总线与接口标准讲稿.ppt

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1、关于总线与接口标准第一页，讲稿共三十六页哦2第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 随着微型计算机的发展，总线技术也在不断地发展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。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：标准总线应具有以下特点：（1）可以

2、简化计算机软件和硬件的设计；）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；）可以简化系统的结构；（3）易于系统的扩展；）易于系统的扩展；（4）便于系统的更新；）便于系统的更新；（5）便于系统的调试和维修。）便于系统的调试和维修。第二页，讲稿共三十六页哦3第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 二、总线分类二、总线分类 在微型计算机系统中按照总线的规模、用途及应用在微型计算机系统中按照总线的规模、用途及应用 场合，可将总线分为以下三类。场合，可将总线分为以下三类。（1）微处理器芯片总线）微处理器芯片总线 也称为元件级总线，这是在构成一块也称为元件级总线，这是在构成一块CP

3、U插件或用插件或用 微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常 用于用于 CPU芯片、存储器芯片、芯片、存储器芯片、I/O 接口芯片等之间接口芯片等之间 的信息传送。按所传送的信息类别不同，可将芯片的信息传送。按所传送的信息类别不同，可将芯片 总线分为传送地址、传送数据和传送控制信息等三总线分为传送地址、传送数据和传送控制信息等三 组总线，分别为地址总线、数据总线和控制总线。组总线，分别为地址总线、数据总线和控制总线。第三页，讲稿共三十六页哦4第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准（2）内总线）内总线 也称为板极总线或系统总线，它是微型计

4、算机系统也称为板极总线或系统总线，它是微型计算机系统 内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种 扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的 总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系 统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间 进行通讯时所采用的数据通道。进行通讯时所采用的数据通道。（3）外部总线）外部总线 也称为通信总线，主要用于微机系统与微机系统之也称为通信总线，主要用于微机系统与微机系统之 间或微机与外部

5、设备（如打印机、硬盘设备）、仪间或微机与外部设备（如打印机、硬盘设备）、仪 器仪表之间的通信，常用于设备级的互连。这种总器仪表之间的通信，常用于设备级的互连。这种总 线的数据传输可以是并行的，也可以是串行的，数线的数据传输可以是并行的，也可以是串行的，数 据传输速率低于系统内部的总线。据传输速率低于系统内部的总线。第四页，讲稿共三十六页哦5第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 四、总线数据的传送四、总线数据的传送 1、总线数据的传送方式、总线数据的传送方式 信息在总线上有三种传送方式：信息在总线上有三种传送方式：串行传送、并行传送和并串行传送。串行传送、并行传送和并串行传送。（1）

6、串行传送方式）串行传送方式 当信息以串行方式传送时只使用一条传输线，当信息以串行方式传送时只使用一条传输线，而且采用脉冲传送。具体操作就是在传输线上而且采用脉冲传送。具体操作就是在传输线上 按顺序传送表示一个数码的所有二进制位的脉按顺序传送表示一个数码的所有二进制位的脉 冲信号，每次一位。通常第一个脉冲信号表示冲信号，每次一位。通常第一个脉冲信号表示 数码的最低有效位，最后一个脉冲信号表示数数码的最低有效位，最后一个脉冲信号表示数 码的最高有效位。码的最高有效位。第五页，讲稿共三十六页哦6第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准（2）并行传送方式）并行传送方式 采用并行方式传送二进制信

7、息时，每个数据位都需要采用并行方式传送二进制信息时，每个数据位都需要 一条单独的传输线。信息由多少个二进制位组成，机一条单独的传输线。信息由多少个二进制位组成，机 器就需要有多少条传输线，从而让二进制信息在不同器就需要有多少条传输线，从而让二进制信息在不同 的线上同时进行传送。的线上同时进行传送。当进行并行传送时，所有的位同时传送，所以并行传当进行并行传送时，所有的位同时传送，所以并行传 送方式的速度比串行传送的速度要快得多。并行传送送方式的速度比串行传送的速度要快得多。并行传送 是微机系统内部常用的传送方式。是微机系统内部常用的传送方式。源源目目的的01010110010101108位数据线

