計算機總線(xiàn)技術(shù)基礎知識

計算機總線(xiàn)技術(shù)基礎知識
任何一個(gè)微處理器都要與一定數量的部件和外圍設備連接，但如果將各部件和每一種外圍設
備都分別用一組線(xiàn)路與CPU直接連接，那么連線(xiàn)將會(huì )錯綜復雜，甚至難以實(shí)現。為了簡(jiǎn)化
硬件電路設計、簡(jiǎn)化系統結構，常用一組線(xiàn)路，配置以適當的接口電路，與各部件和外圍設
備連接，這組共用的連接線(xiàn)路被稱(chēng)為總線(xiàn)。采用總線(xiàn)結構便于部件和設備的擴充，尤其制定
了統一的總線(xiàn)標準則容易使不同設備間實(shí)現互連。
----微機中總線(xiàn)一般有內部總線(xiàn)、系統總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內部總線(xiàn)是微機內部各外圍芯片與
處理器之間的總線(xiàn)，用于芯片一級的互連；而系統總線(xiàn)是微機中各插件板與系統板之間的總
線(xiàn)，用于插件板一級的互連；外部總線(xiàn)則是微機和外部設備之間的總線(xiàn)，微機作為一種設備，
通過(guò)該總線(xiàn)和其他設備進(jìn)行信息與數據交換，它用于設備一級的互連。
----另外，從廣義上說(shuō)，計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應的通信總線(xiàn)被
稱(chēng)為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線(xiàn)多，不適于小型
化產(chǎn)品；而串行通信速率雖低，但在數據通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡(jiǎn)
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(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，總線(xiàn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計算機總
線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)繁多，各具特色。下面僅對微機各類(lèi)總線(xiàn)中目前比較流行的總線(xiàn)技術(shù)分別加以介
紹。
一、內部總線(xiàn)
----1．I2C總線(xiàn)
----I2C（Inter-IC）總線(xiàn)10 多年前由Philips公司推出，是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛
采用的一種新型總線(xiàn)標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)少，控制方式簡(jiǎn)化，
器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線(xiàn)器件同時(shí)接到
I2C總線(xiàn)上，通過(guò)地址來(lái)識別通信對象。
----2．SPI總線(xiàn)
----串行外圍設備接口SPI（serial peripheral interface）總線(xiàn)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MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如
68 系列MCU。SPI總線(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn)，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關(guān)的軟
件就相當簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。
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----3．SCI總線(xiàn)
----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。
二、系統總線(xiàn)
----1．ISA總線(xiàn)
----ISA（industrial standard architecture）總線(xiàn)標準是IBM 公司1984年為推出PC/AT 機而建
立的系統總線(xiàn)標準，所以也叫AT 總線(xiàn)。它是對XT總線(xiàn)的擴展，以適應8/16 位數據總線(xiàn)要
求。它在80286 至80486 時(shí)代應用非常廣泛，以至于現在奔騰機中還保留有ISA總線(xiàn)插槽。
ISA總線(xiàn)有98 只引腳。
----2．EISA總線(xiàn)
----EISA總線(xiàn)是1988 年由Compaq等9 家公司聯(lián)合推出的總線(xiàn)標準。它是在ISA總線(xiàn)的基
礎上使用雙層插座，在原來(lái)ISA總線(xiàn)的98 條信號線(xiàn)上又增加了98 條信號線(xiàn)，也就是在兩
條ISA信號線(xiàn)之間添加一條EISA信號線(xiàn)。在實(shí)用中，EISA總線(xiàn)完全兼容ISA總線(xiàn)信號。
----3．VESA總線(xiàn)
----VESA（video electronics standard association）總線(xiàn)是 1992 年由60 家附件卡制造商聯(lián)合
推出的一種局部總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為VL(VESA local bus)總線(xiàn)。它的推出為微機系統總線(xiàn)體系結構
的革新奠定了基礎。該總線(xiàn)系統考慮到CPU與主存和Cache 的直接相連，通常把這部分總
線(xiàn)稱(chēng)為CPU總線(xiàn)或主總線(xiàn)，其他設備通過(guò)VL總線(xiàn)與CPU總線(xiàn)相連，所以VL總線(xiàn)被稱(chēng)為
局部總線(xiàn)。它定義了32 位數據線(xiàn)，且可通過(guò)擴展槽擴展到64 位，使用33MHz 時(shí)鐘頻率，
最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線(xiàn)，可支持386SX、
386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。
