計(jì)算機(jī)總線(xiàn)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(xiàn)路與 CPU 直接連接，那么連線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路被稱(chēng)為總線(xiàn)。采用總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)一般有內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內(nèi)部總線(xiàn)是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與 處理器之間的總線(xiàn)，用于芯片一級(jí)的互連；而系統(tǒng)總線(xiàn)是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總 線(xiàn)，用于插件板一級(jí)的互連；外部總線(xiàn)則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線(xiàn)，微機(jī)作為一種設(shè)備， 通過(guò)該總線(xiàn)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(xiàn)被 稱(chēng)為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線(xiàn)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(xiàn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計(jì)算機(jī)總 線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)繁多，各具特色。下面僅對(duì)微機(jī)各類(lèi)總線(xiàn)中目前比較流行的總線(xiàn)技術(shù)分別加以介 紹。

一、內(nèi)部總線(xiàn)

----1．I2C 總線(xiàn)
----I2C（Inter-IC）總線(xiàn) 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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)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(xiàn)器件同時(shí)接到 I2C 總線(xiàn)上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。
----2．SPI 總線(xiàn)
----串行外圍設(shè)備接口 SPI（serial peripheral interface）總線(xiàn)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(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn)，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(xiàn)
----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(xiàn)

----1．ISA 總線(xiàn)
----ISA（industrial standard architecture）總線(xiàn)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫 AT 總線(xiàn)。它是對(duì) XT 總線(xiàn)的擴(kuò)展，以適應(yīng) 8/16 位數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(xiàn)插槽。 ISA 總線(xiàn)有 98 只引腳。
----2．EISA 總線(xiàn)
----EISA 總線(xiàn)是 1988 年由 Compaq 等 9 家公司聯(lián)合推出的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是在 ISA 總線(xiàn)的基 礎(chǔ)上使用雙層插座，在原來(lái) ISA 總線(xiàn)的 98 條信號(hào)線(xiàn)上又增加了 98 條信號(hào)線(xiàn)，也就是在兩 條 ISA 信號(hào)線(xiàn)之間添加一條 EISA 信號(hào)線(xiàn)。在實(shí)用中，EISA 總線(xiàn)完全兼容 ISA 總線(xiàn)信號(hào)。
----3．VESA 總線(xiàn)
----VESA（video electronics standard association）總線(xiàn)是 1992 年由 60 家附件卡制造商聯(lián)合 推出的一種局部總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為 VL(VESA local bus)總線(xiàn)。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu) 的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線(xiàn)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(xiàn)稱(chēng)為 CPU 總線(xiàn)或主總線(xiàn)，其他設(shè)備通過(guò) VL 總線(xiàn)與 CPU 總線(xiàn)相連，所以 VL 總線(xiàn)被稱(chēng)為 局部總線(xiàn)。它定義了 32 位數(shù)據(jù)線(xiàn)，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(xiàn)，可支持 386SX、
386DX、486SX、486DX 及奔騰微處理器。
----4．PCI 總線(xiàn)
----PCI（peripheral component interconnect）總線(xiàn)是當(dāng)前最流行的總線(xiàn)之一，它是由 Intel 公 司推出的一種局部總線(xiàn)。它定義了 32 位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，且可擴(kuò)展為 64 位。PCI 總線(xiàn)主板插槽的 體積比原 ISA 總線(xiàn)插槽還小，其功能比 VESA、ISA 有極大的改善，支持突發(fā)讀寫(xiě)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(xiàn)不能兼容現(xiàn)有的 ISA、 EISA、MCA（micro channel architecture）總線(xiàn)，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(xiàn)。

----5．Compact PCI
----以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線(xiàn)一般都用于商用 PC 機(jī)中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)中，還有另一 大類(lèi)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(xiàn)，比如 STD 總線(xiàn)、 VME 總線(xiàn)、PC/104 總線(xiàn)等。 這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的熱門(mén)總線(xiàn)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(xiàn)底板結(jié)構(gòu)的 PCI 系統(tǒng)， 是 PCI 總線(xiàn)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(xiàn)基礎(chǔ)上改造而來(lái)，它利用 PCI 的優(yōu)點(diǎn)，提供滿(mǎn)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(xiàn)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(xiàn)

----1．RS-232-C 總線(xiàn)
----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(xiě)，232 為標(biāo)識(shí)號(hào)，C 表示修改次數(shù)。RS-232-C 總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有 25 條信號(hào)線(xiàn)，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(xiàn)就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。 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?xún)?nèi)的通信。
----2．RS-485 總線(xiàn)
----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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)。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(xiàn)
----上述兩種外部總線(xiàn)是串行總線(xiàn)，而 IEEE-488 總線(xiàn)是并行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488 總線(xiàn)
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(xiàn)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(xiàn)方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線(xiàn)上而不需中介單元，但總線(xiàn)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(xiàn)
---通用串行總線(xiàn) 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(hù)、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。