最新微型计算机总线PPT课件.ppt

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1、微型计算机总线微型计算机总线微型计算机总线微型计算机总线Unibus 总线总线1970年美国年美国 DEC公司在公司在其其PDP11/20小型计算机上小型计算机上采用采用。总线结构在系统设计、生产、使用总线结构在系统设计、生产、使用和维护上都显示出其优越性。和维护上都显示出其优越性。2.按所处位置分按所处位置分片内总线：芯片内用于各功能单元连接；片内总线：芯片内用于各功能单元连接；片总线：插件板内用于各芯片连接；片总线：插件板内用于各芯片连接；系统总线：微机系统内各功能插件板连系统总线：微机系统内各功能插件板连接；接；外总线：微机系统间，微机系统与其他外总线：微机系统间，微机系统与其他仪器设备

2、间的连接。仪器设备间的连接。五五.总线主要性能指标总线主要性能指标总线频率：总线工作时钟频率，单位总线频率：总线工作时钟频率，单位 为为MHz；总线位宽：总线数据线的根数，有总线位宽：总线数据线的根数，有8，16，32，64位之分；位之分；总线带宽：即总线传输率，单位为总线带宽：即总线传输率，单位为MB/S。三者关系为三者关系为:总线带宽总线带宽=总线位宽总线位宽总线频率总线频率 Mb/S总线带宽总线带宽=1/8 总线位宽总线位宽总线频率总线频率MB/S六六.总线标准与规范总线标准与规范 制定标准的出发点：使与该总线连接制定标准的出发点：使与该总线连接的各厂家的各种产品电路板都能正常使的各厂家

3、的各种产品电路板都能正常使用，即在机械结构，电气及逻辑等方面用，即在机械结构，电气及逻辑等方面均达到统一。均达到统一。制定标准的机构：一些国际级，国家制定标准的机构：一些国际级，国家级或相关行业协会及公认的著名企业联级或相关行业协会及公认的著名企业联合会合会。总线标准与规范内容总线标准与规范内容机械结构规范：规定模板尺寸机械结构规范：规定模板尺寸、插头插头、连接器的形状、连接器的形状、尺寸等规格位置；尺寸等规格位置；功能结构规范：规定每个引脚名称功能结构规范：规定每个引脚名称、功功能能、时序及适用协议；时序及适用协议；电气结构规范：规定信号的逻辑电平电气结构规范：规定信号的逻辑电平、最大额定负

4、载能力及电源电压等。最大额定负载能力及电源电压等。PC机中系统总线机中系统总线PC/XT总线总线 1981年IBM推出8位,适用于以 8088为CPU的PC/XT PC机PC/AT总线总线 1984年IBM推出以80286为CPU 的16位PC机总线(未公布)ISA总线总线 同期,Intel、IEEE和EISA集团联 合开发出与AT总线相近的ISA工 业标准结构总线ISA总线主要性能：总线主要性能：lI/O空间0100H03FFH；l24位地址线，16MB寻址空间l8/16位数据线l62+36引脚l最大位宽16位l8MHz时钟频率l带宽16MB/Sl具有中断和DMA通道功能 IBM公司专为其P

5、S/2系统开 发的32位微通道总线结构。由于与老的PC机总线不完全兼容,并且执行的是使用许可证制度，因此未能得到有效推广。MCAMCA总线总线 1988年 compaq、AST、EPSON 等 推出32位微机总线的，结构与ISA 总线兼容，与IBM的MCA总线抗衡。Intel 为其推出一套配套芯片。EISA总线主要性能：总线主要性能：l开放结构，与ISA总线兼容l32位地址线，4GB寻址能力l32位数据线l最大时钟频率8.3MHzl带宽33MB/SEISAEISA总线总线一一.概述概述 1991年下半年，Intel公司首先 提出了PCI的概念，并联合IBM、compaq、AST、HP、DEC等

6、100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。PCI总线总线二二.PCI总线主要性能：总线主要性能：l总线时钟频率：33.3MHz/66MHzl带宽：时钟频率33.3MHz 位宽32位时为133MB/s，位宽64位时为266MB/s 时钟频率66MHz 位宽32位时 为266MB/s，位宽64位时为532MB/sl总线宽度：32位（5V）/64位（3.3V）l时钟同步方式l独立于处理器与CPU及时钟频率无关其它特点：其它特点：l支持突发式读写

