工業(yè)控制計算機總線技術(shù)

第三章

工業(yè)控制計算機總線技術(shù)1主要內(nèi)容第一節(jié)總線的基本概念；第二節(jié)計算機總線的分類；第三節(jié)計算機總線的數(shù)據(jù)傳輸過程；第四節(jié)計算機總線的數(shù)據(jù)傳輸方式；第五節(jié)計算機常用總線。23.1

總線的基本概念總線概念計算機總線是計算機各部件之間進行信息傳輸?shù)墓餐ǖ?。通俗地說，就是連接計算機各部件的一組公共信號線。

3總線的一般概念工業(yè)控制計算機均采用總線結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是系統(tǒng)成本低、組態(tài)靈活、擴展方便、易于維護。采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、生產(chǎn)的接口板兼容性強，且可通過系統(tǒng)總線方便地組合在一起，以組成滿足不同需要的微機系統(tǒng)。總線是計算機系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息的通道。任一時刻，只能有一個部件/設(shè)備通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其他部件只能處于接收狀態(tài)。4計算機總線的主要職能：負責(zé)計算機各部件之間的信息傳輸?？偩€性能：總線的傳輸速率、總線的兼容性、性能價格比。多總線結(jié)構(gòu)：多總線結(jié)構(gòu)是指CPU與存貯器、I/O等部件之間有兩種以上的總線，這樣可以將速度不同的部件掛在不同的總線上，以提高系統(tǒng)效率。5第二節(jié)總線的分類按總線的層次結(jié)構(gòu)CPU總線/前端總線（FSB）直接由CPU引腳引出的總線，例如，P4CPU與GMCH（北橋）之間的總線局部總線（只出現(xiàn)在80386以后的微機系統(tǒng)中）CPU總線與系統(tǒng)總線之間的總線它一側(cè)通過北橋與CPU總線連接，另一側(cè)通過南橋與系統(tǒng)總線連接，例如PCI總線系統(tǒng)總線與總線擴展槽連接的總線，如ISA和EISA總線外部總線主機與外設(shè)之間的總線，如USB和IEEE1394其他AGP，專用視頻接口，專用于顯卡與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸SCSI，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接口，可連接15臺外設(shè)IDE/EIDE，外部存儲設(shè)備接口，每個接口可連接2臺設(shè)備6系統(tǒng)各部件與總線的連接方式單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)7單總線結(jié)構(gòu)CPUMMI/OI/OI/O缺點：高速的存儲器與低速的I/O接口競爭總線，影響了存儲器的讀寫速度8雙總線結(jié)構(gòu)面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)CPUMI/OI/OI/O缺點：存儲器與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸必須通過CPU9雙總線結(jié)構(gòu)面向存儲器的雙總線結(jié)構(gòu)CPUMI/OI/OI/O10多總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中擁有兩個以上的總線11按總線在微機系統(tǒng)中所處的位置，可分為三類：一、片內(nèi)總線

