微机接口技术
2
第五章 系统总线
1,总线基本概念
2,总线原理
3,微机系统总线标准
3
本章要点
总线的基本概念,作用与分类 ;
总线控制原理与时序 ;
PC/XT总线结构及其特点 ;
PC/AT ISA总线结构及其特点 ;
EISA总线的结构和特点 ;
PCI总线结构特点和基本参数 。
4
1,总线基本概念
1.1 什么是总线
1.2 采用 总线技术的 优点
1.3 总线分类和性能指标
5
定义：总线是连接计算机有关部件的 一组信号线,是计算机中用来传送信息代码的公共通路 。
总线不仅是一组传输线，它还包括与信息代码传送有关的 控制逻辑 。
1.1 什么是总线
6
总线出现的背景
计算机部件要具有 通用性,以适应不同系统与不同用户的需求，设计必须 模块化 。
计算机部件产品 (模块 )供应出现 多元化 。
模块之间的联接关系要 标准化,使模块具有通用性。
模块设计必须基于一种大多数厂商认可的模块联接关系，即一种 总线标准 。
7
总线规范,
机械结构规范
功能结构规范
电气规范
8
总线的基本工作方式：
a.通常是由发送信息的部件 分时 地将信息发往总线,再由总线将这些信息 同时 发往各个接收信息的部件 。
b.究竟由哪个部件接收信息,要由 CPU给出的设备地址经 译码 产生的控制信号来决定 。
9
1.2 采用总线技术的优点减少各部件之间的连接线,
使各部件之间的关系转化为面向总线的单一关系，
即设计和使用某一部件，无须考虑该部件和其他相应部件间的复杂关系，只要满足它和总线之间的关系即可。
方便了系统的构成、维护、扩充或更新,
各部件和总线采用挂接形式，增加或去掉一个部件对整个系统的结构不会造成什么影响。
10
总线技术使计算机的设计生产走向标准化：
有了总线标准，用户可以选用不同厂家的部件或设备组成自己所需的系统；可以设计出符合总线标准的专用部件或设备。
总线技术还带来了高效率：
有了总线标准，各个模板遵循统一的标准，引脚定义是相同的，不用的引脚可以空着，不必为每个模板制作不同的接口。
11
1.3 总线分类和性能指标
1.3.1 总线的分类
1.3.2 总线的性能指标
12
1.3.1 总线的分类
按相对于 CPU与其他芯片的位置可分为 片内总线,片总线,系统总线 和 外部总线 。
按总线传送信息的类别或总线的功能，可把总线分为 地址总线,数据总线 和 控制总线 。
按照总线传送信息的方向，可把总线分为 单向总线 和 双向总线 。
13
微处理器内部总线（片内总线）,连接处理器内部各功能单元的总线。
片总线 (Chip Bus,C-BUS):又称元件级总线，把部件内各种不同器件连接在一起的信号线。
内总线 (Internal Bus,I-BUS):即系统总线，用于微机各部件之间的信息传输。
外部总线 (External Bus,E-BUS):又称通信总线，
用于微机之间或微机与设备 (如 Modem)之间的通信。例如,RS232C,IEEE488,USB。
上述四类总线的地位和关系见下图。
14微型计算机各级总线示意图
15现代微机总线机构示意图
CPU
c a c h e
DRAM
B r i d g e
/ M e m o r y
c o n t r o l l e r
A u d i o V i d e o
PCI Local Bus
LAN S C S I
BUS
B r i d g e
I S A,I D E M i c r o C h a n n e l
B a s e
I/O
G r a p h i c s
16
1.3.2总线的性能指标常用的量化指标如下：
总线带宽 (最大数据传输速率 MB/S)
总线宽度
工作频率
负载能力
17
总线带宽,总线宽度,总线工作频率三者之间的关系就像高速公路上的车流量,车道数和车速的关系 。
总线带宽取决于总线宽度和工作频率,总线宽度越宽,工作频率越高则总线带宽越大 。
总线带宽的计算公式如下：
总线带宽 （ Q） =工作频率 （ f） × 总线宽度 （ W）
/N（ =8）,单位,Mbps（ 每秒兆字节 ）,
18
常见总线的带宽和传输率
19
2,总线原理
2.1 8086的两种组态
2.2 总线的控制
2.3 总线时序
2.4 数据传送
2.5 总线驱动
20
2.1 8086的两种组态最小组态,
当要利用 8086构成一个较小的系统时,即所连的存储器容量不大、芯片不多,所要连的 I/O接口也不多,
系统的地址总线可由 CPU的 AD0～ AD15,A16 ～ A19通过地址锁存器 (8282,373,244)供给 ;数据总线可以直接由 AD0 ～ AD15供给,也可以通过发送 /接收接口芯片
8286供给 (增大总线的驱动能力 )； 系统的控制总线直接由 CPU的控制线供给 。
21
最大组态：
若要构成一个较大的系统,要求由较强的驱动能力,
此时,8086要通过一组总线控制器 8288来形成各种总线周期,控制信号由 8288供给 。
