第3章总线
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高等院校信息技术规划教材
微机接口技术实用教程
（第2版）
任向民 王克朝 宗明魁 编著
清华大学出版社
第3章 总线
3.1 概述 3.1.1 总线定义 3.1.2 总线的标准 3.1.3 总线的分类 3.1.4 采用标准总线的优点 3.1.5 总线的操作过程 3.1.6 总线通信方式 3.1.7 总线仲裁
外部总线又称通信总线，它是微机系统与系统、微机系统与其他仪器仪表或 设备之间的连线。外部总线通常是借用电子工业其他领域已有的总线标准并加以 应用形成的。外部总线既有并行总线，也有串行总线。
外部总线的数据传输速率通常较低（与内部总线相比）。不同的应用目的， 不同的要求和场合，采用不同的外部总线。
3.1.4 采用标准总线的优点
3.1 概述
3.1.1 总线定义 3.1.2 总线的标准 3.1.3 总线的分类 3.1.4 采用标准总线的优点 3.1.5 总线的操作过程 3.1.6 总线通信方式 3.1.7 总线仲裁
3.1.1 总线定义
总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路，即系统之 间、模块之间、芯片内部用来传递信息的信号线的集合。
3.1.3 总线的分类
1．片内总线
片内总线就是连接集成电路芯片内部各功能单元的信息通路。
2．片总线
片总线又称元件级（芯片级）总线，是连接印刷电路板上各芯片的公共通路。
3．内部总线
内部总线又称系统总线或微型计算机总线。用于微机系统内各模块之间的通 信，用来连接各板卡而构成完整的微机系统。
4．外部总线
3.2 系统总线 3.2.1 ISA总线 3.2.2 EISA总线 3.2.3 VESA总线 3.2.4 PCI局部总线 3.2.5 PCI-X总线 3.2.6 PCI Express总线
3.3 外部总线 3.3.1 IEEE-488总线 3.3.2 RS-232C总线 3.3.3 SCSI总线简介 3.3.4 IEEE1394总线简介 3.3.5 USB总线简介
简化了系统的软硬件设计。 简化了系统结构、提高系统可靠性。 便于系统的扩充。 便于系统的更新。
3.1.5 总线的操作过程
总线最基本的任务就是保证数据能在总线上高速可靠地 传输。系统总线上的数据传输是在总线主模块（有总线控制 能力的模块或部件）的控制下与从模块之间进行的。
总线完成一个数据传输周期，一般可分为总线请求和仲 裁、寻址、数据传送和结束等四个阶段。
异步通信方式的数据传输效率低于同步通信，但对收发时钟要求 不高。
3.1.7 总线仲裁
总线仲裁也称总线控制。 当系统总线上挂接多个总线主模块时，同一个时刻若有两个或两个以上的主 模块申请使用总线，必然存在着总线资源竞争问题，为使任意时刻总线上最多只 有一个主模块占用总线，系统就必须有一个仲裁机构或称总线控制机构对总线的 使用进行控制和管理，这个控制和管理机构通常称为总线仲裁器。 总线仲裁器的组成与总线控制方式有关，总线控制方式有集中控制方式和分 布式控制方式两种。
3.1.6 总线通信方式
1．同步通信方式 同步通信方式也叫同步传输，或称无应答式通信，即总线上的各个部
件（模块）使用总线进行信息传输时都是在统一的时钟信号控制下步调 一致地进行，从而实现整个系统工作的同步。部件在发送信息和接收信 息时，都由统一的时钟规定，包括每一步的起止时间。
实现同步的统一时钟信号有两种方法： 由CPU总线控制部件发送到每个部件（模块）为所有部件共享。 由每个部件（模块）自带时钟பைடு நூலகம்冲，但都必须由系统时钟同步。
同步传输速率较高，适合传输距离短、总线所连各部件工作速度比较 接近的场合。
采用同步方式的总线也称为同步总线。
3.1.6 总线通信方式
2．异步通信方式
异步通信方式也称应答方式，即总线上的部件（模块）使用总线 进行信息传送时不在统一的时钟信号控制下，通信双方(主、从模块间) 采用“请求”（Request）和“应答”（Acknowledge）方式进行传输， 不依赖于公共时钟。当源部件发出信息时，待收到目的部件确认信号 后，才能进行通信，在通信的每个进程都有应答，彼此进行确认。
