計算機(jī)常用總線技術(shù).ppt

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1、測控總線及虛擬儀器第二章 常用的計算機(jī)總線技術(shù),2,“7”號和“9”號位置都是USB接口。它也是一種串行接口，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是2.0版，理論傳輸速率可達(dá)480MB/s。目前許多上設(shè)都采用這種設(shè)備接口，如Modem、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。,“10”號位置是指雙絞以太網(wǎng)線接口，也稱之為“RJ-45接口”。這要主板集成了網(wǎng)卡才會提供的，它是用于網(wǎng)絡(luò)連接的雙絞網(wǎng)線與主板中集成的網(wǎng)卡進(jìn)行連接,“4”：PS/2接口：其鼠標(biāo)的接口為綠色、鍵盤的接口為紫色，另外也可以從PS/2接口的相對位置來判斷：靠近主板PCB的是鍵盤接口，其上方的是鼠標(biāo)接口,“8” :IEEE 1394接口，串行標(biāo)準(zhǔn) 。即插即用、熱

2、撥插。使用費(fèi)比較高，目前仍受到許多限制，只是在一些高檔設(shè)備中應(yīng)用普遍，如數(shù)碼相機(jī)、高檔掃描儀等,“6”：RS-232接口：串行接口DB-9,“5”：并行接口，如GPIB接口，,3,目 錄,, 2.2 STD總線, 2.3 XT/ISA/EISA總線, 2.4 RS-232C/RS-422/RS-485, 2.5 USB總線,2.1 概述, 2.6 IEEE1394總線,4,2.1 概述,1.總線和接口標(biāo)準(zhǔn)的含義,2.總線和接口的分類,4.總線的性能參數(shù),3.總線的組成,5.總線控制與總線傳輸,6.總線的層次化結(jié)構(gòu)(略),上 頁,下 頁,目 錄,,5,一、總線和接口標(biāo)準(zhǔn)的含義,總線 總線是

3、連接一個或多個部件的一組電纜的總稱，通常包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 計算機(jī)總線，是具有特定含義的，如“局部總線”、“系統(tǒng)總線”、“通信總線”等。 提到總線，一定要指出是什么總線，才有意義。 總線標(biāo)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn)是指芯片之間、插板之間及系統(tǒng)之間，通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時，應(yīng)遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。,總線標(biāo)準(zhǔn)包括硬件和軟件兩方面 如總線工作時鐘頻率、總線信號線定義、總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)構(gòu)與配置機(jī)構(gòu)、電氣規(guī)范、機(jī)械規(guī)范和實施總線協(xié)議的驅(qū)動與管理程序。,通常說的總線，實際上指的是總線標(biāo)準(zhǔn)！,,6,接口及接口標(biāo)準(zhǔn),微機(jī)接口 是微處理器CPU與“外部世界”的連接電路，是CPU與外界進(jìn)行信息交換

4、的中繼站。 “外部世界”是指除CPU本身以外的所有設(shè)備或電路，包括存儲器、I/O設(shè)備、控制設(shè)備、測量設(shè)備、通信設(shè)備、多媒體設(shè)備、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器等 接口標(biāo)準(zhǔn) 是外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號線定義、信號傳輸速率、傳輸方向、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 、以及電氣特性和機(jī)械特性。,上 頁,下 頁,目 錄,,,7,總線標(biāo)準(zhǔn)與接口標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別,總線標(biāo)準(zhǔn),接口標(biāo)準(zhǔn),公用性，同時掛接多種不同類型的功能模塊,在機(jī)箱內(nèi)以總線擴(kuò)展槽形式提供使用,一般為并行傳輸,專用性，一般一個接口只接一類或一種設(shè)備,一般設(shè)在機(jī)箱外，以接口插頭(座)形式提供使用,有并行和串行兩種傳輸,定義的信號線多且齊全,定義的信號線少且不齊全,上 頁,