22
23
局部总线和系统总线间的逻辑电路称为 总线控制逻辑 。
在 PC/XT系统中，总线控制逻辑由地址锁存器、
数据收发器和总线控制器组成。
在 8088系统中，由于有部分地址线和其他信号线复用，在执行存储器读写和 I/O读写时，要求地址在总线周期中一直保持有效，因此在地址信息有效时，必须由锁存器对地址信息锁存。
数据收发器用于对数据总线的状态和方向进行控制。
24
当 8088工作在最大方式时,8088不直接输出存储器读写命令和 I/O读写命令，而只输出表示当前所执行的总线周期类型的状态信息。
因此总线控制逻辑中还包括总线控制器 8288，
8288根据 8088输出的指出操作类型的状态信息产生存储器读写信号,I/O读写信号及其他有关控制信号 。
25
2.2 总线的控制
总线的控制贯穿在从总线主部件申请使用总线到数据传送完毕的整个过程,分为以下几个步骤
（ 主控 Master和从属 Slave）,
申请阶段：总线请求,总线仲裁；
寻址阶段：主控模块发出从属模块地址和有关命令；
传送阶段：传送数据,检错和出错处理；
结束阶段：主控模块让出总线 。
总线控制线路主要包括,总线仲裁逻辑,驱动器和中断逻辑 等 。
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2.3 总线时序
1,时序的基本概念
8088执行一条指令所需的时间称之为 指令周期 。
一个指令周期包括若干（至少一个） 机器周期 。
机器周期中 8088与存储器或 I/O接口交换一个字节数据所用的时间，也称为 总线周期 。
不同的指令所需机器周期数各有差异。 一个总线周期由若干时钟周期（又称 T周期）组成。时钟周期是计算机定时的基本时间单位。
PC/XT的时钟频率是 4.77MHz。
27
CPU和总线控制逻辑中所有的信号都是在时钟信号作用下，按一定时序工作的。在一个总线周期中，在某一时钟时，一些信号有效；在另一时钟时，
另外一些信号有效。
8088通过总线对存储器或 I/O接口进行一次访问所需的时间称为总线周期。
一个总线周期一般包括 4个时钟周期。
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2,8086的典型时序
（ 1）存储器读周期和写周期
（ 2） I/O读和 I/O写周期
（ 3）中断响应周期
（ 4）空闲周期
29
存储器读周期时序
30
I/O读和 I/O写周期时序
31
中断响应时序
32
T1 T2 T3 TW T4 T1 T2 T3 T4 T1 T1 T1 T2 T3 TW TW T4
用于等待存储器或 I/O
接口响应的等待状态总线周期间的等待状态
33
2.4 数据传输总线数据传输的方式：
同步方式：用系统时钟信号作为控制数据传输的时间标准。
异步方式：采用“应答式”传输技术，用,REQ”
和,ACK”信号来协调传输过程。
半同步方式：用系统时钟信号来定时，但根据信号线的状态判断传输过程状态，使传输操作与时钟同步。
34
同步方式数据传输时序图
C L K
T 1 T 2 T 3 T W T4
R D
D A T A
地址输出
A D D R E S S
数据输入
35
36
2.5 总线驱动总线驱动除考虑信号线外,电源的 驱动能力 有时也是考虑的重要方面,特别是现在的一些外设总线 （ 如 USB总线等 ）,
设备的电源完全从总线获得,更应该考虑这个问题 。
37驱动示意图驱动电路共阴极 LED
P0(P1)
VCC
38
…RAM RAM RAM
A0
LS244
CPU
驱动示意图
39
3,微机系统总线标准
3.1 系统总线标准
3.2 常见系统总线标准
3.3 其他总线
40
系统总线通常为 50~100根信号线,这些信号线可分为五个主要类型：
数据线：决定数据宽度 。
地址线：决定直接寻址范围 。
控制线：包括控制,时序和中断线,决定总线功能和适应性的好坏 。
电源线和地线：决定电源及地线的种类和用法 。
备用线：留给厂家或用户自己定义 。
3.1 系统总线标准
41
标准总线与总线标准
为了便于部件或系统间的互连，或不同厂家产品的互换与兼容，必须采用标准总线。
往往是某个公司的产品出了名，它的总线规范被广泛接受，然后被 ISO（ International Standardi-
zation Organization）或 IEEE（ Institute for Elec-
trical and Electronic Engineers）这样的组织采纳、
修改、公布，成为国际标准。
42
IBM 62线总线 (IBM-PC/XT总线 );
ISA总线 (Industrial standard Architecture),
又称 IBM-PC/ AT总线；
EISA总线 (Extended ISA);
PCI总线 (Peripheral Component Interconnect).
