第 8 章 总线接口教 案作者：李芷
2002.12.10
《微机原理与接口技术》
第 8章 总线接口
8.1 总线技术
8.2 系统总线
8.3 高速局部总线及其体系结构
8.4 常用的串行总线
8.1 总线技术计算机系统是一个信息处理系统,各部件之间存在着大量的信息流动 。 因此,计算机的系统与系统之间,
插件与插件之间,以及插件上的芯片之间需要设置公共通信线路,实现共享总线式的信息传输 。
8.1.1 总线和总线结构
8.1.2 总线类型和总线标准
8.1.3 总线技术
8.1.1 总线和总线结构
◆ 总线是计算机中各模块传输信息的一组公共信号线集合 。 它为计算机各个模块之间,或者各个设备之间,甚至模块的各部件之间提供公共的,标准化的信息通路 。
◆ 总线的特点在于其公用性,即它可以同时挂接多个模块或设备,
作为所有挂接模块或设备公共使用的信号载体或通路 。 总线在同一时刻,只能允许一对模块或设备进行信息交换 。 当有多个模块或设备需要同时使用总线进行信息传输时,总线只能采用分时方式,并且要对总线使用的优先权进行仲裁管理 。
◆ 总线结构包括两部分：传输信息的传输线路和总线控制逻辑 。
◆ 微机系统采用总线结构有以下优点：
⑴ 简化了系统结构 。
⑵ 优化了硬件和软件设计 。
⑶ 便于系统的扩充和更新 。
8.1.2 总线类型和总线标准
1,总线分类按功能层次可以把总线分成三类：
局部总线,局部总线是部件 （ 插件板 ） 内各芯片之间互连的总线,又称片级总线 。 它是以微处理器为核心的中央处理器模块或一个很小系统所用的总线 。
系统总线,系统总线是计算机系统内各功能部件之间相互连接的总线,又称板级总线或内总线 。 通常所说的微机总线就是指系统总线 。
通信总线,通信总线是计算机系统之间,或者计算机系统与其他通信设备之间的通信总线,又称外总线 。 这种总线不是计算机所专有的,通常是借用电子工业或其他领域已有的总线并加以应用而形成的 。
微机系统一般采用 多级总线结构 （ 例图 ） 。
微机系统的三级总线结构
RAM ·····
总线控制逻辑 CPU系统 板
CPU 局部总线
ROM 8255 8253
系统总线通信总线总 线扩展板存储器扩展板打印机接口板显示器接口板磁 盘接口板 ·····
8.1.2 总线类型和总线标准
2,总线标准
◆ 总线标准是国际上计算机厂家和计算机用户公认的,按照某种约定的总线互联标准 。
◆ 总线标准一般包括三部分内容：机械结构规范,功能结构规范,
电气规范 。
⑴ 功能结构规范：是总线标准的核心,确定引脚名称,功能及相互作用的管理规则 。 包括：数据线,地址线,读 /写控制逻辑线,
时钟线,电源线和地线等；中断机制；总线主控仲裁；复位,自启动,联络,休眠维护等应用逻辑 。
⑵ 机械结构规范：规定模块尺寸,总线插头,边沿联结器等规格 。
⑶ 电气规范：规定信号逻辑电平,负载能力及最大额定值,动态转换时间等 。
8.1.3 总线技术总线技术包括两个方面：物理连接技术和信号连接技术 。
◆ 总线的物理连接技术 —— 总线的,硬,技术,包括电缆的选择与连接；用于缓冲的驱动器,接收器的选择与连接；
酌情采用点对点的连接技术,把高速的内部总线与较长的物理总线相隔离；传输线的屏蔽,接地和抗干扰等 。
◆ 总线的信号连接技术 —— 总线的,软,技术,除了解决信号传输的缓冲,匹配等基本连接外,主要指总线判决,总线握手和中断控制等连接信号相互间的定时和逻辑控制技术 。
8.1.3 总线技术
1,总线传输周期总线是模块与模块之间信息传输的公共通道,因此,总线最基本的任务就是要保证信息能在总线上高速而可靠地传输 。 总线完成一个传输周期,一般分成四个阶段：
◆ 总线请求和判决阶段需要使用总线的主模块提出总线请求,由总线判决机构确定把下一个传输周期的总线使用权分配给哪一个请求源 。
◆ 寻址阶段取得使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块的地址和有关命令,让参与本次传输的从模块开始启动 。
◆ 传数阶段主模块和从模块进行数据传输,数据由源模块发出,经数据总线传输到目的模块 。
◆ 结束阶段主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线。