8、位数据线源源0 1 1 0 1 0 1 0目的目的8T第六页，讲稿共三十六页哦7第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准）并串行传送方式）并串行传送方式 并串行传送方式是并行传送方式与串行传送方式并串行传送方式是并行传送方式与串行传送方式 的结合。当信息在总线上以并串行方式传送时，的结合。当信息在总线上以并串行方式传送时，如果一个数据字由两个字节组成，那么当传送一如果一个数据字由两个字节组成，那么当传送一 个字节时采用并行方式，字节之间采用串行方式。个字节时采用并行方式，字节之间采用串行方式。例：有的微型计算机（例：有的微型计算机（3中中CPU的数据用的数据用16位并行运算。位并行运算

9、。但由于但由于CPU芯片引脚数的限制，出入芯片引脚数的限制，出入CPU的数据的数据 据总线宽度是据总线宽度是 8 位。因此，当数据从位。因此，当数据从CPU中进入中进入 数据总线时以字节为单位，采用并串行方式进行数据总线时以字节为单位，采用并串行方式进行 行传送。行传送。第七页，讲稿共三十六页哦8第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、总线数据传送的通讯协议、总线数据传送的通讯协议 通讯协议是实现总线裁决和信息传送的手段，通常通讯协议是实现总线裁决和信息传送的手段，通常 分为同步方式和异步方式。分为同步方式和异步方式。（1）同步通讯方式）同步通讯方式 总线上的部件通过总线进行信息

10、交换时用一个总线上的部件通过总线进行信息交换时用一个 公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步 通讯。在同步方式中，由于采用了公共时钟，通讯。在同步方式中，由于采用了公共时钟，每个部件何时发送或接收信息都由统一的时钟每个部件何时发送或接收信息都由统一的时钟 规定，在通讯时不用附加时间标志或来回应答规定，在通讯时不用附加时间标志或来回应答 信号。所以，同步通讯具有较高的传输频率。信号。所以，同步通讯具有较高的传输频率。第八页，讲稿共三十六页哦9第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准（2）异步通讯方式异步通讯方式 如果总线上各部件之间的距离和设备的

11、速度相差如果总线上各部件之间的距离和设备的速度相差 很大，势必会降低总线的效率，在这种情况下往很大，势必会降低总线的效率，在这种情况下往 往采用异步通讯方式。异步通讯允许总线上各个往采用异步通讯方式。异步通讯允许总线上各个 部件有各自的时钟，部件之间进行通讯时没有公部件有各自的时钟，部件之间进行通讯时没有公 共的时间标准，而是在发送信息的同时发出该部共的时间标准，而是在发送信息的同时发出该部 件的时间标志信号，用应答方式来协调通信过程。件的时间标志信号，用应答方式来协调通信过程。异步通讯又分为单向方式和双向方式两种。单向异步通讯又分为单向方式和双向方式两种。单向 方式不能判别数据是否正确传送到

12、对方，故大多方式不能判别数据是否正确传送到对方，故大多 采用双向方式，即应答式异步通讯。采用双向方式，即应答式异步通讯。第九页，讲稿共三十六页哦10第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、总线数据传送的错误检测、总线数据传送的错误检测 由于外界或者自身存在着各种随机出现的干扰由于外界或者自身存在着各种随机出现的干扰 因素，总线上传输的信息可能产生错误。为此，需因素，总线上传输的信息可能产生错误。为此，需 要采用错误检测电路来发现或纠正出现的错误，用要采用错误检测电路来发现或纠正出现的错误，用 专用的总线信号来报告出现的错误。专用的总线信号来报告出现的错误。最常用也是最简单的错误检

13、测方法是奇偶校验最常用也是最简单的错误检测方法是奇偶校验 法。在地址、数据或控制信息传输的同时，将它的法。在地址、数据或控制信息传输的同时，将它的 奇偶校验信息通过另一根总线传输到信号接收方，奇偶校验信息通过另一根总线传输到信号接收方，接收方通过查验接收的信号是否符合校验规则来判接收方通过查验接收的信号是否符合校验规则来判 断收到信号的正确性。一旦发现奇偶校验的错误，断收到信号的正确性。一旦发现奇偶校验的错误，则通过另一条总线告知信号发送方发生了错误，这则通过另一条总线告知信号发送方发生了错误，这 时就可根据协定处理发现的错误。时就可根据协定处理发现的错误。第十页，讲稿共三十六页哦11第第12

