PC机的系统总线 本章首先介绍了总线的概念和分类，然后对几种常用的总线接口标准作了详细介绍。 1 总线的概念和分类 1.1 总线的概念 总线——BUS 一组信号线的集合 系统与系统之间或系统内部各部件之间进行信息传输所必需的全部信号线的总和。

1 2 3 4 5 6 通用寄存器 总 线 控 制 逻 辑 内部总线16位 EU 暂 存 器 指令队列 器 ALU AX AH AL 8位队列总线 总 线 控 制 逻 辑 内部总线16位 地址加法器 20位地址总线 16位数据总线 总线接口部件BIU 1 2 3 4 5 6 指令队列 CS DS SS ES EU 器 ALU 暂 存 器 标志寄存器 执行部件EU 通用寄存器 AX AH AL BX BH BL CX CH CL DX DH DL SP BP DI SI 8088 8086 IP 暂存器 8086总线

MPU RAM ROM I/O接口 外设 AB DB CB

1.2 总线的分类 同步并行总线 异步并行总线 并行总线 半同步并行总线 总线 同步串行总线 串行总线 异步串行总线  高速、高效  通信距离短 异步并行总线 并行总线 半同步并行总线 总线 同步串行总线  距离远、简单  速度慢 串行总线 异步串行总线

1.2 总线的分类 片内总线（In Chip Bus） 芯片总线（Component-Level Bus） 总线 内总线（Board-Level Bus） 外总线（Communication Bus） 标准总线 非标准总线 国际标准总线、国家标准总线、企业标准总线

地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB 1.3 并行总线 一、并行总线的构成 MPU RAM ROM I/O接口 外设 AB DB CB 地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB

二、并行总线的时序 1、同步并行总线时序 数据传送速率（或总线带宽）完全由 同步时钟频率和数据总线宽度确定 无法兼容总线上各种不同响应速度的设备

总线传输速度可根据设备的响应速度自动调整 适应能力强 全互锁握手方式 二、并行总线的时序 握手信号 2、异步并行总线时序 总线传输速度可根据设备的响应速度自动调整 适应能力强 全互锁握手方式

二、并行总线的时序 3、半同步并行总线时序 能兼容总线上各种不同响应度的设备 使同步总线达到与异步总线相同的功能

三、并行总线的仲裁 挂接在BUS上的主控设备： CPU、DMAC、DRAM刷新控制器、总线桥…… “菊花链”总裁（串行） 仲裁方式 并行仲裁 串并行二维仲裁

三、并行总线的仲裁 1、“菊花链”总线仲裁方式 三线“菊花链”： 总线请求BR、总线允许BG、总线忙BB

三、并行总线的仲裁 2、并行总线仲裁方式 各模块均有独立的总线请求BR、总线允许BG

三、并行总线的仲裁 3、串并行二维总线仲裁方式 各链路上优先级由总线判决器内部逻辑决定 同一链路上则由离总线判决器的远近程度确定

四、并行总线标准 名 称 PC-XT ISA (PC-AT) EISA STD VESA(VL) MCA PCI 适应机型 8086 PC 名 称 PC-XT ISA (PC-AT) EISA STD VESA(VL) MCA PCI 适应机型 8086 PC 286、386、486 PC 386、486、586 PC 工控机 486、586系列PC IBM PS/2与工作站 奔腾系列PC、工作站 最大传输率 4MB/s 16MB/s 33MB/s 2MB/s 266MB/s 40MB/s 133MB/s 总线宽度 8位 16位 32位 总线时钟 4MHz 8MHz 8.33MHz 2MHz 66MHz 10MHz 33MHz 同步方式   同步 异步 仲裁方式 集中 逻辑时序 边缘敏感 电平敏感 地址宽度 20 24 32 32/64 负载能力 8 6 无限制 3 信号线数 143 90 109 49 64位扩展 不可 无规定 可 自动配置 无 并发工作 发方式 引脚复用 非 是

1.4 串行总线 一、串行总线的构成 只有数据总线，没有地址总线、控制总线 总线上信息（数据、地址……）按位传输 总线规模小，特别适用于远距离通信 也可作为系统内部通信和近距离通信 COM口 RS-232、RS-485 串行通信接口 USB接口 SPI/QSPI 串行扩展接口 I2C Microwire