片內(nèi)總線是CPU內(nèi)部的各個組成部分，如算術(shù)邏輯單元、寄存器等之間的信息通道，也是CPU內(nèi)部各組成部分和系統(tǒng)總線連接的橋梁。我們一般不直接和片內(nèi)總線打交道。12二、系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線又稱局部總線(LocalBus)，是CPU片內(nèi)總線的延伸。系統(tǒng)總線并不是對CPU引腳的簡單復(fù)制，而是按照相應(yīng)的總線標(biāo)準(zhǔn)對片內(nèi)總線進行擴充，增加中斷控制、仲裁控制等控制信號。為了加大其驅(qū)動能力和在必要時交出總線的控制權(quán)，在相應(yīng)信號線之間加上驅(qū)動電路和緩沖(三態(tài))電路，并且保證其兼容性。為便于系統(tǒng)擴充，所有總線標(biāo)準(zhǔn)均將系統(tǒng)總線的信號以總線擴展插槽的形式引出，以便和功能插件接口?？偩€擴展插槽中只能插入與之兼容的插件板。13三、外部總線外部總線也稱通信總線，用于和外部設(shè)備(如打印機、鼠標(biāo)等)以及其他微機系統(tǒng)(如微機、智能儀表、數(shù)字傳動設(shè)備等)之間的信息傳輸。從工業(yè)控制角度來看，我們只關(guān)心系統(tǒng)總線和外部總線。這些總線通常有幾根、幾十根，甚至上百根信號線。這些信號線按功能可分為如下幾類：14（1）數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）用來傳輸計算機運行所需的指令代碼和數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)信息，雙向三態(tài)(高電平、低電平及高阻態(tài))其寬度決定了其數(shù)據(jù)傳輸能力例如，ISA總線為16位，PCI總線為32/64位15(2）地址總線（AddressBus，AB）計算機用地址總線給出它要讀寫的內(nèi)存或設(shè)備的地址。地址線的數(shù)目決定CPU可訪問(尋址)內(nèi)存的最大容量和端口的最大數(shù)目。傳輸?shù)刂沸畔?，單向三態(tài)其寬度決定了微機系統(tǒng)的尋址能力例如，ISA為24位，可尋址16MB；PCI為32/64位，可尋址4GB/224TB，一般n根地址線可尋址2n字節(jié)的內(nèi)存。

控制總線（ControlBus，CB）傳輸控制信號、時序信號和狀態(tài)信號特點各異：三態(tài)、入/出/雙向等特性均不相同16(3)電源和地線：為總線上的設(shè)備及擴展插卡提供電源。它決定了總線設(shè)備在不自帶電源的情況下能使用的電源種類。(4)備用線：某些總線備用信號線供以后擴展功能或滿足用戶的特殊需求。

17第三節(jié)計算機總線的數(shù)據(jù)傳輸過程總線上的數(shù)據(jù)傳輸都是在總線主控設(shè)備的指揮下進行的。所謂總線主控設(shè)備，是指對總線擁有完全控制權(quán)的部件或設(shè)備，而被總線主控設(shè)備選中進行通信的部件或設(shè)備則稱為從屬設(shè)備。從屬設(shè)備接受和執(zhí)行主控設(shè)備的命令，并傳輸相應(yīng)的信息。在總線上完成一次傳輸，一般分為如下幾個階段：18

(1)總線申請階段：總線上一般都有多個主控設(shè)備。當(dāng)某主控設(shè)備需要啟動一次數(shù)據(jù)傳輸時，它首先要向系統(tǒng)提出使用總線的請求，總線仲裁邏輯按照預(yù)先規(guī)定好的協(xié)議決定是否將總線控制權(quán)交給申請者。取得總線控制權(quán)的主控設(shè)備，即可啟動一次數(shù)據(jù)傳輸。

19(2)尋址階段：取得總線控制權(quán)的主控設(shè)備通過在地址總線上給出被尋址的從屬設(shè)備的地址并在控制總線或/和數(shù)據(jù)總線上給出相應(yīng)的控制命令以啟動數(shù)據(jù)傳輸過程。

(3)數(shù)據(jù)傳輸階段：主控設(shè)備將數(shù)據(jù)或程序指令從源設(shè)備讀出，寫入目的設(shè)備。

20(4)傳輸結(jié)束階段：主控設(shè)備和從屬設(shè)備均可申請終止一次傳輸過程，但雙方均無權(quán)單方面終止傳輸過程。在一方提出申請后、主控設(shè)備完成規(guī)定操作，然后撤銷所有控制信號，并將地址和數(shù)據(jù)總線及一部分控制總線設(shè)置為高阻態(tài)，即將總線控制權(quán)交回給系統(tǒng)。