14、 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 总线进行高速和大批量信息传输时，常采用的错误校总线进行高速和大批量信息传输时，常采用的错误校验方式是循环冗余校验验方式是循环冗余校验 CRC。CRC 校验将传输的数据经校验将传输的数据经过专门的电路，产生一个过专门的电路，产生一个 16位或位或 32位的位的 CRC 码，加在数码，加在数据的最后发送。在数据的接收端，采用相同的电路对接收据的最后发送。在数据的接收端，采用相同的电路对接收到的数据进行处理。如果数据传输准确无误，则从线路上到的数据进行处理。如果数据传输准确无误，则从线路上接收到的校验码应该与接收数据产生的校验码一致，否则接收到的校验码应该与

15、接收数据产生的校验码一致，否则就表示发生了传输错误。就表示发生了传输错误。CRC校验方式对于成块数据传送中数据检错十分有效，校验方式对于成块数据传送中数据检错十分有效，但电路相对复杂一些，但电路相对复杂一些，USB总线就是采用的这个方法。总线就是采用的这个方法。第十一页，讲稿共三十六页哦12第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 五、总线标准五、总线标准 目前总线标准有两类：目前总线标准有两类：（1 1）是）是 IEEEIEEE（美国电气及电子工程师协会）标准委员会（美国电气及电子工程师协会）标准委员会 定义与解释的标准，如：定义与解释的标准，如：IEEE-488 IEEE-488

16、总线和总线和 RS-232CRS-232C 串行接口标准等，这类标准现已有串行接口标准等，这类标准现已有2020多个。多个。（2 2）是因广泛应用而被大家接受与公认的标准，如）是因广泛应用而被大家接受与公认的标准，如S-100S-100 总线、总线、IBM PCIBM PC总线、总线、ISAISA总线、总线、EISAEISA总线、总线、STDSTD总线总线 接口标准等。接口标准等。不同的总线标准可以用于不同的微机不同的总线标准可以用于不同的微机 系统或者同一微机系统的不同位置。系统或者同一微机系统的不同位置。第十二页，讲稿共三十六页哦13第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 通常情

17、况下，总线能达到什么样的性能是由总线的指标体现的，通常情况下，总线能达到什么样的性能是由总线的指标体现的，主要有以下两点：主要有以下两点：（1）总线宽度）总线宽度 总线宽度是指可以同时传输的数据位数，位数越多，一次传输总线宽度是指可以同时传输的数据位数，位数越多，一次传输 的信息就越多。如的信息就越多。如EISA总线宽度为总线宽度为16位，位，PCI总线宽度为总线宽度为32位，位，PCI-2 总线宽度可达到总线宽度可达到64位。位。微计算机的总线宽度一般不会超微计算机的总线宽度一般不会超 过过CPU外部数据总线的宽度。外部数据总线的宽度。（2）总线频率）总线频率 总线通常都有一个基本时钟，总线

18、上其它信号都以这个时钟为总线通常都有一个基本时钟，总线上其它信号都以这个时钟为 基准，这个时钟的频率也是总线工作的最高频率。时钟的频率基准，这个时钟的频率也是总线工作的最高频率。时钟的频率 越高，单位时间内传输的数据量就越大。越高，单位时间内传输的数据量就越大。EISA 总线的时钟频总线的时钟频 率为率为8MHz，PCI总线为总线为33.3MHz，PCI-2总线可达总线可达66MHz。第十三页，讲稿共三十六页哦14第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 11.3 系统总线系统总线 系统总线是组成微机系统所用的总线。常用的系统总系统总线是组成微机系统所用的总线。常用的系统总线有线有8/

19、168/16位位ISAISA和和EISAEISA两种。两种。8 8位位ISAISA总线也称为总线也称为PCPC总线，总线，1616位位ISAISA总线也称为总线也称为PC/ATPC/AT总线，总线，8080年代末期出现了年代末期出现了3232位的位的EISAEISA总线。由于早期总线的时钟频率和最大传输率受主板总线。由于早期总线的时钟频率和最大传输率受主板上的扩展槽数量、传输线长度及扩展卡电路负载的限制，上的扩展槽数量、传输线长度及扩展卡电路负载的限制，系统总线传输速率较低，已成为限制计算机系统工作速度系统总线传输速率较低，已成为限制计算机系统工作速度的一个瓶颈。随着芯片制造技术的不断提高，计

20、算机结构的一个瓶颈。随着芯片制造技术的不断提高，计算机结构的更新与工作速度也大幅度提高，全新一代的系统总线也的更新与工作速度也大幅度提高，全新一代的系统总线也在不断涌现。在不断涌现。第十四页，讲稿共三十六页哦15第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 一、一、PCPC总线总线 20世纪世纪70年代末，苹果微型计算机的成功证明了个年代末，苹果微型计算机的成功证明了个人电脑市场是确实存在的，人电脑市场是确实存在的，IBM公司最高决策层下令研公司最高决策层下令研制个人电脑，制个人电脑，在佛罗里达的波克镇成立了一个在佛罗里达的波克镇成立了一个13人的研人的研制小组。制小组。1981年，该小组

