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  • 常用外部总线介绍

    2020-03-17 09:37:21
    外部总线概述 ExternalBus(外部总线) ,通常所说的总线(Bus)指片外总线,是CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通讯的通路,也称系统总线.外部总线又称为通信总线,用于计算机之间、计算机与远程终端、...

    外部总线概述

    ExternalBus(外部总线) ,通常所说的总线(Bus)指片外总线,是CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通讯的通路,也称系统总线.外部总线又称为通信总线,用于计算机之间、计算机与远程终端、计算机与外部设备以及计算机与测量仪器仪表之间的通信。该类总线不是计算机系统已有的总线,而是利用电子工业或其他领域已有的总线标准。外部总线又分为并行总线和串行总线,并行总线主要有IEEE-488总线,串行总线主要有RS232C、RS422C、RS485、IEEE1394以及USB总线等。

    02

    IEEE-488总线概述

    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。

    IEEE 488是一种并行的外总线,它是20世纪70年代由HP公司制定的。HP公司为了解决各种仪器仪表与各类计算机的接口时,由于互相不兼容而带来的连接麻烦,而研制了通用接口总线HP—IB总线。1975年IEEE以IEEE 488标准总线予以推荐,1977年国际电工委员会 (IEC)也对该总线进行认可与推荐,定名为IEC—IB。所以这种总线同时使用了IEEE—488,IEC—IB (IEC接口总线),HP—IB (HP接口总线)或GP—IB (通用接口总线)多种名称。由于IEEE 488总线的推出,当用IEEE 488标准建立一个由计算机控制的测试系统时,不要再加一大堆复杂的控制电路,IEEE 488系统以机架层叠式智能仪器为主要器件,构成开放式的积木测试系统。因此IEEE 488总线是当前工业上应用最广泛的通信总线之一。

    03

    IEEE-488总线工作方式

    IEEE 488总线接口结构如图8.22所示 .利用IEEE 488总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。可以采用串行连接,也可以采用星型连接。

    图8.22 IEEE 488总线接口结构

    在IEEE 488系统中的每一个设备可按如下3种方式工作。

    (1) “听者”方式这是一种接收器,它从数据总线上接收数据,一个系统在同一时刻,可以有两个以上的“听者”在工作。可以充当“听者”功能的设备有:微型计算机、打印机、绘图仪等。

    (2) “讲者”方式这是一种发送器,它向数据总线发送数据,一个系统可以有两个以上的“讲者”,但任一时刻只能有一个讲者在工作。具有“讲者”功能的设备有:微型计算机、磁带机、数字电压表、频谱分析仪等。

    (3) “控制者”方式这是一种向其它设备发布命令的设备,例如对其它设备寻址,或允许“讲者”使用总线。控制者通常由微型机担任。一个系统可以有不止一个控制者,但每一时刻只能有一个控制者在工作。

    在IEEE 488总线上的各种设备可以具备不同的功能。有的设备如微型计算机可以同时具有控制者、听者、讲者3种功能。有的设备只具有收、发功能,而有的设备只具有接收功能,如打印机。在某一时刻系统只能有一个控制者,而当进行数据传送时,某一时刻只能有一个发送器发送数据,允许多个接收器接收数据。也就是可以进行一对多的数据传送。

    一般应用中,例如,微型机控制的数据测量系统,通过IEEE 488将微型机和各种测试仪器连接起来,这时,只有微型机具备控制、发、收3种功能,而总线上的其它设备都没有控制功能,但仍有收、发功能。当总线工作时,由控制者发布命令,规定哪个设备为发送器、哪个为接收器,而后发送器可以利用总线发送数据,接收器从总线上接收数据。

    04

    IEEE-488总线的使用约定

    (1) 数据传输速率≤1 MB/s。

    (2) 连接在总线上的设备 (包括作为主控器的微型机)≤15个。

    (3) 设备间的最大距离≤20 m。

    (4) 整个系统的电缆总长度≤220 m,若电缆长度超过220 m,则会因延时而改变定时关系,从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器