8.1.3 总线技术
2,总线 判决技术总线判决 （ 总线仲裁 ） 合理地控制和管理总线上需要占有总线的请求源,
确保任何时刻总线上最多只有一个模块发送信息,不允许产生总线冲突 。 当多个源同时提出总线请求时,以一定的优先算法判决哪一个应获得对总线的占用权 。
总线判决方式通常有两种,串行判决 和 并行判决 。
总 线总线允许 (BG) C
1 Cn·····C2总线判决器总线请求 (BR)
总线忙 (BB)
总线时钟 (BLCK)
串行判决示意图
8.1.3 总线技术
2,总线 判决技术总 线
C1 C2 Cn······
···
总线判决器
BR1
BG1
BLCK
BB
BR2
BG2
BRn
BGn
并行判决示意图
8.1.3 总线技术
3,总线 握手技术
◆ 总线握手主要是解决主模块取得总线占用权后,如何在主模块和从模块之间实现可靠的寻址和数据传输的问题 。
◆ 总线握手的作用是控制每个总线操作周期中数据传输的开始和结束,
以实现主,从模块之间的协调和配合,确保数据传输的可靠性 。 因此,总线握手必须以某种方式用信号的电压变化来标明总线周期的开始和结束,以及整个周期内每个子周期的开始和结束 。
◆ 微机系统通常采用的总线握手协定有以下三种 。
⑴ 同步总线协定：同步总线用同一时钟脉冲的前沿和后沿分别指明一个总线周期的开始和结束 。 这是最简单的一种握手协定,适合高速模块间传输的需要 。
⑵ 异步总线协定：总线上的主模块和从模块采用,一问一答,方式工作 。 不同速度的模块可以自主协调配合,以各自最佳速度进行传输 。
这是一种具有高可靠性和良好适应性的,使用很普遍的握手协定 。
⑶ 半同步总线协定：综合同步协定和异步协定的优点,兼有同步总线的速度和异步总线的可靠性与适应性 。
8.2 系统总线
8.2.1 STD总线
8.2.2 PC/XT总线
8.2.3 ISA和 EISA总线
8.2.1 STD总线
1,STD总线的特点
◆ STD总线 （ Standard Bus） 是一种通用工业标准总线 。
◆ STD总线标准以小尺寸的模板结构 （ 114.3× 165.1mm2）,结合大规模集成电路技术,建立了一个用功能模块面向控制系统设计的方法 。
◆ STD总线是我国工业控制机领域中优先重点发展的微机标准总线之一,特别适用于工业现场监测和工业过程控制,以及应用于分散型控制系统,进入工业网络 。
◆ 小板结构,开放式组态 。 小板结构抗干扰,抗振动,抗断裂能力强 。 开放式的灵活组态,使用户可根据自己的需要利用模板构筑系统,易于扩充和维护 。
◆ 高可靠性 。 产品平均无故障间隔率高,有的已达 60年 。
◆ 适应性强 。 支持 Intel,Motorola等多种系列的 8/16位微处理器 。
◆ 产品配套,功能齐全 。 有近千种功能模板和控制软件产品提供 。
◆ 良好的开发环境 。 小板结构便于按功能划分模块,提供较大的设计灵活性 。
8.2.1 STD总线
2,STD总线标准和信号功能
◆ STD总线标准：有 56根信号线,使用双列边缘式插座 。
◆ STD总线信号分为三个功能组 。
⑴ 电源线组,STD总线有 6条逻辑电源线和 4条辅助电源线 。 提供了逻辑电压 VCC（ +5V） 和逻辑地 GND,逻辑偏压 -5V和辅助直流电压
± 12V。
⑵ 数据总线和地址总线,STD总线的 8/16位数据线 （ 双向 ） 和 16/24位地址线 （ 单向 ） 都是三态隔离式的,采用了引脚复用技术 。
⑶ 控制总线,STD总线共有 22条控制总线 。 它们不仅为存储器,I/O和基本系统操作提供了控制信号,而且还为存储器扩展,存储器映射
I/O,动态存储器刷新,直接存储器存取 （ DMA）,多处理器处理,
慢速存储器访问,单拍及电源掉电再启动,查询中断,优先级矢量中断,链型中断和总线响应等提供控制信号 。
8.2.2 PC/XT总线
◆ PC/XT总线是 Intel微机系统总线中最为精简者 。
◆ IBM PC/XT有 8个 62芯扩展槽 J1~J8,可以在扩展槽插入不同功能的插件板,用来扩充系统功能 。
◆ PC/XT总线的 62芯管脚信号按功能可分成五组 。
