工信版（中職）計算機原理模塊六教學課件
單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,YCF,（中職）計算機原理模塊六教學課件,模塊6 總線技術(shù),任務(wù)1 總線的基本概念,,6.1.1 總線的作用、性能與參數(shù),,6.1.2 總線的組成,,6.1.3 總線標準,,任務(wù)2 總線信號的傳輸方式與分類,,6.2.1 信號傳輸方式,,6.2.2 總線分類,,6.2.3 總線的結(jié)構(gòu),下一頁,,,模塊6 總線技術(shù),,6.2.4總線操作,,任務(wù)3 總線周期,,6.3.1總線周期和總線操作術(shù)語,,6.3.2單傳送周期,,6.3.3成組周期,,6.3.4中斷確認周期,,6.3.5專用總線周期,,下一頁,上一頁,,,模塊6 總線技術(shù),任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),,6.4.1 ISA總線,,6.4.2 EISA總線,,任務(wù)5 PCI局部總線,,6.5.1 PCI總線扮演的角色,,6.5.2 PCI局部總線的特性,,6.5.3 即插即用,,下一頁,上一頁,,,模塊6 總線技術(shù),6.5.4 PCI標準化,,6.5.5 ACP總線,,任務(wù)6 外部設(shè)備總線,,6.6.1 USB總線,,6.6.2 IEEE 1394總線,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,總線是計算機各組成部件之間傳送數(shù)據(jù)信息的公共通路。
利用總線可實現(xiàn)CPU與主存、外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送與通信本模塊首先簡要介紹總線的基本概念、總線的組成與標準、總線信號傳送方式、總線分類，然后介紹總線的基本結(jié)構(gòu)與功能;最后，給出微型計算機中的常見總線，例如，ISA ,PCI ,AGP ,RS -23X/485 , SCSI ,IDE以及USB等在微機系統(tǒng)中，總線分為片內(nèi)總線、片級總線和系統(tǒng)總線其中，片內(nèi)總線用以連接CPU內(nèi)部的各個部件，例如ALU、通用寄存器、內(nèi)部Cache等片級總線用以連接CPU、存儲器及I/O接口等電路，構(gòu)成所謂的主機板;系統(tǒng)總線用來連接外部設(shè)備這里主要介紹系統(tǒng)總線的概念、類型、性能與連接使用方法下一頁,返回,,,任務(wù)1總線的基本概念,6.1.1總線的作用、性能與參數(shù),,1.總線的作用,,總線是連接計算機各組成部件的共用數(shù)據(jù)通路連接在總線上的各個部件以分時的方式共享總線，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送計算機工作的過程，實質(zhì)上就是數(shù)據(jù)流通過總線在各個部件之間流動的過程因此，總線也是計算機系統(tǒng)中的重要組成部分目前，在微機系統(tǒng)中有多種總線標準各生產(chǎn)廠商按照標準設(shè)計和生產(chǎn)各種板卡組件，以便用戶連接使用，構(gòu)成完整的計算機微型計算機的總線結(jié)構(gòu)可參見圖1-30,,總線的作用主要表現(xiàn)在兩個方面。
一是連接計算機的各組成部件，構(gòu)成不同規(guī)模的計算機系統(tǒng);二是在各組成部件之間形成通路，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的傳送下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,采用總線結(jié)構(gòu)也有利于硬件系統(tǒng)的連接與擴展，有利于系列化產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)因此，如今的計算機無一例外地采用了總線結(jié)構(gòu)2.總線的特性與參數(shù),,從使用的角度來看，總線的特性可概括為兩個方面，即分時性與共享性其中，共享性是指總線為掛接在其上的多個部件所共有;分時性是指同一總線可由多個部件分時使用但是在同一時刻，只能有一個部件發(fā)送數(shù)據(jù)，可有多個部件接收數(shù)據(jù)總線的參數(shù)主要有帶寬、位寬和時鐘頻率1)總線帶寬,,總線帶寬即總線傳送數(shù)據(jù)的速率，是指單位時間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量，常用單位有MBps和Mbps，與總線的位寬及時鐘頻率有著密切的關(guān)系前者是指每秒傳送的二進制字節(jié)數(shù)，后者是指每秒鐘傳送的二進制位數(shù)下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,2)總線位寬,,總線的位寬是指總線能同時傳送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與總線中數(shù)據(jù)線的位數(shù)一致，即人們常說的8位、16位、32位和64位等，直接影響總線的帶寬3)時鐘頻率,,與計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送相同，總線數(shù)據(jù)也是在時鐘脈沖的控制下進行傳送的。
因此，時鐘頻率也是總線的一個重要參數(shù)，直接影響總線的帶寬時鐘頻率越高，帶寬也就越高6.1.2總線的組成,,隨著計算機的發(fā)展，系統(tǒng)總線已有多種，例如早期的ISA , EISA , VESA總線和現(xiàn)在用得比較多的有PCI , AGP等另外，還有用于通信的RS-232C , SCSI , IDE及USB等但是不管何種類型，都無一例外地包含3個部分，即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,1.數(shù)據(jù)總線,,數(shù)據(jù)總線用來傳送數(shù)據(jù)，其位數(shù)亦稱為數(shù)據(jù)總線的寬度它反映的是一次傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，例如ISA總線的數(shù)據(jù)寬度為16位，PCI總線的數(shù)據(jù)寬度為32位也就是說，ISA總線一次可以傳送16位數(shù)據(jù)，PCI總線一次可以傳送32位數(shù)據(jù)2.地址總線,,地址總線用來傳送存儲器或外設(shè)端口地址無論是存儲器還是外部設(shè)備，所有數(shù)據(jù)都按地址存儲因此，在數(shù)據(jù)傳送時，必須先傳送地址其中，地址線的位數(shù)亦稱為地址寬度，它反映的是CPU的尋址范圍例如，ISA總線的地址寬度為20位，尋址范圍為2,20,= 1MB;PCI總線的地址寬度為32位，尋址范圍為2,32,= 4 GB下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,3.控制總線,,控制總線用于傳送各種控制信號。
