第六节 总线结构
一个计算机系统由主机和外设组成，而主机又是由各种大规模集成电路芯片为核心的多种插件组成。所以插件与插件之间，同一插件芯片与芯片之间，或者系统与系统之间都需要用通信线路连接起来。所谓 总线，就是若干互连线的集合。由它构成芯片之间，插件之间及系统之间标准信息通路。一块插件中芯片中的互连线称为芯片总线，插件与插件之间的互连线称为内总线或系统总线。如CPU板与存储器板，DMA 控制器板或接口板之间的连线就是内总线。系统与系统之间的互连线称为外总线或通信总线，如微机系统与微机之间，微机系统与仪器仪表之间等，这种总线不是微机系统所特有的。图7-14是三种总线的示意图总线技术在微型计算机中得到广泛的应用。
其主要原因是:
1.用总线连接的系统,结构简单清晰,扩充与更新方便,便于维修.例如,在规模扩充时,只需往总线上多 插几块同类型的插件板;在功能扩充时,只需插入符合总线标准的插件板,在系统更新时,一般只需更换插件。出现故障时,可以用同类插件替换寻找故障,查到后,换一块好的插件即可.
2.简化硬件,软件的系统设计,硬件设计時,只需按照总线规范设计插件板,且所设计的插件板具有很好的 互换性和通用性,便于大批量生产.有利于提高质量和产品系列化.从软件角度看,插件式硬件结构带来了 软件设计的模块化,有利于节约软件调试工时,且模块化程序可为多用户重复使用.
3.采用总线标准,有利于微型机系统模块间接口的标准化,便于用各公司生产的互相兼容的模块组成系统 可使用户将不同厂家买来的话原型产品装入自制或外购的机箱方便灵活的构成各种系统,为微型机在各个领域 的应用提供了条件.
所以一个微型机系统中,所有的地址,数据和控制信号都要通过总线传送,总线对整个系统的组成和结构产生很大影响.目前在美国和其它国家使用着各种不同的微机系统总线,美国IEEE作为标准草案推荐 的系统总线有S-100总线,MULTLBUS总线,在工业控制中,多采用STD总线,这些总线将在接口一书中介绍 由于IBM PC系列机在国际市场上销售量大,INTEL公司为该机配置了62线总线,每个PC机上留有5～8个 总线插槽,便于PC机内存扩充及配置各种不同接口板,组成不同的机器.下面介绍这种总线.
IBM PC总线也叫做IBM PC的输入输出通道,它是8088微处理器总线的一个扩充,是PC机自己定义的一种 总线.它包括8位的双向数据总线,20位的地址总线,6根中断信号线,3根DMA控制线,4根电源线,以及其它各种 控制线共62根,其引脚分配见图7-42所示.
这些信号线按功能分成以下5类:
1.地址线A19～A0(20根)
地址线用来指示内存地址或输入输出设备地址,当用来指示输入输出地址时,A19～A10线无效,仅用A9～A0 表示,故IBM PC通道上I/O设备的编址可达1024个.地址线上的信号(地址码)可以由CPU生成,也可以由DMA控制 器生成,A19为最高位,A0为最低位,寻址空间可达2的20次方,即1MB.
2.数据线D7～D0(8根)
8根数据线用来在中央处理器,存储器和各种输入输出控制器之间传送数据,他们是双向的,每次可传送 一个字节.
3.控制线(21根)
(1)中断请求线IRQ2～IRQ7(6根).这些线可作为输入输出控制器向中央处理器发出中断请求之用.
(2)直接内存请求线DRQ1~~DRQ3及其响应信号低DACK0~~低DACK3(7根).用作外部设备请求DMA服务. 当某外部设备控制器需要直接与内存交换数据时(例如软磁盘的读或写操作),相应的请求线电平 当DMA收到请求信号后,即发相应的认可信号DACK1~DACK3,通知外设控制器准备好传送数据,并使请求线变为低电平.DACK0专用来刷新系统动态存储器.
(3)读写信号IOR,IOW,MEMR,MEMW(4根),其中和是I/O接口输入和输出控制,指示CPU正在执行的是输入指令还是输出指令 所以数据总线上的数据是与输入输出控制器有关的.而MEMR和MEMW两个信号由CPU或DMA控制器发生 用来要求内存进行读出或写入.
(4)RESET DRV是一个总请信号,用来使系统初始化.通常在系统加电时或利用键盘进行热启动时发出. AEN信号用于DMA操作,当它为高电平,所有地址线,数据线及IOR,IOW,MEMR和MEMW等均受DMA控制器 控制不受CPU控制.ALE是地址锁存选通信号,此信号用于输入输出通道作为有效的CPU地址的指示 (与AEN配合时).T/C是一个脉冲信号,在进行DMA传送数据,一旦达到預定地传送字数,会发出T/C信号.
4.状态线(2根)
I/O CHCK用来向CPU指出输入输出通道上的扩充存储器或外设发现了奇偶错误,如果允许的话,它 会向CPU发出一个不可屏蔽中断(NMI).I/O CHRDY是就绪信号,他的作用是使CPU与较慢速度的输入输出 控制器芯片或扩展存储器芯片同步,正常情况下它应为高电平当慢速存储器芯片或输入输出控制 芯片被CPU访问时,该信号降为低电平,于是引起CPU产生的读写周期降低到840ns,输入输出读写 周期降到1.05微秒.
5.辅助线及电源线(11根)
OSC是系统板提供给输入输出总线的主振荡器信号,周期为70NS,占空比为50%.CLK是系统时钟信号 ,周期为216ns,占空比为33%.此外还有電源线5根,地线3根,备用线1根.