1
第 4章
微机总线与标准
计算机教学实验中心
2
主要内容
掌握：
? 总线的基本概念和分类；
? 总线的系统结构
? 总线的主要功能及原理；
? 常用系统总线标准；
? 通用串行总线（ USB）
3
§ 4.1 总线的基本概念
? 总线概念；
? 总线分类及其特点
4
总线的一般概念
? 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。
5
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/224TB
? 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
6
总线的分类及特点（续）
? 按总线的层次结构
? CPU总线 /前端总线（ FSB）
? 直接由 CPU引脚引出的总线，例如,P4 CPU与 GMCH（北桥）
之间的总线
? 局部总线（只出现在 80386以后的微机系统中）
? CPU总线与系统总线之间的总线
? 它一侧通过北桥与 CPU总线连接，另一侧通过南桥与系统总
线连接，例如 PCI总线
? 系统总线
? 与总线扩展槽连接的总线，如 ISA和 EISA总线
? 外部总线
? 主机与外设之间的总线，如 USB和 IEEE1394
? 其他
? AGP，专用视频接口，专用于显卡与内存之间的数据传输
? SCSI，标准的设备接口，可连接 15台外设
? IDE/EIDE，外部存储设备接口，每个接口可连接 2台设备
7
§ 4.2 总线的结构
? 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
8
单总线结构
CPU
M M
I/O I/OI/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
9
双总线结构
? 面向 CPU的双总线结构
CPU
M
I/O I/OI/O
? 缺点：存储器与 I/O设备的数据传输必须通过 CPU
10
双总线结构
? 面向存储器的双总线结构
CPU
M
I/O I/OI/O
11
多总线结构
? 系统中拥有两个以上的总线
12
§ 4.3 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
13
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
14
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
15
异步方式的时序
地址 /数据
(发送方 )请求
(接收方 )应答
16
半同步方式的时序
地址
数据
时钟
就绪
等待一个时钟周期
17
二、总线的仲裁控制
? 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。
? 80x86微机中采用的是独立请求方式
链式查询方式
独立请求方式
18
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
19
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）
20
三态总线驱动器
输入 输出
OE
输入 输出
OE
输入 输出
OE
输入 输出
OE
21
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
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
OE
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
T
?OE：输出允许。
? T,方向。 T=0,B→A ； T=1,A→B
22
典型总线驱动器芯片
? 74LS244 —— 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
74LS244E1E2
1A1
1A2
1A3
1A4
2A1
2A2
2A3
2A4
1Y1
1Y2
1Y3
1Y4
2Y1
2Y2
2Y3
2Y4
1组输出
2组输出
1组输入
2组输入
23
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
24
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
DI0
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
DI7
STB
DO0
DO1
DO2
DO3
DO4
DO5
DO6
DO7
OE
25
四、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）,一次传送的数据位数
? 工作频率（ MHz）
? 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,400× 64/8=3.2GB/s 或 800× 64/8=6.4GB/s
例 2,PCI总线的频率为 33.3MHz，位宽为 32bit或 64bit。
PCI带宽,33.3× 32/8=133MB/s 或 33.3× 64/8=266MB/s
26
§ 4.4 常用系统总线及外部总线
? 常用系统总线标准
? ISA（工业标准体系总线）
? Industry Standard Architecture
? PCI（外围部件互连总线）
? Peripheral Component Interconnect
? 常用系统接口标准
? 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）
27
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
? 用于 80286～ PIII（个别 P4微机也支持）
