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| 第9章(总线技术) |
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课后作业9.2，9.5，9.10，9.11IDE/EIDE接口IntegratedDeviceElectronics，集成设备电
子部件。由Compaq公司开发、WesternDigital公司生产的硬盘控制器接口把控制器集成到驱动器内，消除驱动器和控制
器之间的数据丢失问题，使数据传输十分可靠采用40线的单组电缆连接是系统级的接口，不是设备级接口也称为ATA接口（AT-
Attachment），即AT嵌入式接口EIDE接口增强型EIDE(EnhancedIDE)总线接口是WesternDi
gital公司为取代IDE而开发的接口标准特点支持大容量硬盘，最大容量可达8.4GB。而IDE接口标准因受到硬盘磁头数（最
大为16）的限制，其管理的最大硬盘容量不超过528MB。EIDE标准支持除硬盘以外的其它外设。IDE标准只支持硬盘，因此它只是
一个硬盘接口标准。而EIDE支持符合ATAPI接口（ATAttachmentPacketInterface）标准的磁带驱动器
和CD-ROM驱动器。可连接更多的外设，最多可连接4台EIDE设备。IDE只提供一个IDE插座，最多只能挂接两个硬盘。EIDE
提供了两个接口插座，分别称第一IDE（Primary）接口插座和第二IDE(Secondary)接口插座。每个插座又可连接两个设备
，分别称为主(Master)设备和从(Slave)设备。因此一共可连接4台设备。EIDE具有更高的数据传输速率。IDE驱动器的
最大突发数据传输率（BurstDataTransferRate）仅为3MB/s。EIDE的突发数据传输率为13.3MB/s和
16.6MB/s。EIDE支持三种硬盘工作模式：NORMAL、LBA和LARGE模式。其中，NORMAL（普通）模式支持最大硬
盘容量为(512×63×16×1024)B=504MB。LBA（逻辑块寻址）模式可访问的硬盘容量为(512×63×255×1024
)B≈7.8GB。LARGE（大硬盘）模式支持的最大硬盘容量为(512×63×32×512)B=504MB。USB接口统一规
范各种各样的接口USB（UniversalSerialBus，通用串行总线），1994年由Compaq、DEC、IBM、I
ntel、Microsoft等7大厂商共同制定支持即插即用，支持USB外围设备连接到主机，既是一种外部总线结构，同时又是一种通
信协议，支持主机系统和USB外围设备间的数据传输1996年公布USB1.0，2000年4月正式推出USB2.0，目前正在制定
USB3.0目前几乎所有智能设备都带有USB接口物理拓扑结构信号定义USB设备通过四线电缆与主机或USBHub相
连接：Vbus，GND，D+，D-Vbus为总线的电源线，GND为地线，D+和D-为数据线USB利用D+和D-线，采用差分
信号的传输方式传输串行数据特点USB采用单一形式的连接头和连接电缆，实现了统一的数据通用接口。USB采用的是一种易于扩展的
树状结构。通过使用USBHub扩展，可连接多达127个外设。电缆可长达5米，通过Hub或中继器可以使外设距离达到30米。在USB
系统中，一个USB外设可以插在任何一个端口上。USB免除所有系统资源的要求，避免了安装硬件时发生端口冲突的问题，为其它设备空出硬件
资源。USB外设能自动进行设置，支持即插即用与热插拔。当有新USB设备接入或移走时，电脑会自动检测到它，对设备的接入和移走，主
机软件都会作出动态的调整，自动给接入的设备分配地址并配置参数，而且易于连接，不需要打开机箱为每个外设安装扩展卡，可以在任何时候连接
和断开外设；USB外设没有需要用户选择的设置，不需要系统资源，例如端口地址和中断请求线等。灵活供电。USB电缆具有传送电源的功
能，支持节约能源模式，耗电低。USB总线可以提供电压?5V、最大电流500mA的电源，供低功耗的设备作电源使用，不需要额外的电源。
同时，USB采用APM(AdvancedPowerManagement)技术，使系统能源得到节省。支持4种传输模式：控制传
输、同步传输、中断传输、批量传输，适用于多种类型的外设。通信速度快。USB支持三种总线速度，低速1.5Mbps、全速12Mbp
