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本章首先介紹輸入輸出接口的功能、結(jié)構(gòu)及工作原理等概念,然后介紹無(wú)條件傳送方式、查詢式傳送方式,中斷方式和DMA方式的接口電路和工作原理。本章還將詳細(xì)介紹總線的概念和技術(shù),并介紹幾種常見(jiàn)的總線標(biāo)準(zhǔn)及最新的總線技術(shù)。1一、

I/O接口的基本功能把介于兩個(gè)部件間的緩沖電路稱為接口。從廣義上看,接口包括硬件連接電路,以及由軟件組成的管理邏輯驅(qū)動(dòng)程序。計(jì)算機(jī)中,把介于CPU與外設(shè)之間,實(shí)現(xiàn)硬件連接與軟件通訊的部件稱為I/O接口。例如,鍵盤(pán)與主機(jī)間接口是8255A,這是一個(gè)可編程的通用接口芯片。I/O接口多為定型產(chǎn)品,多數(shù)為可編程通用接口芯片,可用軟件編程控制其工作方式。26.1

I/O接口概述I/O接口的功能——為什么要使用接口1、實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間信息的轉(zhuǎn)換。包括信號(hào)形式的變換電平的轉(zhuǎn)換和放大并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。2、I/O定向每次IO傳送都用地址指明具體的設(shè)備。IO接口電路接收地址并譯碼,選中具體的IO設(shè)備。33、鎖存和緩沖解決CPU與外設(shè)間的速度不匹配解決同一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)外設(shè)的問(wèn)題;外設(shè)與總線的連接原則:輸入要三態(tài):一個(gè)CPU連接多個(gè)外設(shè);輸出要鎖存:外設(shè)速度慢問(wèn)題。4輸入要三態(tài):系統(tǒng)總線是設(shè)備間的公共通道,任何設(shè)備不能長(zhǎng)期占用總線,僅允許被選中的設(shè)備使用系統(tǒng)總線。設(shè)備通過(guò)三態(tài)門(mén)連接到總線,CPU訪問(wèn)此外設(shè)時(shí),打開(kāi)三態(tài)門(mén),其他時(shí)間呈高阻狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)CPU連接多個(gè)外設(shè)。IO設(shè)備分時(shí)復(fù)用。輸出要鎖存:輸出數(shù)據(jù)在寫(xiě)周期傳送,時(shí)間非常短。被傳送數(shù)據(jù)只在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)在總線上。對(duì)于慢速外設(shè),這么短的時(shí)間不能驅(qū)動(dòng)外設(shè)。因此在外設(shè)和總線之間添加數(shù)據(jù)鎖存器。將數(shù)據(jù)鎖存到接口電路中,解決CPU與外設(shè)間的速度不匹配。5二、I/O接口的基本結(jié)構(gòu)CPU外設(shè)數(shù)據(jù)端口譯碼、控制邏輯狀態(tài)端口命令端口中斷管理數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線控制線狀態(tài)線M/IORDWRINTRI/O接口信息通道6端口是I/O接口的基本組成單元,每個(gè)I/O端口有一個(gè)端口地址。

