系统总线的介绍和细节

总线简介系统总线上传输的信息包括数据信息、地址信息和控制信息。因此,系统总线包括三条具有不同功能的总线,即数据总线DB(数据总线)、地址总线AB(地址总线)和控制总线CB(控制总线)。

数据总线DB用于传输数据信息。数据总线是双向三态形式(双向是指可以双向传输,可以是a->;b也可以是a

系统总线地址总线AB专门用于传输地址。因为地址只能从CPU传输到外部存储器或I/O连接端口,所以地址总线始终是单向的、三态的,与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存空间。例如,8位微机的地址总线为16位,其最大可寻址空间为2 ^ 16 = 64kb,16位微机的地址总线为20位,其可寻址空间为2 ^ 20 = 1mb。一般来说,如果地址总线是n位的,可寻址空间就是2n(2的n次方)个地址空间(存储单元)。例如,宽度为16位的地址总线(通常用于1970和1980的早期8位处理器)可以寻址存储空间为2的16 =65536=64 KB的地址,而32位地址总线(通常在2004年

注:位=位。

上面提到的2 n = x = YGB中的b实际上是一个bit,这个结果实际上是用可寻址的bit 8bit相乘得到的。

控制总线CB用于传输控制信号和定时信号。一些控制信号由微处理器发送到存储器和I/O接口电路,例如读/写信号、芯片选择信号、中断回声信号等。还有其他部件反馈给CPU,如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、待机限制就绪信号等。所以控制总线的传输方向取决于具体的控制信号,一般是双向的,控制总线的位数取决于系统的实际控制需要。其实控制总线的具体情况主要看CPU。

工作原理系统总线在微型计算机中的地位就如同人的神经中枢系统一样。CPU通过系统总线读写内存的内容,CPU中的数据可以通过总线写入外设或由外设读入CPU。微机采用总线结构。总线是一组用于传输信息的通信线路。微型计算机通过系统总线将所有的部件连接在一起,实现了微型计算机内部各部件之间的信息交换。一般来说,CPU提供的信号需要通过总线形成电路形成系统总线。系统总线按传递信息的功能分为地址总线、数据总线和控制总线。这些总线提供了微处理器(CPU)与内存和输入/输出接口组件之间的连接线。可以认为,一台微机以CPU为核心,其他所有部件都“钩”在与CPU相连的系统总线上。这种总线结构为微型计算机的组成提供了方便。人们可以根据自己的需要将不同大小的存储器和接口连接到系统总线上,很容易组成各种大小的微型计算机。

系统总线的微型计算机本质上是将CPU、存储器和I/O接口电路正确地连接到系统总线上,而计算机应用系统的硬件设计本质上是外部设备与系统总线之间的总线接口电路设计问题。这种总线结构设计是计算机硬件系统的一个特点。

常用总线ISA Bus-ISA(工业标准体系结构)总线标准是IBM公司在1984年为引进PC/AT机而制定的系统总线标准,所以也叫AT总线。它是XT总线的扩展,以满足8/16位数据总线的要求。从80286到80486被广泛使用,以至于奔腾机器中仍然保留了ISA总线插槽。ISA总线有98个引脚。

EISA总线- EISA总线是由Compaq等9家公司在1988联合推出的总线标准。它在ISA总线的基础上使用了双层插座,在ISA总线原有的98条信号线上增加了98条信号线,即在两条ISA信号线之间增加了一条EISA信号线。在实践中,EISA总线完全兼容ISA总线信号。

VESA总线-VESA(视频电子标准协会)总线是60家附属文件卡厂商在1992联合推出的一种本地总线,简称VL(VESA本地总线)总线。它的引入为微机系统总线结构的革新奠定了基础。考虑到CPU与主存和缓存的直接连接,这种总线系统通常称为CPU总线或主总线,其他设备通过VL总线连接到CPU总线,所以VL总线称为局部总线。它定义了32位数据线,通过扩展槽可以扩展到64位,使用33MHz的时钟频率,最大传输速率132MB/s,可以与CPU同步工作。它是一种高速高效的局部总线,可支持386SX、386DX、486SX、486DX和奔腾微处理器。

