第六節(jié)　總線結(jié)構(gòu)　

　　一個計算機系統(tǒng)由主機和外設(shè)組成，而主機又是由各種大規(guī)模集成電路芯片為核心的多種插件組成。所以插件與插件之間，同一插件芯片與芯片之間，或者系統(tǒng)與系統(tǒng)之間都需要用通信線路連接起來。所謂 總線，就是若干互連線的集合。由它構(gòu)成芯片之間，插件之間及系統(tǒng)之間標(biāo)準(zhǔn)信息通路。一塊插件中芯片中的互連線稱為芯片總線，插件與插件之間的互連線稱為內(nèi)總線或系統(tǒng)總線。如CPU板與存儲器板，DMA 控制器板或接口板之間的連線就是內(nèi)總線。系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的互連線稱為外總線或通信總線，如微機系統(tǒng)與微機之間，微機系統(tǒng)與儀器儀表之間等，這種總線不是微機系統(tǒng)所特有的。圖7-14是三種總線的示意圖總線技術(shù)在微型計算機中得到廣泛的應(yīng)用。

其主要原因是:
　　1.用總線連接的系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單清晰,擴充與更新方便,便于維修.例如,在規(guī)模擴充時,只需往總線上多 插幾塊同類型的插件板;在功能擴充時,只需插入符合總線標(biāo)準(zhǔn)的插件板,在系統(tǒng)更新時,一般只需更換插件。出現(xiàn)故障時,可以用同類插件替換尋找故障,查到后,換一塊好的插件即可.
　　2.簡化硬件,軟件的系統(tǒng)設(shè)計,硬件設(shè)計時,只需按照總線規(guī)范設(shè)計插件板,且所設(shè)計的插件板具有很好的 互換性和通用性,便于大批量生產(chǎn).有利于提高質(zhì)量和產(chǎn)品系列化.從軟件角度看,插件式硬件結(jié)構(gòu)帶來了 軟件設(shè)計的模塊化,有利于節(jié)約軟件調(diào)試工時,且模塊化程序可為多用戶重復(fù)使用.
　　3.采用總線標(biāo)準(zhǔn),有利于微型機系統(tǒng)模塊間接口的標(biāo)準(zhǔn)化,便于用各公司生產(chǎn)的互相兼容的模塊組成系統(tǒng) 可使用戶將不同廠家買來的話原型產(chǎn)品裝入自制或外購的機箱方便靈活的構(gòu)成各種系統(tǒng),為微型機在各個領(lǐng)域 的應(yīng)用提供了條件.
所以一個微型機系統(tǒng)中,所有的地址,數(shù)據(jù)和控制信號都要通過總線傳送,總線對整個系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響.目前在美國和其它國家使用著各種不同的微機系統(tǒng)總線,美國IEEE作為標(biāo)準(zhǔn)草案推薦 的系統(tǒng)總線有S-100總線,MULTLBUS總線,在工業(yè)控制中,多采用STD總線,這些總線將在接口一書中介紹 由于IBM PC系列機在國際市場上銷售量大,INTEL公司為該機配置了62線總線,每個PC機上留有5～8個 總線插槽,便于PC機內(nèi)存擴充及配置各種不同接口板,組成不同的機器.下面介紹這種總線.

　　IBM PC總線也叫做IBM PC的輸入輸出通道,它是8088微處理器總線的一個擴充,是PC機自己定義的一種 總線.它包括8位的雙向數(shù)據(jù)總線,20位的地址總線,6根中斷信號線,3根DMA控制線,4根電源線,以及其它各種 控制線共62根,其引腳分配見圖7-42所示.

這些信號線按功能分成以下5類:
　　1.地址線A19～A0(20根)
地址線用來指示內(nèi)存地址或輸入輸出設(shè)備地址,當(dāng)用來指示輸入輸出地址時,A19～A10線無效,僅用A9～A0 表示,故IBM PC通道上I/O設(shè)備的編址可達1024個.地址線上的信號(地址碼)可以由CPU生成,也可以由DMA控制 器生成,A19為最高位,A0為最低位,尋址空間可達2的20次方,即1MB.
　　2.數(shù)據(jù)線D7～D0(8根)
　　　8根數(shù)據(jù)線用來在中央處理器,存儲器和各種輸入輸出控制器之間傳送數(shù)據(jù),他們是雙向的,每次可傳送 一個字節(jié).
　　3.控制線(21根)
　　　(1)中斷請求線IRQ2～IRQ7(6根).這些線可作為輸入輸出控制器向中央處理器發(fā)出中斷請求之用.
　　　(2)直接內(nèi)存請求線DRQ1~~DRQ3及其響應(yīng)信號低DACK0~~低DACK3(7根).用作外部設(shè)備請求DMA服務(wù). 當(dāng)某外部設(shè)備控制器需要直接與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)時(例如軟磁盤的讀或?qū)懖僮?,相應(yīng)的請求線電平 當(dāng)DMA收到請求信號后,即發(fā)相應(yīng)的認可信號DACK1~DACK3,通知外設(shè)控制器準(zhǔn)備好傳送數(shù)據(jù),并使請求線變?yōu)榈碗娖?DACK0專用來刷新系統(tǒng)動態(tài)存儲器.
　　　(3)讀寫信號IOR,IOW,MEMR,MEMW(4根),其中和是I/O接口輸入和輸出控制,指示CPU正在執(zhí)行的是輸入指令還是輸出指令 所以數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)是與輸入輸出控制器有關(guān)的.而MEMR和MEMW兩個信號由CPU或DMA控制器發(fā)生 用來要求內(nèi)存進行讀出或?qū)懭?
　　　(4)RESET DRV是一個總請信號,用來使系統(tǒng)初始化.通常在系統(tǒng)加電時或利用鍵盤進行熱啟動時發(fā)出. AEN信號用于DMA操作,當(dāng)它為高電平,所有地址線,數(shù)據(jù)線及IOR,IOW,MEMR和MEMW等均受DMA控制器 控制不受CPU控制.ALE是地址鎖存選通信號,此信號用于輸入輸出通道作為有效的CPU地址的指示 (與AEN配合時).T/C是一個脈沖信號,在進行DMA傳送數(shù)據(jù),一旦達到預(yù)定地傳送字數(shù),會發(fā)出T/C信號.
　　4.狀態(tài)線(2根)
　　　I/O CHCK用來向CPU指出輸入輸出通道上的擴充存儲器或外設(shè)發(fā)現(xiàn)了奇偶錯誤,如果允許的話,它 會向CPU發(fā)出一個不可屏蔽中斷(NMI).I/O CHRDY是就緒信號,他的作用是使CPU與較慢速度的輸入輸出 控制器芯片或擴展存儲器芯片同步,正常情況下它應(yīng)為高電平當(dāng)慢速存儲器芯片或輸入輸出控制 芯片被CPU訪問時,該信號降為低電平,于是引起CPU產(chǎn)生的讀寫周期降低到840ns,輸入輸出讀寫 周期降到1.05微秒.
　　5.輔助線及電源線(11根)
　　　OSC是系統(tǒng)板提供給輸入輸出總線的主振蕩器信號,周期為70NS,占空比為50%.CLK是系統(tǒng)時鐘信號 ,周期為216ns,占空比為33%.此外還有電源線5根,地線3根,備用線1根.