在不同的總線結(jié)構(gòu)中，控制總線往往有較大的差異例如，種類不同，有效信號的定義可能不同，但是基本信號必不可少例如，地址有效信號、讀命令、寫命令、中斷請求/響應信號、總線請求/響應信號等除此之外，還有電源線和地線為了適應不同設(shè)備的需要，電源線可能有多種，例如+5V, -5V, +12V, -12V、甚至,±24 V等地線也有多條，一方面滿足接口電路板設(shè)計時對地線的需求，另一方面有利于提高信號傳送時的抗干擾能力下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,6.1.3總線標準,,1.總線標準,,總線標準是指國際上公認的有關(guān)總線的一些約定和互聯(lián)標準它規(guī)定了總線連接中所使用的信號、信號線的數(shù)目、名稱、排列順序、電平標準、時序信號以及插件的尺寸等通過嚴格的電氣與結(jié)構(gòu)標準，各功能模板可以方便地互連在微機系統(tǒng)中，總線分為片內(nèi)總線、片級總線和系統(tǒng)總線目前，片內(nèi)總線的標準尚未得到妥善的解決，主要原因是各廠商生產(chǎn)的LSI芯片沒有標準規(guī)范片級總線用于主機板或插件上各芯片之間的連接，一般與CPU的外部信號線一致而系統(tǒng)總線是各插件板或外部設(shè)備與主機板的連接線路，目前已有多種標準下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,總線標準定義的方式主要有兩種，一是國際組織定義，例如美國IEEE(電氣及電子工程師協(xié)會)推出的IEEE-488 ,EIA(電子工業(yè)協(xié)會)推出的RS-232C等。
另一種是生產(chǎn)廠商獨家或多家聯(lián)合推出，然后得到社會的公認目前，微機系統(tǒng)中所使用的總線，多屬于后者例如，IBM公司推出的ISA總線、Intel公司推出的PCI總線等2.標準化總線的意義,,在微型計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用標準化的總線結(jié)構(gòu)，無論是在微型計算機的設(shè)計、生產(chǎn)還是維護方面都表現(xiàn)出許多優(yōu)點，概括起來有以下幾個方面1)有利于模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計在構(gòu)成計算機系統(tǒng)時，每一種模塊都有自己的功能與用途，可由不同的專業(yè)人士去設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試但是，只要采用標準化的總線接口，即可互連因此，為計算機的設(shè)計、安裝和調(diào)試提供了極大的方便同時，也降低了單一廠商設(shè)計和生產(chǎn)的風險下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)1總線的基本概念,(2)采用標準化的總線結(jié)構(gòu)，有利于多廠商聯(lián)合生產(chǎn)這樣，一方面有利于兼容機、兼容插件的生產(chǎn);另一方面提高了不同廠商產(chǎn)品的通用性與互換性3)有利于系統(tǒng)的擴充與升級在一般微機系統(tǒng)的主機板上都備有多個總線插槽，供用戶升級或者擴充時使用4)便于故障的診斷與維修由于總線信號采用統(tǒng)一的標準，因此出現(xiàn)故障時容易檢測和定位對于無法修復的模塊，也容易選用同功能、同標準的模塊予以更換為故障的診斷與維護提供了方便，同時還可降低成本。
返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,6.2.1信號傳偷方式,,在微型計算機系統(tǒng)中，信號傳送的方式主要有兩種，即串行和并行1.串行傳送,,串行傳送是指數(shù)據(jù)信號一位接著一位，在一條傳輸線上傳送串行傳送時，一般低位在先，高位在后的確定，可用正邏輯表示，也可用負邏輯表示所謂正邏輯表示是指高電平表示1，低電平表示負邏輯表示，正好相反數(shù)據(jù)位的確定，由同步脈沖進行，可采用內(nèi)同步或者外同步串行傳送的主要優(yōu)點是需要的傳輸線少，成本低廉，適合于遠距離傳送;但是，傳送速率低下一頁,返回,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,2.并行傳送,,并行傳送是采用多條傳輸線，同時傳送多位數(shù)據(jù)因此，傳輸速率比串行高但是，所需傳輸線路多，成本高，常用于近距離傳送數(shù)據(jù)線的寬度一般有8位、16位、32位、64位、128位等在并行傳送時，若數(shù)據(jù)字長大于數(shù)據(jù)線的寬度時，常把多位數(shù)據(jù)分段傳送例如，先傳送低字節(jié)，再傳送高字節(jié)因此，這種傳送方式也稱為分組傳送例如，8088 CPU內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)的并行運算，而外部僅有8位數(shù)據(jù)線，因此16位的數(shù)據(jù)需分兩次傳送因此有的書中，稱之為并串行傳送另外，按照數(shù)據(jù)的組織與定時方式，總線數(shù)據(jù)傳送還可分為同步方式、異步方式和半同步方式。
下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,6.2.2總線分類,,微型計算機從誕生以來就采用了總線結(jié)構(gòu)CPU通過總線讀取指令，傳送數(shù)據(jù)，或者與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)從不同的角度出發(fā)，總線可有不同的分類方式在此，按總線的使用范圍與功能分為3種類型，即片內(nèi)總線、片級總線、系統(tǒng)總線1.片內(nèi)總線,,片內(nèi)總線位于集成電路芯片的內(nèi)部，用來連接片內(nèi)的各功能部件，例如ALU、寄存器、片內(nèi)Cache、總線接口部件等，一般由芯片生產(chǎn)廠家設(shè)計，目前尚無統(tǒng)一的標準2.片級總線,,片級總線是在主機板上連接各集成電路的總線，例如連接CPU、存儲器、I/O接口電路等因此，也稱主機板局部總線下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,3.系統(tǒng)總線,,系統(tǒng)總線是主機板與外設(shè)接口板連接的總線主機板通過系統(tǒng)總線與接口板連接，再通過接口板與外部設(shè)備連接，從而構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)為了獲取不同的傳輸性能，或與不同的接口板連接，在一種微機主板上往往備有多種系統(tǒng)總線及其插槽例如，ISA ,PCI以及AGP總線接口等另外，為了滿足遠距離數(shù)據(jù)傳送，在系統(tǒng)總線中又有另一類總線它通過電纜線與外部設(shè)備連接，例如與磁盤連接的IDE,SCSI,USB總線等，用于串行通信的RS-232/485以及IEEE 1394總線等。
在有的書中，稱其為通信總線6.2.3總線的結(jié)構(gòu),,微機總線按照應用特點，其組成結(jié)構(gòu)有如下幾種形式下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,1.單總線結(jié)構(gòu),,單總線結(jié)構(gòu)是將CPU、主存、I/O設(shè)備都掛在一組總線上，允許I/O之間、I/O與主存之間直接交換信息這種結(jié)構(gòu)最明顯的特點是當I/O與主存交換信息時，原則上不影響CPU的工作，CPU仍可繼續(xù)處理不訪問主存或I/O的操作，使得CPU工作效率有所提高但因為只有一組總線，當某一時刻各部件都要占用時會出現(xiàn)爭奪總線使用權(quán)的現(xiàn)象單總線結(jié)構(gòu)多數(shù)為微型機或小型機所采用計算機應用范圍越大，其外部設(shè)備的種類和數(shù)量就越多，且它們對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧亢蛡鬏斔俣鹊囊笠簿驮絹碓礁呷羧匀徊捎脝慰偩€結(jié)構(gòu)，當I/O設(shè)備量很大時，總線發(fā)出的控制信號從一端逐個順序傳遞到第n個設(shè)備，其傳播的延遲時間會嚴重地影響系統(tǒng)工作效率下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,在數(shù)據(jù)傳輸需求量和傳輸速度要求不太高的情況下，為克服總線瓶頸問題，可采用增加總線寬度和提高傳輸速率來解決但當總線上的設(shè)備如高速視頻顯示器、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口等，其數(shù)據(jù)量很大且傳輸速度要求相當高時，單總線結(jié)構(gòu)就無法滿足系統(tǒng)的工作需要。