5、下 頁,目 錄,8,總線的分類,分類方法多種多樣,按照總線的使用范圍來分,,計算機(jī)總線,測控系統(tǒng)總線,網(wǎng)絡(luò)通訊總線,,儀表總線,按照總線的用途和應(yīng)用場合,,片內(nèi)總線,片間總線,內(nèi)總線,外總線,按照總線的數(shù)據(jù) 傳送方式來分,,串行總線,并行總線,,8位總線,16位總線,32位總線,64位總線,9, 片內(nèi)總線,片內(nèi)總線也稱為CPU總線，它是位于微處理器內(nèi)部的總線，是ALU及各種寄存器等功能單元之間的通路 片內(nèi)總線的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計由芯片生產(chǎn)廠家完成。,10,2.片間總線,也稱為元件級總線或者局部總線或存儲總線。該總線限制在一塊電路板內(nèi)，它是實現(xiàn)板內(nèi)各元器件相互連接的信號線。 片間總線通常包括地址

6、線（AB）、數(shù)據(jù)線（DB ）和控制線（CB）等，是各種總線中速度最快、效益最高、功能最直接的總線。 一般指CPU引腳沒有經(jīng)過組合、驅(qū)動隔離，而被直接引用的信號線 一般采用的是并行方式,11,3.內(nèi)總線,內(nèi)總線也叫板級總線或標(biāo)準(zhǔn)總線或系統(tǒng)總線，它主要用于微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各插件板之間進(jìn)行連接和傳輸信息，是微機(jī)系統(tǒng)最重要的一種總線，一般在主板上做成擴(kuò)展插槽形式。如ISA總線構(gòu)成了IBM PC/AT微機(jī)系統(tǒng) 除三總線外，還有電源線、地線和由于擴(kuò)展的備用線 計算機(jī)用的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI等；工業(yè)控制的STD、VME、CompactPCI；用于測控系統(tǒng)和儀器的CAMAC、V

7、XI、PXI等,12,4.外總線,外總線也叫通信總線，是微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)系統(tǒng)與通信設(shè)備之間進(jìn)行通信的一組信號線。 主要指串行通信總線，RS-232-C、RS-485總線，微機(jī)與智能儀器之間通信采用的GPIB、VXI總線以及最近流行和正在迅速發(fā)展的用于微機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的USB通用串行總線等。以及CAN、FT等用于工業(yè)控制的現(xiàn)場總線等 主要用于連接各種外設(shè)，如：并行打印機(jī)總線。 這些通信總線的特點更符合接口標(biāo)準(zhǔn)的特點，因此，常稱為接口標(biāo)準(zhǔn),13,14,接口標(biāo)準(zhǔn)分類,通用外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn) 支持多種外設(shè)以及家用電器的新型接口標(biāo)準(zhǔn) USB、IEEE 1394通用串行接口標(biāo)準(zhǔn) 外存儲器設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)

8、 支持磁盤、光盤、CD-ROM和磁帶的接口標(biāo)準(zhǔn) IDE(Integrated Device Electronics，集成設(shè)備電路,更準(zhǔn)確地稱為是ATA )和SCSI(小型計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口 )并行接口總線(掃描儀) 圖形顯示器接口標(biāo)準(zhǔn) 支持圖像顯示卡的接口標(biāo)準(zhǔn)，如AGP視頻接口標(biāo)準(zhǔn) 傳統(tǒng)的串行/并行接口標(biāo)準(zhǔn) 支持微機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出的串行端口和并行端口 RS232C、I2C(Inter IC)、IEEE1284（打印機(jī)并口） 測試儀器接口標(biāo)準(zhǔn) 支持智能測試儀器組成自動測試系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE488,VXI接口標(biāo)準(zhǔn),上 頁,下 頁,目 錄,15,“7”號和“9”號位置都是USB接口。它也是

9、一種串行接口，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是2.0版，理論傳輸速率可達(dá)480MB/s。目前許多上設(shè)都采用這種設(shè)備接口，如Modem、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。,“10”號位置是指雙絞以太網(wǎng)線接口，也稱之為“RJ-45接口”。這要主板集成了網(wǎng)卡才會提供的，它是用于網(wǎng)絡(luò)連接的雙絞網(wǎng)線與主板中集成的網(wǎng)卡進(jìn)行連接,“4”：PS/2接口：其鼠標(biāo)的接口為綠色、鍵盤的接口為紫色，另外也可以從PS/2接口的相對位置來判斷：靠近主板PCB的是鍵盤接口，其上方的是鼠標(biāo)接口,“8” :IEEE 1394接口，串行標(biāo)準(zhǔn) 。即插即用、熱撥插。使用費(fèi)比較高，目前仍受到許多限制，只是在一些高檔設(shè)備中應(yīng)用普遍，如數(shù)碼相機(jī)、高檔掃描儀等,