21第四節(jié)計算機總線的數(shù)據(jù)傳輸方式一、同步傳輸方式使用系統(tǒng)時鐘脈沖作為控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間基準(zhǔn)。主控設(shè)備與從屬設(shè)備進行一次總線操作的時間是固定的，并且每一個步驟的起止都與某一時鐘脈沖的前沿或后沿同步，即以系統(tǒng)時鐘來統(tǒng)一傳輸?shù)牟椒ァＭ絺鬏斠笾骺卦O(shè)備嚴(yán)格地按時鐘脈沖規(guī)定的時刻給出地址和命令，也要求從屬設(shè)備嚴(yán)格地按時鐘脈沖規(guī)定的時刻讀出和寫入數(shù)據(jù)。即主控設(shè)備和從屬設(shè)備之間的時間配合是強制同步的。大多數(shù)微機的基本傳輸方式都是同步式的。22同步方式收、發(fā)雙方嚴(yán)格地按統(tǒng)一的基準(zhǔn)時鐘信號執(zhí)行相應(yīng)的動作不適合于在同一系統(tǒng)中既有高速部件又有低速部件的環(huán)境PCI總線屬于同步方式總線23二、異步式傳輸采用應(yīng)答方式進行數(shù)據(jù)傳輸，即使用“請求”和“應(yīng)答”信號來協(xié)調(diào)傳輸過程而不依賴于公共的系統(tǒng)時鐘信號。在這種傳輸方式下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程為：主控設(shè)備將待讀寫設(shè)備的地址放到地址總線上，然后發(fā)出讀寫命令(請求)；從屬設(shè)備進行地址譯碼，被選中設(shè)備即將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上或讀數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)：最后從屬設(shè)備向主控設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號，通知主控設(shè)備數(shù)據(jù)可用或報告主控設(shè)備數(shù)據(jù)已讀取成功(響應(yīng))；這種方式可根據(jù)從屬設(shè)備的傳輸速率自動調(diào)節(jié)響應(yīng)時間，因而不用考慮外圍設(shè)備的速度。24異步方式傳輸過程無需統(tǒng)一時鐘的同步，用“請求”和“應(yīng)答”信號來協(xié)調(diào)傳輸速度慢25三、半同步傳輸從形式上看，這種方式有點像同步傳輸方式——仍然利用系統(tǒng)時鐘脈沖來同步傳輸過程。不同的是，它不像同步傳輸有固定的傳輸周期，對慢速設(shè)備，傳輸周期可延長時鐘周期的整數(shù)倍——從屬設(shè)備利用它的一根信號線來通知主控設(shè)備，應(yīng)在傳輸周期中插入等待周期。這種方式有同步方式的一些優(yōu)點，有時人們也把它歸入同步傳輸方式。26半同步方式總體上仍是同步方式(使用基準(zhǔn)時鐘)，傳輸操作與時鐘同步設(shè)置“等待”狀態(tài)線，在無法按時完成操作時，用此狀態(tài)線強制對方延長一個或多個時鐘周期ISA總線即屬于半同步方式總線27四、分離式傳輸考慮到在主控設(shè)備通過總線向從屬設(shè)備發(fā)送了地址和命令后，到從屬設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線提供數(shù)據(jù)之間，是從屬設(shè)備執(zhí)行讀寫命令的準(zhǔn)備時間，這段時間總線是空閑的。為了充分利用這段時間，系統(tǒng)將一個傳輸周期分成兩個獨立的子周期：第一個子周期是主控設(shè)備發(fā)出地址、命令及有關(guān)信息，經(jīng)總線傳輸，由相應(yīng)設(shè)備接收后，兩者立即從總線上斷開(通過置自己的相應(yīng)引腳為高阻態(tài))，以便其他設(shè)備使用總線；第二個子周期是被選中的從屬設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，發(fā)出總線請求信號，獲準(zhǔn)后即通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)高速發(fā)向原來要求數(shù)據(jù)的設(shè)備。

