总线与总线标准
总线的标准
总线的标准包括以下几个方面：
ISA总线：是一种计算机本地总线标准，定义了计算机应如何与低速的I/O设备（如键盘、打印机等）通信。
EISA总线：扩展工业标准体系（Extended Industry Standard Architecture），主要用于286微机。
EISA对ISA完全兼容。
VESA总线：视频电子标准协会(Video Electronic Standard Association)，是按照局部总线标准设计的一种开放总线，只适合于486的一种过渡标准，已淘汰。
PCI总线：外围设备互联(Peripheral Component Interconnection)，PCI局部总线是高性能的32位或64位总线，它是专门为高集成度的外围部件、扩充插板和处理器/存储器系统而设计的互连机制。
以上就是一些常见的总线标准，如需了解更多信息，请查阅专业书籍或咨询专业人士。
总线标准有哪些
总线标准有哪些总线标准是指计算机系统中用于连接各个硬件设备的通信标准。
它规定了数据传输的格式、速率、协议等，是计算机系统中非常重要的一部分。
在计算机领域中，总线标准的不同会直接影响到硬件设备的兼容性和性能表现。
下面我们将介绍一些常见的总线标准。
1. PCI总线标准。
PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是一种用于连接扩展卡的总线标准，它是目前应用最为广泛的总线标准之一。
PCI总线标准规定了数据传输的格式、时序、电气特性等，支持热插拔和即插即用功能。
PCI总线标准有多个版本，包括PCI、PCI-X和PCI Express等，它们在传输速率和带宽上有所不同，适用于不同的硬件设备。
2. USB总线标准。
USB（Universal Serial Bus）总线是一种用于连接外部设备的总线标准，它是目前应用最为广泛的外部设备连接标准之一。
USB总线标准支持热插拔、即插即用功能，能够连接各种外部设备，如鼠标、键盘、打印机、摄像头等。
USB总线标准有多个版本，包括USB 1.0、USB 2.0、USB 3.0和USB 3.1等，它们在传输速率和功耗管理上有所不同，适用于不同类型的外部设备。
3. SATA总线标准。
SATA（Serial ATA）总线是一种用于连接存储设备的总线标准，它是目前应用最为广泛的存储设备连接标准之一。
SATA总线标准支持高速数据传输，能够连接硬盘、固态硬盘等存储设备。
SATA总线标准有多个版本，包括SATA 1.0、SATA 2.0和SATA 3.0等，它们在传输速率和数据传输协议上有所不同，适用于不同类型的存储设备。
4. Ethernet总线标准。
Ethernet总线是一种用于局域网通信的总线标准，它是目前应用最为广泛的局域网通信标准之一。
Ethernet总线标准规定了数据帧的格式、传输速率、碰撞检测等，能够连接多台计算机和网络设备，实现数据通信和共享。
总线与总线标准
率的通信。SerDes技术将广泛应用于各种高速总线和接口协议中，推
动总线技术的发展。
03 总线的应用领域
工业控制领域
实时性要求高
安全可靠性
工业控制领域中，总线需要满足高实 时性要求，确保设备之间的快速通信 和精确控制。
工业控制领域对安全可靠性要求极高， 总线需要具备高度的稳定性和可靠性， 以避免因通信故障导致的生产事故。
灵活性高
总线结构允许节点在总线上任意接入 或断开，提高了系统的灵活性。
总线的缺点
带宽有限
总线的带宽有限，限制了数据 的传输速率。
竞争激烈
多个节点共享总线资源，导致 资源竞争激烈，影响系统性能 。
故障排除困难
一旦总线发生故障，故障排除 比较困难。
对线缆要求高
总线结构的线缆要求较高，需 要高质量的线缆以保证信号传
灵活性
通信领域中，总线需要具 备较好的灵活性，能够适 应不同传输介质和传输距 离的需求。
计算机硬件领域
高速数据传输
计算机硬件领域中，总线需要满 足高速数据传输的要求，确保
CPU、内存、硬盘等硬件设备之 间的快速信息交换。
兼容性
计算机硬件领域中，总线需要遵 循国际通用的标准协议，以确保
不同硬件设备之间的兼容性。
扩展性
计算机硬件技术不断发展，总线 需要具备良好的扩展性，以适应 新的硬件设备和更高的性能要求。
04 总线的优缺点分析
总线的优点
可靠性高
总线结构简单，减少了故障发生的可 能性，提高了系统的可靠性。
