STD总线、ISA总线等。微机主板的各种扩展插槽多属于内总线第11页/共92页13外总线(ExternalBus)微机系统之间或微机系统与其外设通信的总线,用于设备级互连外总线过去又称为通信总线,主要指串行通信总线,例如RS-232现在,外总线的意义常延伸为外设总线,主要用于连接各种外设外总线种类较多,常与特定设备有关,例如Centronics并行打印机总线、IEEE 488智能仪器仪
7、表并行总线(又称为GPIB总线)第13页/共92页15总线性能参数1总线频率:工作频率用(总线频率:工作频率用(MHZ),是总线速),是总线速 率的一个重要参数。率的一个重要参数。2总线宽度:指数据总线的位数。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 总线的数据传输率总线的数据传输率=(总线宽度总线宽度/8位位)总线频率总线频率 例:例:PCI总线的总线频率为总线的总线频率为33.3MHz,总线宽度为,总线宽度为64位的情况下,总线数据传输率为位的情况下,总线数据传输率为266MB/s。第15页/共92页16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
8、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。第16页/共92页17总线操作和总线传送控制一、总线操作1总线请求和仲裁总线请求和仲裁:主模块向总线仲裁机构提出使用总线请求,总线主模块向总线仲裁机构提出使用总线请求,总线 仲裁机构决定使用总线的主模块。仲裁机构决定使用总线的主模块。2寻址寻址:拥有总线使用权的主模块发出本次要访
9、问的从模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。块的地址及有关命令,该从模块被选中并启动。3数据传送:主模块和从模块间进行双(单)向数据传送。4结束:主、从模块均撤出总线。第17页/共92页18二、总线传送控制1同步方式 优点:优点:1)电路简单)电路简单 2)适合高速设备的数据传输)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速度来传输数据主clk从2半同步方式 主clk从wait/readywait/ready信号是单向的,不是互锁的。第18页/共92页19总线读周期分
10、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clkaddressdata主从3异步方式 REQACK比同步方式慢总线频带窄总线传输周期长第19页/共92页209.2ISA总线C18外内A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5图 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。第20页/共92页21ISA总线的信号 第21页/共92页22PC/XT总线技术的微型计算机结构图PC和PC/XT总
11、线的微机系统结构示意图第22页/共92页23PC/ATISA总线的微机系统结构 PC AT/ISA总线系统结构第23页/共92页25总线(IndustryStandardArchitecture)1、问题的提问:最早的PC总线是IBM公司于1981年推出的基于8位机PC/XT的总线,称为PC总线。1984年IBM推出了16位PC机PC/AT,其总线称为AT总线。然而,IBM从未公布过他们的AT总线规格。由Intel公司IEEE和EISA集团联合开发了与IBM/AT原装机总线意义接近的ISA总线,即8/16位的“工业标准结构”总线。第25页/共92页262 2、主要性能指标(1)I/O地址空间0
12、100H03FFH(2)24位地址线可直接寻址的内存空间为16MB(3)8/16位数据线(4)引脚数:62+36=98线(5)最大任意16位(bit)(6)最高时钟频率8MHz(7)最大传输率16MB/s(8)中断功能(9)DMA通道功能(10)开放式总线结构,允许多个CPU共享系统资源。第26页/共92页273 3、ISAISA总线结构8088/386CPU总线缓冲器DRAM存储器8087/387FPU8/16 ISA BUS第27页/共92页284 4、ISAISA扩展I/OI/O插槽8位ISA扩展I/O插槽由62个引脚组成,用于8位的插卡。8/16位ISA扩展槽 8位62线插槽 附加高8
13、位36线插槽ISA总线扩展槽引脚及定义6 2线1.地址线A0A9 20条2.数据线D0D9 8条 3.控 制线:21条4.状态线:2条 1.地址线:7线2.数据线:8线3.其他控制线、地、电源等36线附加槽第28页/共92页299.3EISA总线一、EISA产生的背景1.ISA总线对286以下的PC机是方便的,但对于386DX以上的提及具有32位地址线和数据宽度的PC机来说,不能满足要求。影响了32位微处理器的发挥。2.IBM推出了32位,采用MCA微通道总线技术,但由于IBM对MCA技术采用了严格的许可证制度,使得其他厂商不能采用。同时,MCA与PC/AT总线也不兼容,所以除了在PS/2计算
14、机中采用,任其之兼容机中没有得到一定推广。因此,MCA技术是失败的。第29页/共92页30EISA总线的微机系统结构图 EISA总线微机系统结构图 第30页/共92页31二、为了与MCA总线技术抗衡,Compaq、HP、AST、Epson、NEC等9家公司联合起来在ISA的基础上于1988年推出了32位PC机扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture)即 EISA总线。总结:EISA在结构上与ISA有良好的兼容性,保护了厂商和用户巨大的软硬件投资。同时又充分发挥和利用32位机的功能。EISA的推出打破了IBM MAC结构对PC机发展 的垄断