10、“6”：RS-232接口：串行接口DB-9,“5”：并行接口（如GPIB接口） 連接打印機(jī)，現(xiàn)已逐步減少,上 頁,下 頁,目 錄,16,三、總線的組成,總線按信號類型或功能一般可分為以下五種, 數(shù)據(jù)總線(DB) 數(shù)據(jù)總線一般為雙向三態(tài)，用來傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的寬度（位數(shù)）反映了總線傳輸數(shù)據(jù)的速率, 地址總線 (AB) 地址總線一般為單向三態(tài)，用來傳輸?shù)刂沸畔?，地址線的位數(shù)決定了微機(jī)系統(tǒng)的尋址范圍,控制總線用來傳輸控制或狀態(tài)信號。它根據(jù)使用條件不同，有的為單向，有的為雙向傳輸，有的是三態(tài)，有的是非三態(tài)?？刂瓶偩€代表了總線的控制能力, 控制總線(CB),17,上 頁,下 頁,目 錄

11、,18,用三態(tài)門構(gòu)成單向總線,用三態(tài)門構(gòu)成雙向總線,所謂三態(tài)門，就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。,19, 電源和地線 電源和地線是總線中不可缺少的，它決定了總線使用的電源種類，地線分布及用法, 備用線 備用線主要是留作功能擴(kuò)充和用戶的特殊要求使用,PCI總線,,系統(tǒng)總線一般做成標(biāo)準(zhǔn)的插槽（slot）形式,20,四、總線的性能指標(biāo), 總線寬度 指一次可以同時傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位為位(bit) 主要是指數(shù)據(jù)總線的寬度，以位數(shù)(bit)為單位。如16位總線、32位總線 總線頻率總線頻率就是總線周期的倒數(shù)，總線周期是微處理器完成一步完整操作的最小時間單位。 它一般指總線在每秒鐘內(nèi)能

12、傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)，單位為MHz。如33MHz、66MHz等。 ISA的總線頻率為8MHz，而PCI總線有33.3MHz、66.6MHz兩種總線頻率等 衡量總線傳輸速率的重要因素之一，工作頻率越高，傳輸速度越快。,21,傳輸速率指總線在每秒鐘內(nèi)能傳輸?shù)淖疃嘧止?jié)數(shù)，單位為MB/s。 三者的關(guān)系是：Q = W F / N 傳輸速率=總線寬度總線頻率/8 總線寬度越寬，總線頻率越高，則總線傳輸速率越快 例：總線頻率為33.3MHz，總線寬度32位，則： 傳輸速率=32b/833.3 MHz =133.2MB/s, 傳輸速率,上 頁,下 頁,目 錄,22,關(guān)于傳輸（速）率,有時單位為b/s，沒有

13、錯，注意和B/s的區(qū)別 但有些總線采用了一些新技術(shù)（如在時鐘脈沖的上升沿和下降沿都選通等），使最大數(shù)據(jù)傳輸速率比上面的計算結(jié)果高。 總線是用來傳輸數(shù)據(jù)的，所采取的各項提高性能的措施，最終都要反映在傳輸速率上，所以在諸多指標(biāo)中最大數(shù)據(jù)傳輸速率是最重要的。 最大數(shù)據(jù)傳輸速率有時也被稱為帶寬（bandwidth）。,23,表明總線擁有多少信號線，是數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線的總和。信號線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比。,4.同步方式,可分為同步方式、異步方式、半同步。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時鐘來統(tǒng)一定時主模塊、從模塊之

14、間的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬。,5.多路復(fù)用,采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目。,6.信號線數(shù),7.總線控制方式,包括并發(fā)工作、自動配置、仲裁方式、邏輯方式、計數(shù)方式等。,上 頁,下 頁,目 錄,24,總線的性能指標(biāo),8.尋址能力 主要是指地址總線的位數(shù)及所能直接尋址的存儲器空間的大小。 一般來說，地址線位數(shù)越多，所能尋址的地址空間越大 9.總線的定時協(xié)議 信息傳送時的時間協(xié)議，目的是使源與目的同步 分為同步總線定時、異步總線定時、半同步總線定時 10.負(fù)載能力 負(fù)載能力是指總線上所有能掛連的器件個數(shù)。 一般指總線上的擴(kuò)展槽個數(shù)。,25,幾種

