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1、会计学1微机原理与应用总线微机原理与应用总线(zn xin)与接口与接口第一页，共95页。13.1 总线的概念总线的概念(ginin)和分类和分类总线：总线：一组导线的集合，是系统与一组导线的集合，是系统与系统之间或系统内部各部件系统之间或系统内部各部件之间进行之间进行(jnxng)信息传输信息传输所必需的全部信号线的总和所必需的全部信号线的总和第2页/共95页第二页，共95页。例：内部例：内部例：内部例：内部(nib)(nib)总线总线总线总线8位队列总线总线控制逻辑内部总线16位地址加法器20位地址总线16位数据总线总线接口部件BIU123456指令队列CSDSSSESEU控制器ALU暂存
2、器标志寄存器执行部件EU通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISI8088808880868086IP暂存器8 80 08 86 6总总线线第3页/共95页第三页，共95页。例：系统总线例：系统总线MPURAMROMI/O接口外设ABDBCB第4页/共95页第四页，共95页。例：例：系统结构系统结构中的总线中的总线(zn xin)第5页/共95页第五页，共95页。例：总线例：总线例：总线例：总线(z(z n n xin)xin)实体实体实体实体PCIPCI总线总线(zn xin)(zn xin)外设接口外设接口(ji ku)(ji ku)总线总线第6页/共95页
3、第六页，共95页。总线总线(zn xin)标准标准总线总线总线总线(z(z n n xin)xin)标准标准标准标准:是指芯片之间、插板之间及系统之是指芯片之间、插板之间及系统之是指芯片之间、插板之间及系统之是指芯片之间、插板之间及系统之间，通过总线间，通过总线间，通过总线间，通过总线(z(z n n xin)xin)进行连接和传输信息时，应遵守进行连接和传输信息时，应遵守进行连接和传输信息时，应遵守进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。
4、物理特性：指总线物理连接的方式物理特性：指总线物理连接的方式 功能特性：描述总线中每一根线的功能功能特性：描述总线中每一根线的功能 电气特性：定义每一根线上信号的传送方向、有效电平范围电气特性：定义每一根线上信号的传送方向、有效电平范围(fnwi)(fnwi)时间特性：定义了每根线在什么时间有效，即每根线的时序时间特性：定义了每根线在什么时间有效，即每根线的时序第7页/共95页第七页，共95页。总线(zn xin)同步并行(bngxng)总线 高速、高效(o xio)通信距离短并行总线串行总线异步并行总线半同步并行总线同步串行总线异步串行总线 距离远、简单 速度慢总线的分类总线的分类第8页/共
5、95页第八页，共95页。按数据按数据按数据按数据(shj)(shj)传输方式分类传输方式分类传输方式分类传输方式分类uu并行总线并行总线并行总线并行总线uu将数据的各位同时在多根并行传输线上进行将数据的各位同时在多根并行传输线上进行将数据的各位同时在多根并行传输线上进行将数据的各位同时在多根并行传输线上进行(jnxng)(jnxng)传传传传输，适于短距离、高速通信输，适于短距离、高速通信输，适于短距离、高速通信输，适于短距离、高速通信D0D1D2D3D4D5D6D7目的D0D1D2D3D4D5D6D7源01010110第9页/共95页第九页，共95页。uu串行总线串行总线uu将数据的各位按时
6、间顺序依次在一根将数据的各位按时间顺序依次在一根(y n)(y n)传输线上传输，适于长距离、中低速通信传输线上传输，适于长距离、中低速通信RxD目的TxD源01101010第10页/共95页第十页，共95页。CPU数据总线地址译码读出信号写入信号复位准备好中断请求地址输入设备输出设备控制寄存器输入缓冲寄存器输出缓冲寄存器状态寄存器片选A0A1数据输入准备好数据输入数据输入回答数据输出数据输出准备好数据输出回答并行接口连接并行接口连接(linji)外设示意图外设示意图第11页/共95页第十一页，共95页。(系统(xtng)外总线如并口、串口(系统(xtng)内总线如ISA、PCI片(间)总线(
