[信息与通信]第六章总线技术1.ppt

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1、1,第六章 总线技术,2,本章内容提要,本章主要介绍总线的基本知识（特点、传输方式、分类、规范与指标）总线判决与握手信号PC系列微机的系统总线（8位PC总线、ISA、EISA、PCI）微机中常用通信总线（ATA、SCSI、USB、1394）,3,第一节 概述,4,一、总线的特点,一、总线的特点 1、什么是总线 所谓总线就是所有模块或设备共同使用的公共信息通路，每个模块或设备都通过开关电路与总线上的相应信号相连。总线上的模块或设备采用分时方式，轮流交替使用总线，同一时刻只能有一个模块向总线发送信息，允许多个模块同时接收总线上的信息。2、总线的特点 采用总线结构有许多优点，但也有缺点。,5,一、总

2、线的特点（续）,优点：简化了系统结构，便于系统设计制造；减少了传输线数目，便于布线，减小体积，提高了系统的可靠性；便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似接口；便于系统扩充、更新与灵活配置，易于实现系统模块化；便于设备的软件设计，所有接口的软件就是对不同的口地址进行操作；便于故障诊断与维修，同时也降低了成本。缺点：部件或设备间信息传输率受总线带宽的限制（带宽已定，无法改变）；总线一旦出现故障，则依赖该总线的系统会陷于瘫痪。,6,二、总线分类,二、总线分类 1、按传输信息的方向性分，有单向总线，如地址总线，部分 控制总线等；双向总线，如数据总线。2、按信息线的功能分，有地址、数据、控制总线等

3、；控制总线包括：Memory与I/O控制信号，总线请求、裁决、响应等，中断请求、响应等。3、按总线层次分，有片内总线，片间总线，板内总线，全局总线，局部总线，背板总线，内部总线和外部总线等。4、按传输信息的形式分，有并行总线和串行总线等。下面介绍一下局部总线，系统总线和通信总线等。,7,二、总线分类（续）,局部总线 介于CPU总线和系统总线之间。具有高速传输数据的能力。分为专用局部总线VESA(Video Electronics Standards Association)总线PCI总线系统总线 系统内部各部件（插板）之间进行连接和传输信息的一组信号线。如：ISA总线、VME总线等,8,二、总

4、线分类（续）,通信总线（也称为设备总线或外总线）系统之间或系统与外设之间进行连接和传输信息的一组信号线。如：RS232C、USB接口等,9,二、总线分类（续）,数据总线 用于传输数据，双向三态。宽度有8位、16位、32位、64位等地址总线 用于传输地址，单向三态。宽度有8位、16位、24位、32位等控制总线 用于传输控制和状态信息。电源和地线 确定电源种类及地线分布和用法。有12V、5V、3.3V等,10,总线的层次结构,11,三、总线的标准化和总线规范,三、总线的标准化和总线规范1、总线标准化可以达到：部件或模块的兼容性和互换性；保护用户的投资，与总线兼容的模块仍可使用。2、总线规范规定以下

5、性能 功能方面：规定总线的应用范围，目标，总线部件的构成、性能，总线传输过程以及错误恢复等。电气性能：规定在电气性能上的基本要求，如基本时序，信号之间的延时要求等。机械性能：规定了连接器的机械规范，如尺寸、插头大小、形状等。任选性能：描述了总线的选择实现的功能（不是必需的）。,12,四、总线的性能指标,四、总线的性能指标总线宽度 数据总线的位数，如8位/16位/32位/64位等。总线越宽，传输速度就越快，即数据吞吐量就越大。总线传输速率 在总线上每秒传输的最大字节数（MB/s）或比特数（Mb/s）。总线的时钟频率 总线工作频率。是影响总线传输速率的主要因素之一。如：ISA（8MHz），PCI（

6、033MHz）等。,13,四、总线的性能指标（续）,总线定时协定（总线同步方式）即总线上采用同步还是异步定时。取决于两个模块间约定的协议。有同步、异步、半同步和分离式协议。同步方式同步 严格按系统时钟的定时进行主、从模块之间的传输操作。异步 采用应答式传输技术，传输周期可能较长。传输速率较慢。,14,四、总线的性能指标（续）,多路复用 地址线和数据线共用一组物理线负载能力 可简单的表示为所连接的电路插板的数量信号线数总线控制方式 传输方式，总线仲裁方式，中断分配方式，设备自动配置等 其他性能 电源电压（5V或3.3V），数据宽度是否扩展等。,15,第二节 总线裁决与握手技术,16,一、总线传输