比较有名的总线标准
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3.2 常见系统总线标准
3.2.1 PC/XT,ISA（ PC/AT） 总线
3.2.2 EISA总线
3.2.3 PCI总线
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3.2.1 PC/XT,ISA（ PC/AT）总线
PC／ XT总线
PC/XT总线有 62个引脚，支持 8位双向数据传输 和
20位寻址空间,有 8个接地和电源引脚,25个控制信号引脚,1个保留引脚。总线底板上有 5个系统插槽，用于 I/O设备与 PC机连接。 该总线的特点是把
CPU视为总线的惟一主控设备（ master），其余外围设备均为从属设备（ slave） 。
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PC/XT总线技术的计算机结构
PC和 PC/XT总线的微机系统结构示意图扬声器
8 个 8 位 62 引脚扩展槽扩展总线缓冲
C P U 8088 (4,77 MH z ) 8087 （可选）
R O M BI O S D R A M 控制器 R A M
82 37 DMA 控制器
D MA 页面寄存器
8253 定时 / 计数器
82 59 中断控制器
8250 串行通信控制器键盘与并行控制电路
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ISA总线
IBM公司在 PC /XT总线基础上增加 36个引脚，形成了
AT总线。即从 1982年以后，逐步确立的 IBM公司工业标准体系结构，简称为 ISA（ Industry Standard
Architecture）总线，有时也称为 PC/AT总线。
ISA总线插槽
47
ISA总线插槽示意图,
62芯 8位基本 ISA插槽 36芯 16位扩充 ISA插槽
48
ISA总线
IBM PC/XT总线 (8位数据宽度 )和 IBM PC/AT总线 (16位数据宽度 )的总称－ ISA总线 (工业标准总线 )。
机械规范（略）
两个插口,
D18 …… D1
C18 …… C1
B31 ……,,B1
A31 ……,A1
(标在印刷电路板上 )
49
ISA总线的信号说明
前 62引脚 (用于插入与 XT兼容的 8位扩展卡 )，与 XT兼容。
后 36引脚。
利用前 62引脚和后 36引脚，可插入 16位扩展卡。
50
ISA总线引线示意图总线基本信号
BACK
OSC
RESET
总线访问信号
SA19~SA0
BALE
AEN
SMEMR#
SMEMW#
IOR#
IOW#
总线控制信号总线访问信号
LA23~LA17
SBHE#
MEMR#
MEME#
DACK3#~DACK1#
T/C
总线控制信号
DACK7#~DACK5#
DACK0#
MASTER
总线访问信号
SD7~SD0
I/O CHRDY
I/OCHCK#
NOWS#
IRQ7~IRQ3
DRQ3~DRQ1
SD15~SD8
MEMCS16#
IOCS16#
IRQ15,IRQ14,DRQ12~DRQ9
DRQ7~DRQ5 DRQ0
总线控制信号总线访问信号总线控制信号
51
PC/AT ISA总线的微机系统结构
80
48
6P
C
AT
/IS
A
总线系统结构
CP U 局部总线
S IM M S
8 位总线后备电池
8 个 8 位
XT 插槽
IS A 总线
P C/ A T 或 IS A 插槽
6 个 16 位
A T /IS A 扩展槽主存 DRA M
4 ~ 7 6 8 M B
64K ~ 1 2 8 K
ROM BIOS
C PU
80486
P C A T /IS A 核心逻辑芯片组内含：
7 个 DMA 通道
15 级中断时间 / 计数器总线缓冲器扩展总线控制器
DRA M 与 L2
C a c h e 控制器
L2 Ca c h e
128 K ~ 5 1 2 K
8 0 4 2 M P U
KBD /M ous
控制器实时时钟 / 日历
CM OS RA M
52
3.2.2 EISA总线
EISA总线
为了打破 IBM的垄断,1988年 9月,Compaq,AST，
Epson,HP,Olivetti,NEC等 9家公司联合 起来，
推出了一种兼容性更优越的总线，即 EISA 总线。
53
EISA总线的微机系统结构
EISA总线微机系统结构图
CP U 局部总线
SIM MS
8 位 X 总线后备电池
ISA 总线 8 位 XT 插槽
16 位 ISA 插槽
EISA 总线
32 位 EISA 插槽
CP U ( 4 8 6 / P e n tiu m )
EISA 核心逻辑芯片组内含：
7 个 DMA 通道
15 级中断时间 / 计数器
EISA 总线扩展与控制器控制
RA M 与 L2
C a c h e 控制器
L2 C a c h e
一般为 5 1 2 K
主存 DR A M
4 ~ 7 6 8 MB
64 ~ 1 2 8 K RO M BIO S
8 0 4 2 M P U
