1、第15章 总线总线的基本概念 n总线总线指通过分时共享的方式，将信息以一个或多指通过分时共享的方式，将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线线,是计算机中传输数据的是计算机中传输数据的公共通道公共通道。n分时分时和和共享共享是总线的两个基本特性。是总线的两个基本特性。共享共享是指多个部件连接在同一条总线上，各个部件之间都可以通过这条总线来进行信息的交换。分时分时是指同一时刻，总线上只能传输一个部件一个部件发送出来的信息。总线结构的优点 1、支持模块化设计：采用模块化结构设计方法，使系统设计分解位对多个独立模块的设计。缩短了设计周期，
2、便于故障检测和维护，便于系统扩展。2、开放性和通用性：每种总线都有固定标准，而且其技术规范公开，所以按照总线标准设计的部件可以直接连接相应总线。3、灵活性好：系统主板上有多组总线扩展槽，在任何一个插槽中插入符合规范的适配卡就可连接相应设备。15.1 总线的分类和性能指标1.计算机总线的分类按照布局范围，总线分为：内部总线内部总线：处于CPU内部，用于连接CPU的所有结构单元。如CPU内部，在寄存器之间、ALU以及控制部件之间传输数据所用的总线，也称为片内总线。而内部总线的对外引线称为CPU总线。局部总线局部总线：连接主机板上个主要部件的信息通道，可以通过扩展槽连接各种适配器，如显卡、声卡和网卡
3、等。系统总线系统总线：多处理器系统中连接多个CPU插件板的信息通道，用于支持多个CPU的并行处理。外部总线外部总线：微型机和外设之间的通信总线。2.总线的性能指标 宽度：宽度：即数据总线宽度，指一次总线操作中通过总线传送的数据位数，一般有8、16、32和64位。一个系统中，总线的宽度不会超过CPU的数据宽度。总线频率：总线频率：总线的工作频率，单位是MHZ。工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。传输率：传输率：指单位时间内总线上可传送的数据量，用每秒多少兆字节（MB/S）表示。总线带宽=总线宽度/8总线工作频率 MB/s15.2 PCI的特点和系统结构1.PCI的概况和特点的概况和特点
4、PCI的概况 PCI是PCISIG（外围部件互联组合）的简称，是由INTEL公司1991年推出的一种局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并协调上下间的接口进行数据传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡、声卡、网卡、MODEM等设备提供了连接接口，用以适应高速图形图像传输和高速网络传输需求。它的工作频率为33MHz/66MHz。2000年PCI-X 1.0版标准正式发布，PCI-X并没有脱离PC体系，它仍使用64位并行总线和共享架构，但将工作频率提升到133MHz，由此获
5、得高达1.06GBps的总带宽。如果四组设备并行工作，每组设备可用带宽为266MBps；如果只有两组设备并行，那么每组设备就可分得533MBps；而在连接一组设备的情况下，该设备便可以独自使用到全部的1.06GBps带宽。相对于64位PCI总线，PCI-X的提升相当明显，在它的帮助下，服务器内部总线资源紧张的难题得到一定的缓解。其次，PCI-X在总线的传输协议方面有许多重要的改良，例如PCI-X启用“寄存器到寄存器”的新协议发送方发出的数据信号会被预先送入一个专门的寄存器内；寄存器可将信号保持一个时钟周期，而接收方只要在这个时钟周期内作出响应即可。而原来的PCI总线就没有这个缓冲过程，如果接收
6、方无暇处理发送方的信号，那么该信号就会被自动抛弃，容易导致信号遗失。另外，PCI-X可以完全兼容之前的64位PCI扩展设备，用户已有投资可以获得充分保障。平滑过渡的方式让PCI-X在服务器/工作站领域大获成功，并很快取代64位PCI成为新的标准。2002年 PCI Express以标准的形式正式推出。PCI Express改良了基础架构，彻底抛离落后的共享结构。在工作原理上，PCI Express与并行体系的PCI没有任何相似之处，它采用串行方式传输数据，而依靠高频率来获得高性能，由于串行传输不存在信号干扰，总线频率提升不受阻碍，PCI Express很顺利就达到2.5GHz的超高工作频率。其