CPU對(duì)I/O端口的操作是按端口地址進(jìn)行的。I/O端口是由一組寄存器組成的。CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),各類信息會(huì)進(jìn)入不同類型的寄存器,一般稱這些寄存器為I/O端口。7數(shù)據(jù)端口:是CPU和IO設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換的中轉(zhuǎn)站。輸出時(shí),數(shù)據(jù)先鎖存在端口,IO設(shè)備在從數(shù)據(jù)端口獲得。輸入時(shí),IO設(shè)備先準(zhǔn)備好數(shù)據(jù),CPU再打開(kāi)端口的三態(tài)門(mén),接收IO設(shè)備的數(shù)據(jù)。狀態(tài)端口:CPU通過(guò)狀態(tài)端口了解IO設(shè)備的工作狀態(tài),以決定是否可以輸入或輸出數(shù)據(jù)。多是開(kāi)關(guān)信號(hào)。是只讀端口,具有三態(tài)緩沖器??刂贫丝冢和ㄟ^(guò)寫(xiě)控制端口發(fā)出控制命令。寫(xiě)到控制端口的一個(gè)字節(jié)的每一位可以表示一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。是只寫(xiě)端口,具有鎖存功能。8CPU與三類端口交換信號(hào)時(shí),通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)完成的。從編程角度來(lái)說(shuō),是完全一樣的。用IN和OUT指令完成。只是三類端口對(duì)應(yīng)的地址是不同的。實(shí)現(xiàn)的功能不同。9⒈存儲(chǔ)器映射方式-------安排在一個(gè)大樓在這種方式中,把端口作為存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元來(lái)對(duì)待,每個(gè)端口占有存儲(chǔ)空間的一個(gè)地址。端口地址和存儲(chǔ)器地址按照統(tǒng)一的方式編址。也叫做統(tǒng)一編址方式三、I/O端口的編址方式10其優(yōu)點(diǎn)是:①CPU對(duì)外設(shè)(端口)操作可使用全部的存儲(chǔ)器操作指令,故可用指令多,使用方便;②內(nèi)存和外設(shè)(端口)的地址分布空間是同一個(gè);③不需要專門(mén)的輸入輸出指令。缺點(diǎn)是:①外設(shè)占用了內(nèi)存單元,使內(nèi)存容量減少;②訪問(wèn)內(nèi)存指令長(zhǎng)度一般比專用I/O指令長(zhǎng),從而指令周期較長(zhǎng),執(zhí)行速度較慢。112.I/O獨(dú)立編址方式--------安排在2個(gè)大樓是指有一個(gè)與存儲(chǔ)器地址空間完全獨(dú)立的I/O地址空間,在這個(gè)空間內(nèi)每個(gè)端口有唯一端口地址。使用專門(mén)的IO指令訪問(wèn)端口。其優(yōu)點(diǎn)是:①I(mǎi)/O端口不占內(nèi)存空間;②I/O指令使用累加器(AX/AL)操作,指令字節(jié)數(shù)少,因此指令周期較短。缺點(diǎn)是:①要求CPU有專用I/O指令;②用于I/O操作的指令少,因此不夠方便靈活。12有如下傳送方式:直接傳送方式、查詢方式、中斷方式、DMA方式。⒈直接傳送方式CPU和IO端口之間需要傳送數(shù)據(jù)時(shí),直接執(zhí)行IO指令。這時(shí)CPU和IO設(shè)備是完全同步的。例如,LED類型外設(shè),輸出0,熄滅;輸出1,點(diǎn)亮。這種外設(shè)總是準(zhǔn)備就緒,不必查詢外設(shè)的狀態(tài),在需要輸入/輸出的地方直接使用IN、OUT指令。也叫無(wú)條件傳送或同步傳送。136.2計(jì)算機(jī)與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式無(wú)條件傳送方式接口電路14例如,MAINPROCnear┇I(xiàn)NAL,30H┇OUT2FH,AL┇MAINENDP這種傳輸方式下的程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,不過(guò)要保證每次傳送時(shí),外設(shè)處于就緒狀態(tài),只用在對(duì)一些簡(jiǎn)單外設(shè)的操作。15⒉條件傳送方式條件傳送也稱為查詢式傳送。用條件傳送方式時(shí),CPU通過(guò)執(zhí)行程序不斷讀取并測(cè)試外設(shè)的狀態(tài)。如果外設(shè)處于準(zhǔn)備好狀態(tài)(輸入設(shè)備)或者空閑狀態(tài)(輸出設(shè)備)時(shí),則CPU執(zhí)行輸入指令或輸出指令與外設(shè)交換信息。1617對(duì)于條件傳送來(lái)說(shuō),一個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程由3個(gè)環(huán)節(jié)組成:①CPU從狀態(tài)端口中讀取狀態(tài)字。②CPU檢測(cè)狀態(tài)字的對(duì)應(yīng)位是否滿足“就緒”條件,如果不滿足,則返①繼續(xù)讀取狀態(tài)字。③如狀態(tài)字表明外設(shè)已處于“就緒”狀態(tài),則傳送數(shù)據(jù)。執(zhí)行IO傳送指令查詢式輸出接口電路查詢式輸入的接口電路RD18例:查詢式輸入程序?qū)嵗簭亩丝诘刂窞?0H的外設(shè)輸入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。因外設(shè)速度較慢,故采用查詢方式,狀態(tài)口為61H,狀態(tài)位為D1=1表示READY,程序如下;XML:INAL,61H;讀入狀態(tài)字