15、微型計算機(jī)總線性能參數(shù),上 頁,下 頁,目 錄,X86是一個intel通用計算機(jī)系列的編號，也標(biāo)識一套通用的計算機(jī)指令集合，由于早期intel的CPU編號都是如8086,80286來編號，由于這整個系列的CPU都是指令兼容的，所以都用X86來標(biāo)識所使用的指令集合如今的奔騰，P2,P4,賽揚(yáng)系列都是支持X86指令系統(tǒng)，所以都屬于X86家族,26,總線層次化結(jié)構(gòu),北橋芯片主要決定主板的規(guī)格、對硬件的支持、以及系統(tǒng)的性能，它連接著 CPU 、內(nèi)存、 AGP 總線。主板支持什么 CPU ，支持 AGP 多少速的顯卡，支持何種頻率的內(nèi)存，都是北橋芯片決定的。北橋芯片往往有較高的工作頻率，所以發(fā)熱量

16、頗高，我們在主板上，可以在 CPU 插槽附近找到一個散熱器，下面的就是北橋芯片。,南橋芯片主要決定主板的功能，主板上的各種接口（如串口、 USB ）、 PCI 總線（接駁電視卡、內(nèi)貓、聲卡等）、 IDE （接硬盤、光驅(qū)）、以及主板上的其他芯片（如集成聲卡、集成 RAID 卡、集成網(wǎng)卡等），都?xì)w南橋芯片控制。南橋芯片通常裸露在 PCI 插槽旁邊，塊頭比較大。,27,Intel 845E是為Pentium 4推出的DDR芯片組，它正式支持533MHz的系統(tǒng)前端總線，支持DDR266的內(nèi)存規(guī)范,ICH4南橋芯片支持USB2.0規(guī)范和ATA 100的硬盤,28,,29,精英945P主板,LGA775

17、CPU插座,DDR2 雙通道 存儲器插座,MCH,ICH,PCI 總線插槽,PCI-E x16 總線插槽,PCI-E x1 總線插槽,主電源插座,ATA插座,S-ATA 插座,軟驅(qū)插座,CPU電源插座,上 頁,下 頁,目 錄,ATA技術(shù)是一個關(guān)于IDE（Integrated Device Electronics）的技術(shù)規(guī)范族。最初，IDE只是一項企圖把控制器與盤體集成在一起為主要意圖的硬盤接口技術(shù)。...,30,,,LPT:此接口一般用來連接打印機(jī)或掃描儀。其默認(rèn)的中斷號是IRQ7，采用25腳的DB-25接頭,CMOS常指保存計算機(jī)基本啟動信息（如日期、時間、啟動設(shè)置等）的芯片。CMOS

18、是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，是用來保存BIOS的硬件配置和用戶對某些參數(shù)的設(shè)定。CMOS可由主板的電池供電，即使系統(tǒng)掉電，信息也不會丟失。對BIOS中各項參數(shù)的設(shè)定要通過專門的程序。BIOS設(shè)置程序一般都被廠商整合在芯片中，在開機(jī)時通過特定的按鍵就可進(jìn)入BIOS設(shè)置程序，方便地對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置,31,本節(jié)練習(xí)題與思考題,1.總線與接口的區(qū)別？如何分類？ 2.總線的傳輸速率如何計算？ 3. 總線主要是由 、 、 、 、 等五部分組成。 4.下列總線的邏輯狀態(tài)必須是三態(tài)的是（ ） A：AB B：DB C：CB D：Power和GND E：備用線 5.最能體現(xiàn)總線特色的信號線是

19、 A：AB B：DB C：CB D：Power和GND E：備用線 判斷對錯：6.地址線和數(shù)據(jù)線必須分開使用，所以不能共用一條線（ ） 7.總線的信號線越多，表示其性能越強(qiáng)（ ）,上 頁,下 頁,目 錄,32,引言工控機(jī),一般的把適合于工業(yè)環(huán)境使用的微型計算機(jī)系統(tǒng)稱之為工業(yè)控制計算機(jī)。一般也叫IPCIndustry Personal Computer。嚴(yán)格說來，所謂工業(yè)控制計算機(jī)，是指那些滿足下述條件的計算機(jī)系統(tǒng)： 能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能。 能夠和工業(yè)對象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口。 能夠在苛刻的工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行。,上 頁,下 頁,目 錄,2.2 STD總線,33,工