    (5) 所有数据交换都必须是数字化的。

    (6) 总线规定使用24线的组合插头座,并且采用负逻辑,即用小于+0.8V的电平表示逻辑“1”;用大于2V的电平表示逻辑“0”。

    05

    RS232C总线的概述

    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。

    06

    RS232C的电气特性

    EIA-RS-232C协议对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

    在TxD和RxD上:逻辑1(MARK)=-3V~-15V

    逻辑0(SPACE)=+3~+15V

    在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:

    信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3V~+15V

    信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V~-15V

    以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。

    对于数据(信息码):

    逻辑“1"(传号)的电平低于-3V,逻辑“0"(空号)的电平高于+3V;对于控制信号;接通状态(ON)即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V,也就是当传输电平的绝对值大于3V时,电路可以有效地检查出来,介于-3~+3V之间的电压无意义,低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在±(3~15)V之间。

    EIA-RS-232C协议与TTL转换:

    RS-232C协议是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在EIA-RS-232C协议与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件,也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换,而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL??EIA双向电平转换。

    07

    RS232C总线连接器的机械性

    连接器:由于RS-232C协议并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器,其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。

    (1)DB-25:PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线,分为4组:

    ①异步通信的9个电压信号(含信号地SG)2,3,4,5,6,7,8,20,22

    ②20mA电流环信号 9个(12,13,14,15,16,17,19,23,24)

    ③空6个(9,10,11,18,21,25)

    ④保护地(PE)1个,作为设备接地端(1脚)

    注意,20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供,至AT机及以后,已不支持。

    (2)DB-9连接器

    在AT机及以后,不支持20mA电流环接口,使用DB-9连接器,作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此,若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接,必须使用专门的电缆线。

    电缆长度:在通信速率低于20kb/s时,RS-232C协议所直接连接的最大物理距离为15m(50英尺)。

    最大直接传输距离说明:RS-232C协议规定,若不使用MODEM,在码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE之间最大传输距离为15m(50英尺)。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求,接口标准在电气特性中规定,驱动器的负载电容应小于2500pF。

    08

    RS422总线概述

    RS-422是串行数据接口标准,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的,RS-422由RS-232发展而来,它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准。

    09

    RS232、RS485和RS485的之间的区别

    RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。例如:视频服务器都带有多个RS422串行通讯接口,每个接口均可通过RS422通讯线由外部计算机控制实现记录与播放。视频服务器除提供各种控制硬件接口外,还提供协议接口,如RS422接口除支持RS422的Profile协议外,还支持 Louth、Odetics 、BVW等通过RS422控制的协议。

    RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准,都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的,RS-232在1962年发布。RS-422由RS-232发展而来,为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mbps,传输距离延长到4000英尺(速率低于100Kbps时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围,后命名为TIA/EIA-485-A标准。

    1. S-232串行接口标准
      目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5+15V,负电平在-5-15V电平。当无数据传输时,线上为TTL,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20Kbps。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3kΩ~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
    2. RS-422与RS-485串行接口标准
      (1)平衡传输
      RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B。通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2V6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
      (2)RS-422电气规定
      由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。RS-422需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。
      (3)RS-485电气规定
      由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。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。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

    10

    串行总线协议转换器

    在计算机控制系统中,主机通常提供RS-232C标准接口。但在控制系统分布较远的情况下,单独由RS232C不能实现远距离的通信任务,这时需要进行与RS485或RS422的转换。完成这种转换的器件很多,分为有源和无源两种,有源转换器需提供标准电源,无源转换器利用RS232C内部的电源信号供电。

    11

    通用串行总线的概述

    通用串行总线总线 的供应商(Universal Serial Bus, USB),是一种用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构,主要用在中速和低速的外设。通用串行总线同时又是一种通信协议,支持主机和USB的外围设备之间的数据传输。通用串行总线支持每秒12兆比特的数据速度。

    使用通用串行总线,新的设备可以被添加到你的计算机上,而不需要添加适配卡或者甚至是需要将计算机关闭。通用串行总线外围总线标准是由康柏,IBM,DEC ,Inter,微软,NEC,以及北方电信开发的,还有所有的计算机和设备供应商免费提供的技术。。