7、次，PCI Express采用全双工运作模式，最基本的PCI Express拥有4根传输线路，其中两线用于数据发送，两线用于数据接收，发送数据和接收数据可以同时进行。相比之下，PCI总线和PCI-X总线在一个时钟周期内只能作单向数据传输，效率只有PCI Express的一半；加之PCI Express使用内嵌时钟技术，时钟信息被直接写入数据流中，这比PCI总线能更有效节省传输通道，提高传输效率。第三，PCI Express没有沿用传统的共享式结构，它采用点对点工作模式，每个PCI Express设备都有自己的专用连接，这样就无需向整条总线申请带宽，避免多个设备争抢带宽的糟糕情形发生，而此种情况
8、在共享架构的PCI系统中司空见惯。本章中为叙述方便，将PCI,PCI-X和PCI Express总线统称为PCIPCI的特点 1.高传输率：为多媒体传输和高速网络传输提供了良好支持。PCI总线的最高传输率可达到高速外设的10倍。2.高效率：PCI控制器集成了高速缓冲器，使外设和CPU并发运行。支持数据突发传输模式。3.即插即用功能：制造商在外设的适配器中增加一个小型存储器存放按PCI规范建立的配置信息，PCI控制器通过读取这些信息，对系统中多个外设进行资源分配和调度，再安装驱动程序，实现即插即用功能。4.独立于CPU:PCI总线独立于处理器，它的工作频率与CPU时钟无关，可支持多机系统及未来的
9、处理器。5.负载能力强且易于扩展：每条PCI总线可连接10个设备，还可通过PCI-PCI桥扩展PCI总线，形成多级PCI结构。6.兼容各类总线：PCI有良好的兼容性，可支持ISA、EISA、MCA、SCSI、IDE等多种总线，同时还预留了发展空间。2.PCI2.PCI的层次化系统结构的层次化系统结构 当前微机系统中，通常采用以PCI为主的层次化局部总线，包括CPU总线、PCI总线、ISA/EISA总线，共同构成多层次的局部总线。15.3 PCI的信号 PCI把连接在总线上的设备分为主设备和从设备。PCI的信号大部分是双向的，对于主从设备，一些信号的方向不同。1.IRDY#,FRAME#,C/B
10、E#7:0，这些信号对主设备是输出信号，对从设备是输入信号2.ACK64#,TRDY#,DEVSEL#,STOP#,这些信号对从设备是输出信号，对主设备是输入信号3.IDSEL 此信号只有从设备才有4.REQ#和GNT#只有主设备才有PCI总线设备AD32AD63C/BE4C/BE7PAR64REQ64ACK64LOCKINTAINTBINTCINTDSBOSDONETDITDOTCKTMSTRSTAD0AD31C/BE0C/BE3PARFRAMETRDYIRDYSTOPDEVSELIDSELPERRSERRREQGNTCLKRST系统信号仲裁信号错误报告信号接口控制信号地址/数据线64位总线
11、扩展信号接口控制中断信号支持 Cache的信号边界扫描信号必需的可选的 PCI总线信号 测试信号扩展槽1.地址和数据信号 AD31:0 地址和数据共用相同的PCI引脚.一个PCI总线传输事务包含了一个地址信号期和接着的1N个数据期.PCI总线支持猝发读写功能.在FRAME#有效时,是地址期;在IRSY#和TRDY#同时有效时,是数据期。C/BE#3:0 总线命令和字节允许信号.在地址期,C/BE#3:0 定义总线命令;在数据期,C/BE3:0#用来指出32位数据线上，那些字节是真正有效的数据。PAR 奇偶校验信号.它对 AD31:0 和C/BE#3:0进行偶校验.2.接口控制信号 FRAME#
12、:帧周期信号,是当前主设备的一个访问开始和持续时间.FRAME#预示总线传输的开始;FRAME#失效后,是传输的最后一个数据期.IRDY#:主设备准备好信号.当与 TRDY#同时有效时,数据能完整传输.在写周期,IRDY#指出数据变量存在AD31:00;在读周期,IRDY#指示主控器准备接收数据.TRDY#:从设备准备好信号.预示从设备准备完成当前的数据传输.在读周期,TRDY#指示数据变量在AD31:0中;在写周期,指示从设备准备接收数据.STOP#从设备要求主设备停止当前数据传送.DEVSEL#设备选择信号.该信号有效时,指出有地址译码器的设备作为当前访问的从设备.作为一个输入信号,DEV