键盘 / 鼠标控制器实时时钟 / 日历
CMOS RA M
54
XT
、IS
A
、EI
SA
总线扩展槽示意图说明,● 代表 IS A,XT 总线引脚
■代表 E IS A 总线引脚
D 1 G
H 19 C
B 1 E
F 31 A
55
PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，由 Intel首先提出。
PCI总线的系统结构：
CPU 存储控制器 存储器
PCI桥标准总线桥设备标准总线 ISA,EISA
设备 设备 设备
PCI总线
3.2.3 PCI总线
56
PCI桥 (“北桥” )：实现 PCI总线所需的全部控制。
标准总线桥（“南桥”）,将 PCI
总线转换为标准总线 ISA,EISA。
桥芯片的作用,起到信号缓冲,电平转换和控制协议转换的作用。
57
PCI局部总线的特点
线性突发传输
存取延误极小
总线主控及同步操作
独立于 CPU的结构
低成本、高效益
兼容性
预留发展空间
58
PCI总线插槽
59
60
61
PCI总线的微机系统结构典型PCI
局部总线的PC
I/I
SA
系统结构图
3 2 / 6 4 位 C P U 局部总线
S IM M S
2 至 3 个 P CI 总线
P CI 插槽可选择的主板 P CI 芯片级适配器
4 个 8 位 XT 插槽
4 个 16 位 I S A 槽
CP U （ 4 8 6 / P e n ti u m ）
L 2 Ca c h e
一般为 5 1 2 K
DRA M 与 L2
C a c h e 控制器局部总线到 P CI
桥电路主存 DRA M
4 ~ 7 6 8 M B
LA N S CS I ID E
P CI 到
IS A
桥电路
（南桥）
64K ~ 1 2 8 K
ROM BIOS
8 0 4 2 M P U
键盘 / 鼠标控制器实时时钟
CM OS RA M
62PCI总线连接图
63
3.3 其他总线
3.3.1 RS-232
3.3.2 USB
3.3.3 EIDE,SCSI
64
3.3.1 RS-232
RS-232串行接口
虽然现在有一些高速串行总线标准,但是 RS-232依然是现代微机的标准串行口,
一般提供两个插座,MS-DOS规定其设备名为 COM1,COM2,现在仍沿用这些名称 。 也有主板只提供一个插座的情况 。
65
3.3.2 USB
USB总线
USB（ Universal Serial Bus）称为通用串行总线，
是由 Compaq,DEC,IBM,Intel,Microsoft、
NEC和 NT（北方电讯）七家公司推出的新一代接口标准总线。
66
3.3.3 EIDE,SCSI
EIDE接口
作为接口，包括了硬件和软件两部分：接口设备是硬件，接口信号规范标准是软件。基本的硬盘接口标准有四种，即 ST506,IDE,ESDI，
SCSI。
SCSI接口
SCSI的原文是 Small Computer System Interface，
即小型计算机系统接口。 SCSI也是系统级接口，
可与各种采用 SCSI接口标准的外部设备相连，
如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和磁带驱动器等。
67
EIDE接口
与 IDE相比,EIDE有以下几个方面的特点：
支持大容量硬盘，最大容量可达 8.4GB，通过 BIOS
中对 INT13H中断的处理，可支持超过 100GB的容量。
EIDE标准支持除硬盘以外的其他外设。
可连接更多的外设，最多可连接四台 EIDE设备。
EIDE具有更高的数据传输速率。
为了支持大容量硬盘,EIDE支持三种硬盘工作模式,NORMAL,LBA和 LARGE模式 。
68
EIDE
现在最常见的 PC机上的硬盘,CD-ROM
接口；
支持的速率越来越快；
网络资源：
http://tech.sina.com.cn/c/2001-10-09/6270.html
69
SCSI接口标准的主要特性
SCSI是系统级接口，可与各种采用 SCSI接口标准的外部设备相连，如硬盘驱动器、扫描仪、
光盘、打印机、磁带驱动器、通信设备等；
SCSI是一个多任务接口，具有总线仲裁功能；
SCSI可以按同步方式和异步方式传输数据；
SCSI可分为单端传送方式和差分传送方式；
SCSI总线上的设备没有主从之分，相互平等。
70
SCSI
Small Computer System Interface；
计算机与外存储器等外设的连接接口（较多的是应用于服务器硬盘接口）；
有启动设备和目标设备之分，通过高级命令进行通信，兼容性好，是一种智能接口；
网络资源：
http://www.speedy.com.cn/cpjs/scsi.html
http://tech.163.com/tm/010111/010111_13301(1).html
http://www.hardwarecentral.com/hardwarecentral/tutori
als/36/1/
71
思考题
1,什么是总线? 计算机中为什么要采用总线结构?
2,总线的工作过程,
3,有哪几种常用的总线?