21、推出了以年，该小组推出了以8088为为CPU的新一代的新一代个人计算机，为增加扩充能力也设计了总线。个人计算机，为增加扩充能力也设计了总线。该总线被该总线被称为称为PC或或PC/XT总线，总线，是是PC总线的第一次创新与以前总线的第一次创新与以前其它公司做法不同的是，其它公司做法不同的是，IBM向外界完全公开了包括向外界完全公开了包括PC总线完整规范在内的技术文件。总线工作频率总线完整规范在内的技术文件。总线工作频率4.77MHz，总线宽度总线宽度w=1Byte，传送一次数据所需时钟周期数，传送一次数据所需时钟周期数N=2，所以总线传输率为所以总线传输率为Q=4.77112=2.38MB/s。

22、第十五页，讲稿共三十六页哦16第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 PC总线也叫做总线也叫做PC/XT总线，是早期总线，是早期PC/XT微机中采用微机中采用的系统总线，它支持的系统总线，它支持8位数据传输和位数据传输和10位寻址空间，最大通位寻址空间，最大通信速率为信速率为5 MB/s。它有它有62根引脚，可插入符合根引脚，可插入符合PC总线的各总线的各种扩展板，以扩展微机的功能。其特点是把种扩展板，以扩展微机的功能。其特点是把 CPU 视为总线视为总线的唯一总控设备，的唯一总控设备，其余外围设备均为从属设备。其余外围设备均为从属设备。具有价格具有价格低、可靠性好、兼容性好和使用灵

23、活等优点。低、可靠性好、兼容性好和使用灵活等优点。PC总线总线62条引脚信号通过一个条引脚信号通过一个 31 脚分为脚分为A、B两面连两面连接插槽，其中接插槽，其中A面为元件面，面为元件面，B面为焊接面。这面为焊接面。这62条引脚信条引脚信号分为地址线、号分为地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线与电源数据线、控制线、状态线、辅助线与电源等等5类接口信号线。类接口信号线。第十六页，讲稿共三十六页哦17第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 二、二、ISA总线总线 这是这是PC总线的第二次创新。总线的第二次创新。80286 微处理器推出之微处理器推出之 后，后，IBM 决定开发功能比决

24、定开发功能比 PC/XT 更强大的更强大的PC，称，称 为为PC/AT。由于原。由于原PC/XT总线与新机器性能指标不总线与新机器性能指标不 匹配，同时又要保证新机型必须与匹配，同时又要保证新机型必须与PC/XT的原有软的原有软 硬件兼容，这就要求必须对新机型的总线重新设计。硬件兼容，这就要求必须对新机型的总线重新设计。IBM 公司在公司在PC总线基础上增加总线基础上增加 36 个引脚，形成了个引脚，形成了 AT 总线。即从总线。即从1982年以后，逐步确立的年以后，逐步确立的 IBM 公司公司 工业标准体系结构，简称为工业标准体系结构，简称为 ISA 总线，有时也称为总线，有时也称为 PC/

25、AT总线。总线。第十七页，讲稿共三十六页哦18第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 1、ISA总线的特点总线的特点 PC 总线仅适用于总线仅适用于 8 位数据的传送，位数据的传送，所以，从所以，从 IBM PC/AT微机开始采用微机开始采用PC/AT总线，即总线，即ISA总线，总线，该总线的数据传送速率最快为该总线的数据传送速率最快为8 MB/s，地址总线宽，地址总线宽 度为度为24位，可以支持位，可以支持16 MB的内存。的内存。ISA总线在总线在PC总线的总线的62引脚的基础上增加了一引脚的基础上增加了一 个个36引脚的插槽，形成前引脚的插槽，形成前62引脚和后引脚和后36引脚

26、的两个引脚的两个 插座，这样就构成了插座，这样就构成了 16 位位ISA总线。它可以利用前总线。它可以利用前 62引脚的插座插入与引脚的插座插入与PC总线兼容的总线兼容的8位接口电路卡，位接口电路卡，也可以利用整个插座插入也可以利用整个插座插入16位接口电路卡。除了数位接口电路卡。除了数 据和地址线的扩充外，据和地址线的扩充外，16 位位 ISA部分还扩充了中断部分还扩充了中断 和和DMA请求、应答信号。请求、应答信号。第十八页，讲稿共三十六页哦19第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、引脚信号功能、引脚信号功能 16位位ISA总线的前总线的前62引脚的信号分布及其功能与引脚的

