第7章总线技术1

• 1.
同步传输方式
• 该方式的数据传输在一个共同的时钟信号控制下进行， 时钟通常由时钟发生器/驱动器发出，经分频电路送到 总线上的所有模块。总线操作有固定的时序，所有信 号与时钟的关系在时序上是固定的，主控模块和受控 模块之间没有其它的应答、控制信号。
• 在同步方式中，为了保持可靠的数据传输，地址 信号、数据信号和有关读写命令信号相对于时钟 脉冲的前沿和后沿要有一定的建立时间和保持时 间。 • 总线同步通信方式在早期微机中有使用，如 MC6800的MPU。IBM PC/XT机因未用READY信号线 (该机中8088 CPU的READY输入信号线固定接高电 平)也被视为同步方式。 • 同步通信方式中系统的所有模块由单一时钟信号 控制，突出的优点是简单快速，缺点也很明显： 系统中快速模块必须迁就慢速模块，总线响应速 度由速度最慢的模块确定，使系统整体性能大为 降低。而且无法确知被访问的模块是否已经真正 响应，故可靠性亦较低。
7.4 总线类型
• ISA ISA(industrial standard architecture，工业标准架构)总线标准是 IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系 统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT 总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。 它在80286至80486时代应用非常广泛，以 至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。 ISA总线有98只引脚。
• “请求”和“应答”信号都有一定的时间宽度， 根据它们的撤消是否互锁，异步方式又分为三种， 如下图所示。
不互锁：“请求”信号的结束和“应答”信号无关，两 信号的结束都由各自模块决定。 ◆半互锁：“请求”信号的撤消取决于“应答”信号的到 来,而“应答”信号的撤消由从模块自身决定。 ◆全互锁：“请求”信号的撤消取决于“应答”信号的到 来，而“应答”信号的撤消又必须等到“请求”信号撤消 全互锁方式互以对方联络信号的变化为前提来确保地址总 线和数据总线上的信息不会发生冲突，保证了传输的可靠 ，提 供 了很 大 的灵 活 性 ， 当 然接 口 电路 也 相应 复 杂 。 MC68000系列微处理器就是全互锁异步传输方式的代表。 异步通信方式，两个模块的互锁控制信号要经过两个来回 传送，因此总线周期长，传输速度慢。
1. 串行链接控制
• 串行链接仲裁简称串链仲裁、串行仲裁，又叫 “菊花链”仲裁(robin Daisy chaining)。该仲 裁法又有二线菊花链、三线菊花链、四线菊花链 之分，其中三线菊花链使用普遍，最具代表性， 如下图所示。
2. 并行仲裁
• 并行仲裁又称独立请求仲裁(Independent Request Arbitration)。该仲裁方式每个主控器 都各自有独立的总线请求线BR、总线允许线BG， 都与总线仲裁器相连，相互间没有任何控制关系， 如下图所示。
EISA 总线
• EISA EISA(Enhanced Industry standard Architecture，增强型工业标准架构)总线 是1988年由compaq等9家公司联合推出的总 线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层 插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增 加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线 之间添加一条EISA信号线。在实用中， EISA总线完全兼容ISA总线信号。
– 也叫内总线或板级总线，用于微型计算机中各插线板 之间的连线。
• 外部总线（IEEE-488，RS-232C）
– 也称为通信总线，用于微型计算机系统之间，或与其 他仪器之间的通信。
总线标准
• 在计算机界承认或推荐的系统中互连各个 模块的标准，通常对总线所用插座的尺寸、 引线数目、各引线信号的含义和时序都作 了明确的统一规定
ISA总线结构
• 在原来62引脚的PC/XT基础上增加了一个36 引脚的插座。 • 但随着CPU数据处理速度的提高，ISA总线 数据传输速度过低
MCA总线
• IBM公司制订了一个与ISA标准完全不兼容 的系统总线标准—微通道结构McA(Micro channel Architecture) • 该标准定义了32位数据总线宽度，工作频 率为10MHz，传输数率为40MB/S • MCA总线标准的微机与ISA部线标准的微机 在软件和硬件上完全不兼容
• 一个读周期分裂成两个单方向写操作的子周期，在子 周期中模块得到总线的使用权，可像同步传输方式那 样在限定的时序内快速完成单方向传送，而传送可靠 与否又像异步方式那样经握手联络线来确认。 • 显而易见，对于写操作周期无须再“分裂”，只用单 个子周期即可一次完成传送。 • 周期分裂式传输既适应了慢速模块(外设)的运行，又 不降低系统整体性能。在系统具有多个主控模块的情 况下，它基本消除了前三种传输方式中所必然出现的 空闲等待状态，能在多个主控模块之间实现信息分时 交叉、并行传输，提高了总线的利用率。但该方式中 的每个模块都必须具有总线请求的功能，每个模块既 是主控器又是受控器，增加了模块的逻辑复杂性。因 此，这种传输方式在普通微机系统中一般不用，只用 在一些高档微机和小型机中，如Intel公司的iAPX432和DEC公司的VAX-780等系统中。
2.
