計算機總線(xiàn)和接口類(lèi)型

系統外總線(xiàn)標準指系統互連時(shí)遵循的各種標準，多表現為微機對外的標準接口插頭，有時(shí)也稱(chēng)為接口標準，如EIA RS-232異步串行接口標準、USB通用串行接口標準、IEEE-488通用并行接口標準等。
一個(gè)總線(xiàn)操作周期一般分為四個(gè)階段，即：總線(xiàn)請求及仲裁階段、尋址階段、傳數階段和結束階段。在含有多個(gè)主控制器的微機系統中，這四個(gè)階段都是必不可少的；而在僅含一個(gè)主控制器的單處理器系統中，則只需要尋址和傳數兩個(gè)階段。

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任何一個(gè)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(xiàn)路與CPU直接連接，那么連線(xiàn)將會(huì )錯綜復雜，甚至難以實(shí)現。為了簡(jiǎn)化硬件電路設計、簡(jiǎn)化系統結構，常用一組線(xiàn)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(xiàn)路被稱(chēng)為總線(xiàn)。采用總線(xiàn)結構便于部件和設備的擴充，尤其制定了統一的總線(xiàn)標準則容易使不同設備間實(shí)現互連。
----微機中總線(xiàn)一般有內部總線(xiàn)、系統總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內部總線(xiàn)是微機內部各外圍芯片與處理器之間的總線(xiàn)，用于芯片一級的互連；而系統總線(xiàn)是微機中各插件板與系統板之間的總線(xiàn)，用于插件板一級的互連；外部總線(xiàn)則是微機和外部設備之間的總線(xiàn)，微機作為一種設備，通過(guò)該總線(xiàn)和其他設備進(jìn)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(shuō)，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(xiàn)被稱(chēng)為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線(xiàn)多，不適于小型化產(chǎn)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(jiǎn)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(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，總線(xiàn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計算機總線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)繁多，各具特色。下面僅對微機各類(lèi)總線(xiàn)中目前比較流行的總線(xiàn)技術(shù)分別加以介紹。

一、內部總線(xiàn)

----1．I 2C總線(xiàn)
----I2C（Inter-IC）總線(xiàn)10多年前由Philips公司推出，是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線(xiàn)標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線(xiàn)器件同時(shí)接到I2C總線(xiàn)上，通過(guò)地址來(lái)識別通信對象。

----SMBus

系統管理總線(xiàn)(SMBus)是一個(gè)兩線(xiàn)接口。SMBus 為系統和電源管理相關(guān)的任務(wù)提供控制總線(xiàn)。通過(guò)它，各設備之間以及設備與系統的其他部分之間可以互相通信。它基于I2C操作原理。SMBus為系統和電源管理相關(guān)的任務(wù)提供一條控制總線(xiàn)。一個(gè)系統利用SMBus可以和多個(gè)設備互傳信息，而不需使用獨立的控制線(xiàn)路。

　　系統管理總線(xiàn)(SMBus)標準涉及三類(lèi)設備。從設備，接收或響應命令的設備。主設備，用來(lái)發(fā)布命令，產(chǎn)生時(shí)鐘和終止發(fā)送的設備。主機，是一種專(zhuān)用的主設備，它提供與系統CPU的主接口。主機必須具有主-從機功能，并且必須支持SMBus通報協(xié)議。在一個(gè)系統里只允許有一個(gè)主機。

----2．SPI總線(xiàn)
----串行外圍設備接口SPI（serial peripheral interface）總線(xiàn)技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)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(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn)，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。

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．SCI總線(xiàn)
----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。

UART傳輸結構

UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步接收/發(fā)送裝置，UART是一個(gè)并行輸入成為串行輸出的芯片，通常集成在主板上，多數是16550AFN芯片。

　因為計算機內部采用并行數據，不能直接把數據發(fā)到Modem，必須經(jīng)過(guò)UART整理才能進(jìn)行異步傳輸，其過(guò)程為：CPU先把準備寫(xiě)入串行設備的數據放到UART的寄存器（臨時(shí)內存塊）中，再通過(guò)FIFO（First Input First Output，先入先出隊列）傳送到串行設備，若是沒(méi)有FIFO，信息將變得雜亂無(wú)章，不可能傳送到Modem。