13、SEL#显示出总线上某处、某设备被选择.IDSEL 初始化设备选择.在参数配置读写传输期间,用作芯片选择.3.错误报告信号 PERR#只报告数据奇偶校验错.一个主设备只有在响应DEVSEL#信号和完成数据期之后,才报告一个PERR#.当发现奇偶校验错时,必须驱动设备,使其在该数据后接收两个数据期的数据.SERR#系统错误信号.专门用作报告地址奇偶错、特殊命令序列中的数据奇偶错,或能引起大的灾难性的系统错.4.仲裁信号 REQ#总线占用请求信号.这是个点对点信号,任何主控器都有它自己的REQ#信号.GNT#总线占用允许信号,指明总线占用请求已被响应.这是个点对点的信号,任何主设备都有自己的GNT
14、#.5.系统信号 CLK 系统时钟信号对于所有的PCI设备是输入信号.除了RST#、IIRQB#、IRQC#、IRQD#之外,其他的PCI信号都在时钟上升沿有效.这一频率也称为PCI总线的工作频率.RST#复位信号.用来使PCI特性寄存器和定序器相关的信号恢复初始状态.RST#和CLK可以不同步.当设备请求引导系统时,将响应RESET,复位后将响应系统引导.6.64位扩展信号 AD63:32 地址数据复用同一引线,提供高32位信息.C/BE#7:4 高32位命令/字节允许信号.PAR64#高32位的奇偶校验信号,对高32位数据和C/BE#7:4进行奇偶校验后得到校验码 REQ64#64位传输请
15、求.主设备请求进行64位数据传输的信号 ACK64#64位传输应答信号.是对REQ64#的应答信号 7.高速缓存支持信号 SBO#测试Cache后返回信号.当该信号有效时,表示命中一个已经修改的Cache行，从而支持Cache的回写或通写操作.SDONE Cache测试完成信号.当它无效时,表明测试结果仍未确定;当它有效时,则表明测试周期已经完成.8.测试信号 TCK 测试时钟输入信号，为所测试的设备提供时钟信号 TDI 测试数据输入信号，把测试数据或命令串行输入到设备。TDO 测试数据输入信号，把测试结果由设备送到主机。TMS 测试模式选择信号，选择某种方式控制设备的状态 TRST#测试复位
16、信号，对访问端口控制器进行初始化。9.总线锁定信号 LOCK#锁定信号，用于阻止其他设备中断当前的总线操作。10.中断信号 INTA#INTD#从设备的终端请求信号。单功能的PCI设备必须用INTA#做终端请求，多功能的PCI设备必须依次连接INTA#INTD#作为中断请求，也可以通过外部电路共用INTA#。15.4 PCI的命令类型 在总线地址期，CPU等总线主设备除了传输地址外，还向从设备发送命令命令类型，通过C/BE#3:0传送。命令说明：0000 中断识别和响应命令 0001 特殊周期命令，提供在PCI上的简单广播机制 0010 I/O读，从I/O口地址中读 数据 0011 I/O写，
17、向I/O地址空间写 数据用 0100 保留，备用 0101 保留，备用 0110 存储器读，从内存空间映象中读出数据 0111 存储器写，向内存空间映象写入数据1000 保留 1001 保留 1010 读配置，用来读每一主控器的配置空间 1011 写配置，向每个配置空间写入设备数据 1100 读多行Cache1101 双地址周期，用来传输64位地址到某一设备 1110 读一行Cache1111 写Cache15.5 PCI的中断和中断响应n以Pentium为CPU的PCI系统中，南桥内含有两级8259A连接的中断控制器，提供15个中断请求输入端，当某个IRQ有效时，南桥会使INT有效并传递到C
18、PU，然后CPU响应中断。nPCI系统中的中断响应和传统方法不同，通过PCI连接CPU 北桥会放弃CPU的第一个中断响应周期，从而把CPU的双周期中断响应转换为单周期格式。112334 说明：nIRDY#相当于传统的中断响应负脉冲INTA#，但这里只有一个负脉冲，并且是由连接CPU的北桥发出的。n中断响应没有目标地址。因为系统中的中断控制器就是隐含的目标设备，中断响应时CPU和北桥对中断控制器的回答信号。n中断控制器总是在第一级总线上，所以中断响应命令不会传递给下一级PCI。15.6 PCI的编址n PCI总线定义了三种物理地址空间:内存地址空间、I/O地址空间及配置地址空间,前两种位于主机系