7、zn xin)三总线(zn xin)形式片内总线单总线形式微微 机机 总总 线线 结结 构构运算器寄存器控制器CPU存储芯片I/O芯片主板扩展接口板扩展接口板微机系统其他微机系统其他仪器系统微机系统的四级总线示意图第12页/共95页第十二页，共95页。uu片内总线：主要由微处理器芯片内部的总线，是连片内总线：主要由微处理器芯片内部的总线，是连接各功能部件的信息接各功能部件的信息(xnx)(xnx)通路通路uu系统总线：它是微机系统内部各部件（插板）之间系统总线：它是微机系统内部各部件（插板）之间进行连接和传输信息进行连接和传输信息(xnx)(xnx)的一组信号线的一组信号线uu主板局部总线：是
8、介乎主板局部总线：是介乎CPUCPU总线和系统总线之间的总线和系统总线之间的一级总线一级总线uu外部总线：是系统之间或微机系统与外部设备之间外部总线：是系统之间或微机系统与外部设备之间进行通信的一组信号线，也称为通信总线进行通信的一组信号线，也称为通信总线 按系统按系统(xtng)(xtng)层次结构分类层次结构分类第13页/共95页第十三页，共95页。总线总线(zn xin)的操作过程的操作过程1 1总线总线总线总线(z(z n n xin)xin)请求和仲裁阶段请求和仲裁阶段请求和仲裁阶段请求和仲裁阶段需需需需要要要要使使使使用用用用总总总总线线线线(z(z n n xin)xin)的的的
9、的主主主主模模模模块块块块提提提提出出出出要要要要求求求求，由由由由总总总总线线线线(z(z n n xin)xin)使使使使用用用用的的的的仲仲仲仲裁裁裁裁机机机机构构构构确确确确定定定定，把把把把下下下下一一一一个个个个传传传传输输输输周周周周期期期期的总线的总线的总线的总线(z(z n n xin)xin)使用权分配给某个请求源使用权分配给某个请求源使用权分配给某个请求源使用权分配给某个请求源2 2寻址阶段寻址阶段寻址阶段寻址阶段取取取取得得得得使使使使用用用用权权权权的的的的主主主主模模模模块块块块，通通通通过过过过地地地地址址址址总总总总线线线线(z(z n n xin)xin)发发
10、发发出出出出本本本本次次次次要要要要访访访访问问问问的的的的从从从从模模模模块块块块的的的的存存存存储储储储器器器器地地地地址址址址，或或或或I/OI/O端端端端口口口口地地地地址址址址及及及及有有有有关关关关命令，让参与本次传输的从模块被选中并开始启动。命令，让参与本次传输的从模块被选中并开始启动。命令，让参与本次传输的从模块被选中并开始启动。命令，让参与本次传输的从模块被选中并开始启动。第14页/共95页第十四页，共95页。总线总线(zn xin)的操作过程（续）的操作过程（续）3 3传输阶段传输阶段传输阶段传输阶段主主主主模模模模块块块块和和和和从从从从模模模模块块块块进进进进行行行行数
11、数数数据据据据交交交交换换换换，数数数数据据据据由由由由源源源源模模模模块块块块出出出出，经经经经数数数数据据据据总总总总线传送到目的模块。线传送到目的模块。线传送到目的模块。线传送到目的模块。4 4结束阶段结束阶段结束阶段结束阶段主主主主、从从从从模模模模块块块块的的的的有有有有关关关关信信信信息息息息(xnx)(xnx)均均均均从从从从总总总总线线线线上上上上撤撤撤撤除除除除，让让让让出出出出总总总总线线线线，以便其他模块能继续使用。以便其他模块能继续使用。以便其他模块能继续使用。以便其他模块能继续使用。第15页/共95页第十五页，共95页。总线总线(zn xin)的性能指标的性能指标1
12、1总线宽度总线宽度总线宽度总线宽度(kund)(kund)总总总总线线线线宽宽宽宽度度度度(kund)(kund)又又又又称称称称总总总总线线线线位位位位宽宽宽宽，指指指指的的的的是是是是总总总总线线线线能能能能同同同同时时时时传传传传送送送送数数数数据的位数据的位数据的位数据的位数2 2总线频率总线频率总线频率总线频率总总总总线线线线工工工工作作作作频频频频率率率率是是是是总总总总线线线线工工工工作作作作速速速速度度度度的的的的一一一一个个个个重重重重要要要要参参参参数数数数，工工工工作作作作频频频频率率率率越越越越高，速度越快。高，速度越快。高，速度越快。高，速度越快。第16页/共95页第
13、十六页，共95页。总线总线(zn xin)的性能指标（续）的性能指标（续）3.3.总线带宽总线带宽总线带宽总线带宽总总总总线线线线带带带带宽宽宽宽又又又又称称称称总总总总线线线线的的的的最最最最大大大大数数数数据据据据传传传传输输输输速速速速率率率率，是是是是指指指指在在在在一一一一定定定定时时时时间间间间内内内内总总总总线线线线上上上上可可可可传传传传送送送送的的的的数数数数据据据据总总总总量量量量，用用用用每每每每秒秒秒秒钟钟钟钟最最最最大大大大传传传传送数据量来衡量。送数据量来衡量。送数据量来衡量。送数据量来衡量。总线带宽或最大数据传输率总线带宽或最大数据传输率总线带宽或最大数据传输率总