TESTAL,02H;測(cè)試狀態(tài)位

JZ XML;XMLINAL,60H;輸入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)19例題:若打印機(jī)的接口包括控制端口83H,數(shù)據(jù)端口地址80H和狀態(tài)端口地址81H,編程實(shí)現(xiàn):采用查詢方式,狀態(tài)位為D0=1表示BUSY,將內(nèi)存中1000H開(kāi)始的100個(gè)字節(jié)(字符),輸出到打印機(jī)。其中端口控制字為88H,應(yīng)首先將控制字輸出到控制端口中。2021 MOVAL,88H OUT83H,AL MOVSI,1000H MOVCX,100XML:INAL,81H

;讀入狀態(tài)字

TESTAL,01H ;測(cè)試狀態(tài)位

JNZ XML ;XML MOVAL,[SI] INCSI

OUT80H,AL

;輸出一個(gè)字節(jié)

LOOPXML3、中斷傳送方式-概念在查詢傳送方式中,CPU要不斷地詢問(wèn)外設(shè),當(dāng)外設(shè)沒(méi)有準(zhǔn)備好時(shí),CPU要等待(執(zhí)行查詢程序),不能干別的操作,這樣就浪費(fèi)了CPU的時(shí)間。另外,CPU無(wú)法高效同時(shí)處理多個(gè)外設(shè)的請(qǐng)求。而且許多外設(shè)的速度是較低的,如鍵盤(pán)、打印機(jī)等第,它們輸入或輸出一個(gè)數(shù)據(jù)的速度是很慢的,在這個(gè)等待過(guò)程中,CPU可以執(zhí)行大量的指令。22為了提高CPU的效率,可以采用中斷的傳送方式:當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好時(shí),由外設(shè)通過(guò)硬件方式(電平變化)主動(dòng)向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)(有關(guān)中斷的詳細(xì)工作情況,在下一節(jié)討論),CPU就暫停原執(zhí)行的程序(即實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)),轉(zhuǎn)去執(zhí)行對(duì)應(yīng)的輸入或輸出操作(中斷服務(wù)),待輸入輸出操作完成后返回原來(lái)的程序。這樣可以大大提高CPU的效率。利用中斷方式,CPU才能與多個(gè)外設(shè)實(shí)現(xiàn)并行(同時(shí))工作。23中斷式接口電路244、直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式傳送(DMA)-概念利用中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,可以大大提高CPU的利用率。例如某一外設(shè)1S能傳送100個(gè)字節(jié)。若用查詢方式輸入,則在這1S內(nèi)CPU全部用于查詢狀態(tài)和傳送數(shù)據(jù);若用中斷方式,CPU每傳送一個(gè)字節(jié)的中斷服務(wù)程序需100

S,則傳送100字節(jié),CPU只需用10ms,即只占1秒的1/100,99/100的時(shí)間可用于執(zhí)行主程序。但是中斷傳送仍是由CPU通過(guò)程序來(lái)完成傳送任務(wù),每次要保護(hù)和恢復(fù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。25

所以希望用硬件在外設(shè)與內(nèi)存之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(DMA)而不通過(guò)CPU,這樣數(shù)據(jù)傳送的速度上限就取決于存儲(chǔ)器和外設(shè)的工作速度。在DMA方式時(shí),就需要CPU出讓總線(即CPU連到這些總線上的引線處于第三態(tài)—高組狀態(tài)),而由DMA控制器——DMAC接管,控制傳送的字節(jié)數(shù),判斷DMA是否結(jié)束,以及發(fā)出DMA結(jié)束等信號(hào)。這些都是由硬件實(shí)現(xiàn)的。26DMA控制器的功能能向CPU發(fā)出HOLD信號(hào)當(dāng)CPU發(fā)出HLDA信號(hào)后,接管總線控制權(quán),進(jìn)入DMA方式輸出地址信息,能對(duì)存儲(chǔ)器尋址及能修改地址指針能輸出讀寫(xiě)等控制信號(hào)能決定傳送字節(jié)數(shù)及判斷DMA傳送是否結(jié)束發(fā)出DMA結(jié)束信號(hào),使CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。272.DMA操作的基本方式

