第10章 總線技術(shù)

1、第第10 10章章 總線技術(shù)總線技術(shù)本章結(jié)構(gòu)本章結(jié)構(gòu)10.1 10.1 總總線概述線概述10.2 10.2 系系統(tǒng)總線統(tǒng)總線10.3 10.3 外外部部總線總線9.1 9.1 總總線概述線概述 總線總線是指計(jì)算機(jī)中多個(gè)部件之間公用的一組連線，是指計(jì)算機(jī)中多個(gè)部件之間公用的一組連線，是若干互連信號線的集合，由它構(gòu)成系統(tǒng)插件間、插件是若干互連信號線的集合，由它構(gòu)成系統(tǒng)插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)將的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。的芯片間或系統(tǒng)將的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線使各個(gè)部件信息交換的在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線使各個(gè)部件信息交換的公共通道，各部件之間的聯(lián)系都是通過總線實(shí)現(xiàn)的，總公共通道，各部件之間

2、的聯(lián)系都是通過總線實(shí)現(xiàn)的，總線在計(jì)算機(jī)中起著重要的作用。微型計(jì)算機(jī)廣泛采用總線在計(jì)算機(jī)中起著重要的作用。微型計(jì)算機(jī)廣泛采用總線技術(shù)，以便簡化硬件、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。線技術(shù)，以便簡化硬件、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 可以接觸到的總線有很多，可以接觸到的總線有很多，有系統(tǒng)總線、局部總線、有系統(tǒng)總線、局部總線、SCSI總線、總線、ISA總線、總線、MAC（微通道總線）、（微通道總線）、PCI總線、總線、AGP總線、總線、VL總線、總線、RS232總線、總線、USB總線、總線、1394總總線以及線以及PCIE總線等總線等。這里這里將對總線的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、性能將對總線的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、性能以及各主要總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論。以及

3、各主要總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論。9.1.1 9.1.1 總總線規(guī)范線規(guī)范 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)是人們把各種不同的模塊組成的系統(tǒng)時(shí)所需是人們把各種不同的模塊組成的系統(tǒng)時(shí)所需要遵守的總線規(guī)范，它為各模塊互連提供了透明的標(biāo)準(zhǔn)，要遵守的總線規(guī)范，它為各模塊互連提供了透明的標(biāo)準(zhǔn)，任一方只需要根據(jù)總線接口標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)現(xiàn)和完成接口功能，任一方只需要根據(jù)總線接口標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)現(xiàn)和完成接口功能，而不必考慮另一方的接口方式。而不必考慮另一方的接口方式。 采用總線標(biāo)準(zhǔn)可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系采用總線標(biāo)準(zhǔn)可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和更新。統(tǒng)可靠性，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和更新。 總總線形成標(biāo)準(zhǔn)通常有兩

4、種方式：線形成標(biāo)準(zhǔn)通常有兩種方式： 先有產(chǎn)品后有標(biāo)準(zhǔn)；先有產(chǎn)品后有標(biāo)準(zhǔn)；先有標(biāo)準(zhǔn)后有產(chǎn)品。先有標(biāo)準(zhǔn)后有產(chǎn)品。 在在國際上，從事接納和主持制定總線標(biāo)準(zhǔn)工作的有國際上，從事接納和主持制定總線標(biāo)準(zhǔn)工作的有IEEE（美國電氣與電子工程師協(xié)會）、（美國電氣與電子工程師協(xié)會）、IEC（國際電工委（國際電工委員會）、員會）、ITU（國際電信聯(lián)盟）和（國際電信聯(lián)盟）和ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)局）（美國國家標(biāo)準(zhǔn)局）組織的專門標(biāo)準(zhǔn)化委員會。組織的專門標(biāo)準(zhǔn)化委員會。 9.1.1 9.1.1 總總線規(guī)范線規(guī)范 總總線規(guī)范一般包括如下部分：線規(guī)范一般包括如下部分： 機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)范模塊尺寸、總線連接器、：規(guī)

5、范模塊尺寸、總線連接器、插頭等規(guī)格；插頭等規(guī)格；電氣性能規(guī)范電氣性能規(guī)范：規(guī)定信號邏輯電平、負(fù)載能力：規(guī)定信號邏輯電平、負(fù)載能力及最大最小額定值以及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)及最大最小額定值以及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間等；間等；功能結(jié)構(gòu)規(guī)范功能結(jié)構(gòu)規(guī)范：規(guī)定總線接口引腳的定義、傳：規(guī)定總線接口引腳的定義、傳輸速率的設(shè)定、定時(shí)及信號格式和輸速率的設(shè)定、定時(shí)及信號格式和功能。功能。9.1.2 9.1.2 總總線分類線分類 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中按照總線的規(guī)模、用途及應(yīng)用場合，在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中按照總線的規(guī)模、用途及應(yīng)用場合，可以將總線分為以下三類?？梢詫⒖偩€分為以下三類。 （1）微處理器芯片總線微處理器芯片總線, 也稱元件級總線