7、方式，提供首地址即可顺序读写数据。l支持并发操作，CPU和PCI可并行工作。PCI控制器能自动执行数据缓冲区到外设的传输，无须CPU干预。l支持总线主控技术。允许主控部件（智能设备或多处理器中任一处理器）取得总线控制权，加速数据传输。l具有自动配置功能，支持即插即用。l支持5V和3.3V扩展卡，由插槽结构保证。lPCI2.2版支持热插拔。三三.PCI总线总线系统结构系统结构CPU总线和PCI总线由桥接电路（习惯上称为北桥芯片）相连。PCI总线和ISA/EISA总线之间也通过桥接电路（习惯上称为南桥芯片）相连。PCI桥路：实现控制PCI总线的全部控制，PCI桥路与CPU接口引入先进先出（FIFO

8、）缓冲器，使PCI上的部件与CPU并发工作。将PCI总线转换为标准总线 桥路内含有桥路内含有:8259中断控制器8254定时/计数器8237 DMA控制器 等可编程电路标准总线桥路：标准总线桥路：四四.PCI总线总线基本引脚和扩展引脚基本引脚和扩展引脚必备信号（左边）49条可选信号（右边）51条 包含电源、地、保留 引脚：总引脚数 120条不含电源：PCI总线通过PCI插槽与I/O板卡连接PCI应用系统：32位应用系统用左边的必备信号即 可（主设备49根，从设备47根）64位应用系统接口信号为必备信号可选信号（共100根）PCI总线信号线注释：32位数据线 4根C/BE3：0线指定4个字节64

9、位数据线 C/BE7：4和C/BE3：08根 选择线确定8个字节PCI总线数据传输控制基本上由三条线控制：FRAME#：由主设备驱动，控制一次数据传输 周期的起始和结束。IRDY#：由主设备驱动，低电平有效，高电平 允许插入等待周期。TRDY#：由从设备驱动，低电平有效，高电平 允许插入等待周期。PCI总线周期：总线周期：CLK时钟同步控制时钟同步控制1.主设备发出FRAME#有效信号，PCI总 线周期开始，每个周期由一个地址期多个数据期组成；2.PCI总线周期开始，首先是地址期，主控器送出地址线和总线命令（C/BE）；3.下一周期若IRDY#，TRDY#有效，则 按C/BE字节读/写选中的字

10、节数据；4.以后在CLK控制下逐个传输后续数据；5.当FRAME#高电平，IRDY#低电平则表示本数据传输周期最后一个数据期。即插即用功能的保障 资源：地址空间，中断号和DMA 通道号 计算机对功能板卡的资源配置：早期PC机：由用户通过跳线或拨动 开关来设置 Pentium以上PC机：计算机自动配 置（Plug and Play）,降低了 对用户的要求。五五.PCI配置空间配置空间PCI板卡即插即用原理：板卡即插即用原理：每一块PnP板卡上都有一组称为配置空间的寄存器。其中保存有对系统资源的需求参数。Windows9X系 统 启 动 时，由BIOS引导程序读出这些参数，经对每块板卡对资源的需求

11、进行综合后，对整个系统资源进行分配。PCI配置空间：长度为配置空间：长度为256字节字节其内容为：其内容为：1.设备单元识别码设备单元识别码 2.扩展扩展ROM基地址基地址3.销售商识别码销售商识别码 4.中断线中断线、中断引脚中断引脚5.修正识别码寄存器修正识别码寄存器、类代码寄存器类代码寄存器6.PCI命令字命令字 7.PCI状态字状态字8.cache线大小寄存器线大小寄存器 9.基地址寄存器基地址寄存器六PCI新标准PCIX是PCI总线的扩展架构PCIX的性能比PCI总线提高14一35总线频率:66MHZ，100MHZ和133MHZ带宽分别是 533MBs，800MB/s和 1066MB

12、sPCIX总线有着很好的向下兼容性USB 总线总线USB(Universal Serial Bus)通用串行总线通用串行总线USB是由是由Intel、IBM、Microsoft、Compaq、Digital、NEC、Northern Telecom七家公司联合推出的一种串行七家公司联合推出的一种串行总线规范总线规范.背背景景1996推出USB1.0版本：低速15MbPs、高速12MbPs20004推出USB2.0版本：低速15MbPs、全速12MbPs、高速达480 MbPs基基本本思思想想：利用通用连接器热插拔，即 插即用的简单快速连接，资 源自动配置，资源共享.基本要求：基本要求：易 用