周期挪用周期擴(kuò)展

CPU停機(jī)方式3.DMA傳送方式單字節(jié)方式字節(jié)組方式286.3微型計(jì)算機(jī)總線概念一、總線的定義數(shù)字計(jì)算機(jī)是由若干個(gè)部件組成的,這些部件間的信息交換是通過(guò)一組公共的標(biāo)準(zhǔn)線路進(jìn)行的,這組用來(lái)進(jìn)行信息傳送的公用線路,稱為總線??偩€上傳送的是二進(jìn)制信息。每一位二進(jìn)制數(shù)由總線上的一根線傳送。同一時(shí)刻一根總線上只能傳送一個(gè)數(shù)據(jù)。29總線信號(hào)的邏輯特性包括三種邏輯狀態(tài),即邏輯0,邏輯1和高阻狀態(tài),即數(shù)字電路的三態(tài)特性。當(dāng)某個(gè)部件的輸出部分與總線相連的狀態(tài)處于“高阻態(tài)”時(shí),則表示該部件與總線之間呈現(xiàn)極高的阻抗,等同于該部件與總線之間的連接處于斷開(kāi)狀態(tài)。利用總線的這三種邏輯狀態(tài),CPU可以非常靈活和方便管理計(jì)算機(jī)各部件之間的信息交換和信號(hào)傳輸。30二、總線特性及性能指標(biāo)(1)總線連接多個(gè)信號(hào)源總線不是將兩個(gè)部件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接起來(lái),它將多個(gè)電路的輸入端和多個(gè)電路的輸出端用一組導(dǎo)線相連接。

(2)總線采用分時(shí)復(fù)用方法計(jì)算機(jī)的多個(gè)部件都連接到總線上,總線好比是獨(dú)木橋,因此多個(gè)部件之間交換信息不能同時(shí)進(jìn)行,否則就在總線(獨(dú)木橋)上造成沖突。解決問(wèn)題的方式就是總線上連接的多個(gè)部件分時(shí)復(fù)用總線。

31總線的性能指標(biāo)如下表示總線寬度:通常是指數(shù)據(jù)總線的根數(shù),用bit(位)表示,如8位,16位、32位、64位(即總線寬度有8根、16根、32根、64根)??偩€帶寬:是指總線所能達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率,即單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。通常用每秒傳輸信息的字節(jié)數(shù)來(lái)表示,單位可用MBps(兆字節(jié)每秒)表示。

32三、總線分類總線有很多分類方法,不同的分類,總線有不同的名稱。I.

按總線在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置,總線分為三種:①片內(nèi)總線:微處理器芯片內(nèi)部各部件間的連接線路,稱為片內(nèi)總線。②設(shè)備總線:各種外部I/O設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的連接總線。例如,EIARS232,USB串行總線。③系統(tǒng)總線:一臺(tái)計(jì)算機(jī)的各部件,如CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、通道及各類I/O接口間連接的公共線路,稱為系統(tǒng)總線。33(2)設(shè)備總線(外部總線)計(jì)算機(jī)主機(jī)和各種外部I/O設(shè)備,如鍵盤(pán)、顯示器之間的連接總線,這種連接到計(jì)算機(jī)機(jī)箱外的總線稱為設(shè)備總線。設(shè)備總線也叫通訊總線,常見(jiàn)的如串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232、USB接口總線標(biāo)準(zhǔn)等。