7、过程,1、总线主设备和从设备 总线主设备（主模块）：指能获得总线控制权的设备，并启动和控制总线上 的数据传输，发出地址和读/写控制命令。如CPU、DMA控制器，其他外围处理器（IO处理器、协处 理器等）。总线从设备（从模块）指不具备总线控制能力的设备，但能对主设备提 出的数据请求作出响应，接受主设备发出的地址 和读写命令并执行相应的操作。如内存、I/O接口。,17,一、总线传输过程（续）,2、总线数据传输周期 系统总线上的数据是在主模块（主设备）的控制下进行的，主模块有控制总线的能力，总线完成一次数据传输分为4个阶段：1.申请阶段 欲使用总线的主模块提出申请，总线仲裁器确定把下一个传输周期的总

8、线使用权指配给那个模块。2.寻址阶段 获得总线使用权的主模块发出存储器地址或I/O端口地址，使从模块启动。,18,一、总线传输过程（续）,3.数据传输阶段 主模块和从模块之间进行数据传输。4.结束阶段 主从模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线。,设备1,设备4,设备2,设备3,设备1,设备3,阶段一：总线请求和仲裁阶段,阶段二：寻址阶段,阶段三：数据传输阶段,阶段四：结束阶段,20,二、总线仲裁与裁决技术,若一个总线上有多个主设备时，就需要总线裁决器进行裁决，判定由哪个主设备来控制总线，以免发生总线冲突。裁决对串行、并行总线又有不同的方法。对串行总线，有令牌总线和冲突检测裁决对并行总线，

9、有集中仲裁和分布仲裁,21,二、总线仲裁与裁决技术（续）,令牌总线 令牌方式是一种不会发生总线冲突的方式。令牌向 下一个主设备传递，没有取得令牌的主设备，就没有总线占有权。获得令牌的主设备只能进行一次总线传输。缺点是效率低。,令牌总线,设备1,设备4,设备2,设备3,不会出现总线冲突只有获得令牌的设备才能够使用总线,令,冲突检测,设备1,设备4,设备2,设备3,冲突检测 某一主设备监测到总线空闲时就可使用总线。当发生冲突后系统立即强制所有使用总线的主设备放弃总线，经过一段时间间隔再进行重试。适合于主设备较少的场合。允许出现总线冲突，但在冲突后补救,总线仲裁,设备1,设备4,设备2,设备3,允许

10、出现总线争用（申请），但不允许出现总线冲突（使用）优先级仲裁和公平仲裁,仲裁器,25,二、总线仲裁与裁决技术（续）,对并行总线：有集中仲裁与分布仲裁集中仲裁 又有串行裁决与并行裁决两种*串行裁决有菊花链式和计数器定时查询方式 菊花链式：BG（Bus Grant）信号以串行方式向下传递进行裁决。离总线仲裁器越近的部件优先级越高。,BB（Bus Busy）：总线忙信号，BB有效说明总线正被占用。BR（Bus Request）:总线请求信号，BR有效说明至少有一个部件正在申请总线使用权。电路简单，便于增减总线设备。仲裁速度慢，优先级不能改变。,菊花链式查询方式,总线仲裁器,C1,C2,Cn,BG,B

11、GI1,BGO1,BGO2,BGI2,BGIn,BR,BB,27,二、总线仲裁与裁决技术（续）,计数器定时查询方式（轮询判决）不使用BG信号线，但需用地址总线。若总线上有N个部件，则在总线控制部件内设置一个计数器，可以从0计数至N-1,每个值对应一个部件。不论哪个部件要使用总线，均通过BR 提出申请。控制部件通过地址总线定时送出计数器的当前值。提出申请的部件检查地址总线，若发现其上的值与自己的编号相等，则取得总线使用权，并通过置BB有效通知控制部件。若控制部件在一定时间内未收到BB有效，则令计数器加1或减1，发下一个地址。计数器的值可由软件设置，故优先级控制非常灵活。,28,二、总线仲裁与裁决