28這種方式適合于有多個主控設(shè)備的系統(tǒng)在兩個設(shè)備之間傳輸大量數(shù)據(jù)。PC系統(tǒng)中的DMA(直接存儲器存取)就是使用這種方式傳輸數(shù)據(jù)的。29同步方式的時序地址數(shù)據(jù)時鐘總線周期總線周期時鐘周期30異步方式的時序地址/數(shù)據(jù)(發(fā)送方)請求(接收方)應(yīng)答31半同步方式的時序地址數(shù)據(jù)時鐘就緒等待一個時鐘周期32二、總線的仲裁控制多個設(shè)備都要使用總線時，決定由哪個設(shè)備使用總線的方法。80x86微機中采用的是獨立請求方式鏈?zhǔn)讲樵兎绞姜毩⒄埱蠓绞?3三、總線隔離與驅(qū)動不操作時把功能部件與總線隔離同一時刻只能有一個部件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上提供驅(qū)動能力數(shù)據(jù)發(fā)送方必須提供足夠的電流以驅(qū)動多個部件提供鎖存能力信息緩存和信息分離34總線電路中常用的芯片三態(tài)總線驅(qū)動器驅(qū)動、隔離單向、雙向鎖存器信息緩存（有些同時具有總線驅(qū)動能力）信息分離（如地址與數(shù)據(jù)的分離）35三態(tài)總線驅(qū)動器輸入輸出OE輸入輸出OE輸入輸出OE輸入輸出OE36典型總線驅(qū)動器芯片8286/74LS245——8雙向總線驅(qū)動器內(nèi)部包含8個雙向三態(tài)門828674LS245A0A1A2A3A4A5A6A7OEB0B1B2B3B4B5B6B7TOE：輸出允許。

T：方向。

T=0，B→A；T=1，A→B37典型總線驅(qū)動器芯片74LS244——8總線驅(qū)動器內(nèi)部包含8個單向三態(tài)門，分為兩組分別控制74LS244E1E21A11A21A31A42A12A22A32A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y41組輸出2組輸出1組輸入2組輸入38鎖存器DCPQQCPDQQ001110DCPQOEOCPDQ0011ISTB39典型鎖存器芯片8282/74LS373——具有三態(tài)正相輸出的鎖存器內(nèi)部包含8個D觸發(fā)器828274LS3738D鎖存器DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STBDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OE40四、總線的主要性能指標(biāo)總線帶寬（B/S）：每秒可傳送的字節(jié)數(shù)總線位寬（bit）：一次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)工作頻率（MHz）總線帶寬=（總線位寬/8）工作頻率例1：P4CPU的FSB頻率為400MHz或800MHz，位寬為64bit。

FSB帶寬：400×64/8=3.2GB/s或800×64/8=6.4GB/s例2：PCI總線的頻率為33.3MHz，位寬為32bit或64bit。

PCI帶寬：33.3×32/8=133MB/s或33.3×64/8=266MB/s41第五節(jié)常用系統(tǒng)總線及外部總線常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系總線）IndustryStandardArchitecturePCI（外圍部件互連總線）PeripheralComponentInterconnect常用系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)AGP（加速圖形接口）AcceleratedGraphicsPortIDE（集成設(shè)備接口），又稱ATA接口IntegratedDeviceElectronicsSCSI（小型計算機系統(tǒng)接口）SmallComputerSystemInterface外部總線USB（通用串行總線）IEEE1394（高性能串行總線）42（一）PC／XT總線PC及XT使用的是INIEL公司生產(chǎn)的準(zhǔn)16位微處理器8088?？偩€信號不是CPU引腳的簡單延伸，而是通過鎖存器8282、總線收發(fā)器8286、總線控制器8288、中斷控制器8259和DMA控制器8237等重新驅(qū)動、組合、擴展而成的，共62根信號線，全部引到主板上的8個總線擴展插槽上。PC／XT總線為半同步總線，總線工作頻率為4MHz，最大傳輸速率為4MB／s。43（二）ISA總線主要特性16位數(shù)據(jù)線（早期的為8位，已被淘汰）24位地址線（可尋址16MB存儲器）時鐘頻率8MHz數(shù)據(jù)傳輸率16MB/s提供11個中斷請求輸入提供7個DMA通道用于80286～PIII（個別P4微機也支持）44ISA總線插槽ISA總線共98個引線，主要引線信號：SA0～SA19（鎖存的），LA17～LA23（非鎖存的）（地址）SD0～SD15（數(shù)據(jù)）SBHE（高字節(jié)允許）MEMR、MEMWIOR、IOWAEN（地址允許，1表示處于DMA控制周期）IRQ3～IRQ7、IRQ9～IRQ11、IRQ14、IRQ15DRQ0～DRQ3、DRQ5～DRQ7DACK0～DACK3、DACK5～DACK7注：ISA總線的DMA操作和I/O操作使用相同的地址線、數(shù)據(jù)線和I/O讀寫控制線（IOR和IOW），所以AEN應(yīng)參加I/O地址譯碼。45簡單的ISA總線接口(輸入接口)D7-D0D7-D0A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入STARTREADY數(shù)字量輸出INE1E21Y2Y1A2A74LS244CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS1381100000000000000B–110000000010B轉(zhuǎn)換結(jié)束啟動轉(zhuǎn)換D0C000H讀數(shù)據(jù)C001H啟動轉(zhuǎn)換C002H讀轉(zhuǎn)換狀態(tài)A2A1A0≥1A13-A3&A15A14AENIORISA總線46簡單的ISA總線接口(輸出接口)驅(qū)動電路D7-D0CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A2A1A0≥1A13-A3&A15A14AENIOWISA總線STBOE74LS373DI7∫DI0DO7∫

