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微机教案dxja10
第一讲:
第十章 总线技术
回顾:微机工作过程,三总线的概念及作用。
本讲重点:总线标准与总线体系结构,ISA总线。
讲授内容:
8.1 总线标准与总线体系结构
总线是一组信号线的集合,是一种在各模块间传送信息的公共通路。
在微机系统中,利用总线实现芯片内部、印刷电路板各部件之间、机箱内各插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信。总线是构成微型计算机应用系统的重要技术,总线设计好坏会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。
采用标准总线可以简化系统设计、简化系统结构、提高系统可靠性、易于系统的扩充和更新等等。
一、 总线分类与结构
1.总线规范
① 机械结构规范。规定模块尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格。
② 功能结构规范。确定引脚名称与功能,以及其相互作用的协议。是总线的核心,通常包括如下内容:
? 数据线、地址线、读/写控制逻辑线、时钟线和电源线、地线等;
? 中断机制;
? 总线主控仲裁
? 应用逻辑,如握手联络线、复位、自启动、休眠维护等。
③ 电气规范。规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。
2.总线分类
① 片内总线
在集成电路芯片内部,用来连结各功能单元的信息通路,例如CPU芯片中的内部总线,它是ALU单元和控制器之间的信息通路。
② 局部总线
在印刷电路板上连接各芯片之间的公共通路,例如CPU及其支持芯片与其局部资源之间的通道。这些资源包括在板资源,插在板上局部总线扩展槽上的功能扩展板上的资源。例如PC系列机中的8位ISA、16位ISA、EISA、VESA和PCI等总线标准。
③ 系统总线
又称为内总线,是指模块式微型计算机机箱内的底板总线,用来连接构成微型机的各插件板,它可以是多处理机系统中各CPU板之间的通信通道,也可以是用来扩展某块CPU板的局部资源,或为总线上所有CPU板扩展共享资源之间的通信通道。现在较流行的标准化微机系统总线有16位的MULTIBUS I,STDBUS;32位的MULTIBUS II,STD32和VME等。
④ 通信总线
又称为外总线,用于微机系统与系统之间,微机系统与外部设备如打印机、盘设备或微机系统和仪器仪表之间的通信通道。这种总线数据传输方式可以是并行(如打印机)或串行。数据传输速率比内总线低。不同的应用场合有不同的总线标准。例如,串行通信的EIA—RS 232C总线。
二、 总线控制方法
一般来说,总线上完成一次数据传输要经历以下4个阶段:
① 申请(Arbitration)占用总线阶段。需要使用总线的主控模块(如CPU或DMAC)。向总线仲裁机构提出占有总线控制权的申请。由总线仲裁机构判别确定,把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。
② 寻址(Addressing)阶段。获得总线控制权的主模块,通过地址总线发出本次打算访问的从属模块,如存储器或I/O接口的地址。通过译码使被访问的从属模块被选中,而开始启动。
③ 传数(Aata Transferring)阶段。主模块和从属模块进行数据交换。数据由源模块发出经数据总线流入目的模块。对于读传送,源模块是存储器或I/O接口,而目的模块是总线主控者CPU;对于写传送,则源模块是总线主控者,如CPU,而目的模块是存储器或I/O接口。
④ 结束(Ending)阶段。主、从模块的有关信息均从总线上撤除,让出总线,以便其它模块能继续使用。
对于只有一个总线主控设备的简单系统,对总线无需申请、分配和撤除。而对于多CPU或含有DMA的系统,就要有总线仲裁机构,来授理申请和分配总线控制权。总线上的主、从模块通常采用以一定方式用握手信号的电压变化来指明数据传送的开始和结束,用同步、异步或半同步这3种方式之一实现总线传输的控制。
1.同步总线
同步总线所用的控制信号是时钟振荡器,时钟的上升沿和下降沿分别表示一个总线周期的开始和结束。典型的同步协定的定时信号和受控设备的内部结构如图8-1和图8-2所示。
总线时钟信号用来使所有的模块同步在一个共同的时钟基准上。地址和数据信号阴影区的出现有以下几个原因。
① 因为总线主控器(Bus Master)发出的地址信号经过地址总线到总线受控器(Bus Slave)的译码器译码需要时间,所以地址信号必须在时钟信号到来前提前一段时间到达稳定状态。
② 当译码器输出选中数据缓冲器后,在写操作时,一旦时钟信号出现在缓冲器的输入端,就把数据总线上的数据打入数据缓冲器内。因此,数据信号必须在时钟信号到达缓冲器前提前一段时间出现在数据总线上,这段时间称为建立时间。为了使写操作稳定,在时钟信号消失后,数据信号在数据总线上还必须停留一段时间,这段时间称为保持时间。
对于读操作,地址线与写操作类似,但数据线的作用不同。
由图8-1可见,建立时间比保持时间长得多,
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