12、技术（续）,*并行裁决（独立请求方式）各主设备使用总线要经过中央仲裁器裁决。所谓独立请求即：每个部件均有自己的BRi与BGi信号线直接送至中央裁决器。BRi与BGi都是专线而非总线形式传递信息。如下图：,优点：裁决速度快，能用软件灵活控制。缺点：电路复杂不易增加设备。,29,二、总线仲裁与裁决技术（续）,二维判决方式：综合菊花链和并行判决，并行判决通道中的部分或全部通道可以采用串行判决。如下图。,30,二、总线仲裁与裁决技术（续）,分布仲裁 与集中仲裁不同，分布仲裁的仲裁器是分布于各个主设备中，没有独立的中央仲裁器。每个申请总线的主设备都通过该主设备的分布总线仲裁部件将其优先级编号送到共享的请

13、求/响应线上，并通过该组信号线执行线或操作。该方式实现复杂，控制灵活，可靠性高。分布仲裁框图如下：,31,二、总线仲裁与裁决技术（续）,为实现分布仲裁，应能在各主设备之间传递必要的总线控制信息。每个设备都事先设定一个优先级，用一个n位二进制数表示之。最高优先级的主设备优先级编码为n位全1，最低优先级的主设备的优先级编码为 n位全0。,32,三、总线数据传输的握手技术,总线上数据为了高速可靠的进行传输，必须有某种总线联络（握手）技术。总线传输有以下四种握手方式：同步方式异步方式半同步方式分离方式,33,同步方式,总线上的主、从设备在同一时钟的控制下进行传送，传输周期（即总线周期）是固定的。例如：

14、PCI总线，CPU与内存（不插入TW）等特点,适合高速传输便于电路设计适应性不好设备速度不一样时，必须以响应速度最慢设备的速度运行设计完成后，不能更改,34,异步方式,采用应答式传输方式。使用请求线（REQ或READY）和应答线（ACK）来协调传输过程不依赖系统时钟信号,异步总线协定,全互锁方式,发送方,接收方,2.接收数据,一个总线周期,下一个总线周期,异步总线协定,优点不同速度的设备可以协同工作，适应性强快快：高速度快慢：低速度缺点握手过程复杂，总线周期较长传输速度不固定，取决于模块的访问速度死锁,37,半同步方式,是前两种方式的折衷。有同步时钟，但传输周期（总线周期）可变。增加一条信号线

15、（如Ready），主设备监视该信号线了解选中的从设备是否准备好，否则插入等待状态，延长传送周期例如：ISA总线等特点适应性好兼有同步方式的速度,半同步总线协定,使用WAIT或READY信号0，表示存储器或I/O设备未准备就绪，需等待;1，表示存储器或I/O设备已经就绪，可以传送数据,T1,T2,T3,T4,Tw,Tw,检查Ready信号,Ready=0时需要插入TW状态；Ready=1时结束TW状态，进入T4状态,T1,Ready,分离式总线协定,主设备,从设备读取数据,地址和命令,读出的数据,T,读出的数据送上总线,主设备占用总线的时间,从设备,主设备,数据读入主设备,从主控模块通过总线向从

16、模块发出地址和读写命令开始，到整个传输周期结束，总线完全是由该主控模块以及从模块占用。但并非整个传输周期中总线都得到了充分利用。,分离式总线协定,主设备,从设备读取数据期间，交由其它设备使用,地址和命令,读出的数据,T,读出的数据送上总线,主设备占用总线的时间,从设备,主设备,数据读入主设备,从设备占用总线的时间,41,分离方式,将传输周期（总线周期）分成两个子周期子周期1 主模块发出地址、控制命令（读或写）。主模块释放总线，供其他模块使用子周期2 从模块准备好数据后，申请总线，获准后将数据回送主模块使用在小型机系统中特点大大提高总线的利用率适用于多个主模块的系统,42,第三节 PC系列微机的

17、系统总线,43,PC机常用总线,目前PC系列微机种常用的总线有ISA、EISA、PCI和SCSI、ATA、USB、1394等。其中ISA和EISA为系统总线，PCI是局部总线（内 部总线），其他的是外部总线。在进行接口设计时，要仔细了解总线信号功能，总线时序，驱动能力等。要求了解PC系列微机中各种总线的主要特点，应 用范围。下面主要介绍ISA、PCI、ATA、SCSI、USB、1394等6种总线。,44,PC/XT 总线,PC/XT是最早的PC机中用的8位总线。总线信号为62条，有A、B两面插槽，双边镀金接点。A面31线（元件面），B面31线（焊接面，无元件面）。-20位地址线，寻址1MB空间