DO0發(fā)光器件組合C000H改變燈光圖案樣式選通47

(三)EISA(ExtendedISA)總線Compaq，AST和HP等公司于1988年推出了一種兼容性很強的高性能總線，即EISA總線。它除了與MCA具有完全相同的功能外，還與ISA總線完全兼容，保護了廣大用戶在基于ISA總線設(shè)備上的投資；EISA總線支持32位地址，8位、16位、32位數(shù)據(jù)，支持多總線主控和多處理器結(jié)構(gòu)，具有較強的I／O能力和負載能力。48EISA總線具有總線仲裁機制和自動配置系統(tǒng)的能力，數(shù)據(jù)總線為32位寬度，采用同步工作方式，總線工作頻率為8.33MHz。最大傳輸速率為33MB／s，支持32位的線性突發(fā)式傳輸，所以適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體技術(shù)等領(lǐng)域。49（四）PCI04總線這是超小型PC的總線標(biāo)準(zhǔn)。這種PC體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，或者被嵌入到對體積和功耗要求都很高的系統(tǒng)，如儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、通信裝置、軍用設(shè)備和機器人等設(shè)備。這種PC機取消了底板和插槽結(jié)構(gòu)，而采用模板上的兩個總線插頭座將各模板疊裝在一起，每個模板上有兩個總線插座，一個64線，一個40線，共104線(這也是總線名稱的由來)。50（五）STD總線STD總線是目前國際上較流行的總線之一．主要用于工業(yè)控制領(lǐng)域。STD總線采用公共母板結(jié)構(gòu)，其總線布置在一塊母板上，總線信號引至裝在母板上的插槽上。系統(tǒng)采用插卡式結(jié)構(gòu)，各種功能插卡(如CPU卡、存貯卡、顯示卞、I/O卡等)均按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格制造，可插入母板上的任意插槽中。STD總線插槽為56線雙列插槽SID總線的數(shù)據(jù)總線寬度為8位／16位，總線工作頻率為2MHz，最大傳輸速率為2MB／s。STD總線標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已發(fā)展為STD32，它有地址總線寬度32位，數(shù)據(jù)總線寬度也為32位。51VME(VERSAModuleEurocard)總線這是一種高性能、開放式總線，最早是由MOTOROLA等公司32位微處理器設(shè)計的。它有兩個三列的連接器P1，P2，每列有32個引腳，其中P2只使用中間的一列，兩側(cè)的64個引腳不與總線相連。按其功能介紹如下：(1)數(shù)據(jù)總線32根，可在控制總線的控制下存取8位、16位或32位數(shù)據(jù)。在D64方式下，地址線分時復(fù)用為數(shù)據(jù)線，所以此時有64根數(shù)據(jù)線。(2)地址總線32根，可在控制總線的控制下輸出16位、24位或32位地址(使高位失效)，最大可尋址4.3GB內(nèi)存；可分時復(fù)用為數(shù)據(jù)總線的高32位。(3)數(shù)據(jù)傳輸控制線12根，用以控制數(shù)據(jù)及地址的寬度和存取數(shù)據(jù)時的權(quán)限等。(4)總線仲裁總線14根，用于決定由哪個主控設(shè)備使用總線。(5)中斷控制總線10根，接收中斷請求信號并控制其優(yōu)先級。(6)公共總線，包括系統(tǒng)時鐘、復(fù)位等信號及多組電源。VME總線為并行異步總線，它結(jié)構(gòu)緊湊、功能強、性能優(yōu)異、可靠性高，但因價格較高且熟悉MC68000系列計算機及軟件的人較少，限制了它的推廣。52Multibus總線