s和高速480Mbps。数据传送的可靠性。USB驱动器、接收器和电缆的硬件规范消除了大多数可能引起数据错误的噪声；USB采用差
分传输方式，具有检错和纠错功能，保证了数据的正确传输。低成本。USB最大的优点之一在于价格低廉，USB简化了外设的连接和配置，
有效地减少了系统的总体成本，是一种廉价的简单实用的解决方案，具有很高的性能价格比。第九章总线技术三峡大学陈慈发
0717－6394358，13972597617chcf0415@126.com1234总线的基本概念总线裁决和定时
微机常用总线通信总线总线的基本概念总线(Bus)是微型计算机中广泛采用的一种技术，是计算机各功能部件之间进
行信息传送的公共通道，称为“中枢神经”。总线结构决定了微机硬件系统的组成结构，构成微型计算机系统的各功能部件/模块(如存储器、CP
U主板、I/O接口板卡等)通过总线来互连和通信，传送地址信息、数据信息和控制/状态信息。简化系统结构简化硬件、软件的设
计扩充性好优点总线分类信号线性质数据总线地址总线控制总线电源和地线由内至外片内总线。I
C内部的连线。片总线。局部总线，芯片之间的连线。系统总线。内总线，微机总线，功能部件之间的连线。外总线。通信总线
，系统之间的连接与通信。总线标准一种是国际性组织（ISO、IEC、IEEE等）制定并推广的另一种是企业制定但得到广泛应用
的事实标准总线上的设备要使用总线必须先获得总线的控制权。获得总线控制权的设备称为总线的主设备或主模块。被主设备访问的设
备称为从设备或从模块。信息的传输由总线主设备启动，一条总线上可以有多个设备能够成为主设备，但在同一时刻只能有一个主设备控制总线的传
输操作。在总线中，如果有多个设备都能成为主设备，这时就需要有一个控制器控制各连接到总线上的设备对总线的使用。简单的总线可以只对总线
使用权进行控制，即总线裁决对于板级或系统级的总线，总线控制器可以是CPU也可以是连接在总线上的其它的设备。。总线裁决和定时总线
裁决集中式裁决分布式裁决集中式裁决链式查询方式计数器定时查询方式独立请求方式分布式仲裁不需要中央仲裁
器，每个潜在的主设备都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上
得到的号与自己的号进行比较。如果不一致，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布
式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。分布式裁决总线的数据传输过程总线定时申请阶段寻址阶段传输阶段结束阶段
总线的定时同步方式使用“系统时钟”作为控制数据传输的时间基准进行一次传输所需的时间（称为传输周期或总线周期）是固定的，
总线上所有模块都在同一时钟的控制下步调一致地工作，从而实现整个系统工作的同步同步握手方式简单，全部系统模块由单一时钟信号控制，便
于电路设计主从之间不允许有等待，完成一次传输的时间较短，适合高速运行的需要不能满足高速和低速设备在同一系统中使用异步方式
采用“应答式”传输，用“请求(Request，REQ)”和“应答(Acknowledge，ACK)”两根信号线来协调传输过程而不依
赖于系统时钟信号可以根据模块的速度自动调整响应的时间，高速模块可以高速传输，低速模块可以低速传输，连接任何类型的外围设备都不需要
考虑该设备的速度每完成一次传输，主从模块之间的互锁控制信号都要经过4个步骤：请求、响应、撤销请求、撤销响应，其传输延迟是同步传输
的两倍，比同步方式要慢，总线的频带要窄，总线传输周期长半同步方式是前两种方式的折中。从总体上看，它是一个同步系统，它仍用系统
时钟来定时。但是，它又不像同步传输那样传输周期固定。对于慢速的从模块，其传输周期可延长时钟脉冲周期的整数倍增加一条信号线（WAI
T或READY）。WAIT线有效（或READY无效）时，反映选中的从设备未准备好数据传输（写时未作好接收数据的准备，读时数据未放在
数据线上）。系统不断检测WAIT线，如有效，就自动将传输周期延长一个时钟周期，强制主模块等待，直至检测到WAIT信号线无效，才不再
延长传输周期，这允许不同速度的模块彼此协调地一起工作分离方式将一个读周期分解成为两个分离的子周期。在第一个子周期，主模块发送
