微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù)課件

1、 本章主要教學(xué)內(nèi)容總線的基本概念；常用的系統(tǒng)總線特點(diǎn)和功能；常用的局部總線特點(diǎn)和功能;外部設(shè)備總線的特點(diǎn)和功能第5章 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第1頁(yè)，共63頁(yè)。1 本章教學(xué)目的及要求 通過(guò)學(xué)習(xí)，應(yīng)該理解總線的基本概念，熟悉微機(jī)總線的組成結(jié)構(gòu)，掌握常用系統(tǒng)總線、局部總線、外部設(shè)備總線以及USB總線的結(jié)構(gòu)和引腳特性，并側(cè)重其應(yīng)用。第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第2頁(yè)，共63頁(yè)。2第5章5-1 總線技術(shù)概述 總線是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中多個(gè)部件之間公用的一組連線，由它構(gòu)成芯片、插件或系統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。它是系統(tǒng)中各個(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(guò)總線實(shí)現(xiàn)的。 微型計(jì)算機(jī)采用總線技術(shù)的目的

2、是為了簡(jiǎn)化硬、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在硬件方面，設(shè)計(jì)者只需按總線規(guī)范設(shè)計(jì)插件板，保證它們具有互換性與通用性，支持系統(tǒng)的性能及系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)；在軟件方面，接插件的硬件結(jié)構(gòu)帶來(lái)了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。用標(biāo)準(zhǔn)總線連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，便于擴(kuò)充與更新。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第3頁(yè)，共63頁(yè)。3第5章按各類總線的結(jié)構(gòu)和連接對(duì)象及范圍的不同，可分為3類：1. 微處理器片內(nèi)總線 是指在微處理器芯片內(nèi)部各單元之間傳輸信息的總線，它主要用于芯片級(jí)的互連。有時(shí)也稱其為局部總線。2. 內(nèi)總線 用以實(shí)現(xiàn)微機(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)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。內(nèi)總線有時(shí)也稱為板極總線或系統(tǒng)

3、總線。 3. 外部總線 是微機(jī)之間或微機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線，主要用于設(shè)備級(jí)的互連。外部總線也稱為通信總線。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第4頁(yè)，共63頁(yè)。4圖5-1所示即為常見(jiàn)的微型計(jì)算機(jī)總線層次的典型結(jié)構(gòu)。圖5-1 微型計(jì)算機(jī)總線層次結(jié)構(gòu)示意圖第5頁(yè)，共63頁(yè)。5 4. 標(biāo)準(zhǔn)總線的特點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)總線具有簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、易于系統(tǒng)擴(kuò)展、便于系統(tǒng)更新以及便于系統(tǒng)調(diào)試和維修等特點(diǎn)。 標(biāo)準(zhǔn)總線不僅在電氣上規(guī)定了各種信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)電平、負(fù)載能力和定時(shí)關(guān)系，也在結(jié)構(gòu)上規(guī)定了插件的尺寸規(guī)格和引腳定義，各模塊可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)連接。 目前總線標(biāo)準(zhǔn)有兩類：一類是IEEE（美國(guó)電氣及電子工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義與

4、解釋的標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE-488總線和RS-232C串行接口標(biāo)準(zhǔn)等；另一類是因廣泛應(yīng)用而被大家接受與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如S-100總線、IBM PC總線、ISA總線、EISA總線、PCI總線等。 第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第6頁(yè)，共63頁(yè)。6第5章總線的性能主要體現(xiàn)在：（1）總線寬度： 是指可以同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。?）總線頻率： 總線通常都有一個(gè)基本時(shí)鐘，總線上其它信號(hào)都以這個(gè)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘的頻率也是總線工作的最高頻率。時(shí)鐘頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大。 隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化總線，這些標(biāo)準(zhǔn)化