Multibus總線是一種異步多處理器系統(tǒng)總線.在CPU、存貯器、擴展I／O板之間可傳送8位或16位數(shù)據(jù)，支持多個主控設(shè)備和從屬設(shè)備。它在工業(yè)控制計算機系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活，功能較強，且能支持各種檔次系統(tǒng)．因而目前國際上很多IDCS(分布式控制系統(tǒng))系統(tǒng)都采用這種總線。53二、PCI總線獨立于微處理器；支持即插即用功能；通過PCI橋與CPU連接（北橋）總線寬度：32/64位；工作頻率：33.3MHz/66.6MHz傳送速率：32位PCI總線：133MB/s，266MB/s64位PCI總線：266MB/s，533MB/sPCI總線體系5455PCI總線插槽外形見P124，共62根引線（64位PCI有94根）包括：系統(tǒng)接口信號（時鐘、復(fù)位等）地址與數(shù)據(jù)（復(fù)用）信號（AD0-AD31）接口控制信號（主從設(shè)備控制信號等）總線仲裁信號（總線請求、總線允許）錯誤報告信號（系統(tǒng)錯、奇偶錯）中斷控制信號（中斷請求）64位總線擴展信號（AD32-AD63、字節(jié)選擇等）高速緩存支持信號56PCI總線總線命令I(lǐng)/O和存儲器讀寫控制信號都是通過命令碼給出命令碼出現(xiàn)在C/BE[3:0]這4根線上共有12種命令中斷響應(yīng)、存儲器讀/寫、IO讀/寫、配置讀/寫、等等總線傳輸機制存儲器讀寫采用突發(fā)傳輸（要求地址必須連續(xù)）包括一個地址期和多個數(shù)據(jù)期I/O讀寫不支持突發(fā)傳輸，每次僅讀寫一個數(shù)據(jù)57PCI總線PCI總線配置目的：實現(xiàn)設(shè)備的自動配置、加載（PnP）微機啟動時，配置軟件將掃描PCI總線確定有哪些設(shè)備，設(shè)備配置要求是什么每個PCI設(shè)備都有一個配置存儲區(qū)包括了64個32位配置寄存器前16個寄存器（標(biāo)題區(qū)）的格式由PCI標(biāo)準(zhǔn)化組織定義后48個寄存器的格式由廠家自行定義標(biāo)題區(qū)的內(nèi)容包括：設(shè)備識別信息（被OS用來自動定位驅(qū)動程序）廠商/設(shè)備標(biāo)識、版本、子系統(tǒng)廠商標(biāo)識、子系統(tǒng)標(biāo)識設(shè)備分類代碼設(shè)備控制信息設(shè)備狀態(tài)信息基址寄存器（用于映射設(shè)備使用的存儲區(qū)域或I/O地址區(qū)域）58PCI總線PCIBIOSOS、應(yīng)用程序、驅(qū)動程序不能直接訪問PCI配置寄存器，必須通過PCIBIOS訪問提供了一組訪問PCI的函數(shù)16位實模式下通過INT1AH中斷來調(diào)用AH=0B1H，AL=子功能號子功能有13個，包括：PCIBIOS檢測、查找PCI設(shè)備、讀/寫配置信息、分配中斷等59PCI總線還有以下特點：(1)支持線性突發(fā)式傳輸，可確?？偩€高速傳輸數(shù)據(jù)；