    12

    通用串行总线的传输方式

    通用串行总线提供了四种传输方式,以适应各种设备的需要。

    1、控制传输方式:控制传输是双向传输,数据量通常较小,主要用来进行查询、配置和给通用串行总线设备发送通用的命令。控制传输主要用在主计算机和通用串行总线外设中端点0之间。

    2、等时传输方式:等时传输提供了确定的带宽和间隔时间。它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输,或者用于要求恒定的数据传送率的即时应用中。例如进行语音业务传输时,使用等时传输方式是很好的选择。

    3、中断传输方式:中断方式传送是单向的并且对于主机来说只有输入的方式。中断传输方式主要用于定时查询设备是否有中断数据要传送,该传输方式应用在少量的、分散的、不可预测的数据传输。键盘、游戏杆和鼠标就属于这一类型。

    4、大量传输方式:主要应用在没有带宽和间隔时间要求的大量数据的传送和接收,它要求保证传输。打印机和扫描仪属于这种类型。

    13

    通用串行总线特点

    通用串行总线最初是由英特尔与微软公司倡导发起,其最大的特点是支持热插拔(Hot plug)和即插即用 (Plug&Play)。当设备插入时,主机枚举(enumerate)此设备并加载所需的驱动程序,因此使用远比PCI和ISA总线方便。

    通用串行总线速度比平行埠并联总线(Parellel Bus,例如EPP、LPT)与串联埠总线(Serial Port,例如RS-232)等传统电脑用标准总线快上许多。原标准中USB 1.1 的最大传输带宽为 12Mbps,USB 2.0 的最大传输带宽为 480Mbps。

    通用串行总线的设计为非对称式的,它由一个主机(host)控制器和若干通过hub设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有5级hub,包括Hub在内,最多可以连接127个设备,而一台计算机可以同时有多个控制器。和SPI-SCSI等标准不同,USB hub不需要终结器。

    通用串行总线可以连接的外设有鼠标、键盘、gamepad、游戏杆、扫描仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。对数码相机这样的多媒体外设USB已经是缺省接口;由于大大简化了与计算机的连接,USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。2004年已经有超过1亿台USB设备;到2005年显示器和高清晰度数字视频外设是仅有的USB未能染指的外设类别,因为他们需要更高的传输速率。

    14

    通用串行总线的电气特性

    详细的USB的电器特性的相关内容是在USB规范。而在此,仅列出用户所需注意的一些特性。如图1所示,呈现了在全速设备与PC主机之间电气特性的连接。除了Vcc(+5 V)与接地线外,需要特别注意的是D+与D-的差动数据信号线。首先,在连接至USB收发器之前必须先串接9O~44Ω的电阻。而后根据不同的USB设各的传输速度(全速或低速),改变在设各端的提升电阻1.5×(1±5%)kΩ的位置。这个提升电阻,也可视为设各端电阻。对于全速设备(12 Mbps),就将提升电阻接至D+信号线与电源之间的位置。如果是低速设各(1.5 Mbps),就将提升电阻接到D一信号线与电源之间的位置,如图1.15所示。这个电压源的范围为3.0~3.6 V。但对于USB 2。0的高速传输,这个提升电阻被省略,改以自动切换的方式。最后,D+与D-两条信号线在PC主机的根集线器或集线器端同时接上15 kΩ的下拉电阻并连至接地端。用户也可视这些下拉电阻为集线器端电阻。

    图1 全速设备与PC主机之间电气特性的连接图

    图2 低速设备与PC主机之间电气特性的连接图

    整个PC主机与设备之间的电气特性是如何操作的呢?首先,在设备未连接至PC主机的根集线器或集线器的连接端口时,D+与D-两条信号线因为下拉电阻的关系,几乎都视为接地,但是若有一个设各刚连接上时,由于提升电阻(1.5 kΩ)与下拉电阻(15 kΩ)形成了一个分压器;因此其中有一条数据信号线(D+或D-)的电位将被提升至电压Vdc的90%左右。此时,当集线器检测到其中的一条数据信号线趋近3 Vcc,而另外一条仍维持接地状态时就可确定有一设备已连接上。PC主机会不断地每隔一般时间来查询根集线器,检查D+与D一的电位变化,以了解设备的连接状态

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  • 外部总线是微机和外部其他设备之间的总线,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,用于设备一级的互连。 个人理解: 内部总线就是开发人员经常用到的各种协议,比如SPI总线协议、SCI总线协议...