因此，為了解決CPU、主存與I/ O設(shè)備之間傳輸速率的不匹配，實現(xiàn)CPU與其他設(shè)備相對同步的問題，需要采用雙總線或多總線結(jié)構(gòu)2.雙總線結(jié)構(gòu),,雙總線結(jié)構(gòu)的特點是將速度較低的I/O設(shè)備從單總線上分離出來，形成存儲總線與I/O總線分開的結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)中，存儲總線用來連接CPU和主存，輸入/輸出總線用來建立CPU和各I/O之間交換信息的通道各種I/O設(shè)備通過I/O接口掛到I/O總線上該結(jié)構(gòu)在I/O設(shè)備與主存交換信息時仍然要占用CPU，因此，會影響CPU的工作效率下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,通道是一個具有特殊功能的處理器，CPU將一部分功能下放給通道，使其對I/O設(shè)備具有統(tǒng)一管理的功能，以完成外部設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，系統(tǒng)的吞吐能力可以相當大這種結(jié)構(gòu)大多用于大、中型計算機系統(tǒng)如果將速率不同的I/O設(shè)備進行分類，然后將它們連接在不同的通道上，那么計算機系統(tǒng)的利用率將會更高，由此發(fā)展成多總線結(jié)構(gòu)3.多總線結(jié)構(gòu),,如果微機系統(tǒng)中采用了DMA控制器可形成三總線結(jié)構(gòu)，其中主存總線用于CPU與主存之間的信息傳輸;I/O總線供CPU與各類I/O設(shè)備之間的信息傳遞;DMA總線用于高速外設(shè)(如磁盤等)與主存之間直接交換信息。
三總線結(jié)構(gòu)中，任一時刻只能使用一種總線主存總線與DMA總線不能同時對主存進,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,行存取，I/O總線只有在CPU執(zhí)行I/O指令時才用到為進一步提高I/O的性能，使其更快地響應命令，又出現(xiàn)了四總線結(jié)構(gòu)在處理器與高速緩沖存儲器(Cache)之間有一條局部總線，它將CPU與Cache或與更多的局部設(shè)備連接Cache的控制機構(gòu)不僅將Cache連到局部總線上，而且還直接連到系統(tǒng)總線上，這樣Cache就可通過系統(tǒng)總線與主存?zhèn)鬏斝畔⒍襂/O與主存之間的傳輸也不必通過CPU，還有一條擴展總線將高速局域網(wǎng)、圖形工作站、小型計算機接口(SCSI )、調(diào)制解調(diào)器(modem)及串行接口等都連接起來，且通過這些接口又可與各類I/O設(shè)備相連，因此，它可以支持相當多的I/O設(shè)備與此同時，擴展總線又通過擴展總線接口與系統(tǒng)總線相連，由此便可實現(xiàn)這兩種總線之間的信息傳遞，可使系統(tǒng)的工作效率明顯提高下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,6.2.4總線操作,,1.總線的操作周期,,Pentium微處理器系統(tǒng)中的各種操作，包括從CPU把數(shù)據(jù)寫入存儲器、從存儲器把數(shù)據(jù)讀到CPU、從CPU把數(shù)據(jù)寫入輸出端口、從輸出端口把數(shù)據(jù)讀到CPU,CPU中斷操作、直接存儲器存取操作、CPU內(nèi)部寄存器操作等，本質(zhì)上都是通過總線進行的信息交換，統(tǒng)稱為總線操作。
在同一時刻，總線上只能允許一對功能部件進行信息交換當有多個功能部件都要使用總線進行信息傳送時，只能采用分時方式，一個接一個地輪換交替使用總線，即將總線時間分成很多段，每段時間可以完成功能部件之間一次完整的信息交換，通常稱為一個數(shù)據(jù)傳送周期或一個總線操作周期可見，為完成一個總線操作周期，一般要分成4個階段下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,1)總線請求和仲裁(Bus Request and Arbitration)階段,,由需要使用總線的主控設(shè)備向總線仲裁機構(gòu)提出使用總線的請求，經(jīng)總線仲裁機構(gòu)仲裁確定把下一個傳送周期的總線使用權(quán)分配給哪一個請求源2)尋址(Addressing)階段,,取得總線使用權(quán)的主控設(shè)備，通過地址總線發(fā)出本次要訪問的從屬設(shè)備的存儲器地址、I/O端口地址及有關(guān)命令，通過譯碼使參與本次傳送操作的從屬設(shè)備被選中，并啟動3)數(shù)據(jù)傳送(DataTransferina)階段,,主控設(shè)備和從屬設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源功能部件發(fā)出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到目的功能部件在進行讀傳送操作時，源功能部件就是存儲器或輸入輸出接口，而目的功能部件則是總線主控設(shè)備CPU在進行寫傳送操作時，源功能部件就是總線主控設(shè)備，例如CPU，而目的功能部件則是存儲器或輸入輸出接口。
下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,4)結(jié)束(Ending)階段,,主控設(shè)備、從屬設(shè)備的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線，以便其他功能部件能繼續(xù)使用2.總線的操作控制,,為了確保上述4個階段正確進行，必須施加總線操作控制當然，對于只有一個主控設(shè)備的單處理器系統(tǒng)，實際上不存在總線請求、分配和撤除問題，總線始終歸它所有，所以數(shù)據(jù)傳送周期只需要尋址和數(shù)據(jù)傳送兩個階段但對于包含中斷控制器、DMA控制器和多處理器的系統(tǒng)，就要有總線仲裁機構(gòu)來受理申請和分配總線控制權(quán)總線上的主控設(shè)備、從屬設(shè)備通常采用以下3種方式之一來實現(xiàn)對總線傳送的控制下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,1)同步傳送,,同步傳送時采用精確穩(wěn)定的系統(tǒng)時鐘，作為各功能部件動作的基準時間功能部件間通過總線完成一次數(shù)據(jù)傳送，即一個總線周期時間是固定的，每次傳送一旦開始，主、從設(shè)備都必須嚴格按時間規(guī)定完成相應的動作同步傳送的特點是要求主控設(shè)備按嚴格的時間標準發(fā)出地址、產(chǎn)生命令，也要求從屬設(shè)備按嚴格時間標準讀出數(shù)據(jù)或完成寫入動作統(tǒng)一的時間標準就是系統(tǒng)時鐘主、從設(shè)備之間的配合雖然簡單，但它對所有主、從設(shè)備都強求在同一時限完成操作，讓人感覺系統(tǒng)的組成缺少一些靈活性。
