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計算機(jī)總線和接口類型

作者: 時間:2016-12-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
微機(jī)中目前普遍采用的總線標(biāo)準(zhǔn)包括系統(tǒng)內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)外總線標(biāo)準(zhǔn)兩類:系統(tǒng)內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)一般指微機(jī)主板插槽(系統(tǒng)擴(kuò)展板)遵循的各種標(biāo)準(zhǔn),如PC/XT總線標(biāo)準(zhǔn)、ISA總線標(biāo)準(zhǔn)(PC/AT總線標(biāo)準(zhǔn))、VL總線標(biāo)準(zhǔn)(VESA具備總線標(biāo)準(zhǔn))、PCI局部總線標(biāo)準(zhǔn)等;

系統(tǒng)外總線標(biāo)準(zhǔn)指系統(tǒng)互連時遵循的各種標(biāo)準(zhǔn),多表現(xiàn)為微機(jī)對外的標(biāo)準(zhǔn)接口插頭,有時也稱為接口標(biāo)準(zhǔn),如EIA RS-232異步串行接口標(biāo)準(zhǔn)、USB通用串行接口標(biāo)準(zhǔn)、IEEE-488通用并行接口標(biāo)準(zhǔn)等。
一個總線操作周期一般分為四個階段,即:總線請求及仲裁階段、尋址階段、傳數(shù)階段和結(jié)束階段。在含有多個主控制器的微機(jī)系統(tǒng)中,這四個階段都是必不可少的;而在僅含一個主控制器的單處理器系統(tǒng)中,則只需要尋址和傳數(shù)兩個階段。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/330412.htm

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任何一個微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接,但如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線路與CPU直接連接,那么連線將會錯綜復(fù)雜,甚至難以實現(xiàn)。為了簡化硬件電路設(shè)計、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),常用一組線路,配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?,與各部件和外圍設(shè)備連接,這組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充,尤其制定了統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實現(xiàn)互連。
----微機(jī)中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線,用于芯片一級的互連;而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線,用于插件板一級的互連;外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線,微機(jī)作為一種設(shè)備,通過該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換,它用于設(shè)備一級的互連。
----另外,從廣義上說,計算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信,相應(yīng)的通信總線被稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實時性好,但由于占用的口線多,不適于小型化產(chǎn)品;而串行通信速率雖低,但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。
----隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善,而使計算機(jī)總線技術(shù)種類繁多,各具特色。下面僅對微機(jī)各類總線中目前比較流行的總線技術(shù)分別加以介紹。


一、內(nèi)部總線


----1.I 2C總線
----I2C(Inter-IC)總線10多年前由Philips公司推出,是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式,具有接口線少,控制方式簡化,器件封裝形式小,通信速率較高等優(yōu)點。在主從通信中,可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上,通過地址來識別通信對象。

----SMBus

系統(tǒng)管理總線(SMBus)是一個兩線接口。SMBus 為系統(tǒng)和電源管理相關(guān)的任務(wù)提供控制總線。通過它,各設(shè)備之間以及設(shè)備與系統(tǒng)的其他部分之間可以互相通信。它基于I2C操作原理。SMBus為系統(tǒng)和電源管理相關(guān)的任務(wù)提供一條控制總線。一個系統(tǒng)利用SMBus可以和多個設(shè)備互傳信息,而不需使用獨立的控制線路。

  系統(tǒng)管理總線(SMBus)標(biāo)準(zhǔn)涉及三類設(shè)備。從設(shè)備,接收或響應(yīng)命令的設(shè)備。主設(shè)備,用來發(fā)布命令,產(chǎn)生時鐘和終止發(fā)送的設(shè)備。主機(jī),是一種專用的主設(shè)備,它提供與系統(tǒng)CPU的主接口。主機(jī)必須具有主-從機(jī)功能,并且必須支持SMBus通報協(xié)議。在一個系統(tǒng)里只允許有一個主機(jī)。


----2.SPI總線
----串行外圍設(shè)備接口SPI(serial peripheral interface)總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線,因其硬件功能很強(qiáng),所以,與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單,使CPU有更多的時間處理其他事務(wù)。


----3

.SCI總線
----串行通信接口SCI(serial communication interface)也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART,與MCS-51的異步通信功能基本相同。

UART傳輸結(jié)構(gòu)

UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步接收/發(fā)送裝置,UART是一個并行輸入成為串行輸出的芯片,通常集成在主板上,多數(shù)是16550AFN芯片。

 因為計算機(jī)內(nèi)部采用并行數(shù)據(jù),不能直接把數(shù)據(jù)發(fā)到Modem,必須經(jīng)過UART整理才能進(jìn)行異步傳輸,其過程為:CPU先把準(zhǔn)備寫入串行設(shè)備的數(shù)據(jù)放到UART的寄存器(臨時內(nèi)存塊)中,再通過FIFO(First Input First Output,先入先出隊列)傳送到串行設(shè)備,若是沒有FIFO,信息將變得雜亂無章,不可能傳送到Modem。