⑴ 数据总线（ 8根）
D7~D0,8位双向数据总线。
⑵ 地址总线（ 20根）
A19~A0,20位地址总线，由 CPU或 DMA控制器产生。
⑶ 控制总线（ 21根）
ALE,MEMR,MEMW,IOR,IOW,IRQ2~IRQ7,DRQ1~DRQ3，
DACK0~DACK3,AEN,T/C,RESER DRV。
⑷ 状态线（ 2根）
I/O CHCK和 I/O CHRDY 。
⑸ 电源、时钟等线（ 11根）
± 5V,± 12V,GND,OSC,CLK,CARD SLCTD等。
8.2.3 ISA和 EISA总线
◆ IBM推出了在 PC/XT总线基础上的 PC/AT扩展总线 。
1984年,IEEE以 PC/AT扩展总线为标准,制定出工业标准体系结构 ISA（ Industry Standard Architecture） 总线标准 。 80286,80386,80486,Pentium等微机系统都采用
ISA总线 。
◆ 以 Compaq公司为首的 9家计算机公司,在 ISA总线的基础上推出了增强型 ISA （ Extended Industrial Standard
Architecture） 标准 —— EISA总线 。
ISA总线的特点
◆ ISA扩展总线是由 PC/XT总线扩展的,共有 98个管脚,
其中前 62个与 PC/XT总线完全相同 。
◆ ISA总线设计的最大速度为 8MHz,比 PC/XT总线几乎快了一倍,而最佳的数据传输速率达 20Mb/s。
◆ ISA的数据总线扩充到 16位,增加了 SD15~SD8高 8位数据线 。
◆ ISA的地址总线扩充到 24位,增加了 LA23~LA17地址线,
其中 LA19~LA17是 A19~A17的拷贝 。
◆ ISA将中断数目扩充到 15个,DMA通道则增加到 8个 。
EISA总线的特点
◆ EISA总线通常用于 80286,80386,80486,Pentium等微机系统中 。
这些系统有 2片 DMA控制器 （ 7个 DMA通道 ）,2片中断控制器
（ 15个中断请求输入 ）,2片定时 /计数器 （ 5个计数器 ） 。
◆ EISA将总线仲裁设计成独立的芯片,称之为中心仲裁控制单元 CAC
（ Centralized Arbitration Control Unit） 。
◆ EISA采用双层结构,如果只用上一层,可连接 ISA扩展板；如果上,
下两层均与 EISA扩展板相连,则成为标准的 EISA槽 。 EISA扩充槽提供了 32位数据和 32位地址扩展 。
◆ EISA还有一个特殊的功能 —— 拥有总线主导能力,即外围设备之间可以不需要微处理器参与就能进行数据传输的能力 。
◆ EISA总线系统必须用专门软件 ECU（ EISA Configuration） 配置 。
8.3 高速局部总线及其体系结构局部总线原泛指微处理器及周围芯片连接的总线接口,所以又称为微处理器局部总线 。 而这里所说的局部总线是一种类似 80386与
80486微处理器接口的总线,除了保持原有的与微处理器局部总线兼容性之外,还可与原有的系统总线结构并存,而构成一种中介式总线结构 —— 高速局部总线结构 。
高速局部总线为 CPU和高速外设提供了一条高速通道,不仅保证了
CPU与高速外设之间的数据传输速率,而且只要增加少量成本,就能使系统的总体性能得到极大提高 。 对于其他慢速设备仍保持原来
ISA或 EISA总线标准 。
8.3.1 VL（ VESA） 总线
8.3.2 PCI总线
8.3.1 VL（ VESA） 总线
◆ 为了向前兼容,VL外观比其他总线接口卡长 。 VL的前端是 MCA类型的插槽,后端是标准的 ISA插槽 。 这样 VL扩展总线分成两个部分,
前端插槽以 33MHz的高速率运行 （ 若微处理器速度高于 33MHz,会导致处理延迟 ）,而后端的插槽则仍保持 ISA所有特性 。 因此,较低速的数据传输可由 ISA插槽完成 。
◆ 将数据传输最频繁的数据总线,地址总线直接与微处理器相连,这可以使局部达到与微处理器相同的处理效率 。 这样的连接方式会增加微处理器的负载,要求微处理器有推动 VL的功率 。 因此,目前
80486主板上的 VL插槽不能超过 3个,这是为了防止微处理器因负载太高而过热烧毁 。