2)異步傳送,,同步傳送要求總線上的各主、從設(shè)備操作速度要嚴格匹配，為了能用不同速度的設(shè)備組成系統(tǒng)，可采用異步傳送的辦法來控制數(shù)據(jù)的傳送異步傳送需設(shè)置一對信號交換( Handshaking)線，即請求和響應信號線下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)2總線信號的傳輸方式與分類,3)半同步傳送,,半同步傳送是綜合同步和異步傳送的優(yōu)點而設(shè)計出來的混合式傳送半同步傳送保留了同步傳送的基本特點，即地址、命令和數(shù)據(jù)等信號的發(fā)出時間，都嚴格參照系統(tǒng)時鐘的某個前沿時刻，而當對方接受判斷它時，又都采用在系統(tǒng)時鐘脈沖的后沿時刻來識別也就是說，保證總線上的一切操作都被時鐘“同步”了返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,6.3.1總線周期和總線操作術(shù)語,,為具體地說明總線周期，下面以Pentium微處理器為例予以說明在描述Pentium微處理器總線功能時，又時常用到數(shù)據(jù)傳送周期、總線周期和總線操作周期等術(shù)語1.數(shù)據(jù)傳送周期,,所謂數(shù)據(jù)傳送周期，其實是一個數(shù)據(jù)項的傳送問題，數(shù)據(jù)項寬度可達8個字節(jié)，隨著信號BRDY#被確認，數(shù)據(jù)項被送回Pentium微處理器或者接收來自Pentium微處理器的數(shù)據(jù)項2.總線周期,,總線周期是從Pentium微處理器驅(qū)動地址和狀態(tài)以及對地址選通信號ADS#給予確認時開始，結(jié)束于最后一個成組傳送準備就緒信號BRDY#返回。
一個總線周期可以有1次或4次數(shù)據(jù)傳送操作像成組傳送周期，也稱碎發(fā)傳送周期(Burst Cycle)就是有4次數(shù)據(jù)傳送的一種總線周期下一頁,返回,,,任務(wù)3總線周期,3.總線操作周期,,總線操作實際上是為實現(xiàn)某項特殊功能操作的一系列的總線周期，像鎖定的讀一修改一寫操作，或者是一次中斷確認過程等就是典型的總線操作Pentium微處理器約定所有的成組讀操作都是可以進行高速緩沖操作的，而且所有的可高速緩沖操作的讀周期又都是成組的既沒有不可高速緩沖操作的讀操作，也沒有非成組操作的高速緩沖讀操作6.3.2單傳送周期,,Pentium微處理器支持多種不同類型的總線周期其中最簡單的一種總線周期就是單次傳送的不可高速緩沖的64位傳送周期這類總線周期可以帶有等待狀態(tài)，也可以不帶等待狀態(tài)非流水線的讀操作和寫操作周期都是等待狀態(tài)周期下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,6.3.3成組周期,,對于多個數(shù)據(jù)傳送的總線周期來說(像可以進行高速緩沖的周期以及寫回周期等)，Pentium微處理器采用的是一種成組數(shù)據(jù)傳送方式在成組傳送這種操作方式下，Pentium微處理器在連續(xù)的幾個時鐘內(nèi)既可以采集新的數(shù)據(jù)項，也可以驅(qū)動新的數(shù)據(jù)項。
1.成組讀周期(Burst Read Cycle ),,在啟動任何一次讀操作時，Pentium微處理器均為所需的數(shù)據(jù)項提供地址信號和字節(jié)允許信號當該周期被轉(zhuǎn)換成一次Cache行填充操作時，就把第一個數(shù)據(jù)項送回與Pentium微處理器發(fā)出的地址相對應的Cache單元內(nèi)，而且對字節(jié)允許信號采取不予理睬的態(tài)度，但要求有效數(shù)據(jù)必須送回到全部64條數(shù)據(jù)線上除此之外，成組序列中后續(xù)傳送地址要由外部硬件計算出來因為每次傳送時，地址以及字節(jié)允許信號是不能重復驅(qū)動的下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,2.成組寫周期(Burst Write Cycle),,在寫周期期間，若信號CACHE#引腳為活動狀態(tài)(為低電平)，則表明該周期是一個成組寫回周期，成組寫回周期總是數(shù)據(jù)C ache內(nèi)已修改C ache行的寫回操作，寫回周期又有多種情況，此處不再贅述6.3.4中斷確認周期,,Pentium微處理器產(chǎn)生的中斷確認周期是為了響應由中斷請求輸入引腳INTR產(chǎn)生的可屏蔽中斷請求中斷確認周期是周期類型引腳產(chǎn)生的一種獨特的周期類型6.3.5專用總線周期,,Pentium微處理器配備了6種專用總線周期，用來指示某些指令已被執(zhí)行，或者說某些必要的執(zhí)行條件已經(jīng)成熟。
下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)3總線周期,在專用周期期間，數(shù)據(jù)總線是未被界定的，而地址線A,31,~A,3,則被驅(qū)動成0，通過返回成組傳送準備就緒信號BRDY#，外部硬件必須確認所有的專用總線周期專用總線周期也可能由于下列原因而停止運轉(zhuǎn)1)當Pentium微處理器試圖調(diào)用雙重故障處理程序時，又出現(xiàn)了另一個異常事故2)檢測到一個內(nèi)部奇偶校驗錯返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),在介紹PCI之前，有必要對EISA系統(tǒng)給予簡單的介紹，以便與下面的PCI知識相呼應6.4.1 ISA總線,,這是一種在與工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)兼容計算機上廣泛使用的一種總線ISA總線于1997年被IEEE定義為8位的標準總線隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過多年的演變，ISA也從8位的標準總線變成了被廣泛應用的16位的標準總線，以后又發(fā)展成了經(jīng)擴展的犯位的標準總線EISA就EISA系統(tǒng)而言，它所涉及的ISA總線實際上是EISA總線的一個子集EISA總線現(xiàn)在雖然已經(jīng)不再被人使用，但從中可以看出總線的演變和技術(shù)的發(fā)展下一頁,返回,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),ISA總線是一種生命力很強的總線，從16位的微機系統(tǒng)時代就被廣泛使用，直到在Pentium到Pentium 4系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛使用的PCI總線上還為它留有一席之地。