34(3)接傳輸信息的內(nèi)容,系統(tǒng)總線可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。任何計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線都由上述三部分總線構(gòu)成。①數(shù)據(jù)總線:用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)信息,每根線都是雙向、三態(tài),數(shù)據(jù)總線的根數(shù)(位數(shù))與計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)相同。②地址總線:用來(lái)傳遞地址信息。屬單向傳輸,其位數(shù)與存儲(chǔ)容量有關(guān)。③控制總線:用來(lái)傳輸CPU的控制信息或外設(shè)的狀態(tài)信息。35三類總線在微機(jī)系統(tǒng)中的相互關(guān)系36四、總線的結(jié)構(gòu)是指總線的組織結(jié)構(gòu)。在單機(jī)系統(tǒng)中,總線的結(jié)構(gòu)有三種基本類型:?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)及三總線結(jié)構(gòu)。①單總線結(jié)構(gòu):使用一組單一的系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備,稱為單總線結(jié)構(gòu)。37②雙總線結(jié)構(gòu):系統(tǒng)總線和內(nèi)存總線38③三總線結(jié)構(gòu):系統(tǒng)總線、內(nèi)存總線和I/O總線39五、層次化的PC總線結(jié)構(gòu)及總線橋隨著PCI總線以及PCIExpress(簡(jiǎn)稱PCI-E)總線等多種新型總線標(biāo)準(zhǔn)的推出,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存在著多種總線共同工作,因此現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)采用層次化的總線結(jié)構(gòu)。總線的三個(gè)層次分別是:微處理器總線(或稱HostBUS)、局部總線(如PCI總線)、系統(tǒng)總線(如ISA總線)。40PC總線的層次化結(jié)構(gòu)41微機(jī)系統(tǒng)不同層次總線的傳輸速率不同,控制協(xié)議不同,在實(shí)現(xiàn)互連時(shí),層與層之間必須通過(guò)“橋”進(jìn)行過(guò)渡。總線之間的“橋”的作用就是總線轉(zhuǎn)換器和控制器,它實(shí)現(xiàn)各類微處理器總線到PCI總線、各類標(biāo)準(zhǔn)總線到PCI總線的連接,橋的內(nèi)部含有復(fù)雜的兼容協(xié)議提供不同總線標(biāo)準(zhǔn)之間的相互轉(zhuǎn)換,以及總線信號(hào)和數(shù)據(jù)的緩沖電路?,F(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中,總線橋接功能是由一片或幾片大規(guī)模集成專用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的,稱為芯片組(Chipset)。426.4總線的時(shí)序微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,CPU在時(shí)鐘信號(hào)的控制下,按照程序順序執(zhí)行各種指令操作。計(jì)算機(jī)的各種操作以時(shí)鐘周期為基準(zhǔn),按照時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)拍進(jìn)行的,各種操作執(zhí)行的時(shí)間順序稱為時(shí)序。時(shí)序是計(jì)算機(jī)操作運(yùn)行的時(shí)間順序,也是信號(hào)高低電平變化和相互之間的時(shí)間順序關(guān)系43微處理器執(zhí)行一條指令包括取指令,指令譯碼和指令執(zhí)行整個(gè)過(guò)程,所經(jīng)歷的時(shí)間稱為指令周期。一個(gè)指令周期由若干個(gè)總線周期組成。處理器完成一次存儲(chǔ)器讀或者存儲(chǔ)器寫(xiě)會(huì)占用一個(gè)總線周期。此外處理器響應(yīng)外部中斷時(shí)產(chǎn)生中斷響應(yīng)周期。4445總線周期又是由計(jì)算機(jī)最基本的時(shí)鐘周期構(gòu)成,通常是由4個(gè)時(shí)鐘周期組成,一個(gè)時(shí)鐘周期通常叫做一個(gè)T狀態(tài),是處理器工作的基本節(jié)拍。在每個(gè)時(shí)鐘周期,CPU完成一種特定的操作,比如存儲(chǔ)器讀操作包括CPU送地址操作或者取數(shù)據(jù)操作,操作組合起來(lái)完成一次存儲(chǔ)器讀。一總線操作相關(guān)概念(1)時(shí)鐘周期,又稱為T(mén)狀態(tài)(T周期),是CPU的基本時(shí)間計(jì)量單位,是CPU主頻的倒數(shù)。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi),CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。(2)總線周期,CPU通過(guò)總線對(duì)存儲(chǔ)器或I/O接口進(jìn)行一次訪問(wèn)所需時(shí)間稱為一個(gè)總線周期。在8086/8088CPU中,一個(gè)基本的總線周期包含4個(gè)時(shí)鐘周期,分別稱為T(mén)1、T2、T3和T4狀態(tài)。46(3)指令周期,指CPU取出并執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間,用所包含的機(jī)器周期數(shù)來(lái)表示。對(duì)于不同類型的CPU,指令周期可能相同,也不能不相同。指令執(zhí)行過(guò)程中,若需要對(duì)存儲(chǔ)器或I/O端口進(jìn)行操作,指令周期通常包括若干個(gè)總線周期。47(4)時(shí)序圖,用于描述CPU某一操作過(guò)程中,芯片/總線上的相關(guān)引腳信號(hào)隨時(shí)間變化的關(guān)系圖。時(shí)序圖以時(shí)鐘脈沖信號(hào)為基準(zhǔn),CPU各個(gè)引腳信號(hào)隨時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生變化的關(guān)系圖。48二、存儲(chǔ)器寫(xiě)操作時(shí)序存儲(chǔ)器寫(xiě)周期完成一次CPU將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器單元的操作過(guò)程,通常由4個(gè)T狀態(tài)組成。時(shí)鐘周期編號(hào)為T(mén)1-T4。49三、存儲(chǔ)器讀總線周期存儲(chǔ)器讀總線周期完成一次從存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程,也是由4個(gè)T狀態(tài)組成T1-T4。506.5微型計(jì)算機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)及最新總線技術(shù)總線標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際組織或機(jī)構(gòu)正式公布或推薦的互聯(lián)計(jì)算機(jī)各個(gè)模塊的標(biāo)準(zhǔn),是把各種不同的模塊組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)必須遵守的規(guī)范??偩€標(biāo)準(zhǔn)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各模塊的互聯(lián)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)界面,與該界面連接的任一方只需要根據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)的要求來(lái)實(shí)現(xiàn)接口功能。采用總線標(biāo)準(zhǔn),可使各個(gè)模塊接口芯片的設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立,給計(jì)算機(jī)接口的軟硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)方便51總線標(biāo)準(zhǔn)包括如下幾個(gè)方面的技術(shù)規(guī)范或特性:(1)機(jī)械特性:規(guī)定模塊插件的機(jī)械尺寸,總線插頭、插座的規(guī)格及位置等。(2)電氣特性:規(guī)定總線信號(hào)的邏輯電平、噪聲容限及負(fù)載能力等。(3)功能特性:各總線信號(hào)的名稱及功能定義。(4)規(guī)范性特性:對(duì)各總線信號(hào)的動(dòng)作過(guò)程及時(shí)序關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。52比較有名總線標(biāo)準(zhǔn)有:IntelMultiBus(IEEE-796);ZilogZ-Bus(122根引線);IBMPC/XT總線;IBMPC/AT總線;ISA總線;EISA總線;PCI總線;USB總線;PCIExpress總線。53一、ISA總線ISA(IndustryStandardArchitecture)總線是IBM為了采用全16位的CPU而推出的,又稱AT總線。ISA總線時(shí)鐘頻率為8Mhz,最大傳輸率為16Mbps,數(shù)據(jù)線為16位,地址線為24位,還包括中斷線、16位DMA通道信號(hào)線、等待狀態(tài)發(fā)生信號(hào)線及電源線。5455ISA總線共有98根線,均連接到主板的ISA總線插槽上。ISA插槽長(zhǎng)度為138.5mm的黑色插槽。ISA總線接口信號(hào)分為5類:地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時(shí)鐘線和電源線。二、EISA總線EISA(ExtendedIndustryStandardArchitecture)總線是一種在ISA總線上擴(kuò)展而成的總線標(biāo)準(zhǔn),與ISA完全兼容,從CPU中分離出了總線控制權(quán),是具有智能化的總線,能支持多個(gè)總線控制器和猝發(fā)方式的傳輸,對(duì)多達(dá)6個(gè)總線主控設(shè)備實(shí)行智能管理,有自動(dòng)配置功能,無(wú)需DIP開(kāi)關(guān)。EISA總線的時(shí)鐘頻率為8MHZ,最大傳輸率可達(dá)33MBps,數(shù)據(jù)總線為32位,地址總線32位,可尋址4GB空間。