19、统中，,而配置地址空间则分布于各个设备中，由系统软件将他们映射到统一的空间。n PCI 总线的地址译码是分散的,每个设备都有自己的地址译码逻辑,从而省去了中央译码逻辑。PCl支持两种译码方式：正向译码和负向译码。n正向译码：指总线上每个设备都监视地址总线上的访问地址,判断是否落在自己的地址范围内,如果是则选择信号DEVSEL#有效来给予相应，译码速度较快。n负向译码：指在其他设备都没有被选中时，由总线扩展桥发出DEVSEL#有效表示接受访问。负向和减量负向和减量：负向译码时，先排除其他PCI设备有传输需求的情况，再由总线扩展桥响应；总线扩展桥在收到地址信息后，在过4个时钟周期才发出DEVSEL
20、#信号，而这4个时钟周期的计数是通过不断减量直到为0时来判定的。这种译码方式要等到总线上其他所有设备都拒绝之后才能动作,所以速度较慢。但是负向译码对于标准扩展总线上地址空间零散的设备是很有用的。nI/O访问时，用DEVSEL#作为一个设备被选中的指示，这个信号是由从设备产生的。n如果在FRAME#信号有效后的4个时钟周期内，没有任何设备发出DEVSEL#，则采用负向译码的设备便会使DEVSEL#有效，从而获得总线传输权。此时若系统中没有负向译码设备就会终止传输。n注意：注意：对所有的PCI系统，都不能进行突发I/O操作，因此PCI系统中不能使用INS和OUTS指令。n在I/O访问中，由32位的
21、AD线提供其实字节的地址，传输数据时，由AD线和C/BE#信号共同配合，说明传输时哪些字节有效。n注意：注意：几个连续的端口地址可能不属于同一个I/O设备，如果用32位传输同时访问这几个端口，则可能造成访问失败而使系统报错。总结 配置空间是PCI系统中特有的一种空间。PCI上的所有设备都必须有配置空间，保证了PCI设备的即插即用功能。对配置空间的读写要采用特殊的配置命令。一个设备如果收到配置命令且IDSEL信号建立，则该设备被选中而被进行配置访问。15.7 PCI15.7 PCI的数据传输的数据传输15.7.1 PCI15.7.1 PCI数据传输的相关要点数据传输的相关要点 1.和数据传输相关
22、的最主要信号：PCI总线上所有的数据传输基本上都是由以下三个信号控制的:FRAME#:由主设备驱动,说明一次数据传输周期的开始和结束.IRDY#:由主设备驱动,表示主设备已经作好传送数据的准备.如无效，则插入主设备要求的等待周期 TRDY#:由从设备驱动,表示从设备已经作好传送数据的准备.如无效，则插入从设备要求的等待周期 三个信号的配合关系：nFRAME#有效后开始地址周期，但要在其有效后的下一个时钟周期上升沿，地址才被采样。nIRDY#和TRDY#都有效时，下一个时钟上升沿开始进行一次数据传输。n主从设备可分别通过IRDY#和TRDY#无效而插入等待状态。n主设备撤销FRAME#,但IRD
23、Y#有效，则下面进行最后一个数据的传输。nFRAME#和IRDY#都无效时，总线处于空闲状态。2.从设备的选择n数据传输过程由主设备发出FRAME#信号启动，选中的从设备用DEVSEL#来确认，比TRDY#早或同时发出，一旦发出后，只有在FRAME#和IRDY#撤销后，DEVSEL#和TRDY#才可同时撤销。n如果住设备发出FRAME#信号3个时钟周期内没有从设备响应DEVSEL#，则负向译码的桥便可置DEVSEL#有效，并获得总线控制权，否则终止此次传输。3.PCI的突发传输 PCI的重要传输机制是突发传输，专门针对存储器存储器读/写。一次突发传输由一个地址期和多个数据器组成，可传输多个数据
24、。突发传输中的地址修改由外加电路实现。对I/O设备不能进行突发传输，所以I/O传输只有一个数据期。4.总线的空闲状态n在最后一个数据期前，主设备撤销FRAME#信号，但IRDY#不会撤销，直到从设备发出TRDY#后，就完成最后一个数据的传输，此后IRDY#被撤销，总线处于空闲状态。n由此可见，FRAME#和IRDY#决定了总线的忙/闲状态，只要其中一个有效，则总线便处于忙状态，只有两者都无效时，总线才处于空闲状态。5.关于转换期n与数据传输相关的信号有很多，这些信号在一次传输中往往需要不同的设备驱动。n为避免多个设备同时驱动PCI的同一个信号线而形成竞争，所以同一信号线从一个设备驱动转换到另外