20、業(yè)控制計算機(jī)與計算機(jī)系統(tǒng)相比較，具有以下主要特點：,(1) 具有豐富的過程輸入/輸出(I/O)功能 工業(yè)控制計算機(jī)是與工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，主要面向機(jī)電一體化產(chǎn)品和成套裝置控制應(yīng)用的要求，與生產(chǎn)工藝過程和機(jī)械設(shè)備相匹配的一個有機(jī)組成部分。它必須與控制儀表、顯示儀表、檢測儀表、執(zhí)行器以及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)用，才能完成對各種設(shè)備和工藝裝置的控制。 因此，除了計算機(jī)的基本部分如CPU、存儲器外，還必須有豐富的過程輸入輸出設(shè)備(相對于數(shù)據(jù)處理機(jī))和完善的外部設(shè)備，這些是工業(yè)控制機(jī)能否投入運(yùn)行的重要條件。,上 頁,下 頁,目 錄,34,(2) 實時性高 所謂的“實時”，是指信號的輸入

21、、計算和輸出都要在一定的時間內(nèi)完成，亦即“及時”，超出這個時限，就失去了控制的時機(jī)，控制也就失去了意義。 工業(yè)控制機(jī)具有時間驅(qū)動和事件驅(qū)動的能力，要能對生產(chǎn)過程工況變化實時地進(jìn)行監(jiān)視和控制。當(dāng)過程參數(shù)出現(xiàn)偏差甚至故障時，能迅速響應(yīng)，予以判斷，及時處理。為此，通常需配有實時操作系統(tǒng)，完善的中斷系統(tǒng)等，沒有這些就無法很好地執(zhí)行工業(yè)控制任務(wù)。,上 頁,下 頁,目 錄,35,(3) 具有高可靠性 工業(yè)生產(chǎn)過程通常是晝夜連續(xù)的，一般的生產(chǎn)裝置要幾個月甚至一年才大修一次，非正常停機(jī)往往會造成還很大的損失，這就要求工業(yè)控制機(jī)可靠性盡可能的高。 因此它要求： 低故障率；一般來說，要求工業(yè)控制機(jī)的平

22、均故障間隔時間(MTBF)不應(yīng)低于數(shù)千甚至上萬小時。 短的故障修復(fù)時間(MTTR)； 可采用冗余技術(shù)，更換模板容易，能夠熱拔插。 運(yùn)行效率高；一定時間內(nèi)(例如一年)，運(yùn)行時間占整個時間的比率一般要求99以上。,上 頁,下 頁,目 錄,36,(4) 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，工業(yè)控制計算機(jī)必須采取必要的措施，適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕、振動沖擊、灰塵等環(huán)境。例如，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下電、磁干擾嚴(yán)重，供電條件不良，工業(yè)控制機(jī)必須有極高的電磁兼容性，有高抗干擾能力和共模抑制能力。,(5) 有豐富的應(yīng)用軟件 工業(yè)控制軟件正向結(jié)構(gòu)化、組態(tài)化發(fā)展。工業(yè)控制計算機(jī)一般與PC機(jī)兼容，在PC機(jī)上運(yùn)行的軟

23、件一般都可以在工業(yè)控制計算機(jī)上運(yùn)行。,上 頁,下 頁,目 錄,37,(6) 技術(shù)綜合性要求高 工業(yè)控制計算機(jī)應(yīng)用是系統(tǒng)工程問題。除了要解決計算機(jī)的基本部分以外，還需要解決它如何與被測控對象的接口，如何適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，如何與工藝過程與企業(yè)管理相結(jié)合等一系列問題。 以上是工業(yè)控制計算機(jī)和其它類型計算機(jī)相比的區(qū)別,上 頁,下 頁,目 錄,38,下圖描述了工業(yè)PC機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。,上 頁,下 頁,目 錄,39,第一代工控機(jī)技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代初期，盛行于80年代末和90年代初期，到90年代末期逐漸淡出工控機(jī)市場，其標(biāo)志性產(chǎn)品是STD總線工控機(jī)。STD總線最早是由美國Pro-L