56三、PCI總線PCI總線(PeripheralComponentInterconnect,外圍部件互連總線)于1991年由Intel公司首先提出,并由PCISIG(SpecialInterestGroup)來(lái)發(fā)展和推廣。1992年6月推出PCI1.0版,1995年6月又推出了支持64位數(shù)據(jù)通路、66MHz工作頻率的PCI2.1版。PCI總線因其先進(jìn)的結(jié)構(gòu)特性和優(yōu)異的性能,成為現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)中的佼佼者,并被多數(shù)現(xiàn)代高性能微機(jī)系統(tǒng)所廣泛采用。5758PCI總線位寬為32位或64位,工作頻率為33MHz,最大數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s(32位)和266MB/s(64位)??刹褰语@卡、聲卡、網(wǎng)卡、內(nèi)置Modem、內(nèi)置ADSLModem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、電視卡、視頻采集卡59人們通常稱“CPU總線/PCI總線橋”為“北橋”,稱“PCI總線/ISA總線橋”為“南橋”。這種以“橋”的方式將兩類不同結(jié)構(gòu)的總線“黏合”在一起的技術(shù)特別能夠適應(yīng)系統(tǒng)的升級(jí)換代。因?yàn)槊慨?dāng)微處理器改變時(shí)只需改變CPU總線和改動(dòng)“北橋”芯片,而全部原有外圍設(shè)備及接口適配器仍可保留下來(lái)繼續(xù)使用,從而較好地實(shí)現(xiàn)了總線結(jié)構(gòu)的兼容性及可擴(kuò)展性,并極大地保護(hù)了用戶的設(shè)備投資。60PCI插槽61四、PCIExpress總線PCIExpress是新一代的總線接口。早在2001年的春季,英特爾公司就提出了要用新一代的技術(shù)取代PCI總線和多種芯片的內(nèi)部連接,并稱之為第三代I/O總線技術(shù)。隨后在2001年底,包括Intel、AMD、DELL、IBM在內(nèi)的20多家業(yè)界主導(dǎo)公司開(kāi)始起草新技術(shù)的規(guī)范,并在2002年完成,對(duì)其正式命名為PCIExpress。6263它采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接,比起PCI以及更早期的計(jì)算機(jī)總線的共享并行架構(gòu),每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接,不需要向整個(gè)總線請(qǐng)求帶寬,而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個(gè)很高的頻率

