計算機總線技術基礎知識

任何一個微處理器都要與一定數量的部件和外圍設備連接，但如果將各部件和每一種外圍設 備都分別用一組線路與 CPU 直接連接，那么連線將會錯綜復雜，甚至難以實現。為了簡化 硬件電路設計、簡化系統結構，常用一組線路，配置以適當的接口電路，與各部件和外圍設 備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結構便于部件和設備的擴充，尤其制定 了統一的總線標準則容易使不同設備間實現互連。
----微機中總線一般有內部總線、系統總線和外部總線。內部總線是微機內部各外圍芯片與 處理器之間的總線，用于芯片一級的互連；而系統總線是微機中各插件板與系統板之間的總 線，用于插件板一級的互連；外部總線則是微機和外部設備之間的總線，微機作為一種設備， 通過該總線和其他設備進行信息與數據交換，它用于設備一級的互連。
----另外，從廣義上說，計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應的通信總線被 稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實時性好，但由于占用的口線多，不適于小型 化產品；而串行通信速率雖低，但在數據通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡 易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。
----隨著微電子技術和計算機技術的發展，總線技術也在不斷地發展和完善，而使計算機總 線技術種類繁多，各具特色。下面僅對微機各類總線中目前比較流行的總線技術分別加以介 紹。

一、內部總線

----1．I2C 總線
----I2C（Inter-IC）總線 10 多年前由 Philips 公司推出，是近年來在微電子通信控制領域廣泛 采用的一種新型總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡化， 器件封裝形式小，通信速率較高等優點。在主從通信中，可以有多個 I2C 總線器件同時接到 I2C 總線上，通過地址來識別通信對象。
----2．SPI 總線
----串行外圍設備接口 SPI（serial peripheral interface）總線技術是 Motorola 公司推出的一種
同步串行接口。Motorola 公司生產的絕大多數 MCU（微控制器）都配有 SPI 硬件接口，如
68 系列 MCU。SPI 總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強，所以，與 SPI 有關的軟
件就相當簡單，使 CPU 有更多的時間處理其他事務。

----3．SCI 總線
----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、系統總線

----1．ISA 總線
----ISA（industrial standard architecture）總線標準是 IBM 公司 1984 年為推出 PC/AT 機而建 立的系統總線標準，所以也叫 AT 總線。它是對 XT 總線的擴展，以適應 8/16 位數據總線要 求。它在 80286 至 80486 時代應用非常廣泛，以至于現在奔騰機中還保留有 ISA 總線插槽。 ISA 總線有 98 只引腳。
----2．EISA 總線
----EISA 總線是 1988 年由 Compaq 等 9 家公司聯合推出的總線標準。它是在 ISA 總線的基 礎上使用雙層插座，在原來 ISA 總線的 98 條信號線上又增加了 98 條信號線，也就是在兩 條 ISA 信號線之間添加一條 EISA 信號線。在實用中，EISA 總線完全兼容 ISA 總線信號。
----3．VESA 總線
----VESA（video electronics standard association）總線是 1992 年由 60 家附件卡制造商聯合 推出的一種局部總線，簡稱為 VL(VESA local bus)總線。它的推出為微機系統總線體系結構 的革新奠定了基礎。該總線系統考慮到 CPU 與主存和 Cache 的直接相連，通常把這部分總 線稱為 CPU 總線或主總線，其他設備通過 VL 總線與 CPU 總線相連，所以 VL 總線被稱為 局部總線。它定義了 32 位數據線，且可通過擴展槽擴展到 64 位，使用 33MHz 時鐘頻率， 最大傳輸率達 132MB/s，可與 CPU 同步工作。是一種高速、高效的局部總線，可支持 386SX、
386DX、486SX、486DX 及奔騰微處理器。
----4．PCI 總線
----PCI（peripheral component interconnect）總線是當前最流行的總線之一，它是由 Intel 公 司推出的一種局部總線。它定義了 32 位數據總線，且可擴展為 64 位。PCI 總線主板插槽的 體積比原 ISA 總線插槽還小，其功能比 VESA、ISA 有極大的改善，支持突發讀寫操作，最 大傳輸速率可達 132MB/s，可同時支持多組外圍設備。 PCI 局部總線不能兼容現有的 ISA、 EISA、MCA（micro channel architecture）總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一 代微處理器而發展的總線。

----5．Compact PCI
----以上所列舉的幾種系統總線一般都用于商用 PC 機中，在計算機系統總線中，還有另一 大類為適應工業現場環境而設計的系統總線，比如 STD 總線、 VME 總線、PC/104 總線等。 這里僅介紹當前工業計算機的熱門總線之一——Compact PCI。
----Compact PCI 的意思是“堅實的 PCI”，是當今第一個采用無源總線底板結構的 PCI 系統， 是 PCI 總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業組裝標準，是當今最新的一種工業計算機標 準。Compact PCI 是在原來 PCI 總線基礎上改造而來，它利用 PCI 的優點，提供滿足工業環 境應用要求的高性能核心系統，同時還考慮充分利用傳統的總線產品，如 ISA、STD、VME 或 PC/104 來擴充系統的 I/O 和其他功能。

二、外部總線

----1．RS-232-C 總線
----RS-232-C 是美國電子工業協會 EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物 理接口標準。RS 是英文“推薦標準”的縮寫，232 為標識號，C 表示修改次數。RS-232-C 總線標準設有 25 條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數情況下主要使用主通 道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條發送線、一條接收線及一條地線。 RS-232-C 標準規定的數據傳輸速率為每秒 50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 波特。RS-232-C 標準規定，驅動器允許有 2500pF 的電容負載，通信距離將受 此電容限制，例如，采用 150pF/m 的通信電纜時，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 屬單端信號傳送，存在共 地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于 20m 以內的通信。
----2．RS-485 總線
----在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用 RS-485 串行總線標準。RS-485 采用平 衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測 低至 200mV 的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485 采用半雙工工作方式， 任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制。RS-485 用于 多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用 RS-485 可以聯網構成分布式系統，其允 許最多并聯 32 臺驅動器和 32 臺接收器。
----3．IEEE-488 總線
----上述兩種外部總線是串行總線，而 IEEE-488 總線是并行總線接口標準。IEEE-488 總線
用來連接系統，如微計算機、數字電壓表、數碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用
IEEE-488 總線裝配起來。它按照位并行、字節串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總 線方式，儀器設備直接并聯于總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接 15 臺設備。最 大傳輸距離為 20 米，信號傳輸速度一般為 500KB/s，最大傳輸速度為 1MB/s。
----4．USB 總線
---通用串行總線 USB（universal serial bus）是由 Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、 NEC、Northern Telecom 等 7 家世界著名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。 它基于通用連接技術，實現外設的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展 PC 連接 外設范圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供 電系統。另外，快速是 USB 技術的突出特點之一，USB 的最高傳輸率可達 12Mbps 比串口 快 100 倍，比并口快近 10 倍，而且 USB 還能支持多媒體。