它是用于控制計算機(jī)與串行設(shè)備的芯片。有一點要注意的是,它提供了RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口,這樣計算機(jī)就可以和調(diào)制解調(diào)器或其它使用RS-232C接口的串行設(shè)備通信了。作為接口的一部分,UART還提供以下功能:將由計算機(jī)內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計算機(jī)外部來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié),供計算機(jī)內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗位,并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標(biāo)記,并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標(biāo)記。處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號(鍵盤和鼠標(biāo)也是串行設(shè)備)??梢蕴幚碛嬎銠C(jī)與外部串行設(shè)備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū),現(xiàn)在比較新的UART是16550,它可以在計算機(jī)需要處理數(shù)據(jù)前在其緩沖區(qū)內(nèi)存儲16字節(jié)數(shù)據(jù),而通常的UART是8250?,F(xiàn)在如果您購買一個內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器,此調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部通常就會有16550 UART。

二、系統(tǒng)總線

----1.ISA總線
----ISA(industrial standard architecture)總線標(biāo)準(zhǔn)是IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn),所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴(kuò)展,以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線要求。它在80286至80486時代應(yīng)用非常廣泛,以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳。

----2.EISA總線
----EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線標(biāo)準(zhǔn)。它是在ISA總線的基礎(chǔ)上使用雙層插座,在原來ISA總線的98條信號線上又增加了98條信號線,也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線。在實用中,EISA總線完全兼容ISA總線信號。

----3.VESA總線
----VESA(video electronics standard association)總線是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線,簡稱為VL(VESA local bus)總線。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache的直接相連,通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線,其他設(shè)備通過VL總線與CPU總線相連,所以VL總線被稱為局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線,且可通過擴(kuò)展槽擴(kuò)展到64位,使用33MHz時鐘頻率,最大傳輸率達(dá)132MB/s,可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線,可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。


----4.PCI總線
----PCI(peripheral component interconnect)總線是當(dāng)前最流行的總線之一,它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線,且可擴(kuò)展為64位。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小,其功能比VESA、ISA有極大的改善,支持突發(fā)讀寫操作,最大傳輸速率可達(dá)132MB/s,可同時支持多組外圍設(shè)備。PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)總線,但它不受制于處理器,是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線。


---5.Compact PCI
----以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線一般都用于商用PC機(jī)中,在計算機(jī)系統(tǒng)總線中,還有另一大類為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境而設(shè)計的系統(tǒng)總線,比如STD總線、VME總線、PC/104總線等。這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計算機(jī)的熱門總線之一——Compact PCI。

----Compact PCI的意思是“堅實的PCI”,是當(dāng)今第一個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng),是PCI總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn),是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。Compact PCI是在原來PCI總線基礎(chǔ)上改造而來,它利用PCI的優(yōu)點,提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng),同時還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品,如ISA、STD、VME或PC/104來擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能。

(2)、從結(jié)構(gòu)上分類可分為:
ISA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
EISA增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的總線
VESA 視頻電子工業(yè)協(xié)會提出的局部總線,簡稱VL總線
PCI外圍部件互連總線

AGP加速圖形接口

下表顯示了目前通用的一些通用I/O總線的帶寬及傳輸速率

總線類型

8-bit ISA

16-bit ISA

PCI

64-bit PCI 2.1

AGP

AGP(x2 mode)

AGP(x4 mode)

總線帶寬(bits)

8

16

32

64

32

32

32

總線頻率(MHz)

8.3

8.3

33

66

66

66*2

66x4

總線容量(MBytes/sec)

7.9

15.9

127.2

508.6

254.3

508.6

1,017.3

三、外部總線


----1.RS-232-C總線
----RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫,232為標(biāo)識號,C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線,包括一個主通道和一個輔助通道,在多數(shù)情況下主要使用主通道,對于一般雙工通信,僅需幾條信號線就可實現(xiàn),如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載,通信距離將受此電容限制,例如,采用150pF/m的通信電纜時,最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小,通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題,因此一般用20m以內(nèi)的通信。

----2.RS-485總線
----在要求通信距離為幾十米到上千米時,廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收,因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度,能檢測低至200mV的電壓,故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式,任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài),因此,發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便,可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng),其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。


----3.IEEE-488總線
----上述兩種外部總線是串行總線,而IEEE-488總線是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488總線用來連接系統(tǒng),如微計算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號,連接方式為總線方式,儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元,但總線上最多可連接15臺設(shè)備。最大傳輸距離為20米,信號傳輸速度一般為500KB/s,最大傳輸速度為1MB/s。

----4.USB總線
---通用串行總線USB(universal serial bus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的計算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。它基于通用連接技術(shù),實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接,達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源,而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨的供電系統(tǒng)。另外,快速是USB技術(shù)的突出特點之一,USB的最高傳輸率可達(dá)12Mbps比串口快100倍,比并口快近10倍,而且USB還能支持多媒體。

General Purpose Input Output(通用輸入/輸出)簡稱為GPIO,或總線擴(kuò)展器,利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C、SMBus或SPI接口簡化了I/O口的擴(kuò)展。當(dāng)微控制器或芯片組沒有足夠的I/O端口,或當(dāng)系統(tǒng)需要采用遠(yuǎn)端串行通信或控制時,GPIO產(chǎn)品能夠提供額外的控制和監(jiān)視功能。



關(guān)鍵詞: 計算機(jī)總線接口類

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