24、og公司和Mostek公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而制定的8位工業(yè)I/O總線，隨后發(fā)展成16位總線，統(tǒng)稱為STD80，后被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織吸收，成為IEEE-P961標(biāo)準(zhǔn)。國際上主要的STD總線工控機(jī)制造商有Pro-Log、Winsystems、Ziatech等，而國內(nèi)企業(yè)主要有北京康拓公司和北京工業(yè)大學(xué)等。STD總線工控機(jī)是機(jī)籠式安裝結(jié)構(gòu)，具有標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、模塊化、組合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特點，并且設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試簡單，得到了當(dāng)時急需用廉價而可靠的計算機(jī)來改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的中小企業(yè)的廣泛歡迎和采用，國內(nèi)的總安裝容量接近20萬套，在中國工控機(jī)發(fā)展史上留下了輝煌的一頁。,上 頁,下 頁,目

25、 錄,一、STD總線概述,40,STD是Standard的縮寫。 STD總線是由美國的Pro-log公司提出，經(jīng)Pro-Log公司與Mostek 公司共同發(fā)展起來的一種工業(yè)微型計算機(jī)系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)。 1978年12月正式公布，1985年2月被IEEE接受為并行總線標(biāo)準(zhǔn)IEEE P961 STD總線是一種面向工業(yè)控制的8位微機(jī)總線，通過對原STD總線進(jìn)行改造，使它升格為8位/16位兼容總線，32位STD總線標(biāo)準(zhǔn)也已推出。 用STD總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的模塊計算機(jī)系列，稱為STD總線模塊式工業(yè)控制計算機(jī)。,上 頁,下 頁,目 錄,,41,STD總線起初設(shè)計為可用于64K存儲空間的8位總線，后發(fā)展成可

26、用于尋址16M空間的16位總線,STD總線的特點1：,小板結(jié)構(gòu)，高度的模塊化,上 頁,下 頁,目 錄,165.1x114.3mm，“輕薄短小” ，在機(jī)械強(qiáng)度、抗斷裂、抗震動、抗老化和抗干擾方面具有優(yōu)越性,42,STD總線的特點2：,嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性,43,STD總線的特點3：,面向I/O設(shè)計，非常適合工業(yè)現(xiàn)場控制,STD總線的特點4：,高可靠性,44,56根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五大類 (1)邏輯電源線6根(引線16) (2)數(shù)據(jù)總線8根(引線714) (3)地址總線16根(引線1530) (4)控制總線22根(引線3152) (5)輔助電源線4根(引線5356)

27、 53、54：/AUXGND(附加電源地) 55：+12V/附加+12V電源 56：-12V/附加-12V電源,二、STD總線的信號定義,上 頁,下 頁,目 錄,45,46,1、電源,12V的電壓如何變成5v？,47,2.數(shù)據(jù)線和地址線,數(shù)據(jù)總線定義引腳是D0D7，亦可作為擴(kuò)展地址使用，此時是A16A23。 地址總線定義引腳是A0A7（只做地址）， A8A15亦可作為數(shù)據(jù)總線使用，此時是D8D15。,,48,3.控制總線,上 頁,下 頁,目 錄,49,上 頁,下 頁,目 錄,控制總線,,,50,上 頁,下 頁,目 錄,,51,上 頁,下 頁,目

28、 錄,52,answerback 應(yīng)答信號,53,54,(4)時鐘和復(fù)位信號,55,PCI與我們后面講的PCI總線不是一回事,56,+5V,,, 一個STD控制器的PCI為“1” , 且未提出總線請求, 則它的PCO為“1”;, 每個STD控制器提出請求的前提是PCI為“1”;, 如果PCI為“1” , 且提出總線請求, 則PCO為“0”;, 如果PCI為“0”, 則該STD不能提出總線請求, 且它的PCO為“0”;,57,總線低位地址A0A12直接連接到各存儲器芯片,STD總線與存儲器連接方法,高位地址A13A15用來選片（可選64K基本存儲器，通過擴(kuò)展，可增至128K）,上 頁,下 頁

29、,目 錄,58,地址碼的低位字節(jié)連接到總線譯碼器, 形成6根選板信號和2根選口信號, 選通I/O端口工作,STD總線與I/O的連接方法,（可選128個口，擴(kuò)展后可增至256個口）,上 頁,下 頁,目 錄,59,STD總線系統(tǒng)圖,60,STD90486 (集成電路板) 北京市中關(guān)村的周寶星于1998年申請的一項專利 80486DX4-100或5X86-133CPU板（4MB64MB）DRAM,實時時鐘,硬件看門狗，兩串一并，兩硬兩軟，打印機(jī)接口，復(fù)位按扭，與PC/AT全兼容。,STD總線產(chǎn)品其實就是一種板卡（包括CPU卡）和無源母板結(jié)構(gòu),,金手指,上 頁,下 頁,目 錄,61,思考