(2)存取延時極小，可大幅度減少外設(shè)取得總線控制權(quán)的時間，提高傳輸速度。

(3)采用總線主控和同步操作，以加速執(zhí)行高數(shù)據(jù)吞吐量、高優(yōu)先級的任務(wù)。PCI獨特的同步操作可保證CPU與總線主控設(shè)備同時操作，而不必等待后者完成，進一步提高了運行速度。

(4)不受處理器限制。PCI獨立于處理器的設(shè)計可保證處理器技術(shù)的變化個會使外設(shè)過時，保護用戶利益。60(5)適合各種機型。PCI總線既適合于臺式計算機，也適合筆記本和服務(wù)器，還支持3.3v電源環(huán)境，可大大減小功耗；PCI卡可節(jié)省機內(nèi)空間。在服務(wù)器環(huán)境中，PCl支持分級式外圍設(shè)備的特性，使之擁有一組級連的PCI總線或設(shè)置為多組PCI總線，以提供更多的I／O接口。(6)兼容性強．可兼容ISA，EISA及MCA總線。

(7)預(yù)留了發(fā)展空間。目前的PCI總線已經(jīng)能夠支持64位的數(shù)據(jù)和地址。同時它還提供自動配量功能，即支持即插即用。(8)低成本、高效益。PCI總線使用了高度集成的接口芯片，且采用了地址數(shù)據(jù)線復(fù)用技術(shù)，從而減少了引線數(shù)，大大降低了成本。

PCI總線的優(yōu)異性能使它成為當(dāng)今系統(tǒng)總線的主流總線標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于各種檔次的微機中。61三、AGP接口不是系統(tǒng)總線高速圖形接口，在視頻卡與內(nèi)存之間提供一條直接的通路（不再通過PCI傳輸，32位PCI的傳輸速率最高266MB/s）。圖形、紋理、Z軸距離、Alpha變換等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為370～840MB/s4種模式（注意：1X/2X與4X/8X不兼容，3.3V/1.5V）1X（66MHz，266MB/s）2X（133MHz，533MB/s）4X（266MHz，1066MB/s）8X（533MHz，2133MB/s）系統(tǒng)中只支持一個AGP擴展插槽（點對點）62四、IDE接口（ATA）主要用于硬盤/光驅(qū)/磁帶驅(qū)動器現(xiàn)已發(fā)展為EIDE（增強的IDE）和串行ATA（SATA）已集成到硬盤驅(qū)動器中，無需接口卡主板提供2-4個接口每接口可連接2個硬盤（主/從）數(shù)據(jù)傳輸方式：PIO方式：PIO0～PIO4（3.3MB/s～16.6MB/s）40針接口，扁平電纜硬盤最大容量528MBDMA方式：DMA0～DMA2（11MB/s～16.6MB/s）40針接口硬盤最大容量8.4GBUDMA方式：UDMA3～UDMA6（33.3MB/s～133MB/s）80針接口，地線和信號線交叉排列通過特殊的擴展BIOS，可支持200GB以上的硬盤63五、USB總線USB概況主機與外設(shè)的通用接口，可用于不同的設(shè)備串行、打包傳送2根數(shù)據(jù)線＋電源＋地線兩個版本：1.1（12Mb/s），2.0（480Mb/s）設(shè)備連線最長5米即插即用必須要有USB主機存在，設(shè)備不能獨立工作64USB總線的優(yōu)點易于使用即插即用，可熱插拔；WindowsNT/2000/XP/2003下不需安裝驅(qū)動程序具級聯(lián)方式，并可智能識別鏈上外圍設(shè)備的插拔；提供電源5V，500mA節(jié)省硬件資源IRQ、I/O地址易于連接主板上提供2－6個USB接口，通過集線器最多可支持127個外設(shè)4芯電纜（＋D、-D、+5V、GND）65USB總線的優(yōu)點傳送速率可滿足大多數(shù)外設(shè)要求1.5MB/s，12MB/s，480MB/s（2.0）可靠性高能進行錯誤校驗和控制，且由硬件實現(xiàn)低成本主板已集成USB接口設(shè)備端的USB接口控制芯片很便宜低功耗不工作時能夠自動進入休眠狀態(tài)，并能自動恢復(fù)66USB設(shè)備及拓撲結(jié)構(gòu)USB設(shè)備集線器擴展接口數(shù)量功能部件即USB設(shè)備