18、。数据总线宽度：8位I/O地址空间0100H-03FFH 总线工作频率4MHz，数据传输率4MB/s仲裁方式：集中仲裁中断功能（8级），DMA通道功能（4个）PC/AT总线（即ISA总线）该总线是在PC/XT总线的基础上又扩充了36条引脚，成为98条信号线。36条也分为两面，C面（元件面，18条），D面（焊接面，18条）。,45,ISA总线插槽与信号,ISA（Industry Standard Architecture)总线也称为AT总线8/16位数据线24位地址线，寻址16MB空间；I/O地址空间0100H-03FFH 最高工作频率8MHz，数据传输率16MB/s中断功能，DMA通道功能由6

19、2线的PC总线插槽再扩展36线插槽形成，如下图。,47,ISA总线插槽与信号,48,ISA总线信号的定义,98条线分为5类：地址线、数据线、控制线、时钟线、电源线地址线 SA0SA19和LA17LA23，后者为非锁存信号数据线 SD0SD7、SD8SD15,49,ISA总线的定义（续）,控制线 AEN、BALE、IOR、IOW、SMEMR、SMEMW、MEMR、MEMW、MEMCS16、I/OCS16、SBHE、IRQ3IRQ7、IRQ10IRQ15、DRQ0DRQ3、DRQ5DRQ7、DACK0DACK3、DACK5DACK7 T/C、MASTER、RESETDRV、I/OCHCK、I/OC

20、HRDY、OWS时钟线 CLK（ISA总线更名为：SYSCLK）电源、地线等（+5V DC何GND）,50,ISA总线的定义（续）,对主要控制信号的说明：AEN：地址允许，输出。AEN=1,DMAC控制总线。BALE：地址锁存允许，输出。IOR,IOW：I/O读与写。SMEMR,SMEMW：系统存储器读/写。（PC/XT）MEMR，MEMW：对整个内存空间内任一地址的读/写。MEMCS16,IOC/S16：16为内存片选和16位I/O片选。SBHE：系统总线高字节允许。IRQ3IRQ7,IRQ10IRQ15：中断请求信号。（主片与从片的8259A输入）,51,ISA总线的定义（续）,DRQ0D

21、RQ3：DMA请求信号。DRQ5DRQ7：第二片DMA请求信号。DACK0DACK3：DMA响应信号。DACK5DACK7：第二片DMA响应信号。T/C：由DMAC送出，表明某一DMA通道传送已经结束。MASTER：总线主控信号，输入；表明该设备控制总线。RESET DRV：复位驱动，输出；表明上电复位。I/O CH CK：I/O通道检查，输入；故障报告（用NMI）。I/O CHRDY：I/O通道就绪，输入；用于周期延长。OWS：零等待，输入；通知CPU不需附加任何等待周期。,52,EISA总线,EISA（Extended ISA)总线 为了与IBM设计的微通道结构MCA（非开放的）进行竞争，

22、以Compaq为首的兼容厂家提出的向后兼容的开放标准8位、16位、32位数据宽度32位地址，可寻址4GB空间工作频率8.3MHz数据传输率33MB/s插槽与ISA兼容,53,EISA总线插槽,EISA总线插槽分为上下两层，而ISA只有一层。,54,EISA新增加信号线,BE0BE3 字节允许信号，指明当前总线周期传送4个字节中的哪个字节D16D31 新增加的数据线LA2LA16，LA17LA31 新的地址线，没有锁存M/IO 用于区分EISA的访存周期和I/O周期,55,EISA新增加信号线（续）,START 指明EISA总线周期的开始CMD 总线周期中命令的定时控制MSBURST 主设备用此

23、信号指明它具有能力完成突发式周期SLBURST 从设备用此信号向主设备表明它支持突发式周期,56,EISA新增加信号线（续）,EX32，EX16 低电平周期指明从控是一块EISA板，可分别支持32位或16位周期。如果在一周期开始前，这两个信号均为高电平，则总线按ISA规范工作EXRDY 一个从控用来在总线周期中插入等待状态MREQn 第n号主控请求总线的信号MAKn 第n号主控已接管总线,57,PCI 总线,PCI 总线（Peripheral Component Interconnect）外部部件互联总线，该总线由PCI专门权益组织 负责制定。它是一种不依赖微处理器的局部总线。1991年下半年