可扩展性强
总线采用分支结构，方便增加和减少 节点，具有良好的可扩展性。
成本低
总线结构减少了线缆的使用量，降低 了布线和维护成本。
第4章 总线技术与总线标准
一、选择1. 总线是一种（ ① ），由系统中各部件所共享，在（ ② ）的控制之下将信息准确地传送给（ ③ ）。
A 、公共信号通道B 、专用地信号连线C 、主设备D 、中断源E 、从设备F 、信号源2. 下面关于总线的叙述中，错误的是( )。
A 、总线位宽指的是总线能同时传送的最大数据位数B 、总线标准是指总线传送信息时应遵守的一些协议与规范C 、PCI 总线不支持突发成组传送D 、总线带宽是指单位时间内总线上可传送的最大数据量3. 74138译码器通常用于产生片选信号，其译码输入端应与系统的（ ）总线相连。
A 、地址B 、数据C 、控制D 、串行4. 按总线共享原则，为避免信号逻辑的混乱和器件的损坏，（ ）一个以上的输出引脚共享一条信号线。
A 、禁止B 、允许C 、当引脚较少时允许D 、当输出引脚有三态功能时允许5. 设异步串行接口电路中波特率因子为64，则接收端在确定起始位后应每隔（ ）个时钟周期对串行数据接收线采样一次。
A 、8B 、16C 、32D 、646. CPU 对存储器或I/O 端口完成一次读/写操作所需的时间称为一个（ ）。
A 、指令周期B 、总线周期C 、时钟周期D 、传输周期7. 处理器完成一个基本操作所用时间的最小单位是通常称为（ c ）周期，而完成一次存储器读/写操作所用时间通常称为（ b ）周期。
A 、指令周期B 、总线周期C 、时钟周期D 、循环周期8. 某系统总线时序如下图所示，可知该系统最大寻址空间为（ ① ）；数据线D0-7上传送的是（②）信息；总线可能采用（ ③ ）时序控制方式。
① A. 1KB B. 2KBC. 4KBD. 8KB② A. 写入到存储器的 B. 写入到端口的 C. 从存储器读出的 D.从端口读出的 ③ A. 异步 B. 同步 C. 周期挪用 D.以上都不对9. 为提高总线驱动能力通常可采用（ ）。
A 、译码器B 、多路转换器C 、采样保持器D 、三态缓冲器地址数据地址CLK IO /( /M) D0-7A0-10 (/WR) / RD10.通常来说，同种总线上的数据传送速率与距离成( )。
glink总线标准
glink总线标准
Glink总线标准是一种用于嵌入式系统中的串行通信接口标准。
Glink总线标准定义了数据通信的协议，包括数据传输速率、电气特性、通信信号和数据格式等。
它一般应用于连接各种控制器、传感器、执
行器和其他外围设备的嵌入式系统中。
Glink总线标准具有以下特点：
1. 高速传输：Glink总线可以支持高速数据传输，通常可以达到几百Mbps的速率。
2. 低功耗：Glink总线使用低功耗技术，适合于移动设备和嵌入式系统。
3. 可靠性：Glink总线具有错误检测和纠正机制，可以保证数据传输
的可靠性。
4. 简化接口：Glink总线采用串行通信接口，减少了硬件接口的复杂性。
5. 灵活性：Glink总线可以支持点对点、多点和广播通信模式，适用
于不同的应用场景。
Glink总线标准提供了一种高速、低功耗、可靠和灵活的通信接口，广泛应用于嵌入式系统中。
can总线相关标准
can总线相关标准
CAN总线相关的标准主要包括ISO 11898和ISO 11519。
ISO 11898标准定义了通信速率为125kbps～1Mbps的高速CAN通信标准，属于闭环总线，传输速率可达1Mbps，总线长度≤40米。
ISO 11519-2标准定义了通信速率为10～125kbps的低速CAN通信标准，属于开环总线，传输速率为40kbps时，总线长度可达1000米。
此外，ISO 11898-1至-3规定了CAN总线的物理层，主要定义了CAN总线的基本电气特性，如位速率、位编码、位同步等，同时对CAN总线的物理接口，包括连接方式、信号幅度和阻抗等进行了规定。
ISO 11898-4至-7规定了CAN总线的数据链路层，主要定义了如何实现节点间的数据传输和错误检测。
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can总线的标准(一)
can总线的标准(一)CAN总线的标准1. 简介CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线是一种常用于汽车电子系统的通信协议。