14、线带宽或最大数据传输率（总线宽度（总线宽度（总线宽度（总线宽度/8/8位）位）位）位）总线频率总线频率总线频率总线频率(pnl(pnl)单位为单位为单位为单位为MB/s(MB/s(总线频率总线频率总线频率总线频率(pnl(pnl)以以以以MHzMHz为单位为单位为单位为单位)第17页/共95页第十七页，共95页。MPURAMROMI/O接口外设ABDBCB1.并行(bngxng)总线的构成地址总线AB、数据总线DB、控制(kngzh)总线CB13.2 并行并行(bngxng)总线总线第18页/共95页第十八页，共95页。同步(tngb)并行总线时序 同步时钟频率和数据总线宽度确定数据传输速度数
15、据传输与时钟同步要求各个设备(shbi)的速度相当2.并行并行(bngxng)总线的时序总线的时序第19页/共95页第十九页，共95页。通过联络应答信号(xnho)实现握手适应能力强，速度取决于较慢的设备握手信号异步并行异步并行(bngxng)总线时序总线时序第20页/共95页第二十页，共95页。在同步的基础上，插入等待周期能兼容(jin rn)总线上各种不同响应速度的设备使同步总线达到与异步总线相同的功能半同步并行总线半同步并行总线(zn xin)时序时序第21页/共95页第二十一页，共95页。3.并行总线(zn xin)的仲裁挂接在BUS上的主控设备(shbi)：CPU、DMAC、DRAM
16、刷新控制器、总线桥仲裁(zhngci)方式“菊花链”仲裁（串行）并行仲裁串并行二维仲裁总线仲裁:确定模块如何分配并使用总线任一时刻只能有一个模块拥有总线的控制权第22页/共95页第二十二页，共95页。(1)“菊花链”总线(zn xin)仲裁方式三线“菊花链”：总线请求(qngqi)BR、总线允许BG、总线忙BB第23页/共95页第二十三页，共95页。三线菊花链仲裁三线菊花链仲裁(zhngci)原理原理uu任一主控器任一主控器任一主控器任一主控器CiCi发出总线请求时，使发出总线请求时，使发出总线请求时，使发出总线请求时，使BRBR1 1uu任一主控器任一主控器任一主控器任一主控器CiCi占用占
17、用占用占用(zhn yn(zhn yn)总线，使总线，使总线，使总线，使BBBB1 1，禁止，禁止，禁止，禁止BGBG输出输出输出输出uu主控器主控器主控器主控器CiCi没发请求没发请求没发请求没发请求(BRi=0)(BRi=0)，却收到，却收到，却收到，却收到BG(BGINiBG(BGINi1)1)，则将则将则将则将BGBG向后传递向后传递向后传递向后传递(BGOUTi(BGOUTi1)1)第24页/共95页第二十四页，共95页。三线菊花链仲裁三线菊花链仲裁(zhngci)原理原理uu当当当当BRBR1 1，BBBB0 0时，仲裁器发出时，仲裁器发出时，仲裁器发出时，仲裁器发出BGBG信号。
18、此时信号。此时信号。此时信号。此时(c(c sh)sh)，BGBG1 1。如果仲裁器本身也是一个主控。如果仲裁器本身也是一个主控。如果仲裁器本身也是一个主控。如果仲裁器本身也是一个主控器，如微处理器，则在发出器，如微处理器，则在发出器，如微处理器，则在发出器，如微处理器，则在发出BGBG之前之前之前之前BBBB0 0时，它时，它时，它时，它可以占用一个或几个总线周期可以占用一个或几个总线周期可以占用一个或几个总线周期可以占用一个或几个总线周期uu若若若若CiCi同时满足：本地请求同时满足：本地请求同时满足：本地请求同时满足：本地请求(BRi=1)(BRi=1)；BB=0BB=0；检测；检测；检
19、测；检测到到到到BGINiBGINi端出现了上升沿，接管总线端出现了上升沿，接管总线端出现了上升沿，接管总线端出现了上升沿，接管总线uuCiCi接管总线后，接管总线后，接管总线后，接管总线后，BGBG信号不再后传，即信号不再后传，即信号不再后传，即信号不再后传，即BGOUTiBGOUTi0 0第25页/共95页第二十五页，共95页。（2）并行总线(zn xin)仲裁方式总线仲裁器C1C2Cn总线BR1BG1BR2BG2BRnBGnBBBCLK（总线时钟）各主控器有独立的总线请求各主控器有独立的总线请求BRBR、总线允许、总线允许BGBG，互不影响，互不影响 总线仲裁器直接总线仲裁器直接(zhj