6、也稱元件級總線，這是在構(gòu)成，這是在構(gòu)成一塊一塊cpu插件或用微處理機(jī)芯片組成一個(gè)很小系統(tǒng)時(shí)常用的插件或用微處理機(jī)芯片組成一個(gè)很小系統(tǒng)時(shí)常用的總線，常用于總線，常用于cpu芯片、存儲器芯片、芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片等之間接口芯片等之間的信息傳送。按所傳送的信息類別不同，可將芯片總線分的信息傳送。按所傳送的信息類別不同，可將芯片總線分為傳送地址、傳送數(shù)據(jù)和傳送控制信息等三組總線，分別為傳送地址、傳送數(shù)據(jù)和傳送控制信息等三組總線，分別簡稱為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。簡稱為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 （2）內(nèi)總線內(nèi)總線, 也稱板極總線或系統(tǒng)總線也稱板極總線或系統(tǒng)總線，它是微型計(jì)，它是微

7、型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用以實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)系算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用以實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的中線，一般用于模板之間的連接。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，的中線，一般用于模板之間的連接。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時(shí)所系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時(shí)所采用的數(shù)據(jù)通道。采用的數(shù)據(jù)通道。9.1.2 9.1.2 總總線分類線分類 （3）外部總線外部總線 也稱通信總線也稱通信總線，主要用于微機(jī)系統(tǒng)與微，主要用于微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)與外部設(shè)備

8、（如打印機(jī)、硬盤設(shè)備）、機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)與外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤設(shè)備）、儀器儀表之間的通信，常用于設(shè)備級的互連，這種總線的儀器儀表之間的通信，常用于設(shè)備級的互連，這種總線的數(shù)據(jù)傳輸可以是并行的，也可以是串行的，數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸可以是并行的，也可以是串行的，數(shù)據(jù)傳輸速率低于系統(tǒng)內(nèi)部的總線。低于系統(tǒng)內(nèi)部的總線。 三類總線在微型計(jì)算機(jī)中的位置及相互關(guān)系下圖所示。三類總線在微型計(jì)算機(jī)中的位置及相互關(guān)系下圖所示。9.1.3 9.1.3 總線分類總線分類 按按總線所完成的功能可分為以下幾種類型：總線所完成的功能可分為以下幾種類型： 地址總線地址總線：為單向、三態(tài)總線，它是微機(jī)系統(tǒng)用于傳送：為單向、三

9、態(tài)總線，它是微機(jī)系統(tǒng)用于傳送地址的信號線。地址總線的數(shù)目決定了直接尋址的范圍。地址的信號線。地址總線的數(shù)目決定了直接尋址的范圍。 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線：一般為雙向、三態(tài)總線，它用來傳送數(shù)據(jù)：一般為雙向、三態(tài)總線，它用來傳送數(shù)據(jù)和代碼。和代碼。 控制總線控制總線：用來傳送控制信號，實(shí)現(xiàn)命令和狀態(tài)的傳送，：用來傳送控制信號，實(shí)現(xiàn)命令和狀態(tài)的傳送，包括讀信號、寫信號等，中斷、包括讀信號、寫信號等，中斷、DMA控制信號、系統(tǒng)時(shí)鐘、控制信號、系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位信號等也是通過控制總線來傳送的。復(fù)位信號等也是通過控制總線來傳送的。 電源線和地線電源線和地線：決定了總線使用的電源種類及地線的：決定了總線使用的電源種類

10、及地線的分布和用法。分布和用法。 備用線備用線：是在總線中留給生產(chǎn)廠家和用戶自行定義的：是在總線中留給生產(chǎn)廠家和用戶自行定義的信號線，其作用是為了功能的擴(kuò)充和擁護(hù)特殊技術(shù)要求的信號線，其作用是為了功能的擴(kuò)充和擁護(hù)特殊技術(shù)要求的使用。使用。9.1.4 9.1.4 總總線數(shù)據(jù)的傳送方式線數(shù)據(jù)的傳送方式 總總線數(shù)據(jù)傳送的通信方式基本有線數(shù)據(jù)傳送的通信方式基本有3類：同步通信、異步類：同步通信、異步通信和半同步通信。通信和半同步通信。 同步通信同步通信方式方式：同：同步總線通信規(guī)程利用系統(tǒng)時(shí)鐘作步總線通信規(guī)程利用系統(tǒng)時(shí)鐘作為各模塊工作的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，通信雙方嚴(yán)格按時(shí)鐘規(guī)定完成為各模塊工作的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，通信雙

11、方嚴(yán)格按時(shí)鐘規(guī)定完成相應(yīng)的操作。相應(yīng)的操作。 異步通信異步通信方式方式：異：異步通信允許總線上的各模塊有各步通信允許總線上的各模塊有各自的時(shí)鐘，這樣在模塊間進(jìn)行通信時(shí)就不需要公共的時(shí)鐘自的時(shí)鐘，這樣在模塊間進(jìn)行通信時(shí)就不需要公共的時(shí)鐘了。但要實(shí)現(xiàn)不同速度模塊間的配合，就必須增加應(yīng)答信了。但要實(shí)現(xiàn)不同速度模塊間的配合，就必須增加應(yīng)答信號線，應(yīng)答信號常用請求（號線，應(yīng)答信號常用請求（Request）和響應(yīng)）和響應(yīng)（Acknowledge）來表示。）來表示。 半同步通信半同步通信方式方式：由：由于異步通信總線的傳輸延遲限于異步通信總線的傳輸延遲限制了數(shù)據(jù)的傳送速率，而同步總線又不能滿足不同設(shè)備的制了