27、信号分布及其功能与PC总线基本相同，总线基本相同，16位总线中新增加的位总线中新增加的36引脚插槽信号扩展了数据线、地址线、存引脚插槽信号扩展了数据线、地址线、存 储器和储器和I/O设备的读写控制线、中断和设备的读写控制线、中断和 DMA控制线、电源和地线控制线、电源和地线 等。新插槽中的引脚信号分为等。新插槽中的引脚信号分为C（元件面）和（元件面）和D（焊接面）两列。（焊接面）两列。3、ISA总线的体系结构总线的体系结构 在利用在利用 ISA 总线构成的微机系统中，当内存速度较快时，通常采总线构成的微机系统中，当内存速度较快时，通常采 用将内存移出用将内存移出 ISA 总线并转移到自己的专用

28、总线总线并转移到自己的专用总线内存总线上的内存总线上的 体系结构，微型计算机系统内部采用高速总线，体系结构，微型计算机系统内部采用高速总线，DRAM通过内存通过内存 总线与总线与 CPU 进行高速信息交换。进行高速信息交换。ISA总线以扩展插槽形式对外开总线以扩展插槽形式对外开 放，磁盘控制器、显示卡、声卡、打印机等接口卡均可插在放，磁盘控制器、显示卡、声卡、打印机等接口卡均可插在 8/16 位位ISA总线插槽上，以实现总线插槽上，以实现ISA支持的各种外设与支持的各种外设与CPU的通信。的通信。第十九页，讲稿共三十六页哦20第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 四、四、EISAE

29、ISA总线总线 如果将如果将MCA总线称为总线称为PC总线的第三次创新，那么，总线的第三次创新，那么，EISA总总 线就是线就是PC总线的第四次创新了。总线的第四次创新了。为了打破为了打破IBM的垄断，的垄断，1988年年9月，月，Compaq、AST，Epson、HP、Olivetti、NEC等等9家公司联合起来，推出了一种兼容性更优家公司联合起来，推出了一种兼容性更优 越的总线，即越的总线，即EISA总线。总线。设计设计EISA总线的目标有总线的目标有2个：为提高数据传输率用一个专门个：为提高数据传输率用一个专门 猝发式猝发式DMA策略使策略使32位总线能达到位总线能达到33MB/s；在功

30、能、电气、物在功能、电气、物 理上保持与理上保持与 PC/XT、PC/AT总线兼容。总线兼容。EISA总线是扩展的总线是扩展的ISA总线，总线，引脚由原来引脚由原来ISA总线的总线的62个加个加 36个扩展到了个扩展到了98个，其数据总线被扩展到个，其数据总线被扩展到32位，但时钟速度仍维位，但时钟速度仍维 持在持在 8MHz，传输速率为，传输速率为33 MB/S，由于，由于EISA总线性能稳定，适总线性能稳定，适 用于网络服务器、高速图像处理、多媒体等领域，最常见的应用用于网络服务器、高速图像处理、多媒体等领域，最常见的应用 是作为磁盘控制器和视频图形适配器。是作为磁盘控制器和视频图形适配器

31、。由于由于 EISA 是兼容机厂商是兼容机厂商 共同推出的，所以其技术标准是公开的。共同推出的，所以其技术标准是公开的。第二十页，讲稿共三十六页哦21第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 与与ISA总线相比总线相比EISA总线有如下特点：总线有如下特点：（1）EISA总线用于总线用于32 位微型计算机中，支持位微型计算机中，支持32位的地址总线寻址，位的地址总线寻址，可寻址可寻址4GB的存储空间，也支持的存储空间，也支持64KB的的I/O端口寻址。端口寻址。（2）它具有）它具有 32 位数据线，大大提高了数据传输能力，保证了系统性位数据线，大大提高了数据传输能力，保证了系统性 能的