這是因為ISA總線還是有些特點的，如下所述1) ISA總線既支持8位的數(shù)據(jù)傳輸操作，也支持16位的數(shù)據(jù)傳輸操作2)數(shù)據(jù)的傳輸率雖僅為8MB/S，在當時的技術(shù)條件下，已屬較快3)其I/O能力在當時還是比較強的，可以提供7級DMA通道、有8個設(shè)備的負載能力、15級硬件中斷和1KB的I/O地址空間等4)地址線、數(shù)據(jù)線使用比較方便5)是一種可以允許有多個主控設(shè)備的總線下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),6.4.2 EISA總線,,EISA ( Extended Industry Standard Architecture)總線即擴展的工業(yè)標準結(jié)構(gòu)總線它是在工業(yè)標準結(jié)構(gòu)ISA總線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種高性能32位結(jié)構(gòu)的總線，是在1991年，由COMPAQ公司聯(lián)合了9家計算機公司聯(lián)合推出的一種新的系統(tǒng)總線標準這種總線不僅具有微通道MCA的功能，而且與ISA結(jié)構(gòu)完全兼容第一代犯位微處理器80386對于把ISA總線擴展成32位總線表示了極大的興趣EISA總線所表現(xiàn)出的良好性能以及32位的結(jié)構(gòu)能使80386,80486這類32位微處理器完全展示出整體系統(tǒng)的高性能下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),為使EISA總線能滿足人們對既能與ISA總線兼容又能展示犯位高性能總線風采的要求，EISA設(shè)計人員規(guī)定下了EISA各項技術(shù)指標，使得這種開放性的工業(yè)標準既擁有兼容性又得以廣泛使用。
EISA總線不僅在性能上較之于ISA總線得到了增強，且給用戶帶來了極大方便EISA總線在對存儲器進行存取操作以及在將數(shù)據(jù)傳送給CPU時，執(zhí)行的完全是32位操作EISA總線可以讓DMA以及總線主控設(shè)備在33 MB/S的傳送速率下傳送數(shù)據(jù)EISA總線為插入卡的自動配置提供了技術(shù)保障體系，為此在EISA卡上就去掉了跨接線(跳線)和轉(zhuǎn)換開關(guān)EISA總線的各種中斷都是可共享的，且可以進行程序設(shè)計隨著EISA總線中一種新總線仲裁機構(gòu)的引入，為新一代的智能總線提供了技術(shù)上的支持智能總線主控設(shè)備插入卡的使用，給PC在高等級應用領(lǐng)域帶來了無限生機下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)4 EISA總線系統(tǒng),由于EISA系統(tǒng)與ISA總線的8位和16位的擴展板以及軟件百分之百地兼容，所以在EISA插件槽上可以插入多個ISA插件卡在配置期間可以充分利用EISA的兩用性，把EISA插槽當成ISA定義EISA的接插件是ISA接插件的超集，但與ISA擴展卡以及軟件保持著全兼容由于EISA內(nèi)擁有自動配置系統(tǒng)和配置了擴展板，在EISA系統(tǒng)中可同時使用EISA和ISA插入板返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,像Pentium微處理器這樣的高性能微處理器配備的應是高性能的高帶寬的總線，以便能充分利用Pentium微處理器的全部資源。
Intel公司提出來要用PCI局部總線技術(shù)特性作為與Pentium微處理器等高性能微處理器連接的技術(shù)標準其實PCI局部總線標準是由Intel ,IBM等大公司聯(lián)合制定的一種局部總線標準PCI為Peripheral Component Interconnect的縮寫，即外圍部件相互連接PCI總線是高帶寬、獨立于微處理器的總線它能夠作為中間層或外圍設(shè)備的總線與其他的總線規(guī)范相比，PCI為例如圖形顯示適配器、網(wǎng)絡(luò)接口控制器、磁盤控制器等高速I/O子系統(tǒng)提供了更好的展示其性能的平臺下一頁,返回,,,任務(wù)5 PCI局部總線,當前的標準允許使用多達64條數(shù)據(jù)線從理論上講，它的速率可達到264 MB/G或2.112 Gb/S然而，PCI的誘人之處不僅僅在于它的高速度，PCI是專門為滿足現(xiàn)代微機系統(tǒng)的I/O要求而設(shè)計的較經(jīng)濟的總線它只需要很少的芯片，而且它還支持把其他的總線連到PCI總線上Intel的初衷是為Pentium系統(tǒng)才開發(fā)的PCI總線，結(jié)果PCI被廣泛地采用，越來越多地應用到個人計算機、工作站以及服務(wù)器系統(tǒng)中;而且得到了許多微處理器和外圍設(shè)備生產(chǎn)商的支持不同廠家的PCI產(chǎn)品是相互兼容的PCI廣泛地支持基于微處理器的配置，包括單處理器和多處理器的系統(tǒng)。
它提供了一組通用的功能，并采用了同步時序以及集中式仲裁機制下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,PCI總線支持33 MHz的時鐘頻率，其數(shù)據(jù)寬度為32位，可擴展至64位其數(shù)據(jù)傳送速率可高達132~264 MBps這就為計算機圖形顯示所需的大批量的數(shù)據(jù)傳送和高性能的磁盤輸入輸出提供了硬件技術(shù)支持PCI總線開放性好，具有廣泛的兼容性，是一種低成本、高效益、能與ISA總線兼容的一種有前途的局部總線在PCI局部總線內(nèi)包括有如下幾個重要特征:成組數(shù)據(jù)傳送方式、觸發(fā)級中斷、總線主控方式、自動配置和高的總線帶寬更主要的是，PCI總線在Pentium微處理器和其他總線之間架起了一座橋梁，它可以讓任何一種基于ISA ,EISA或微通道的添加卡插到PCI總線上使用下面會將PCI局部總線的特征一一列出圖6-1,是現(xiàn)行主板上的PCI總線實物圖片下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.1 PCI總線扮演的南色,,PCI總線在最新的Pentiutn4系統(tǒng)中，扮演一個非常重要的不可或缺的角色目前幾乎在所有以Pentium微處理器為平臺的微型計算機系統(tǒng)中均采用PCI總線盡管在有些較新的系統(tǒng)中還在部分使用ISA總線，那也僅僅是作為早期8位和16位接口卡上的一個接口而已。
PCI總線不僅具有即插即用的特性，且能夠在64位數(shù)據(jù)總線上進行操作一個PCI總線接口配備有一系列的寄存器，而且在PCI接口上還有一個容量較小的存儲器部件，其內(nèi)保存著有關(guān)主板的信息這一存儲器可以為ISA總線或任何其他總線提供即插即用特性下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,在這一系列的寄存器中所保存的那些信息足可以使計算機能自動對PCI卡實施配置也許正是由于即插即用的特性，而使PCI總線在最新的計算機系統(tǒng)中變得非常流行圖6-2,給出了Pentium微處理器系統(tǒng)與PCI總線系統(tǒng)一起構(gòu)成的一個微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從,圖6-2,可以看出，Pentium微處理器的總線是單獨的，是獨立于PCI總線的微處理器通過稱為PCI橋的集成電路與PCI總線相連這意味著只要系統(tǒng)設(shè)計了PCI控制器或PCI橋，就可以將任何微處理器接到PCI總線上將來，也許所有的計算機系統(tǒng)都會使用同一種總線現(xiàn)在，像蘋果計算機也使用PCI總線IBM和蘋果公司也推出了使用 PCI總線的PowerPC微機下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.2 PCI局部總線的特性,,PCI局部總線具有如下的特性1)它擁有的最高操作時鐘速度為33 MHz。
