計(jì)算機(jī)總線技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

任何一個(gè)微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外圍設(shè) 備都分別用一組線路與 CPU 直接連接，那么連線將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)化 硬件電路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當(dāng)?shù)?a target="_blank">接口電路，與各部件和外圍設(shè) 備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定 了統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互連。
----微機(jī)中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與 處理器之間的總線，用于芯片一級(jí)的互連；而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總 線，用于插件板一級(jí)的互連；外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，微機(jī)作為一種設(shè)備， 通過(guò)該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。
----另外，從廣義上說(shuō)，計(jì)算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應(yīng)的通信總線被 稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線多，不適于小型 化產(chǎn)品；而串行通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)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。
----隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計(jì)算機(jī)總 線技術(shù)種類繁多，各具特色。下面僅對(duì)微機(jī)各類總線中目前比較流行的總線技術(shù)分別加以介 紹。

一、內(nèi)部總線

----1．I2C 總線
----I2C（Inter-IC）總線 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標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，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 總線器件同時(shí)接到 I2C 總線上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。
----2．SPI 總線
----串行外圍設(shè)備接口 SPI（serial peripheral interface）總線技術(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(shù) MCU（微控制器）都配有 SPI 硬件接口，如
68 系列 MCU。SPI 總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強(qiáng)，所以，與 SPI 有關(guān)的軟
件就相當(dāng)簡(jiǎn)單，使 CPU 有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。

----3．SCI 總線
----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(tǒng)總線

----1．ISA 總線
----ISA（industrial standard architecture）總線標(biāo)準(zhǔn)是 IBM 公司 1984 年為推出 PC/AT 機(jī)而建 立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫 AT 總線。它是對(duì) XT 總線的擴(kuò)展，以適應(yīng) 8/16 位數(shù)據(jù)總線要 求。它在 80286 至 80486 時(shí)代應(yīng)用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有 ISA 總線插槽。 ISA 總線有 98 只引腳。
----2．EISA 總線
----EISA 總線是 1988 年由 Compaq 等 9 家公司聯(lián)合推出的總線標(biāo)準(zhǔn)。它是在 ISA 總線的基 礎(chǔ)上使用雙層插座，在原來(lái) ISA 總線的 98 條信號(hào)線上又增加了 98 條信號(hào)線，也就是在兩 條 ISA 信號(hào)線之間添加一條 EISA 信號(hào)線。在實(shí)用中，EISA 總線完全兼容 ISA 總線信號(hào)。
----3．VESA 總線
----VESA（video electronics standard association）總線是 1992 年由 60 家附件卡制造商聯(lián)合 推出的一種局部總線，簡(jiǎn)稱為 VL(VESA local bus)總線。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu) 的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線系統(tǒng)考慮到 CPU 與主存和 Cache 的直接相連，通常把這部分總 線稱為 CPU 總線或主總線，其他設(shè)備通過(guò) VL 總線與 CPU 總線相連，所以 VL 總線被稱為 局部總線。它定義了 32 位數(shù)據(jù)線，且可通過(guò)擴(kuò)展槽擴(kuò)展到 64 位，使用 33MHz 時(shí)鐘頻率， 最大傳輸率達(dá) 132MB/s，可與 CPU 同步工作。是一種高速、高效的局部總線，可支持 386SX、
386DX、486SX、486DX 及奔騰微處理器。
----4．PCI 總線
----PCI（peripheral component interconnect）總線是當(dāng)前最流行的總線之一，它是由 Intel 公 司推出的一種局部總線。它定義了 32 位數(shù)據(jù)總線，且可擴(kuò)展為 64 位。PCI 總線主板插槽的 體積比原 ISA 總線插槽還小，其功能比 VESA、ISA 有極大的改善，支持突發(fā)讀寫操作，最 大傳輸速率可達(dá) 132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。 PCI 局部總線不能兼容現(xiàn)有的 ISA、 EISA、MCA（micro channel architecture）總線，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。

----5．Compact PCI
----以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線一般都用于商用 PC 機(jī)中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線中，還有另一 大類為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線，比如 STD 總線、 VME 總線、PC/104 總線等。 這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的熱門總線之一——Compact PCI。
----Compact PCI 的意思是“堅(jiān)實(shí)的 PCI”，是當(dāng)今第一個(gè)采用無(wú)源總線底板結(jié)構(gòu)的 PCI 系統(tǒng)， 是 PCI 總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo) 準(zhǔn)。Compact PCI 是在原來(lái) PCI 總線基礎(chǔ)上改造而來(lái)，它利用 PCI 的優(yōu)點(diǎn)，提供滿足工業(yè)環(huán) 境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng)，同時(shí)還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品，如 ISA、STD、VME 或 PC/104 來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的 I/O 和其他功能。

二、外部總線

----1．RS-232-C 總線
----RS-232-C 是美國(guó)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(biāo)準(zhǔn)。RS 是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232 為標(biāo)識(shí)號(hào)，C 表示修改次數(shù)。RS-232-C 總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通 道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 RS-232-C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 波特。RS-232-C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF 的電容負(fù)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(hào)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 以內(nèi)的通信。
----2．RS-485 總線
----在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用 RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè) 低至 200mV 的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 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(hào)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(hào)線。應(yīng)用 RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允 許最多并聯(lián) 32 臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和 32 臺(tái)接收器。
----3．IEEE-488 總線
----上述兩種外部總線是串行總線，而 IEEE-488 總線是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488 總線
用來(lái)連接系統(tǒng)，如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用
IEEE-488 總線裝配起來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào)，連接方式為總 線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接 15 臺(tái)設(shè)備。最 大傳輸距離為 20 米，信號(hào)傳輸速度一般為 500KB/s，最大傳輸速度為 1MB/s。
----4．USB 總線
---通用串行總線 USB（universal serial bus）是由 Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、 NEC、Northern Telecom 等 7 家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。 它基于通用連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接，達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展 PC 連接 外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供 電系統(tǒng)。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(dá) 12Mbps 比串口 快 100 倍，比并口快近 10 倍，而且 USB 還能支持多媒體。