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　　第四節 系統總線與外設接口

　　基本原理、ISA總線、PCI局部總線、串行接口、SCSI接口

　　1.系統總線

　　在微機中連接CPU、內存、外存、各種I/O接口的信號及其控制電路稱為系統總線。系統總線包括數據總線、地址總線和控制總線。其中，數據總線是雙向三態(高電平、低電平和高阻)的，地址總線是單向的(從CPU輸出)，控制總線按其功能，有從CPU發出的，也有向CPU輸入的狀態或請求信號。此外，系統總線還包括各種電源線、地線等。

　　2.ISA(Industry Standard Architecture)總線

　　ISA總線是286機采用的總線，為了與PC/XT機兼容，除保留原XT機的62線插槽外，還增加了一個36線插槽，共計98線。所以ISA插卡也是98線。

　　ISA總線的數據位寬為16位，地址線為24條，供I/O插卡使用的硬中斷為11級。因為在IRQ0～IRQ15中，除IRQ0(定時器通道0中斷)，IRQ1(鍵盤中斷)，IRQ2(8259級聯)，IRQ8(實時時鐘中斷)，IRQ13(協處理器中斷)外，可提供給I/O插卡用的最多為11個。

　　3.PCI(Peripheral Component Interconnect)局部總線

　　為了改進ISA總線的性能，曾推出擴展的ISA總線，即EISA總線，但由于其結構復雜，成本高，未能廣泛推廣;IBM公司為PS/2機設計的微通道結構(MCA)總線，因與ISA總線不兼容而無法推廣;美國的視頻電氣標準協會(VESA)推出的VESA局部總線，在性能上也不是最優;目前在奔騰機上廣泛采用的局部總線是PCI，目前流行的規格是電源電壓為5V，數據位寬為32位(電源電壓可以是3.3V，數據線位寬可以是64位)。

　　PCI總線的特點是:

　　①采用PCI橋芯片將CPU與PCI總線隔率開，保證了PCI總線的負載性能良好，它可以帶10個負載;

　　②PCI橋就是PCI總線控制器，它支持外部設備與CPU并發工作;

　　③具有“即插即用”功能，就是外設控制卡插入PCI接口后，可立即被系統調用，用戶不用擔心發生I/O地址沖突等問題;

　　④PCI是獨立于CPU的總線，其性能指標與CPU及系統時鐘無關。⑤支持3.3V工作電壓，以滿足節能的綠色計算機的要求。

　　4.串行通信協議

　　異步串行通信協議又稱為起停式協議，用于按字符傳輸，在字符之間是不同步的，只保證字符內各比特之間的同步傳輸。其通信參數有數據位數、有無奇偶校驗、停止位數、波特率等。

　　面向比特的同步通信協議，可實現對比特流的透明傳輸，比較著名的有高級數據鏈路控制協議ALDL(High-Level Data Control)，其傳輸的幀格式以一個字節的01111110B作為開始和結束標志，包括1～2字節的地址段，1字節的控制段，若干字節的數據段和2字節的CRC校驗段。

　　5.串行接口標準

　　目前普遍采用的串行通信接口標準是RS-232-C，它使用DB-25連接器，對25條信號線作了明確的定義。在微機的串行通信中常用的信號只有9個，所以在PC機中，也使用9芯連接器。RS-232-C信號的輸入輸出方向是以數據終端設備DTE為標準的，因此當兩臺計算機通過RS-232-C互連時，有關的輸入輸出信號(例如發送和接收)應該交*連接，這又稱為無調制解調器連接。RS-232-C采用負邏輯，-15～-3V表示邏輯1(即斷開狀態)，+3～+15V表示邏輯0(即接通狀態)。

　　為了提高串行通信的抗干擾性，又提高了RS-423和RS-422標準，前者采用非平衡驅動和差分接收;后者采用平衡驅動和差分接收，能有效的抑制共模干擾，提高了傳輸速度和傳輸距離。當然，RS-422性能更好，也更流行。