復(fù)合部件

拓撲結(jié)構(gòu)星形（樹形）、級連

67USB接口工作原理USB系統(tǒng)分為兩大部分：USB主機、USB設(shè)備USB主機由PC系統(tǒng)中的USB硬件和驅(qū)動程序組成；整個微機中只能有一個USB主機；其接口稱為USB控制器；USB硬件在微機中被集成在南橋中。功能：檢測USB設(shè)備的插拔操作在主機與設(shè)備之間管理數(shù)據(jù)流通信總是由主機發(fā)起，并由主機控制傳輸過程多個設(shè)備傳輸時，采用分時復(fù)用（每個時間槽1ms）錯誤檢查（CRC校驗）為設(shè)備提供電源68USB接口工作原理USB設(shè)備分為集線器和功能設(shè)備集線器：1個上連端口和若干個下連端口自動探測設(shè)備的插拔并向USB主機報告為下行設(shè)備分配電源分離高速數(shù)據(jù)流和低速數(shù)據(jù)流功能設(shè)備：可以從USB總線上收發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備包含自己的各種配置信息，以供USB主機查詢不能主動發(fā)起通信功能：監(jiān)視與自己的通信、對主機的請求進行響應(yīng)、錯誤檢查、管理電源（沒有總線活動（3ms）時進入掛起狀態(tài)）69USB接口工作原理USB通信模型客戶USB主機USB接口功能模塊USB設(shè)備USB接口主機設(shè)備消息數(shù)據(jù)包位流70USB接口工作原理USB主機的軟件和硬件客戶軟件USB驅(qū)動程序（USBD）USB接口主控制器驅(qū)動程序（HCD）USB主機軟件USB主機主機71USB接口工作原理USB數(shù)據(jù)包格式（主要的）PIDUSB地址(7位)端點號CRCPID數(shù)據(jù)(1-1023字節(jié))CRC標(biāo)識包數(shù)據(jù)包PID:包的類型編號PID應(yīng)答D2H：ACK5AH：NAKC3H：偶數(shù)包4BH：奇數(shù)包72IEEE1394總線可用于數(shù)字化視頻、音頻，硬盤結(jié)構(gòu)類似于USB，樹形拓撲串行、打包傳送6芯電纜：4根信號線＋電源＋地線設(shè)備之間距離最大4.5米，總長度為50～100米設(shè)備可獨立工作，無需微機的控制設(shè)備之間可直接連接，如數(shù)字攝像機連接到電視機最大傳輸速率：400MB/s（將來可達3.2GB/s）100MB/s，200MB/s，400MB/s支持異步和同步兩種傳輸模式支持帶電插拔和即插即用可提供8V～40V/1.5A的電源一個接口上可連接63臺設(shè)備7374二、計算機外部總線外部總線一般用于計算機和智能設(shè)備以及智能設(shè)備之間的通信，如計算機和計算機、計算機和智能儀表、智能儀表和智能儀表等等。本節(jié)介紹幾種常用的外部總線。75(一）IEEE-488總線這是一種異步并行外部總線．專用于計算機與智能儀表、I/O設(shè)備之間的并行通信，又稱GP-IB(GeneralPurposeInterfaceBus)總線。其信號線共24根．包括8根數(shù)據(jù)線，用于傳輸設(shè)