异步传输方式
• 多数系统中不同模块的数据传输速度差异较大，为解决 同步传输方式的上述缺点，异步传输方式得到广泛应用。 • 异步方式又称应答ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式，数据发送部件和接收部件之间 没有公用的时钟和固定的时间间隔，依靠相互制约的 “握手”信号来协调双方，实现传输的定时控制。 • 主模块提出传输数据的“请求”信号，经接口送到从模 块，从模块接到请求并传送准备就绪后向主设备发出 “应答”信号，整个“握手”过程一问一答地进行。从 “请求”到“应答”的时间由操作的实际时间决定，而 不是由系统时钟的节拍硬性规定，因此具有很强的灵活 性，能保证在两个传输速度相差很大的部件或模块之间 可靠完整地交换数据。
– 这些数据可以包括地址信息
• CB：定时、控制作用，目标是保证计算机 同步、协调工作
总线的分类
片内总线:是指位于集成电路芯片内部的总线。如微 处理器内部，用来连接微处理器内部及各个逻辑 部件。 片级总线
– 也叫元件级总线或局部总线，是由芯片内部通过引脚 引出的总线，实现各种芯片之间的互联。
• 系统总线
7.3 总线仲裁
• 总线仲裁即总线判决，目的是避免多个主控器同 时占用总线，确保任何时候总线上最多只有一个 模块发送信息。当多个主控模块同时提出总线请 求时，仲裁机构以一定的优先算法裁决由哪一个 模块获得总线使用权。 • 按裁决机构的设置，总线仲裁可分为集中式控制 和分布式控制。集中式控制将总线控制逻辑基本 上集中于一个设备，分布式控制则将总线控制逻 辑分散在总线连接的各个部件或设备中。 • 按裁决方式主要有定时查询、串行链接仲裁、并 行仲裁和串并仲裁等。
第7章 总线技术
7.1概述
• 微型机计算机中多个模块之间互相传送信 息的公共通路,称为总线BUS
• 总线是微处理器与外围设备之间传送信息 的一组信号线，也是微处理器与外部硬件 接口的核心。 • 所有总线均由数据总线、地址总线和控制 总线三部分组成，当然，还必须有电源和 地线。
• AB：向存储器、外设发送地址 • DB：在存储器、外设与CPU间传送数据。
PC／XT总线
• 20世纪70年代末，苹果微型计算机的成功证明了 个人电脑市场是确实存在的，IBM公司最高决策层 下令研制个人电脑，在佛罗里达的波克镇成立了 一个13人的研制小组。1981年，该小组推出了以 8088为CPU的新一代个人计算机，为增加扩充能力 也设计了总线。该总线被称为PC或PC／XT总线， 是PC总线的第一次创新 • 与以前其它公司做法不同的是，IBM向外界完全公 开了包括PC总线完整规范在内的技术文件。该总 线工作频率f=4．77MHz，总线宽度w=1Byte，传送 一次数据所需时钟周期数N=2，所以总线传输率为 Q=4．77×112=2．38MB／s。
• 电气特性
–电气特性是指信号的传递方向、工作电平、负载能力 的最大额定值等
• 物理特性
–指总线的物理形态和布局，比如规定总线的形式是电 缆、印制线或接插件，以及在计算机系统中的具体位 置等
7.2 总线传输方式
• 总线传输方式即总线通信方式，俗称总线握手方式。 握手线的数目因方式不同而异，握手线以信号电平的 某种变化来标明总线传输的开始和结束，在主从模块 之间实现可靠的数据传输。 • 这些通信方式通常有四种：同步传输、异步传输、半 同步传输和周期分裂式传输。
4. 周期分裂式总线传输
• 前述三种总线传输方式，在整个传输周期中，从主控 器发出地址和读写命令开始直到数据传输结束，系统 总线完全由该主控器及其选中的受控器占用。在这整 个过程中，系统总线并未充分利用。比如读周期基本 操作有三步：① 主控器通过总线向受控器发出地址和 命令，② 受控器地址译码寻址、进行内部读操作，③ 受控器通过总线向主控器传送数据。这三步中的第② 步是受控器内部的读出过程，系统总线处于空闲等待 状态。对于高速的多主系统和实时控制系统，在总线 传输周期中存在这样一段空闲等待时间殊为可惜。为 了充分挖掘系统总线上每一瞬间潜力，遂推出了“周 期分裂式”总线传输方式。
• （3）扩充卡安装容易、自动配置，无需DIP开关 • （4）维护扩充卡的投资、保持与ISA扩充卡的 • 100﹪兼容。
• 2.EISA总线扩充槽的结构及特点
EISA总线标准定义数据总线为32位宽度，8.3H随 的时钟频率，总线传输数率为33MB/S 总线频率较低，不能与处理器同步工作。另外 EISA总线技术复杂、成本较高
–IBM PC机的62芯pc总线 –PC/AT机的AT总线或ISA总线 –PCI总线，外围部件互连局部总线 –IEEE-488总线 –EIA RS-232总线
总线的标准化
• 机械特性
–包括接插件的类型、形状、尺寸和牢靠程度，以及引 脚的数量和排列次序
• 功能特性
–功能特性是指总线中各个信号线的功能