4,ISA,PCI总线的特点,
2
第五章 系统总线
1,总线基本概念
2,总线原理
3,微机系统总线标准
3
本章要点
总线的基本概念,作用与分类 ;
总线控制原理与时序 ;
PC/XT总线结构及其特点 ;
PC/AT ISA总线结构及其特点 ;
EISA总线的结构和特点 ;
PCI总线结构特点和基本参数 。
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1,总线基本概念
1.1 什么是总线
1.2 采用 总线技术的 优点
1.3 总线分类和性能指标
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定义：总线是连接计算机有关部件的 一组信号线,是计算机中用来传送信息代码的公共通路 。
总线不仅是一组传输线，它还包括与信息代码传送有关的 控制逻辑 。
1.1 什么是总线
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总线出现的背景
计算机部件要具有 通用性,以适应不同系统与不同用户的需求，设计必须 模块化 。
计算机部件产品 (模块 )供应出现 多元化 。
模块之间的联接关系要 标准化,使模块具有通用性。
模块设计必须基于一种大多数厂商认可的模块联接关系，即一种 总线标准 。
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总线规范,
机械结构规范
功能结构规范
电气规范
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总线的基本工作方式：
a.通常是由发送信息的部件 分时 地将信息发往总线,再由总线将这些信息 同时 发往各个接收信息的部件 。
b.究竟由哪个部件接收信息,要由 CPU给出的设备地址经 译码 产生的控制信号来决定 。
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1.2 采用总线技术的优点减少各部件之间的连接线,
使各部件之间的关系转化为面向总线的单一关系，
即设计和使用某一部件，无须考虑该部件和其他相应部件间的复杂关系，只要满足它和总线之间的关系即可。
方便了系统的构成、维护、扩充或更新,
各部件和总线采用挂接形式，增加或去掉一个部件对整个系统的结构不会造成什么影响。
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总线技术使计算机的设计生产走向标准化：
有了总线标准，用户可以选用不同厂家的部件或设备组成自己所需的系统；可以设计出符合总线标准的专用部件或设备。
总线技术还带来了高效率：
有了总线标准，各个模板遵循统一的标准，引脚定义是相同的，不用的引脚可以空着，不必为每个模板制作不同的接口。
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1.3 总线分类和性能指标
1.3.1 总线的分类
1.3.2 总线的性能指标
12
1.3.1 总线的分类
按相对于 CPU与其他芯片的位置可分为 片内总线,片总线,系统总线 和 外部总线 。
按总线传送信息的类别或总线的功能，可把总线分为 地址总线,数据总线 和 控制总线 。
按照总线传送信息的方向，可把总线分为 单向总线 和 双向总线 。
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微处理器内部总线（片内总线）,连接处理器内部各功能单元的总线。
片总线 (Chip Bus,C-BUS):又称元件级总线，把部件内各种不同器件连接在一起的信号线。
内总线 (Internal Bus,I-BUS):即系统总线，用于微机各部件之间的信息传输。
外部总线 (External Bus,E-BUS):又称通信总线，
用于微机之间或微机与设备 (如 Modem)之间的通信。例如,RS232C,IEEE488,USB。
上述四类总线的地位和关系见下图。
14微型计算机各级总线示意图
15现代微机总线机构示意图
CPU
c a c h e
DRAM
B r i d g e
/ M e m o r y
c o n t r o l l e r
A u d i o V i d e o
PCI Local Bus
LAN S C S I
BUS
B r i d g e
I S A,I D E M i c r o C h a n n e l
B a s e
I/O
G r a p h i c s
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1.3.2总线的性能指标常用的量化指标如下：
总线带宽 (最大数据传输速率 MB/S)
总线宽度
工作频率
负载能力
17
总线带宽,总线宽度,总线工作频率三者之间的关系就像高速公路上的车流量,车道数和车速的关系 。
总线带宽取决于总线宽度和工作频率,总线宽度越宽,工作频率越高则总线带宽越大 。
总线带宽的计算公式如下：
总线带宽 （ Q） =工作频率 （ f） × 总线宽度 （ W）
/N（ =8）,单位,Mbps（ 每秒兆字节 ）,
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常见总线的带宽和传输率
19
2,总线原理
2.1 8086的两种组态
2.2 总线的控制
2.3 总线时序
2.4 数据传送
2.5 总线驱动
20
2.1 8086的两种组态最小组态,
当要利用 8086构成一个较小的系统时,即所连的存储器容量不大、芯片不多,所要连的 I/O接口也不多,
系统的地址总线可由 CPU的 AD0～ AD15,A16 ～ A19通过地址锁存器 (8282,373,244)供给 ;数据总线可以直接由 AD0 ～ AD15供给,也可以通过发送 /接收接口芯片
