微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)：第7章 總線

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1、CPUCPU 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 總線插槽總線插槽 AB AB DB DB CB CB CPU 總線總線地址鎖存地址鎖存緩沖器緩沖器數(shù)據(jù)鎖存數(shù)據(jù)鎖存緩沖器緩沖器總線控制總線控制邏輯邏輯I/OI/O接接口口存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)系統(tǒng)I/OI/O接口接口總線的類型總線的類型按總線連接的對(duì)象和所處系統(tǒng)的層次分按總線連接的對(duì)象和所處系統(tǒng)的層次分l 芯片級(jí)總線芯片級(jí)總線l 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線l 局部總線局部總線l 外部總線外部總線 1.數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：D63D0共共64位位 Pentium 處理器的外部引腳處理器的外部引腳 2.2.地址線地址線HA31A3：高高2929位地址線位地址線H BE7#B

2、E0#：字節(jié)允許信號(hào)（存儲(chǔ)體選中信號(hào)）字節(jié)允許信號(hào)（存儲(chǔ)體選中信號(hào)）H 外圍電路對(duì)外圍電路對(duì)BE7#BE0#譯碼以產(chǎn)生譯碼以產(chǎn)生A2A0信號(hào)信號(hào)時(shí)鐘輸入時(shí)鐘輸入CLK 是微處理器內(nèi)部與外部操作的同步時(shí)基是微處理器內(nèi)部與外部操作的同步時(shí)基信號(hào)，由時(shí)鐘（信號(hào)，由時(shí)鐘（CLK）輸入信號(hào)來提供。）輸入信號(hào)來提供。 CLK時(shí)鐘周期：時(shí)鐘周期：T狀態(tài)：就是指時(shí)鐘周期狀態(tài)：就是指時(shí)鐘周期TPentium 處理器的外部引腳處理器的外部引腳 3.3.系統(tǒng)控制信號(hào)系統(tǒng)控制信號(hào) M/IOM/IO：=1,=1,表明該總線周期表明該總線周期,CPU,CPU與存儲(chǔ)器交換信息與存儲(chǔ)器交換信息 =0,=0,表明該總線周期表明

3、該總線周期,CPU,CPU與與I/OI/O接口交換信息接口交換信息 W/RW/R： =1,=1,表明該總線周期表明該總線周期,CPU,CPU進(jìn)行寫操作進(jìn)行寫操作 =0,=0,表明該總線周期表明該總線周期,CPU,CPU進(jìn)行讀操作進(jìn)行讀操作 D/C D/C ：=1,=1,表明該總線周期表明該總線周期, ,傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù) =0,=0,表明該總線周期表明該總線周期, ,傳輸?shù)氖侵噶畲a傳輸?shù)氖侵噶畲a這三個(gè)信號(hào)的組合，決定當(dāng)前總線周期所完成的操作這三個(gè)信號(hào)的組合，決定當(dāng)前總線周期所完成的操作4.總線周期定義信號(hào)總線周期定義信號(hào)(輸出輸出)“周期周期”是一段時(shí)間是一段時(shí)間Pentium 處理

4、器的外部引腳處理器的外部引腳 總線周期定義的操作總線周期定義的操作 M/IO D/C W/R 操作操作 0 0 0 中斷中斷 0 0 1 中止中止/ /專用周期專用周期 0 1 0 I/OI/O讀讀 0 1 1 I/OI/O寫寫 1 0 0 微代碼讀微代碼讀 1 0 1 保留保留 1 1 0 存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器讀 1 1 1 存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器寫Pentium 處理器的外部引腳處理器的外部引腳 5.5.總線控制信號(hào)總線控制信號(hào)(ADS,RDY)(ADS,RDY)與與32位微處理器典型時(shí)序位微處理器典型時(shí)序(教材教材 P.36)HADSADS：地址選通信號(hào)地址選通信號(hào)( (輸出輸出) ) 該信號(hào)由該信號(hào)