PCI-Express總線64五、AGP總線隨著多媒體計(jì)算機(jī)的普及,處理三維數(shù)據(jù)要求有驚人的數(shù)據(jù)量,而且要求更寬廣的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。PCI總線成為傳輸瓶頸。為了解決此問(wèn)題,Intel于1996年7月推出了AGP(AcceleratedGraphicsPort,加速圖形端口)6566AGP是顯示卡專用的局部總線,基于PCI2.1規(guī)范并進(jìn)行擴(kuò)充修改而成,它采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道方式,以66.7MHz的頻率直接與主存聯(lián)系,以主存作為幀緩沖器,實(shí)現(xiàn)了高速存取。最大數(shù)據(jù)傳輸率(數(shù)據(jù)寬度為32位)為266MBps,是傳統(tǒng)PCI總線帶寬的2倍。六、USB總線USB總線(UniversalSerialBus,通用串行總線)是PC與各種外圍設(shè)備連接和通信的標(biāo)準(zhǔn)接口,可以取代傳統(tǒng)PC上連接外圍設(shè)備的所有端口(包括串行端口和并行端口),用戶幾乎可以將所有外設(shè)裝置,包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、掃描儀以及各種數(shù)字音影設(shè)備,通過(guò)USB總線與主機(jī)相接。同時(shí),它還可為外部設(shè)備(如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等)提供電源。

67USB總線的性能也在不斷改進(jìn)和提高。2001年,推出了USB2.0,傳輸速率由原來(lái)USB1.0/1.1/1.2的12Mbps增加到480Mbps,可以支持寬帶數(shù)字?jǐn)z像設(shè)備、新型掃描儀、打印機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備等。2008年,推出了USB3.0規(guī)范,其理論帶寬(即數(shù)據(jù)傳輸率)為5Gbps,為移動(dòng)設(shè)備讀寫(xiě)性能的提升留下了更大的發(fā)展空間。USB3.0接口比USB2.0多出了4條線路,多出的線路用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

68USB總線特點(diǎn)如下:①使用方便、即插即用:USB總線連接外部設(shè)備時(shí),操作系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)和安裝配置驅(qū)動(dòng)程序,實(shí)現(xiàn)熱插拔,具有自動(dòng)配置能力,用戶只要簡(jiǎn)單地將外設(shè)插人到PC的USB接口中,PC就能自動(dòng)識(shí)別和配置USB設(shè)備。②速度快:在遵循USB1.1規(guī)范的基礎(chǔ)上,USB接口最高傳輸速度可達(dá)12MbPs,而在USB2.0規(guī)范下,更可以達(dá)到480Mbps。多種傳輸速率可以滿足不同速度的外部設(shè)備的需求,滿足鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等低速外部設(shè)備的需要,也可以滿足音頻和視頻等外部設(shè)備和大容量存儲(chǔ)設(shè)備的需求。③連接靈活,易擴(kuò)展。USB接口支持多個(gè)不同設(shè)備的串列連接,一個(gè)USB口理論上可以連接127個(gè)USB設(shè)備。

USB

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