13、性：即插即用、热插拔端口可扩充性：具有端口不断扩充性，可快速、动态连接和低 价格特点兼 容 性：支持高速与低速数据 智能与一般外设 有源与无源设备主要内容：一.USB的主要特点二.USB设备连接器协议三.接口信号线四.USB系统组成五.USB插拔接通关闭过程六.USB拓朴结构七.USB数据流类型和传输类型1即插即用，可自动识别总线上的设备并为其配置软件和硬件资源。2可以动态连接和重新配置外设，支持热插拔功能。3总线上的设备的传输带宽可以从几Kbps到几百Mbps，速率最高可达480Mbpss。一一.USB的主要特点的主要特点4允许最多达127台USB设备同时操作。5可向USB总线上设备供电，U

14、SB设备也可自备电源。6具有很高的容错性能，协议中规定了出错处理和差错恢复机制。此外USB总线还具有使用灵活、性价比高等特点。二二.USB设备设备连接器连接器协议协议连接器：由插头和插座构成，为A系列B系列两种。A系列连接器：用于与主机连接B系列连接器：用于与设备连接USB图标：插头上提供凹凸型图标，方便用户使用。一般由厂商提供，电缆一端为A系列插头，另一端为B系列插头（与设备上系列B插座连接）。USB设备标准可分离电缆：设备标准可分离电缆：高速设备用双绞数据对，非双绞电源对的屏蔽电缆，低速设备可用平行非屏蔽电缆。红电源线，+5V（4.755.25V）黑地线绿D+高速设备端有有上拉电阻，Hub

15、端有下拉电阻白D-低速设备端有有上拉电阻，Hub端有下拉电阻注：D+、D-为数据的半双工差分信号线 下拉电阻保证Hub端口无设备连接时,电压接地为零吸入最大电流500mA三接口信号线（三接口信号线（4根）根）主主机机第第一一次次从从D+、D-检检测测到到设设备时备时,设备吸入电流设备吸入电流 100 mA D+、D-电电压压 V 2.5V，持持 续续2.5S，则设备连接端口则设备连接端口四四USB系统组成系统组成1.硬件：USB主控器/集线器 （USBHC/RH），于主机中。USB集线器（USBH）USB设备：Hub设备 功能设备 接在Hub上的外设。USB设备驱动程序（客户驱动软件）用于和某

16、一特定的USB设备进行通信，常为操作系统一部分或由厂商提供 USBD USB系统驱动软件 一般捆绑于操作系统，用于判断决 策指挥层。HCD（Host controller Driver）主控器驱动程序,完成对USB交换的调度，通过根Hub或其它Hub完成对交换的初始化。2.软件软件五五USBUSB插拔接通关闭过程插拔接通关闭过程接通过程须经过5个状态：连接状态上电状态默认状态地址状态配置状态，设备即可使用。关闭过程比较简单，主机测到USB设备插头拔离Hub，设备进入无能状态，即关闭端口。主控器/根集线器集成于芯片组，如815EP芯片组的82801BA就包含了2个USB主控器/根集线器，故一一台

17、主机有4个USB端口。根Hub都为下行端口，与下层功能部件和Hub点对点连接。下层Hub只有一个上行端口，几个下行端口。这种级联方式最多可连接127个设备。六六USB拓朴结构拓朴结构七七.USB数据流类型和传输类型数据流类型和传输类型 USB数据流类型：控制信号流 块数据流 中断数据流 实时数据流USB的基本传输类型：的基本传输类型：控制传输 批传输 中断（Interrupt）传输 等时传输USB总线传输类顺序：总线传输类顺序：传输幀时间：1mS，以SOF（幀起始包）开始，EOF（幀结束包）结束数据流传输中优先传输等时数据，批传输最后。USB数数 据据 传传 输输 称称 为为 交交 换换（Transaction）,总总线线传传输输包包含含一一个个或多个交换。或多个交换。USB交交换换的的基基本本单单位位为为包包，一个交换至少要一个交换至少要3个包方能完成。个包方能完成。标志包：SOF（幀起始包）、接受包、发送包和设置包。数据包：紧跟于（IN、OUT包）后面，有DATA0和DATA1。握手包：接收方向发送方报告状态，有正确接收应答（ACK）、非正确接收应答（NAK）和挂起应答。特殊包：用于低速设备通信。主机发特殊包作为开始包，予告后将与低速设备通信。包种类：包种类：