    这种分类方式是根据离芯片远近等级分类的。

    内部总线是外设与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连。

    系统总线是各插件板与主板之间的总线,用于插件板一级的互连。

    外部总线是微机和外部其他设备之间的总线,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,用于设备一级的互连。

    个人理解:

    内部总线就是开发人员经常用到的各种协议,比如SPI总线协议、SCI总线协议、IIC总线协议、UART、GPIO、CAN、SDIO、IIS等。是CPU和外设进行控制指令,访问地址,交换数据的通信规则。如果不是开发人员,那么一般就不会接触到这个总线。

    系统总线就是我们在组装电脑时看到的各种排线,比如我们耳熟能详的PCI总线。是其他显卡、声卡、存储卡等和主板进行连接的一种通信规则。

    最后的外部总线最具代表性的就是串口、并口、USB接口、音频接口这些了。就是您的电脑连接打印机,U盘,耳机,固态硬盘时使用的通信规则了。

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  • 部分内容来自于 电子发烧友 内部总线、系统总线和外部总线汇总 部分内容来自于 知乎 前端总线,系统总线,内部总线,外部总线 本文是在两篇文章的基础上进行了二次加工,对两篇文章的精华内容进行了提炼,删掉了对...

    文章
    部分内容来自于 电子发烧友 内部总线、系统总线和外部总线汇总
    部分内容来自于 知乎 前端总线,系统总线,内部总线,外部总线

    本文是在两篇文章的基础上进行了二次加工,对两篇文章的精华内容进行了提炼,删掉了对理解主题不重要的,或已经过时的内容。并且为了更好的理解,自己又加了一些文字和图片。

    说在前面的话

    对于这样的概念不需要太过于纠结,看完以后心中有个大体的把握即可,因为概念性的东西没有标准答案,而且国内外各种资料相互“打架”,众说纷纭,造成现在这样一种概念混乱的局面。重要的是知道了这些概念之后,在以后的实际解决问题中,头脑能比较清楚就行。


    好了,正文开始

    什么是前端总线,内部总线、系统总线和外部总线?

    首先把这个问题仅限于x86平台。其他cpu架构不见得是这么分。并且仅限于2000-2009年范围。这些概念也许只有DIYer圈知道。近几年intel的动作频频,把南北桥都要合并了。这个问题,再过几年也许就没意义了。
    ++++++++++++++++++++++++++我是时间线++++++++++++++++++++++++++++++++++++
    2009年,英特尔和AMD已采用单芯片组技术,取代原有的南桥/北桥方案。Intel平台北桥被内置到CPU中。还有一些处理器,比如Intel超低压CPU、Intel Xeon D等Intel CPU已经内置南桥。


    什么是总线

    总线(Bus)是供多个部件分时共享的公共信息传送线路,一个系统的总线结构决定了该计算机系统的数据通路及系统结构。如今,几乎所有的计算机系统中都采用了总线结构。

    在微型计算机中,总线以及所连接的部件都安放在主板(Main Board)上。计算机在运
    行中对于系统内的部件和外部设备的控制都通过主板实现,主板的组成与布局也影响着系
    统的运行速度、稳定性和可扩展性。

    从另一个角度来看,如果说主板(Mother Board)是一座城市,那么总线就像是城市里的公共汽车(bus),能按照固定行车路线,传输来回不停运作的比特(bit)。这些线路在同一时间内都仅能负责传输一个比特。因此,必须同时采用多条线路才能发送更多数据,而总线可同时传输的数据数就称为宽度(width),以比特为单位,总线宽度愈大,传输性能就愈佳。