8286供给 (增大总线的驱动能力 )； 系统的控制总线直接由 CPU的控制线供给 。
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最大组态：
若要构成一个较大的系统,要求由较强的驱动能力,
此时,8086要通过一组总线控制器 8288来形成各种总线周期,控制信号由 8288供给 。
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局部总线和系统总线间的逻辑电路称为 总线控制逻辑 。
在 PC/XT系统中，总线控制逻辑由地址锁存器、
数据收发器和总线控制器组成。
在 8088系统中，由于有部分地址线和其他信号线复用，在执行存储器读写和 I/O读写时，要求地址在总线周期中一直保持有效，因此在地址信息有效时，必须由锁存器对地址信息锁存。
数据收发器用于对数据总线的状态和方向进行控制。
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当 8088工作在最大方式时,8088不直接输出存储器读写命令和 I/O读写命令，而只输出表示当前所执行的总线周期类型的状态信息。
因此总线控制逻辑中还包括总线控制器 8288，
8288根据 8088输出的指出操作类型的状态信息产生存储器读写信号,I/O读写信号及其他有关控制信号 。
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2.2 总线的控制
总线的控制贯穿在从总线主部件申请使用总线到数据传送完毕的整个过程,分为以下几个步骤
（ 主控 Master和从属 Slave）,
申请阶段：总线请求,总线仲裁；
寻址阶段：主控模块发出从属模块地址和有关命令；
传送阶段：传送数据,检错和出错处理；
结束阶段：主控模块让出总线 。
总线控制线路主要包括,总线仲裁逻辑,驱动器和中断逻辑 等 。
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2.3 总线时序
1,时序的基本概念
8088执行一条指令所需的时间称之为 指令周期 。
一个指令周期包括若干（至少一个） 机器周期 。
机器周期中 8088与存储器或 I/O接口交换一个字节数据所用的时间，也称为 总线周期 。
不同的指令所需机器周期数各有差异。 一个总线周期由若干时钟周期（又称 T周期）组成。时钟周期是计算机定时的基本时间单位。
PC/XT的时钟频率是 4.77MHz。
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CPU和总线控制逻辑中所有的信号都是在时钟信号作用下，按一定时序工作的。在一个总线周期中，在某一时钟时，一些信号有效；在另一时钟时，
另外一些信号有效。
8088通过总线对存储器或 I/O接口进行一次访问所需的时间称为总线周期。
一个总线周期一般包括 4个时钟周期。
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2,8086的典型时序
（ 1）存储器读周期和写周期
（ 2） I/O读和 I/O写周期
（ 3）中断响应周期
（ 4）空闲周期
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存储器读周期时序
30
I/O读和 I/O写周期时序
31
中断响应时序
32
T1 T2 T3 TW T4 T1 T2 T3 T4 T1 T1 T1 T2 T3 TW TW T4
用于等待存储器或 I/O
接口响应的等待状态总线周期间的等待状态
33
2.4 数据传输总线数据传输的方式：
同步方式：用系统时钟信号作为控制数据传输的时间标准。
异步方式：采用“应答式”传输技术，用,REQ”
和,ACK”信号来协调传输过程。
半同步方式：用系统时钟信号来定时，但根据信号线的状态判断传输过程状态，使传输操作与时钟同步。
34
同步方式数据传输时序图
C L K
T 1 T 2 T 3 T W T4
R D
D A T A
地址输出
A D D R E S S
数据输入
35
36
2.5 总线驱动总线驱动除考虑信号线外,电源的 驱动能力 有时也是考虑的重要方面,特别是现在的一些外设总线 （ 如 USB总线等 ）,
设备的电源完全从总线获得,更应该考虑这个问题 。
37驱动示意图驱动电路共阴极 LED
P0(P1)
VCC
38
…RAM RAM RAM
A0
LS244
CPU
驱动示意图
39
3,微机系统总线标准
3.1 系统总线标准
3.2 常见系统总线标准
3.3 其他总线
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系统总线通常为 50~100根信号线,这些信号线可分为五个主要类型：
数据线：决定数据宽度 。
地址线：决定直接寻址范围 。
控制线：包括控制,时序和中断线,决定总线功能和适应性的好坏 。
电源线和地线：决定电源及地线的种类和用法 。
备用线：留给厂家或用户自己定义 。
3.1 系统总线标准
41
标准总线与总线标准
为了便于部件或系统间的互连，或不同厂家产品的互换与兼容，必须采用标准总线。
往往是某个公司的产品出了名，它的总线规范被广泛接受，然后被 ISO（ International Standardi-
zation Organization）或 IEEE（ Institute for Elec-
trical and Electronic Engineers）这样的组织采纳、
修改、公布，成为国际标准。
42
IBM 62线总线 (IBM-PC/XT总线 );
ISA总线 (Industrial standard Architecture),
又称 IBM-PC/ AT总线；
EISA总线 (Extended ISA);
PCI总线 (Peripheral Component Interconnect).