地址和命令及有关信息，经总线传输，由有关从模块接收下来后，立即和总线断开，以供其它模块使用待选中的从模块准备好数据后，启动第二个
子周期，由该模块申请总线，获准后，将数据发向原要求数据的设备，由该设备接收两个子周期均按同步方式传送，在占用总线时刻，高速进行信
息传输。这样把两个独立子周期之间的空闲时间给系统中其它主模块使用，从而大大提高了总线的利用率微机常用总线PC总线，62芯A
T总线，ISAEISA总线MCA总线，IBM公司VESA总线，VLPCI总线IBMPC总线地址线A19～A0(20
根)数据线D7～D0(8根)控制线(21根)状态线(2根)辅助线(11根)ISA总线ISA总线是在PC总线
的基础上再扩展36根信号线而形成的16位系统总线，支持8位或16位数据传送。为保证与PC总线的兼容，ISA总线的插座结构是在原
PC总线62芯插座基础上又另外增加一个36芯的插座，即在同一轴线的总线插座分62芯插座和36线插座，共98根线，其中62线插槽的引
脚排列、信号定义与PC总线基本相同，仅有几处(B8，B19)作了改动。EISA总线Compaq等公司推出，与IBM的MCA
总线竞争与ISA/PC总线完全兼容扩充安装容易，自动配置，无需DIP开关有较高的I/O性能：支持32位数据宽度；
支持8位、16位、32位数据传输，地址线32位；具有33MB/s的数据传输率；真正的多主控总线(BusMaster)
，支持6个EISA总线主控设备；支持循环控制总线的仲裁机制和自动配置系统的能力。PC－104总线嵌入式PC机总线，适用于
工业控制及对体积和功耗要求高的应用两个总线插头，其中P1有64脚，P2有40脚，共104脚硬件和软件上与PC总线标准完全
兼容使用超小尺寸的插板，包括CPU插板在内，全部功能插板均按PC-104标准设计，插板尺寸规定为90mm×96mm。堆（叠
）总线结构，取消了底板和插槽，利用插板上的堆（叠）装总线插头座，将各插板堆叠连接在一起，组装紧凑而灵活。总线驱动电流小(6mA
)，功耗低（1～2W）。为适应小型化要求，各插板都采用VLSI器件、门阵列、ASIC芯片，以及大容量固态盘。特点PCI总线
系统总线又称全局总线、公共总线，数据传输率有限，是个瓶颈PCI（PeripheralComponentInterconn
ect外围设备互连）总线是局部总线，用于解决外设间及外设与主机间的高速数据传输问题1991年Intel公司首先提出。3
2位和64位两种。32位PCI有124引脚，数据传输率为133MB／s；64位PCI有188引脚。数据总线32位，可
扩充到64位；可进行突发（Burst)式传输；总线操作与处理器～存储器子系统操作并行；总线时钟频率33MHz或66MH
z，最高传输率可达528Mb/s；中央集中式总线仲裁；全自动配置、资源分配、PCI卡内有设备信息寄存器组为系统提供卡的信息
，可自动识别外设，实现即插即用（PNP）；PCI总线规范独立于微处理器，通用性好；PCI设备可以完全作为主控设备控制总线；
PCI总线引线为高密度接插件，分基本插座（32位）及扩充插座（64位）。特点PCI总线结构多级PCI总线结构通信
总线外部总线，用于微机之间或微机与其它设备之间或称为接口标准RS－232C/RS422/RS485系列IEEE48
8/GPIBSCSIIDE/ATA/EIDE/SATAUSBRS-232C接口EIA(ElectronicI
ndustryAssociation，美国电子工业协会)RS(RecommendedStandard，推荐标准)－232C
串行接口标准，几乎所有的微机系统中都配备RS485是半双工，差分信号RS422A是全双工，差分信号信号电平标准R
S-232C标准中使用负逻辑定义信号逻辑电平逻辑“1”电平(也称MARK，即传号)：-5V～-15V逻辑“0”电平(也称S
PACE，即空号)：+5V～+15V与TTL电平不兼容，需要转换信号定义引脚号符号信号名缩写名功能描述1AA
保护地PG即设备（保护）地2BA发送数据TxD输出数据到Modem3BB接收数据RxD从Modem
接收数据4CA请求发送RTS至Modem，打开Modem发送器5CB清除发送CTS从Modem来，说明Mo
dem发送就绪6CC数据设备就绪DSR从Modem来，指示Modem处于良好状态7AB信号地SG所有信号的公
