微型计算机的总线简介
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2022-05-11 22:53:29
微型计算机的总线简介计算机的总线有很多种.今天我们来介绍一下... 12-11-12...
任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与cpu直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。
微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。
随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。
一、内部总线
1.i2c总线
i2c（inter-ic）总线10多年前由philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个i2c总线器件同时接到i2c总线上，通过地址来识别通信对象。
2.spi总线
串行外围设备接口spi（serial peripheral interface）总线技术是motorola公司推出的一种同步串行接口。motorola公司生产的绝大多数mcu（微控制器）都配有spi硬件接口，如68系列mcu。spi总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与spi有关的软件就相当简单，使cpu有更多的时间处理其他事务。
3．sci总线
串行通信接口sci（serial communication interface）也是由motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口uart，与mcs-51的异步通信功能基本相同。
二、系统总线
1．isa总线
isa（industrial standard architecture）总线标准是ibm 公司1984年为推出pc/at机而建立的系统总线标准，所以也叫at总线。它是对xt总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有isa总线插槽。isa总线有98只引脚。
2．eisa总线
eisa总线是1988年由compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在isa总线的基础上使用双层插座，在原来isa总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条isa信号线之间添加一条eisa信号线。在实用中，eisa总线完全兼容isa总线信号。
3．vesa总线
vesa（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为vl(vesa local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到cpu与主存和cache 的直接相连，通常把这部分总线称为cpu总线或主总线，其他设备通过vl总线与cpu总线相连，所以vl总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33mhz时钟频率，最大传输率达132mb/s，可与cpu同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386sx、386dx、486sx、486dx及奔腾微处理器。
4．pci总线
pci（peripheral component interconnect）总线是当前最流行的总线之一，它是由intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。pci总线主板插槽的体积比原isa总线插槽还小，其功能比vesa、isa有极大的改善，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局部总线不能兼容现有的isa、eisa、mca（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
5．compact pci
以上所列举的几种系统总线一般都用于商用pc机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如std总线、 vme总线、pc/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——compact pci。
compact pci的意思是“坚实的pci”，是当今第一个采用无源总线底板结构的pci系统，是pci总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。compact pci是在原来pci总线基础上改造而来，它利用pci的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如isa、std、vme或pc/104来扩充系统的i/o和其他功能。
三、外部总线
1．rs-232-c总线
rs-232-c是美国电子工业协会eia（electronic industry association）制定的一种串行物理接口标准。rs是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，c表示修改次数。rs-232-c总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。rs-232-c标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。rs-232-c标准规定，驱动器允许有2500pf的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pf/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是rs-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
2．rs-485总线
在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用rs-485 串行总线标准。rs-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 rs-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。rs-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用rs-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
3．ieee-488总线
上述两种外部总线是串行总线，而ieee-488 总线是并行总线接口标准。ieee-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用ieee-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500kb/s，最大传输速度为1mb/s。
4．usb总线
通用串行总线usb（universal serial bus）是由intel、 compaq、digital、ibm、microsoft、nec、northern telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展pc连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是usb技术的突出特点之一，usb的最高传输率可达12mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且usb还能支持多媒体。
微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。
随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。
一、内部总线
1.i2c总线
i2c（inter-ic）总线10多年前由philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个i2c总线器件同时接到i2c总线上，通过地址来识别通信对象。
2.spi总线
串行外围设备接口spi（serial peripheral interface）总线技术是motorola公司推出的一种同步串行接口。motorola公司生产的绝大多数mcu（微控制器）都配有spi硬件接口，如68系列mcu。spi总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与spi有关的软件就相当简单，使cpu有更多的时间处理其他事务。
3．sci总线
串行通信接口sci（serial communication interface）也是由motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口uart，与mcs-51的异步通信功能基本相同。
二、系统总线
1．isa总线
isa（industrial standard architecture）总线标准是ibm 公司1984年为推出pc/at机而建立的系统总线标准，所以也叫at总线。它是对xt总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有isa总线插槽。isa总线有98只引脚。
2．eisa总线
eisa总线是1988年由compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在isa总线的基础上使用双层插座，在原来isa总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条isa信号线之间添加一条eisa信号线。在实用中，eisa总线完全兼容isa总线信号。
3．vesa总线
vesa（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为vl(vesa local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到cpu与主存和cache 的直接相连，通常把这部分总线称为cpu总线或主总线，其他设备通过vl总线与cpu总线相连，所以vl总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33mhz时钟频率，最大传输率达132mb/s，可与cpu同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386sx、386dx、486sx、486dx及奔腾微处理器。
4．pci总线
pci（peripheral component interconnect）总线是当前最流行的总线之一，它是由intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。pci总线主板插槽的体积比原isa总线插槽还小，其功能比vesa、isa有极大的改善，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局部总线不能兼容现有的isa、eisa、mca（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
5．compact pci
以上所列举的几种系统总线一般都用于商用pc机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如std总线、 vme总线、pc/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——compact pci。
compact pci的意思是“坚实的pci”，是当今第一个采用无源总线底板结构的pci系统，是pci总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。compact pci是在原来pci总线基础上改造而来，它利用pci的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如isa、std、vme或pc/104来扩充系统的i/o和其他功能。
三、外部总线
1．rs-232-c总线
rs-232-c是美国电子工业协会eia（electronic industry association）制定的一种串行物理接口标准。rs是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，c表示修改次数。rs-232-c总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。rs-232-c标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。rs-232-c标准规定，驱动器允许有2500pf的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pf/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是rs-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
2．rs-485总线
在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用rs-485 串行总线标准。rs-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 rs-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。rs-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用rs-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
3．ieee-488总线
上述两种外部总线是串行总线，而ieee-488 总线是并行总线接口标准。ieee-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用ieee-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500kb/s，最大传输速度为1mb/s。
4．usb总线
通用串行总线usb（universal serial bus）是由intel、 compaq、digital、ibm、microsoft、nec、northern telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展pc连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是usb技术的突出特点之一，usb的最高传输率可达12mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且usb还能支持多媒体。