電腦匯流排技術基礎知識

任何一個微處理器都要與一定數量的組件和外圍裝置串連，但如果將各組件和每一種外圍裝置都分別用一組線路與CPU直接連接，那麼連線將會錯綜複雜，甚至難以實現。為了簡化硬體電路設計、簡化系統結構，常用一組線路，配置以適當的介面電路，與各組件和外圍裝置串連，這組共用的連接線路被稱為匯流排。採用匯流排結構便於組件和裝置的擴充，尤其制定了統一的匯流排標準則容易使不同裝置間實現互連。 

----微機中匯流排一般有內部匯流排、系統匯流排和外部匯流排。內部匯流排是微機內部各外圍晶片與處理器之間的匯流排，用於晶片一級的互連；而系統匯流排是微機中各擴充卡與系統板之間的匯流排，用於擴充卡一級的互連；外部匯流排則是微機和外部裝置之間的匯流排，微機作為一種裝置，通過該匯流排和其他裝置進行資訊與資料交換，它用於裝置一級的互連。 

----另外，從廣義上說，電腦通訊方式可以分為並行通訊和串列通訊，相應的通訊匯流排被稱為並行匯流排和串列匯流排。並行通訊速度快、即時性好，但由於佔用的口線多，不適於小型化產品；而串列通訊速率雖低，但在資料通訊輸送量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡易、方便、靈活。串列通訊一般可分為非同步模式和同步模式。 

----隨著微電子技術和電腦技術的發展，匯流排技術也在不斷地發展和完善，而使電腦匯流排技術種類繁多，各具特色。下面僅對微機各類匯流排中目前比較流行的匯流排技術分別加以介紹。 

一、內部匯流排 

----1．I2C匯流排 

----I2C（Inter-IC）匯流排10多年前由Philips公司推出，是近年來在微電子通訊控制領域廣泛採用的一種新型匯流排標準。它是同步通訊的一種特殊形式，具有介面線少，控制方式簡化，器件封裝形式小，通訊速率較高等優點。在主從通訊中，可以有多個I2C匯流排器件同時接到I2C匯流排上，通過地址來識別通訊對象。 

----2．SPI匯流排 

----串列外圍裝置介面SPI（serial peripheral interface）匯流排技術是Motorola公司推出的一種同步串列介面。Motorola公司生產的絕大多數MCU（微控制器）都配有SPI硬體介面，如68系列MCU。SPI匯流排是一種三線同步匯流排，因其硬體功能很強，所以，與SPI有關的軟體就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務。 

----3．SCI匯流排 

----串列通訊介面SCI（serial communication interface）也是由Motorola公司推出的。它是一種通用非同步通訊介面UART，與MCS-51的非同步通訊功能基本相同。 

二、系統匯流排 

----1．ISA匯流排 

----ISA（industrial standard architecture）匯流排標準是IBM 公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統匯流排標準，所以也叫AT匯流排。它是對XT匯流排的擴充，以適應8/16位元據匯流排要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛，以至於現在奔騰機中還保留有ISA匯流排插槽。ISA匯流排有98隻引腳。 

----2．EISA匯流排 

----EISA匯流排是1988年由Compaq等9家公司聯合推出的匯流排標準。它是在ISA匯流排的基礎上使用雙層插座，在原來ISA匯流排的98條訊號線上又增加了98條訊號線，也就是在兩條ISA訊號線之間添加一條EISA訊號線。在實用中，EISA匯流排完全相容ISA匯流排訊號。 

----3．VESA匯流排 

----VESA（video electronics standard association）匯流排是 1992年由60家附件卡製造商聯合推出的一種局部匯流排，簡稱為VL(VESA local bus)匯流排。它的推出為微機系統匯流排體繫結構的革新奠定了基礎。該匯流排系統考慮到CPU與主存和Cache 的直接相連，通常把這部分匯流排稱為CPU匯流排或主匯流排，其他裝置通過VL匯流排與CPU匯流排相連，所以VL匯流排被稱為局部匯流排。它定義了32位元據線，且可通過擴充槽擴充到64 位，使用33MHz時鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部匯流排，可支援386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。 

----4．PCI匯流排 

----PCI（peripheral component interconnect）匯流排是當前最流行的匯流排之一，它是由Intel公司推出的一種局部匯流排。它定義了32位元據匯流排，且可擴充為64位。PCI匯流排主板插槽的體積比原ISA匯流排插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支援突發讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支援多組外圍裝置。 PCI局部匯流排不能相容現有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）匯流排，但它不受制於處理器，是基於奔騰等新一代微處理器而發展的匯流排。 

----5．Compact PCI 

----以上所列舉的幾種系統匯流排一般都用於商用PC機中，在電腦系統匯流排中，還有另一大類為適應工業現場環境而設計的系統匯流排，比如STD匯流排、 VME匯流排、PC/104匯流排等。這裡僅介紹當前工業電腦的熱門匯流排之一——Compact PCI。 

----Compact PCI的意思是“堅實的PCI”，是當今第一個採用無源匯流排底板結構的PCI系統，是PCI匯流排的電氣和軟體標準加歐式卡的工業組裝標準，是當今最新的一種工業電腦標準。Compact PCI是在原來PCI匯流排基礎上改造而來，它利用PCI的優點，提供滿足工業環境應用要求的高效能核心系統，同時還考慮充分利用傳統的匯流排產品，如ISA、STD、VME或PC/104來擴充系統的I/O和其他功能。 

三、外部匯流排 

----1．RS-232-C匯流排 

----RS-232-C是美國電子工業協會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串列物理介面標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C匯流排標準設有25條訊號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數情況下主要使用主通道，對於一般雙工通訊，僅需幾條訊號線就可實現，如一條發送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規定的資料轉送速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200傳輸速率。RS-232-C標準規定，磁碟機允許有2500pF的電容負載，通訊距離將受此電容限制，例如，採用150pF/m的通訊電纜時，最大通訊距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通訊距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端訊號傳送，存在共地雜訊和不能抑制共模幹擾等問題，因此一般用於20m以內的通訊。 

----2．RS-485匯流排 

----在要求通訊距離為幾十米到上千米時，廣泛採用RS-485 串列匯流排標準。RS-485採用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模幹擾的能力。加上匯流排收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸訊號能在千米以外得到恢複。 RS-485採用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處於發送狀態，因此，發送電路須由使能訊號加以控制。RS-485用於多點互連時非常方便，可以省掉許多訊號線。應用RS-485 可以連網構成分布式系統，其允許最多並聯32台磁碟機和32台接收器。 

----3．IEEE-488匯流排 

----上述兩種外部匯流排是串列匯流排，而IEEE-488 匯流排是並行匯流排介面標準。IEEE-488匯流排用來串連系統，如微電腦、數字電壓表、數位顯示器等裝置及其他儀器儀錶均可用IEEE-488匯流排裝配起來。它按照位並行、位元組串列雙向非同步方式傳輸訊號，串連方式為匯流排方式，儀器裝置直接並聯於匯流排上而不需中介單元，但匯流排上最多可串連15台裝置。最大傳輸距離為20米，訊號傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。 

----4．USB匯流排 

---通用序列匯流排USB（universal serial bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的電腦和通訊公司共同推出的一種新型介面標準。它基於通用串連技術，實現外設的簡單快速串連，達到方便使用者、降低成本、擴充PC串連外設範圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、並口的裝置需要單獨的供電系統。另外，快速是USB技術的突出特點之一，USB的最高傳輸率可達12Mbps比串口快100倍，比並口快近10倍，而且USB還能支援多媒體。