30、題：,1.不定向選擇：STD總線信號中，關(guān)于地址總線和數(shù)據(jù)總線的說法正確的是（ ） A：地址總線的高8位與數(shù)據(jù)總線的高8位復(fù)用 B：地址范圍擴(kuò)充時，數(shù)據(jù)總線可以被復(fù)用，傳送高位地址A23A16 C：傳送16位數(shù)據(jù)，通過復(fù)用地址總線傳送數(shù)據(jù)的高8位。 D：通過總線復(fù)用，地址的尋址范圍可以是8位、16位、24位 E：當(dāng)數(shù)據(jù)總線復(fù)用于擴(kuò)展尋址時，應(yīng)使用REFRESH*信號進(jìn)行分解 F：地址線有24條，數(shù)據(jù)線有16條 2. STD規(guī)范規(guī)定的地址線有 條，如果要求總線的尋址范圍達(dá)到16MB，則需要所用地址線數(shù)目為 。這種技術(shù)又被稱為 技術(shù)。 3.工控機(jī)的主要特點？,62,2.3 XT/ISA/

31、EISA總線,統(tǒng)稱PC系列總線 PC機(jī)所使用的各種總線結(jié)構(gòu)實際上都是從最早的設(shè)計構(gòu)思發(fā)展而來的。,,PC內(nèi)部總線,一、PC總線的發(fā)展過程,上 頁,下 頁,目 錄,IBM與計算機(jī),63,1.PC XT總線,IBM公司1981年推出的第一臺 IBM PC機(jī)以及隨后推出的 IBM PC/XT機(jī)所使用的總線是 PC歷史上最早使用的總線結(jié)構(gòu)，被稱為 PC總線或 PC/XT總線。 有62條信號線，用雙列插槽連接，分A面（元件面） 和B面（焊接面）。 由于IBM PC或 IBM XT機(jī)上使用的都是8088微處理器，所以這種總線只有20位的地址線和8位的數(shù)據(jù)線。連接到PC/XT總線擴(kuò)展槽中的信號包括了8

32、位的雙向數(shù)據(jù)總線、20位的地址總線、6級中斷請求申請信號、三組DMA通道控制線、內(nèi)存與I/O讀寫控制線、動態(tài)RAM刷新控制線、時鐘和定時信號線等。另外還包括了電源線，5V，12V。,,上 頁,下 頁,目 錄,64,2.ISA總線,ISA(Industy Standard Architecture)即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線，又稱AT總線。是IBM AT機(jī)推出時使用的總線，逐步演變?yōu)橐粋€事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得到廣泛的使用。 ISA總線在原XT總線62引線的基礎(chǔ)上再延長出獨(dú)立的一段，新增加36線(A、B兩面各18線)，數(shù)據(jù)線擴(kuò)至16位，地址線擴(kuò)至24位。系統(tǒng)板上ISA插槽見下圖。ISA總線適配8/

33、16位數(shù)據(jù)總線傳輸要求，與XT總線兼容。ISA總線插槽長138.5mm，相鄰引腳距離2.54mm，基本部分與擴(kuò)展部分相距10.16mm。,65,3.MCA總線,（Micro Channel Architecture,MCA）稱為微通道結(jié)構(gòu) IBM在推出第一臺386型微機(jī)時，創(chuàng)造了一個全新的與ISA標(biāo)準(zhǔn)完全不同的系統(tǒng)總線MCA，該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)寬度為32位，數(shù)據(jù)傳輸率為ISA的4倍。但是由于IBM公司為了壟斷市場而不將MCA標(biāo)準(zhǔn)公布于眾，所以MCA結(jié)構(gòu)沒有得到廣泛的流行。(目前已淘汰) 應(yīng)用在PS/2微機(jī),上 頁,下 頁,目 錄,66,4.EISA總線,1989年，以Compag(康柏，現(xiàn)已被h