28
ISA总线插槽
? 外形见 P121，共 98个引线
? 主要引线信号：
? SA0～ SA19（锁存的）,LA17～ LA23（非锁存的）（地址）
? SD0～ SD15（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）
? IRQ3～ IRQ7,IRQ9～ IRQ11,IRQ14,IRQ15
? DRQ0～ DRQ3,DRQ5～ DRQ7
? DACK0～ DACK3,DACK5～ DACK7
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。
29
简单的 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 0000B – 1100 0000 0010B
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
30
简单的 ISA总线接口 (输出接口 )
驱动
电路
D7-D0
C
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
DI7
∫
DI0
DO7
∫
DO0
发光
器件
组合
C000H 改变灯光图案样式
选通
31
二,PCI总线
? 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
32
PCI总线插槽
? 外形见 P124，共 62根引线（ 64位 PCI有 94根）
? 包括：
? 系统接口信号（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
33
PCI总线
? 总线命令
? I/O和存储器读写控制信号都是通过命令码给出
? 命令码出现在 C/BE[3:0]这 4根线上
? 共有 12种命令
? 中断响应、存储器读 /写,IO读 /写、配置读 /写、等等
? 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
34
PCI总线
? PCI总线配置
? 目的：实现设备的自动配置、加载（ PnP）
? 微机启动时，配置软件将扫描 PCI总线
? 确定有哪些设备，设备配置要求是什么
? 每个 PCI设备都有一个配置存储区
? 包括了 64个 32位配置寄存器
? 前 16个寄存器（标题区）的格式由 PCI标准化组织定义
? 后 48个寄存器的格式由厂家自行定义
? 标题区的内容包括：
? 设备识别信息（被 OS用来自动定位驱动程序）
? 厂商 /设备标识、版本、子系统厂商标识、子系统标识
? 设备分类代码
? 设备控制信息
? 设备状态信息
? 基址寄存器（用于映射设备使用的存储区域或 I/O地址区域）
35
PCI总线
? PCI BIOS
? OS、应用程序、驱动程序不能直接访问 PCI
配置寄存器，必须通过 PCI BIOS访问
? 提供了一组访问 PCI的函数
? 16位实模式下通过 INT 1AH中断来调用
? AH=0B1H,AL=子功能号
? 子功能有 13个，包括：
? PCI BIOS检测、查找 PCI设备、读 /写配置信息、
分配中断等
36
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 370～ 840MB/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）
37
四,IDE接口 （ ATA）
? 主要用于硬盘 /光驱 /磁带驱动器
? 现已发展为 EIDE（增强的 IDE）和串行 ATA（ SATA）
? 已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡
? 主板提供 2-4个接口
? 每接口可连接 2个硬盘（主 /从）
? 数据传输方式：
? PIO方式,PIO0～ PIO4（ 3.3MB/s～ 16.6MB/s）
? 40针接口，扁平电缆
? 硬盘最大容量 528MB
? DMA方式,DMA0～ DMA2（ 11MB/s～ 16.6MB/s）
? 40针接口
? 硬盘最大容量 8.4GB
? UDMA方式,UDMA3～ UDMA6（ 33.3MB/s～ 133MB/s）
? 80针接口，地线和信号线交叉排列
? 通过特殊的扩展 BIOS，可支持 200GB以上的硬盘
38
五,USB总线
? 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（ 12Mb/s）,2.0（ 480Mb/s）
? 设备连线最长 5米
? 即插即用
? 必须要有 USB主机存在，设备不能独立工作
39
USB总线的优点
? 易于使用
? 即插即用，可热插拔；
? WindowsNT/2000/XP/2003下不需安装驱动程序
? 具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；
? 提供电源
? 5V,500mA
? 节省硬件资源
? IRQ,I/O地址
? 易于连接
? 主板上提供 2－ 6个 USB接口，通过集线器最多可支持 127
个外设
? 4芯电缆（＋ D,-D,+5V,GND）
40
USB总线的优点
? 传送速率可满足大多数外设要求
? 1.5MB/s,12MB/s,480MB/s（ 2.0）
? 可靠性高
? 能进行错误校验和控制，且由硬件实现
? 低成本
? 主板已集成 USB接口
? 设备端的 USB接口控制芯片很便宜
? 低功耗
? 不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复
41
USB设备及拓扑结构
? USB设备
集线器 扩展接口数量
功能部件 即 USB设备
复合部件
? 拓扑结构
? 星形（树形）、级连
42
USB接口工作原理
? USB系统分为两大部分,USB主机,USB设备
? USB主机