它广泛应用于汽车领域，并逐渐渗透到其他领域。
CAN总线的标准化使得不同厂商的设备能够互联互通，提高了系统的可靠性和稳定性。
2. 标准化过程ISO 11898ISO 11898标准是CAN总线的基础标准，规定了物理层和数据链路层的要求。
它定义了CAN总线的传输速率、信号电平、线缆类型等关键参数，确保了不同设备之间的兼容性。
ISO 16845ISO 16845标准是CAN总线的高层协议标准，定义了CANopen协议的物理层和数据链路层。
CANopen是一种在CAN总线上实现的通信协议，用于设备之间的数据交换和控制。
ISO 16845确保了不同厂商的CANopen设备的互操作性。
SAE J1939是一种基于CAN总线的通信协议，广泛应用于商用车辆领域。
它定义了CAN总线上节点之间的消息格式、ID分配和协议规则等内容，使得不同厂商的商用车辆能够实现互联互通。
3. CAN总线的优势•高可靠性：CAN总线采用冗余机制和差错校验，能够在数据传输过程中检测和纠正错误，提高了系统的可靠性。
•高扩展性：CAN总线支持节点的动态增减和消息的动态分配，使得系统的扩展更加灵活。
•高实时性：CAN总线的通信速率较高，能够满足实时控制和数据传输的要求。
•简化布线：CAN总线使用双线传输，相对于传统的点对点连接，减少了线缆的使用量和布线的复杂性。
4. CAN总线的应用•汽车电子系统：CAN总线广泛应用于汽车中的电子控制单元（ECU）之间的通信，如发动机控制单元、刹车系统等。
•工业自动化：CAN总线可用于连接不同的工业设备，实现数据交换和控制，提高生产效率。
•医疗设备：CAN总线能够连接医疗设备，如监护仪、输液泵等，实现数据的传输和设备的控制。
CAN总线的标准化使得不同厂商的设备能够互联互通，提高了系统的可靠性和稳定性。
总 线 概 述
通信总线
用于主机和I/O设备或者微 机系统与微机系统之间通信 的总线，又称为外部总线。
1）按总线分级 结构划分
系统总线
通常一个模块就是一块插件 板，各个插件板的插座之间采 用总线连接，以实现相互间的 信息交换和数据传输，这样的 总线叫做系统总线。
2）按总线功能或信号类型划分
地址总线 用于传输地址信息， 一般采用三态逻辑。
寻址阶段
取得总线使用权的主控模块，通过总线发出本 次打算访问的从属模块的地址及有关命令，以 启动参与本次传输的从属模块。
传输阶段
主控模块和从属模块之间进行数据传输，数据 由源模块发出经数据总线流入目的模块。
结束阶段
主控模块的有关信息均从系统总线上撤 除，让出总线。
2021年1月30日星期六
1.3 总线标准的基本内容
2021年1月30日星期六
2.总线的分类
CPU总线
又称为片内总线，是微机系统 中速度最快的总线，位于CPU内 部，作为运算器、控制器、寄 存器组等功能单元之间的信息 通路。
局部总线
直接连接到CPU总线的I/O总 线，因此使有高需求的外设和 处理器更密集地集成，为外设 提供了更宽更快的高速通路。
2021年1月30日星期六
此种方式是前两种方式的折中。 从总体上看，它是一个同步系 统，仍用系统时钟来定时，用 某一时钟脉冲的前沿或后沿判 断某一信号的状态，或控制某 一信号的产生或消失，使传输 操作与时钟同步。
2021年1月30日星期六
1.5 PC系列机中系统总线的发展简介
早期的PC系列机采用的系统总线叫PC总线、PC/AT总线，后来经 过标准化后称为ISA（Industrial Standard Architecture）总线。 为了赢得市场，IBM公司公布了ISA总线的全部规范和机器的硬件结构。 这确实见效，其机器迅速占领微机市场，但随之而来出现了一大批兼 容机厂家。为此IBM公司在推出第一台80386机时创立了一种和ISA总 线不兼容的MCA（Micro Channel Architecture）总线。IBM公司吸取 以前的教训，未公布其标准，企图垄断市场。
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CPU
存
储
器
HOST主桥
PCI总线
PCI显卡
PCI网卡
基于PCI总线的处理器系统
注：有些处理器 系统可能含有多
个HOST主桥
前端总线
PCI总线
PCI总线的主要特点（1）
地址空间隔离
◦ PCI设备具有独立的地址空间，即PCI总线地址空间 ◦ PCI总线地址空间与存储器地址空间通过HOST主桥隔离