5、總線的廣泛使用，對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的普及和應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第7頁(yè)，共63頁(yè)。7第5章 5-2 系統(tǒng)總線 系統(tǒng)總線是微機(jī)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，可支持各種端口、處理器、RAM和其他部件。 微機(jī)的系統(tǒng)總線從性能上可分為低端總線和高端總線。低端總線一般支持8位、16位的微處理器，主要功能是進(jìn)行I/O處理，總線信號(hào)依賴微處理器芯片，有的總線實(shí)際上就是微處理器引腳的延伸，比如ISA總線、STD總線等。高端總線可以支持32位、64位微處理器，它提高了數(shù)據(jù)傳輸率和處理能力，對(duì)微處理器的依賴性在減小，同時(shí)具備良好的兼容性、支持高速緩存Ca

6、che、支持多微處理器、可自動(dòng)配置等特點(diǎn)，比如EISA總線、VESI總線、PCI總線等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第8頁(yè)，共63頁(yè)。8第5章5-2-1 STD總線 STD（Standard）總線是用于工業(yè)控制微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線，以其優(yōu)越的性能和強(qiáng)大的生命力在工業(yè)控制領(lǐng)域中受到了廣泛的歡迎并得到迅速的發(fā)展，被定名為IEEE961。 STD總線開(kāi)始推出時(shí)是針對(duì)當(dāng)時(shí)的8位微型計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)不斷修訂和改進(jìn)，利用復(fù)用技術(shù)在原來(lái)定義的56個(gè)總線信號(hào)之下實(shí)現(xiàn)了支持20位地址、尋址1MB的直接尋址能力。在保證現(xiàn)有I/O插件板兼容的條件下，提供全16位數(shù)據(jù)的傳輸能力。1989年美國(guó)EAITECH公司開(kāi)發(fā)出了32位的S

7、TD32，為高檔的STD微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第9頁(yè)，共63頁(yè)。9第5章 1. STD總線的特點(diǎn)具有較好的兼容性，可以向上或向下兼容STD總線的電路板采用小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化，開(kāi)發(fā)周期短采用一整套高可靠性措施，可以長(zhǎng)期可靠地工作在惡劣環(huán)境之下。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能夠支持多微處理器系統(tǒng)系統(tǒng)模板品種齊全，價(jià)格低廉，性能良好，易于選用微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第10頁(yè)，共63頁(yè)。10第5章 2. STD總線信號(hào)定義 STD總線總計(jì)56條信號(hào)，其中電源線10條，地址線24條，數(shù)據(jù)線16條，控制線22條，地址線與數(shù)據(jù)線采用分時(shí)復(fù)用方式進(jìn)行工作。3. STD總線的優(yōu)先級(jí)控制

8、STD總線支持多微處理器系統(tǒng)，更廣義的說(shuō)是支持多總線控制器系統(tǒng)。當(dāng)STD系統(tǒng)總線上有多個(gè)總線控制器時(shí)，必須保證在每一時(shí)刻要將總線讓給提出請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)最高的總線控制器使用。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第11頁(yè)，共63頁(yè)。11第5章 利用以下串、并聯(lián)兩種總線優(yōu)先級(jí)的安排可以實(shí)現(xiàn)STD總線的優(yōu)先級(jí)控制。（1）串聯(lián)總線優(yōu)先級(jí)控制：這種方式是在每一個(gè)總線控制器模板上，建立總線優(yōu)先級(jí)邏輯電路。 【例5.1】采用串聯(lián)優(yōu)先級(jí)控制鏈的形式進(jìn)行總線的優(yōu)先級(jí)控制。如圖5-2所示，在STD總線上用3個(gè)優(yōu)先級(jí)邏輯電路和相應(yīng)控制線組成。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第12頁(yè)，共63頁(yè)。12圖5-2 STD的串聯(lián)總線優(yōu)先級(jí)控制第13頁(yè)，

9、共63頁(yè)。13第5章 （2）并聯(lián)總線優(yōu)先級(jí)控制：這種方法是將優(yōu)先級(jí)控制邏輯電路放在單獨(dú)一塊模板上，其他各個(gè)總線控制器均通過(guò)這塊模板提出總線請(qǐng)求。 【例5.2】總線的并聯(lián)優(yōu)先級(jí)控制分析。并聯(lián)總線優(yōu)先級(jí)控制如圖5-3所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第14頁(yè)，共63頁(yè)。14圖5-3 STD的并聯(lián)總線優(yōu)先級(jí)控制第15頁(yè)，共63頁(yè)。15第5章 5-2-2 ISA總線 ISA（Industry Standard Architecture工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線是早期比較有代表性的總線。 IBM公司推出 PC/XT和PC/AT個(gè)人計(jì)算機(jī)后，IEEE（Institute of Electronic and Elec