VESA
VESA
1980's
1990's
PCI EXPRESS
3.2 系统总线
3.2.1 ISA 总线 3.2.2 EISA 总线 3.2.3 VESA 总线 3.2.4 PCI 局部总线 3.2.5 PCI-X 总线 3.2.6 PCI Express 总线
3.2 系统总线
PC/XT 总线
系统总线发展过程
EISA
ISA
MCA
VESA
EISA
MCA PCI
3.1.6 总线通信方式
共享总线的各个部件进行数据传输时，为使部件间能够协调配合， 确保数据传送的可靠性，部件间必须进行联络，即进行通信来了解源和 目的部件之间所传送的信息类型、操作类型、控制每个总线传送周期的 开始和结束，也就是说必须要有通信联络控制信号。
通信联络通常有两种方式： 同步通信方式 异步通信方式
集中控制方式是将总线仲裁逻辑集中在一处，或设置一个单独的控制器 （如总线仲裁器8289）或为CPU的一部分； 分布式控制方式是将总线仲裁逻辑分散在各个连接于总线上的主模块中。 目前系统总线多采用集中控制方式。 按仲裁时对各主模块优先权确定方法，常用总线仲裁有串行仲裁、并行仲裁 和循环优先权判别法三种。
分时和共享是总线的两个主要特征。 共享是指总线上可以连接多个部件，各个部件之间相互交换信 息都可以通过总线来传送。 分时是指同一时刻总线上只能传送一个部件的信息。
3.1.2 总线的标准
1.机械结构规范 2.时序规范 3.电气规范 4.功能结构规范
3.1.3 总线的分类
按信息传送的方向，总线可分为单向总线和双向总线。 按传送信息的类型，总线可分为数据总线（传送数据）、地址总线 （传送地址）和控制总线（传送控制信号）。 按数据在总线中是同时传送还是逐位传送，总线分为并行总线和串 行总线，数据的各位能同时传送的总线称为并行总线，数据需要逐位依 次传送的总线称为串行总线。 按总线连接的外设、功能、层次和位置，总线分为片内总线、片总 线、内部总线和外部总线4类。
微机接口技术实用教程
（第2版）
任向民 王克朝 宗明魁 编著
清华大学出版社
第3章 总线
3.1 概述 3.1.1 总线定义 3.1.2 总线的标准 3.1.3 总线的分类 3.1.4 采用标准总线的优点 3.1.5 总线的操作过程 3.1.6 总线通信方式 3.1.7 总线仲裁
外部总线又称通信总线，它是微机系统与系统、微机系统与其他仪器仪表或 设备之间的连线。外部总线通常是借用电子工业其他领域已有的总线标准并加以 应用形成的。外部总线既有并行总线，也有串行总线。
外部总线的数据传输速率通常较低（与内部总线相比）。不同的应用目的， 不同的要求和场合，采用不同的外部总线。
3.1.4 采用标准总线的优点
3.1 概述
3.1.1 总线定义 3.1.2 总线的标准 3.1.3 总线的分类 3.1.4 采用标准总线的优点 3.1.5 总线的操作过程 3.1.6 总线通信方式 3.1.7 总线仲裁
3.1.1 总线定义
总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路，即系统之 间、模块之间、芯片内部用来传递信息的信号线的集合。
3.1.3 总线的分类
1．片内总线
片内总线就是连接集成电路芯片内部各功能单元的信息通路。
2．片总线
片总线又称元件级（芯片级）总线，是连接印刷电路板上各芯片的公共通路。
3．内部总线
内部总线又称系统总线或微型计算机总线。用于微机系统内各模块之间的通 信，用来连接各板卡而构成完整的微机系统。
4．外部总线
3.2 系统总线 3.2.1 ISA总线 3.2.2 EISA总线 3.2.3 VESA总线 3.2.4 PCI局部总线 3.2.5 PCI-X总线 3.2.6 PCI Express总线
3.3 外部总线 3.3.1 IEEE-488总线 3.3.2 RS-232C总线 3.3.3 SCSI总线简介 3.3.4 IEEE1394总线简介 3.3.5 USB总线简介