24、，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团，其英文全称为：Peripheral Component InterconnectSpecialInterestGroup(外围部件互连专业组织)，简称PCISIG。PCI是一种先进的局部总线，已成为局部总线的新标准。,59,PCI 总线（续）,从结构上看，局部总线是在ISA总线和CPU总线之间插入一级总线。具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线

25、主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。高速外设，如图形卡、硬盘控制器等可从ISA总线上卸下而通过局部总线直接挂接到CPU总线上，使之与高速的CPU总线相匹配。,60,PCI总线特点,总线时钟频率33.3MHz/66.6MHz总线宽度32位，可扩充到64位最大数据传输率133MB/s(266MB/s)支持64位寻址时钟同步方式 能自动识别外设适应5V和3.3V电源环境兼容性好，独立于CPU。即PCI插卡可插到不同主频的主机中特别适合与Intel的CPU协同工作,61,PCI总线特点（续）,自动配置 即插即用（PNP），Plug and Play。PCI插卡上有256字节的

26、不挥发存储器，存放配置信息。系统根据此信息分配存储器地址、端口地址、中断号等，无须手工设置开关及跳线具有隐含的中央仲裁系统 采用多路复用方式（地址线和数据线）减少了引脚数完全的多总线主控能力提供地址和数据的奇偶校验,62,PCI总线体系结构,PCI总线系统的结构如下图所示，说明如下：处理器总线（第一级总线）提供的高速数据通道一般给CPU、Cache和主存使用。PCI桥路（北桥），用来实现驱动PCI总线所需的全部控制。CPU总线和PCI总线之间的控制芯片习惯上称为北桥芯片。南桥，PCI总线可以挂接其他标准总线的控制器电路。它将PCI总线转换成其他标准总线，如ISA、EISA、MCA、VL等。PC

27、I-PCI桥路，PCI总线的驱动能力不足时，可采用多级PCI总线扩展PCI结构。,63,PCI总线体系结构（续）,64,PCI总线信号定义,信号线总数为120条，包括电源、地、保留信号线等，所定义的信号线分为两类：必备信号线 主设备49条，从设备47条（包括多路复用信号）可选信号线 51条，用于64位扩展、中断请求、高速缓存支持等,65,PCI总线信号定义（续）,66,PCI总线信号定义（续）,主要信号介绍地址数据复用信号：AD0AD31总线命令与字节选择：C/BE0BE3地址与数据奇偶校验信号：PAR时钟与复位信号：CLK，RST帧同步信号：FRAME，表示总线访问的开始和持续，该信号失效表

28、示传输的是最后一个数据。主控设备准备就绪：IRDY从设备准备就绪：TRDY停止信号：STOP，从设备要求主设备停止当前的传输周期。设备选择信号：DEVSEL，由从设备发出表示该设备地址译码有效。,67,PCI总线的操作,PCI总线的基本时序,常用的计算机总线AGP,Accelerated Graphics Port加速图形端口,常用的计算机总线 PCMCIA,PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)一般用于笔记本,70,第四节 微机中常用的通信总线,71,ATA系列总线,ATA系列总线包括ATA-1、ATA-

29、2、Ultra ATA ATA又称为IDE(Integrated Device Electronics)接口，即集成设备电子部件接口，它是Compaq、Digital 等公司于1989年推出的标准总线接口。与以前的硬盘接口相比，它的最大特点是把盘体与控制器集成在一起，从而减少了硬盘接口的电缆线数，提高了数据传输的可靠性；同时也有利于硬盘容量的提高和各厂商的硬盘产品的相互兼容。此后IDE接口被正式定名为ATA-1（AT bus Attachment）。IDE采用40芯扁平电缆连接，其总线信号基本上是将AT总线上的信号作必要的处理后送给硬盘驱动器。数据传输率仅有3.3MB/s。,72,ATA系列总

