计算机硬件基础第5章

《计算机硬件基础第5章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机硬件基础第5章（44页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第5章,微机总线与标准,1,总线是计算机中各模块之间传送信息的通道或计算机之间传送信息的公共通道。,总线,是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。,总线是计算机系统各部件之间传输,地址,、,数据,和,控制信息,的通道。,任一时刻，只能有一个部件/设备通过总线发送数据，其他部件只能处于接收状态。,总线的基本概念,2,物理特性:总线的物理连接方式,功能特性:一组总线中每一根线的功能,电气特性:每一根线上信号的传递方向和有效电

2、平范围,时间特性:每根线在什么时间有效,总线标准的4个特性,3,5.1.3 总线的分类及特点,按传送信息的类型划分,数据总线（Data Bus，DB）,传输数据信息，双向三态,其宽度决定了其数据传输能力,例如，ISA总线为16位，PCI总线为32/64位,地址总线（Address Bus，AB）,传输地址信息，单向三态,其宽度决定了微机系统的寻址能力,例如，ISA为24位，可寻址16MB；PCI为32/64位，可寻址4GB/2,24,TB,控制总线（Control Bus，CB）,传输控制信号、时序信号和状态信号,特点各异：三态、入/出/双向等特性均不相同,4,总线的分类及特点（,按总线的规模

3、、应用,）,片内总线：元件级总线，微处理器内部总线,主板局部总线：主板上连接各插件的公共通路,ISA：Industry Standard Architecture,EISA:Extended Industry Standard Architecture,VESA:Video Electronics Standard Architecture,PCI:Perpheral Component Interconnect,AGP:Accelerated Graphics Port,系统总线：模块式微型计算机机箱内的底板总线,MULTI BUS I，MULTI BUS II,STD BUS,VEM BU

4、S,FUTURE BUS,通信总线：外总线或设备总线,5,5.2,总线的结构,微机系统各部件与总线的连接方式,单总线结构,双总线结构,多总线结构,6,单总线结构,CPU,M,M,I/O,I/O,I/O,缺点：高速的存储器与低速的,I/O,接口竞争总线，影响了存储器的读写速度,7,双总线结构,面向CPU的双总线结构,CPU,M,I/O,I/O,I/O,缺点：存储器与,I/O,设备的数据传输必须通过,CPU,8,双总线结构,面向存储器的双总线结构,CPU,M,I/O,I/O,I/O,9,多总线结构,系统中拥有两个以上的总线,10,总线的基本功能,数据传送控制,仲裁控制,数据校验与纠错,隔离与驱动,

5、11,一、总线传送控制,同步方式,收、发双方严格地按统一的基准时钟信号执行相应的动作,不适合于在同一系统中既有高速部件又有低速部件的环境,PCI总线属于同步方式总线,异步方式,传输过程无需统一时钟的同步，用“请求”和“应答”信号来协调,传输速度慢,半同步方式,总体上仍是同步方式(使用基准时钟)，传输操作与时钟同步,设置“等待”状态线，在无法按时完成操作时，用此状态线强制对方延长一个或多个时钟周期,ISA总线即属于半同步方式总线,12,同步方式的时序,地址,数据,时钟,总线周期,总线周期,时钟周期,13,异步方式的时序,地址/数据,(发送方)请求,(接收方)应答,14,半同步方式的时序,地址,数

6、据,时钟,就绪,等待一个时钟周期,15,多个设备都要使用总线时，决定由哪个设备使用总线的方法。,80 x86微机中采用的是独立请求方式,二、总线的仲裁控制,链式查询方式,计数器查询方式,独立请求方式,16,三、总线隔离与驱动,不操作时把功能部件与总线隔离,同一时刻只能有一个部件发送数据到总线上,提供驱动能力,数据发送方必须提供足够的电流以驱动多个部件,提供锁存能力,信息缓存和信息分离,17,总线电路中常用的芯片,三态总线驱动器,驱动、隔离,单向、双向,锁存器,信息缓存（有些同时具有总线驱动能力）,信息分离（如地址与数据的分离）,18,三态总线驱动器,输入,输出,OE,输入,输出,OE,输入,输

7、出,OE,输入,输出,OE,19,典型总线驱动器芯片,8286/74LS245 8双向总线驱动器,内部包含8个双向三态门,8286,74LS245,A,0,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,OE,B,0,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,T,OE：,输出允许。,T：,方向。,T=0，BA；T=1，AB,20,典型总线驱动器芯片,74,LS244,8,总线驱动器,内部包含,8,个单向三态门，分为两组分别控制,74LS244,E,1,E,2,1A1,1A2,1A3,1A4,2A1,2A2,2A3,2A4,1Y1,1Y2,1Y3,1Y4,2Y1,2Y2,2

8、Y3,2Y4,1组输出,2组输出,1组输入,2组输入,21,锁存器,D,CP,Q,Q,CP D Q Q,0 0 1,1 1 0,D,CP,Q,OE,O,CP D Q,0 0,1 1,I,STB,22,典型锁存器芯片,8282/74LS373 具有三态正相输出的锁存器,内部包含8个D触发器,8282,74LS373,8D,锁存器,DI,0,DI,1,DI,2,DI,3,DI,4,DI,5,DI,6,DI,7,STB,DO,0,DO,1,DO,2,DO,3,DO,4,DO,5,DO,6,DO,7,OE,23,5.3.5总线的主要性能指标,总线带宽（B/S）：,每秒可传送的字节数,总线位宽（,bit