◆ VL总线的数据宽度为 32位,可扩展为 64位；总线时钟 33MHz，
最高可达 66MHz； 最大总线传输率达到 132Mb/s。
8.3.2 PCI总线
1,PCI总线的特点
◆ PCI是一个高性能的局部总线,有 4个主要的标准规格,可分别支持
32位和 64位数据宽度,电源信号可分成 3.3V和 5V两种信号 。 33MHz
的 PCI,数据传输速率可达 132Mb/s,64位的 PCI数据传输速率可达
264Mb/s。
◆ PCI支持突发方式的 DMA传输,有效地利用了总线的最大传输速率 。
特别适用于快速显示高分辨率 /多色彩图像,高清晰度的电视信号处理 。
◆ PCI支持外设与 CPU并发工作 。 这种并发工作提高了总线整体性能 。
◆ PCI所有需要设置的工作,在系统初启时由 BIOS处理了,所以 PCI扩展总线具有自动配置功能,任何插件卡,即插即用,。
◆ PCI的扩充接口插槽采用 MCA的设计方式 。 它不同于 VESA,不再保留原来的 ISA插槽,因此接口卡更为短小 。 再者,PCI的部分信号线采用分时复用技术,使得一条信号线具有多任务能力,节省了信号线数目 。
8.3.2 PCI总线
2,PCI桥接器（控制器）
CPU局部总线
·····
PCI桥接器
CPU Cache ROM
PCI高速局部总线标准总线控制器 ·····PCI设备 1 PCI设备 2
标准系统总线
(ISA,EISA,MCA·····)
设备 1 设备 2 ·····
RAM
8.4 常用的串行总线微机系统应用于数据终端设备 （ DTE） 与数据通信设备
（ DCE） 之间最为广泛的,主流型的串行通信总线 EIA-
RS-232和使用最为方便的通用串行总线 USB。
8.4.1 EIA-RS-232总线
8.4.2 USB总线
8.4.1 EIA-RS-232总线
◆ RS-232 总线是由美国的电子工业协会 （ EIA,Electronic Industry
Association） 颁布的,对信号电平标准和控制信号定义两方面作了规定 。 RS-232C总线采用的电平信号 （ EIA电平 ） 与通常的 TTL电平不兼容,采用的是负逻辑标准,-5V～ -15V规定为,1”,+5 V～ +15 V规定为 0。 所以 TTL信号和 RS-232C信号之间要有相应的电平转换电路 。
◆ RS-232C为 D型 25芯插头插座 （ DB-25） 连接器 。 在实际应用中,常使用 D型 9芯连接器 （ DB-9） 。 DB-9管脚 1~9的信号依序为 DCD,RxD，
TxD,DTR,GND,DSR,RTS,CTS,RI。
◆ RS-232C的管脚信号按功能分成四组：地线 （ 2根：保护地,信号地
GND ）,数据线 （ 2根：接收数据线 RxD,发送数据线 TxD ）,控制信号线 （ 4根：请求发送 RTS,允许发送 CTS,通信装置准备好 DSR，
数据终端准备好 DTR ）,与 DCE有关的信号线 （ 2根：音响指示 RI，
载波检测 DCD ） 。
◆ 20/60 mA电流环接口也是一个广泛使用的串行总线标准 。
8.4.2 USB总线
◆ 通用串行总线 （ USB,Universal Serial Bus） 接口标准是由 Intel，
Microsoft,Compaq,NEC,IBM等公司共同制定的一种新型总线标准 。 USB的外设利用,ONE-SIZE-FITS-ALL”连接器,可简单而方便地插入计算机 。 USB总线接口在不关闭计算机的情况下,可以
,热,插,热,拔,真正支持即插即用 。 USB总线接口还可以利用菊花链的形式对端口进行扩展,最多可同时支持 127种设备,两个设备之间的最长通信距离为 5m。
◆ USB总线接口的插座为 4芯,其中 2根是电源线,提供 5V电压,另外
2根是信号线,呈长方形,体积很小 。
◆ USB接口需要 Windows操作系统支持,有 1.5 Mb/s低速和 12 Mb/s全速两种传送方式,与当前标准串行接口相比,将近快 100倍,与当前标准并行接口相比,将近快 10倍 。 USB带宽符合中,低带宽的数据传输需要,可用于很多新型设备,是相当有潜力的微机串行总线接口 。
