总线、接口与互联技术.ppt

总线是计算机中各模块之间传送信息的通道或计算机之间传送信息的公共通道。用来在计算机内部连接CPU、主存储器（简称主存）和I/O接口等组件的总线叫做系统总线或内总线；用来在计算机外部连接外部设备或其它计算机系统的总线叫做外总线。5.1.1总线结构
系统总线是连接CPU、内存和多种I/O接口模块的数据通路。
在计算机系统中，各个部件以系统总线为基础进行互连，一般分为单总线与多总线两大类。 在单总线系统中，CPU、主存以及所有I/O设备均通过一组总线连接，其结构简单，总线控制也较简单，系统易于扩展，如图5.1（a）所示。然而，由于所有的数据传送都必须通过这条惟一的通路，数据流量受到很大的限制，在信息传送量相对较小的计算机系统中可考虑采用单总线结构。
(a)单总线结构5.1.2总线层次及桥接芯片
如果大量的设备连到总线上，系统的性能就会下降。主要原因是总线上连接的设备越多，传输延迟就越大。因为总线每时刻只允许一个设备通过总线传输信息，其它设备必须等前面设备信息传输完后，才能使用总线向外传输信息。当多个设备在同一时刻都想使用总线对外传输信息时，传输延迟明显地影响性能。 通过提高总线的数据传输或使用更宽的总线（例如，将数据线由32位增加到64位），这个问题在某种程度上就能够得以解决。但是挂接多种设备产生的数据传输率相差太大，这就决定了单总线必定要被多总线所取代。
下面以Pentium处理器的PCI总线结构为基础，来介绍总线层次结构及桥接芯片的应用，如图5.2所示。
图5.2总线层次结构及桥接芯片 如图5.2所示，第一级总线为CPU总线，由于CPU和主存储器的速度相差太大，所以CPU总线与主存储器之间通过一个数据缓冲器相连。CPU总线通过三片组PCI总线桥接器与第二级总线PCI总线相连。该三片组桥接器自身有Cache控制器、Memory（存储器）控制器和PCI控制器，完成处理器总线到PCI总线的控制桥接，及对Cache、Memory的控制，使大量数据的高速传输成为可能。 PCI总线可以直接与SCSI控制器、IDE控制器、图形加速器、以太网（Ethernet）控制器、PCMCIA控制等高速设备控制器相连，可以通过PCI-ISA桥接器与ISA总线相连，也可通过PCI-EISA桥接器与EISA总线相连，还可通过PCI-PCI桥接器与PCI总线相连。
在一个以PCI总线为系统总线的计算机系统中，同时允许多条总线存在。多总线可以大大提高系统的数据处理能力，使得高档服务器、多媒体计算机、工作站的升级换代步伐大大加快。
第三级总线包括ISA总线、EISA总线及扩充的PCI总线。ISA总线通过I/O接口与磁盘、键盘及其它串口相连，EISA总线的I/O接口与游戏机、声频设备和其它并口相连。5.1.3数据传输方式与性能
总线数据传输方式分为两种：正常传输方式和突发传输方式（Burstmode）。
总线的数据传输性能有两个衡量指标：总线频宽和总线传输率。 总线传输率是系统在一定的传输方式下总线所能达到的传输率。总线传输率可用下列公式计算：
Q=f×W／N
其中，f表示总线工作频率，单位为Hz；W表示传输数据宽度，单位为Byte（字节）；N表示传送一次数据所需时钟周期的个数。5.2微机系统总线 在80286CPU出现后，IBM公司推出了PC/AT微型计算机，其中所采用的扩展总线标准就是ISA总线。该标准支持24位的地址线和16位的数据线，并且还支持15级硬件中断及7级DMA通道。为了与XT总线保持兼容，在信号功能的定义和物理接口上均做了特殊的处理，即原XT总线一切保持不变，增加了一个36线的连接插槽，分成C、D两面，扩充的功能均设计在C、D两面的信号线上，如图5.3所示。图5.3ISA、EISA总路线信号引脚2．EISA总线
为了提高系统的整体性能，同时又考虑到向前兼容，1989年，以Compaq公司为代表，由Compaq、AST、HP、NEC和EPSON等9家计算机公司，在ISA总线的基础上，推出了适应32位微处理器的系统总线标准——EISA（ExtendedIndustrialStandardArchitecture）总线。 EISA插槽由与ISA总线兼容的A/B/C/D行（98个引脚）和在EISA总线中新增加的E/F/G/H（90个引脚）组成，总计188个引脚。EISA插槽的每一边排列有上部和下部两部分引脚，上部引脚是A/B/C/D行，下部是E/F/G/H行，在插槽的下部设置访问键，由于ISA扩展板没有与访问键相对应的访问槽口，而受到访问键的阻挡，只能与上部的引脚相接触。由于EISA扩展板有与访问键相对应的槽口，可以插得更深，与插槽的上部和下部都能接触，这样可以实现EISA总线与ISA总线的兼容。 EISA总线出现在32位微型计算机中，