12、數(shù)據(jù)的傳送速率，而同步總線又不能滿足不同設(shè)備的傳送要求。因此有了半同步總線，這是一種結(jié)合同步總線傳送要求。因此有了半同步總線，這是一種結(jié)合同步總線和異步總線優(yōu)點(diǎn)的總線方式。和異步總線優(yōu)點(diǎn)的總線方式。9.2 9.2 系系統(tǒng)總線統(tǒng)總線 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線指的是指的是IBM公司的公司的PC系列微型計(jì)算機(jī)及其兼系列微型計(jì)算機(jī)及其兼容機(jī)中用于連接各內(nèi)部設(shè)備的總線，也可成為容機(jī)中用于連接各內(nèi)部設(shè)備的總線，也可成為IBM PC系列系列總線?？偩€。 IBM PC系列微機(jī)采用開放式結(jié)構(gòu)，在底板上設(shè)置一些系列微機(jī)采用開放式結(jié)構(gòu)，在底板上設(shè)置一些標(biāo)準(zhǔn)插槽，將各種符合插槽運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的電路板插入插槽即標(biāo)準(zhǔn)插槽，將各種符合插

13、槽運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的電路板插入插槽即可擴(kuò)充可擴(kuò)充PC功能。功能。9.2.1 9.2.1 系系統(tǒng)總線及其發(fā)展統(tǒng)總線及其發(fā)展 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以說是日新月異。處理器的主頻計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以說是日新月異。處理器的主頻越來越高，與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)中有重要地位的越來越高，與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)中有重要地位的I/O 技術(shù)技術(shù)也在不斷發(fā)展，不過相較其它計(jì)算機(jī)技術(shù)來說，也在不斷發(fā)展，不過相較其它計(jì)算機(jī)技術(shù)來說，I/O 技術(shù)技術(shù)的發(fā)展相對沉穩(wěn)。的發(fā)展相對沉穩(wěn)。9.2.1 9.2.1 系系統(tǒng)總線及其發(fā)展統(tǒng)總線及其發(fā)展系統(tǒng)總線情況如下圖所示系統(tǒng)總線情況如下圖所示 ：最早的最早的PC總線是總線是IBM公司公司1981年在年在

14、PC/XT 電腦采用的系統(tǒng)電腦采用的系統(tǒng)總線，稱為總線，稱為PC總線或者總線或者PC/XT總線?？偩€。ISA 總線基本上可以滿足以總線基本上可以滿足以286或或386SX以下以下CPU的為核心的為核心的電腦的要求的電腦的要求 。1992年，年，Intel 在發(fā)布在發(fā)布486處理器的時(shí)候，同時(shí)提出了處理器的時(shí)候，同時(shí)提出了32-bit 的的PCI（Peripheral Component Interconnect Local Bus周周邊組件互連）總線。邊組件互連）總線。9.2.1 9.2.1 系系統(tǒng)總線及其發(fā)展統(tǒng)總線及其發(fā)展Intel 于于1996年年7月正式推出了月正式推出了AGP（ 加速圖

15、形接口，加速圖形接口，Accelerated Graphics Port）接口）接口 ，這是顯示卡專用的局，這是顯示卡專用的局部總線，是基于部總線，是基于PCI 2.1 版規(guī)范擴(kuò)充修改而成的總線標(biāo)準(zhǔn)。版規(guī)范擴(kuò)充修改而成的總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI 總線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無法滿足電腦性能提升的要求，必須由總線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無法滿足電腦性能提升的要求，必須由帶寬更大、適應(yīng)性更廣、發(fā)展?jié)摿Ω畹男乱粠Э偩€取而帶寬更大、適應(yīng)性更廣、發(fā)展?jié)摿Ω畹男乱粠Э偩€取而代之。代之。PCI Express 總線，是第三代輸入總線，是第三代輸入/輸出總線，所以簡稱輸出總線，所以簡稱3GIO（Third-Generation Input/Ou

16、tput），另外它的開發(fā)），另外它的開發(fā)代號是代號是Arapahoe，所以又稱為，所以又稱為Arapahoe總線。總線。2002年年7月月23日，日，PCI-SIG 正式公布了正式公布了PCI Express 1.0 規(guī)范，規(guī)范，2006年推出年推出Spec2.0（2.0規(guī)范）。規(guī)范）。 9.2.1 9.2.1 系系統(tǒng)總線及其發(fā)展統(tǒng)總線及其發(fā)展9.2.2 9.2.2 ISAISA總線以及總線以及EISAEISA總線總線 ISA（Industry Standard Architecture ）總線是指以總線是指以80286 CPU為核心的處理器的為核心的處理器的IBM PC/AT機(jī)中所使用的總線