5、由1 1 0 0，表明地址線和總線定義信號(hào)表明地址線和總線定義信號(hào)( (M/IO,W/R,D/CM/IO,W/R,D/C) )均為有效可用。均為有效可用。Pentium 處理器的外部引腳處理器的外部引腳 HRDYRDY：準(zhǔn)備就緒信號(hào)準(zhǔn)備就緒信號(hào)( (輸入輸入) ) 該信號(hào)由外電路產(chǎn)生該信號(hào)由外電路產(chǎn)生 X86X86RDY=0RDY=0，表明外部電路表明外部電路( (存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、I/OI/O接口接口) )已經(jīng)做好數(shù)據(jù)已經(jīng)做好數(shù)據(jù)W/RW/R的準(zhǔn)備，能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀寫。的準(zhǔn)備，能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀寫。RDY=1RDY=1，表明存儲(chǔ)器或表明存儲(chǔ)器或I/OI/O不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)

6、據(jù)的讀不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的讀/ /寫寫，請(qǐng)，請(qǐng)CPUCPU延長總線周期。延長總線周期。以下為以下為X86X86的基本總線周期時(shí)序圖（以的基本總線周期時(shí)序圖（以pentiumpentium為例為例) )Pentium 處理器的外部引腳處理器的外部引腳 CLKADSADDRM/IO、D/CW/RRDYD0D31PCHK讀讀讀讀寫寫 Pentium 非流水線式讀寫周期時(shí)序圖非流水線式讀寫周期時(shí)序圖(無等待無等待)T1T2T1T2T1T2CLKADSBE0BE3A2A31M/IO、D/CW/RRDYD0D31讀讀寫寫有等待狀態(tài)總線周期有等待狀態(tài)總線周期T1T2TWT1T2TWT16.6.總線仲裁

7、信號(hào)總線仲裁信號(hào)(1)HOLD(1)HOLD：總線保持請(qǐng)求（輸入）總線保持請(qǐng)求（輸入）(2)HLDA(2)HLDA：總線保持響應(yīng)（輸出）總線保持響應(yīng)（輸出）ABDBCBX86DMAC高速高速I/OI/O接口接口HOLDHOLDHLDAHLDAPentium 處理器的外部引腳處理器的外部引腳 總線插槽是主板和總線插槽是主板和 I/O 接口之間的連接器接口之間的連接器. PC系列機(jī)主板上的總線標(biāo)準(zhǔn)有：系列機(jī)主板上的總線標(biāo)準(zhǔn)有： XT總線、總線、AT（ISA）總線、）總線、EISA總線、總線、VESA總線和總線和PCI總線總線 。1. ISA(AT)總線總線 （P.171) ISA總線是總線是16位

8、總線位總線, 始于始于286機(jī)型。機(jī)型。 之之 后在后在386 奔騰奔騰 機(jī)上機(jī)上都有都有ISA總線?？偩€。 ISA總線由總線由62芯芯+36芯兩個(gè)插槽組成芯兩個(gè)插槽組成Industry standard architecture 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)主要特性：主要特性： 數(shù)據(jù)傳輸率最高為數(shù)據(jù)傳輸率最高為8MB/S 24根地址線，可尋址根地址線，可尋址16MB存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)空間 64KB個(gè)可尋址的個(gè)可尋址的I/O端口（端口（16根地址線）根地址線） 一次可進(jìn)行一次可進(jìn)行16位或位或8位數(shù)據(jù)存取位數(shù)據(jù)存取 15級(jí)中斷控制級(jí)中斷控制 7個(gè)個(gè)DMA通道通道 可產(chǎn)生可產(chǎn)生I/O等待狀態(tài)等待狀態(tài) 支持

9、多個(gè)主控器（支持多個(gè)主控器（XT總線中只有總線中只有CPU是唯一的主是唯一的主 控設(shè)備，而控設(shè)備，而ISA總線可使總線可使CPU釋放總線由其它主控、釋放總線由其它主控、 器（如器（如DMAC、DRAM刷新控制器等）占用總線）刷新控制器等）占用總線）GNDRESET DRVB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15B16B17B18B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B30B31A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A17A18A20A19A22A21A23A24A25A26A27A28A29A3