20、i)(zhji)识别所有设备的请求，并向选中的设备识别所有设备的请求，并向选中的设备CiCi发发BGiBGi第26页/共95页第二十六页，共95页。（3）串并行(bngxng)二维总线仲裁方式 各链路上优先级由总线判决器内部逻辑决定各链路上优先级由总线判决器内部逻辑决定 同一链路上则由离总线判决器的远近同一链路上则由离总线判决器的远近(yunjn)(yunjn)程程度确定度确定第27页/共95页第二十七页，共95页。13.3 串行总线串行总线的构成(guchng)只有数据总线，没有地址(dzh)总线、控制总线总线上信息（数据、地址(dzh)）按位传输总线规模小，特别适用于远距离通信也可作为系统
21、内部通信和近距离通信I2CCOM口 RS-232、RS-485串行通信接口USB接口SPI/QSPI串行扩展接口Microwire第28页/共95页第二十八页，共95页。串行总线标准(biozhn)起止式通信协议目前(mqin)应用最广泛的标准串行总线接口之一1.RS-232标准(biozhn)第29页/共95页第二十九页，共95页。采用了平衡差分(ch fn)传输技术，提高了共模抑制能力，大大减小了地线电位差引起的麻烦2.RS-422/423标准(biozhn)为RS-422标准的改进增强版本，并兼容(jin rn)RS-422标准逻辑电平与传统数字逻辑TTL兼容(jin rn)，且对物理层
22、没有任何严格要求3.RS-485标准第30页/共95页第三十页，共95页。由Philips公司推出的用于IC之间的一种二线制全双向同步串行扩展(kuzhn)总线串行数据线SDA、串行时钟线SCL4.I2C总线(zn xin)标准第31页/共95页第三十一页，共95页。USB（Universal Serial Bus）是外设与计算机连接(linji)的接口总线简化外设的连接(linji)过程，具备即插即用、热插拔、接口体积小、节省系统资源、传输可靠、良好的兼容性、共享式通信、低成本5.USB标准(biozhn)鼠标U盘打印机摄像头第32页/共95页第三十二页，共95页。其前身(qinshn)是1
23、996年由苹果公司起草的，称之为火线（Fire Wire）并注册为其商标6.1394标准(biozhn)速度(sd)高 400Mbps 800Mbps 1.6GbpsIEEE 1394接口有6针和4针两种类型可提供840V最大1.5A电流供物理层使用作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛用于数字摄像机、机顶盒、计算机及其外设等第33页/共95页第三十三页，共95页。PC总线(zn xin)或XT总线(zn xin)13.4 ISA总线(zn xin)数据(shj)宽度为8位的ISA总线由62根信号线组成，分A,B面 AT总线 PC总线的基础上增加了36根信号线，增加了C，D面第34页/共95页
24、第三十四页，共95页。总线(zn xin)的特点特点一1K字节的I/O地址(dzh)空间（0000H03FFH）24位存储器地址(dzh)8位或16位数据存取15级硬件中断7级DMA通道产生I/O等待状态 第35页/共95页第三十五页，共95页。总线总线(zn xin)的特点（续）的特点（续）特点二它是一种多主控（MultiMaster）总线除主CPU外，DMA控制器、DRAM刷新(shu xn)控制器和带处理器的智能接口控制卡都可以成为ISA总线的主控设备 第36页/共95页第三十六页，共95页。总线(zn xin)的特点（续）特点三：可支持8种类型的总线(zn xin)周期 8位或16位的
25、存储器读周期 8位或16位的存储器写周期 8位或16位的I/O读周期 8位或16位的I/O写周期 中断请求和中断响应周期 DMA 周期 存储器刷新周期 总线(zn xin)仲裁周期第37页/共95页第三十七页，共95页。I IS SA A总总总总线线线线(z z n n x xi i n n)信信信信号号号号元 件 面焊 接 面管脚号信号名称管脚号信号名称A1B1GNDA2D7B2RESET DRVA3D6B3+5VA4D5B4IRQ2A5D4B55VA6D3B6DRQ2A7D2B712VA8D1B8A9D0B9+12VA10I/O CHRDYB10GNDA11AENB11A12A19B12A
