第1章 总线组成总线功能

第1章 总线组成和总线功能 一．微型计算机总线主要由数据总线、地址总线、控制总线和电源等四部分组成。 1．数据总线 数据总线是外部设备和主控设备之间数据传送的数据通道，通常用

n........DD0表示，n表示数据宽度，如ISA总线宽度是16位，PCI总线和数据宽度是32位。总线中数据总线的宽度基本上反应了总线数据传输能力。 2. 地址总线 地址总线是外部设备与主控设备之间传送地址信息的通道，通常用

n........AAA10，表示。地址总线的宽度，表示了该总线的寻址范围。如PC/AT机以及现在的常用计算机，在实模式下地址总线有16位地址线，则计算机系统所具有的基本寻址空间为MB1024210空间，在微机中，I/O地址采用统一编码。 在PCI总线中，内存空间、I/O空间、配置空间是从地址总线的译码空间中划分出的三个区域，由于PCI总线有32条地址线，寻址能力达GB4232字节。 3. 控制总线 控制总线是专供各种控制信号传送的通道。总线操作的各项功能都是由控制总线完成的。 在ISA控制总线中，控制信号有总线允许、DMA传输、中断请求、I/O控制、存储器读写等。 ISA控制总线可分为： I/O总线操作：外设与主控设备建立联系，数据在外设与主控设备之间流通，如硬盘读写、数据显示、数据传输等。I/O总线操作常用IN和OUT语句。 DMA总线操作：用DMA方式在外设与存储器之间传送数据而封锁主控设备参与，由DMA控制器控制总线占有权。 中断控制：外设通过中断线向主设备提出服务请求信号，主设备根据中断优先级进行响应。 控制总线是总线中最有特色的部分。 数据总线看宽度，表示计算机系统的计算能力和计算规模。 地址总线看位数，它决定了系统的寻址能力，表明计算机构成的规模 控制总线看特色，表示该总线的设计思维，控制方式及技巧。 4. 电源 ISA总线及PCI总线电源由+12V，-12V，+5V，-5V。是系统必备的总线，其中+5V要求达电流供电。而PCI总线还有3.3V电源。

二．总线功能 计算机具有如下总线功能： 数据传输功能 中断功能 多设备支持功能 错误处理功能 1. 数据传输 数据传输是总线基本功能，用总线传输率来表示，即每秒传输字节的多少，单位是MB/s（兆字节/秒）也表示MBPS，表1-1列出几种总线的比较 表1-1 几种总线传输能力的比较 总线类型 总线宽度（位） 总线频率（MHz） 传输方式 传输率 STD 8 2 异步 2MB/S ISA 16 8 异步 16MB/S PCI 32 33 异步 132MB/S 2. 中断 中断是计算机对紧急事件响应的机制，是计算机反应灵敏与否的关键，当外部设备与主设备之间进行了服务条约时，中断是实现条约的联系信号，中断信号线的多少，反映了系统响应多个中断的能力，中断优先级是中断源申请服务的级别，ISA总线有14个中断源。 3. 多主设备支持 多主设备支持功能是多个主设备使用同一条总线，这涉及到总线占有权问题，它由总线仲裁器决定，即那一个主设备申请占用总线，有总线仲裁器确定》 在PCI总线中，有专门总线占用申请和总线占有权得到信号，这样，个主设备占用总线是合理的。 4. 错误处理 错误处理是含（包括）系统错误，电池失效等错误检测处理。

三．ISA总线 1. ISA总线信号 ISA（Industry standard Architecture） 工业标准体系结构共有98根线，ISA总线 分为5类：地址线，数据线，控制线，时钟线， 电源线。它们均连接到了主板上的ISA总线槽上， 如图1所示。 ① 地址线 SA0~SA19和LA17~LA23。SA0~SA19是可 以锁存的地址信号，LA17~LA23为非锁存地址 信号。其中SA17~SA19和LA17~LA19是重复的。 ② 数据线 SD0~SD15。其中，SD0~SD7为低8位数据， SD8~SD15 为高8位数据 ③ 控制线 ● AEN 地址允许信号，高电平有效，由DMA 控制器发出。AEN=1，表示处于DMA控制周期； AEN=0, 表示非DMA周期。 ● BALE 地址锁存信号允许信号。该信号由总线 控制器8288提供。其信号为高电平的时候CPU发出 地址到系统总线，BALE的下降沿将SA0~SA19的 地址信号锁存。 图1 ISA总线槽

● IOR I/O读命令，低电平有效，表示系统需要从外设读取数据。

ABCDA1A31B1

B31C1C18D1D18● IOW I/O写读命令，低电平有效，表示该系统需要向外设写数据。

● SMEMR和SMEMW 存储器读/写命令，低电平有效，用于对

A0~A19这20位地址寻址的1MB内存的读/写操作。

● MEMR和MEMW存储器读/写命令，低电平有效，用于24为地址线全部存储空间读/写操作。

● MEMCS16和I/OCS16 分别是存储器16位片选和I/O16位片选

信号，指明当前的数据传送是16位的存储周期或16为I/O周期。 ● SBHE 总线高字节允许信号。该信号有效表示数据总线上传送的是高字节数据。 ● IRQ3~IRQ7，IRQ9~IRQ12，IRQ14和IRQ15 外部设备中断请求输入线。它们分别接到主8259A和从8259A中断控制器中，这部分的知识将在以后详细讲述。 ● DRQ0~DRQ3和DRQ5~DRQ7 来自外部设备的DMA请求输入线，高电平有效，分别连到8237A和从8237A DMA控制器