2)它擁有32位和64位兩種數(shù)據(jù)通道3)它支持由Pentium微處理器通常采用的2-1-1-1形式的成組數(shù)據(jù)傳送方式4)它支持總線主控方式，準許多處理機系統(tǒng)中的任何一個微處理器都可以成為總線主控設(shè)備，對總線操作進行控制下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(5)它還與ISA ,EISA、微通道等多種總線兼容PCI總線在Pentium微處理器與其他總線間架起了一座橋梁，它也支持像ISA , EISA以及微通道等低速總線操作，如,圖6-3,所示橋梁”內(nèi)的緩沖器是為微處理器寫入數(shù)據(jù)用的，所以準許微處理器先將數(shù)據(jù)寫到緩沖器內(nèi)，然后再去處理自己的事務(wù)而低速的總線ISA , EISA、微通道等則是放下正在處理的任務(wù)再到“橋梁”緩沖器去取信息6)也可以把PCI局部總線看作是一個獨立的處理器，它可以與任何一種微處理器一起使用，并不局限于80x86正是基于這種原因，許多大的計算機公司都宣布支持PCI總線這樣就確保了80x86系列機在更新?lián)Q代時，也不會把PCI局部總線拋棄7)它支持5 V和3. 3 V兩種擴充插件卡可以從5 V向3. 3 V進行平滑的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換PCI總線上裝有一個很小的斷路鍵，使用戶在插卡時不會導致在系統(tǒng)主板上有不同的電壓電源。
下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(8)它還提供了自動配置能力，用戶可以安裝一個新的添加卡，且不用設(shè)置DIP開關(guān)、跳線(跨接線)和選擇中斷配置軟件會自動選擇未被使用的地址和中斷，以解決可能出現(xiàn)的沖突問題9)PCI總線的引腳，在信號的安排順序上也是用心良苦，它在每兩個信號之間都安排了一個地線，以減少信號間的相互干擾以及音頻信號的散射問題10)PCI總線實現(xiàn)了觸發(fā)級的中斷，這種中斷可支持中斷共享下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(11)PCI總線能支持高達10個外圍設(shè)備，而且其中的某些外圍設(shè)備必須嵌入到系統(tǒng)主板上當插入擴展槽內(nèi)卡的數(shù)量最大時，PCI總線工作頻率在33 MHz上下變化，這要取決于工作電壓是5 V還是3. 3 V當插入擴展槽內(nèi)的卡的數(shù)量超過5個時，其操作時鐘頻率會低于33MHz這樣就極大地改善了小觸點接插件的使用，使得PCI總線成為一種高時鐘頻率總線6.5.3即插即用,,PCI局部總線配備有自動配置特性，同時其內(nèi)也配備有一個ISA總線插件槽，但ISA總線并不支持自動配置方案對廣大用戶和網(wǎng)絡(luò)管理人員來說，缺少了自動配置方案，可以說是一大憾事針對這一情況，Microsoft公司和Intel公司聯(lián)手在ISA總線上配備了自動配置方案。
這一配置方案就是通常所說的即插即用(Plug and Play)下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,由于EISA總線和微通道已經(jīng)配備了即插即用這一特征，所以只有在ISA插件卡和BIOS也配備上了自動配置方案(即插即用)之后，PCI局部總線的自動配置方案才可能得以全面實現(xiàn)，即插即用在以下3個方面表現(xiàn)得十分搶眼1)裝備的即插即用特征既不是給主板上的BIOS，也不是給添加卡，而是裝備給PCI局部總線的2)若主板BIOS支持即插即用，而擴展卡不支持即插即用，則在這種情況下，安裝軟件會自動分配輸入輸出地址、中斷請求IRQ,s,以及DMA通道等3)若主板BIOS和擴展卡都支持即插即用，那么在這種情況下系統(tǒng)會自動配置部件，比如對輸入輸出地址的分配、中斷請求IRQ以及DMA通道等進行自動配置，不需用戶進行干預下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.4 PCI標準化,,圖6-4,展示了PCI總線的引腳信號線仔細觀察如,圖6-4,所示的引腳信號線后可以發(fā)現(xiàn)，僅有很少幾個PCI信號與80x86微處理器的信號相匹配究其原因，是因為PCI總線是一種位于微處理器與外部總線之間的一種夾層總線。
這就意味著PCI總線的控制器位于CPU和外部總線之間也就是說，任何一種CPU都可以使用PCI總線對總線連線進行標準化處理，可以使CPU總線免受各種約束PCI總線已經(jīng)成功解決了由于總線獨立于微處理器而帶來的一系列技術(shù)問題下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,值得注意的另一個問題是，PCI總線上的地址和數(shù)據(jù)的多路傳送問題(因為地址傳送和數(shù)據(jù)的傳送使用的是同一批引腳)在第一個時鐘周期內(nèi)提供地址信號，而在第二個時鐘周期提供的則是數(shù)據(jù)信息所以，PCI總線在非成組方式下，其總線周期為2個時鐘周期時間，而對于成組傳送方式來說，第一個時鐘周期提供的是地址信息，而在后續(xù)的每一個時鐘周期都能提供一個數(shù)據(jù)字(32位)另一個值得注意的問題是，PCI總線64位的擴展數(shù)據(jù)總線PCI總線既可以進行32位數(shù)據(jù)傳送，也可以進行64位的數(shù)據(jù)傳送PCI總線在對地線的處理上也是煞費心機，它在每3個引腳之間就安排了一個接地點Vcc這樣處理有效地減少了雜音串攏問題，且能使總線在33 MHz的時鐘頻率下運行下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,6.5.5 AGP總線,,1. AGP總線的特點,,圖形加速接口(Accelerated Graphics Port, AGP)總線是以66 MHz PCI Revision 2. 1規(guī)范為基礎(chǔ)，由Intel公司開發(fā)的高速圖形接口局部總線標準，主要目的是為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫面的顯示。
AGP總線是對PCI總線的擴展和增強，但AGP接口只能為圖形設(shè)備獨占，不具有一般總線的共享特性采用AGP接口允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲器，而無需先預取至視頻存儲器中，避免了經(jīng)過PCI總線而造成的系統(tǒng)瓶頸，增加了3D圖形數(shù)據(jù)的傳輸速度，而且系統(tǒng)主存可以與視頻芯片共享目前，由于3D計算變得越來越重要，因此，新型主板大多數(shù)都已經(jīng)加入了對AGP的支持下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,AGP總線的主要特點如下1)具有雙重驅(qū)動技術(shù)，允許在一個總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)2)在總線上可實現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)多路復用，把犯位的數(shù)據(jù)總線給圖形加速器使用3)通過內(nèi)存請求流水線技術(shù)對各種內(nèi)存請求進行排隊來減少延遲，一個典型的排隊可處理12個以上的請求，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?)把圖形接口繞行到AGP通道上，解決了PCI帶寬問題，使PCI有更多的能力負責其他數(shù)據(jù)傳輸下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,1996年7月AGP 1. 0圖形標準問世，推出AGP 1 X和AGP 2X兩種模式，工作頻率為66MHz，是PCI的2倍，而數(shù)據(jù)傳輸帶寬分別達到266 Mb/s和533 Mb/s，分別約是PCI 133 Mb/s的2倍和4倍。
