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計算機總線(xiàn)技術(shù)基礎知識
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)。下文就計算機總線(xiàn)技術(shù)基礎知識進(jìn)行講解，下文對您的學(xué)習有所幫助!
計算機總線(xiàn)技術(shù)
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(serialperipheralinterface)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)。
3.SCI總線(xiàn)
串行通信接口SCI(serialcommunicationinterface)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(industrialstandardarchitecture)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(videoelectronicsstandardassociation)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(VESAlocalbus)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(peripheralcomponentinterconnect)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(microchannelarchitecture)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.CompactPCI
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——CompactPCI。CompactPCI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。CompactPCI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(ElectronicIndustryAssociation)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、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?/p>
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(universalserialbus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom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。
USB 2.0的數據傳輸率比USB 1.1快40倍，達480Mbps(60MB/s)，與目前的USB1.1設備兼容，預計2001年年底OEM廠(chǎng)商開(kāi)始采購英特爾集成有USB2.0控制器的芯片、2002年中期伴隨ICH4正式推出USB2.0產(chǎn)品。
5.IEEE 1394總線(xiàn)
IEEE1394是一種串行接口標準，這種接口標準允許把電腦、電腦外部設備、各種家電非常簡(jiǎn)單地連接在一起。從IEEE 1394可以連接多種不同外設的功能特點(diǎn)來(lái)看，也可以稱(chēng)為總線(xiàn)，即一種連接外部設備的機外總線(xiàn)。IEEE 1394的原型是運行在A(yíng)pple Mac電腦上的Fire Wire(火線(xiàn))，由IEEE采用并且重新進(jìn)行了規范。它定義了數據的傳輸協(xié)定及連接系統，可用較低的成本達到較高的性能，以增強電腦與外設如硬盤(pán)、打印機、掃描儀，與消費性電子產(chǎn)品如數碼相機、DVD播放機、視頻電話(huà)等的連接能力。
由于要求相應的外部設備也具有IEEE1394接口功能才能連接到1394總 線(xiàn)上，所以直到1995年第3季度Sony推出的數碼攝像機加上了IEEE 1394接口后，1394才真正引起廣泛的注意。采用1394接口的數碼攝像機，可以毫無(wú)延遲地編輯處理影像、聲音數據，性能得到增強。數碼相機、DVD播放機和一般消費性家電產(chǎn)品，如VCR、HDTV、音響等也都可以利用IEEE 1394接口來(lái)互相連接。電腦的外部設備，例如硬盤(pán)、光驅、打印機、掃描儀等，也可利用IEEE 1394來(lái)傳輸數據。機外總線(xiàn)將改變當前電腦本身?yè)碛斜姸喔郊硬蹇�、連接線(xiàn)的現狀，它把各種外設和各種家用電器連接起來(lái)。電腦也成為一種普通的家電。
當電腦家電化之后，未來(lái)的電腦將如同現在的電視機一樣，消費者可能只需拿起遙控器便可快速完成上Internet、玩游戲、控制視聽(tīng)影音器材甚至控制家里的電燈、電話(huà)等電器，真正實(shí)現居室智能化。
USB 2.0和IEEE 1394有什么區別呢?它們最大的區別是接口不同、傳輸速率不同和可連接設備數量不同：USB 2.0采用USB接口、480Mbps、可連接127臺設備，而IEEE 1394規格為400Mbps、可連接63臺設備，不過(guò)，IEEE 1394設備間可直接通信，不需要PC存在。