10、0A31D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+5VIRQ9-5VDRQ2-12V0WS+12VGNDSMEMWAT總線插槽引腳分配總線插槽引腳分配SMEMRIOWIORDACK3DRQ3DRQ1DACK1REFRESHCLKIRQ7IRQ5IRQ6IRQ4IRQ3DACK2T/CBALE+5VOSCI/O CH CKGNDSD7SD6SD5SD4SD3SD2SD1SD0I/O CH RDYAENSA19SA18SA17SA16SA15SA14SA13S

11、A12SA11SA10SA9SA8SA7SA6SA5SA4SA3SA2SA1SA0MEM CS16I/O CS16IRQ10IRQ11IRQ12IRQ15IRQ14DACK0DRQ0DACK5DACK6DACK7MASTERMEMRMEMWDRQ5DRQ6DRQ7+5VGNDSBHELA23LA22LA21LA20LA19LA18LA17SD8SD9SD10SD11SD12SD13SD14SD15(1). 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線:SD15 SD8 , SD7 SD0(2). 地址線地址線:SA19 SA0(3). 控制線控制線: AEN: 地址允許信號(hào)。地址允許信號(hào)。 AEN=0, 表明表明CPU控制系

12、統(tǒng)控制系統(tǒng) 3總線。總線。 AEN=1, 表明表明DMAC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)3總線?？偩€。 應(yīng)用應(yīng)用: 用用AEN=0參與端口地址譯碼。參與端口地址譯碼。 IOR: I/O 讀命令。讀命令。 IOR=0, 把選中的端口寄存器內(nèi)容把選中的端口寄存器內(nèi)容 數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線。 應(yīng)用應(yīng)用: 用用 IOR=0讀取讀取 I/O 端口。端口。 IOW: I/O 寫命令。寫命令。 IOW=0, 把數(shù)據(jù)線上信息把數(shù)據(jù)線上信息 選中的端口寄存器。選中的端口寄存器。 應(yīng)用應(yīng)用: 用用IOW=0對(duì)端口進(jìn)行寫操作。對(duì)端口進(jìn)行寫操作。 中斷請(qǐng)求線。中斷請(qǐng)求線。 IRQ3 7, IRQ9 12, IRQ14 15 DMA請(qǐng)求請(qǐng)

13、求 / 應(yīng)答。應(yīng)答。 DRQ0 DRQ3 / DACK0 DACK3, DRQ5 DRQ7 / DACK5 DACK7使用使用ISA總線接口的以太網(wǎng)卡總線接口的以太網(wǎng)卡PCI總線為高速的總線為高速的I/O子系統(tǒng)（圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口子系統(tǒng)（圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口控制器、磁盤控制器等）提供了更好的性能?？刂破?、磁盤控制器等）提供了更好的性能。即插即用特性即插即用特性Peripheral component interconnect 外圍部件連接外圍部件連接(1) PCI總線總線 2.其他重要的總線其他重要的總線PCI是由是由Intel公司公司1991年推出的一種局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，年推出

14、的一種局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級(jí)總線，具體和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級(jí)總線，具體由一個(gè)由一個(gè)橋接電路橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理，并實(shí)現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號(hào)緩沖，使之能支持口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號(hào)緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能，它為顯卡，聲種外設(shè)，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能，它為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，卡，網(wǎng)卡，MODEM等設(shè)備提供了連接接口，它的工作頻率等設(shè)備提供了連接接口，它的工作頻率為為33MHz/66MHz。32位數(shù)據(jù)寬度運(yùn)行，最大傳輸速度位

15、數(shù)據(jù)寬度運(yùn)行，最大傳輸速度 133MB/S；64位數(shù)據(jù)寬度運(yùn)行，最大傳輸速度位數(shù)據(jù)寬度運(yùn)行，最大傳輸速度 528MB/S主板上的 PCI插槽(2)AGP(2)AGP（Accelerate Graphics Port) Accelerate Graphics Port) 圖形加速接口圖形加速接口 P.189AGP接口是一種顯示卡專用的局部總線。嚴(yán)格的說，接口是一種顯示卡專用的局部總線。嚴(yán)格的說，AGP不能稱為總線，它與不能稱為總線，它與PCI總線不同，因?yàn)樗屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，總線不同，因?yàn)樗屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，即連接控制芯片和即連接控制芯片和AGP顯示卡，但在習(xí)慣上我們依然稱其顯示卡，但在習(xí)慣上我們依然稱