17、，機(jī)中所使用的總線，又稱又稱PC/AT總線，它是在總線，它是在8位的位的PC總線基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的總線基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的16位位總線體系結(jié)構(gòu)?？偩€體系結(jié)構(gòu)。 ISA總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)：它的數(shù)據(jù)傳送速率最快為：它的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/S，地址，地址總線寬度為總線寬度為24位，可以支持位，可以支持16GB的內(nèi)存。的內(nèi)存。ISA總線在總線在PC總線總線的的62引腳的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)引腳的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)36引腳的插槽，形成前引腳的插槽，形成前62引腳引腳和后和后36引腳的兩個(gè)插座，這樣就構(gòu)成了引腳的兩個(gè)插座，這樣就構(gòu)成了16位位ISA總線。它可以總線。它可以利用前利用前62引腳的插座插入與引腳的

18、插座插入與PC總線兼容的總線兼容的8位接口電路卡，位接口電路卡，也可以利用整個(gè)插座插入也可以利用整個(gè)插座插入16位接口電路卡。除了數(shù)據(jù)和地址位接口電路卡。除了數(shù)據(jù)和地址線的擴(kuò)充外，線的擴(kuò)充外，16位位ISA部分還擴(kuò)充了中斷和部分還擴(kuò)充了中斷和DMA請求、應(yīng)答請求、應(yīng)答信號。信號。9.2.2 9.2.2 ISAISA總線以及總線以及EISAEISA總線總線ISA總線結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示總線結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。9.2.2 9.2.2 ISAISA總線以及總線以及EISAEISA總線總線 ISA信號線如圖所示。信號線如圖所示。 9.2.2 9.2.2 ISAISA總線以總線以及及EISAEISA總線總

19、線 EISA（Extended Industrial Standard Architecture）總線是總線是 擴(kuò)展的擴(kuò)展的ISA總線，引腳由原來總線，引腳由原來ISA總線的總線的62個(gè)加個(gè)加36個(gè)個(gè)擴(kuò)展到了擴(kuò)展到了198個(gè)，其數(shù)據(jù)總線被擴(kuò)展到個(gè)，其數(shù)據(jù)總線被擴(kuò)展到32位，但時(shí)鐘速度仍位，但時(shí)鐘速度仍維持在維持在8MHz，傳輸速率為，傳輸速率為33MB/S，由于，由于EISA總線性能穩(wěn)總線性能穩(wěn)定，適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體等領(lǐng)域，最定，適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體等領(lǐng)域，最常見的應(yīng)用是作為磁盤控制器和視頻圖形適配器。常見的應(yīng)用是作為磁盤控制器和視頻圖形適配器。EISA的

20、的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是公開的。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是公開的。 與與ISA總線相比，總線相比，EISA總線有以下總線有以下特點(diǎn)特點(diǎn)： （1） EISA總線由于總線由于32位微型計(jì)算機(jī)中，支持位微型計(jì)算機(jī)中，支持32位的地位的地址總線尋址，可尋址址總線尋址，可尋址4GB的存儲空間，也支持的存儲空間，也支持64GB的的I/O端端口尋址。口尋址。9.2.29.2.2：ISAISA總線以及總線以及EISAEISA總線總線 （2）它具有）它具有32位數(shù)據(jù)線，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，保位數(shù)據(jù)線，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，保證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33MB/S。 （3）EISA

21、總線支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備，總線支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備，具有較強(qiáng)的具有較強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力。擴(kuò)展能力和負(fù)載能力。 （4）具有自動(dòng)配置功能，可以根據(jù)配置文件制動(dòng)地初始）具有自動(dòng)配置功能，可以根據(jù)配置文件制動(dòng)地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡?；?，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。 （5）擴(kuò)展了）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速率，支持的范圍和傳輸速率，支持7個(gè)個(gè)DMA通道，通道，DMA數(shù)據(jù)傳輸既可以在數(shù)據(jù)傳輸既可以在ISA方式下進(jìn)行，也可以在方式下進(jìn)行，也可以在EISA方式方式下進(jìn)行。而且在下進(jìn)行。而且在EISA方式下進(jìn)行方式下進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用的數(shù)據(jù)總

22、線和地址總線都是數(shù)據(jù)總線和地址總線都是32位的。位的。 （6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持常規(guī)的一次傳送，）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持常規(guī)的一次傳送，也可支持突法方式即高速分組傳送。也可支持突法方式即高速分組傳送。 局局部總線部總線是在是在ISA總線和總線和CPU之間增加之間增加1級總級總線。這樣可將一些高速的外設(shè)，如網(wǎng)卡、磁盤控制線。這樣可將一些高速的外設(shè)，如網(wǎng)卡、磁盤控制器等通過局部總線直接掛到器等通過局部總線直接掛到CPU總線上，使之與高總線上，使之與高速的速的CPU總線相匹配?？偩€相匹配。 局局部總線中的典型即為部總線中的典型即為Intel公司開發(fā)的公司開發(fā)的PCI局局部總線部總線（

23、Peripheral Component Interconnect Local Bus）。）。9.2.3 PCIPCI總線總線9.2.3 9.2.3 PCIPCI總線總線PCI總線定義了總線定義了32位數(shù)據(jù)線，可以擴(kuò)位數(shù)據(jù)線，可以擴(kuò)展到展到64位。它體位。它體積小、支持無限突積小、支持無限突發(fā)操作，使用發(fā)操作，使用33MHz和和66MHz時(shí)鐘頻率，最大傳時(shí)鐘頻率，最大傳輸速率為輸速率為132528MB/s，支持，支持并發(fā)工作方式。并發(fā)工作方式。PCI局部總線結(jié)構(gòu)局部總線結(jié)構(gòu)圖如圖所圖如圖所示。示。9.2.3 9.2.3 PCIPCI總線總線 PCI既支持單存儲周期的傳送方式，也支持成組的傳送既