二、串行总线的技术特点 1、传输方式： 总线上信息（数据、地址……）按位传输 单工、半双工、全双工

2、传输速率： 传输率 bps 波特率 110bps、300bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps……

但对通信双方的收发电路来说，增加了复杂性 3、通信控制方式： 信号线数量少 降低了传输成本 速率相同 约定数据传送格式 差错控制 应答控制…… 但对通信双方的收发电路来说，增加了复杂性

同步通信和异步通信 以数据位之间的时间相关性来分类的 1、同步传输方式(先发MSB) 信息的字节与字节之间、位与位之间 均与同步时钟有严格的时间关系

同步通信和异步通信 以数据位之间的时间相关性来分类的 2、异步传输方式(先发LSB) 信息的同一字节中虽有相对的时间关系 但字节与字节之间无任何时间关系

串行连接中具备3台或更多的设备时，所有设备共享一条通路，并用一个网络协议决定每台设备在什么时候可以发送 由于只有数据总线，串行通信只保证串行数据的准确传输，而不关心该数据是什么意义 所以必须要有相应的通信协议配合才能实现完整的数据通信功能

误码 4、差错控制 检错和纠错 奇偶校验 CRC循环冗余校验 …………

三、串行总线标准 1、RS-232标准： 目前应用最广泛的标准串行总线接口之一 数据帧格式 空闲、起始位、数据位、校验位、停止位

接收端采用比数据速率高数倍（如16倍）的采样时钟对数据线上信号进行采样，并按照一定规则进行判决以恢复出数据信息 收发双方的时钟差异不能超过一定限度，否则会造成数据采样判决错误 此外，该方式还有利于提高抗干扰能力

最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE而制定的 2、RS-232C标准： 最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE而制定的 MODEM TEL LAN Internet DCE DTE RS-232C 该标准规定了22条控制信号线，使用DB25连接；常用信号线有8根，可使用DB9连接 最简单的连接仅需3根连线

RS-232C信号定义 DB25 引脚号 DB9 功能说明 1 保护地 14 （辅信道）发送数据（TxD） 2 3 发送数据（TxD）*   保护地 14 （辅信道）发送数据（TxD） 2 3 发送数据（TxD）* 15 发送信号单元定时（DCE为源） 接收数据（RxD）* 16 （辅信道）接收数据（RxD） 4 7 请求发送（RTS）* 17 接收信号单元定时（DCE为源） 5 8 清除发送（CTS）* 18 未定义 6 数据通信设备准备好（DSR）* 19 （辅信道）请求发送（RTS） 信号地（公共地）* 20 数据终端准备好（DTR）* 数据载体检测（DCD）* 21 信号质量检测 9 （保留供数据通信设备测试） 22 振铃指示（RI）* 10 23 数据信号速率选择（DTE/DCE为源） 11 24 发送信号单元定时（DTE为源） 12 （辅信道）数据载体检测（DCD） 25 13 （辅信道）清除发送（CTS）

RS-232C标准采用负逻辑： 空号（Space）和控制、状态信号的逻辑“0”对应于电平＋3V～＋15V 传号（Mark）和控制、状态信号的逻辑“1”对应于电平－3V～－15V 因此各终端通信必须经过电平转换 可使用专用的电平转换芯片，如MAX232等

3、RS-422/423标准： 采用了平衡差分传输技术，提高了共模抑制能力，大大减小了地线电位差引起的麻烦 4、RS-485标准： 为RS-422标准的改进增强版本，并兼容RS-422标准 逻辑电平与传统数字逻辑TTL兼容，且对物理层没有任何严格要求

5、I2C总线标准： 由Philips公司推出的用于IC之间的一种二线制全双工同步串行扩展总线 串行数据线SDA、串行时钟线SCL

USB（Universal Serial Bus）是外设与计算机连接的接口总线 简化外设的连接过程，具备即插即用、热插拔、接口体积小、节省系统资源、传输可靠、良好的兼容性、共享式通信、低成本 鼠标 U盘 打印机 摄像头 …………

7、1394标准： 其前身是1996年由苹果公司起草的，称之为火线（Fire Wire）并注册为其商标 速度高 400Mbps 800Mbps 1.6Gbps…… IEEE 1394接口有6针和4针两种类型 可提供8～40V最大1.5A电流供物理层使用 作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛用于数字摄像机、机顶盒、计算机及其外设等