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1、2023-4-4计算机控制技术1第3章 计算机总线技术2023-4-4计算机控制技术2 随着微处理器技术的飞速发展，总线技术也得到不随着微处理器技术的飞速发展，总线技术也得到不断创新。先后出现了断创新。先后出现了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等总线技术。等总线技术。 芯片内部的总线技术也在不断发展，芯片内部的总线技术也在不断发展，AMBA、Core Connect 、CoreRAM等已经形成集成电路内部十分等已经形成集成电路内部十分具有竞争力的总线标准。具有竞争力的总线标准。 工业控制的工业控制的PROFIBUS，FF等现场总线技术。等现场总线技术
2、。 总线的数据传输速度也不断提升，目前，总线的数据传输速度也不断提升，目前，AGP局部局部总线数据可达总线数据可达528MB/s，PCI-X可达可达1GB/s，系统总，系统总线传输速率也由线传输速率也由66MB/s提高到提高到100MB/s甚至更高的甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。 2023-4-4计算机控制技术3第3章 计算机总线技术 总线的基本概念总线的基本概念 内部总线内部总线 外部总线外部总线2023-4-4计算机控制技术43.1 总线的基本概念总线的基本概念总线就是一组信号线的集合，它定义了各引总线就是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气和机械特性，
3、使计算机系统线的信号、电气和机械特性，使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递和通信。立信号联系，进行数据传递和通信。 规定了各引线的信号、时序、电气和规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性机械特性 为计算机系统内部各部件、各模块之为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路公共信息通路 采用总线标准设计、生产的计算机模采用总线标准设计、生产的计算机模板和设备具有很强的兼容性板和设备具有很强的兼容性 总线的定义总线的定义总线的特点总线的特点2023-4-4计
4、算机控制技术5 按照总线内部信息传输的性质按照总线内部信息传输的性质 ，总线可分为，总线可分为3.1.1 总线的分类总线的分类数据总线数据总线:DB 用于传送数据信息用于传送数据信息 地址总线地址总线: :AB 是专门用来传送地址的是专门用来传送地址的 控制总线控制总线: :CB 控制总线包括控制、时序和中断信号线控制总线包括控制、时序和中断信号线电源总线电源总线: :PB 用于向系统提供电源用于向系统提供电源2023-4-4计算机控制技术6 按照总线在系统结构中的层次位置按照总线在系统结构中的层次位置 ，总线可分为，总线可分为总线的分类（续）总线的分类（续）片内总线片内总线 (On-Chip
5、 BUS) 在集成电路的内部，用来连接各功能单元在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路的信息通路 内部总线（内部总线（Internal Bus) 用于计算机内部模块（板）之间通信用于计算机内部模块（板）之间通信外部总线（外部总线（External Bus)：又称通讯总线：又称通讯总线 用于计算机之间或计算机与设备之间通信用于计算机之间或计算机与设备之间通信2023-4-4计算机控制技术7 根据总线的数据传输方式根据总线的数据传输方式 ，总线可分为，总线可分为并行总线：每个信号都有自己的信号线并行总线：每个信号都有自己的信号线串行总线：所有信号复用一对信号线串行总线：所有信号复用一对信号
6、线总线的分类（续）总线的分类（续）2023-4-4计算机控制技术8计算机总线结构示意图计算机总线结构示意图总线的分类（续）总线的分类（续）2023-4-4计算机控制技术9l在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。总线的分类（续）总线的分类（续）片内总线片内总线l 受芯片面积及对外引脚数的限受芯片面积及对外引脚数的限制，片内总线大多采用单总线结制，片内总线大多采用单总线结构，这有利于芯片集成度和成品构，这有利于芯片集成度和成品率的提高，而对于内部数据传送率的提高，而对于内部数据传送速度要求较高的，也可采用双总速度要求较高的，也可采用双总线或
7、三总线结构。线或三总线结构。l ASIC技术的出现，用户也可技术的出现，用户也可以按照自己的要求，借助于适以按照自己的要求，借助于适当的当的EDA工具，设计自己的芯工具，设计自己的芯片。片。2023-4-4计算机控制技术10 内部总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微内部总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是指系统总线，如机总线就是指系统总线，如STD总线、总线、PC总线、总线、ISA总线、总线、PCI总线等总线等总线的分类（续）总线的分类（续）内部总线：系统总线或板级总线内部总线：系统总线或板级总线 按功能可分为数据总线按功能可分为数据总线DB、地址总线、地址总线A
8、B、控制总线、控制总线CB、和电源总线和电源总线PB2023-4-4计算机控制技术11数据总线数据总线D：用于传递数据信息：用于传递数据信息总线宽度：数据信号线的根数。总线宽度：数据信号线的根数。 决定设备获得最大性能决定设备获得最大性能 影响计算机系统性能影响计算机系统性能地址总线宽度：地址总线宽度： 地址线的根数地址线的根数决定直接寻址能力决定直接寻址能力避免避免IO地址与内存地址的重叠地址与内存地址的重叠地址总线地址总线A：用于传递地址信息：用于传递地址信息控制总线控制总线C：包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种控制信息，决定了总线的性能好坏控
9、制信息，决定了总线的性能好坏电源总线电源总线P：提供电源：提供电源2023-4-4计算机控制技术12 如：如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等等外部总线外部总线总线的分类（续）总线的分类（续）2023-4-4计算机控制技术133.1.2 总线主要性能指标总线主要性能指标 又称总线传输率，表示在总线上每秒传输字节的多又称总线传输率，表示在总线上每秒传输字节的多少，单位是少，单位是MB/S。影响总线传输率的因素有总线。影响总线传输率的因素有总线宽度、总线频率等。一般的，宽度、总线频率等。一般的，总线带宽（总线带宽（MB/S）= 1/8总线宽度总线宽度总线频率总线频率即总线工作时钟频