24、支持單存儲周期的傳送方式，也支持成組的傳送方式。在單存儲周期的傳送方式下，它要用兩個(gè)時(shí)鐘時(shí)方式。在單存儲周期的傳送方式下，它要用兩個(gè)時(shí)鐘時(shí)間對數(shù)據(jù)字進(jìn)行讀寫操作。在第一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，間對數(shù)據(jù)字進(jìn)行讀寫操作。在第一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，PCI總線總線提供的是地址信息，而在后續(xù)的每個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，訪問的則提供的是地址信息，而在后續(xù)的每個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，訪問的則是數(shù)據(jù)信息。是數(shù)據(jù)信息。 PCI總線信號如圖所示。總線信號如圖所示。9.2.3 9.2.3 PCIPCI總線總線PCI總線的優(yōu)點(diǎn)：總線的優(yōu)點(diǎn)：高性能。高性能。 低成本。低成本。 兼容性。兼容性。 右圖就體現(xiàn)了右圖就體現(xiàn)了PCI總線的兼容性。總線的兼容性。PCI總線額定的時(shí)

25、鐘頻率在總線額定的時(shí)鐘頻率在0到到133MHz之間，在之間，在由電池供電的系統(tǒng)里，這種方式非常有用。在機(jī)由電池供電的系統(tǒng)里，這種方式非常有用。在機(jī)器空閑的方式下，它有效地減少了電能消耗。器空閑的方式下，它有效地減少了電能消耗。 PCI總線的存取操作通常有兩個(gè)步驟進(jìn)行：一個(gè)總線的存取操作通常有兩個(gè)步驟進(jìn)行：一個(gè)是地址操作，一個(gè)是數(shù)據(jù)操是地址操作，一個(gè)是數(shù)據(jù)操作。作。9.2.3 9.2.3 PCIPCI總線總線PCI總線配套有一種功能非常強(qiáng)的成組方式總線配套有一種功能非常強(qiáng)的成組方式（Burst Mode）。在這種操作方式下，在地址操）。在這種操作方式下，在地址操作之后，緊跟著的是一次數(shù)據(jù)量不受限

26、制的數(shù)據(jù)作之后，緊跟著的是一次數(shù)據(jù)量不受限制的數(shù)據(jù)傳送操作。傳送操作。 9.2.3 9.2.3 PCIPCI總線總線PCI總線橋擁有將單個(gè)處理機(jī)訪問（有時(shí)這種處總線橋擁有將單個(gè)處理機(jī)訪問（有時(shí)這種處理機(jī)的訪問速度有可能比理機(jī)的訪問速度有可能比PCI總線總線33MHz的時(shí)鐘的時(shí)鐘頻率還要高）合并成一次組操作的能力，避免了頻率還要高）合并成一次組操作的能力，避免了一種潛在的瓶頸現(xiàn)象。一種潛在的瓶頸現(xiàn)象。除此之外，除此之外，PCI總線橋在一次成組傳送的操作過總線橋在一次成組傳送的操作過程中所傳送的字節(jié)數(shù)不受限制。程中所傳送的字節(jié)數(shù)不受限制。為了避免為了避免PCI總線上的某個(gè)時(shí)間長期占用總線上的某個(gè)時(shí)

27、間長期占用PCI總線，總線，在在PCI的每個(gè)設(shè)備上都配備了一個(gè)延遲計(jì)時(shí)器，的每個(gè)設(shè)備上都配備了一個(gè)延遲計(jì)時(shí)器，用這個(gè)延遲計(jì)時(shí)器給每一個(gè)設(shè)備規(guī)定它能使用總用這個(gè)延遲計(jì)時(shí)器給每一個(gè)設(shè)備規(guī)定它能使用總線的最長時(shí)間。線的最長時(shí)間。9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PCI總線也面臨著總線也面臨著ISA在發(fā)展過程中所存在的問題，即使是經(jīng)過改進(jìn)的、在發(fā)展過程中所存在的問題，即使是經(jīng)過改進(jìn)的、用于服務(wù)器和高端電腦系統(tǒng)的用于服務(wù)器和高端電腦系統(tǒng)的64位位/66MHz的的PCI總線總線(提供的帶寬可達(dá)提供的帶寬可達(dá)533MB/s)仍然無法滿足實(shí)

28、仍然無法滿足實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用要求，因此迫切需要新型穩(wěn)定高效際系統(tǒng)的應(yīng)用要求，因此迫切需要新型穩(wěn)定高效的總線標(biāo)準(zhǔn)出的總線標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)?，F(xiàn)。9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)PCI-X另一優(yōu)勢是它具有變頻功能，另一優(yōu)勢是它具有變頻功能，PCI-X不像不像PCI那樣采用固定的頻率，在工作時(shí)候的具體頻那樣采用固定的頻率，在工作時(shí)候的具體頻率可根據(jù)設(shè)備的不同而隨時(shí)變化。率可根據(jù)設(shè)備的不同而隨時(shí)變化。 PCI-X總線還有一個(gè)優(yōu)勢就是它的兼容性。無論總線還有一個(gè)優(yōu)勢就是它的兼容性。無論32位還是位還是64位位PCI-X總線，均采用同樣的接口形總線，均采用同樣的接口形式，而且普通式，而且普通P