26、13A18B13A14A17B14A15A16B15A16A15B16DRQ3A17A14B17A18A13B18DRQ1A19A12B19A20A11B20CLKA21A10B21IRQ7A22A9B22IRQ6A23A8B23IRQ5A24A7B24IRQ4A25A6B25IRQ3A26A5B26第38页/共95页第三十八页，共95页。I IS SA A总总总总线线线线(z z n n x xi i n n)信信信信号号号号元 件 面焊 接 面管脚号信号名称管脚号信号名称A27A4B27T/CA28A3B28ALEA29A2B29+5VA30A1B30OSCA31A0B31GNDC1D1C
27、2LA23D2C3LA22D3IRQ10C4LA21D4IRQ11C5LA20D5IRQ12C6LA19D6IRQ13C7LA18D7IRQ14C8LA17D8C9D9DRQ0C10D10C11D8D11DRQ5C12D9D12C13D10D13DRQ6C14D11D14C15D12D15DRQ7C16D13D16+5VC17D14D17C18D15D18GND第39页/共95页第三十九页，共95页。信号信号(xnho)说明说明n n数据线数据线数据线数据线D0D15D0D15：双向三态：双向三态：双向三态：双向三态n n低位地址低位地址低位地址低位地址(dzh(dzh)线线线线A0A19A0
28、A19：输出，可寻址：输出，可寻址：输出，可寻址：输出，可寻址1MB1MBn n高位地址高位地址高位地址高位地址(dzh(dzh)线线线线LA17LA23LA17LA23：输出，寻址范：输出，寻址范：输出，寻址范：输出，寻址范围围围围16MB16MB，A19A19A17A17不复用，提高数据传输率不复用，提高数据传输率不复用，提高数据传输率不复用，提高数据传输率n n地址地址地址地址(dzh(dzh)锁存允许信号锁存允许信号锁存允许信号锁存允许信号ALEALE：输出，高电平：输出，高电平：输出，高电平：输出，高电平有效有效有效有效第40页/共95页第四十页，共95页。ISA信号信号(xnho)
29、说明（续）说明（续）n n中断请求信号中断请求信号中断请求信号中断请求信号(xnho)IRQ2IRQ7(xnho)IRQ2IRQ7、IRQ10IRQ14IRQ10IRQ14：输入，上升沿有效：输入，上升沿有效：输入，上升沿有效：输入，上升沿有效n nI/OI/O读信号读信号读信号读信号(xnho)(xnho)：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输出，低电平有效n nI/OI/O写信号写信号写信号写信号(xnho)(xnho)：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输出，低电平有效n n存储器读存储器读存储器读存储器读 ：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输
30、出，低电平有效：输出，低电平有效n n存储器写存储器写存储器写存储器写 ：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输出，低电平有效：输出，低电平有效第41页/共95页第四十一页，共95页。地址地址(dzh)(dzh)使能信号使能信号AENAEN：输出，高电平有效。高电平：输出，高电平有效。高电平表示表示DMADMA周期。周期。CPUCPU控制总线时，该信号保持低电平控制总线时，该信号保持低电平ISA信号信号(xnho)说明（续）说明（续）1616位位I/OI/O片选信号片选信号 ：输入，低电平有效：输入，低电平有效1616位存储器片选位存储器片选 ：输入，低电平有效：输入，低电平有效数据总线高字节
31、使能数据总线高字节使能 ：输出，低电平有效：输出，低电平有效第42页/共95页第四十二页，共95页。总线总线(zn xin)的电源规格的电源规格总线电源电压(V)电流最大值(A)最小测量电压(V)峰/峰噪声最大值保护槽电流(A)最小值 最大值8位最大值16位最小值+12V5%11.412.61.51.510.8120mV2.02V10%10.813.20.30.310.2120mV2.0+5V5%4.55.253.04.54.550mV2.05V10%4.55.50.20.24.350mV2.0第43页/共95页第四十三页，共95页。ISA总线总线(zn xin)机械尺寸机械尺寸 第44页/共