25、一个信号驱动之间需要一个转换期。15.7.2 PCI的单数据读/写操作1.PCI的单数据写操作2.PCI的单数据写操作15.7.3 PCI的突发传输总结：总结：PCIPCI的读的读/写传输和突发传输的特点写传输和突发传输的特点1.信号的采样都是在时钟周期的上升沿2.传输过程都由主设备使FRAME#信号有效开始，而其无效之后即为最后一个数据器，当FRAME#无效且IRDY#也无效后，总线返回空闲状态。3.每个传输过程主要由一个地址期和1N个数据期组成，有时候还包括转换期。4.地址期只占一个时钟周期，每个数据期在没有插入等待状态的情况下，也只占一个时钟周期。5.只有AD线上的转换期需要占用时钟周期
26、，读操作使AD线需要插入转换期，而写操作时则不需要。6.等待状态是由IRDY#或TRDY#无效而产生的。7.传输过程主设备使FRAME#信号有效后并将地址送到AD总线，然后从设备使DEVSEL#有效而进行的，如果没有任何从设备发改信号给予相应，则退出传输过程。8.32位读/写传输时，根据C/BE#上的信息每次传输14个字节，在突发传输时，尽管没有规定每次传输的字节数，但一般为4字节15.9 PCI的配置机制15.1 配置空间的功能和结构 即插即用功能的实现基于在每个PCI设备中建立一个配置空间供系统配置软件访问。配置空间是PCI系统中特有的、容量固定的、特定格式的存储器。所有的PCI设备，PC
27、I-PCI桥，PCI扩展桥包括南桥都必须带有自己的配置空间，但北桥没有。配置空间的功能：配置空间的功能：1.为系统软件提供次设备的相关参数，包括设备类型、名称、接口、有没有中断等，一遍安装对应的驱动软件。2.为系统软件的配置操作和设备运行提供基地址寄存器和工作寄存器。系统根据配置空间可完成如下功能：n确定当前系统中存在哪些设备及其类型，并安装相应的驱动程序n确定每个设备运行时需要多大存储空间和多少I/O接口n对设备的存储器和I/O接口进行统一编址，使它们互不冲突n若某设备用中断方式传输数据，则配置软件会根据配置空间提供的参数分配中断类型号。15.9.2 基本配置空间的结构15.11 PCI兼容
28、的局部总线1.1.局部总线局部总线ISAISAn最早的PC总线是IBM公司1981年在PC/XT 电脑采用的系统总线，它基于8bit的8088 处理器，被称为PC总线或者PC/XT总线。n1984年，IBM 推出基于Intel 80286处理器的PC/AT 电脑，系统总线也相应地扩展为16bit，并被称呼为PC/AT 总线，它是在PC/XT总线的基础上扩展而成的16位总线结构，该总线同8位的 PC/XT总线保持了兼容性。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Industry Standard Architecture）
29、总线。ISA总线最大传输速率仅为8MB/s，但允许多个CPU 共享系统资源。由于兼容性好，它在上个世纪80年代是最广泛采用的系统总线。2.局部总线EISA EISA(Extended Industry Standard Architecture:扩展工业标准结构）是为配合32位CPU而设计的总线扩展标准，能够兼容ISA总线。EISA总线1989年由工业厂商联盟设计，用于支持现有的ISA扩充板，同时为以后的发展提供一个平台。为支持ISA卡，它使用8MHz的时钟速率，但总线提供的DMA速度可达33Mbps。EISA总线的I/O总线和微处理总线是分离的，因此I/O总线可保持低时钟速率以支持ISA卡而
30、微处理器总线则可以高速率运行。EISA机器可以向多个用户提供高速磁盘输出。EISA从寻址能力，总线宽度和控制信号三方面进行了扩展，可自适应8位、16位及32位的数据传送，直接寻址范围是4GB。EISA总线连接器是一个两层槽设计，既能接受ISA卡，又能接受EISA卡。顶层与ISA总线的信号名称、排列次序和距离完全对应，底层则是在ISA基础上扩展的EISA信号。尽管EISA总线保持与ISA兼容的8MHz时钟速率，但它们支持一种突发式数据传送方法，可以以三倍于ISA总线的速率传送数据。15.12 外部总线 外部总线用于计算机与计算机之间或计算机与其外设之间的通信。常用的通信方式有并行和串行两种，通信