10、tronic Engineers 電氣電子工程師協(xié)會(huì)）在1987年定義了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ISA），將PC/XT總線定義為8位ISA，將PC/AT總線定義為16位ISA。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第16頁(yè)，共63頁(yè)。16第5章 ISA總線具有以下特點(diǎn)：既支持8位數(shù)據(jù)操作，也支持16位數(shù)據(jù)操作；可以將PC/AT總線和PC/XT總線的運(yùn)行速度提升至8MHz；提供了1KB的I/O空間、15級(jí)的硬件中斷、7級(jí)的DMA通道、8個(gè)設(shè)備的負(fù)載能力；總線中的地址、數(shù)據(jù)線采用非多路復(fù)用形式，使系統(tǒng)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便；是一種多主控設(shè)備總線，除主CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器、帶處理器的智能卡都可成為ISA

11、的主控設(shè)備；由于IBM PC機(jī)廣泛流行，可供選擇的ISA插件卡品種較多，這有利于用戶根據(jù)需要快速構(gòu)成相應(yīng)的微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第17頁(yè)，共63頁(yè)。17第5章 1. 8位ISA總線 8位ISA總線是最早的PC機(jī)系統(tǒng)總線，也叫作PC總線。它支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，其特點(diǎn)是把CPU視為總線的惟一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。 8位ISA總線是一種開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)總線，在總線母板上有8個(gè)系統(tǒng)插槽，用于I/O設(shè)備和PC機(jī)的連接。由于該總線具有價(jià)格低、可靠性好、使用靈活等特點(diǎn)，并且對(duì)插板兼容性好，因此，有許多廠家生產(chǎn)該總線的兼容產(chǎn)品，品種范圍比較廣泛，供用戶選擇的余地較大

12、。最初的ISA總線產(chǎn)品主要用于辦公自動(dòng)化，隨著使用的推廣，其產(chǎn)品很快擴(kuò)大到實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和控制。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第18頁(yè)，共63頁(yè)。18第5章 8位ISA總線引腳信號(hào)總共有62條。通過(guò)一個(gè)31腳分為A、B兩面的連接插槽來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，A面為元件面，B面為焊接面。符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)的接插件可以方便的插入，以便對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。 8位ISA總線引腳信號(hào)具有20條地址線、8條數(shù)據(jù)線、若干控制信號(hào)線、電源、接地等接口信號(hào)線。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第19頁(yè)，共63頁(yè)。19第5章2. 16位ISA總線 PC/AT總線在PC/XT 62引腳總線的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)36引腳的插槽

13、，形成前62引腳和后32引腳的兩個(gè)插座，構(gòu)成16位ISA總線?？梢岳们?2引腳的插座插入與PC/XT總線兼容的8位接口電路卡，也可以利用整個(gè)插座插入16位接口電路卡。 16位ISA總線中新增加的36引腳插槽信號(hào)擴(kuò)展了8位數(shù)據(jù)線、7位地址線、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的讀寫(xiě)控制線、中斷和DMA控制線、電源和地線等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第20頁(yè)，共63頁(yè)。20第5章 3. ISA總線的體系結(jié)構(gòu) 在利用ISA總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存速度較快時(shí)，通常采用將內(nèi)存移出ISA總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)，如圖5-5所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第21頁(yè)，共63頁(yè)。21圖5-5 ISA體系結(jié)構(gòu)

14、第22頁(yè)，共63頁(yè)。22第5章 5-2-3 EISA總線 EISA（Extended Industry Standard Architecture擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線是擴(kuò)展的ISA總線。1989年，以Compaq公司為代表的9家公司，在ISA總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合推出了EISA總線。在當(dāng)時(shí)，盡管數(shù)據(jù)總線寬度被增加到32位，但EISA總線的時(shí)鐘速度仍然維持在8MHz，這導(dǎo)致了這種互連結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)逐漸地被減少使用。但是，更新以后的VESA局部總線和PCI總線均工作在更高的速度之下，它們現(xiàn)在可以在33MHz的頻率下工作。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第23頁(yè)，共63頁(yè)。23第5章 1. EISA總線的特點(diǎn)

