第5章微機總線微型計算機結構上的特點——總線結構CPU、存儲器、I/O接口和外部設備都是通過總線互相連接微型計算機總線對于微機性能也有很大影響第5章微機總線主要內容總線概述（基本概念）8086/8088最大模式下總線的形成總線仲裁和總線握手常用微機總線介紹總線概述總線在計算機系統中，CPU和其他模塊，模塊和模塊之間傳輸某種信息的公共通道每一條總線上傳輸的信息類型是確定的；每一種信息也只在一種總線上傳輸根據總線上傳輸的信息，總線可以分為數據總線地址總線控制總線總線概述不同層次的總線片內總線：在微處理器，或者其他芯片內部的總線片總線：各個芯片之間進行連接的總線系統總線：微機系統內部，連接各個功能模塊的總線。一般所說的總線，往往就是指系統總線。微型計算機中各種接口插件板，都是通過系統總線和主板相連（本章重點討論）外部總線（通信總線）：連接微型計算機系統和其他的計算機系統或者電子設備的總線，或者是直接將外部設備連接到計算機系統的總線串行總線并行總線總線概述不同層次的總線總線概述系統總線的主要性能指標總線寬度系統總線的數據線的數目（8、16、32、64）總線寬度越寬，同時傳輸的數據就越多，吞吐量就越大總線時鐘頻率總線傳輸也是要在時鐘控制下進行時鐘頻率越高，每秒在每條數據線上傳輸的信息就越多時鐘頻率的單位為MHz（Mbit/s）總線帶寬總線電源電壓總線概述系統總線的主要性能指標總線帶寬是總線的所有數據線每秒可以傳輸的數據量，也就是最大傳輸率，單位為MB/s

總線帶寬=總線寬度×總線時鐘頻率/8總線電源電壓早期的總線單元電壓都是5V隨著總線性能的提高，電源電壓趨于降低（3.3V、2.2V）總線概述微型計算機系統總線的發展微型計算機系統總線的發展，基本上是圍繞著總線帶寬來進行的PC總線：最早的微機總線標準，8位，教學使用ISA總線：8/16位總線標準，性能較差，低檔外部設備使用

EISA、MCA、VESA：32位總線標準，很少使用PCI：32/64位總線標準，目前計算機中使用較多AGP：專門針對和顯示器連接的總線標準總線概述微型計算機系統總線的發展新的總線標準PCI-X總線：仍然使用64位并行總線和共享架構，但將工作頻率提升到133MHzPCIExpress標準（串行PCI）：采用串行方式傳輸數據，而依靠高頻率來獲得高性能；收/發數據同時進行；采用點對點的工作模式總線概述單總線和多總線總線的體系結構的變化：從單總線發展到多總線現代的微型計算機都是多總線結構總線概述單總線和多總線單總線結構總線概述單總線和多總線單總線結構在微型計算機中只有一種總線，所有的部件，包括CPU、存儲器、外部設備的接口等，都連接到同一種總線早期的總線結構都是單總線結構。PC總線、ISA總線等都是單總線的標準單總線結構簡單，便于系統的擴充總線對于所有的部件都使用相同的傳輸速度，當部件傳輸速度差異明顯時，很難滿足要求總線概述單總線和多總線雙總線結構總線概述單總線和多總線雙總線結構雙總線結構就是除了系統總線還引入了局部總線在基本的系統總線不變的情況下，一些需要高速數據傳輸的外設，直接通過局部總線與CPU相連，使之與高速CPU相匹配VESA總線標準總線概述單總線和多總線多總線結構總線概述單總線和多總線多總線結構具有三種以上總線的結構就是多總線結構可以是同一種總線的重復，例如可以采用多層PCI總線也可以是多種不同類型的總線結合在一個系統里，例如既有PCI總線，又有ISA總線的系統，需要不同總線性能的外部設備可以分別連接到PCI總線或者ISA總線現代的微型計算機都是多總線結構（采用Pentium4處理器的多總線結構）總線概述總線結構的優缺點采用總線結構，便于微型計算機設計和生產的標準化和模塊化，降低了生產和使用的成本，對于微型計算機的推廣使用具有非常重要的價值主要的優點簡化結構，降低成本統一標準，便于制造擴充靈活，方便使用總線概述總線結構的優缺點主要的缺點部件傳輸的分時性只可以一個部件向總線發送信息，但是可以允許多個部件同時接受相同的信息這種總線傳輸的分時性限制了微型計算機操作的并發性，使得微型計算機不可能通過并行處理來進一步提高性能傳輸控制的復雜性總線上的模塊的性能差別很大，但是都要在統一的時鐘控制下工作，如何協調——總線握手總線上的設備都有可能向總線發送信息，如果幾個模塊同時發送信息，沖突就會發生——總線仲裁8088/8086最大模式下總線信號的形成