10、率，单位为即总线工作时钟频率，单位为MHz，它是影响总，它是影响总线传输速率的重要因素之一。线传输速率的重要因素之一。又称总线位宽，是总线可同时传输的数据位数，又称总线位宽，是总线可同时传输的数据位数，用用bit（位）表示，如（位）表示，如8位、位、16位、位、32位等。显然，位等。显然，总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更多总线的宽度越大，它在同一时刻就能够传输更多的数据。的数据。2023-4-4计算机控制技术14表明总线拥有多少信号线，是数据总线、地址表明总线拥有多少信号线，是数据总线、地址总线、控制总线和电源总线的总和。信号线数总线、控制总线和电源总线的总和。信号线数与总线性能不成正
11、比，但一般与复杂度成正比。与总线性能不成正比，但一般与复杂度成正比。可分为同步方式和异步方式。在同步方式下，总线上可分为同步方式和异步方式。在同步方式下，总线上主模块与从模块进行一次数据传输的时间是固定的，主模块与从模块进行一次数据传输的时间是固定的，并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模块之间并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模块之间的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，就可达的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，就可达到很高的总线带宽。到很高的总线带宽。采用多路复用技术，可以减少总线的数目。采用多路复用技术，可以减少总线的数目。总线控制方式总线控制方式包括并发工作、自动配置、仲裁
12、方式、包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。逻辑方式、计数方式等。2023-4-4计算机控制技术15几种微型计算机总线性能参数几种微型计算机总线性能参数 名称名称ISA(PC-AT)EISASTDMCAPCI适用机型适用机型80286,386,486系列机系列机386,486,586 IBM系列系列机机Z-80，IBM-PC系列机系列机IBM个人个人机机与工作站与工作站P5个人机个人机, PowerPC, Alpha工作站工作站最大传输率最大传输率8MB/s33MB/s2MB/s33MB/s133MB/s总线宽度总线宽度8/16位位32位位8/16位位32位位32位位总线频率
13、总线频率8MHz8.33MHz2MHz10MHz2033MHz同步方式同步方式半同步半同步同步同步同步同步异步异步同步同步地址宽度地址宽度2432243232/64负载能力负载能力86无限制无限制无限制无限制3信号线数信号线数981435610912064位扩展位扩展不可不可无规定无规定不可不可可可可可多路复用多路复用非非非非非非是是2023-4-4计算机控制技术163.1.3 总线的模板化结构总线的模板化结构模板化结构模板化结构 按功能划分计算机的各个部件，并按总线标按功能划分计算机的各个部件，并按总线标准设计成由总线连接的模板结构：准设计成由总线连接的模板结构：CPU主板、主板、RAM/R
14、OM存储板、存储板、A/D、D/A、DI、DO等等模板化结构的优点模板化结构的优点 增加计算机系统的通用性、灵活性、开放增加计算机系统的通用性、灵活性、开放性、扩展性和可靠性性、扩展性和可靠性 为系统的维修提供了方便为系统的维修提供了方便2023-4-4计算机控制技术17 总线控制总线控制3.1.4 总线控制与总线传输总线控制与总线传输 将控制逻辑集中在一处将控制逻辑集中在一处(如在如在CPU中中) 。集中。集中控制是单总线、双总线和三总线结构计算机控制是单总线、双总线和三总线结构计算机主要采用的方式，常见的集中控制方式主要主要采用的方式，常见的集中控制方式主要有链式查询方式、计数器定时查询方
15、式和独有链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求总线控制方式。立请求总线控制方式。 将总线控制逻辑分散在与总线连接的各个部将总线控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上。件或设备上。集中式集中式2023-4-4计算机控制技术18 总线传输总线传输 总线上的数据在主模块的控制下进行传送。一般的，总总线上的数据在主模块的控制下进行传送。一般的，总线在完成一次传输周期时，可分为四个阶段：线在完成一次传输周期时，可分为四个阶段：由需要使用总线的主模块由需要使用总线的主模块(或主设备或主设备)提出申请，经总线仲裁机提出申请，经总线仲裁机构决定在下一传输周期是否能获得总线使用权；构决定在下一传输周期是
16、否能获得总线使用权；取得了使用权的主模块，通过总线发出本次打算访问的从模取得了使用权的主模块，通过总线发出本次打算访问的从模块块(或从设备或从设备)的存储地址或设备地址及有关命令，启动参与的存储地址或设备地址及有关命令，启动参与本次传输的从模块；本次传输的从模块；主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出经数主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块发出经数据总线流入目的模块；据总线流入目的模块；主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。主模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线使用权。 申请分配阶段申请分配阶段寻址阶段寻址阶段数据传输阶段数据传输阶段结束阶段结束阶段2023-4-4计算机控制技术193.2 内部总线内部总线 STD总线总线 PC系列总线系列总线2023-4-4计算机控制技术20 STD总线起初设计为可用于总线起初设计为可用于64K存储空间的存储空间的8位总位总线，后发展成可用于寻址线，后发展成可用于寻址16M空间的空间的16位总线位总线3.2.1 STD总线总线STD总线的特点：总线的特点：l56根并行总线，采用小模板结构根并行总线，采用小模板结构, 尺寸