● DACK0~DACK3和DACK5~DACK7 DMA应答信号，低电平

有效。有效的时候，表示DMA请求被接受，DMA控制器占有总线，进入DMA周期。 ● T/C DMA计数结束信号，高电平有效，表示DMA传送的数据已经达到预设的字节数。通常用来结束DMA的一次数据传送。

● MASTER 输入信号，低电平有效。需要占用总线的有主控功能

的外设卡驱动这个信号。当外设的DEQ得到确认（DACK有效）后，才使MASTER有效；之后，该设备保持对总线的控制直到MASTER无效。

● RESET DRV 系统复位信号，高电平有效。当系统电源接通的时候该信号为高电平，等到所有的电平都达到规定后变为低，该信号用来复位和初始化接口和I/O设备。

● I/OCHCK I/O通道检查，低电平有效。当扩展卡上的存储器

或I/O端口出现奇偶校验错的时候，该信号有效。 ● I/O CHRDY I/O通道就绪，高电平有效表示就绪。如果扩展槽中的存储器或I/O端口速度慢而不能和处理器同步时，则可以将此信号变低，使处理器在正常总线周期中插入等待状态。

● OWS 零等待状态信号。该信号为低的时候，无需插入等待周

期。 除了上述3类信号外，还有时钟OSC/CLK以及电源±12V，±5V及地线等。 2. 扩展PC总线 — AT总线前64信号线分配，如表1-2所示。

表1-2 扩展PC总线 — AT总线前64信号线分配 类型 信号类型 I/O 引脚 有限 电平 功能说明

时 钟 与 定 位 OSC O 30B 周期为70ns的振荡信号，占空比2：1

CLK O 20B 周期为167ns的系统时钟，占空比2：1

RES DRV O 2B 高 上电复位或初始化系统逻辑

OWS I 8B 高 零等待状态：无需插入等待状态，可完

成总线周期

数据 总线 70~SDSD I/O 29~AA 高 双向数据位0~7位，为处理机、存储器、

I/O设备提供数据。0SD为最低有效位。 地 址 总 线 190~SASA 0 1231~AA 高 地址位0~19位，提供对存储器和I/O设备寻址，0SA为最低有效位 BALE 0 28B 高 由82288总线控制器提供此信号允许锁存来自处理机的有效地址 AEN 0 11A 高 允许DMA控制器控制地址总线，数据总线及读/写命令线，进行DMA传输

控 制 总 线 9,7~3IRQ I 421~25,BB 高 I/O设备的中断请求线。3IRQ优先级最高 3~1DRQ I 16618,,BBB 高 I/O设备的DMA请求线。1IRQ优

先级最高

3~1DACK O 152617,,BBB 低 DMA应答线，分别对应DMA请求1~3级 T/C O 27B 高 当一通道的计数终结时，由DMA控制器送出

IOR I/O 14B 低 对指定I/O设备读命令

IOW I/O 13B 低 对指定的I/O设备写命令 SMEMR O 12B 低 对读写和只读存储器命令（小于1MB空间）

SMEMW O 11B 低 对读写存储器写命令（小于1MB）

OCHCKI/ I 1A 低 向CPU提供I/O设备或扩充存储器奇偶错 I/O CH ROY I 10A 高 I/O通道就绪，若是低速的存储器和I/O设备，则在检测到一个有效地址和一个读或写命令时，使该信号变低，总线周期用整形倍的时钟周期延长，但该信号低电平维持时间不得超过10个使时钟周期（15×167ns=2.5us）

REFRESH I/O 19B 低 该信号用来指示刷新周期

电源 与 地线

)(12),(12),(5),,(5795293BBBBBVVVV

GND 1B 10B 31B

3.扩展PC总线 — AT总线后36信号线分配，如表1-3所示。 表1-3 扩展PC总线 — AT总线后36信号线分配 类型 信号名称 I/O 引脚 有限 电平 功能说明

数 据 总 线 158~SDSD I/O 1811~CC 高 双向数据位8~15位，为微处理器，存储器和I/O设备提供高8位。 SBHE I/O 1C 高 数据高位允许信号

16MEMCS I 1D 低 存储器16位芯片选择信号

16/OCSI I 2D 低 I/O16位芯片选择信号 地 址 2317~LALA I/O 28~CC 高 存储器与I/O设备的高7位地址

控 制 总 线

12~10IRQ I 53~DD 高 中断请求信号，10IRQ为最高级

15~14IRQ I 76~DD 高 中断请求信号，15IRQ为最低级

0DRQ I 9D 高 DMA请求信号，0DRQ为最高级

7~5DRQ I 151311,,DDD 高 DMA请求信号，5DRQ为最低级