2002.12.10
《微机原理与接口技术》
第 8章 总线接口
8.1 总线技术
8.2 系统总线
8.3 高速局部总线及其体系结构
8.4 常用的串行总线
8.1 总线技术计算机系统是一个信息处理系统,各部件之间存在着大量的信息流动 。 因此,计算机的系统与系统之间,
插件与插件之间,以及插件上的芯片之间需要设置公共通信线路,实现共享总线式的信息传输 。
8.1.1 总线和总线结构
8.1.2 总线类型和总线标准
8.1.3 总线技术
8.1.1 总线和总线结构
◆ 总线是计算机中各模块传输信息的一组公共信号线集合 。 它为计算机各个模块之间,或者各个设备之间,甚至模块的各部件之间提供公共的,标准化的信息通路 。
◆ 总线的特点在于其公用性,即它可以同时挂接多个模块或设备,
作为所有挂接模块或设备公共使用的信号载体或通路 。 总线在同一时刻,只能允许一对模块或设备进行信息交换 。 当有多个模块或设备需要同时使用总线进行信息传输时,总线只能采用分时方式,并且要对总线使用的优先权进行仲裁管理 。
◆ 总线结构包括两部分：传输信息的传输线路和总线控制逻辑 。
◆ 微机系统采用总线结构有以下优点：
⑴ 简化了系统结构 。
⑵ 优化了硬件和软件设计 。
⑶ 便于系统的扩充和更新 。
8.1.2 总线类型和总线标准
1,总线分类按功能层次可以把总线分成三类：
局部总线,局部总线是部件 （ 插件板 ） 内各芯片之间互连的总线,又称片级总线 。 它是以微处理器为核心的中央处理器模块或一个很小系统所用的总线 。
系统总线,系统总线是计算机系统内各功能部件之间相互连接的总线,又称板级总线或内总线 。 通常所说的微机总线就是指系统总线 。
通信总线,通信总线是计算机系统之间,或者计算机系统与其他通信设备之间的通信总线,又称外总线 。 这种总线不是计算机所专有的,通常是借用电子工业或其他领域已有的总线并加以应用而形成的 。
微机系统一般采用 多级总线结构 （ 例图 ） 。
微机系统的三级总线结构
RAM ·····
总线控制逻辑 CPU系统 板
CPU 局部总线
ROM 8255 8253
系统总线通信总线总 线扩展板存储器扩展板打印机接口板显示器接口板磁 盘接口板 ·····
8.1.2 总线类型和总线标准
2,总线标准
◆ 总线标准是国际上计算机厂家和计算机用户公认的,按照某种约定的总线互联标准 。
◆ 总线标准一般包括三部分内容：机械结构规范,功能结构规范,
电气规范 。
⑴ 功能结构规范：是总线标准的核心,确定引脚名称,功能及相互作用的管理规则 。 包括：数据线,地址线,读 /写控制逻辑线,
时钟线,电源线和地线等；中断机制；总线主控仲裁；复位,自启动,联络,休眠维护等应用逻辑 。
⑵ 机械结构规范：规定模块尺寸,总线插头,边沿联结器等规格 。
⑶ 电气规范：规定信号逻辑电平,负载能力及最大额定值,动态转换时间等 。
8.1.3 总线技术总线技术包括两个方面：物理连接技术和信号连接技术 。
◆ 总线的物理连接技术 —— 总线的,硬,技术,包括电缆的选择与连接；用于缓冲的驱动器,接收器的选择与连接；
酌情采用点对点的连接技术,把高速的内部总线与较长的物理总线相隔离；传输线的屏蔽,接地和抗干扰等 。
◆ 总线的信号连接技术 —— 总线的,软,技术,除了解决信号传输的缓冲,匹配等基本连接外,主要指总线判决,总线握手和中断控制等连接信号相互间的定时和逻辑控制技术 。
8.1.3 总线技术
1,总线传输周期总线是模块与模块之间信息传输的公共通道,因此,总线最基本的任务就是要保证信息能在总线上高速而可靠地传输 。 总线完成一个传输周期,一般分成四个阶段：
◆ 总线请求和判决阶段需要使用总线的主模块提出总线请求,由总线判决机构确定把下一个传输周期的总线使用权分配给哪一个请求源 。
◆ 寻址阶段取得使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块的地址和有关命令,让参与本次传输的从模块开始启动 。
◆ 传数阶段主模块和从模块进行数据传输,数据由源模块发出,经数据总线传输到目的模块 。
◆ 结束阶段主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线。