----4．PCI總線(xiàn)
----PCI（peripheral component interconnect）總線(xiàn)是當前最流行的總線(xiàn)之一，它是由Intel公
司推出的一種局部總線(xiàn)。它定義了32 位數據總線(xiàn)，且可擴展為64位。PCI總線(xiàn)主板插槽的
體積比原ISA總線(xiàn)插槽還小，其功能比VESA、ISA 有極大的改善，支持突發(fā)讀寫(xiě)操作，最
大傳輸速率可達132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設備。 PCI局部總線(xiàn)不能兼容現有的ISA、
EISA、MCA（micro channel architecture）總線(xiàn)，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(xiàn)。
----5．Compact PCI
----以上所列舉的幾種系統總線(xiàn)一般都用于商用PC機中，在計算機系統總線(xiàn)中，還有另一
大類(lèi)為適應工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境而設計的系統總線(xiàn)，比如STD 總線(xiàn)、 VME 總線(xiàn)、PC/104 總線(xiàn)等。
這里僅介紹當前工業(yè)計算機的熱門(mén)總線(xiàn)之一——Compact PCI。
----Compact PCI的意思是“堅實(shí)的PCI”，是當今第一個(gè)采用無(wú)源總線(xiàn)底板結構的PCI系統，
是PCI總線(xiàn)的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，是當今最新的一種工業(yè)計算機標
準。Compact PCI是在原來(lái)PCI總線(xiàn)基礎上改造而來(lái)，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，提供滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)
境應用要求的高性能核心系統，同時(shí)還考慮充分利用傳統的總線(xiàn)產(chǎn)品，如ISA、STD、VME
或PC/104 來(lái)擴充系統的I/O 和其他功能。
三、外部總線(xiàn)
----1．RS-232-C總線(xiàn)
----RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物
理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫(xiě)，232 為標識號，C表示修改次數。RS-232-C
總線(xiàn)標準設有25 條信號線(xiàn)，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數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(xiàn)就可實(shí)現，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。
RS-232-C標準規定的數據傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、
11
9600、19200 波特。RS-232-C標準規定，驅動(dòng)器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受
此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，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(wèn)題，因此一般用于20m以?xún)鹊耐ㄐ拧?br /> ----2．RS-485總線(xiàn)
----在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線(xiàn)標準。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(xiàn)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。 RS-485采用半雙工工作方式，
任何時(shí)候只能有一點(diǎn)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(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允
許最多并聯(lián)32 臺驅動(dòng)器和32臺接收器。
----3．IEEE-488總線(xiàn)
----上述兩種外部總線(xiàn)是串行總線(xiàn)，而IEEE-488 總線(xiàn)是并行總線(xiàn)接口標準。IEEE-488 總線(xiàn)
用來(lái)連接系統，如微計算機、數字電壓表、數碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用
IEEE-488 總線(xiàn)裝配起來(lái)。它按照位并行、字節串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總
線(xiàn)方式，儀器設備直接并聯(lián)于總線(xiàn)上而不需中介單元，但總線(xiàn)上最多可連接15 臺設備。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(xiàn)
---通用串行總線(xiàn)USB（universal serial bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、
NEC、Northern Telecom等7 家世界著(zhù)名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。
它基于通用連接技術(shù)，實(shí)現外設的簡(jiǎn)單快速連接，達到方便用戶(hù)、降低成本、擴展PC連接
外設范圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供
電系統。另外，快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一，USB的最高傳輸率可達12Mbps 比串口
快100 倍，比并口快近10 倍，而且USB還能支持多媒體。

謝謝，學(xué)習了！