32、提高，使最大数据传输速率达能的提高，使最大数据传输速率达33 MB/S。（3）EISA总线支持多处理器结构，支持多主控总线设备，具有较强总线支持多处理器结构，支持多主控总线设备，具有较强 的的I/O扩展能力和负载能力。扩展能力和负载能力。（4）具有自动配置功能，）具有自动配置功能，可以根据配置文件自动地初始化，可以根据配置文件自动地初始化，配置系配置系 统板和多扩展卡。统板和多扩展卡。（5）扩展了）扩展了DMA的范围和传输速度，支持的范围和传输速度，支持 7 个个DMA通道，通道，DMA 数数 据传输既可在据传输既可在ISA方式下进行，也可在方式下进行，也可在 EISA 方式下进行。而且方式下

33、进行。而且 在在 EISA方式下进行方式下进行 DMA 数据传输时，使用的数据总线和地址数据传输时，使用的数据总线和地址 总线都是总线都是32位的。位的。（6）采用同步数据传送协议，）采用同步数据传送协议，可支持常规的一次传送，可支持常规的一次传送，也可支持突也可支持突 法方式即高速分组传送。法方式即高速分组传送。第二十一页，讲稿共三十六页哦22第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 11.4 局部总线局部总线 局部总线可看作是局部总线可看作是CPU总线和系统总线之间的一种总线。它具有总线和系统总线之间的一种总线。它具有较高的时钟频率和传输率，在一定程度上克服了系统总线的瓶颈问题，较

34、高的时钟频率和传输率，在一定程度上克服了系统总线的瓶颈问题，提高了系统性能。提高了系统性能。使用局部总线后，系统内有多条不同级别的总线，形成了使用局部总线后，系统内有多条不同级别的总线，形成了“分级分级总线结构总线结构”。在这种体系中，不同传输要求的设备。在这种体系中，不同传输要求的设备“分类分类”连接在不同连接在不同性能的总线上，合理地分配系统资源，满足不同设备的不同需要。此性能的总线上，合理地分配系统资源，满足不同设备的不同需要。此外，局部总线信号独立于外，局部总线信号独立于CPU，处理器的更换不会影响系统结构。，处理器的更换不会影响系统结构。现在常用的有现在常用的有 3 种局部总线：种局

35、部总线：VESA 局部总线、局部总线、PCI 局部总线、局部总线、AGP总线。总线。第二十二页，讲稿共三十六页哦23第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 二、二、PCI总线总线 为解决为解决 VESA 局部总线存在的问题，局部总线存在的问题，1991年下半年，年下半年，Intel公司公司 首先提出了首先提出了 PCI总线的概念。总线的概念。PCI 是一种同步且独立于处理器的是一种同步且独立于处理器的32 位或位或64位的局部总线，位的局部总线，它允许外设与它允许外设与 CPU 进行智能对话，进行智能对话，从而避从而避 免了中断请求（免了中断请求（IRQ）、直接存储器存取（）、直接存

36、储器存取（DMA）和）和 I/O通道之间通道之间 的冲突。其工作频率为的冲突。其工作频率为25、33、66MHz，最大传输率可达，最大传输率可达528MB/s。PCI 总线支持总线支持64位数据传输、多总线主控和线性突发方式，目前主位数据传输、多总线主控和线性突发方式，目前主 要在奔腾（要在奔腾（Pentium）等高档微机中使用。）等高档微机中使用。PCI 是高速外设与是高速外设与 CPU 间的桥梁。它在间的桥梁。它在CPU与外设间插入了一个复杂的管理层，以协调数与外设间插入了一个复杂的管理层，以协调数 据传输，并提供了一个标准的总线接口。该管理层提供信号的缓冲，据传输，并提供了一个标准的总线

37、接口。该管理层提供信号的缓冲，使使PCI能支持能支持10种外设，并在高时钟频率下保持高性能。种外设，并在高时钟频率下保持高性能。第二十三页，讲稿共三十六页哦24第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 PCI总线有总线有PCI总线控制桥，即总线控制桥，即 PCI芯片组，可以支持芯片组，可以支持对内存、高速缓存、总线和输入对内存、高速缓存、总线和输入/输出接口的控制功能，支输出接口的控制功能，支持突发数据传输周期，持突发数据传输周期，可确保总线不断载满数据。可确保总线不断载满数据。可减小可减小存取延迟，存取延迟，能够大幅度减少外围设备取得总线控制权所需能够大幅度减少外围设备取得总线控制权