8.1.3 总线技术
2,总线 判决技术总线判决 （ 总线仲裁 ） 合理地控制和管理总线上需要占有总线的请求源,
确保任何时刻总线上最多只有一个模块发送信息,不允许产生总线冲突 。 当多个源同时提出总线请求时,以一定的优先算法判决哪一个应获得对总线的占用权 。
总线判决方式通常有两种,串行判决 和 并行判决 。
总 线总线允许 (BG) C
1 Cn·····C2总线判决器总线请求 (BR)
总线忙 (BB)
总线时钟 (BLCK)
串行判决示意图
8.1.3 总线技术
2,总线 判决技术总 线
C1 C2 Cn······
···
总线判决器
BR1
BG1
BLCK
BB
BR2
BG2
BRn
BGn
并行判决示意图
8.1.3 总线技术
3,总线 握手技术
◆ 总线握手主要是解决主模块取得总线占用权后,如何在主模块和从模块之间实现可靠的寻址和数据传输的问题 。
◆ 总线握手的作用是控制每个总线操作周期中数据传输的开始和结束,
以实现主,从模块之间的协调和配合,确保数据传输的可靠性 。 因此,总线握手必须以某种方式用信号的电压变化来标明总线周期的开始和结束,以及整个周期内每个子周期的开始和结束 。
◆ 微机系统通常采用的总线握手协定有以下三种 。
⑴ 同步总线协定：同步总线用同一时钟脉冲的前沿和后沿分别指明一个总线周期的开始和结束 。 这是最简单的一种握手协定,适合高速模块间传输的需要 。
⑵ 异步总线协定：总线上的主模块和从模块采用,一问一答,方式工作 。 不同速度的模块可以自主协调配合,以各自最佳速度进行传输 。
这是一种具有高可靠性和良好适应性的,使用很普遍的握手协定 。
⑶ 半同步总线协定：综合同步协定和异步协定的优点,兼有同步总线的速度和异步总线的可靠性与适应性 。
8.2 系统总线
8.2.1 STD总线
8.2.2 PC/XT总线
8.2.3 ISA和 EISA总线
8.2.1 STD总线
1,STD总线的特点
◆ STD总线 （ Standard Bus） 是一种通用工业标准总线 。
◆ STD总线标准以小尺寸的模板结构 （ 114.3× 165.1mm2）,结合大规模集成电路技术,建立了一个用功能模块面向控制系统设计的方法 。
◆ STD总线是我国工业控制机领域中优先重点发展的微机标准总线之一,特别适用于工业现场监测和工业过程控制,以及应用于分散型控制系统,进入工业网络 。
◆ 小板结构,开放式组态 。 小板结构抗干扰,抗振动,抗断裂能力强 。 开放式的灵活组态,使用户可根据自己的需要利用模板构筑系统,易于扩充和维护 。
◆ 高可靠性 。 产品平均无故障间隔率高,有的已达 60年 。
◆ 适应性强 。 支持 Intel,Motorola等多种系列的 8/16位微处理器 。
◆ 产品配套,功能齐全 。 有近千种功能模板和控制软件产品提供 。
◆ 良好的开发环境 。 小板结构便于按功能划分模块,提供较大的设计灵活性 。
8.2.1 STD总线
2,STD总线标准和信号功能
◆ STD总线标准：有 56根信号线,使用双列边缘式插座 。
◆ STD总线信号分为三个功能组 。
⑴ 电源线组,STD总线有 6条逻辑电源线和 4条辅助电源线 。 提供了逻辑电压 VCC（ +5V） 和逻辑地 GND,逻辑偏压 -5V和辅助直流电压
± 12V。
⑵ 数据总线和地址总线,STD总线的 8/16位数据线 （ 双向 ） 和 16/24位地址线 （ 单向 ） 都是三态隔离式的,采用了引脚复用技术 。
⑶ 控制总线,STD总线共有 22条控制总线 。 它们不仅为存储器,I/O和基本系统操作提供了控制信号,而且还为存储器扩展,存储器映射
I/O,动态存储器刷新,直接存储器存取 （ DMA）,多处理器处理,
慢速存储器访问,单拍及电源掉电再启动,查询中断,优先级矢量中断,链型中断和总线响应等提供控制信号 。
8.2.2 PC/XT总线
◆ PC/XT总线是 Intel微机系统总线中最为精简者 。
◆ IBM PC/XT有 8个 62芯扩展槽 J1~J8,可以在扩展槽插入不同功能的插件板,用来扩充系统功能 。
◆ PC/XT总线的 62芯管脚信号按功能可分成五组 。
⑴ 数据总线（ 8根）