8088最大模式下的總線信號PC總線的主要組成部分8088/8086最大模式下總線信號的形成8088最大模式下的總線信號8088最大模式下總線信號的形成從8088CPU得到的總線信號包括地址信號、數據信號、讀寫控制信號等8088CPU20條地址線先連接到8228地址鎖存器，鎖存器的輸出就是PC總線的20條地址線8088CPU8條數據線連接到8286數據收發器，數據收發器的輸出就是PC總線的8條數據線讀寫控制信號是通過總線控制器8288來得到的，和中斷有關的中段請求控制信號接到中斷控制器8259A8088/8086最大模式下總線信號的形成PC總線PC總線就是針對8088最大模式的工作而設計的，是基于8088CPU的系統總線最簡單的總線，ISA總線的主要組成部分了解PC總線可以了解最基本的總線信號有哪些8088/8086最大模式下總線信號的形成PC總線PC總線的主要信號共有62條信號線，A、B兩面插槽地址線：A0~A19，尋址空間是1MB數據線：D0~D7讀寫控制線：I/OCHRDY、ALE

中斷控制線：IRQ2~IRQ7DMA控制線：DRQ1~DRQ3~AEN、其他控制線：時鐘輸入、振蕩器輸出、復位驅動，電源和地等總線仲裁和握手技術總線傳輸過程中的兩個主要問題總線仲裁總線握手總線仲裁和握手技術總線主設備和從設備根據連接到總線上的設備對于總線傳輸的控制能力，可以劃分為總線主設備和從設備總線主設備是指可以發起和控制總線數據傳輸的設備8086/8088系統中，可作為總線主設備的有8088/8086CPUDMA控制器其他的處理器總線仲裁和握手技術總線主設備和從設備從設備總線從設備不能直接發起和控制總線的數據傳輸。它們只能接受主設備的要求，在主設備的控制下，接收主設備傳送過來的數據，或者把數據傳送給主設備系統中的從設備連接在總線上的RAM模塊連接在總線上的外部設備總線仲裁和握手技術總線仲裁（總線判定）總線仲裁的前提：總線上連接了多個總線主設備總線仲裁：在總線上有多個總線主設備并且同時要求控制總線時，決定將總線控制權交給哪一個主設備。也就是裁決哪個主設備可以控制總線總線仲裁的目的：防止因為多個主設備同時傳輸數據而產生的沖突總線仲裁和握手技術總線仲裁總線仲裁基本的處理方法：由總線仲裁器來判定哪個主設備可以控制總線具體總線仲裁的方法硬件的方法軟件的方法軟、硬件結合的方法總線仲裁和握手技術總線仲裁總線仲裁方法舉例總線仲裁和握手技術總線仲裁總線仲裁方法舉例總線仲裁和握手技術總線仲裁總線優先級仲裁算法都必須滿足以下三個基本要求：每一時刻只能有一個設備作為總線主控器；先請求者先響應，且在一個總線操作周期之內不被打斷；同一時刻有幾個設備發出請求時，按優先級排序響應總線仲裁和握手技術總線握手總線握手：對于總線傳輸進行控制總線握手的原因：總線上的主設備和從設備在工作速度上可以有較大的差別。如果主設備發送數據的速度快，從設備接收數據的速度慢，就會造成數據的丟失總線握手的基本方式：同步方式異步方式半同步方式總線仲裁和握手技術總線握手同步方式采用同步傳輸控制方式的總線就是同步總線同步方式的總線主、從設備在同一時鐘的控制下進行傳送，一次數據傳輸的時間是固定的采用同步方式時，發送地址和數據的時間是固定的，總線主、從設備嚴格按照一定的時序進行數據的讀寫操作（例如：8088/8086CPU的基本時序）同步傳輸要求總線的主、從設備的工作速度基本一致同步方式可以獲得很高的傳輸速率傳輸控制的設計也很簡單同步方式的適應能力差，特別是在不同的總線設備具有不同工作速度的時候，就不便于使用總線仲裁和握手技術總線握手異步方式異步傳輸控制方式沒有統一的時鐘，總線主設備和從設備可以具有不同的工作速度。在主、從設備之間增加了一條請求線Req，一條應答線Ack。也就是采用請求~應答的握手方式，來進行傳輸控制。異步方式的工作過程異步方式又可以分為非互鎖方式和互鎖方式異步方式可以適應工作速度差別很大的總線主、從設備的通信，靈活性較高總線仲裁和握手技術總線握手半同步方式半同步方式是對于同步方式的適當修正半同步方式仍然具有統一的時鐘，但是增加了一條WAIT信號線（8088/8086時序中的READY）半同步方式工作過程半同步方式比同步方式增加了靈活性，對于主、從設備工作速度的不一致有一定的適應能力增加了等待周期，也就相當于降低了總線傳輸速度，而且，WAIT周期的多少需具體設計，不能自動調節，所以增加的靈活性有限常用微機總線介紹目前在微型計算機中使用的系統總線