15、（1）用于32 位微機(jī)中，可尋址4GB的存儲(chǔ)空間，也支持64KB的I/O端口尋址。（2）具有32位數(shù)據(jù)線，保證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33 MB/S。（3）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I/O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)配置文件自動(dòng)地初始化，配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。（5）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速度，支持7個(gè)DMA通道，DMA數(shù)據(jù)傳輸既可在ISA方式下也可在EISA方式下進(jìn)行。（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，也可支持突法方式即高速分組傳送。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第24頁(yè)，共63頁(yè)。24第5章 2EISA總線的主要信號(hào)及其功

16、能 EISA插槽與ISA插卡和EISA插卡均兼容，采用了雙層結(jié)構(gòu)，上面一層包含了ISA的全部信號(hào)，信號(hào)的排列、引腳間的距離、信號(hào)的定義規(guī)定與ISA完全一致；下層包含全部新增加的EISA信號(hào)。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第25頁(yè)，共63頁(yè)。25第5章5-3 局部總線5-3-1 VESA總線 VESA（Video Electronics Standards Association 視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）總線是一種32位接口的局部總線，通常稱為VL總線。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第26頁(yè)，共63頁(yè)。26第5章 VESA局部總線工作頻率可以達(dá)到33MHz，常用在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。 與EISA總線一樣，VES

17、A局部總線也是ISA總線的擴(kuò)展，不同之處在于VESA局部總線沒(méi)有在16位ISA總線連接器上增加任何器件，而是在16 位ISA總線連接器的后面增加了第3個(gè)連接器，即VESA連接器。 VESA局部總線上的連線與EISA總線卡非常相似，VESA局部總線還包括一個(gè)32位地址和數(shù)據(jù)總線，用于將存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備連接到微處理器上。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第27頁(yè)，共63頁(yè)。27圖5-6 VESA局部總線連接器和接口卡第28頁(yè)，共63頁(yè)。28第5章 5-3-2 PCI總線 PCI（Peripheral Component Interconnect 外部組件互連）總線是目前最常用的系統(tǒng)總線。該總線是專門(mén)為Pen

18、tium系列芯片設(shè)計(jì)的。 PCI V2.0版本支持32/64位數(shù)據(jù)總線，總線時(shí)鐘為2533MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)132264MB/s。 1995年推出的PCI V2.1版本支持64位數(shù)據(jù)總線，總線速度為66MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)528MB/s。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第29頁(yè)，共63頁(yè)。29第5章 1. PCI總線的特點(diǎn)采用數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，目標(biāo)設(shè)備可用47引腳，總線主控設(shè)備可用 49引腳。提供5V和3.3V兩種工作信號(hào)環(huán)境，可在兩種環(huán)境中根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。允許32位與64位器件相互協(xié)作。允許PCI局部總線擴(kuò)展卡和元件進(jìn)行自動(dòng)配置，提供了即插即用的能力。PCI總線獨(dú)立于處理器，它的工作頻率

19、與CPU時(shí)鐘無(wú)關(guān)，可以支持多機(jī)系統(tǒng)。PCI總線具有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多種總線。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第30頁(yè)，共63頁(yè)。30第5章2. PCI總線信號(hào)的定義 PCI總線規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器：一種稱為長(zhǎng)卡，另一種稱為短卡。長(zhǎng)卡提供64位接口，插槽A、B兩邊共定義了188個(gè)引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個(gè)引腳。 除去電源、地、未定義引腳之外，其余信號(hào)按功能分類列于圖5-7中。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第31頁(yè)，共63頁(yè)。31圖5-7 PCI總線引腳信號(hào)第32頁(yè)，共63頁(yè)。32第5章 3. PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PCI局