D7~D0,8位双向数据总线。
⑵ 地址总线（ 20根）
A19~A0,20位地址总线，由 CPU或 DMA控制器产生。
⑶ 控制总线（ 21根）
ALE,MEMR,MEMW,IOR,IOW,IRQ2~IRQ7,DRQ1~DRQ3，
DACK0~DACK3,AEN,T/C,RESER DRV。
⑷ 状态线（ 2根）
I/O CHCK和 I/O CHRDY 。
⑸ 电源、时钟等线（ 11根）
± 5V,± 12V,GND,OSC,CLK,CARD SLCTD等。
8.2.3 ISA和 EISA总线
◆ IBM推出了在 PC/XT总线基础上的 PC/AT扩展总线 。
1984年,IEEE以 PC/AT扩展总线为标准,制定出工业标准体系结构 ISA（ Industry Standard Architecture） 总线标准 。 80286,80386,80486,Pentium等微机系统都采用
ISA总线 。
◆ 以 Compaq公司为首的 9家计算机公司,在 ISA总线的基础上推出了增强型 ISA （ Extended Industrial Standard
Architecture） 标准 —— EISA总线 。
ISA总线的特点
◆ ISA扩展总线是由 PC/XT总线扩展的,共有 98个管脚,
其中前 62个与 PC/XT总线完全相同 。
◆ ISA总线设计的最大速度为 8MHz,比 PC/XT总线几乎快了一倍,而最佳的数据传输速率达 20Mb/s。
◆ ISA的数据总线扩充到 16位,增加了 SD15~SD8高 8位数据线 。
◆ ISA的地址总线扩充到 24位,增加了 LA23~LA17地址线,
其中 LA19~LA17是 A19~A17的拷贝 。
◆ ISA将中断数目扩充到 15个,DMA通道则增加到 8个 。
EISA总线的特点
◆ EISA总线通常用于 80286,80386,80486,Pentium等微机系统中 。
这些系统有 2片 DMA控制器 （ 7个 DMA通道 ）,2片中断控制器
（ 15个中断请求输入 ）,2片定时 /计数器 （ 5个计数器 ） 。
◆ EISA将总线仲裁设计成独立的芯片,称之为中心仲裁控制单元 CAC
（ Centralized Arbitration Control Unit） 。
◆ EISA采用双层结构,如果只用上一层,可连接 ISA扩展板；如果上,
下两层均与 EISA扩展板相连,则成为标准的 EISA槽 。 EISA扩充槽提供了 32位数据和 32位地址扩展 。
◆ EISA还有一个特殊的功能 —— 拥有总线主导能力,即外围设备之间可以不需要微处理器参与就能进行数据传输的能力 。
◆ EISA总线系统必须用专门软件 ECU（ EISA Configuration） 配置 。
8.3 高速局部总线及其体系结构局部总线原泛指微处理器及周围芯片连接的总线接口,所以又称为微处理器局部总线 。 而这里所说的局部总线是一种类似 80386与
80486微处理器接口的总线,除了保持原有的与微处理器局部总线兼容性之外,还可与原有的系统总线结构并存,而构成一种中介式总线结构 —— 高速局部总线结构 。
高速局部总线为 CPU和高速外设提供了一条高速通道,不仅保证了
CPU与高速外设之间的数据传输速率,而且只要增加少量成本,就能使系统的总体性能得到极大提高 。 对于其他慢速设备仍保持原来
ISA或 EISA总线标准 。
8.3.1 VL（ VESA） 总线
8.3.2 PCI总线
8.3.1 VL（ VESA） 总线
◆ 为了向前兼容,VL外观比其他总线接口卡长 。 VL的前端是 MCA类型的插槽,后端是标准的 ISA插槽 。 这样 VL扩展总线分成两个部分,
前端插槽以 33MHz的高速率运行 （ 若微处理器速度高于 33MHz,会导致处理延迟 ）,而后端的插槽则仍保持 ISA所有特性 。 因此,较低速的数据传输可由 ISA插槽完成 。
◆ 将数据传输最频繁的数据总线,地址总线直接与微处理器相连,这可以使局部达到与微处理器相同的处理效率 。 这样的连接方式会增加微处理器的负载,要求微处理器有推动 VL的功率 。 因此,目前
80486主板上的 VL插槽不能超过 3个,这是为了防止微处理器因负载太高而过热烧毁 。
