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第十章 总线技术

一、总线概述

二、 PC 总线概述

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总线是连接多个功能部件的一组公共信号线， 是计算机用来传递信息代码的公共通道。

1. 什么是总线

数据总线 DB

控制总线 CB

地址总线 AB

存储器

I/O接口

输入设备

I/O接口

输出设备

CPU

一、总线概述

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总线是构成微型计算机应用系统的重要技术， 总线设计的好坏直接影响 :

整个微机系统的性能、可靠性、可扩展性和可升级性

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对总线插座的尺寸、引线数目、各引线信号的含义、 时序和电气参数等作明确规定，这个规定就是总线标准。

2. 总线标准（总线规范）

机械规范： 规定总线的根数、插座形状、引脚排列等

功能规范： 规定总线中每根线的功能。 从功能上，总线分成三组：地址总线、数据总线、控制总线

电气规范： 规定总线中每根线的传送方向、有效电平范围、负载能力等

时间规范： 规定每根线在什么时间有效，通常以时序图的方式进行描述

总线标准的内容

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IBM PC/XT BUSISA 工业标准体系结构 ( Industrial Standard Architecture)

EISA 扩展工业标准体系结构 (Extended Industrial Standard Architecture)

VESA 视频电气标准协会 ( 又称 VL-bus ) (Video Electronics Standards Association)PCI 外部设备互连 (Peripheral Component Interconnect)

USB 通用串行总线 (Universal Serial Bus)AGP 图形加速端口 ( 显卡专用线 ) (Accelerated Graphics Port)

PC 系列机上采用的总线标准：

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便于采用模块化设计方法 , 简化系统设计厂家面向总线设计各种插件板，产品具有通用性，

用户可灵活选购必要的插件板构成所需的系统。

便于系统的扩充和升级一个插件板只要满足总线标准，就可连接到带有这种总线标准的计算机系统中。加插功能卡 扩充系统功能研制新的插件板 更新系统功能

采用标准总线的优点

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3. 总线的分类：1 ）按作用分：

1 。控制、时序和中断信号线：

决定总线功能的强弱以及适应性的好坏。

2 。数据线和地址线：

决定数据传输的宽度和直接选址的范围。

3 。电源线和地线：

决定了电源的种类及地线的分布和用法。

4 。备用线：

厂家和用户作为性能扩充或作为特殊要求使用的线。

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2 ）按结构分： 1 ）片内总线（或元件级总线）

把各种不同器件连接在一起构成不同功能插件的所有

信号线或连接线。

2 ）内部总线（系统总线或板级总线）

微机系统中各插件之间的信息传输。

3 ）外部总线（通信总线）

微机之间或微机与设备之间的通信。

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1) 总线工作频率 MHz

2) 总线宽度 bit

指总线每次能传输数据的最大位数

3) 总线传输率 MB/s （ B-BYTE ） 总线传输率（带宽） = 总线工作频率 * 总线宽度 / 8

4) 信号线数 指 AB 、 DB 、 CB 线数的总和 信号线数与性能无正比关系，但与复杂程度成正比

4. 总线的主要性能指标

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5) 数据 / 地址总线的多路复用和非多路复用 复用指一根线上分时传送多种信号 , 即一线多用 .

6) 数据传输方式 同步方式 , 异步方式 ,

7) 负载能力 总线带负载的能力 , 常用可连接的扩增电路板数表示。

8) 总线控制方式 主要指突发传输、并发工作、自动配置、仲裁方法、中断方式等 .

9) 其它指标 电源电压等级 (5V 或 3.3V) ; 能否扩展为 64 位等

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单总线体系结构 指微机中所有模块都连接在单一总线上。

如早期的 IBM PC/XT 机：采用 IBM PC/XT总线

多总线体系结构 指微机中采用多种总线， 各模块按数据传输速率的不同，连接不同的总线上。

如 Pentium 微机 : 内部有 ISA 、 PCI 、 AGP等。

5. 总线体系结构

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单总线结构 (IBM PC/XT 主板示意图 )

