总线技术与IO接口基础讲解
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第6章 总线技术与I/O接口基础
6.1
总线技术
6.2
I/O接口基础
6.1
6.1.1
总线技术
总线技术概述
总线定义:总线是芯片内部各单元电路之间、芯片与芯片之间、模
块与模块之间、设备与设备之间、甚至系统与系统之间传输信息的公 共通路，在物理上它是一组信号线的集合。
总线技术研究对象:总线技术研究如何利用一组信号线有效地传递信息，
的总线，作为这些单元电路之间的信息通路。如CPU内部 ALU、寄存器组、 控制器等部件之间的总线。 局部总线（也称内部总线）：通常指微机主板上各部件之间的信息通
路。由于是一块电路板内部的总线，故又称在板局部总线。较典型的局
部总线如：IBM-PC总线，ISA总线，EISA总线，VL和PCI总线等。 系统总线（也称外部总线）：是指微机底板上的总线，用来构成微机 系统的各插件板、多处理器系统各CPU模块之间的信道。较典型的系统总 线如：STD-BUS，MULTI-BUS，VME等。 通信总线：它是微机系统与系统之间、微机系统与其它仪器仪表或设 备之间的信息通路。这种总线往往不是计算机专有的，而是借用电子工 业其它领域已有的总线标准并加以应用形成的。流行的通信总线如： EIA-RS-232C、RS-422A、RS-485，IEEE-488，VXI等总线标准。
3.总线规范的基本内容
机械结构规范：
规定模块尺寸，总线插头、边沿连接器等的规格。
功能结构规范：
确定引脚名称与功能，及其相互连接的协议。功能结构规范是总 线的核心，通常以时序和状态来描述信息的交流、流向及管理规则。 总线在功能结构方面的规范包括： 数据线、地址线、读 /写及其它控制线、状态线、时钟线、电源线 和地线等； 中断机制； 总线主控仲裁； 应用逻辑：如联络（也称握手）线、复位、自启动、休眠维护等。
6.1.2
总线 名称 数据 位数 适用处 理器 8088 8086、 80286 80386 所属类型 局部总线
局部总线
中文名称 工业标准结构总线 PC/XT总线 扩展工业标准结构总线 PC/AT总线 扩展工业标准结构 总线 引脚数目 62 62+36 （加长） 推出 年份 1981 1984
ຫໍສະໝຸດ Baidu
几种局部总线的比较
（3）传送数据：总线主设备也叫主模块，被访问的设备叫从模块。主 模块和从模块之间的操作是由主模块控制在两个从模块之间通过数据总 线进行数据传送。
（4）结束：主、从模块的信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它 主模块使用。
5.微机总线的分类
片内总线：它是位于大规模、超大规模集成芯片内部各单元电路之间
微通道结构总线 视频总线
62+36+90 1992 +112（加 长） 短卡124 长卡188 1993
32 64
Pentium 局部总线
外围组件互连总线
6.1.3
总线 名称
系统总线
数据 位数 适用 微机系统
几种系统总线的比较
所属类型 中文名称 推出 年份
Multibus
STD S-100 VME
（2）多设备支持功能 多个设备使用一条总线，首先是总线占用权的问题，哪一个主设备 申请占用总线，由总线仲裁器确定。
（3）中断 中断是计算机对紧急事务响应的机制。当外部设备与主设备之间进 行服务约定时，中断是实现服务约定的联络信号。 （4）错误处理 错误处理包括奇偶校验错、系统错、电池失效等错误检测处理，以 及提供相应的保护对策。
简化系统结构：采用标准总线，只要将各功能模块（板）挂在总线上 就可以方便的构成微机的硬件系统。
便于系统的扩充：对于采用标准总线构成的微机系统，只要按总线标 准和用户扩充要求设计或直接购买插件板插到总线插槽上就达到了扩充 的目的。 便于系统的更新：随着电子技术的不断发展，新的器件不断涌现，微 机系统也要不断更新，在采用标准总线的插件板上用新的器件取代原来 的器件就可以很方便地提高系统性能，而不必做很大改动。
16 32
8/16 /32 16 32
SBC、多处 理器系统
Z80等 Altair
(MITS公司)
系统总线
系统总线 系统总线 系统总线
SBC多总线 (SBC公司)
工业控制微机系统 标准系统总线 S-100总线 专用模块互连总线
1974 1985
1978 1989 1979 1988
M68000