简化了系统的软硬件设计。 简化了系统结构、提高系统可靠性。 便于系统的扩充。 便于系统的更新。
3.1.5 总线的操作过程
总线最基本的任务就是保证数据能在总线上高速可靠地 传输。系统总线上的数据传输是在总线主模块（有总线控制 能力的模块或部件）的控制下与从模块之间进行的。
总线完成一个数据传输周期，一般可分为总线请求和仲 裁、寻址、数据传送和结束等四个阶段。
异步通信方式的数据传输效率低于同步通信，但对收发时钟要求 不高。
3.1.7 总线仲裁
总线仲裁也称总线控制。 当系统总线上挂接多个总线主模块时，同一个时刻若有两个或两个以上的主 模块申请使用总线，必然存在着总线资源竞争问题，为使任意时刻总线上最多只 有一个主模块占用总线，系统就必须有一个仲裁机构或称总线控制机构对总线的 使用进行控制和管理，这个控制和管理机构通常称为总线仲裁器。 总线仲裁器的组成与总线控制方式有关，总线控制方式有集中控制方式和分 布式控制方式两种。
3.1.6 总线通信方式
1．同步通信方式 同步通信方式也叫同步传输，或称无应答式通信，即总线上的各个部
件（模块）使用总线进行信息传输时都是在统一的时钟信号控制下步调 一致地进行，从而实现整个系统工作的同步。部件在发送信息和接收信 息时，都由统一的时钟规定，包括每一步的起止时间。
实现同步的统一时钟信号有两种方法： 由CPU总线控制部件发送到每个部件（模块）为所有部件共享。 由每个部件（模块）自带时钟பைடு நூலகம்冲，但都必须由系统时钟同步。
同步传输速率较高，适合传输距离短、总线所连各部件工作速度比较 接近的场合。
采用同步方式的总线也称为同步总线。
3.1.6 总线通信方式
2．异步通信方式
异步通信方式也称应答方式，即总线上的部件（模块）使用总线 进行信息传送时不在统一的时钟信号控制下，通信双方(主、从模块间) 采用“请求”（Request）和“应答”（Acknowledge）方式进行传输， 不依赖于公共时钟。当源部件发出信息时，待收到目的部件确认信号 后，才能进行通信，在通信的每个进程都有应答，彼此进行确认。
VESA
VESA
1980's
1990's
PCI EXPRESS
3.2 系统总线
3.2.1 ISA 总线 3.2.2 EISA 总线 3.2.3 VESA 总线 3.2.4 PCI 局部总线 3.2.5 PCI-X 总线 3.2.6 PCI Express 总线
3.2 系统总线
PC/XT 总线
系统总线发展过程
EISA
ISA
MCA
VESA
EISA
MCA PCI
3.1.6 总线通信方式
共享总线的各个部件进行数据传输时，为使部件间能够协调配合， 确保数据传送的可靠性，部件间必须进行联络，即进行通信来了解源和 目的部件之间所传送的信息类型、操作类型、控制每个总线传送周期的 开始和结束，也就是说必须要有通信联络控制信号。
通信联络通常有两种方式： 同步通信方式 异步通信方式
集中控制方式是将总线仲裁逻辑集中在一处，或设置一个单独的控制器 （如总线仲裁器8289）或为CPU的一部分； 分布式控制方式是将总线仲裁逻辑分散在各个连接于总线上的主模块中。 目前系统总线多采用集中控制方式。 按仲裁时对各主模块优先权确定方法，常用总线仲裁有串行仲裁、并行仲裁 和循环优先权判别法三种。
分时和共享是总线的两个主要特征。 共享是指总线上可以连接多个部件，各个部件之间相互交换信 息都可以通过总线来传送。 分时是指同一时刻总线上只能传送一个部件的信息。
3.1.2 总线的标准
1.机械结构规范 2.时序规范 3.电气规范 4.功能结构规范
3.1.3 总线的分类
按信息传送的方向，总线可分为单向总线和双向总线。 按传送信息的类型，总线可分为数据总线（传送数据）、地址总线 （传送地址）和控制总线（传送控制信号）。 按数据在总线中是同时传送还是逐位传送，总线分为并行总线和串 行总线，数据的各位能同时传送的总线称为并行总线，数据需要逐位依 次传送的总线称为串行总线。 按总线连接的外设、功能、层次和位置，总线分为片内总线、片总 线、内部总线和外部总线4类。