31、总线也分为并行通信总线和串行通信总线，它们不仅应用于微型机系统中，还广泛用于计算机网络、远程检测系统、远程控制系统和各种电子设备。在微型机系统中，外部总线主要用于主机和打印机、硬盘、光驱以及扫描仪等外设的连接。1.外部总线IDE和EIDEnIDE总线是专门为主机和硬盘子系统连接二设计的外部总线，也适用于和软驱光驱的连接，IDE也称为ATA接口。n采用IDE接口后，硬盘控制器和驱动器组合在一起，主机和硬盘子系统之间适用扁平电缆连接，采用16位并行传输，提高了可靠性和传输速率。n一个IDE接口可以连接两个设备，连接硬盘时有三种模式：单盘模式，主盘模式和从盘模式。主机和硬盘的数据传输可用PIO方式或
32、DMA方式。EIDE（Enhanced IDE：增强型IDE）也称为ATA-2，它在IDE基础上进行了多方面的技术改进，包括DT（双沿触发）技术，使得在时钟信号的上升沿和下降沿都能触发数据传输，从而获得双数据率即DDR效果。EIDE传输率达到18MB/s，传送带宽16位，并可扩展位32位，支持最大盘容量位8.4GB。在此基础上改进的ATA-3，能对硬盘可能发生的故障预先发出预警。后来推出的ATA33和ATA66使得传输率分别达到33MB/s和66MB/s，并且硬盘容量允许达到70GB。2.外部总线SCSI SCSI是一种并行通信的外设总线，广泛应用于小型机、工作站和服务器，在高档微型机系统中也
33、被采用。它需要软件支持，必须安装专用驱动程序。传输速度快，可靠性好，可连接多宗外设，包括硬盘阵列，光驱，扫描仪等。SCSI采用多种创新技术提高性能：双延触发DT技术，自适应机制，总线快速仲裁机制，封包传输技术等。3.SCSI和ATA的比较 连接能力：进入Ultra3时代之后，作为硬盘接口的SCSI总线宽度固定为16位，单一通道所能连接的设备数量也达到了15个；而ATA接口的位宽虽然从一开始就是16位，但每通道所能连接的设备只有2个，即便是双通道的ATA也无法与单通道的SCSI相提并论，双通道SCSI可连接的外设达到30个。此外，ATA的连接距离不足半米，尚不及SCSI的十分之一。n适配器：最初
34、的ATA采用PIO传输模式，每一个I/O操作都要在CPU控制下进行，CPU占用率极高，在硬盘读写数据时整个系统几乎停止响应；而 Ultra ATA的出现提高了接口传输率，系统通过DMA控制器与接口设备沟通，从而大幅度降低了对CPU的占用。相比之下SCSI得益于总线控制能力较强的适配器，对CPU的依赖程度始终很小。n线缆：很多技术都是SCSI首先采用，但ATA也有走在前面的时候，双沿触发就是一例，如果不使用双沿传输，在传统的40线ATA电缆上基本上得不到33MB/s的传输速率，而最终运行频率提高至 16.6MHz的Ultra ATA/66还是改用了增加40根地线的设计；SCSI运行频率很轻易地就
35、能达到40MHz，应付80MB/s的传输速率根本无需双沿传输。如果再想提高传输率就只能提高时钟频率了，而这样会出现高频干扰，于是ATA采用了在40芯扁平电缆基础上增加了40根地线将信号线一一隔开，这是ATA的又一个改进技术。多工能力：n在DMA传输模式得到广泛应用之后，SCSI设备在CPU占用率上的优势基本不复存在，但ATA设备在很多情况下仍然表现出对系统性能的拖累，而且与存储设备本身的速度没有太大关系。n这就涉及到接口的多工操作能力。多工操作能力就是多个（至少2个）设备共同工作的能力。PC机中，硬盘和光驱各一台显然是存储子系统的最小配置，而在中高级用户中拥有第二光驱或或硬盘，如果这3或4个设
36、备都采用ATA接口且系统中仅有一个标准的双通道控制器，就必然要面对单通道容纳2个设备的情况。nATA通道是独占式的，一条通道内主设备具有优先使用权，但不论哪个设备占据通道，在其完成操作并释放通道控制权之前，另一个设备都不能访问如果希望一个ATA设备处于随时可投入使用的状态，那么它所在的通道就不要有其他设备（这也是我们一再强调ATA设备所在的是“通道”而非“总线”的原因）。n左图是连接到主机上的一条并行数据线，这条总线（SCSI）或通道（ATA）串联着两块硬盘，在主机的控制下从其中一块读取数据，再写入到另一块。数据从A盘的盘片上读入缓存，沿总线或通道传输至主机的内存，然后再沿总线或通道传输至B盘