20、部總線與Pentium機(jī)內(nèi)部總線組合構(gòu)成了多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，典型的PCI系統(tǒng)如圖5-8所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第33頁(yè)，共63頁(yè)。33圖5-8 PCI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第34頁(yè)，共63頁(yè)。34第5章 5-3-3 AGP總線 為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫(huà)面的顯示，Intel公司在1997年推出了高速圖形接口的局部總線標(biāo)準(zhǔn)AGP總線。AGP總線是對(duì)PCI總線的擴(kuò)展和增強(qiáng)，但AGP接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。采用AGP接口允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲(chǔ)器，而無(wú)需先預(yù)取至視頻存儲(chǔ)器中。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第35頁(yè)，共63頁(yè)。35第5章 AGP總線的主要特點(diǎn)如下：（1）具有雙重驅(qū)動(dòng)技

21、術(shù)，允許在一個(gè)總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)。 （2）在總線上可實(shí)現(xiàn)地址/數(shù)據(jù)多路復(fù)用，把32位的數(shù)據(jù)總線給圖形加速器使用。（3）通過(guò)內(nèi)存請(qǐng)求流水線技術(shù)對(duì)各種內(nèi)存請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)來(lái)減少延遲，一個(gè)典型的排隊(duì)可處理12個(gè)以上的請(qǐng)求，大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?）把圖形接口繞行到AGP通道上，解決了PCI帶寬問(wèn)題，使PCI有更多的能力負(fù)責(zé)其它數(shù)據(jù)傳輸。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第36頁(yè)，共63頁(yè)。36第5章 5-4 其他總線介紹5-4-1 USB總線1. USB總線的特點(diǎn) USB的全稱是通用串行總線（Universal Serial Bus），它是一種支持即插即用的新型串行接口。USB要比標(biāo)準(zhǔn)串行接口快得多，其數(shù)

22、據(jù)傳輸率可達(dá)4Mbps12Mbps。USB除了具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率外，它還可以為外設(shè)提供支持。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第37頁(yè)，共63頁(yè)。37第5章 USB總線具有以下特點(diǎn)：（1）為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于操作的連接類型。（2）排除了對(duì)鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤(pán)和打印機(jī)不同接口的需求。（3）支持熱插拔。（4）支持PNP（Plag and Play）即插即用。（5）在設(shè)備供電方面提供了靈活性。（6）USB傳輸線能夠提供100mA的電流，而帶電源的USB Hub使得每個(gè)接口可以提供500 mA的電流。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第38頁(yè)，共63頁(yè)。38第5章（7）USB V1.1規(guī)范提供全速12Mb

23、it/s的模式和低速1.5Mbit/s的模式，USB V2.0規(guī)范提供高達(dá)480Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。（8）針對(duì)突然發(fā)生的非連續(xù)傳輸設(shè)備，如音頻和視頻設(shè)備，USB在滿足帶寬的情況下才進(jìn)行該類型的數(shù)據(jù)傳輸。（9）為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型。（10）USB使得多個(gè)外圍設(shè)備可以跟主機(jī)通信，最多支持127個(gè)設(shè)備。由于電腦的USB接口有限，必須使用USB HUB增加分支，根據(jù)規(guī)范USB Hub最多可提供7個(gè)分支。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第39頁(yè)，共63頁(yè)。39第5章 2. 數(shù)據(jù)傳輸類型 根據(jù)USB設(shè)備自身的使用特點(diǎn)和系統(tǒng)資源的

24、不同要求，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。（1）控制（Control）傳輸方式（2）同步（Isochronous）傳輸方式（3）中斷（Interrupt）傳輸方式（4）批量（Bulk）傳輸方式微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第40頁(yè)，共63頁(yè)。40第5章3. USB總線的拓樸結(jié)構(gòu) USB設(shè)備和USB主機(jī)通過(guò)USB總線相連。USB的物理連接是一個(gè)星型結(jié)構(gòu)，集線器（HUB）位于每個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心，每一段都是主機(jī)和某個(gè)集成器，或某一功能設(shè)備之間的一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，也可以是一個(gè)集線器與另一個(gè)集線器或功能模塊之間的點(diǎn)到點(diǎn)的連接。 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-9所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第41頁(yè)，共63頁(yè)。4