    总结:个人感觉总线就是为了主板上各种东西的通信,建立的一些逻辑电路。


    总线的分类

    总线应用很广,形态多样,从不同的角度可以有不同的分类方法。下面列举几种。

    1.按照总线传递的信号性质分类

    按照总线传递的信号性质,可将其分为 3 种。
    (1)地址总线(Address Bus,AB),用来传递地址信息。
    (2)数据总线(Data Bus,DB),用来传递数据信息。
    (3)控制总线(Control Bus,CB),用来传递各种控制信号。

    2.按照总线所处的位置分类

    按照总线所处的位置分为机内总线和机外总线。

    机内总线分为片内总线片外总线片内总线CPU 芯片内部用于在寄存器、ALU 以及控制部件之间传输信号的总线;片外总线CPU 芯片之外,用于连接 CPU、内存以及 I/O设备的总线。

    机外总线与外围设备接口的总线,实际上是一种外设的接口标准。目前在微型计算机上流行的接口标准有 IDE、SCSI、USB 和 IEEE 1394 等。

    3. 按照总线在系统中连接的主要部件分类

    按照总线在系统中连接的主要部件,可以将总线分为 5 种。
    (1)存储总线:连接存储器。
    (2)DMA 总线:连接 DMA 控制器。
    (3)系统总线:连接 I/O 通道总线和各扩展槽。
    (4)I/O(设备)总线:连接外部设备控制芯片。
    (5)局部总线:通常是一种实现高速数据传送的高性能总线,用来在高度集成的外设控制器器件,扩展板和处理器/存储器系统之间提供一种内部连接机制。

    4. 按照总线传输的数据单位分类

    按照总线传输的数据单位分为串行总线和并行总线。图 3.2 为两者示意图。
    在这里插入图片描述
    (1)串行总线按位进行传输,每次传输一个位的数据。
    (2)并行数据每次传输多位,通常有 8b、16b、32b 和 64b 等几种。所以,并行传输除了控制信号、电源等之外,要传输多少位数据,就需要多少根数据线。

    5. 按照发送端与接收端有无共同的时钟分类

    按照发送端与接收端有无共同的时钟,总线可以分为同步总线异步总线等类型。

    6. 按照系统中使用的总线数量分类

    大多数总线都是以相同方式构成的,其不同之处仅在于总线中数据线和地址线的数目,以及控制线的多少及功能。按照系统中使用的总线的条数可以分为单总线结构、双总线结构和多总线结构。

    单总线结构

    单总线结构使用一组单一的系统总线来连接 CPU、主存和 I/O 设备。在这类系统中,同一类信息在不同部件间传递时,通过同一组总线,或者说,所有的模块都挂在同一组总线上
    在这里插入图片描述
    这种总线结构连接灵活、易于扩充。单总线结构容易扩展成多 CPU 系统,这只要在总线上挂接多个 CPU 即可。因所有信息都在一组系统总线上传送,故信息传输的吞吐量受到限制。
    在这里插入图片描述

    双总线结构

    双总线结构保持了单总线结构简单、易于扩充的优点,又在 CPU 和主存之间有一组专门高速总线,使 CPU 可与主存迅速交换信息,而主存不必经过 CPU 仍可通过总线与外设之间实现 DMA 操作。这样,缓解了对系统总线和 CPU 的压力,提高了系统的效率。
    在这里插入图片描述
    由于各种设备对于总线的要求不同,在设备不断增加的形势下,总线趋向于分级的总线结构。

    三级总线结构。

    在双总线的基础上增加了I/0总线,这条线就是所有外设与“通道“通信的一条线。”通道“乍一听好像很抽象,其实就是南桥芯片。各芯片组厂商的南桥名称都有所不同,例如英特尔称之为I/O路径控制器(ICH)或平台路径控制器(PCH)。
    在这里插入图片描述
    上图中的”通道“就是下图的局部I/O控制器,I/O总线就是下面的扩展总线。
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    这种三级总线结构一般用于 I/O 设备性能相差不大的情况。在高速的视频设备、网络、硬盘等大量涌现的情况下,将它们与低速设备(如打印机、低速串口设备)接在同一条总线上,非常影响系统的效率。进一步的改进是为这些高速设备设立一条单独的高速总线,形成如图 3.4 所示的由系统总线、局部总线、高速总线和扩展总线组成的四级总线结构
    在这里插入图片描述