32、95页第四十四页，共95页。总线的典型操作总线的典型操作(cozu)时序时序 8位存储器读/写周期(zhuq)时序 第45页/共95页第四十五页，共95页。8位位IO读读/写周期写周期(zhuq)时序时序第46页/共95页第四十六页，共95页。16位存储器读位存储器读/写周期写周期(zhuq)时序时序第47页/共95页第四十七页，共95页。16位位IO读读/写周期写周期(zhuq)时序时序第48页/共95页第四十八页，共95页。DMA启动启动(qdng)存储器读存储器读I/O写周期时序写周期时序第49页/共95页第四十九页，共95页。DMA启动启动(qdng)I/O读存储器写周期时序读存储器写
33、周期时序第50页/共95页第五十页，共95页。中断响应中断响应(xingyng)(xingyng)周期时序周期时序第51页/共95页第五十一页，共95页。13.5 USB接口接口(ji ku)nUSB是英文是英文Universal Serial Bus n1996年公布年公布USB 1.0版本协议版本协议n1997年有年有USB外设外设n目前计算机与外设连接采用目前计算机与外设连接采用(ciyng)USB 1.1标准标准n2000年发布了年发布了USB 2.0规范，数据的传输速率规范，数据的传输速率480Mbps概述(i sh)第52页/共95页第五十二页，共95页。USB外设外设n键盘、鼠标
34、、游戏杆键盘、鼠标、游戏杆n摄像头、扫描仪摄像头、扫描仪n打印、电视盒打印、电视盒n调制解调器、网卡调制解调器、网卡nCD-ROM、CDRW、硬盘、软驱、硬盘、软驱n声卡、音箱声卡、音箱(yn xin)n手机充电器手机充电器n说写电子板说写电子板nUSB Hub第53页/共95页第五十三页，共95页。USB外设外设汽车钥匙电话数码相机电子眼银行刷卡机U盘/手表游戏杆手机键盘/鼠标鼠标U盘计算机第54页/共95页第五十四页，共95页。USB特点特点(tdin)n速度快：速度快：USB 1.1传输速率传输速率12Mbps，USB 2.0传输速率传输速率480Mbpsn连接简单快捷：直接连接，无需连
35、接简单快捷：直接连接，无需(wx)关机、重新启动、关机、重新启动、打开机箱等操作打开机箱等操作n无需无需(wx)外接电源：外接电源：USB提供内置电源，能向低压设备提供内置电源，能向低压设备提供提供5V的电源的电源n支持多连接：支持多连接：USB支持多设备连接，支持多设备连接，n良好的兼容性：良好的兼容性：USB接口标准有良好的向下兼容性接口标准有良好的向下兼容性n低功耗低功耗第55页/共95页第五十五页，共95页。物理接口物理接口(ji ku)与电气连接与电气连接VBUSVBUSD+DGNDGNDD+D第56页/共95页第五十六页，共95页。USB接头接头(ji tu)第57页/共95页第五
36、十七页，共95页。硬件硬件(yn jin)组成组成nUSB主机主机(zhj)（USB HOST）nUSB设备（设备（USB DEVICE）nUSB集线器（集线器（USB HUB）第58页/共95页第五十八页，共95页。USB软件软件(run jin)组成组成n主控制器驱动程序主控制器驱动程序(Host Controller Driver)：主控制：主控制器驱动程序完成对器驱动程序完成对USB交换的调度交换的调度n设备驱动程序设备驱动程序(USB Device Driver)：设备驱动程序是：设备驱动程序是用来驱动用来驱动USB设备的程序设备的程序nUSB芯片驱动程序芯片驱动程序(USB Dri
37、ver)：USB芯片驱动程序在芯片驱动程序在设备设置时读取描述寄存器以获取设备设置时读取描述寄存器以获取USB设备的特征，设备的特征，并根据这些特征，在请求并根据这些特征，在请求(qngqi)发生时组织数据发生时组织数据传输传输 第59页/共95页第五十九页，共95页。通信通信(tng xn)流与端点流与端点n端点端点(dun din)：USB设备中的用于数据传输交换的设备中的用于数据传输交换的缓冲区缓冲区n每个每个USB设备中包含了若干个端点设备中包含了若干个端点(dun din)端点(dun din)0端点：用于设备初始化，一经上电，即自动完成配置非0端点：用于数据传输等操作，最多有16个