? 由 PC系统中的 USB硬件和驱动程序组成；
? 整个微机中只能有一个 USB主机；
? 其接口称为 USB控制器；
? USB硬件在微机中被集成在南桥中。
? 功能：
? 检测 USB设备的插拔操作
? 在主机与设备之间管理数据流
? 通信总是由主机发起，并由主机控制传输过程
? 多个设备传输时，采用分时复用（每个时间槽 1ms）
? 错误检查（ CRC校验）
? 为设备提供电源
43
USB接口工作原理
? USB设备
? 分为集线器和功能设备
? 集线器,1个上连端口和若干个下连端口
? 自动探测设备的插拔并向 USB主机报告
? 为下行设备分配电源
? 分离高速数据流和低速数据流
? 功能设备：可以从 USB总线上收发数据的设备
? 包含自己的各种配置信息，以供 USB主机查询
? 不能主动发起通信
? 功能：监视与自己的通信、对主机的请求进行响应、错误检
查、管理电源（没有总线活动（ 3ms）时进入挂起状态）
44
USB接口工作原理
? USB通信模型
客户
USB主机
USB接口
功能模块
USB设备
USB接口
主机 设备
消息
数据包
位流
45
USB接口工作原理
? USB主机的软件和硬件
客户软件
USB驱动程序
（ USBD）
USB接口
主控制器驱动程序（ HCD）
USB主机软件 U
S
B
主
机
主机
46
USB接口工作原理
? USB数据包格式（主要的）
PID USB地址 (7位 ) 端点号 CRC
PID 数据 (1-1023字节 ) CRC
标识包
数据包
PID,包的类型编号
PID应答 D2H,ACK5AH,NAK
C3H：偶数包
4BH：奇数包
47
六,IEEE 1394总线
? 可用于数字化视频、音频，硬盘
? 结构类似于 USB，树形拓扑
? 串行、打包传送
? 6芯电缆,4根信号线＋电源＋地线
? 设备之间距离最大 4.5米，总长度为 50～ 100米
? 设备可独立工作，无需微机的控制
? 设备之间可直接连接，如数字摄像机连接到电视机
? 最大传输速率,400MB/s（将来可达 3.2GB/s）
? 100MB/s,200MB/s,400MB/s
? 支持异步和同步两种传输模式
? 支持带电插拔和即插即用
? 可提供 8V～ 40V/1.5A的电源
? 一个接口上可连接 63台设备
48
结束语
? 掌握总线的基本概念、分类和主要指标；
? 了解总线的基本结构；
? 掌握总线的基本功能；
? 了解总线锁存器和总线驱动器；
? 了解常用的系统总线 /接口及外设总线。
49
作业：
? 4.2
? 4.6
? 4.9
? 4.13
? 4.15
第 4章
微机总线与标准
计算机教学实验中心
2
主要内容
掌握：
? 总线的基本概念和分类；
? 总线的系统结构
? 总线的主要功能及原理；
? 常用系统总线标准；
? 通用串行总线（ USB）
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§ 4.1 总线的基本概念
? 总线概念；
? 总线分类及其特点
4
总线的一般概念
? 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。
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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/224TB
? 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
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总线的分类及特点（续）
? 按总线的层次结构
? CPU总线 /前端总线（ FSB）
? 直接由 CPU引脚引出的总线，例如,P4 CPU与 GMCH（北桥）
之间的总线
? 局部总线（只出现在 80386以后的微机系统中）
? CPU总线与系统总线之间的总线
? 它一侧通过北桥与 CPU总线连接，另一侧通过南桥与系统总
线连接，例如 PCI总线
? 系统总线
? 与总线扩展槽连接的总线，如 ISA和 EISA总线
? 外部总线
? 主机与外设之间的总线，如 USB和 IEEE1394
? 其他
? AGP，专用视频接口，专用于显卡与内存之间的数据传输
? SCSI，标准的设备接口，可连接 15台外设
? IDE/EIDE，外部存储设备接口，每个接口可连接 2台设备
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§ 4.2 总线的结构
? 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
8
单总线结构
CPU
M M
I/O I/OI/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
9
双总线结构
? 面向 CPU的双总线结构
CPU
M
I/O I/OI/O
? 缺点：存储器与 I/O设备的数据传输必须通过 CPU
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双总线结构
? 面向存储器的双总线结构
CPU
M
I/O I/OI/O
11
多总线结构
? 系统中拥有两个以上的总线
12
§ 4.3 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
13
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
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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
15
异步方式的时序
地址 /数据
(发送方 )请求
(接收方 )应答
16
半同步方式的时序