ISA總線在現代的微機中已經不是系統總線只是用來連接一些采用ISA總線標準的外部設備

PCI總線

PCI總線本身就是局部總線常用微機總線介紹ISA總線ISA總線是在PC總線的基礎上推出的種總線標準ISA是一種低速的16位系統總線，也可以用作8位總線，工作頻率只有8MHzISA總線的插槽分長、短兩部分長的是62引腳，和PC總線的引腳數相同，引腳的分布也是和PC總線基本相同，也有少量的引腳不相同短的部分是36引腳，是針對IBMAT機（80286）所增加的地址、數據和控制線常用微機總線介紹ISA總線ISA總線信號及其分布常用微機總線介紹PCI總線PCI是PeripheralComponentInterconnect（外設部件互連）的縮寫PCI是作為一種先進的局部總線提出來的，在現代微型計算機的多總線結構中，已成為連接外部設備的主要總線常用微機總線介紹PCI總線PCI總線的特點高性能PCI總線寬度為32位，并可升級為64位；PCI總線工作頻率為33MHz；總線最大傳輸率為132MB/s，升級為64位后可達264MB/s支持一種稱為線性突發的數據傳送模式，可快速的連續傳輸數據常用微機總線介紹PCI總線PCI總線的特點通用性好PCI總線是一種不依附于某個具體CPU的局部總線，不會因為CPU的更新換代而失效一組PCI總線可以連接10臺外設。如果需要，還可以通過多PCI總線，連接更多的設備

PCI總線也支持總線主控技術常用微機總線介紹PCI總線PCI總線的特點低成本通過使用專用的PCI組件，提高電路和器件的集成度，減少模塊之間的連線，減少印刷電路板的大小，降低制造成本

PCI部件的部分引腳采用了分時復用技術，減少了引腳的數量，優化了設計，也有利于降低成本常用微機總線介紹PCI總線PCI總線的特點使用方便PCI總線獨立于CPU的結構，形成一種獨特的中間緩沖器的設計，將CPU系統與外部設備分開PCI總線能夠自動配置參數，支持PCI總線擴展板和部件常用微機總線介紹PCI總線PCI總線的系統結構示意圖了解PCI總線和其它總線的關系PCI總線本身也可以是一種多級總線的結構常用微機總線介紹PCI總線PCI總線的信號線PCI總線的引腳數是120，必選信號線49條，備選信號線51條，還有電源、地和保留引腳20個必選信號是32位PCI總線所必須具有的信號線，備選的信號線主要是擴展到64位總線后所必須的各信號線的基本功能的概要說明（見表5-4-2）常用微機總線介紹USB總線USB總線是UniversalSerialBus的簡稱，也稱為“通用串行總線”

USB總線是一種外部總線，或者說是一種通信總線，通過串行通信的方式連接計算機和外部設備USB總線的應用是計算機外部總線的重大變革。使用這種總線，通過一種連接器就可以連接多種不同的外設，并且提供高速的數據傳輸率常用微機總線介紹USB總線USB總線規范的發展1994年11月11日發布USB0.7版本。是USB的最早版本1995年11月13日制定了1.0規格版本，規定USB具有2種傳輸速度Low-speed1.5Mb/sFull-speed12Mb/s正式的2.0版本于2000年4月27日制定，有3種傳輸速度高速（Hi-speed）480Mb/s低速（Low-speed）1.5Mb/s全速（Full-speed）12Mb/s常用微機總線介紹USB總線USB總線的基本特性接口信號線USB總線只有4根線，其中D+、D-為信號線，傳送信號，是一對雙絞線；VBUS和GND是電源線，提供電源連接器：由插頭和插座構成，分為A系列B系列兩種

常用微機總線介紹USB總線USB總線的基本特性傳輸速度可以支持高速傳輸是USB總線的突出特點之一速率遠遠的高于一般的串行接口的傳輸率，甚至也高于并行接口的