微机原理与接口 耿恒山 第4章 总线技术

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1、第4章总线技术总线是功能部件之间实现互连的一组公共信号线，用作相互间信息交换的公共通道。在PC系列微机中，显示器、磁盘驱动器、打印机等外设都是通过各自插在I/O通道上的接口电路（适配器）与微机系统连接组合起来的，换句话说，总线物理形态上就是一组公用的导线，许多器件挂接其上传输信号。微机的系统总线是主机与外部设备之间进行数据交换的重要通道。采用系统总线连接外设是一种常用的接口方法，即所谓总线接口技术。4.1总线的概念4.1.1总线的标准为了工业化生产和能实现相互兼容，总线实行了标准化。总线接口引脚的定义、传输速率的设定、驱动能力的限制、信号电平的规定、

2、时序的安排以及信息格式的约定等，都有统一的标准。对每个总线标准应包含下列内容：（1）机械结构规范，规定模块尺寸、总线插头、边沿联接器等规格和位置。（2）功能规范，规定每个引脚信号的名称和功能，对它们相互作用的协议进行说明。（3）电气规范，规定信号工作时的高低电平、动态转换时间、负载能力及最大额定值。（4）定时规范，对于存储器和I/O读、写操作，规定相应的总线信号时序，在总线中定义这些信号线的种类如下：（1）数据线、地址线及读/写控制信号线。（2）中断请求线、中断响应回答线。（3）总线请求线、总线请求允许线。（4）系统时钟、电源、地线。4.1.2总线分

3、类在微型计算机系统中，根据总线连接的对象和范围不同，可以把总线分成3层：芯片总线（ChipBus）——又称为内部总线，它是一个大规模集成电路芯片内部（如微处理器内部中，控制器、运算器、寄存器等）或一个较小系统中（如系统主机板上的CPU、存储器接口电路等）各种不同器件连接在一起的总线；用于芯片级互连。系统总线（SystemBus）——它是微机系统中模板与模板间连接的总线，是微机系统所特有的；用于模板级互连，它也被称为板级总线、内总线。系统总线多数已实现标准化，如STD总线、ISA总线、PCI总线等。外部总线（ExternalBus）——也有称之为通信总

4、线的，它是微机系统之间或微机系统与其外设通信的总线，用于设备级互连。外总线种类较多，与特定设备有关，如RS-232串行通信总线、USB总线、Centronics打印机总线等。微机的系统结构是总线结构。图4-1就是一个利用系统总线组成的工业控制微机系统的典型结构。需要说明的是，这是为了图示总线分层而画的一个简化的结构图。在一个实际的微机系统中，由于总线的时序、驱动能力等原因，各部件并不是通过同一组导线实现连接的，而是要经过缓冲锁存形成多级总线。下面分别介绍系统总线和外部总线。扩充存储器通信接口计算机通信接口计算机通信接口计算机通信接口计算机ROMRAM

5、I/O接口芯片总线CPU外总线系统总线图4-1微机总线层次结构示意图4.2系统总线由于微电子技术和微型计算机技术的迅速发展和广泛应用，计算机系统总线不断发展，现有从8位机、16位机到32位机，甚至64位机的各种微型计算机系统总线。常见的系统总线标准有S-100、STD、PC/XT、ISA、EISA、PCI等。4.2.1S-100总线S-100总线是美国MITS公司1975年提出的总线标准，首先在MITS公司的Altair微机系统中使用。是第一个廉价的微型机系统总线，曾获得广泛的应用，如早期流行的TP801单板机即采用了S-100总线。S-100总线因

6、使用100个信号线而得名，它是针对Intel8080CPU进行设计的，也可用于Z-80CPU系统。100个信号线按功能分为8组：16条数据线，24条地址线，8条状态线，5条控制输出线，6条控制输入线，8条DMA控制线，8条向量中断线和25条其他用途的线。但由于其提出时间早，当时并未经过慎重研究，故存在一些问题。于是，IEEE计算机协会的微处理器标准委员会在1978年和1979年经两次修订，产生了新S-100总线，定名为IEEE-696。4.2.2STD总线STD总线是1978年由美国Prozlog公司推出的、面向工业控制的标准系统总线。它采用一系列的

7、高可靠性的措施，使该总线构成的工业控制机，可以长期工作在恶劣环境下。而且STD总线采用小板结构，设计和制造成本较低，符合“轻、薄、短、小”的微电子技术发展潮流，迅速为设计者所接收，取得了惊人的发展。STD总线不仅是国际上流行的工业控制机标准总线，也是国内工业控制机首选的标准总线。STD源于英文标准Standard的缩写。1985年IEEE将其作为IEEEP-961推荐标准，主要针对各种8位CPU；1987年将其作为正式标准IEEE-961，采用分时复用技术，支持8位和16位CPU。1989年由美国的EATECH公司推出的新的STD32总线，与原STD

8、总线兼容，同时还适合于32位CPU系统。STD总线共有56个引脚，按功能分为5个功能组，各组引脚表示如下：逻