◆ VL总线的数据宽度为 32位,可扩展为 64位；总线时钟 33MHz，
最高可达 66MHz； 最大总线传输率达到 132Mb/s。
8.3.2 PCI总线
1,PCI总线的特点
◆ PCI是一个高性能的局部总线,有 4个主要的标准规格,可分别支持
32位和 64位数据宽度,电源信号可分成 3.3V和 5V两种信号 。 33MHz
的 PCI,数据传输速率可达 132Mb/s,64位的 PCI数据传输速率可达
264Mb/s。
◆ PCI支持突发方式的 DMA传输,有效地利用了总线的最大传输速率 。
特别适用于快速显示高分辨率 /多色彩图像,高清晰度的电视信号处理 。
◆ PCI支持外设与 CPU并发工作 。 这种并发工作提高了总线整体性能 。
◆ PCI所有需要设置的工作,在系统初启时由 BIOS处理了,所以 PCI扩展总线具有自动配置功能,任何插件卡,即插即用,。
◆ PCI的扩充接口插槽采用 MCA的设计方式 。 它不同于 VESA,不再保留原来的 ISA插槽,因此接口卡更为短小 。 再者,PCI的部分信号线采用分时复用技术,使得一条信号线具有多任务能力,节省了信号线数目 。
8.3.2 PCI总线
2,PCI桥接器（控制器）
CPU局部总线
·····
PCI桥接器
CPU Cache ROM
PCI高速局部总线标准总线控制器 ·····PCI设备 1 PCI设备 2
标准系统总线
(ISA,EISA,MCA·····)
设备 1 设备 2 ·····
RAM
8.4 常用的串行总线微机系统应用于数据终端设备 （ DTE） 与数据通信设备
（ DCE） 之间最为广泛的,主流型的串行通信总线 EIA-
RS-232和使用最为方便的通用串行总线 USB。
8.4.1 EIA-RS-232总线
8.4.2 USB总线
8.4.1 EIA-RS-232总线
◆ RS-232 总线是由美国的电子工业协会 （ EIA,Electronic Industry
Association） 颁布的,对信号电平标准和控制信号定义两方面作了规定 。 RS-232C总线采用的电平信号 （ EIA电平 ） 与通常的 TTL电平不兼容,采用的是负逻辑标准,-5V～ -15V规定为,1”,+5 V～ +15 V规定为 0。 所以 TTL信号和 RS-232C信号之间要有相应的电平转换电路 。
◆ RS-232C为 D型 25芯插头插座 （ DB-25） 连接器 。 在实际应用中,常使用 D型 9芯连接器 （ DB-9） 。 DB-9管脚 1~9的信号依序为 DCD,RxD，
TxD,DTR,GND,DSR,RTS,CTS,RI。
◆ RS-232C的管脚信号按功能分成四组：地线 （ 2根：保护地,信号地
GND ）,数据线 （ 2根：接收数据线 RxD,发送数据线 TxD ）,控制信号线 （ 4根：请求发送 RTS,允许发送 CTS,通信装置准备好 DSR，
数据终端准备好 DTR ）,与 DCE有关的信号线 （ 2根：音响指示 RI，
载波检测 DCD ） 。
◆ 20/60 mA电流环接口也是一个广泛使用的串行总线标准 。
8.4.2 USB总线
◆ 通用串行总线 （ USB,Universal Serial Bus） 接口标准是由 Intel，
Microsoft,Compaq,NEC,IBM等公司共同制定的一种新型总线标准 。 USB的外设利用,ONE-SIZE-FITS-ALL”连接器,可简单而方便地插入计算机 。 USB总线接口在不关闭计算机的情况下,可以
,热,插,热,拔,真正支持即插即用 。 USB总线接口还可以利用菊花链的形式对端口进行扩展,最多可同时支持 127种设备,两个设备之间的最长通信距离为 5m。
◆ USB总线接口的插座为 4芯,其中 2根是电源线,提供 5V电压,另外
2根是信号线,呈长方形,体积很小 。
◆ USB接口需要 Windows操作系统支持,有 1.5 Mb/s低速和 12 Mb/s全速两种传送方式,与当前标准串行接口相比,将近快 100倍,与当前标准并行接口相比,将近快 10倍 。 USB带宽符合中,低带宽的数据传输需要,可用于很多新型设备,是相当有潜力的微机串行总线接口 。
