IEEE-488总线工作方式

IEEE 488总线接口结构如图8.22所示 .利用IEEE 488总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。可以采用串行连接，也可以采用星形连接。

图8.22 IEEE 488总线接口结构

在IEEE 488系统中的每一个设备可按如下3种方式工作。

(1) "听者"方式这是一种接收器，它从数据总线上接收数据，一个系统在同一时刻，可以有两个以上的"听者"在工作。可以充当"听者"功能的设备有: 微型计算机、打印机、绘图仪等。

(2) "讲者"方式这是一种发送器，它向数据总线发送数据，一个系统可以有两个以上的"讲者"，但任一时刻只能有一个讲者在工作。具有"讲者"功能的设备有: 微型计算机、磁带机、数字电压表、频谱分析仪等。

(3) "控制者"方式这是一种向其它设备发布命令的设备，例如对其它设备寻址，或允许"讲者"使用总线。控制者通常由微型机担任。一个系统可以有不止一个控制者，但每一时刻只能有一个控制者在工作。

在IEEE 488总线上的各种设备可以具备不同的功能。有的设备如微型计算机可以同时具有控制者、听者、讲者3种功能。有的设备只具有收、发功能，而有的设备只具有接收功能，如打印机。在某一时刻系统只能有一个控制者，而当进行数据传送时，某一时刻只能有一个发送器发送数据，允许多个接收器接收数据。也就是可以进行一对多的数据传送。

一般应用中，例如，微型机控制的数据测量系统，通过IEEE 488将微型机和各种测试仪器连接起来，这时，只有微型机具备控制、发、收3种功能，而总线上的其它设备都没有控制功能，但仍有收、发功能。当总线工作时，由控制者发布命令，规定哪个设备为发送器、哪个为接收器，而后发送器可以利用总线发送数据，接收器从总线上接收数据。

(1) 数据传输速率≤1 MB/s。

(2) 连接在总线上的设备 (包括作为主控器的微型机)≤15个。

(3) 设备间的最大距离≤20 m。

(4) 整个系统的电缆总长度≤220 m，若电缆长度超过220 m，则会因延时而改变定时关系，从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器

(5) 所有数据交换都必须是数字化的。

(6) 总线规定使用24线的组合插头座，并且采用负逻辑，即用小于+0.8V的电平表示逻辑"1";用大于2V的电平表示逻辑"0"。很好

IEEE 488是一种并行的外总线，它是20世纪70年代由HP公司制定的。HP公司为了解决各种仪器仪表与各类计算机的接口时，由于互相不兼容而带来的连接麻烦，而研制了通用接口总线HP-IB总线。1975年IEEE以IEEE 488标准总线予以推荐，1977年国际电工委员会 (IEC)也对该总线进行认可与推荐，定名为IEC-IB。所以这种总线同时使用了IEEE-488，IEC-IB (IEC接口总线)，HP-IB (HP接口总线)或GP-IB (通用接口总线)多种名称。由于IEEE 488总线的推出，当用IEEE 488标准建立一个由计算机控制的测试系统时，不要再加一大堆复杂的控制电路，IEEE 488系统以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的积木测试系统。因此IEEE 488总线是当前工业上应用最广泛的通信总线之一。

IEEE 488总线使用24线组合插头座，其各引脚定义列于表8.7

IEEE 488的信号线除7条地线外，有以下3类信号线。

(1) D7~D0数据总线，这是8条双向数据线，除了用于传送数据外，还用于"听"、"讲"方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。即在D7~D0上可以传送数据、设备地址和命令。这是因为该总线没有设置地址线和命令线，这些信息要通过数据线上的编码来产生。

(2) 字节传送控制线，在IEEE 488总线上数据传送采用异步握手 (挂钩)联络方式。即用DAV，NRFD和NDAC 3根线进行握手联络。

DAV (Data Avaible)--数据有效线。当由发送器控制的数据总线上的数据有效时，发送器置DAV为低电平 (逻辑1)，指示接收器可以从总线上接收数据。

NRFD (Not Ready for Data)--未准备好接收数据线，只要连接在总线上被指定为接收器中的设备，尚有一个未准备好接收数据，接收器就置NRFD线为有效低电平，示意发送器不要发出数据。当所有接收器都准备好时，NRFD变为高电平。

NDAC (Not Data Accepted)--未接收完数据，当总线上被指定为接收器的设备，有任何一个尚未接收完数据，它就置NDAC线为低电平，示意发送器不要撤销当前数据。只有当所有接收器都接收完数据后，此信号才变为高电平。

(3)接口管理线。

IFC (Interface Clear)--接口清零线。该线的状态由控制器建立，并作用于所有设备。当它为有效低电平时，整个IEEE 488总线停止工作，发送器停止发送，接收器停止接收。使系统处于已知的初始状态。它类似于复位信号RESET。可用计算机的复位键来产生IFC信号。