38、输入端点和16个输出端点USB设备通过端点传输数据，实现数据流通信！第60页/共95页第六十页，共95页。传输方式传输方式USB传输的数据类型传输的数据类型控制信号控制信号(xnho)流：传输控制信号流：传输控制信号(xnho)块数据：传送大量数据块数据：传送大量数据中断数据：传送少量随机信号中断数据：传送少量随机信号(xnho)，如事件通，如事件通知知实时数据：传送固定速率的数据，如语音数据实时数据：传送固定速率的数据，如语音数据USB数据传输方式数据传输方式控制传输方式：设备控制指令、设备状态查询及确控制传输方式：设备控制指令、设备状态查询及确认命令认命令 批传输方式批传输方式：较为大量的
39、数据：较为大量的数据中断传输方式中断传输方式：需及时处理的数据，单向到主机：需及时处理的数据，单向到主机等时传输方式等时传输方式：主要用于实时传输：主要用于实时传输第61页/共95页第六十一页，共95页。包交换结构包交换结构(jigu)nUSB的数据传输交换通过包实现。包是数据交换的的数据传输交换通过包实现。包是数据交换的基本基本(jbn)单位单位主机(zhj)设备标志包（令牌包）数据包握手包主机设备标志包（令牌包）数据包握手包USB数据传输交换过程第62页/共95页第六十二页，共95页。与与OTGUSB2.0特点特点(tdin)速度快：速度快：480Mbps热插拔热插拔兼容兼容USB1.0、
40、1.1支持多支持多USB设备连接设备连接USB OTG同时具有同时具有USB主机和设备功能主机和设备功能第63页/共95页第六十三页，共95页。13.6 PCI总线总线(zn xin)PCI总线也称为外部设备总线也称为外部设备(wi b sh bi)互连，为互连，为Peripheral Component Interconnect Special Interest Group，缩略语为，缩略语为PCISIG1992年年6月推出月推出1.0版本版本1993年年4月推出月推出2.01995年年6月月2.1版本版本1998年年12月推出月推出2.2版本版本第64页/共95页第六十四页，共95页。PC
41、I总线总线(zn xin)特点特点高性能：时钟频率高性能：时钟频率33MHz，传输速率每秒，传输速率每秒132/264MB线性突发传输：支持突发数据传输周期，确保总线满载数据线性突发传输：支持突发数据传输周期，确保总线满载数据减少存取延迟减少存取延迟采用总线主控和同步操作采用总线主控和同步操作不受处理器限制不受处理器限制适用于便携式计算机、服务器等各种机型适用于便携式计算机、服务器等各种机型与与ISA、EISA及及MCA总线完全兼容总线完全兼容预留扩展空间，具有预留扩展空间，具有(jyu)自动配置功能自动配置功能第65页/共95页第六十五页，共95页。工作站的工作站的PCI系统系统(xtng)
42、结构图结构图扩展总线PCI局部总线处理器AGP接口桥/存储控制器LAN图形扩展总线桥基本I/O设备SCSICache运动视频DRAM音频第66页/共95页第六十六页，共95页。总线总线(zn xin)连接器连接器nPCI总线规范定义了总线规范定义了5V和和3.3V两种工作电源电压两种工作电源电压(diny)n连接器有连接器有32位和位和64位两种位两种n5V的连接器用于的连接器用于3.3V时，需要旋转时，需要旋转180度度nPCI接口卡的金手指根据需要可设计成接口卡的金手指根据需要可设计成5V通用、通用、5V/32位、位、5V/64位以及位以及3.3V通用、通用、3.3V/32位、位、3.3V
43、/64位等多种形式位等多种形式第67页/共95页第六十七页，共95页。32位位PCI总线总线(zn xin)连接器连接器第68页/共95页第六十八页，共95页。32位位PCI总线总线(zn xin)连接器引脚连接器引脚序号序号5V/325V/32位连接器引脚排列位连接器引脚排列位连接器引脚排列位连接器引脚排列(pili)(pili)3.3V/323.3V/32位连接器引脚排列位连接器引脚排列(pili)(pili)第69页/共95页第六十九页，共95页。PCI总线接口总线接口(ji ku)信号信号第70页/共95页第七十页，共95页。C/BE3:0#命令类型说明C/BE3:0#命令类型说明00
44、00中断应答（中断识别）1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O读（从I/O口地址中读数据）1010配置读0011I/O写（向I/O口地址中写数据）1011配置写0100保留1100存储器多行读0101保留1101双地址周期0110存储器读(从内存空间映象读数据)1110存储器读行0111存储器写(向内存空间映象写数据)1111存储器写并无效总线总线(zn xin)操作命令操作命令第71页/共95页第七十一页，共95页。总线总线(zn xin)协议协议nPCI的的基基本本总总线线传传输输机机制制是是突突发发传传输输，包包括括一一个个地地址址相相位位(xingwi)和和一一个个或或