29、CI的設(shè)備也能插在的設(shè)備也能插在PCI-X插槽之中。插槽之中。 PCI-X總線技術(shù)總線技術(shù)PCI-X屬于屬于PCI總線的擴(kuò)展架構(gòu)，與總線的擴(kuò)展架構(gòu)，與PCI總線相比，總線相比，PCI-X允許連接的單個(gè)允許連接的單個(gè)PCI-X設(shè)備自己進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，設(shè)備自己進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，允許斷開沒有數(shù)據(jù)交換的允許斷開沒有數(shù)據(jù)交換的PCI-X的連接以減少總線的的連接以減少總線的等待周期。等待周期。 9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn) InfiniBand總線總線技術(shù)技術(shù)InfiniBand是是Intel提出的一種全新的總線結(jié)構(gòu)，提出的一種全新的總線結(jié)構(gòu)，用于在服務(wù)器系統(tǒng)中取代用于在服務(wù)器系統(tǒng)中

30、取代PCI總線。總線。InfiniBand總線來源于總線來源于NGIO(Next Generation I/O)和和Future I/O這兩種競爭的總線結(jié)構(gòu)。這兩種競爭的總線結(jié)構(gòu)。 InfiniBand采用了一種全新的架構(gòu)，與傳統(tǒng)的采用了一種全新的架構(gòu)，與傳統(tǒng)的PCI無法兼容。無法兼容。 9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)InfiniBand總線標(biāo)準(zhǔn)即可把總線標(biāo)準(zhǔn)即可把I/O看做是服務(wù)器的組看做是服務(wù)器的組成部分，也可看成是機(jī)箱的一部分，這時(shí)遠(yuǎn)程存成部分，也可看成是機(jī)箱的一部分，這時(shí)遠(yuǎn)程存儲器、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器之間的連接是通過一條位于儲器、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器之間的連接是通過一條位于

31、中心的中心的InfiniBand控制芯片和中繼線完成的。控制芯片和中繼線完成的。 根據(jù)不同的需要，根據(jù)不同的需要，InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)為通道適配器標(biāo)準(zhǔn)為通道適配器設(shè)置了三種工作方式，分別提供設(shè)置了三種工作方式，分別提供1、4和和12條中繼條中繼線，這三種工作方式提供的帶寬分別可以達(dá)到線，這三種工作方式提供的帶寬分別可以達(dá)到500MB/s、2GB/s和和6GB/s。9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)一直都有芯片組廠商不斷提出它們的南北一直都有芯片組廠商不斷提出它們的南北橋互聯(lián)的技術(shù)，橋互聯(lián)的技術(shù)，Intel提提出了出了Intel Hub ，VIA 的的V-Link，Si

32、S的的MuTIOL 以及以及AMD的的Hyper Transport等。這等。這其中，以其中，以PCI Express和和HyperTransport最最為流行。為流行。 9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn) PCI Express總線技術(shù)總線技術(shù)PCIE總線是第三代輸入總線是第三代輸入/輸出總線，簡稱輸出總線，簡稱3GIO（Third-Generation Input/Output），又因?yàn)樗模?，又因?yàn)樗拈_發(fā)代號開發(fā)代號是是Arapahoe，所以又稱為所以又稱為Arapahoe總線總線PCI Express總總線可適應(yīng)流媒體和即時(shí)通訊的需線可適應(yīng)流媒體和即時(shí)通訊的需要

33、，它還能夠支持更多的要，它還能夠支持更多的I/O設(shè)設(shè)備，并且完全不需備，并且完全不需要擔(dān)心不同的設(shè)備會占用中斷的問題，因此它沒要擔(dān)心不同的設(shè)備會占用中斷的問題，因此它沒有這個(gè)缺陷。由于有這個(gè)缺陷。由于PCI Express總總線技術(shù)海量的線技術(shù)海量的帶帶寬。寬。9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)一個(gè)PCI Express總總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)主橋線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)主橋（Host Brige）和數(shù)）和數(shù)個(gè)個(gè)I/O設(shè)設(shè)備（備（endpoint）組）組成。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，交換節(jié)點(diǎn)（成。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，交換節(jié)點(diǎn)（Switch）?。┤〈舜薽ulti-drop 的總線，為的總

34、線，為I/O總總線提供輸出線提供輸出端。端。9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)PCI Express 總線結(jié)構(gòu)如圖所示總線結(jié)構(gòu)如圖所示9.2.4 9.2.4 發(fā)發(fā)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)展中的總線標(biāo)準(zhǔn)幾類幾類PCI總線的速度比較如下頁總線的速度比較如下頁所示。所示。9.3 9.3 外外部總線部總線外部總線外部總線是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，用于在是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，用于在系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)互連，可以作為可程序控制的儀器、系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)互連，可以作為可程序控制的儀器、設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連接的總線。設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連接的總線。 外部總線接口同系統(tǒng)總線也有很大的外部總線接口同系統(tǒng)總線也有很大的不同