但由于顯示芯片的迅速發(fā)展，圖形卡單位時間內(nèi)所能處理的數(shù)據(jù)呈幾何級數(shù)成倍增長，AGP 1. 0圖形標準越來越難以滿足技術(shù)的進步，由此AGP 2. 0便應運而生1998年5月，AGP 2. 0規(guī)范正式發(fā)布，工作頻率依然是66 MHz，但工作電壓降低到了1. 5 V，這就是目前主流AGP 4X模式，其數(shù)據(jù)傳輸帶寬達到1.066 Gb/s，數(shù)據(jù)傳輸能力大大增強在此以后，推出一個AGP 4X加強版—AGP Pro，它與AGP 2. 0同時推出，這是為了滿足顯示設(shè)備功耗日益增大的現(xiàn)實而研發(fā)的圖形接口標準，應用該技術(shù)的圖形接口主要特點是比AGP 4X略長一些，其加長部分可容納更多的電源引腳，使得這種接口可驅(qū)動功耗更大或處理能力更強大的AGP顯卡下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,這種標準專為高端圖形工作站設(shè)計，完全兼容AGP 4X規(guī)范，這使得AGP 4X的顯卡也可插在這種插槽中正常使用2. AGP 8X簡介,,目前最新的AGP 8X圖形接口標準由Intel公司2000年8月推出AGP 8X作為新一代,,AGP并行接口總線，在數(shù)據(jù)傳輸頻寬上也是犯位，但總線頻率達了533 MHz，數(shù)據(jù)傳輸帶寬達到2. 1 Gb/s，是原來AGP 4X的2倍。
它的出現(xiàn)正好適應了現(xiàn)今CPU和GPU(圖形工作站)的飛速發(fā)展因為AGP 8X采取了一些新技術(shù)，所以它不能與前面版本的AGP接口板卡兼容，只能兼容到AGP 4X標準這些新特性主要表現(xiàn)在其工作電壓上，AGP 8X的標準工作電壓只有0. 8 V，它只能向下兼容到1. 5 V標準，即在1. 5 V的電壓下可正常運行，但在3. 3 V的電壓下是無法工作的下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,在兼容性的另一方面是AGP 8X的顯卡能用在老主板上由AGP 8X標準可知，在原來主板支持1. 5 V電壓的情況下，AGP 8X的顯卡完全可以在這些老主板上正常運行，不過AGP8 X的高數(shù)據(jù)帶寬就用不上了AGP 8X的主要特性體現(xiàn)在如下兩個方面1)減少操作延時在PCI總線時代，大的數(shù)據(jù)在通過PCI接口時由于帶寬不夠而經(jīng)常會出現(xiàn)處理延時現(xiàn)象進入AGP時代后，由于處理數(shù)據(jù)量的急劇增長，這種現(xiàn)象也時有發(fā)生但在AGP 8X標準中針對上述問題專門做了優(yōu)化處理，加入了數(shù)據(jù)同步傳輸設(shè)計加入這一功能后，在處理大的數(shù)據(jù)時就可邊處理邊預先讀取，從而有效減少了數(shù)據(jù)塞車現(xiàn)象，使系統(tǒng)的性能得以全面地發(fā)揮，而不會在數(shù)據(jù)讀取上浪費太多的資源。
下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)5 PCI局部總線,(2)支持多接口AGP采用點對點接口設(shè)計，這也是主板上只有一個AGP插槽的原因AGP 8X推出后，這種局面得以改變，因為AGP 8X中加入了一種新的設(shè)計—輸出端數(shù)橋接(fan-out bridge)技術(shù)，所以它使系統(tǒng)中安裝多個AGP 8X設(shè)備成為可能每個AGP 8X端口配置一個橋接模塊，這些模塊通過邏輯主PCI總線并且通過統(tǒng)一出口同芯片組中的控制模塊通信，每個模塊可通過次級PCI總線(AGP 8X總線)鏈接至少兩個AGP 8X設(shè)備，不過兩個AGP 8X設(shè)備之間無法進行點對點傳輸雖然前面介紹到PCI Express將最終取代AGP標準，但是從目前的應用情況來看，這還是一個較長的過程，且AGP的下一代標準AGP 16X已在研制過程中，并且已取得實驗成功目前幾種PCI , AGP標準主要參數(shù)的比較如,表6-1,所示返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,6.6.1 USB總線,,1.US日總線的特點,,USB ( Universal Serial Bus，通用串行總線)是一種支持即插即用的新型串行接口USB比標準串行接口快得多，其數(shù)據(jù)傳輸率可達412 Mbit/s。
USB除了具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率外，還可以為外設(shè)提供支持USB總線具有如下特點1)使用方便使用USB接口可連接多個不同的設(shè)備，支持即插即用(Plug And Play ,PAP)，當插入USB設(shè)備的時候，計算機設(shè)備檢測該外設(shè)并通過加載相關(guān)的驅(qū)動程序?qū)υ撛O(shè)備進行配置下一頁,返回,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,支持熱插拔，即在不關(guān)機的情況下可安全地插上和斷開USB設(shè)備熱插拔能力體現(xiàn)了USB的安全、可靠和智能在軟件方面，為USB設(shè)計的驅(qū)動程序和應用軟件可自動啟動，無需用戶干預USB設(shè)備也不涉及IRQ沖突等問題，它單獨使用自己的保留中斷，不會同其他設(shè)備爭用PC有限的資源，為用戶省去了硬件配置的煩惱2)速度加快快速性能是USB技術(shù)的突出特點之一USB V2. 0規(guī)范提供高達480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可適應各種不同類型的外設(shè)3)連接靈活USB接口支持多個不同設(shè)備的串行連接，一個USB接口理論上可連接127個USB設(shè)備連接方式也十分靈活，既可以使用串行連接，也可使用集線器(HUB)把多個設(shè)備連接在一起，再同PC的USB口相接在USB方式下，所有的外設(shè)都在機箱外連接，不必打開機箱下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(4)獨立供電。
USB直接連接的設(shè)備可通過USB電纜供電，USB傳輸線中的兩條電源線可提供5V電源供USB設(shè)備使用USB傳輸線能夠提供100 mA的電流，而帶電源的USBHUB使得每個接口可提供500 mA的電流5)支持多媒體USB提供了對電話的兩路數(shù)據(jù)支持，可支持異步及實時數(shù)據(jù)傳輸，使電話可與PC集成，共享語音郵件及其他特性USB還具有高保真音頻，由于USB音頻信息生成于計算機外，因而減少了電子噪音干擾聲音質(zhì)量的機會，從而使音頻系統(tǒng)具有更高的保真度2.數(shù)據(jù)傳輸類型,,根據(jù)USB設(shè)備自身的使用特點和系統(tǒng)資源，為適應各種不同類型外設(shè)的要求，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(1)控制(control)傳輸方式雙向傳輸，傳輸?shù)牟皇菙?shù)據(jù)而是控制信號，主要被USB系統(tǒng)軟件用來進行查詢、配置和給USB設(shè)備發(fā)送通用命令該方式用在主計算機和USB外設(shè)之間的端點(end point)間的傳輸，數(shù)據(jù)量較小且實效性要求不高2)同步(isochronous)傳輸方式提供確定的帶寬和時間間隔用來連接需要連續(xù)傳輸?shù)耐鈬O(shè)備，對數(shù)據(jù)的正確性要求不高，但對時間較為敏感如對執(zhí)行即時通話的網(wǎng)絡(luò)電話，使用同步傳輸方式是很好的選擇。
