第2章计算机总线技术

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1、第2章计算机总线技术随着微处理器技术的飞速发展，使得计算机的应用领域不断扩人，与之相应的总线技术也得到不断创新。先后出现了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等总线技术，应用于芯片内部的总线技术也在不断发展，AMBA^CoreConnect、CoreRAM等已经形成集成电路内部十分具冇竞争力的总线标准，加上应用于工业控制的PROFIBUS等现场总线技术，使得总线技术不断提高，总线的种类也日益增加。同时，总线的数据传输速度也不断提升，冃前，AGP局部总线数据

2、传输率可达528MB/S,PCI-X可达1GB/S,系统总线传输速率也由66MB/S提高到100MB/S羡至更高的133MB/S、150MB/S。本章主要讨论总线的分类及其结构，并介绍儿种常川的内部总线和外部总线。随着计算机设计的FI益科学化、合理化、标准化和模块化，计算机总线的概念也逐渐形成和完善起来。一般来说，总线就是一类线的集合，它定义了各引线的电气、机械、功能和时序特性，使计算机系统内部的各部件Z间以及外部的各系统Z间建立信号联系，进行数据传递。采用总线标准的目的主耍有二条：一是生产厂能

3、按照统一的标准设计制造计算机；二是用户可以把不同生产厂制造的各种型号的模板或设备用一束无源的标准总线互相连接起来，因而可方便地按各白需要构成各种用途的计算机系统。釆用总线标准设计、生产的计算机模板和设备貝•有很强的兼容性，因为接插件的机械尺寸，各引脚的定义，毎个信号的电气特性和时序等都遵守统一的总线标准。按照统一的总线标准设计和生产出来的计算机模板和设备，经过不同的组合，可以配置成各种用途的计算机系统，在此基础上设计的软件具冇很好的兼容性，便于系统的扩充和升级。另外，采川总线标准设计的系统便于故

4、障诊断和维修，同时也降低了生产和维护成本。这些都促进了计算机系统的开发和应用。2.1.1总线的分类总线技术应用十分广泛，从芯片内部各能部件的连接，到芯片间的互联，再到由芯片组成的板卡模块的连接，以及计算机与外部设备之间的连接，甚至现在工业控制中应用十分广泛的现场总线，都是通过不同的总线方式來进行实现的。下面仅对微机系统中冃前比较流行的部分总线技术分别加以介绍。总线的分类方法比较多，按照不同的分类方法，总线有不同的名称。按照总线内部信息传输的性质，总线对以分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线

5、。依据总线在系统结构屮的层次位置，一般把总线分为：片内总线、内部总线和外部总线。按照总线的数据传输方式，总线又可以分为串行总线和并行总线。根据总线的传输方向又可以分为单向总线和双向总线。地址总线和控制总线-•般的，总线的数目、定义各不相同，但按总线中信息传输的性质，通常可以把总线分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB、和电源总线PB四部分，如图2」所示。①数据总线DB用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线，既可以把CPU的数据传送到存储辭或I/O接口等其它部件，也可以将其它部件的数

6、据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个璽要指标，通常与微处理的字长相一致。例如Intel8086微处图2.1内部总线的结构理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。②地址总线AB是专门用来传送地址的，山于地址只能从CPU传向I/O端口或外部存储器，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为1MB。③控制总线CB控制总线包括控制、时序和屮断信号线，用于传递各种控制信息，如读/写信号、

7、片选信号、中断响应信号等山CPU发出的信号,以及中断请求信号、复位倍号、总线请求信号等发给CPU的信号。因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而泄。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。④电源总线PB用于向系统提供电源。电源线和地线数冃的多少取决于电源的种类和地线的分布与用法。2•片内总线、内部总线和外部总线(1)片内总线片内总线是在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。由于受芯片面积及对外引脚数的限制，片内总线大多采用单总线

8、结构，这有利于芯片集成度和成品率的提高，而对于内部数据传送速度要求较高的，也可采用双总线或三总线结构。如CPU芯片内部的总线，是连接ALU、寄存器、控制器等部件的信息通路，这种总线一般由芯片生产厂家设计,计算机系统设计者并不关心，但随着微电子学的发展，出现了AS1C技术，用户也可以按照自己的要求借助于适当的EDA工具，选择适当的片内总线，设计自己的芯片。(2)内部总线广义上，内部总线乂称为系统总线或板级总线，川于计算机系统内部的模板和模板之间进行通信的总线。系统总线是微机系统中最重耍的总线，人们