30、线（续）,ATA-2/EIDE 接口标准 EIDE为IDE增强型接口，又称为ATA-2。它不仅支持硬盘，而且支持其他外设（如磁带机和CD-ROM）。IDE支持三种PIO传输模式，EIDE又增加了两种PIO模式和两种DMA传输模式。DMA方式由DMAC来管理硬盘与总线上的数据传输，不需CPU的干预，提高了系统性能。其最高传输率为16.7MB/s。,73,ATA系列总线（Ultra DMA 33）,Ultra DMA 33（ATA-4）Ultra DMA 33是一种新的同步DMA(synchronous DMA)协定，由Intel所设计。该功能已经包含在Intel的PIIX4芯片中。传统IDE的传

31、输只会使用数据触发信号的单边来传输数据。而Ultra DMA 33在传输数据时使用数据触发信号的两边，因此在ATA-2设备上，数据传送的速度可以由16.7MB/s提升至33MB/s。Ultra DMA 33有以下优点：CPU不需要处理数据传输的工作，因此CPU可以专注于计算的工作而提升系统整体的效率；将ATA-2设备的传输速度从16.7MB/s提升至33MB/s；与IDE连接头上并不需要加额外的信号接脚，与以前旧的ATA设备完全兼容。,74,ATA系列总线（Ultra DMA 66）,Ultra DMA 66 Ultra ATA/66也被称为Ultra DMA/66，是Ultra ATA/33

32、界面的性能升级版本，可将原有33MB/s的数据传输速率提升一倍到达66MB/s，而ATA/66也可在现有的PCI总线环境下，大幅提升硬盘的运作效率。Ultra ATA/66的优点：提高数据的完整性Cyclical Redundancy Check(CRC):一种能确保数据传输完整性的保护功能 Ultra DMA/66使用一种新的EIDE排线，这种排线两端仍维持40Pin的设计，但线路却增加到80条（40条地线），这种设计可有效降低、抑制串音干扰Ultra ATA/66能100%与Ultra ATA/33或DMA，EIDE/IDE硬盘设备，CD-ROM(光驱)以及电脑系统兼容。目前，大部分微机都

33、采用更高的Ultra DMA/100总线接口。,75,SCSI 总线,SCSI（Small Computer System Interface）原本是为小型计算机研制的一种高性能的并行通信接口，通常用于连接高速的外存设备（如硬驱、光驱、光刻机、磁带机等）和高性能的外设（如打印机、扫描仪等）。由于其高性能，其成本也相对较高，最初只用于服务器或高端工作站。随着SCSI技术成熟和价格下降，它在个人计算机上的应用也越来越普遍。SCSI总线的特点 SCSI总线由SCSI控制器控制，可连接7或15台设备;传输速率可达160MB/s;,76,SCSI 总线（续）,是一种智能接口，SCSI控制器中有自己的处理

34、器，其数据传输主要由SCSI控制器中的处理器控制；是一种多任务接口，具有总线仲裁功能。总线上的设备没有主从之分，各设备地位对等；可以按同步和异步方式传输；总线上的每一台设备都分配一个编号；可分为单端传送方式和差分传送方式，单端电缆不超过6m，超过6m采用差分传送。,77,通用串行总线 USB,USB(Universal Serial Bus)USB是计算机与外围设备连接的最新一代标准，现在的计算机连接端口各有各自不同的接头，而USB可以将所有支持USB规格的外围设备直接串接起来，最多可串接127个外围设备，同时具有即插即用的便利性，即计算机不必重新开机就可将外围设备与计算机连接或拆卸，目前Wi

35、ndows98及以上版本都已支持USB标准。,78,通用串行总线 USB（续）,USB2.0:早在1994年，Intel、Digital、IBM、Microsoft、NEC等几家世界著名的计算机和通讯公司成立了USB论坛；并到了1995年11月正式制定了USB 0.9通用串行总线规范。USB设备有热插拔、无需电源插座、同时支持最多127个设备串联等优势。1996年USB1.1标准只有12Mbps的传输率，当然是不能令人满意的！因此新的USB2.0规格被提到Intel的日程上来，新的USB2.0的规格有480Mbps，比原来的足足提高了40倍！这将大大缓解USB1.1带宽不足的问题！,79,US