3)中斷(interrupt)傳輸方式用于定時查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸?shù)湫蛻迷谏倭?、分散、不可預測數(shù)據(jù)的傳輸方式中，鍵盤、操作桿和鼠標就屬于這種類型在USB V1. 0規(guī)范中中斷方式傳輸是單向的，并且對于主機來說只有輸入方式，但在USBV2. 0規(guī)范中，既有輸入方式又有輸出方式任務(wù)6外部設(shè)備總線,(4)批量(bulk)傳輸方式應用在大量傳輸和接收數(shù)據(jù)上，沒有帶寬和時間間隔的要求，保證傳輸數(shù)據(jù)正確無誤，但對數(shù)據(jù)的實效性要求不高適合于傳輸非常慢和大量被延遲的數(shù)據(jù)，在傳輸中的優(yōu)先級很低，打印機、數(shù)碼相機和掃描儀就屬于這種類型3. USB總線的拓撲結(jié)構(gòu),,USB設(shè)備和USB主機通過USB總線相連USB的物理連接是一個星形結(jié)構(gòu)，HUB位于每個星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機和某個集成器，或某一功能設(shè)備之間的一個點到點的連接，也可以是一個集線器與另一個集線器或功能模塊之間的點到點的連接USB總線的拓撲結(jié)構(gòu)如,圖6-5,所示下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(1)USB主機整個USB系統(tǒng)中只允許有一個主機主機系統(tǒng)的USB接口稱為USB主控制器這里USB主控制器可以是硬件、固件或軟件的聯(lián)合體。
而根集線器是集成在主機系統(tǒng)中的，它可以提供一個或更多的接入端口2) USB設(shè)備USB設(shè)備是USB協(xié)議的具體實現(xiàn)，主要包括集線器和功能部件集線器提供用以訪問USB總線的更多的接入點功能部件向系統(tǒng)提供特定的功能，如ISDN連接設(shè)備、鼠標和顯示器等4. USB系統(tǒng)的構(gòu)成,,USB規(guī)范將USB分為5個部分，即控制器、控制器驅(qū)動程序、USB芯片驅(qū)動程序、USB設(shè)備及針對不同USB設(shè)備的驅(qū)動程序各部分的主要功能如下下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(1)控制器控制器負責執(zhí)行由控制器驅(qū)動程序發(fā)出的命令2)控制器驅(qū)動程序在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道3) USB芯片驅(qū)動程序其提供對USB的支持4) USB設(shè)備其包括與PC相連的USB HUB及設(shè)備HUB帶有連接其他外圍設(shè)備的USB端口，設(shè)備是連接在計算機上用來完成特定功能并符合USB規(guī)范的具體設(shè)備，如鼠標和鍵盤等5) USB設(shè)備驅(qū)動程序其是用來驅(qū)動USB設(shè)備的程序通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供5. USB總線的特性,,(1)電氣特性USB總線通過一條四芯電纜傳送電源和數(shù)據(jù)，電纜以點到點方式在設(shè)備之間連接USB接口的4條連接線分別是V,BUS,,GND,D,+,和D_。
下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,V,BUS,和GND用來向設(shè)備提供電源在源端，V,BUS,通常為+5VUSB主機和USB設(shè)備中通常包含電源管理部件D+和D_是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的半雙工差分信號線，時鐘信號也被編碼在這對數(shù)據(jù)線中傳輸每個分組中都包含同步字段，以便接收端能夠同步于比特時鐘2)機械特性USB連接器分為A系列和B系列兩種A系列用于和主機連接，B系列用于和USB設(shè)備的連接這兩種連接器有不同的結(jié)構(gòu)，不會造成誤接USB作接器的排列如,表6-2,所示,下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,6. USB總線協(xié)議,,USB總線由主機控制器控制所有的數(shù)據(jù)傳輸，大多數(shù)傳輸包含3個USB分組1)主機控制器首先發(fā)出一個“令牌分組”，指明傳輸?shù)念愋秃头较?、USB設(shè)備的地址及終點編號USB設(shè)備對相應的地址字段進行譯碼，選中被尋址的設(shè)備2)如果本次傳輸?shù)脑炊四軌蛱峁?shù)據(jù)，那么它將發(fā)出數(shù)據(jù)分組;否則，它將發(fā)出一個指示分組，指明它沒有數(shù)據(jù)可以傳輸3)一般情況下，目的端將回送一個握手分組指明本次傳輸是否成功下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,在主機和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系被稱為管道(pipe)，每個管道有一組相應的數(shù)據(jù)帶寬、傳輸服務(wù)類型及設(shè)備特性等參數(shù)。
每臺USB設(shè)備可以有多個管道，各管道中的數(shù)據(jù)傳輸相互獨立USB包含流(stream)和消息(message)兩種管道，前者是沒有格式的，而后者按照USB定義的數(shù)據(jù)格式傳輸7. USB設(shè)備的接入和應用,,(1)操作系統(tǒng)對USB的支持支持USB的操作系統(tǒng)應滿足3個要求①一個設(shè)備連接到USB或從USB中撤除時能自動檢測出來下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,②與新連接的設(shè)備通信，可找到如何與它們通信的方法③提供軟件驅(qū)動與計算機的USB硬件以及訪問USB外設(shè)的應用程序通信2)主機對USB的支持使用USB設(shè)備必須激活主機板BIOS中的USB功能以Windows XP操作系統(tǒng)為例，在Windows XP下打開“設(shè)備管理器”(右擊桌面“我的電腦”圖標，在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”命令，在彈出的“系統(tǒng)屬性”對話框的“硬件”選項卡中單擊“設(shè)備管理器”按鈕)，在彈出的窗口中雙擊“通用串行總線控制器”，可看到主機系統(tǒng)中存在兩類USB設(shè)備，一類是“USB Universal Host Controller"，另一類是“USB Root Hub"下一頁,返回,上一頁,,,任務(wù)6外部設(shè)備總線,(3) USB設(shè)備的熱插拔。
