微型计算机原理与接口技术教学课件杨立第5章 总线技术.ppt

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1、本章主要教学内容总线的分类、特点和基本功能常用系统总线的内部结构及引脚特性常用局部总线的内部结构及引脚特性常用外部设备总线的结构和特点第5章总线技术第5章总线技术本章教学目的及要求l从总线的基本概念入手，分析常用的系统总线和局部总线，熟悉各类总线的特点和功能l掌握系统总线、局部总线的应用l熟悉微机系统中采用的外部设备总线5.1总线的基本概念5.1.1总线概述所谓总线，是指计算机中多个部件之间公用的一组连线，是若干互连信号线的集合，由它构成系统插件间、插件的芯片间或系统间的标准信息通路。在微型计算机系统中，总线是各个部件信息交换的公共通道，各部件之间的联系都是通过总线实

2、现的，总线在计算机中起着重要的作用。微型计算机广泛采用总线技术，以便简化硬件、软件的系统设计。随着微型计算机的发展，总线技术也在不断地发展与完善，并且已经出现了一系列的标准化总线，这些标准化总线的广泛使用，对微型计算机系统在各个领域的普及和应用起到了积极的推动作用。为了使微型计算机应用系统朝模块化、标准化的方向发展，标准总线应具有以下特点：（1）可以简化计算机软件和硬件的设计；（2）可以简化系统的结构；（3）易于系统的扩展；（4）便于系统的更新；（5）便于系统的调试和维修。5.1.2总线分类在微型计算机系统中按照总线的规模、用途及应用场合，可将总线分为以下三类。（1）

3、微处理器芯片总线也称为元件级总线，这是在构成一块CPU插件或用微处理机芯片组成一个很小系统时常用的总线，常用于CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片等之间的信息传送。按所传送的信息类别不同，可将芯片总线分为传送地址、传送数据和传送控制信息等三组总线，分别简称为地址总线、数据总线和控制总线。（2）内总线也称为板极总线或系统总线，它是微型计算机系统内连接各插件板的总线，用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的总线，一般用于模板之间的连接。在微型计算机系统中，系统总线是主板上微处理器和外部设备之间进行通讯时所采用的数据通道。（3）外部总线也称为通信

4、总线，主要用于微机系统与微机系统之间或微机与外部设备（如打印机、硬盘设备）、仪器仪表之间的通信，常用于设备级的互连。这种总线的数据传输可以是并行的，也可以是串行的，数据传输速率低于系统内部的总线。三类总线在微型计算机系统中的位置及相互关系如图5-1所示。图5-1微型计算机的总线层次结构5.1.3总线的裁决总线由多个部件共享，为了正确地实现各部件之间的信息传送，必须对总线的使用进行合理的分配和管理。当总线上的某个部件要与另一个部件进行通信时，首先应该发出请求信号，有时会发生在同一时刻总线上有多个部件发出总线请求信号的情况，这就要求根据一定的总线裁决原则来确定占用总线的先

5、后次序。只有获得总线使用权的部件，才能在总线上传送信息，这就是所谓的总线裁决问题。通常，有并联、串联和循环等三种总线分配的优先级技术。1.并联优先权判别法当采用并联优先权判别法时，优先级别是通过一个优先权裁决电路进行判断的。共享总线的每个部件具有独立的总线请求线，通过请求线将各部件的请求信号送往裁决电路。裁决电路一般由一个优先权编码器和一个译码器组成。该电路接收到某个部件或多个部件发来的请求信号后，首先经优先权编码器进行编码，然后由译码器产生相应的输出信号，发往请求总线部件中优先级最高的部件，允许该部件尽快获得总线。但需注意，即使某个部件获得了最先占有总线的特权，它也

6、不一定能立即使用总线，而必须在总线不忙时，即原占有总线部件传送结束后才能使用总线。2.串联优先级判别法串联优先级判别法不需要优先权编码器和译码器，它采用链式结构，把共享总线的各个部件按规定的优先级别链接在链路的不同位置上。在链式结构中位置越前面的部件，优先级别越高。当前面的部件要使用总线时便发出信号，禁止后面的部件使用总线。通过这种方式，就确定了请求总线各部件中优先级最高的部件。显然，在这种方式中，当优先级高的部件频繁请求时，优先级低的部件很可能很长时间都无法获得总线使用权。3.循环优先权判别法循环优先权判别法类似于并联优先权判别法，只是其中的优先权是动态分配的，原来

7、的优先权编码器由一个更为复杂的电路代替，该电路把占用总线的优先权在发出总线请求的那些部件之间循环移动，从而使每个总线部件使用总线的机会相同。以上三种优先权判别法各有优缺点，循环优先权判别法需要大量的外部逻辑才能实现。串联优先权判别法不需要使用外部逻辑电路，但这种方法中所允许链接的部件数目受到很严格的限制，因为部件太多，那么链路产生的延时就将超过时钟周期长度，总线优先级别的裁决必须在一个总线周期中完成。从一般意义上讲，并联优先权判别方法较好，它允许在总线上连接许多部件，而裁决电路又不太复杂。在实际使用时可根据具体情况决定采用哪种优先权判别方法。5.1.