25、1圖5-9 USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第42頁(yè)，共63頁(yè)。42第5章 （1）USB主機(jī) 整個(gè)USB系統(tǒng)中只允許有一個(gè)主機(jī)。主機(jī)系統(tǒng)的USB接口稱為USB主控制器。這里USB主控制器可以是硬件、固件或軟件的聯(lián)合體。而根集線器是集成在主機(jī)系統(tǒng)中的，它可以提供一個(gè)或更多的接入端口。（2）USB設(shè)備 USB設(shè)備是USB協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)，主要包括：集線器：提供用以訪問(wèn)USB總線的更多的接入點(diǎn)。功能部件：向系統(tǒng)提供特定的功能，如ISDN連接設(shè)備、鼠標(biāo)、顯示器等。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第43頁(yè)，共63頁(yè)。43第5章 4. USB系統(tǒng)的構(gòu)成USB規(guī)范將USB分為5個(gè)部分：（1）控制器：負(fù)責(zé)執(zhí)行由控制器驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出的命令

26、。（2）控制器驅(qū)動(dòng)程序：在控制器與USB設(shè)備之間建立通信信道。（3）USB芯片驅(qū)動(dòng)程序：提供對(duì)USB的支持。（4）USB設(shè)備：包括與PC相連的USB集線器（Hub）及設(shè)備。（5）USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，是用來(lái)驅(qū)動(dòng)USB設(shè)備的程序。通常由操作系統(tǒng)或USB設(shè)備制造商提供。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第44頁(yè)，共63頁(yè)。44第5章 5. USB總線的電氣特性和機(jī)械特性（1）電氣特性 USB總線通過(guò)一條四芯電纜傳送電源和數(shù)據(jù)，電纜以點(diǎn)到點(diǎn)方式在設(shè)備之間連接。USB接口的四條連接線分別是VBUS、GND、D+和D。 VBUS和GND用來(lái)向設(shè)備提供電源。在源端，VBUS通常為+5V。USB主機(jī)和USB設(shè)備中通常包含

27、電源管理部件。 D+和D是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的半雙工差分信號(hào)線，時(shí)鐘信號(hào)也被編碼在這對(duì)數(shù)據(jù)線中傳輸。每個(gè)分組中都包含同步字段，以便接收端能夠同步于比特時(shí)鐘。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第45頁(yè)，共63頁(yè)。45第5章 （2）機(jī)械特性 USB連接器分為A系列和B系列兩種：A系列用于和主機(jī)連接，B系列用于和USB設(shè)備的連接。這兩種連接器有不同的結(jié)構(gòu)，不會(huì)造成誤連接。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第46頁(yè)，共63頁(yè)。46第5章 6. 總線協(xié)議 USB總線由主機(jī)控制器控制所有的數(shù)據(jù)傳輸。大多數(shù)傳輸包含三個(gè)USB分組：（1）主機(jī)控制器首先發(fā)出一個(gè)“令牌分組”，指明傳輸?shù)念愋秃头较?、USB設(shè)備的地址及終點(diǎn)編號(hào)。USB設(shè)備對(duì)相

28、應(yīng)的地址字段進(jìn)行譯碼，選中被尋址的設(shè)備。（2）如果本次傳輸?shù)脑炊四軌蛱峁?shù)據(jù)，它將發(fā)出數(shù)據(jù)分組；否則將發(fā)出一個(gè)指示分組，指明它沒(méi)有數(shù)據(jù)可以傳輸。（3）一般情況下，目的端將回送一個(gè)握手分組指明本次傳輸是否成功。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第47頁(yè)，共63頁(yè)。477. USB設(shè)備的接入和應(yīng)用（1）操作系統(tǒng)對(duì)USB的支持 支持USB的操作系統(tǒng)應(yīng)滿足以下三個(gè)要求：當(dāng)一個(gè)設(shè)備連接到USB上或從USB中撤除，能自動(dòng)檢測(cè)出來(lái)；與新連接的設(shè)備通信，可找到如何與它們通信的方法；提供軟件驅(qū)動(dòng)與計(jì)算機(jī)的USB硬件以及訪問(wèn)USB的外設(shè)的應(yīng)用程序通信。 第5章微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第48頁(yè)，共63頁(yè)。48第5章 （2）主機(jī)對(duì)