38、所需的时间，的时间，以保证数据传输的畅通。以保证数据传输的畅通。PCI 总线所具有的主控总线所具有的主控和同步操作功能有利于提高和同步操作功能有利于提高PCI总线的性能，而且总线的性能，而且PCI总线总线不受处理器限制，兼容性强，适用于各种机型。不受处理器限制，兼容性强，适用于各种机型。PCI 局部总线既符合当前的技术要求，局部总线既符合当前的技术要求，又能满足未来又能满足未来技术的发展需要，技术的发展需要，已成为广泛使用的局部总线标准。已成为广泛使用的局部总线标准。PCI的高性能、高效率，使其成为开发当今高性能的高性能、高效率，使其成为开发当今高性能AGP图形接图形接口的基础。口的基础。第二

39、十四页，讲稿共三十六页哦25第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 1、PCI总线的主要特点总线的主要特点 （1）线性突发传输）线性突发传输 （2）支持总线主控方式和同步操作）支持总线主控方式和同步操作 （3）独立于处理器）独立于处理器 （4）即插即用）即插即用 （5）适合于各种机型）适合于各种机型 （6）多总线共存）多总线共存 （7）预留发展空间）预留发展空间 （8）采用了数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚）采用了数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚 数，从而可以节约线路空间，降低设计成本。数，从而可以节约线路空间，降低设计成本。第二十五页，讲稿共三十六页哦26第第12 12

40、章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、PCI总线信号的定义总线信号的定义 PCI总线信号分为地址线、数据线、接口控制线、总线信号分为地址线、数据线、接口控制线、仲裁线、系统线、中断请求线、仲裁线、系统线、中断请求线、高速缓存支持、高速缓存支持、出错出错 报告等信号线。报告等信号线。PCI总线规定了两种总线规定了两种PCI扩展卡及连接器：一种称扩展卡及连接器：一种称 为长卡，另一种称为短卡。长卡提供为长卡，另一种称为短卡。长卡提供 64 位接口，插槽位接口，插槽 A、B两边共定义了两边共定义了 188 个引脚；短卡提供个引脚；短卡提供 32 位接口，位接口，插槽插槽A、B两边共定义了两边共定义

41、了 124 个引脚。除去电源线、地个引脚。除去电源线、地 线、未定义的引脚之外，其余信号线按功能分类如图。线、未定义的引脚之外，其余信号线按功能分类如图。第二十六页，讲稿共三十六页哦27第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、PCI总线的系统结构总线的系统结构 PCIPCI局部总线与局部总线与PentiumPentium机内部总线组合可以构成机内部总线组合可以构成 多总线系统结构，多总线系统结构，PCI PCI 总线允许在一个总线中插入总线允许在一个总线中插入3232 个物理部件，每一个物理部件可以含有最多个物理部件，每一个物理部件可以含有最多 8 8 个不同个不同 的功能部件。

42、的功能部件。在在PCI总线系统中，处理器与总线系统中，处理器与RAM位于主机总线位于主机总线 上，它具有上，它具有64位数据通道和更宽以及更高的运行速度。位数据通道和更宽以及更高的运行速度。指令和数据在指令和数据在 CPU 和和 RAM之间快速流动，然后数据之间快速流动，然后数据 被交给被交给PCI总线。总线。PCI 负责将数据交给负责将数据交给PCI扩展卡或设扩展卡或设 备。如果需要，也可以将数据导向备。如果需要，也可以将数据导向ISA、EISA、MCA 等总线或控制器如等总线或控制器如IDE、SCSI以便进行存储。以便进行存储。第二十七页，讲稿共三十六页哦28第第12 12章章 总线与接口

43、标准总线与接口标准 PCI桥的主要功能如下：桥的主要功能如下：（1）提供一个低延迟的访问通路，）提供一个低延迟的访问通路，从而使处理器能够直从而使处理器能够直 接访问通过低延迟访问通路映射于存储器空间或接访问通过低延迟访问通路映射于存储器空间或I/O 空间的空间的PCI设备。设备。（2）提供能使）提供能使PCI主设备直接访问主存储器的高速通路。主设备直接访问主存储器的高速通路。（3）提供数据缓冲功能，可以使）提供数据缓冲功能，可以使 CPU 与与PCI总线上的设总线上的设 备并行工作而不必相互等待。备并行工作而不必相互等待。（4）可以使）可以使PCI总线的操作与总线的操作与 CPU 总线分开，