在計算機系統中，各個(gè)功能部件都是通過(guò)總線(xiàn)交換數據，總線(xiàn)的速度對系統性能有著(zhù)極大的影響。而也正因為如此，總線(xiàn)被譽(yù)為是計算機系統的神經(jīng)中樞。但相比CPU、顯卡、內存、硬盤(pán)等功能部件，總線(xiàn)技術(shù)的提升步伐要緩慢得多。在PC發(fā)展的二十余年歷史中，總線(xiàn)只進(jìn)行三次更新?lián)Q代，但它的每次變革都令計算機的面貌煥然一新。在下面的文字中，我們將向大家介紹計算機系統總線(xiàn)的詳細發(fā)展歷程，包括早期的PC總線(xiàn)和ISA總線(xiàn)、PCI/AGP總線(xiàn)、PCI-X總線(xiàn)以及目前主流的PCI Express、HyperTransport高速串行總線(xiàn)。
PC總線(xiàn)與ISA總線(xiàn)
PC總線(xiàn)是最古老的總線(xiàn)之一，雖然在它之前還有諸如MCA、VESA在內的多種總線(xiàn)規格，但它卻是第一種被認可為廣泛標準的總線(xiàn)技術(shù)。PC總線(xiàn)最早出現在IBM公司1981年推出的PC/XT電腦中，它基于8位結構的8088處理器，也被稱(chēng)為PC/XT總線(xiàn)。
PC總線(xiàn)沿用了三年多時(shí)間，直到1984年，IBM推出基于16位英特爾80286處理器的PC/AT電腦，系統總線(xiàn)才被16位的PC/AT總線(xiàn)所代替。而這個(gè)時(shí)候，PC產(chǎn)業(yè)已初具規模，加之IBM允許第三方廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)兼容產(chǎn)品，PC/AT總線(xiàn)規范也被逐漸標準化，并衍生出著(zhù)名的ISA總線(xiàn)(Industry StandardArchitecture，工業(yè)標準架構)。
與PC/AT總線(xiàn)不同，ISA總線(xiàn)采用8位和16位模式，它的最大數據傳輸率為8MBps和16MBps—今天來(lái)看這樣的性能低得不可思議，但在當時(shí)8MBps的速率綽綽有余，完全可滿(mǎn)足多個(gè)CPU共享系統資源的需要。既然是標準化的總線(xiàn)技術(shù)，ISA就基本不存在什么兼容性問(wèn)題，后來(lái)的兼容PC也無(wú)一例外都采用ISA技術(shù)作為系統總線(xiàn)。ISA總線(xiàn)一直貫穿286和386SX時(shí)代，在當時(shí)，16位X86系統對總線(xiàn)性能并沒(méi)有太高的要求，ISA也沒(méi)有遭遇任何麻煩。但在32位386DX處理器出現之后，16位寬度的ISA總線(xiàn)就遇到問(wèn)題，總線(xiàn)數據傳輸慢使得處理器性能也受到嚴重的制約。有鑒于此，康柏、惠普、AST、愛(ài)普生等九家廠(chǎng)商協(xié)同將ISA總線(xiàn)擴展到32位寬度，EISA(Extended IndustryStandard Architecture，擴展工業(yè)標準架構)總線(xiàn)由此誕生—這是發(fā)生在1988年的事情。
計算機總線(xiàn)技術(shù)基礎知識 篇1
總線(xiàn)的定義
總線(xiàn)，英文叫作“BUS”，即我們中文的“公共車(chē)”，這是非常形象的比如，公共車(chē)走的路線(xiàn)是一定的，我們任何人都可以坐公共車(chē)去該條公共車(chē)路線(xiàn)的任意一個(gè)站點(diǎn)。如果把我們人比作是電子信號，這就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當然，從專(zhuān)業(yè)上來(lái)說(shuō)，總線(xiàn)是一種描述電子信號傳輸線(xiàn)路的結構形式，是一類(lèi)信號線(xiàn)的集合，是子系統間傳輸信息的公共通道。通過(guò)總線(xiàn)能使整個(gè)系統內各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計算機系統中，它是CPU、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個(gè)部件通過(guò)總線(xiàn)相連接，外部設備通過(guò)相應的接口電路再與總線(xiàn)相連接。
背景
從20世紀50年代至今一直都在使用著(zhù)一種信號標準，那就是4一20mA的模擬信號標準。20世紀70年代，數字式計算機引人到測控系統中，而此時(shí)的計算機提供的是集中式控制處理。20世紀80年代，微處理器在控制領(lǐng)域得到應用，微處理器被嵌人到各種儀器設備中，形成了分布式控制系統。
隨著(zhù)微處理器的發(fā)展和廣泛應用，產(chǎn)生了以IC代替常規電子線(xiàn)路，以微處理器為核心，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能的智能設備。一些具有專(zhuān)家輔助推斷分析與決策能力的數字式智能化儀表產(chǎn)品，其本身具備了諸如自動(dòng)量程轉換、自動(dòng)調零、自校正、自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態(tài)報告、趨勢圖等功能通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數字化信息的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)開(kāi)始得到廣泛應用。與此同時(shí)，基于質(zhì)量分析的維護管理、與安全相關(guān)系統的測試記錄、環(huán)境監視需求的增加，都要求儀表能在當地處理信息，并在必要時(shí)允許被管理和訪(fǎng)問(wèn)，這些也使現場(chǎng)儀表與上級控制系統的通信量大增。另外，從實(shí)際應用的角度出發(fā)，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性、可移植性等方面提出新需求。由此，導致了現場(chǎng)總線(xiàn)的產(chǎn)生。