地址
数据
时钟
就绪
等待一个时钟周期
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二、总线的仲裁控制
? 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。
? 80x86微机中采用的是独立请求方式
链式查询方式
独立请求方式
18
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
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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）
20
三态总线驱动器
输入 输出
OE
输入 输出
OE
输入 输出
OE
输入 输出
OE
21
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
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
OE
B0
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
T
?OE：输出允许。
? T,方向。 T=0,B→A ； T=1,A→B
22
典型总线驱动器芯片
? 74LS244 —— 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
74LS244E1E2
1A1
1A2
1A3
1A4
2A1
2A2
2A3
2A4
1Y1
1Y2
1Y3
1Y4
2Y1
2Y2
2Y3
2Y4
1组输出
2组输出
1组输入
2组输入
23
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
24
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
DI0
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
DI7
STB
DO0
DO1
DO2
DO3
DO4
DO5
DO6
DO7
OE
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四、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）,一次传送的数据位数
? 工作频率（ MHz）
? 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,400× 64/8=3.2GB/s 或 800× 64/8=6.4GB/s
例 2,PCI总线的频率为 33.3MHz，位宽为 32bit或 64bit。
PCI带宽,33.3× 32/8=133MB/s 或 33.3× 64/8=266MB/s
26
§ 4.4 常用系统总线及外部总线
? 常用系统总线标准
? ISA（工业标准体系总线）
? Industry Standard Architecture
? PCI（外围部件互连总线）
? Peripheral Component Interconnect
? 常用系统接口标准
? 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）
27
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
? 用于 80286～ PIII（个别 P4微机也支持）
28
ISA总线插槽
? 外形见 P121，共 98个引线
? 主要引线信号：
? SA0～ SA19（锁存的）,LA17～ LA23（非锁存的）（地址）
? SD0～ SD15（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）
? IRQ3～ IRQ7,IRQ9～ IRQ11,IRQ14,IRQ15
? DRQ0～ DRQ3,DRQ5～ DRQ7
? DACK0～ DACK3,DACK5～ DACK7
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。
29
简单的 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 0000B – 1100 0000 0010B
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
30
简单的 ISA总线接口 (输出接口 )
驱动
电路
D7-D0
C
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
DI7
∫
DI0
DO7
∫
DO0
发光
器件
组合
C000H 改变灯光图案样式
选通
31
二,PCI总线
? 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
32
PCI总线插槽
? 外形见 P124，共 62根引线（ 64位 PCI有 94根）
? 包括：
? 系统接口信号（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
33
PCI总线
? 总线命令
? I/O和存储器读写控制信号都是通过命令码给出
? 命令码出现在 C/BE[3:0]这 4根线上
? 共有 12种命令
? 中断响应、存储器读 /写,IO读 /写、配置读 /写、等等
? 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
34
PCI总线
? PCI总线配置
? 目的：实现设备的自动配置、加载（ PnP）
? 微机启动时，配置软件将扫描 PCI总线
? 确定有哪些设备，设备配置要求是什么
