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总线的基本概念
计算机系统中有很多部件,这些部件之间需要交换信息
怎么连接这些部件?点到点连接?
采用一种公共的信息交换链路,支持部件之间的信息交换——总线
Why?
计算机系统中各模块之间互连的链路, 支持模块之间的信息传送
总线的概念
片内总线:位于芯片(CPU)内部的总线。
外设总线:计算机与外部设备之间的互连总线(RS232、IDE、USB、IEEE-488等)
系统总线:计算机各模块之间的互连总线(ISA、PCI等)
通常,把系统总线简称为“总线”。
总线的分类
总线的基本功能
微计算机技术
2
总线特征要素
总线类型:专用、复用(数据/地址分时复用)
总线宽度:数据线宽度
总线传输速率:每秒传送最大字节数
数据传输功能:读、写、块、读修改写、写后读...
数据传输方式:单周期方式和猝发(burst)方式
时序:同步传送与异步传送
仲裁方法:集中、分布
每个总线周期仅传送一个数据
单周期数据传送
总线上的数据传输方式1
每个总线周期传送多个数据。有规定的寻址规则,提高总线利用率。
猝发(burst)数据传送
总线上的数据传输方式2
数据传送双方依靠统一的公共时钟信号来发送和接收数据,一般用总线时钟作为双方的同步信号。特点:协议简单、严格、灵活性差。
同步传送:
主模块在第1个时钟周期开始处发出地址和读信号,地址和控制信号有效
从模块接收后在下一个时钟周期开始处把数据信号及应答信号放到总线上
在下一个时钟周期到来时,各信号恢复,完成总线周期。
步骤
同步传送
时钟
读
地址
应答
数据
同步传送时序图
同步传送
异步传送
异步传送
信号的建立时间和保持时间
保证信号能够被正确采样
微计算机技术
10
总线仲裁
集中式总线仲裁
菊花链
菊花链式仲裁电路也可以用于总线仲裁
微计算机技术
13
分布式总线仲裁
总线最高传输率 =
数据总线宽度(字节)*
总线时钟 *
每周期数据量
ISA = 2*8*1/2=8MB/s
PCI =4*33.3*1=133MB/s
PCI-2=8*66.6*1=533MB/s
总线最高传输率的计算
总线的层次结构
PC与ISA总线
ISA 总线
PC总线
ISA总线
ISA机械特性
机械特性:总线在机械方式上的一些性能
插头与插座使用的标准
几何尺寸、形状、引脚的个数以及排列的顺序
接头处的可靠接触等等
其设计既要考虑到功能上的可用性、可靠性和可扩展性,又要考虑到扩展卡易于插拔以及防倒插等要求
ISA
62+36引脚双列直插式的总线扩展插槽
62引脚基本插槽用于8位ISA
36引脚扩展插槽用于16位ISA扩展
微计算机技术
21
ISA插槽与ISA卡
微计算机技术
22
ISA电气特性
使用单一传输线进行信号传输(单端信号)
信号遵循标准的TTL电平定义,
总线驱动器驱动的输出电压以高于2.4V为高电平,低于0.4V为低电平
总线接收器接收的输入电压以高于2.0V为高电平,低于0.8V为低电平
微计算机技术
23
常见单端信号电平定义(参考)
微计算机技术
24
总线的电气性能
总线的电气性能
典型终端电阻网络
入射波转换技术
ISA信号
ISA信号 (cont)
ISA 标准8位存储器访问时序
微计算机技术
30
ISA 快速8位存储器访问时序
微计算机技术
31
ISA标准16位存储器访问时序
ISA快速16位存储器访问时序
ISAI/O访问时序
总线仲裁与中断控制
ISA总线没有真正意义上的总线仲裁机制
ISA总线上的各种ISA设备一般都处于从设备模式,接受CPU的控制访问
ISA总线控制主要有中断和DMA请求两种方式
中断方式时由ISA卡发出中断请求而取得软件的控制权
DMA请求方式则在DMA控制器响应请求后,由DMA控制器代为管理总线的控制
或者与/MASTER信号配合取得ISA总线的真正控制权。
ISA设备直接发出中断请求信号,由中断控制器管理中断
IRQ15-IRQ14、IRQ12~IRQ9、IRQ7~IRQ3
微计算机技术
35
寻址与配置
寻址
使用IOR#、IOW#、MEMR#、MEMW#等信号来区分对I/O空间和存储器空间的访问
通过对总线地址的译码和I/OCHRDY、NOWS#、MEMCS16#、IOCS16#等信号实现应答
配置
早期ISA总线中,总线以手工的方式进行配置
主板上内置的各种ISA设备在安装前就已经被仔细地配置,以保证其分配的资源不会出现冲突。
要安装在ISA总线插槽上的各种设备必须以某种方式进行手工的资源分配
后来出现ISA PnP技术,实现一定程度上的自动配置
微计算机技术
36
SBHE#的使用
MEMCS16#的产生
ISA总线的存储器扩展
A
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