37、的缓存并写入其盘片。n由于盘片到缓存的速度明显低于缓存（沿总线或通道）至主机的速度，因此这两个设备都不可能在总线上形成持续的数据流。A盘盘片缓存B盘盘片缓存nSCSI：A盘把缓存中的数据一次性传送至主机后，总线就被释放出来，在A盘等待缓存被填满的时候，已被读入主机内存的数据就可以通过总线进入B盘的缓存，而当B盘将这些数据写入盘片的时候，总线又被释放出来供源盘使用。因为有了这种调度功能，基本上杜绝了总线空闲但其他设备又不能使用的浪费现象。nATA：A盘一旦接到传输一批数据的指令，就会完全占有通道直至将这批数据全部读入至主机内存，即使通道因缓存正等待填满而空闲，也不能释放出来供目标盘使用；而到了向
38、B盘写入数据时，通道也被独占，A盘虽然无所事事但却无法响应主机的其他请求。这种低效率使用公共资源的方式不仅延长了整个传输的时间，也使主机在此期间表现迟缓（目前的操作系统对硬盘的依赖程度很高），也就是在很多情况下性能指标较低的SCSI硬盘在实际使用中表现好过ATA硬盘的主要原因。3.外部总线RS-232-C nRS-232-C是美国电子工业协会EIA制定的一种串行总线标准，设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、
39、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特,一般用于20m以内的通信。在当前微机系统中RS-232-C接口用于连接调制/解调器和串行打印机等设备。4.通用串行总线USBnUSB（universal serial bus通用串行总线是由Intel以及Compaq等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型总线标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口。在主机端几乎100%支持USB；而在外设端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、
40、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。1、可以热插拔。2、系统总线供电，低功率设备无需外接电源，采用低功耗设备，并可提供5V/500mA电源。3、支持设备众多，支持多种设备类，例如鼠标，键盘，打印机等。4、扩展容易，可以连接多个设备，最多可扩127个。5、高速数据传输，USB1.1是12Mb/s，USB2.0高达480Mb/S。6、方便的设备互连，USB OTG支持点对点通信，例如数码相机和打印机直接互连，无需PC USB的特点USB的设备nUSB设备的两种类型：集线器和功能设备。nUSB集线器可以将一个USB接口转换为多个，并可以使这些接口同时使用。USB集线器应用于
41、使用星型拓扑结构的网络中，连接多个计算机或网络设备。USB集线器是对网络进行集中管理的重要工具，其实质是中继器，对接收到的信号进行再生放大，用于扩展主机的串行通信口的数目并加强通信信号。n功能设备就是完成某个具体功能的外设。USB的四种传输类型n控制传输方式：用于外设与主机之间的控制、状态、配置等信息的传输，为外设与主机之间提供一个控制通道。每种外设都支持控制传输方式，这样主机与外设之间就可以传送配置和命令/状态信息。n等时传输方式：用于有周期性、有限时延和带宽且数据传输速率固定的外设与主机间的数据传输。该方式无差错校验，故不能保证正确的数据传输。n中断传输方式：用于像游戏手柄、鼠标和键盘等输入设备，这些设备与主机间数据传输量小，无周期性，但对响应时间敏感，需要及时处理，以达到实时效果。n数据块传输方式：用于打印机，扫描仪，数码相机等外设，这些外设与主机间传输的数据量大，USB在满足带宽的情况下才进行该方式的数据传输。除了等时传输方式外，其他三种方式在数据传输发生错误时，都会试图重新发送数据，以保证传输的正确性。