HOST主桥地址转换示例
传输C 完成
时序图4： HTRANS和HBURST信号示例
传输开始
传输进行中
地址总线空闲
IDLE
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
时序图5：地址回卷的四个数据的传输
IDLE
地址回卷
*HWRITE信号：1表示写传输，0表示读传输
场景六
在Burst传输的过程中，主模块未准备好
1. 主模块无法提供写数据 2. 主模块无法接收读数据
PCI插槽
PCI-SIG组织
PCI-SIG
◦ PCI Special Interest Group，PCI特别兴趣组 ◦ 1992年成立，现有900多个企业成员 ◦ 该组织拥有并管理作为业界开放标准的PCI规范
AGP（Accelerated Graphics Port）
1996年，3D显卡时代的到来
处理器访问PCI设备 时，必须通过HOST 前端总线 主桥进行地址转换
地址A
地址A’
PCI总线
HOST主桥地址转换示例
前端总线
地址B
PCI设备访问主存储器时 （DMA），必须通过
HOST主桥进行地址转换
PCI总线
地址B’
PCI总线的主要特点（2）
可扩展性强
◦ HOST主桥可以直接管理一条PCI总线 ◦ 第一条总线可以通过PCI-to-PCI桥（简称PCI桥）扩展出一系
3、功能特性 • 给出各总线信号的名称及功能定义
4、规程特性 • 对各总线信号的动作过程及时序关系进行说明
片上总线标准一般 只包含第3、4两项
为什么？
总线标准的两种产生途径
事实标准
◦ 计算机系统厂家所采用的一种总线，由于其性能优越，逐渐形 成一种被业界广泛支持和承认的事实总线标准
国际标准
◦ 在国际标准组织或机构主持下开发和制定的总线标准，公布后 由厂家和用户使用
immediately. The transfer should be ignored by the slave.
Indicates the first transfer of a burst or a single transfer.
10 NONSEQ The address and control signals are unrelated to the
版本 最大速率
速率名称
发布时间
USB1.0 192KB/s 低速（Low-Speed） 1996年1月
USB1.1 1.5MB/s 全速（Full-Speed） 1998年9月
USB2.0 60MB/s 高速（High-Speed） 2000年4月 USB3.0 640MB/s 超速（Super-Speed） 2008年11月
主要内容
通过学习本课程 了解计算机的发展历程，理解计算机的组成原理，掌握计算机的设计方法
Ⅰ AHB总线协议分析（续） Ⅱ 系统总线的发展 Ⅲ PCI总线结构 Ⅳ PCI总线协议分析
总线逻辑电路示意图
仲裁器
授 权
申请
主模块 1
地址和控制
写数据
主模块 2
读数据 和响应
译码器
选中
从模块 1
从模块 2
从模块 3
IBM PC及其兼容产品的广泛应用
◦ PC/AT总线规范逐渐标准化，形成ISA总线标准 ◦ ISA总线最大数据传输率8MBps和16MBps
EISA总线
1988年，32位80386 CPU广泛使用
◦ ISA的传输速率无法满足32位80386 CPU的需求 ◦ 康柏、惠普、AST、爱普生等九家厂商协同将ISA总线扩展到
列PCI总线 ◦ 以HOST主桥为根节点，可以形成一棵PCI总线树，最多挂接
256个PCI设备（包括PCI桥）
总线类型 PCI
总线频率 33MHz 66MHz
峰值带宽 133MB/s 266MB/s
负载能力 4-5个插槽 1-2个插槽
PCI总线树示例
PCI总线0 PCI总线1
PCI总线的主要特点（3）
北京大学本科生主干基础课 北京大学信息科学技术学院本科生必修课
北京大学 Peking University
2015.6.3
第十三讲 总线及总线标准（2）
本讲要点
首先继续以AMBA 2.0 AHB总线协议为实例进行分析， 其次介绍系统总线的发展历程，然后讲解PCI总线的结构和 协议特点。
阅读教材《微型计算机……》：14.2~14.5 阅读“AMBA Specification” (Rev 2.0) ：Ch3
AGP插槽
*工作频率均为66MHz
PCI插槽