35、。不同。最有代表的最有代表的USB總線總線，以及應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸，以及應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的領(lǐng)域的IEEE1394總線?？偩€。 USB（通用串行總線通用串行總線Universal Serial Bus）是）是由由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等等7家世界著名的計(jì)算家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。 USB 可把多達(dá)可把多達(dá)127 個(gè)外設(shè)同時(shí)連到用戶的系統(tǒng)上個(gè)外設(shè)同時(shí)連到用戶的系統(tǒng)上所有的外設(shè)通過協(xié)議來共享所有的外設(shè)通過協(xié)議來共享USB 的帶寬的帶寬.

36、USB 允許外設(shè)在主機(jī)和其它外設(shè)工作時(shí)進(jìn)行連接允許外設(shè)在主機(jī)和其它外設(shè)工作時(shí)進(jìn)行連接配置使用及移除即所謂的即插即用（配置使用及移除即所謂的即插即用（Plug and Play）。）。 USB規(guī)范主要包括以下幾個(gè)方面規(guī)范主要包括以下幾個(gè)方面: 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率;9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線連接電纜的種類連接電纜的種類;USB連接器連接器; 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線最大連接設(shè)備數(shù)最大連接設(shè)備數(shù);連接點(diǎn)之間的最連接點(diǎn)之間的最大大距離。距離。 USB設(shè)備和設(shè)備和USB主機(jī)通過主機(jī)通過USB總總線相連。線相連。USB總總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。圖所

37、示。 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線USB物理接口包括電氣特性和機(jī)械特性兩部分。物理接口包括電氣特性和機(jī)械特性兩部分。 電電氣特性氣特性。USB總線中的物理介質(zhì)由一根總線中的物理介質(zhì)由一根4線線的電纜組成，其中兩條用于提供設(shè)備工作所需的的電纜組成，其中兩條用于提供設(shè)備工作所需的電源，另外兩條用于傳輸數(shù)據(jù)。電源，另外兩條用于傳輸數(shù)據(jù)。 機(jī)機(jī)械特性械特性。對于所有的。對于所有的USB設(shè)備上都有設(shè)備上都有“上上行行”（UP-Stream）和）和“下行下行”（Down-stream）連接，它們在機(jī)械特性方面并不是可以互換的，連接，它們在機(jī)械特性方面并不是可以互換的，所以要盡量消除集線器上

38、出現(xiàn)非法的環(huán)路連所以要盡量消除集線器上出現(xiàn)非法的環(huán)路連接。接。詳細(xì)的機(jī)械特性請參考有關(guān)手冊。詳細(xì)的機(jī)械特性請參考有關(guān)手冊。 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線USB總線上的在主機(jī)和設(shè)備端點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)的總線上的在主機(jī)和設(shè)備端點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)的模型被稱為模型被稱為“管道管道”，這種管道模型有兩種：流，這種管道模型有兩種：流管道和消息管道。流管道中的數(shù)據(jù)沒有確定管道和消息管道。流管道中的數(shù)據(jù)沒有確定USB的幀結(jié)構(gòu)，而消息管道中的數(shù)據(jù)有。的幀結(jié)構(gòu)，而消息管道中的數(shù)據(jù)有。9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線第三部分是第三部分是邏輯構(gòu)成邏輯構(gòu)成，它表示不同，它表示不同USB元件的角色元件

39、的角色和責(zé)任，以及從主機(jī)和設(shè)備的角度出發(fā)，和責(zé)任，以及從主機(jī)和設(shè)備的角度出發(fā)，USB所呈所呈現(xiàn)的結(jié)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)；構(gòu)；第四部分是第四部分是客戶軟件客戶軟件。 USB由四個(gè)主要的部分組成：由四個(gè)主要的部分組成：第一部分是第一部分是主機(jī)和設(shè)備主機(jī)和設(shè)備，它是，它是USB系統(tǒng)的主要構(gòu)系統(tǒng)的主要構(gòu)件；件；第二部分是第二部分是物理構(gòu)成物理構(gòu)成，它表示，它表示USB元件是如何連元件是如何連接的；接的；9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線9.3.1 USBUSB總線總線一個(gè)一個(gè)USB物理物理設(shè)備的邏輯組設(shè)備的邏輯組成包括：成包括：USB總線接口、總線接口、USB邏輯設(shè)備、邏輯設(shè)備、功能模塊。功能模塊。US

40、B設(shè)備的組設(shè)備的組成如圖所示成如圖所示:9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線USB物理設(shè)備分成三層物理設(shè)備分成三層。最低一層用于傳送和接。最低一層用于傳送和接收分組的總線接口。中間一層則用于控制總線的收分組的總線接口。中間一層則用于控制總線的接口和設(shè)備上的各個(gè)端點(diǎn)之間所形成的數(shù)據(jù)路由。接口和設(shè)備上的各個(gè)端點(diǎn)之間所形成的數(shù)據(jù)路由。一個(gè)端點(diǎn)時(shí)數(shù)據(jù)的最終使用者或提供者，可以認(rèn)一個(gè)端點(diǎn)時(shí)數(shù)據(jù)的最終使用者或提供者，可以認(rèn)為它時(shí)一個(gè)信源或信宿。最高一層則是串行總線為它時(shí)一個(gè)信源或信宿。最高一層則是串行總線設(shè)備所提供的功能模塊。設(shè)備所提供的功能模塊。 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線9.