系统总线PCI总线-PCI(外设部件互连)总线是目前最流行的总线之一,是Intel公司推出的一种局部总线。它定义了一个32位数据总线,并且可以扩展到64位。PCI总线主板插槽比原来的ISA总线插槽更小,功能比VESA和ISA大大提升。支持突发读写操作,最大传输速率可达132MB/s,可同时支持多组外围设备。PCI局部总线与现有的ISA、EISA、MCA(微通道架构)总线不兼容,但不受处理器限制,是基于奔腾等新一代微处理器开发的总线。

紧凑型PCI-上面列出的几种系统总线通常用于商用PC。在计算机系统总线中,还有另一种为适应工业现场环境而设计的系统总线,如STD总线、VME总线和PC/104总线。本文只介绍工业计算机流行的总线之一——compact PCI。

- Compact PCI,意为“固体PCI”,是第一个采用无源总线背板结构的PCI系统,是PCI总线加欧卡的电气和软件标准的工业组装标准,也是最新的工业计算机标准。紧凑型PCI是基于原来的PCI总线。它利用PCI的优势,提供满足工业环境应用需求的高性能核心系统。同时还考虑充分利用ISA、STD、VME或PC/104等传统总线产品来扩展系统的I/O等功能。

系统总线-6。PCI-E总线

- PCI Express也采用了这种业界流行的点对点串行连接。与PCI和早期计算机总线的共享并行架构相比,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,数据传输速率可以提高到很高的频率,达到PCI无法提供的高带宽。与传统的PCI总线只能在单个时间段内实现单向传输相比,PCI Express的双单工连接可以提供更高的传输速率和质量,两者的区别类似于半双工和全双工。

技术规范系统总线是信号线的集合,是模块之间传递信息的公共通道,通过它可以在计算机部件之间传递各种数据和命令。为了使不同供应商的产品可以互换,给用户更多的选择,总线的技术规格应该标准化。母线标准的制定要慎重考虑,严格规范。系统总线标准(技术规范)包括:

(1)机械结构规格:统一规定模块尺寸、总线插头、总线插件程序、安装尺寸。

(2)功能规范:应统一规定汇流条的每条信号线(引脚名称)、功能和工作过程。

(3)电气规格:总线各信号线的有效电平、动态切换时间、负载能力。

技术指标1,系统总线带宽(总线数据传输速率)

系统总线发展系统总线的带宽是指单位时间内在总线上传输的数据量,即每钞票时钟的最大稳态数据传输速率MB。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率,它们之间的关系是:总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8。

2.系统总线的位宽

系统总线的位宽是指总线可以同时传输的二进制数据的位数,或者说数据总线的位数,也就是32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒的数据传输速率就越大,总线的带宽就越宽。

3.系统总线的工作频率

总线的工作时钟频率以MHZ为单位。工作频率越高,总线的工作速度越快,总线的带宽越宽。

计算机系统总线的详细发展史包括早期的PC总线和ISA总线、PCI/AGP总线、PCI-X总线以及主流的PCIExpress和HyperTransport高速串行总线。从PC总线到ISA和PCI总线,再从PCI到PCIExpress和HyperTransport系统,计算机也在这三大转折中完成了三次跨越。与这个过程相对应,计算机的处理速度、功能、软件平台都在经历着同样的进化。显然,没有总线技术的进步作为基础,计算机的快速发展是不可能的。行业站在了一个全新的起点上:PCIExpress和HyperTransport创造了一个近乎完美的总线架构。业界对高速总线的渴求是无止境的,PCIExpress4.0和HyperTransport4.0都被提上日程,这将再次带来性能的提升。在计算机系统中,所有的功能部件都通过系统总线交换数据,总线的速度对系统性能有很大的影响。正因为如此,总线被称为计算机系统的神经中枢。但相对于CPU、显卡、内存、硬盘等功能部件,总线技术的提升要慢很多。在20多年的PC发展史上,总线只更新过三次,但每一次变化,电脑都有新的面貌。