? 每个 PCI设备都有一个配置存储区
? 包括了 64个 32位配置寄存器
? 前 16个寄存器（标题区）的格式由 PCI标准化组织定义
? 后 48个寄存器的格式由厂家自行定义
? 标题区的内容包括：
? 设备识别信息（被 OS用来自动定位驱动程序）
? 厂商 /设备标识、版本、子系统厂商标识、子系统标识
? 设备分类代码
? 设备控制信息
? 设备状态信息
? 基址寄存器（用于映射设备使用的存储区域或 I/O地址区域）
35
PCI总线
? PCI BIOS
? OS、应用程序、驱动程序不能直接访问 PCI
配置寄存器，必须通过 PCI BIOS访问
? 提供了一组访问 PCI的函数
? 16位实模式下通过 INT 1AH中断来调用
? AH=0B1H,AL=子功能号
? 子功能有 13个，包括：
? PCI BIOS检测、查找 PCI设备、读 /写配置信息、
分配中断等
36
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 370～ 840MB/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）
37
四,IDE接口 （ ATA）
? 主要用于硬盘 /光驱 /磁带驱动器
? 现已发展为 EIDE（增强的 IDE）和串行 ATA（ SATA）
? 已集成到硬盘驱动器中，无需接口卡
? 主板提供 2-4个接口
? 每接口可连接 2个硬盘（主 /从）
? 数据传输方式：
? PIO方式,PIO0～ PIO4（ 3.3MB/s～ 16.6MB/s）
? 40针接口，扁平电缆
? 硬盘最大容量 528MB
? DMA方式,DMA0～ DMA2（ 11MB/s～ 16.6MB/s）
? 40针接口
? 硬盘最大容量 8.4GB
? UDMA方式,UDMA3～ UDMA6（ 33.3MB/s～ 133MB/s）
? 80针接口，地线和信号线交叉排列
? 通过特殊的扩展 BIOS，可支持 200GB以上的硬盘
38
五,USB总线
? 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（ 12Mb/s）,2.0（ 480Mb/s）
? 设备连线最长 5米
? 即插即用
? 必须要有 USB主机存在，设备不能独立工作
39
USB总线的优点
? 易于使用
? 即插即用，可热插拔；
? WindowsNT/2000/XP/2003下不需安装驱动程序
? 具级联方式，并可智能识别链上外围设备的插拔；
? 提供电源
? 5V,500mA
? 节省硬件资源
? IRQ,I/O地址
? 易于连接
? 主板上提供 2－ 6个 USB接口，通过集线器最多可支持 127
个外设
? 4芯电缆（＋ D,-D,+5V,GND）
40
USB总线的优点
? 传送速率可满足大多数外设要求
? 1.5MB/s,12MB/s,480MB/s（ 2.0）
? 可靠性高
? 能进行错误校验和控制，且由硬件实现
? 低成本
? 主板已集成 USB接口
? 设备端的 USB接口控制芯片很便宜
? 低功耗
? 不工作时能够自动进入休眠状态，并能自动恢复
41
USB设备及拓扑结构
? USB设备
集线器 扩展接口数量
功能部件 即 USB设备
复合部件
? 拓扑结构
? 星形（树形）、级连
42
USB接口工作原理
? USB系统分为两大部分,USB主机,USB设备
? USB主机
? 由 PC系统中的 USB硬件和驱动程序组成；
? 整个微机中只能有一个 USB主机；
? 其接口称为 USB控制器；
? USB硬件在微机中被集成在南桥中。
? 功能：
? 检测 USB设备的插拔操作
? 在主机与设备之间管理数据流
? 通信总是由主机发起，并由主机控制传输过程
? 多个设备传输时，采用分时复用（每个时间槽 1ms）
? 错误检查（ CRC校验）
? 为设备提供电源
43
USB接口工作原理
? USB设备
? 分为集线器和功能设备
? 集线器,1个上连端口和若干个下连端口
? 自动探测设备的插拔并向 USB主机报告
? 为下行设备分配电源
? 分离高速数据流和低速数据流
? 功能设备：可以从 USB总线上收发数据的设备
? 包含自己的各种配置信息，以供 USB主机查询
? 不能主动发起通信
? 功能：监视与自己的通信、对主机的请求进行响应、错误检
查、管理电源（没有总线活动（ 3ms）时进入挂起状态）
44
USB接口工作原理
? USB通信模型
客户
USB主机
USB接口
功能模块
USB设备
USB接口
主机 设备
消息
数据包
位流
45
USB接口工作原理
? USB主机的软件和硬件
客户软件
USB驱动程序
（ USBD）
USB接口
主控制器驱动程序（ HCD）
USB主机软件 U
S
B
主
机
主机
46
USB接口工作原理
? USB数据包格式（主要的）
PID USB地址 (7位 ) 端点号 CRC
PID 数据 (1-1023字节 ) CRC
标识包
数据包
PID,包的类型编号
PID应答 D2H,ACK5AH,NAK
C3H：偶数包
4BH：奇数包
47
六,IEEE 1394总线
? 可用于数字化视频、音频，硬盘
? 结构类似于 USB，树形拓扑
? 串行、打包传送
? 6芯电缆,4根信号线＋电源＋地线
? 设备之间距离最大 4.5米，总长度为 50～ 100米
? 设备可独立工作，无需微机的控制
? 设备之间可直接连接，如数字摄像机连接到电视机
? 最大传输速率,400MB/s（将来可达 3.2GB/s）
? 100MB/s,200MB/s,400MB/s
? 支持异步和同步两种传输模式
? 支持带电插拔和即插即用
? 可提供 8V～ 40V/1.5A的电源
? 一个接口上可连接 63台设备
48
结束语
? 掌握总线的基本概念、分类和主要指标；
? 了解总线的基本结构；
? 掌握总线的基本功能；
? 了解总线锁存器和总线驱动器；
? 了解常用的系统总线 /接口及外设总线。
49
作业：
? 4.2
? 4.6
? 4.9
? 4.13
? 4.15