共地8CF载波检测DCD从Modem来，指示Modem正接收通信链路信号20CD数据终端就绪DTR至Mod
em，准许其接入通信线路，开始发送数据22CE振铃指示RI从Modem来，指示通信链路测出响铃信号机械接口信号连
接IEEE488接口又称GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)总线，或HP－IB总线
主要用于仪器仪表特点①总线结构简单，连接电缆是一条无源的电缆线，包括16条信号线和8条地线。②系统中通过总线互连的仪器
、设备总数不得超过15台，这是由于接口电路的负载能力所限制。③任何两个设备之间的互连电缆长度不得超过4m，而总线电缆的总长度不
得超过20m，否则必须采用专门互连的设备。④数据传输采用比特并行、字节串行、三线握手、双向异步的传送方式，总线上数据传输率最大
为1Mb/s。⑤总线采用负逻辑，即逻辑1为0～0.8V，逻辑0为2～5V，0.8～2V之间的电平为不确定状态。⑥交换的信息
必须是数字量，而不是模拟量。工作方式①“讲者”(Talker)方式。“讲者”也称发送器/送话器，即向总线发送信息的设备。
该工作方式是指从自身的接口向总线发送数据或信息。一个系统中可有多个“讲者”，但任何时刻只能有一个“讲者”向总线发送消息。具有计算机
输入功能的设备均可成为“讲者”。②“听者”(Listener)方式。“听者”也称为接收器/受话器，是从总线上接收信息的设备。
该工作方式是指从总线上接收数据、信息。系统中可以有多个“听者”，在同一时刻可以有多个“听者”在工作，即同时从总线上接收信息。具有输
出功能的设备均可成为“听者”。如果进行多微机间的通信，微机也可以是“听者”。③“控者”(Controller)方式。“控者”
是数据传送过程中的组织者和控制者，即控制器。它指定每次数据传送过程的“讲者”和“听者”，为各设备指定地址或发送命令，处理在工作过程
中其它设备提出的服务请求，对接口进行管理等。通常，“控者”由微型计算机担任，允许系统中有多台设备具有“控者”功能，但每一时刻只有一
台设备可充当“控者”。信号定义引脚信号引脚信号1DIO113DIO52DIO214DIO63DIO3
15DIO74DIO416DIO85EOI17REN6DAV18地7NRFD19地8NDA
C20地9IFC21地10SRQ22地11ATN23地12机壳地24地SCSI接口小型计
算机系统接口（SmallComputerSystemInterface）。早期是在小型机上使用，后来才用在PC机上，并且开始
也是用作磁盘存储子系统的接口。后来逐渐成为宽带外部设备接口标准，如硬驱、磁带机、光驱、扫描仪、打印机以及计算机网络设备、工作站、服
务器等，在图像处理、数据采集、文件服务器和实时控制等领域得到应用SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3、Ultra2SCS
I(LVD)特点SCSI是系统级接口，不依赖于具体设备。它用一组通用的命令去控制各种设备，不需要涉及外设的物理特性。因此，
SCSI有很强的通用性，可与各种采用SCSI接口的外部设备互连。总线上连接的SCSI接口设备的总数最多为8个。SCSI总线上设备之间没有主从关系。一个设备既可成为启动(Initiator)设备，也可以作为目标(Target)设备。或者说，SCSI设备之间的主从关系是不固定的，根据I/O操作的不同而不同。SCSI可分为单端传送方式和差分传送方式。单端SCSI的电缆不能超过6m，如果数据传送距离超过6m，应采用差分SCSI传送方式，差分方式传送距离可达25m。SCSI可按同步方式或异步方式传输数据。SCSI-1在同步方式下的数据传输速率为4MB/s，在异步方式下为1.5MB/s，最多可支持32个硬盘。SCSI是一个多任务接口，具有总线仲裁功能。因此，SCSI总线上的适配器和控制器可以并行工作，在同一个SCSI控制器控制下的多台外设也可以并行工作。SCSI系统结构信号定义SCSI-1接口的信号为50线的扁平电缆，SCSI-2接口为68线电缆。SCSI接口信号线包括并行数据线、控制信号线以及状态信号线SCSI接口插头（座）通常由2排25针组成，机内使用可用非屏蔽线，机外连接时一般应使用屏蔽型连接器 |
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