它是用于控制計算機與串行設備的芯片。有一點(diǎn)要注意的是，它提供了RS-232C數據終端設備接口，這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了。作為接口的一部分，UART還提供以下功能：將由計算機內部傳送過(guò)來(lái)的并行數據轉換為輸出的串行數據流。將計算機外部來(lái)的串行數據轉換為字節，供計算機內部使用并行數據的器件使用。在輸出的串行數據流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數據流進(jìn)行奇偶校驗。在輸出數據流中加入啟停標記，并從接收數據流中刪除啟停標記。處理由鍵盤(pán)或鼠標發(fā)出的中斷信號（鍵盤(pán)和鼠標也是串行設備）?？梢蕴幚碛嬎銠C與外部串行設備的同步管理問(wèn)題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數據的緩沖區，現在比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理數據前在其緩沖區內存儲16字節數據，而通常的UART是8250?，F在如果您購買(mǎi)一個(gè)內置的調制解調器，此調制解調器內部通常就會(huì )有16550 UART。

二、系統總線(xiàn)

----1．ISA總線(xiàn)
----ISA（industrial standard architecture）總線(xiàn)標準是IBM公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統總線(xiàn)標準，所以也叫AT總線(xiàn)。它是對XT總線(xiàn)的擴展，以適應8/16位數據總線(xiàn)要求。它在80286至80486時(shí)代應用非常廣泛，以至于現在奔騰機中還保留有ISA總線(xiàn)插槽。ISA總線(xiàn)有98只引腳。

----2．EISA總線(xiàn)
----EISA總線(xiàn)是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線(xiàn)標準。它是在ISA總線(xiàn)的基礎上使用雙層插座，在原來(lái)ISA總線(xiàn)的98條信號線(xiàn)上又增加了98條信號線(xiàn)，也就是在兩條ISA信號線(xiàn)之間添加一條EISA信號線(xiàn)。在實(shí)用中，EISA總線(xiàn)完全兼容ISA總線(xiàn)信號。

----3．VESA總線(xiàn)
----VESA（video electronics standard association）總線(xiàn)是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為VL(VESA local bus)總線(xiàn)。它的推出為微機系統總線(xiàn)體系結構的革新奠定了基礎。該總線(xiàn)系統考慮到CPU與主存和Cache的直接相連，通常把這部分總線(xiàn)稱(chēng)為CPU總線(xiàn)或主總線(xiàn)，其他設備通過(guò)VL總線(xiàn)與CPU總線(xiàn)相連，所以VL總線(xiàn)被稱(chēng)為局部總線(xiàn)。它定義了32位數據線(xiàn)，且可通過(guò)擴展槽擴展到64位，使用33MHz時(shí)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(xiàn)，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。

----4．PCI總線(xiàn)
----PCI（peripheral component interconnect）總線(xiàn)是當前最流行的總線(xiàn)之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線(xiàn)。它定義了32位數據總線(xiàn)，且可擴展為64位。PCI總線(xiàn)主板插槽的體積比原ISA總線(xiàn)插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫(xiě)操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設備。PCI局部總線(xiàn)不能兼容現有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）總線(xiàn)，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線(xiàn)。

---5．Compact PCI
----以上所列舉的幾種系統總線(xiàn)一般都用于商用PC機中，在計算機系統總線(xiàn)中，還有另一大類(lèi)為適應工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境而設計的系統總線(xiàn)，比如STD總線(xiàn)、VME總線(xiàn)、PC/104總線(xiàn)等。這里僅介紹當前工業(yè)計算機的熱門(mén)總線(xiàn)之一——Compact PCI。

----Compact PCI的意思是“堅實(shí)的PCI”，是當今第一個(gè)采用無(wú)源總線(xiàn)底板結構的PCI系統，是PCI總線(xiàn)的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。Compact PCI是在原來(lái)PCI總線(xiàn)基礎上改造而來(lái)，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，提供滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境應用要求的高性能核心系統，同時(shí)還考慮充分利用傳統的總線(xiàn)產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104來(lái)擴充系統的I/O和其他功能。

三、外部總線(xiàn)

----1．RS-232-C總線(xiàn)
----RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )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(xiě)，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C總線(xiàn)標準設有25條信號線(xiàn)，包括一個(gè)主通道和一個(gè)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(xiàn)就可實(shí)現，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。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(dòng)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(shí)，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(wèn)題，因此一般用20m以?xún)鹊耐ㄐ拧?/p>

----2．RS-485總線(xiàn)
----在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線(xiàn)標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)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(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。

----3．IEEE-488總線(xiàn)
----上述兩種外部總線(xiàn)是串行總線(xiàn)，而IEEE-488總線(xiàn)是并行總線(xiàn)接口標準。IEEE-488總線(xiàn)用來(lái)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(xiàn)裝配起來(lái)。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(xiàn)方式，儀器設備直接并聯(lián)于總線(xiàn)上而不需中介單元，但總線(xiàn)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(xiàn)
---通用串行總線(xiàn)USB（universal serial bus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著(zhù)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(shù)，實(shí)現外設的簡(jiǎn)單快速連接，達到方便用戶(hù)、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(shù)的突出特點(diǎn)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。