    上面已经对总线进行比较全面的分类,不过仅仅只是分了类,缺乏一些详细的内容,下面的部分就来补充一下,帮助理解的更全面。

    补充

    1、总线按功能和规范可分为五大类型:数据总线地址总线控制总线扩展总线局部总线

    地址总线:是专门用来传送地址的,由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口,所以地址总线总是单向的,这与数据总线不同,地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小

    控制总线:用来传送控制信号时序信号。控制信号中,有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的;也有是其它部件反馈给CPU的,比如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。

    • 一般规定送入 CPU 的信号称为输入信号(IN),从 CPU 发出的信号称为输出信号(OUT)。例如,地址总线是输出线,数据总线是双向传送,控制总线一般是单向的,有输出的也有输入的,如下图
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    数据总线地址总线控制总线也统称为系统总线,即通常意义上所说的总线。常见的系统总线看下面的图
    在这里插入图片描述
    上述这些标准中有些已经被淘汰,有些正在被应用,有些即将被应用

    2、按照传输数据的方式划分,可以分为串行总线并行总线。串行总线中,二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件;并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。

    3、按照时钟信号是否独立,可以分为同步总线异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据,而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线,RS232采用异步串行总线。

    4、微机中总线一般有内部总线系统总线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。
    在这里插入图片描述


    内部总线

    内部总线原是指南桥芯片与北桥芯片之间的连线。下图南北桥中间的Internal Bus就是内部总线
    在这里插入图片描述
    在早期的主板上,对于Intel来说,这条内部总线有专门的名字,叫DMI(Direct Media Interface,直接媒体接口)。

    现在英特尔和AMD已采用单芯片组技术,取代原有的南桥/北桥方案。所以现在的内部总线不再是原来的意思了。

    外部总线上,还有一些零碎的低速小芯片。这个一般用户接触不到,是给制造商的开发人员用的。例如网卡需要一片eeprom来存唯一的MAC地址。很多pci卡上都能找到这些小flash。某些pci卡还有温度传感器。网卡的MAC和PHY之间也要有总线来读取链接速度、是否link等信息。控制这些小芯片使用诸如I2C SPI总线,即所谓的内部总线。

    科普时间

    I2C总线:I2C(Inter-IC)总线是同步通信的一种特殊形式,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。

    SPI总线:SPI(Serial Peripheral Interface:串行外设接口)。SPI接口主要应用在EEPROMFLASH,实时时钟之间。


    前端总线

    前端总线(FSB,Front Side Bus)是指中央处理器数据总线的专门术语,此总线负责中央处理器和北桥芯片间的数据传递。现在的x86处理器内置了存储器控制器,FSB已被Intel QPI和AMD HyperTransport取代,QPI和HyperTransport在下面有科普。

    某些带有L2和L3缓存(Cache)的CPU,通过后端总线(Back Side Bus,下面会介绍后端总线)实现这些缓存和中央处理器的连接,而此总线的数据传输速率总是高于前端总线。

    通俗的说,前端总线(FSB)就是CPU和北桥、内存的连接总线了。北桥是PCI/PCIe 总线的发源地。但是由于技术的进步,FSB已经被取代,AMD很早就开始采用自己的HyperTransport(后续版本更改为HyperTransport Link简称HT link)代替了FSB来提高cpu与内存等芯片的数据传输速度,而intel亦采用QuickPathInterconnect(QPI)技术。但是总体上讲,这两种技术都是FSB的进化。

    科普时间

    QPI

    快速通道互联(英语:Intel QuickPath Interconnect,缩写:QPI),是一种由英特尔开发并使用的点对点处理器互连架构,用来实现CPU之间的互联。英特尔在2008年开始用QPI取代以往用于至强(Xeon)、安腾处理器的前端总线(FSB)。