8088CPU

ROM RAM键盘接口

扬声器接口

地址锁存器

数据驱动器

总线控制器8288

中断控制器8259A

DMA 控制器

时钟控制器

电源及其他辅助电路

PC/XT 总 线 插 槽 1

PC/XT 总 线 插 槽 2

PC/XT 总 线 插 槽 3

PC/XT 总 线 插 槽 8

、、、、、

显示卡

多功能卡

实验箱驱动卡

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多总线体系结构：

1. 微处理器总线：

2. 局部总线： PCI

3. 系统总线： ISA

4. 外部总线：

总线的层次结构

计算机的总线系统由处于计算机系统不同层次上的若干总线组成： CPU 总线、系统总线、局部总线、外部总线。

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1. 微处理器总线

CPU 、 RAM 、 ROM 、控制芯片组等芯片之间的信号连接关系称为 CPU 总线，包括控制总线、地址总线和数据总线

CPU 总线实现了 CPU 与主存储器、 Cache 、控制芯片组、以及多个 CPU 之间的连接，并提供了与系统总线的接口。 CPU 总线针对具体处理器设计，因此没有统一的规范。

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2. 系统总线

系统总线为主机系统与外围设备之间的通信通道。

在主板上，系统总线表现为与扩展插槽相连接的一组逻辑电路和导线，所以系统总线也叫 I/O 通道总线

系统总线必须有统一的标准，以便按标准设计各类适配卡

ISA 、 EISA 、 MCA 、 VESA

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系统总线

ISA:Industry Standard Architecture—— 工业标准体系结构， 16 位标准总线，数据传输率 8MB/sMCA:Micro Channel Architecture—— 微通道体系结构， 32 位标准总线，数据传输率 40MB/sEISA:Extended Industry Standard Architecture——扩展工业标准体系结构， 32 位标准总线，数据传输率33MB/sVESA:Video Electronic Standard Association—— 视频电子标准协会。 VESA 总线也称为 VL-bus(VESA Local Bus) ， 32 位标准总线，数据传输率 133MB/s

总线的层次结构

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局部总线

用于主机内部特定子系统之间的紧密连接，设置局部总线的目的是为了提高 CPU 与高带宽占用部件（如显卡）之间的数据传输速率

PCI 、 VESA 、 AGP 为局部总线

总线的层次结构

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PCI:Peripheral Component—— 外部设备互连。 32/64 位标准总线，数据传输率 132MB/sAGP:Accelerated Graphics Port—— 加速图形接口， 专为提高视频带宽而设计的总线规范。它是点对点连接，连接控制芯片组和 AGP 显示卡，因此严格说 AGP 不能称为总线，而是一种接口标准

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外部总线

用来提供 I/O 设备与系统中其他部件间的公共通信通路。

外部总线标准化程度最高，适用各种处理器。

SCSI——小型计算机系统互连USB—— 通用串行总线

外部总线本质上应该算作主机与外设的接口

总线的层次结构

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550MHz

IDE2

Pentium III

北桥440BX

AGP

南桥PIIX4ECMOS & RTC

USB

超级 I/O

IDE1

COM1

COM2

LPT1

550MHz L1Cache

L2Cache

处理机总线 100MHz

100MHz

PCI 总线 33MHzPCI 插槽

ISA 插槽

ISA 总线 8MHz

内存条

ROM BIOS

显示器

硬盘

光驱

软驱键盘鼠标

打印机MODEM

66MHz显卡

多总线结构

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不断提高传输速率 几MB/s 几百MB/s

不断降低功耗

电源 5.0V 3.0V 1.6V ; 采用休眠技术

智能化、层次化

支持即插即用 ; 多总线结构

6. 总线的发展趋势

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二、 PC 总线概述

PC 机在主板上设置一些标准扩展插槽， 用来扩充 PC 机功能，这些插槽统称为 PC 总线。

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总线名称

总 线 工作频率

MHz

总 线 宽 度

bit

最 大 传输率 MB/ s

引线数

多 路 复 用

PC/XT

4.77

8

4.77

62

非

ISA

8

16

16

62+36

非

EISA

8.33

32

33

198

非

VESA

16~66

32

266

124

非

PCI V1.0

33

32

133

是

PCI V2.0

66

64

264

188 是

AGP 1x

66.6

32

266

是

AGP 2x 133 32 532 是

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PCI 总线具有高性能、低成本、兼容性好、易于扩展、能自动配置和规范严格的特点。