文档介绍：第7章微型计算机总线技术
总线基本知识
系统总线
外总线
现场总线
本章小结
学****目标 总线在微型计算机系统中负责CPU和其他部件之间信息的传递,是系统中传递各类信息的通道,也是微型计算机系统中各模块间的物理接口。通过本章学****应熟悉总线的一般概念和微机系统总线的组成,理解PCI总线、RS-232-C总线和USB总线的性能特点、连接方法及应用场合,学会根据总线的规范设计简单的扩展接口,并且了解近几年在工业控制中被广泛使用的现场总线技术的特点和工作原理。
学****重点 (1) 总线的基本概念,包括总线的定义、描述总线的特征要素以及总线的电气特性。 (2) 微机总线的组成结构,片内总线、内总线、外总线的含义及其应用特点。 (3) PCI总线的工作原理、连接方式,以及PCI配置的方法。 (4) RS-232-C总线的接口特点、电气特性和使用方法。 (5) USB总线的拓扑结构、功能特点和连接使用方法。 (6) IEEE 1394总线的性能特点和应用场合。 (7) 现场总线的定义、性能和几种常见的现场总线的特点及基本工作原理。
总线基本知识 微型计算机总线概述 在微型计算机系统中,利用总线实现芯片内部、印刷电路板部件之间、机箱内插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信。因此总线是将计算机微处理器与内存芯片以及与之通信的设备连接起来的硬件通道。 总线结构对计算机的功能及其数据传播速度具有决定性的意义,总线设计直接影响计算机系统的性能、可靠性、可扩展性和可升级性。目前已将总线作为一个独立的功能部件来看待。
通常是由发送数据的部件分时地将数据发往总线,再由总线将该数据同时发往各接收数据部件;而接收数据的部件由CPU给出的设备地址译码选中。总线仲裁电路对众多的设备数据传输请求进行优先级别排队,以使设备相应按策略依次使用总线,避免总线冲突。 计算机通信方式有并行通信和串行通信之分,相应的总线称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好,占用线路多,不适于小型化产品;串行通信速率虽低,在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中显得更加方便、灵活。 总线的主要参数有带宽、位宽和时钟频率三个指标。
总线的带宽是指总线在单位时间内可以传输的数据总量,它等于总线位宽与工作频率的乘积。 系统总线频率是由主板晶振提供时钟,CPU的实际运行频率是通过内部倍频技术提供,所以要比系统总线频率(又称外频)高2的整数倍。 总线的位宽是指总线能同时传送的数据位数,即常说的32位、64位等总线宽度的概念。对于目前的PC机而言,基本上使用的都是32位的总线位宽;总线的工作时钟频率以MHz为单位,工作频率越高则带宽越宽。
微型计算机中的总线一般分为内部总线、系统总线和外部总线。如图7-1所示为微型计算机的总线结构图。 总线技术随着微电子技术和计算机技术的发展而不断完善,计算机总线技术种类繁多,各具特色。
图7-1 微型计算机的总线结构图
微型计算机总线技术的现状 总线是微型计算机系统中影响系统性能的主要瓶颈之一。 自IBM PC机问世以来,随着微处理器技术的飞速发展,相应的总线技术也不断创新,由ISA、MCA、EISA、VESA发展到PCI、AGP、IEEE 1394、USB,现在又出现了EV6、PCI-X、NGIO等总线结构。究其原因,是由于CPU的处理性能迅速提升,致使与外设的数据传输速率不匹配,于是不断地进行总线改造,尤其是局部总线。 目前,AGP局部总线数据传输率可达528 MB/s,PCI-X可达1 GB/s,系统总线传输率也由100 MB/s升至200 MB/s。总线的发展创新,促进了PC系统性能的日益提高。
(1) ISA总线(Industry Standard Architecture BUS,工业标准结构总线):该总线是美国IBM公司制定的工业标准总线,其宽度16位,总线频率为8 MHz。 (2) EISA总线(Extended Industry Standard Architecture BUS,扩展工业标准结构总线):该总线是32位总线扩展工业标准,它在ISA总线的基础上,将总线宽度扩展到32位,总线频率提高到16 MHz。 (3) MCA总线(Micro Channel Architecture BUS,微通道结构总线):该总线是适合PS/2系统的总线结构,其宽度32位,总线频率10 MHz。