　　6.可編程串行通信接口芯片8251和8250

　　8251和8250都是可編程的串行通信接口芯片，專門負責串行通信的處理任務，從而減輕CPU的負擔。8251支持同步和異步通信，8250支持異步通信。

　　8251芯片的時鐘信號CLK為其內部提供定時，在同步通信時，CLK應大于發送器和接收器輸入時鐘頻率的30倍;在異步方式時，必須大于發送時鐘和接收時鐘的4.5倍。在同步方式下，發送時鐘的頻率和接收時鐘的頻率分別等于發送和接收的波特率;在異步方式下，發送時鐘的頻率和接收時鐘的頻率可以是發送和接收波特率的1、16、32或64倍。

　　PC機中的串行異步通信接口是以8250芯片為核心的。它具有內部時鐘產生電路，根據外部1.8432MHz的時鐘頻率，經16次分頻，產生發送和接收時鐘。8250內部有10個寄存器，共占用7個端口地址。

　　7.可編程并行接口芯片8255

　　8255有3個8位的并行端口:A口、B口和C口。8255有3種工作方式:方式0、方式1和方式2。

　　方式0———直接輸入/輸出方式，8255和外設之間無需聯絡信號。A口、B口和C口均可分別由控制字規定為輸入或輸出。

　　方式1———選通輸入/輸出方式，此時，C口的3～7位為A口8位數據的傳輸提供聯絡信號;C口的0～2位為B口的8位數據提供聯絡信號。

　　選通輸入的時序是:

　　①外設通過STB信號將數據送入A口(或B口);

　　②A口(或B口)的狀態標志IBF為1，表示輸入緩沖器滿，該狀態信號可供程序查詢;

　　③8255產生中斷請求信號INTR，用于中斷方式下，請求CPU從8255的A口(或B口)取走數據。選通輸出的時序是:

　　①當CPU向A口(或B口)輸出數據后，OBF為0，表示輸出緩沖區滿，此信號可供程序查詢，或將A口(或B口)中的數據打入外設。

　　②當外設取走數據后，向8255送來確認信號ACK;

　　③8255產生中斷請求INTR，告訴CPU可以輸出下一個數據到8255的A口(或B口)了。方式2———A口的雙向工作方式，在這種工作方式下，A口既可輸入，也可輸出。由于要用到STB、IBF、OBF、ACK和INTR，共5條聯絡信號線，要占用C口的5位，C口只剩下3位了，因此，B口只能在方式0或方式1下工作，此時C口余下的3位可用作輸入/輸出線，也可做B口的聯絡信號。

　　8.8255的編程

　　8255有4個端口地址，從小到大依次為A口地址、B口地址、C口地址和控制口地址。控制口用來寫入8255的工作方式控制字，即實現8255芯片的初始化。

　　在程序中可對C口按位置1或置0，方法是:D 7 =0，D 3 D 2 D 1 =所選擇位的二進制編碼，D 0 =1或0。

　　9.打印機并行接口標準

　　PC機所用的打印機接口標準是Centronics，來源于一家打印機公司的名字。它使用了36個引腳，但在PC機打印接口中則作了簡化，使用了與RS-232-C相同的DB-25接頭。一些高速激光打印機中則使用了SCSI接口。

　　10.SCSI接口

　　SCSI(Small Computer Standarcl Interface)是小型計算機標準接口，但已在微機中逐漸流行起來，是一種性能優良的I/O接口。

　　SCSI總線通過按ACAI協議而設計的標準控制器與設備相連，最多可接8個設備，其中一個標準控制器又通過SCSI主接口與主機相連，因此可連I/O設備的接口卡為7個，而一個SCˉSI標準接口卡又可以帶多臺設備。SCSI總線的主要特點是:

　　①一個SCSI接口卡可帶多臺設備;

　　②接在SCSI總線上的設備可以相互通信，而不增加主機的負擔;③傳輸速率可達5MB/s以上;④采用50線電纜;

　　⑤在新標準SCSI-2和SCSI-3中，性能進一步提高，如增加了即插即用功能，支持光纖傳輸等。

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