15、。第31页/共92页32三、EISAEISA主要特点:结构与ISA卡完全兼容。开放式结构,与ISA卡完全兼容。全兼容ISA总线,(ISA卡可插入EISA槽中)32位数据线D0-D3132位地址直接寻址范围为4GB.最大时钟频率8.3MHz最大传输率33MHz第32页/共92页339.4PC/XT、PC/ATISA、EISA总线的特点1PC/XT总线 XT总总线线与与8088CPU兼兼容容,具具有有8根根数数据据总总线线、20根根地地址址总总线线、主主要要应应用用在在X86体体系系结结构的微机系统中。构的微机系统中。2ISA总线 ISA与80286兼容,具有16位数据线,支持8位或16位的数据存
16、取;具有24位地址线,可寻址16MB的存储器空间,主要应用在80286及以上的微处理器组成的微机系统中。第33页/共92页343EISA总线 EISA与32位的微处理器兼容。EISA总线在信号定义与物理电气连接上完全与ISA总线兼容。具有32位的数据线,支持8位、16位或32位的数据存取,支持数据突发式传输。主要应用在32位微处理器组成的微型计算机系统中。第34页/共92页35PC/XT、ISA、EISA总线信号引脚的定义图X XT T、I IS SA A、E EI IS SA A总线扩展槽示意图第35页/共92页36表XTXT、ISAISA、EISAEISA总线引脚A A、B B面信号定义第
17、36页/共92页37表XTXT、ISAISA、EISAEISA总线引脚C C、D D面信号定义第37页/共92页38表XTXT、ISAISA、EISAEISA总线引脚E E、F F、G G、H H面信号定义第38页/共92页399.5PCI总线结构连接方式结构1、PCI总线是一种PCI是一种先进的局部总线,已成为局部总线新标准。不依附于某个具体处理器的局部总线。2、从结构上,PCI是在CPU与原来的系统之间插入的一级总线,并由桥接电路实现管理,协调数据传送。3、PCI总线支持总线主控技术,允许智能设备取得总线控制权,以加速数据传送.第39页/共92页40CPUPCI桥接电路DRAM存储器Cac
18、hePCI局部总线CPU总线PCI总线ISA/EISA桥接电路SCSI卡硬盘卡网卡南桥打印机磁带机扫描仪ISA总线第40页/共92页41主要性能及特点支持10台外设总线时钟33.3MHz/66M最大数据率133MB/S时钟同步方式总线宽度32位(5V)/64位(3.3V)能自动识别外设支持64位寻址具有与处理器和存储器子系统完全并列操作的能力。第41页/共92页42PCIPCI总线的特点 1)独立于处理器独立于处理器2)传输效率高传输效率高3)多总线共存多总线共存4)支持突发传输支持突发传输 5)支持总线主控方式支持总线主控方式6)采用同步操作采用同步操作 7)支持两种电压下的扩展卡支持两种电
19、压下的扩展卡 8)具有即插即用功能具有即插即用功能 9)合理的管脚安排合理的管脚安排 10)预留扩展空间预留扩展空间 第42页/共92页43PCI插槽和PCI扩展卡1.PCI插槽 5V 32位插槽5V 64位插槽3.3V 32位插槽3.3V 64位插槽连接卡口a.4种PCI卡插槽A1外内A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b.5V32位PCI插槽第43页/共92页442.PCI插卡 ICICIC1.9160.9612.741.680外边里边第44页/共92页45总线仲裁 PCI总线采用集中式的同步仲裁方法中央仲裁器PCI主设备APCI主设备BREQ#REQ#GNT
20、#GNT#第45页/共92页46PCI总线的微机系统结构 典型PCI局部总线的PCI/ISA系统结构图第46页/共92页47总线的继承者 PCI Express1.主要关键技术:在两个设备之间在两个设备之间点对点点对点串行互联串行互联双通道,高带宽,传输速度快双通道,高带宽,传输速度快灵活扩展性灵活扩展性低电源消耗,并有电源管理功能低电源消耗,并有电源管理功能支持设备热拨插和热交换支持设备热拨插和热交换在软件层保持与在软件层保持与PCI以及以及PCI-X总线兼容总线兼容使用小型连接,节约空间,减少串扰使用小型连接,节约空间,减少串扰采用类似于网络通信中的采用类似于网络通信中的OSI分层模式,具
21、有数据包分层模式,具有数据包和层协议架构和层协议架构第47页/共92页482.PCI-Express的拓扑结构北桥集成根组件终端PCI ExpressPCI桥终端终端终端终端终端端点PCI插槽交换器存储器第48页/共92页49总线的微机系统结构图AGP/PCI总线微机系统结构图第49页/共92页50PCI、AGP总线接口槽引脚信号定义表PCI总线插槽引脚信号引线定义第50页/共92页51第51页/共92页52AGP总线的特点(1)采用双重驱动技术(2)采用带边信号传送技术(3)采用内存请求流水线技术(4)减少对PCI总线的传输压力 第52页/共92页53AGP接口二级高速缓存处理器芯片组PCI
22、设备系统主存图形控制器显存显示器PCI设备PCIAGP 图形系统AGP连接方式第53页/共92页541、AGP的特点采用流水线技术进行内存读采用流水线技术进行内存读/写写采用双泵技术采用双泵技术采用采用DIME技术技术采用边带寻址采用边带寻址显示显示RAM和系统和系统RAM可以并行操作可以并行操作缓解了缓解了PCI总线上的数据拥挤。总线上的数据拥挤。第54页/共92页55模式工作频率数据传输率传输触发方式166 MHz264 MB/s上升沿2133 MHz532 MB/s上升沿和下降沿4266 MHz1064 MB/s上升沿和下降沿 表 AGP工作模式2、AGP的工作模式第55页/共92页56
23、3、AGP PRO 高档3D图形加速卡中通常会有许多显示内存,所以需要较大的电流设计,而AGP Pro总线就是为提供额外的供电插槽而设计。AGPPro总线插槽,在中央的部分,依旧是标准AGP4X插槽设计,只不过在后端以及前端,加上了12V/3V的电压,提供一些绘图专用显示卡所需要的电压。它要求邻近AGP插槽的1、2条PCI插槽归其使用,并且这两条PCI插槽至少能进行33MHz32位的操作,更理想的是提供66MHz64位的能力。第56页/共92页57主板简介下页图为常见的PCIAGP主板外形图。PCIAGP主板由CPU插座、内存、控制逻辑芯片组、软驱及硬盘IDE接口插座、PCI/AGP扩展插槽、
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