比尔· 盖茨最初的商业尝试是为当时的Altair 8800电脑设计出了第一个BASIC语言解译器，Altair 8800是 MITS公司陷入困境之下发明的。盖茨和艾伦在哈佛阿肯计算机中心没日没夜地干了8周，此前从未有人为微机编过 BASIC程序，这是一种简单易用的计算机程序设计语言。盖茨和艾伦开辟了PC软件业的新路，奠定了软件标准化 生产的基础。 1975年春天，艾伦进入MITS，担任软件部经理。念完二年级课程，盖茨也飞往MITS，加入艾伦从事的工作。 微软“寄生”于MITS之上。后来在盖茨父亲及其律师朋友的帮助下，盖茨侥幸在软件所有权上获胜。这就是微软 颇不寻常的起步，如果输掉这场官司，盖茨不得不从头再来，今日微软的历史就得改写。 凭借从BASIC项目上拿到的版权费，比尔· 盖茨与保罗· 艾伦 (Paul Allen)在新墨西哥州中部城市Albuquerque一 同创建了微软，后来移到西雅图。
各类总线之间的相互关系见图6.1。
主机板 CRT CPU 片内 总线 M I/O 打印机 测量仪器 通信总线IEEE-488
通信总线RS-232C
在板局部总线
存储板
I/O接口板 S-100总线
... I/O接口板
系统总线
图6.1 4类总线之间的关系
6.使用标准总线的优点
简化软、硬件设计：由于总线定义非常严格，任何厂家或个人都必须 按其标准制作插件板，有了规范就给用户在硬件设计上带来了很大的方 便，简化了设计过程。
ISA-8 8 (PC/XT) ISA-16 16 (PC/AT) ISA-32 (EISA) 32
局部总线 局部总线
62+36 1988 （上层） +90+10(空) （下层） 与ISA不兼 容 1987
MCA (VESA) VL-BUS PCI
32 32/64
PS/2 (IBM) 80486
局部总线 局部总线
并使其具有通用性强、扩展性好、升级容易等性能。
1.总线的基本组成
数据总线：传送数据信息
系统总线的基本组成: 地址总线：传送地址信息
控制总线：传送控制信息（完成总线操作功能） 电源线：为系统提供电源信号
2.总线功能
（1）数据传输功能 数据传输功能是总线的基本功能，用总线传输率来表示，即每秒传 输的字节数，单位是Mbps（兆字节每秒）。
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。
4.总线的数据传送
（1）申请占用总线：需要使用总线的总线主设备（如CPU、DMA控制器 等）向总线仲裁机构提出占用总线的请求，经总线仲裁机构判定，若满 足响应条件，则发出响应信号，并把下一个总线传送周期的总线控制权 授予申请者。 （2）寻址：获得总线控制权的总线主设备，通过地址总线发出本次要 访问的存储器和I/O端口的地址，经地址译码选中被访问的模块并开始 启动数据转换。
6.1
总线技术
6.2
I/O接口基础
6.1
6.1.1
总线技术
总线技术概述
总线定义:总线是芯片内部各单元电路之间、芯片与芯片之间、模
块与模块之间、设备与设备之间、甚至系统与系统之间传输信息的公 共通路，在物理上它是一组信号线的集合。
总线技术研究对象:总线技术研究如何利用一组信号线有效地传递信息，
的总线，作为这些单元电路之间的信息通路。如CPU内部 ALU、寄存器组、 控制器等部件之间的总线。 局部总线（也称内部总线）：通常指微机主板上各部件之间的信息通
路。由于是一块电路板内部的总线，故又称在板局部总线。较典型的局
部总线如：IBM-PC总线，ISA总线，EISA总线，VL和PCI总线等。 系统总线（也称外部总线）：是指微机底板上的总线，用来构成微机 系统的各插件板、多处理器系统各CPU模块之间的信道。较典型的系统总 线如：STD-BUS，MULTI-BUS，VME等。 通信总线：它是微机系统与系统之间、微机系统与其它仪器仪表或设 备之间的信息通路。这种总线往往不是计算机专有的，而是借用电子工 业其它领域已有的总线标准并加以应用形成的。流行的通信总线如： EIA-RS-232C、RS-422A、RS-485，IEEE-488，VXI等总线标准。
3.总线规范的基本内容
机械结构规范：
规定模块尺寸，总线插头、边沿连接器等的规格。
功能结构规范：
确定引脚名称与功能，及其相互连接的协议。功能结构规范是总 线的核心，通常以时序和状态来描述信息的交流、流向及管理规则。 总线在功能结构方面的规范包括： 数据线、地址线、读 /写及其它控制线、状态线、时钟线、电源线 和地线等； 中断机制； 总线主控仲裁； 应用逻辑：如联络（也称握手）线、复位、自启动、休眠维护等。
6.1.2
总线 名称 数据 位数 适用处 理器 8088 8086、 80286 80386 所属类型 局部总线
局部总线
中文名称 工业标准结构总线 PC/XT总线 扩展工业标准结构总线 PC/AT总线 扩展工业标准结构 总线 引脚数目 62 62+36 （加长） 推出 年份 1981 1984
ຫໍສະໝຸດ Baidu
几种局部总线的比较
（3）传送数据：总线主设备也叫主模块，被访问的设备叫从模块。主 模块和从模块之间的操作是由主模块控制在两个从模块之间通过数据总 线进行数据传送。