特點(diǎn)
總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)就是能夠更加方便地更換各個(gè)部件。如果您想更換一個(gè)更好的顯卡，您只需從總線(xiàn)上拔掉原來(lái)的顯卡，然后插上新的就可以了。如果您要在計算機上安裝兩個(gè)顯示器，只需在總線(xiàn)上插入兩個(gè)顯卡。
二、三十年前，處理器的速度要非常慢，以便與總線(xiàn)同步，即總線(xiàn)與處理器的速度相同。而且當時(shí)計算機上只有一條總線(xiàn)。處理器的運轉速度非�？�，多數計算機都有兩條或更多的總線(xiàn)。每條總線(xiàn)專(zhuān)用于特定類(lèi)型的流量。
現今，一臺典型的臺式個(gè)人計算機一般有兩條主總線(xiàn)：
一條是我們通常所說(shuō)的系統總線(xiàn)或局部總線(xiàn)，用于連接微處理器（中央處理器）和系統內存。它是系統中運行最快的總線(xiàn)。 另一條總線(xiàn)的速度較慢，用于與硬盤(pán)和聲卡等部件進(jìn)行通信。這種類(lèi)型的總線(xiàn)最常見(jiàn)的是PCI總線(xiàn)。這些運行較慢的總線(xiàn)通過(guò)橋接器連接到系統總線(xiàn)，因為橋接器是計算機芯片組的一部分并能起到流量交換的作用，所以能夠將其他總線(xiàn)的數據集成到系統總線(xiàn)。 其實(shí)還有其他的總線(xiàn)。例如，通用串行總線(xiàn)（USB），用于把照相機、掃描儀和打印機等設備連接到計算機。它利用細線(xiàn)纜連接到設備，并且多個(gè)設備可以同時(shí)共用一根總線(xiàn)。FireWire是另一種總線(xiàn)，主要用于攝影機和外置硬盤(pán)。
分類(lèi)
總線(xiàn)分類(lèi)的方式有很多，如被分為外部和內部總線(xiàn)、系統總線(xiàn)和非系統總線(xiàn)等等，下面是幾種最常用的分類(lèi)方法。
按功能分
最常見(jiàn)的是從功能上來(lái)對數據總線(xiàn)進(jìn)行劃分，可以分為地址總線(xiàn)（address bus）、數據總線(xiàn)（data bus）和控制總線(xiàn)（control bus）。在有的系統中，數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復用。
地址總線(xiàn)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳送地址的。在設計過(guò)程中，見(jiàn)得最多的應該是從CPU地址總線(xiàn)來(lái)選用外部存儲器的存儲地址。地址總線(xiàn)的位數往往決定了存儲器存儲空間的大小，比如地址總線(xiàn)為16位，則其最大可存儲空間為216（64KB）。
數據總線(xiàn)是用于傳送數據信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數據總線(xiàn)之分，雙向傳輸數據總線(xiàn)通常采用雙向三態(tài)形式的總線(xiàn)。數據總線(xiàn)的`位數通常與微處理的字長(cháng)相一致。例如Intel 8086微處理器字長(cháng)16位，其數據總線(xiàn)寬度也是16位。在實(shí)際工作中，數據總線(xiàn)上傳送的并不一定是完全意義上的數據。
控制總線(xiàn)是用于傳送控制信號和時(shí)序信號。如有時(shí)微處理器對外部存儲器進(jìn)行操作時(shí)要先通過(guò)控制總線(xiàn)發(fā)出讀/寫(xiě)信號、片選信號和讀入中斷響應信號等�？刂瓶偩�(xiàn)一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數也要根據系統的實(shí)際控制需要而定。
按傳輸方式分
按照數據傳輸的方式劃分，總線(xiàn)可以被分為串行總線(xiàn)和并行總線(xiàn)。從原理來(lái)看，并行傳輸方式其實(shí)優(yōu)于串行傳輸方式，但其成本上會(huì )有所增加。通俗地講，并行傳輸的通路猶如一條多車(chē)道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車(chē)通過(guò)單線(xiàn)公路。常見(jiàn)的串行總線(xiàn)有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行總線(xiàn)相對來(lái)說(shuō)種類(lèi)要少，常見(jiàn)的如IEEE1284、ISA、PCI等。
按時(shí)鐘信號方式分
按照時(shí)鐘信號是否獨立，可以分為同步總線(xiàn)和異步總線(xiàn)。同步總線(xiàn)的時(shí)鐘信號獨立于數據，也就是說(shuō)要用一根單獨的線(xiàn)來(lái)作為時(shí)鐘信號線(xiàn)；而異步總線(xiàn)的時(shí)鐘信號是從數據中提取出來(lái)的，通常利用數據信號的邊沿來(lái)作為時(shí)鐘同步信號。
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