    HyperTransport

    HyperTransport总线技术,简称“HT总线”,是AMD开发的一种处理器的互连技术。

    前方高能 HT and HTT

    卖场中常有“HT总线”与日后英特尔“HT技术”的混淆,然而这两个是截然不同的技术。HT一般指HyperTransport,或简称HT总线,一般情况下HyperTransport联合会都是使用全称“HyperTransport”以免造成歧义。而应用于奔腾4处理器、英特尔Nehalem微架构及其后续微架构之处理器的“HT技术”,英特尔的官方简称是HTT,Hyper-Threading Technology 或简称HT Technology(HT技术)。


    后端总线

    后端总线(BSB,Back Side Bus):带有L2和L3缓存(Cache)的计算机中,负责中央处理器和外部缓存(经常为第二级缓存)之间的数据传递的数据通道。后端总线传输速率总是高于前端总线。用于处理缓存数据的后端总线实际上是以CPU时钟速度运行。在在90年代中期,后端总线曾是保持数据移动的重要路径。Intel公司的Pentium II和Pentium Pro都使用所谓的芯片外缓存(Cache),与保存在传统内存中的数据相比,这类缓存将经常使用的数据靠近(在访问数据所需的距离和时间上)主处理单元保存。连线将CPU连接到第二级(L2)缓存并以CPU时钟速度在CPU与L2缓存之间交换数据。
    在这里插入图片描述


    系统总线

    特指 PCI/PCIe 总线。这是Intel主导发展的总线标准。

    什么?还有EISA、VESA总线?请把他们遗忘在20世纪吧。胜者为王。

    人的大脑和其他的器官、四肢,大部分靠脊髓相连。PCI/PCIe 总线 ,就相当于x86架构机器的脊髓。其他内部总线、外部总线,都是挂在系统总线上的。USB、SATA、1394,统统是 PCI/PCIe 总线的下级。主要因为PCI/PCIe 总线带宽高;拥有硬件探测能力;改进的标准能热插拔。顺带提一下,因为PCI/PCIe 总线的硬件探测能力,加上微软定义的几套PC制造标准,我们才能一张xp盘装无数的x86机器。

    科普时间

    PCI总线:PCI(Peripheral Component Interconnect)外设元件互连标准。PCI总线是当前最流行的总线之一,它是由Intel公司推出的一种系统总线。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总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA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。
    在这里插入图片描述
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    外部总线

    诸如USB,SATA,IDE,1394,串口,以太网,这些暴露给普通用户插的,就是外部总线。前面提到过,他们都是PCI/PCIe 总线 的下级。例如在PCI/PCIe 总线上,USB控制器是pci设备。在USB总线上,USB控制器又是头头,U盘是设备。 U盘里的数据想去cpu,得经由 usb总线 -->pci总线–>前端总线–>CPU

    科普一下USB
    USB总线:通用串行总线USB是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom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。
    在这里插入图片描述

    总结:

    PC上一般有五种总线:

    • 数据总线(Data Bus):在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。
    • 地址总线(Address Bus):用来指定在RAM(Random Access Memory)之中储存的数据的地址。
    • 控制总线(Control Bus):将微处理器控制单元(Control Unit)的信号,传送到周边设备,一般常见的为USB Bus和1394 Bus
    • 扩展总线(Expansion Bus):可连接扩展槽和电脑。
    • 局部总线(Local Bus):取代更高速数据传输的扩展总线。

    PS

    做底层开发的,其实根本不关心内部总线、外部总线、系统总线这些叫法,因为这些叫法都不标准,充满歧义。真正干活时,总是明确地指出总线的具体名称:USB、PCIE、I2C、SPI。

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  • 原文地址:...   内部总线,外部总线,系统总线 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

     原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d4fecb2010008zl.html

     

    内部总线,外部总线,系统总线

    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
    ----1I 2C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SPIserial 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MCUSPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以,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SCIserial 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
    ----1ISA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8028680486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Compaq9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

    ----3VESA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386SX386DX486SX486DX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64PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小,其功能比VESAISA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ISAEISAMCAmicro 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ISASTDVMEPC/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EIAElectronic 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5075100150300600120024004800960019200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,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USBuniversal serial bus是由IntelCompaqDigitalIBMMicrosoftNECNorthern Telecom7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

     

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    千次阅读 2018-07-30 09:16:06
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空空如也

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