（4）结束：主、从模块的信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它 主模块使用。
5.微机总线的分类
片内总线：它是位于大规模、超大规模集成芯片内部各单元电路之间
微通道结构总线 视频总线
62+36+90 1992 +112（加 长） 短卡124 长卡188 1993
32 64
Pentium 局部总线
外围组件互连总线
6.1.3
总线 名称
系统总线
数据 位数 适用 微机系统
几种系统总线的比较
所属类型 中文名称 推出 年份
Multibus
STD S-100 VME
（2）多设备支持功能 多个设备使用一条总线，首先是总线占用权的问题，哪一个主设备 申请占用总线，由总线仲裁器确定。
（3）中断 中断是计算机对紧急事务响应的机制。当外部设备与主设备之间进 行服务约定时，中断是实现服务约定的联络信号。 （4）错误处理 错误处理包括奇偶校验错、系统错、电池失效等错误检测处理，以 及提供相应的保护对策。
简化系统结构：采用标准总线，只要将各功能模块（板）挂在总线上 就可以方便的构成微机的硬件系统。
便于系统的扩充：对于采用标准总线构成的微机系统，只要按总线标 准和用户扩充要求设计或直接购买插件板插到总线插槽上就达到了扩充 的目的。 便于系统的更新：随着电子技术的不断发展，新的器件不断涌现，微 机系统也要不断更新，在采用标准总线的插件板上用新的器件取代原来 的器件就可以很方便地提高系统性能，而不必做很大改动。
16 32
8/16 /32 16 32
SBC、多处 理器系统
Z80等 Altair
(MITS公司)
系统总线
系统总线 系统总线 系统总线
SBC多总线 (SBC公司)
工业控制微机系统 标准系统总线 S-100总线 专用模块互连总线
1974 1985
1978 1989 1979 1988
M68000
比尔· 盖茨最初的商业尝试是为当时的Altair 8800电脑设计出了第一个BASIC语言解译器，Altair 8800是 MITS公司陷入困境之下发明的。盖茨和艾伦在哈佛阿肯计算机中心没日没夜地干了8周，此前从未有人为微机编过 BASIC程序，这是一种简单易用的计算机程序设计语言。盖茨和艾伦开辟了PC软件业的新路，奠定了软件标准化 生产的基础。 1975年春天，艾伦进入MITS，担任软件部经理。念完二年级课程，盖茨也飞往MITS，加入艾伦从事的工作。 微软“寄生”于MITS之上。后来在盖茨父亲及其律师朋友的帮助下，盖茨侥幸在软件所有权上获胜。这就是微软 颇不寻常的起步，如果输掉这场官司，盖茨不得不从头再来，今日微软的历史就得改写。 凭借从BASIC项目上拿到的版权费，比尔· 盖茨与保罗· 艾伦 (Paul Allen)在新墨西哥州中部城市Albuquerque一 同创建了微软，后来移到西雅图。
各类总线之间的相互关系见图6.1。
主机板 CRT CPU 片内 总线 M I/O 打印机 测量仪器 通信总线IEEE-488
通信总线RS-232C
在板局部总线
存储板
I/O接口板 S-100总线
... I/O接口板
系统总线
图6.1 4类总线之间的关系
6.使用标准总线的优点
简化软、硬件设计：由于总线定义非常严格，任何厂家或个人都必须 按其标准制作插件板，有了规范就给用户在硬件设计上带来了很大的方 便，简化了设计过程。
ISA-8 8 (PC/XT) ISA-16 16 (PC/AT) ISA-32 (EISA) 32
局部总线 局部总线
62+36 1988 （上层） +90+10(空) （下层） 与ISA不兼 容 1987
MCA (VESA) VL-BUS PCI
32 32/64
PS/2 (IBM) 80486
局部总线 局部总线
并使其具有通用性强、扩展性好、升级容易等性能。
1.总线的基本组成
数据总线：传送数据信息
系统总线的基本组成: 地址总线：传送地址信息
控制总线：传送控制信息（完成总线操作功能） 电源线：为系统提供电源信号
2.总线功能
（1）数据传输功能 数据传输功能是总线的基本功能，用总线传输率来表示，即每秒传 输的字节数，单位是Mbps（兆字节每秒）。
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。
4.总线的数据传送
（1）申请占用总线：需要使用总线的总线主设备（如CPU、DMA控制器 等）向总线仲裁机构提出占用总线的请求，经总线仲裁机构判定，若满 足响应条件，则发出响应信号，并把下一个总线传送周期的总线控制权 授予申请者。 （2）寻址：获得总线控制权的总线主设备，通过地址总线发出本次要 访问的存储器和I/O端口的地址，经地址译码选中被访问的模块并开始 启动数据转换。