29、USB的支持 使用USB設(shè)備必須激活主機(jī)板BIOS中的USB功能，在Windows 2000下先打開(kāi)“設(shè)備管理器”，具體操作為：在桌面“我的電腦”圖標(biāo)上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出的菜單中選擇“屬性”選項(xiàng)，在“系統(tǒng)”窗口的菜單欄內(nèi)選擇“設(shè)備管理器”選項(xiàng)，提示框會(huì)出現(xiàn)“通用串行總線控制器”的選項(xiàng)。然后選中“通用串行總線控制器”，可看到主機(jī)系統(tǒng)中存在兩個(gè)USB設(shè)備：一個(gè)是“USB Universal Host Controller”，另一個(gè)是“USB Root Hub”。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第49頁(yè)，共63頁(yè)。49第5章 （3）USB設(shè)備的熱插拔 USB總線協(xié)議支持熱插拔功能，在Windows運(yùn)行過(guò)程中可

30、以接入任何符合USB規(guī)范的USB設(shè)備。當(dāng)接入一個(gè)USB設(shè)備后，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到該硬件設(shè)備，Windows 會(huì)顯示以下信息：“New Hardware Found”或“Unknow Device”。如果設(shè)備首次接入這個(gè)系統(tǒng)，則Windows還需要定位驅(qū)動(dòng)。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第50頁(yè)，共63頁(yè)。50第5章 （4）USB設(shè)備的應(yīng)用 USB已經(jīng)在PC機(jī)的多種外設(shè)上得到應(yīng)用，包括掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、音頻系統(tǒng)、顯示器、輸入設(shè)備等。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第51頁(yè)，共63頁(yè)。51第5章 5-4-2 IEEE1394 IEEEl394是一種高性能的串行總線。應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過(guò)10

31、0Kbit/s的硬盤(pán)和視頻外設(shè)。利用同樣的四條信號(hào)線，IEEE1394即可以同步傳輸，也可以支持異步傳輸。這四根信號(hào)線分為差模時(shí)鐘信號(hào)線對(duì)和差模數(shù)據(jù)線對(duì)。 IEEE1394規(guī)范得到了很好的定義，而且基于IEEE規(guī)范的產(chǎn)品也出現(xiàn)在了市場(chǎng)上。目前，IEEE1394解決方案的價(jià)位被認(rèn)為可以同SCSI磁盤(pán)接口相競(jìng)爭(zhēng)，但它不適用于一般的桌面連接。 微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第52頁(yè)，共63頁(yè)。52第5章1. IEEE1394的特點(diǎn)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) IEEEl394是一種新型的高速串行總線，它具有以下顯著的特點(diǎn)：（1）高傳輸速率（2）采用同步傳輸和異步傳輸兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。（3）可以實(shí)現(xiàn)即插即用并支持熱插拔 上述特

32、點(diǎn)使它可廣泛地應(yīng)用于多媒體聲卡、圖像和視頻產(chǎn)品、打印機(jī)、掃描儀的圖像處理等方面，尤其是磁盤(pán)陣列、數(shù)字照相機(jī)，顯示器和數(shù)字錄像機(jī)等。 IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第53頁(yè)，共63頁(yè)。53圖5-10 IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第54頁(yè)，共63頁(yè)。54第5章 2. IEEE1394的尋址 用IEEE 1394聯(lián)接起來(lái)的設(shè)備采用一種內(nèi)存編址方法，各設(shè)備就像內(nèi)存中的存儲(chǔ)單元一樣。設(shè)備地址64位寬，占用10位作為網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，6位用作節(jié)點(diǎn)號(hào)，48位用作內(nèi)部編址。可得到總共64個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有1023個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，每個(gè)ID號(hào)又具有231TM的內(nèi)存編址。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第55頁(yè)，共63頁(yè)。55第5章3. IEEE1394協(xié)議 IEEE1394總線是一種基于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)議中實(shí)現(xiàn)了OSI七層協(xié)議的下三層：物理層、鏈路層和傳輸層。串行總線的管理層將三個(gè)層次聯(lián)接起來(lái)，如圖5-11所示。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，子程序?qū)@些定義的變量直接訪問(wèn)即可。微型計(jì)算機(jī)的總線技術(shù) 第56頁(yè)，共63頁(yè)。56圖5-11 IEE