比较有名的总线标准
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3.2 常见系统总线标准
3.2.1 PC/XT,ISA（ PC/AT） 总线
3.2.2 EISA总线
3.2.3 PCI总线
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3.2.1 PC/XT,ISA（ PC/AT）总线
PC／ XT总线
PC/XT总线有 62个引脚，支持 8位双向数据传输 和
20位寻址空间,有 8个接地和电源引脚,25个控制信号引脚,1个保留引脚。总线底板上有 5个系统插槽，用于 I/O设备与 PC机连接。 该总线的特点是把
CPU视为总线的惟一主控设备（ master），其余外围设备均为从属设备（ slave） 。
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PC/XT总线技术的计算机结构
PC和 PC/XT总线的微机系统结构示意图扬声器
8 个 8 位 62 引脚扩展槽扩展总线缓冲
C P U 8088 (4,77 MH z ) 8087 （可选）
R O M BI O S D R A M 控制器 R A M
82 37 DMA 控制器
D MA 页面寄存器
8253 定时 / 计数器
82 59 中断控制器
8250 串行通信控制器键盘与并行控制电路
46
ISA总线
IBM公司在 PC /XT总线基础上增加 36个引脚，形成了
AT总线。即从 1982年以后，逐步确立的 IBM公司工业标准体系结构，简称为 ISA（ Industry Standard
Architecture）总线，有时也称为 PC/AT总线。
ISA总线插槽
47
ISA总线插槽示意图,
62芯 8位基本 ISA插槽 36芯 16位扩充 ISA插槽
48
ISA总线
IBM PC/XT总线 (8位数据宽度 )和 IBM PC/AT总线 (16位数据宽度 )的总称－ ISA总线 (工业标准总线 )。
机械规范（略）
两个插口,
D18 …… D1
C18 …… C1
B31 ……,,B1
A31 ……,A1
(标在印刷电路板上 )
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ISA总线的信号说明
前 62引脚 (用于插入与 XT兼容的 8位扩展卡 )，与 XT兼容。
后 36引脚。
利用前 62引脚和后 36引脚，可插入 16位扩展卡。
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ISA总线引线示意图总线基本信号
BACK
OSC
RESET
总线访问信号
SA19~SA0
BALE
AEN
SMEMR#
SMEMW#
IOR#
IOW#
总线控制信号总线访问信号
LA23~LA17
SBHE#
MEMR#
MEME#
DACK3#~DACK1#
T/C
总线控制信号
DACK7#~DACK5#
DACK0#
MASTER
总线访问信号
SD7~SD0
I/O CHRDY
I/OCHCK#
NOWS#
IRQ7~IRQ3
DRQ3~DRQ1
SD15~SD8
MEMCS16#
IOCS16#
IRQ15,IRQ14,DRQ12~DRQ9
DRQ7~DRQ5 DRQ0
总线控制信号总线访问信号总线控制信号
51
PC/AT ISA总线的微机系统结构
80
48
6P
C
AT
/IS
A
总线系统结构
CP U 局部总线
S IM M S
8 位总线后备电池
8 个 8 位
XT 插槽
IS A 总线
P C/ A T 或 IS A 插槽
6 个 16 位
A T /IS A 扩展槽主存 DRA M
4 ~ 7 6 8 M B
64K ~ 1 2 8 K
ROM BIOS
C PU
80486
P C A T /IS A 核心逻辑芯片组内含：
7 个 DMA 通道
15 级中断时间 / 计数器总线缓冲器扩展总线控制器
DRA M 与 L2
C a c h e 控制器
L2 Ca c h e
128 K ~ 5 1 2 K
8 0 4 2 M P U
KBD /M ous
控制器实时时钟 / 日历
CM OS RA M
52
3.2.2 EISA总线
EISA总线
为了打破 IBM的垄断,1988年 9月,Compaq,AST，
Epson,HP,Olivetti,NEC等 9家公司联合 起来，
推出了一种兼容性更优越的总线，即 EISA 总线。
53
EISA总线的微机系统结构
EISA总线微机系统结构图
CP U 局部总线
SIM MS
8 位 X 总线后备电池
ISA 总线 8 位 XT 插槽
16 位 ISA 插槽
EISA 总线
32 位 EISA 插槽
CP U ( 4 8 6 / P e n tiu m )
EISA 核心逻辑芯片组内含：
7 个 DMA 通道
15 级中断时间 / 计数器
EISA 总线扩展与控制器控制
RA M 与 L2
C a c h e 控制器
L2 C a c h e
一般为 5 1 2 K
主存 DR A M
4 ~ 7 6 8 MB
64 ~ 1 2 8 K RO M BIO S
8 0 4 2 M P U
键盘 / 鼠标控制器实时时钟 / 日历
CMOS RA M
54
XT
、IS
A
、EI
SA