PCI Express
标准的提出
◦ 2001年，英特尔提出3GIO总线的概念 ◦ 2002年，更名为PCI Express，由PCI-SIG组织正式推出
全新的基础架构
◦ 串行方式传输数据，依靠高频率获得高性能 ◦ 全双工运作模式，同时进行数据发送和接收 ◦ 点对点连接结构，而非传统的共享结构
动态配置机制
◦ PCI总线不需要使用硬件跳线解决设备间的地址冲突（ISA或 者EISA接口卡使用该方式）
主模块控制信号：HTRANS
HTRANS[1:0]定义传输中各周期的类型
编码 类型
说明
Indicates that no data transfer is required. The IDLE
00
IDLE transfer type is used when a bus master is granted the bus,
◦ 英特尔在PCI基础上研发出AGP标准
◦ AGP是专用于显卡的高速点对点通道
AGP 1.0（1996年） 带宽：266MBps （1X模式）
533MBps （2X模式） AGP 2.0（1998年） 带宽：1.06GBps（4X模式） AGP 3.0（2000年） 带宽：2.1GBps（8X模式）
32位宽度，形成EISA总线 ◦ EISA总线最大数据传输率32MBps
2000年前后，EISA总线逐渐退出市场
EISA插槽
PCI总线
1992年，80486 CPU广泛应用
◦ 英特尔推出了PCI总线，迅速成为工业标准 ◦ PCI总线为32位/33MHz，带宽133MBps
后 续 推 出 了 64 位 /33MHz 和 64 位 /66MHz 的 PCI 总 线，主要用于服务器领域
information is identical to the previous transfer.
*编码为二进制
时序图6： HTRANS为BUSY的示例
传输开始 主模块忙
传输继续
地址总线空闲
IDLE
地址保持
INCR4
不提供写数据 不提供读数据
场景七
需要传输的数据宽度比数据总线的宽度小
◦ 例如，需要传输1个16位的数据，而数据总线的宽度是32位的
1. Micro-B plug; 2. ExtUSB plug (HTC); 3. Mini-B plug
1
2
3
4
5
6
4. Standard-A receptacle; 5. Standard-A plug; 6. Standard-B plug
USB总线（续）
USB标准由Intel、NEC、Compaq、DEC、IBM、Microsoft、 Nortel等公司联合制定
HBURST：传输长度和地址变化方式
◦ SINGLE / INCR / INCR4 / WRAP4 / …
HWRITE：传输数据的方向
◦ READ / WRITE
HSIZE：传输数据的宽度
◦ 8 bits / 16 bits / 32 bits / … / 1024 bits
主要内容
通过学习本课程 了解计算机的发展历程，理解计算机的组成原理，掌握计算机的设计方法
Ⅰ AHB总线协议分析（续） Ⅱ 系统总线的发展 Ⅲ PCI总线结构 Ⅳ PCI总线协议分析
微型计算机中不同层次总线的简化示意
通信总线
系统总线
片上总线
总线标准的内容
1、机械特性 • 规定模块插件的机械尺寸，总线插头、插座的规格及位置等
2、电气特性 • 规定总线信号的逻辑电平、噪声容限及负载能力等
PCIe ×16插槽
PCIe ×4插槽
PCIe ×1插槽
PCI插槽
USB总线
USB：Universal Serial Bus，通用串行总线
◦ 一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口（可连接键 盘、显示器、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪及各种数字 音影设备）
◦ 可为某些设备（如数码相机、扫描仪等）提供电源，使这些设 备无须外接独立电源即可工作
but does not wish to perform a data transfer.
Indicates that the bus master is continuing with a burst of
01
BUSY transfers, but the next transfer cannot take place
总线标准举例