41、3.1 9.3.1 USBUSB總線總線USB總線上的設(shè)備以星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)總線上的設(shè)備以星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)物理連接。與主機(jī)物理連接。 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線主機(jī)與外設(shè)通過主機(jī)與外設(shè)通過USB接口的通信是通過驅(qū)動(dòng)程序接口的通信是通過驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)的。在來實(shí)現(xiàn)的。在windows環(huán)境中，定義了環(huán)境中，定義了windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型，其中設(shè)立了兩種模式：即用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型，其中設(shè)立了兩種模式：即用戶模式和內(nèi)核模式。戶模式和內(nèi)核模式。 有關(guān)有關(guān)Windows對對USB支持的詳細(xì)的說明請參考微支持的詳細(xì)的說明請參考微軟公司提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)包（軟公司提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)

42、開發(fā)包（Device Driver Developers Kit，即，即DDK）中的文檔。）中的文檔。9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線win32驅(qū)動(dòng)模驅(qū)動(dòng)模式式。Win32驅(qū)動(dòng)程序有兩種驅(qū)動(dòng)程序有兩種工作模式：用戶模式和工作模式：用戶模式和內(nèi)核模式。應(yīng)用程序只內(nèi)核模式。應(yīng)用程序只能工作在用戶模式下，能工作在用戶模式下，而驅(qū)動(dòng)程序大多運(yùn)行在而驅(qū)動(dòng)程序大多運(yùn)行在內(nèi)核模式內(nèi)核模式下。下。 用戶模式和內(nèi)核模式在用戶模式和內(nèi)核模式在USB通信中的組成如圖通信中的組成如圖所示所示 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線USB分層分層驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)USB通信使用分層驅(qū)動(dòng)模型，每層處理一通信使用分

43、層驅(qū)動(dòng)模型，每層處理一部分通信任務(wù)。把通信分成層是有效的，部分通信任務(wù)。把通信分成層是有效的，因?yàn)檫@樣可以使不同的設(shè)備在一些任務(wù)上因?yàn)檫@樣可以使不同的設(shè)備在一些任務(wù)上使用相同的驅(qū)動(dòng)。使用相同的驅(qū)動(dòng)。 圖為在圖為在Window系統(tǒng)中，如何對構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)中，如何對構(gòu)成一個(gè)USB主機(jī)的不同軟件部分進(jìn)行劃分的情況主機(jī)的不同軟件部分進(jìn)行劃分的情況 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線 應(yīng)用程序通過訪問一系列的應(yīng)用程序通過訪問一系列的API函數(shù)，與設(shè)備驅(qū)函數(shù)，與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序交互。動(dòng)程序交互。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序把應(yīng)用程序的請求轉(zhuǎn)換成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序把應(yīng)用程序的請求轉(zhuǎn)

44、換成IRP（I/O請求包）的標(biāo)準(zhǔn)形式。請求包）的標(biāo)準(zhǔn)形式。在上圖中，各層驅(qū)動(dòng)程序分別承擔(dān)一定的通信任在上圖中，各層驅(qū)動(dòng)程序分別承擔(dān)一定的通信任務(wù)，并一起保證了務(wù)，并一起保證了USB外設(shè)到主機(jī)的通信外設(shè)到主機(jī)的通信。USB總線的優(yōu)點(diǎn)：總線的優(yōu)點(diǎn)：方便終端用戶的使用。方便終端用戶的使用。 應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。 同步傳輸帶寬。同步傳輸帶寬。 應(yīng)用中的靈活性。應(yīng)用中的靈活性。 容錯(cuò)性。容錯(cuò)性。 與與PC產(chǎn)業(yè)的一致性。產(chǎn)業(yè)的一致性。 性價(jià)比高。性價(jià)比高。 9.3.1 9.3.1 USBUSB總線總線9.3.2 9.3.2 13941394總線總線早在早在1985年，蘋果公司就已經(jīng)開始著手研究年，蘋果公司就已經(jīng)開始著手研究IEEE的前身的前身-FireWire（火線）技術(shù)。（火線）技術(shù)。1994年成立了年成立了IEEE1394A（Trade Association），主要負(fù)責(zé)基于），主要負(fù)責(zé)基于IEEE1394的應(yīng)用的應(yīng)用規(guī)格的制定和推廣普及工作。規(guī)格的制定和推廣普及工作。 1995年，年，IEEE正式認(rèn)定正式認(rèn)定IEEE1394-1995規(guī)格。規(guī)格。 1394接口可能是消費(fèi)電子和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間的最接口可能是消費(fèi)電子和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間的最理想的物理橋梁。理想的物理橋梁。現(xiàn)有的產(chǎn)品支持現(xiàn)有的產(chǎn)品支持100Mb/s、200Mb/s、400Mb/s