44、以免相互总线分开，以免相互 影响，实现了影响，实现了PCI总线的全部驱动控制。总线的全部驱动控制。第二十八页，讲稿共三十六页哦29第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 二、二、I2C总线总线 1、I2C总线简介总线简介 I2C总线是一种由总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式公司开发的两线式 串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C 总线产生于在总线产生于在 80 年代，最初为音频和视频设备开年代，最初为音频和视频设备开 发，发，如今主要在服务器管理中使用，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单其中包括单 个组件状态的通信。个组件状

45、态的通信。例如例如 管理员可对各个组件进管理员可对各个组件进 行查询，行查询，以以 管理系统的配置或掌握组件的功能状管理系统的配置或掌握组件的功能状 态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、网络、系统温度等多个参数，系统温度等多个参数，增加了系统的安全增加了系统的安全 性，方便了管理。性，方便了管理。第二十九页，讲稿共三十六页哦30第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 在单片机应用系统中推广在单片机应用系统中推广I2C总线后将会大大改变单片机应用总线后将会大大改变单片机应用系统的结构性能，对单片机应用系统的开发带来如下好处：系统

46、的结构性能，对单片机应用系统的开发带来如下好处：（1）可最大限度地简化结构。）可最大限度地简化结构。（2）可实现电路系统的模块化、标准化设计。）可实现电路系统的模块化、标准化设计。（3）标准）标准I2C总线模块的组合开发方式大大地缩短了新品种的总线模块的组合开发方式大大地缩短了新品种的 开发周期，有利于新产品及时地推向市场。开发周期，有利于新产品及时地推向市场。（4）I2C总线各节点具有独立的电气特性，各节点单元电路能总线各节点具有独立的电气特性，各节点单元电路能 在相互不受影响的情况下以在相互不受影响的情况下以 及及 在系统供电的情况下进行在系统供电的情况下进行 接入或撤除。接入或撤除。（5

47、）I2C总线系统的构成具有最大的灵活性。总线系统的构成具有最大的灵活性。系统改型设计，系统改型设计，或或 对已经加工好的电路板进行功能扩展时，对已经加工好的电路板进行功能扩展时，对原有的设对原有的设 计及电路板系统影响是最小的。计及电路板系统影响是最小的。（6）I2C总线系统可以方便地对某一节点电路进行故障诊断与总线系统可以方便地对某一节点电路进行故障诊断与 跟踪，有极好的可维护性。跟踪，有极好的可维护性。第三十页，讲稿共三十六页哦31第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 2、I2C总线的性能特点总线的性能特点 I2C总线的串行数据传送与一般的串行数据传送无论从接口电气总线的串行数

48、据传送与一般的串行数据传送无论从接口电气 特性、传送状态管理以及程序编制特点等方面都有很大的不同。特性、传送状态管理以及程序编制特点等方面都有很大的不同。I2C总线主要具有以下特性：总线主要具有以下特性：（1）二线传输。）二线传输。（2）当系统中有多个主器件时，在）当系统中有多个主器件时，在I2C总线工作时任何一个主器件都总线工作时任何一个主器件都 可成为主控制器。可成为主控制器。多机竞争时的时钟同步与总线仲裁都由硬件多机竞争时的时钟同步与总线仲裁都由硬件 与标准软件模块自动完成，无须用户介入。与标准软件模块自动完成，无须用户介入。（3）I2C总线传输时，采用状态码的管理方法。总线传输时，采用

49、状态码的管理方法。（4）系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚地址编址方法。）系统中所有外围器件及模块采用器件地址及引脚地址编址方法。（5）所有带）所有带I2C接口的外围器件都具有应答功能。接口的外围器件都具有应答功能。（6）I2C总线电气接口有总线电气接口有严严格的格的规规范，在硬件范，在硬件结结构上，任何一个具有构上，任何一个具有 I2C总线总线接口的外接口的外围围器件，不器件，不论论其功能差其功能差别别有多大，都具有相同有多大，都具有相同 的的电电气接口气接口，各各节节点的点的电电源都可以源都可以单单独供独供电电，并可在系统带电并可在系统带电 情况下接入或撤出。情况下接入或撤出。第三

50、十一页，讲稿共三十六页哦32第第12 12章章 总线与接口标准总线与接口标准 3、I2C总线工作原理总线工作原理 I2C总线是由数据线总线是由数据线SDA和时钟和时钟SCL构成的串行总线，构成的串行总线，可发送和接收数据。在可发送和接收数据。在CPU与被控与被控IC之间、之间、IC与与IC之间之间 进行双向传送，最高传送速率进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路。各种被控制电路 均并联在这条总线上，均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自但就像电话机一样只有拨通各自 的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在