36、B的特点,USB的特点 USB之所以能得到广泛支持和快速普及，是因为它具备下列的很多特点:,80,USB的特点,1.使用方便 使用USB接口可以连接多个不同的设备，支持热插拔，在软件方面，为USB设计的驱动程序和应用软件可以自动启动，无需用户干预。USB设备也不涉及IRQ冲突等问题，它单独使用自己的保留中断，不会同其它设备争用PC机有限的资源，为用户省去了硬件配置的烦恼。USB设备能真正做到“即插即用”。,81,USB的特点,2.速度加快 快速性能是USB技术的突出特点之一。USB接口的最高传输率目前可达12Mbs，比串口快了整整100倍，比并口也快了十多倍。今后USB的速度还将会提高到100

37、Mbs以上。,82,USB的特点,3.连接灵活USB接口支持多个不同设备同时操作，一个USB口理论上可以连接127个USB设备。连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用中枢转接头(Hub)，把多个设备连接在一起，再同PC机的USB口相接。在USB方式下，所有的外设都在机箱外连接，不必打开机箱；允许外设热插拔，而不必关闭主机电源。USB采用“级联”方式，即每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座供下一个USB外设连接用。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间距离(线缆长度)可达5米。USB还能

38、智能识别USB链上外围设备的接入或拆卸。,83,USB的特点,4.独立供电 普通使用串口、并口的设备都需要单独的供电系统，而USB设备则不需要，因为USB接口提供了内置电源。USB电源能向低压设备提供5V的电源，因此新的设备就不需要专门的交流电源了，从而降低了这些设备的成本并提高了性价比。,84,USB的特点,5.支持多媒体 USB提供了对电话的两路数据支持，USB可支持异步以及等时数据传输,使电话可与PC集成，共享语音邮件及其它特性。USB还具有高保真音频。由于USB音频信息生成于计算机外，因而减少了电子噪音干扰声音质量的机会,从而使音频系统具有更高的保真度。,85,USB总线的拓扑结构,U

39、SB拓扑结构 USB总线将USB设备与USB主机相连，总线的物理连接是一种层叠式的星形拓扑。USB总线上的设备有两种类型：*功能单元（Functions）具有USB接口，实现某种功能的外设，例如带有USB接口的便携式硬 盘、打印机、扫描仪、局域网集线器等。*USB集线器（HUB）为USB总线提供额外的连接点的设备，可以连接其他USB集线器和功 能单元。虽然总线从物理连接上是分层的，但在实际通信过程中，所有USB设备对USB主机来说地位都是平等的，即USB的逻辑拓扑是不分层的星形拓扑。,86,USB总线的物理拓扑结构,87,USB的逻辑拓扑结构,88,USB技术规范,USB规范中将USB分为五个

40、部分：控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB 设备以及针对不同USB设备的客户驱动程序。根据设备对系统资源需求的不同，在USB规范中规定了四种不同的数据传输方式：等时（准同步）传输方式(Isochronous)、中断传输方式(Interrupt)、控制传输方式(Control)和批(Bulk)传输方式，这些传输方式各有特点，分别用于不同的场所。,89,USB技术规范（续）,USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。目前主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组，而且也安装了USB接口插座。Windows98之后的操作系统内置了对USB功能的支持。目前已经有数字照相机、

41、数字音箱、数字游戏杆、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等很多USB外设问世。,90,USB技术规范（续）,USB通过一条四芯电缆传送电源和数据，电缆以点到点方式在设备之间连接。USB接口的四条连接线是VBUS、GND、D+、D-。（D为发送和接收数据的半双工差分信号线）,91,具有 4口的HUB,92,无源 4口HUB,93,PCI 转USB 2.0卡,94,高速串行总线 IEEE 1394（火线）,IEEE1394（Fire Wire）是IEEE标准化组织制定的一项具有 视频数据传输速度的串行接口标准。同USB一样，1394支持 外设热插拔、同时可为外设提供电源，支持同步数据传输。未来，USB和1394将同时存在，提供不同的服务，不需要高 速数据传输的外设可能将仍采用USB。PC机都采用USB和 1394串口来处理所有外部输入输出，简化PC外设的连接。1394的主要特点：(1)多媒体应用的实时数据传输。(2)数据传输率为200，400Mbits/s；将来达到800Mbits/s或 1Gbits/s。(3)实时连接或断开时数据不丢失或中断。(4)支持即插即用自动配置。,95,USB与1394比较,96,IEEE1394(PCI)卡（提供3个1394口）,97,1394扩展口（4口）,作业,P276 1/2/3/4/5/6/9/10/11,