16、其為為AGP總線?？偩€。 最初傳輸速度最初傳輸速度 266MB/S（AGP1X）,最高傳輸速度最高傳輸速度 2.1GB/S(AGP8X)主板上的主板上的AGP插槽插槽(3)USB總線總線(通用串行總線通用串行總線) P.181USB1.1 傳輸速度最高傳輸速度最高 12MB/SUSB2.0 傳輸速度最高傳輸速度最高 480MB/SUSB用一個(gè)用一個(gè)4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來，最多可以連接有的外設(shè)連接起來，最多可以連接127個(gè)外部設(shè)備，并且不會(huì)個(gè)外部設(shè)備，并且不會(huì)損失帶寬。損失帶寬。USB需要主機(jī)硬件、操作系統(tǒng)和外設(shè)三個(gè)

17、方面的需要主機(jī)硬件、操作系統(tǒng)和外設(shè)三個(gè)方面的支持才能工作。目前的主板一般都采用支持支持才能工作。目前的主板一般都采用支持USB功能的控制功能的控制芯片組，芯片組，USB支持熱插拔，連接靈活，獨(dú)立供電等優(yōu)點(diǎn)，可支持熱插拔，連接靈活，獨(dú)立供電等優(yōu)點(diǎn)，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤等，以連接鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤等，幾乎所有的外部設(shè)備。幾乎所有的外部設(shè)備。USB接口接口(4) 并行并行I/O接口接口(硬盤接口硬盤接口) P.180IDE (Integrated Drive Electronics ) ATAIDE即即“電子集成驅(qū)動(dòng)器電子集成驅(qū)動(dòng)器”，它的本意是

18、指把，它的本意是指把“硬盤控制器硬盤控制器”與與“盤體盤體”集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器。把盤體與控制器集成集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器。把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?qiáng)，硬盤制造起來變得更容易，因?yàn)橛脖P的可靠性得到了增強(qiáng)，硬盤制造起來變得更容易，因?yàn)橛脖P生產(chǎn)廠商不需要再擔(dān)心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控生產(chǎn)廠商不需要再擔(dān)心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控制器兼容。對(duì)用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。制器兼容。對(duì)用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。IDE這這一接口技術(shù)從誕生至今就一直在不斷發(fā)展，性能

19、也不斷的提一接口技術(shù)從誕生至今就一直在不斷發(fā)展，性能也不斷的提高，其擁有的價(jià)格低廉、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)，為其造就了其它高，其擁有的價(jià)格低廉、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)，為其造就了其它類型硬盤無法替代的地位。類型硬盤無法替代的地位。 主板主板IDE接口接口 硬盤硬盤IDE接口接口SATA （Serial ATA） 使用使用SATA（Serial ATA）口的硬盤又叫串口硬盤，是未來）口的硬盤又叫串口硬盤，是未來PC機(jī)硬盤的趨勢(shì)。機(jī)硬盤的趨勢(shì)。Serial ATA采用串行連接方式，嵌入式時(shí)采用串行連接方式，嵌入式時(shí)鐘信號(hào)，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比其最大的區(qū)別鐘信號(hào)，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比其最大的

20、區(qū)別在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡單、支持串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。的優(yōu)點(diǎn)。 SATA接口硬盤接口硬盤 主板上的主板上的 SATA接口接口4. 32位微型計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)位微型計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)(P.188)（1）結(jié)構(gòu)發(fā)展過程）結(jié)構(gòu)發(fā)展過程 （2）目前的流行結(jié)構(gòu)（南北橋結(jié)構(gòu)）目前的流行結(jié)構(gòu)（南北橋結(jié)構(gòu)） ISA卡卡 ISA卡卡ISA總線總線 CPU（Pentium） L2 Cache一般為一般為512KB DRAM與與L2 控制器控制器局部總線到局部總線到PCI橋橋（北橋）（北橋） 主存主存DRAM 8-256MB PCI卡卡 PCI卡卡PCI到到ISA橋橋電路電路（南橋（南橋)PCI總線總線 USB接口接口 IDE接口接口CPU總線總線主板上的北橋芯片主板上的北橋芯片主板上的南橋芯片主板上的南橋芯片