武汉大学易凡《微机原理与应用》第13章总线与接口

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1、《微机原理与接口技术》主讲易凡wdyifan@163.com武汉大学物理学院电子科学与技术系第十三章微机总线与接口标准第十三章微机总线与接口标准教学重点总线的概念和分类PCI总线USB接口13.1微机总线和接口概述总线：是系统与系统之间或系统内部各模块之间进行信息传输所必需的全部信号线的总和；信息包括指令、数据和地址。总线标准指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。接口标准外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构以及电气特性和机械特性等多个方面

2、。13.1.1总线与接口及其标准的概念13.1.2总线的分类(1)按总线功能或信号类型划分为：数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了总线数据传输的能力。地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。控制总线：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。(2)按数据传输方式分类并行总线将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输，适于短距离、高速通信串行总线将数据的各位按时间顺序依次在一根传输线上传输，适于长距离、中低速通信13.1.2总线的分类13.1.2总线的分类(3)按总线的层次结构分为：C

3、PU总线：微机系统中速度最快的总线，主要在CPU内部，连接CPU内部部件，在CPU周围的小范围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。局部总线：在系统总线和CPU总线之间的一级总线，提供CPU和主板器件之间以及CPU到高速外设之间的快速信息通道。13.1.2总线的分类(3)按总线的层次结构分为：系统总线：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之间进行通信的总线。例：CPU总线8位队列总线总线控制逻辑内部总线16位地址

4、加法器20位地址总线16位数据总线总线接口部件BIU123456指令队列CSDSSSESEU控制器ALU暂存器标志寄存器执行部件EU通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISI80888086IP暂存器8086总线例：系统总线MPURAMROMI/O接口外设ABDBCB例：系统结构中的总线例：总线实体PCI总线外设接口总线④④(系统)外总线如并口、串口③③(系统)内总线如ISA、PCI②片(间)总线三总线形式①①片内总线单总线形式微机总线结构运算器寄存器控制器CPU存储芯片I/O芯片主板扩展接口板

5、扩展接口板微机系统其他微机系统其他仪器系统微机系统的四级总线示意图13.1.3总线标准总线标准:是指芯片之间、插板之间及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范，包括硬件和软件两个方面。物理特性：指总线物理连接的方式功能特性：描述总线中每一根线的功能电气特性：定义每一根线上信号的传送方向、有效电平范围时间特性：定义了每根线在什么时间有效，即每根线的时序13.1.4总线的性能指标总线宽度总线宽度又称总线位宽，指的是总线能同时传送数据的位数总线频率总线工作频率是总线工作速度的一个重要参数，工作频率越高，速度越

6、快。13.1.4总线的性能指标（续）总线带宽总线带宽又称总线的最大数据传输速率，是指在一定时间内总线上可传送的数据总量，用每秒钟最大传送数据量来衡量。总线带宽＝（总线宽度/8位）×总线频率单位为：MB/s(总线频率以MHz为单位)例：PCI总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为64位的情况下，总线数据传输率为266MB/s。13.1.5总线操作和总线传送控制过程总线操作的4个阶段总线请求和仲裁阶段需要使用总线的主模块提出要求，由总线使用的仲裁机构确定，把下一个传输周期的总线使用权分配给某个请求源寻址阶段取得使用权的主模块，

7、通过地址总线发出本次要访问的从模块的存储器地址，或I/O端口地址及有关命令，让参与本次传输的从模块被选中并开始启动。总线操作的4个阶段（续）传输阶段主模块和从模块进行数据交换，数据由源模块出，经数据总线传送到目的模块。结束阶段主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线，以便其他模块能继续使用。总线传送控制1．同步方式优点：电路简单，适合高速设备的数据传输缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据主clk从2．半同步方式主clk从wait/readywait/ready信号是单向的，不是互锁的。总线传送控制3．异

8、步方式主从REQACK比同步方式慢总线频带窄总线传输周期长总线读周期分成两个子周期：寻址子周期；数据传送子周期在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。4．分离方式clkaddressdataMPURAMROMI/O接口外设ABDBCB并行总线的构成地址总线AB、数据总线DB