总线扩展槽示意图说明,● 代表 IS A,XT 总线引脚
■代表 E IS A 总线引脚
D 1 G
H 19 C
B 1 E
F 31 A
55
PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，由 Intel首先提出。
PCI总线的系统结构：
CPU 存储控制器 存储器
PCI桥标准总线桥设备标准总线 ISA,EISA
设备 设备 设备
PCI总线
3.2.3 PCI总线
56
PCI桥 (“北桥” )：实现 PCI总线所需的全部控制。
标准总线桥（“南桥”）,将 PCI
总线转换为标准总线 ISA,EISA。
桥芯片的作用,起到信号缓冲,电平转换和控制协议转换的作用。
57
PCI局部总线的特点
线性突发传输
存取延误极小
总线主控及同步操作
独立于 CPU的结构
低成本、高效益
兼容性
预留发展空间
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PCI总线插槽
59
60
61
PCI总线的微机系统结构典型PCI
局部总线的PC
I/I
SA
系统结构图
3 2 / 6 4 位 C P U 局部总线
S IM M S
2 至 3 个 P CI 总线
P CI 插槽可选择的主板 P CI 芯片级适配器
4 个 8 位 XT 插槽
4 个 16 位 I S A 槽
CP U （ 4 8 6 / P e n ti u m ）
L 2 Ca c h e
一般为 5 1 2 K
DRA M 与 L2
C a c h e 控制器局部总线到 P CI
桥电路主存 DRA M
4 ~ 7 6 8 M B
LA N S CS I ID E
P CI 到
IS A
桥电路
（南桥）
64K ~ 1 2 8 K
ROM BIOS
8 0 4 2 M P U
键盘 / 鼠标控制器实时时钟
CM OS RA M
62PCI总线连接图
63
3.3 其他总线
3.3.1 RS-232
3.3.2 USB
3.3.3 EIDE,SCSI
64
3.3.1 RS-232
RS-232串行接口
虽然现在有一些高速串行总线标准,但是 RS-232依然是现代微机的标准串行口,
一般提供两个插座,MS-DOS规定其设备名为 COM1,COM2,现在仍沿用这些名称 。 也有主板只提供一个插座的情况 。
65
3.3.2 USB
USB总线
USB（ Universal Serial Bus）称为通用串行总线，
是由 Compaq,DEC,IBM,Intel,Microsoft、
NEC和 NT（北方电讯）七家公司推出的新一代接口标准总线。
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3.3.3 EIDE,SCSI
EIDE接口
作为接口，包括了硬件和软件两部分：接口设备是硬件，接口信号规范标准是软件。基本的硬盘接口标准有四种，即 ST506,IDE,ESDI，
SCSI。
SCSI接口
SCSI的原文是 Small Computer System Interface，
即小型计算机系统接口。 SCSI也是系统级接口，
可与各种采用 SCSI接口标准的外部设备相连，
如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和磁带驱动器等。
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EIDE接口
与 IDE相比,EIDE有以下几个方面的特点：
支持大容量硬盘，最大容量可达 8.4GB，通过 BIOS
中对 INT13H中断的处理，可支持超过 100GB的容量。
EIDE标准支持除硬盘以外的其他外设。
可连接更多的外设，最多可连接四台 EIDE设备。
EIDE具有更高的数据传输速率。
为了支持大容量硬盘,EIDE支持三种硬盘工作模式,NORMAL,LBA和 LARGE模式 。
68
EIDE
现在最常见的 PC机上的硬盘,CD-ROM
接口；
支持的速率越来越快；
网络资源：
http://tech.sina.com.cn/c/2001-10-09/6270.html
69
SCSI接口标准的主要特性
SCSI是系统级接口，可与各种采用 SCSI接口标准的外部设备相连，如硬盘驱动器、扫描仪、
光盘、打印机、磁带驱动器、通信设备等；
SCSI是一个多任务接口，具有总线仲裁功能；
SCSI可以按同步方式和异步方式传输数据；
SCSI可分为单端传送方式和差分传送方式；
SCSI总线上的设备没有主从之分，相互平等。
70
SCSI
Small Computer System Interface；
计算机与外存储器等外设的连接接口（较多的是应用于服务器硬盘接口）；
有启动设备和目标设备之分，通过高级命令进行通信，兼容性好，是一种智能接口；
网络资源：
http://www.speedy.com.cn/cpjs/scsi.html
http://tech.163.com/tm/010111/010111_13301(1).html
http://www.hardwarecentral.com/hardwarecentral/tutori
als/36/1/
71
思考题
1,什么是总线? 计算机中为什么要采用总线结构?
2,总线的工作过程,
3,有哪几种常用的总线?
4,ISA,PCI总线的特点,