45、多多个个数数据据相相位位(xingwi)，支支持持存存储储器器和和I/On突突发发传传输输是是指指主主桥桥电电路路（位位于于主主处处理理器器和和PCI总总线线之之间间）可可将将针针对对存存储储器器的的多多次次访访问问在在不不影影响响正正常常操操作作的的前前提提下下合合并并为为一次传输一次传输n置置位位基基地地址址寄寄存存器器的的预预取取位位，可可将将数数据据预预取取与与写写合合并并。并并可可区分哪些空间可合并，哪些不能合并区分哪些空间可合并，哪些不能合并n遇到不可预取或任意范围的读操作时，停止合并遇到不可预取或任意范围的读操作时，停止合并nI/O访访问问一一般般只只有有一一个个数数据据相相位位
46、(xingwi)，因因此此不不能能突突发发访访问问 第72页/共95页第七十二页，共95页。1.PCI总线总线(zn xin)的传输控制的传输控制n数据传输控制信号线数据传输控制信号线nFRAME，主设备驱动，传输起始和结束，主设备驱动，传输起始和结束nIRDY，主设备驱动，允许插入等待周期，主设备驱动，允许插入等待周期nTRDY，从设备驱动，允许插入等待周期，从设备驱动，允许插入等待周期n无论主无论主/从设备，一旦启动数据传输，就必须完成从设备，一旦启动数据传输，就必须完成n最后一次数据传输完成时，最后一次数据传输完成时，FRAME和和IRDY信号均信号均被撤消，接口信号回到空闲状态被撤消，
47、接口信号回到空闲状态nFRAME无效、而无效、而IRDY有效时，总线忙；都无效时，有效时，总线忙；都无效时，总线空闲总线空闲n一旦设置了一旦设置了IRDY信号，直到当前数据相位信号，直到当前数据相位(xingwi)结束为止，主设备不能改变结束为止，主设备不能改变IRDY信号和信号和FRAME信信号的状态号的状态 第73页/共95页第七十三页，共95页。2.PCI总线总线(zn xin)的寻址的寻址n三种地址空间：内存地址空间、三种地址空间：内存地址空间、I/O地址空间和配置地址空间地址空间和配置地址空间nPCI总线的每个设备都有自己的地址译码逻辑总线的每个设备都有自己的地址译码逻辑n支持正向、
48、负向两种地址译码方式支持正向、负向两种地址译码方式n正向译码：每个设备都监视地址总线上的访问地址是否正向译码：每个设备都监视地址总线上的访问地址是否(sh fu)落在它的地址范围内落在它的地址范围内n负向译码：未被其他设备在正向译码中接受的所有译码要等总负向译码：未被其他设备在正向译码中接受的所有译码要等总线上其他所有设备都拒绝之后才能确定，总线上只能有一个设线上其他所有设备都拒绝之后才能确定，总线上只能有一个设备采用此种方式。如标准扩展总线备采用此种方式。如标准扩展总线第74页/共95页第七十四页，共95页。I/O地址地址(dzh)空间空间采用全部译码采用全部译码在在I/O访问中，访问中，A
49、D1:0一方面用来产生一方面用来产生DEVSEL#信号信号(xnho)，另一方面说明传输的有效字节，另一方面说明传输的有效字节AD1AD1AD0AD0C/BE3#C/BE3#C/BE2#C/BE2#C/BE1#C/BE1#C/BE0#C/BE0#0 00 0X XX XX X0 00 01 1X XX X0 01 11 10 0X X0 01 11 11 11 10 01 11 11 1第75页/共95页第七十五页，共95页。内存地址空间内存地址空间(kngjin)nAD31:02译译码码得得到到双双字字边边界界对对齐齐的的起起始始地地址址，每每个个数数据据周周期期过过后后地地址址加加4，直直
50、到到传传输输(chun sh)过程结束过程结束nAD1:000时时，突突发发传传输输(chun sh)顺顺序序为为地地址递增方式址递增方式nAD1:001时，为时，为Cache行切换方式行切换方式nAD1:01X时，保留时，保留第76页/共95页第七十六页，共95页。配置地址配置地址(dzh)空间空间nIDSEL信号有效且信号有效且AD1:000，则该设备被选为，则该设备被选为访问的从设备访问的从设备nAD1:001，且译码符合某桥电路的编号，且译码符合某桥电路的编号(bin ho)，则说明配置访问是针对该桥电路后面的设备，则说明配置访问是针对该桥电路后面的设备nAD7:2用于选择每个设备配置