9、）：,一次传送的数据位数,工作频率（,MHz）,挂接设备数量,总线带宽=（总线位宽/8）工作频率,例1：,P4 CPU的FSB频率为400MHz或800MHz，位宽为64bit。,FSB带宽：40064/8=3.2GB/s 或 80064/8=6.4GB/s,例2：PCI总线的频率为33.3MHz，位宽为32bit或64bit。,PCI带宽：33.332/8=133MB/s 或 33.364/8=266MB/s,24,5.4,常用局部总线,常用总线标准,ISA（工业标准体系总线）,Industry Standard Architecture,PCI（外围部件互连总线）,Peripheral C

10、omponent Interconnect,常用接口标准,AGP（加速图形接口）,Accelerated Graphics Port,IDE（集成设备接口），又称ATA接口,Integrated Device Electronics,SCSI（小型计算机系统接口）,Small Computer System Interface,外部总线,USB（通用串行总线）,IEEE 1394（高性能串行总线）,25,一、,ISA,总线,主要特性,16位数据线（早期的为8位，已被淘汰）,24位地址线（可寻址16MB存储器）,时钟频率8MHz,数据传输率16MB/s,提供11个中断请求输入,提供7个DMA通道

11、,用于80286,PIII（个别P4微机也支持）,26,ISA总线插槽,外形见P121，共98个引线,主要引线信号：,SA0SA19（锁存的），LA17LA23（非锁存的）（地址）,SD0SD15（数据）,SBHE（高字节允许）,MEMR、MEMW,IOR、IOW,AEN（地址允许，1表示处于DMA控制周期）,IRQ3IRQ7、IRQ9IRQ11、IRQ14、IRQ15,DRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7,DACK0DACK3、DACK5DACK7,注：ISA总线的DMA操作和I/O操作使用相同的地址线、数据线和I/O读写控制线（IOR和IOW），所以AEN应参加I/O地址译码。,27,简单的

12、ISA总线接口(输入接口),D7-D0,D7-D0,A/D转换器,模拟量输入,START,READY,数字量输出,IN,E1 E2,1Y,2Y,1A,2A,74LS244,C,B,A,G1,G2A,G2B,Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,74LS138,1100 0000 0000 0,000,B 1100 0000 0,010,B,转换结束,启动转换,D0,C000H 读数据,C001H 启动转换,C002H 读转换状态,A2,A1,A0,1,A13-A3,&,A15A14,AEN,IOR,I,S,A,总线,28,简单的ISA总线接口(输出接口),驱动,电路,D7-D0,C,

13、B,A,G1,G2A,G2B,Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,74LS138,A2,A1,A0,1,A13-A3,&,A15A14,AEN,IOW,I,S,A,总线,STB,OE,74LS373,DI,7,DI,0,DO,7,DO,0,发光,器件,组合,C000H 改变灯光图案样式,选通,29,PCI总线是1991下半年由Intel公司首先提出的，并与IBM、Compaq、AST、HP和DEC等100多家公司联合，于1993年推出的PC局部总线标准PCI总线。,PCI总线目前有4个主要的标准规格，分别支持32位与64位，其下又细分成3.3V和5V两种信号。,PCI的含意为周边器

14、件互连（Peripheral Component Interconnect）。PCI总线能够配合要求彼此间快速访问或快速访问系统存储器的适配器工作，也能让处理器以接近自身总线全速的速度访问适配器。,二、,PCI,总线,30,PCI,总线特点,独立于微处理器；,支持即插即用功能；,通过PCI桥与CPU连接（北桥）,总线宽度：32/64位；,工作频率：33.3MHz/66.6MHz,传送速率：,32位PCI总线：133MB/s，266MB/s,64位PCI总线：266MB/s，533MB/s,PCI总线体系,31,PCI,总线插槽,外形见P124，共62根引线（64位PCI有94根）,包括：,系统

15、接口信号（时钟、复位等）,地址与数据（复用）信号（AD0-AD31）,接口控制信号（主从设备控制信号等）,总线仲裁信号（总线请求、总线允许）,错误报告信号（系统错、奇偶错）,中断控制信号（中断请求）,64位总线扩展信号（AD32-AD63、字节选择等）,高速缓存支持信号,32,PCI、扩展、处理器和存储器总线间的基本关系如图5.11所示。,总线传输机制,存储器读写采用,突发传输,（要求地址必须连续）,包括一个地址期和多个数据期,I/O,读写不支持突发传输，每次仅读写一个数据,33,图 PCI系统,34,（1）Host/PCI桥，常称为北桥（North Bridge），连接主处理器总线到基础PC

16、I总线。,（2）PCI/ISA桥，常称为南桥（South Bridge），连接基础PCI总线到ISA（或EISA）总线，南桥通常含中断控制器、IDE控制器、USB主控制器和DMA控制器。北桥和南桥构成芯片组。,（3）在基础PCI总线或PCI插卡上，可以嵌入一个或多个PCI-PCI桥。,（4）一个芯片组可以支持多于一个北桥,35,三、,AGP,接口,不是系统总线,高速图形接口，在视频卡与内存之间提供一条直接的通路（不再通过PCI传输，32位PCI的传输速率最高266MB/s）。,图形、纹理、Z轴距离、Alpha变换等数据的数据量为370840MB/s,4种模式（注意：1X/2X与4X/8X不兼容，3.3V/1.5V）,1X（66MHz，266MB/s）,2X（133MHz，533MB/s）,4X（266MHz，1066MB/s）,8X（533MHz，2133MB/s）,系统中只支持一个AGP扩展插槽（点对点）,36,四、,USB,总线(Universal Serial Bus),USB概况,主机与外设的通用接口，可用于不同的设备,串行、打包传送,2根数据线电源地线,两个版本：,1.1（1