SRQ (Service Request)--服务请求线。它用来指出某个设备请求控制器的服务，所有设备的请求线是"线或"在一起的，因此任何一个设备都可以使这条线有效，来向控制器请求服务。但请求能否得到控制器的响应，完全由程序安排，当系统中有计算机时，SRQ是发向计算机的中断请求线。

ATN (Attenntion Line)--监视线。它由控制器驱动，用它的不同状态对数据总线上的信息作出解释。

当ATN="1"时，表示数据线上传送的是地址或命令，这时只有控制器能发送信息，其它设备都只能接收信息。

当ATN="0"时，表示数据总线上传送的是数据。

EOI (End or Identify)--结束或识别线。该线与ATN线一起指示是数据传送结束，还是用来识别一个具体设备。当ATN="0"时，这是进行数据传送，当传送最后一个字节使EOI="1"，表示数据传送结束，当ATN="1"，若EOI="1"时，则表示数据总线上是设备识别信息，即可得到请求服务的设备编码。

REN (Remote Enable)--远程控制线。该信号为低电平时，系统处于远程控制状态，设备面板开关，按键均不起作用;若该信号为高电平，则远程控制不起作用，本地面板控制开关，按键起作用。

----ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。

----EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。

----VESA( video electronics standard association)总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。

----PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。

----以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如STD总线、VME总线、PC/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一--Compact PCI。

----Compact PCI的意思是"坚实的PCI"，是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。 Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。

----6.PCI-E总线

----PCI Express采用的也是业内流行这种点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息，因此，系统总线包含有三种不同功能的总线，即数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)。

数据总线DB用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式(双向是指可以两个方向传输，可以A->B也可以A<-B;三态指 0，1和第三态(tri-state)。tri-state既不是一也不是零，三态门的闭合无输出高阻状态。)的总线，即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

地址总线AB是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为2^16=64KB，16位微型机的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n(2的n次方)个地址空间(存储单元)。 举例来说:一个16位元宽度的位址总线(通常在1970年和1980年早期的8位元处理器中使用)可以寻址的内存空间为 2 的 16 次方=65536=64 KB的地址，而一个 32位元 位址总线(通常在像现今 2004年 的 PC 处理器中) 可以寻址的内存空间为4,294,967,296=4GB(前提:数据总线的宽度是8位)的位址。

注释:位元=bit。

上面提到的2^n=X=YGB中的B其实是bit，这个结果其实是乘以可寻址的位元8bit之后得到的。

控制总线CB用来传送控制信号和时序信号。控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的，如读/写信号，片选信号、中断响应信号等;也有是其它部件反馈给CPU的，比如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。

超频和相关总线速率

中央处理器（CPU）

中央处理器的时钟频率速度（简称内频）由系统总线速率（bus speed）乘上倍频系数决定。例如，一个时钟频率速度为 700MHz 的处理器，可能运行于 100MHz 的系统总线上。这说明处理器内的时钟倍频器的倍率设置为7，即中央处理器被设置为以7倍于系统总线的速率运行：100 MHz×7 = 700 MHz。通过改变倍频系数或系统总线速率，可以得到不同的时钟频率速度。以前经常套用的规则认为：时钟频率速度=外频（前端总线、FSB）*倍频系数。这句话严格来说并不正确。因为现在系统总线、前端总线（外频、FSB）速率不一样。就 Intel CPU 来说，前端总线=系统总线*4。所以，应该说时钟频率速度=系统总线*倍频系数。大多数主板允许用户通过跳线设置（BIOS）设置倍频或系统总线速率。现在许多处理器制造商预先锁定了处理器的倍频，但可以通过某些手段解锁。对所有的处理器，系统总线速率的适当提高可以增进其处理速率。

前端总线与系统总线

系统总线(BusSpeed)与前端总线(FSB、外频)的区别在于，前端总线(FSB、外频)的速度指的是CPU和北桥芯片间总线的速度。而系统总线(BusSpeed)的概念是创建在数字脉冲信号震荡速度基础之上的，也就是说，100MHz系统总线(BusSpeed)特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一百万次，它更多的影响了PCI及其他总线的频率。之所以前端总线（FSB、外频）与系统总线（BusSpeed）这两个概念容易混淆，主要的原因是在以前的很长一段时间里，前端总线(FSB、外频)与系统总线（BusSpeed）是相同速率，因此往往直接称系统总线（BusSpeed）为外频，最终造成这样的误会。随着电脑技术的发展，人们发现前端总线频率（外频、FSB）需要高于系统总线（BusSpeed），因此采用了QDR（Quad Date Rate）技术，或者其他类似的技术实现这个目的。这些技术的原理类似于AGP的2X或者4X，它们使得的前端总线(FSB、外频)频率成为系统总线（BusSpeed）的2倍、4倍甚至更高，从此之后系统总线(BusSpeed)和前端总线（FSB、外频）的区别才开始被人们重视起来。