34、p收購 )為代表，聯(lián)合AST（虹志 ，曾經(jīng)紅極一時，曾被三星收購，現(xiàn)已垮掉）、HP、NEC(日本電氣或日電)、EPSON（愛普生）等公司，針對486提出了適合32位微處理器的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)EISA（Extended Industy Standard Architecture ） 它規(guī)定了一種新的插座，比ISA差不多長了一倍 但是，工業(yè)PC并未大規(guī)模使用EISA，要么ISA，要么是新出現(xiàn)的PCI總線，如同中國人的傳呼機(jī)一樣，過渡性質(zhì)的,上 頁,下 頁,目 錄,,67,5.VESA總線,VESA是視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（Video Electronics Standards Association）

35、的英文縮寫，VESA總線是該協(xié)會制定的總線標(biāo)準(zhǔn)，因此又稱VL-Bus（VESA Local Bus）。 局部總線既要保持原有的向下兼容性，又要與原有的擴(kuò)展總線結(jié)構(gòu)并存，這即所謂的中介式總線結(jié)構(gòu)。VL-Bus總線采用的就是這種形式的局部總線。 VL-Bus為一種32位的局部總線，是專門為80486系統(tǒng)設(shè)計的。不能用于Pentium,上 頁,下 頁,目 錄,68,PCI(Peripheral Component Interconnect，設(shè)備部件互連)總線是一種高性能局部總線，它是92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn) 支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式 具

36、有即插即用功能(PnP) 最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps 兼容性強(qiáng)、成本低 詳細(xì)的第三章講述,6.PCI局部總線,上 頁,下 頁,目 錄,69,70,總線性能比較,512MB/s,上 頁,下 頁,目 錄,71,二、ISA總線信號,ISA總線設(shè)計成前62引腳和后36引腳的兩個插槽，兩個插槽各分成兩面：A（元件面）和B（焊接面）對應(yīng)原PC總線，C（元件面)和D（焊接面）對應(yīng)擴(kuò)展的后36引腳，共98根線分成6類 1.地址線 2.數(shù)據(jù)線 3.讀寫控制線 4.中斷請求線 5.DMA傳送控制信號線 6.其它信號線,上 頁,下 頁,目 錄,72,1.地址線,地址信號用于尋址存儲器和I/O設(shè)備。

37、,,,SA19-SA0 (System Address) 內(nèi)存尋址使用SA19:SA0配合LA23:LA17 能尋址多達(dá)16M的內(nèi)存 I/O尋址中只使用低16位,可以用來定位64K的I/O地址 SA19是最高位SA0為最低位地址 在BALE為高時有效而由BALE的下降沿鎖定,通過讀或?qū)懨钍剐盘柋３钟行?LA23-LA17 （Unlatched Address） 此信號在BALE信號為高電平時才有效，并且在 CPU周期過程中是不鎖定的，因此并不保持整個周期有效，它們的用途是為一個等待狀態(tài)存儲周期生成存儲器譯碼信號。 和SA19:SA0可以共同尋址多達(dá)16M的內(nèi)存？,存儲器空間有大有小，I/O地

38、址都是64K,73,2.數(shù)據(jù)線,SD0 SD15，雙向。(System Data) SD0是最低有效位，SD15是最高有效位。CPU既可以按字節(jié)傳輸，也可按字傳輸,,,,,System Byte High Enable高字節(jié)允許信號，低電平有效，表示數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)氖歉咦止?jié)數(shù)據(jù)（SD8 SD15）,因為各種總線標(biāo)準(zhǔn)的廠家不同，# 等同于上橫線（標(biāo)準(zhǔn)寫法），表示低電平有效。,8位設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送通過SD7:SD0來完成,SD15:SD0則用于傳送16位設(shè)備的數(shù)據(jù);當(dāng)16位設(shè)備向8位設(shè)備傳送數(shù)據(jù)時需將16位信號轉(zhuǎn)換成兩個8位周期通過SD7:SD0來進(jìn)行傳送,74,3.讀寫控制線,（1）BALE 地址

39、鎖存允許信號(Buffered Address Latch Enable )，可用BALE信號的下降沿將系統(tǒng)總線上的地址信號SA0 SA19鎖存表明外部存儲器選通，該信號在CPU總線周期的T1時間周期內(nèi)有效，通常作為CPU總線周期的指示,I/O讀和I/O寫信號，輸出、低電平有效,,,原XT總線上的-MEMR和-MEMW定義為-SMEMR和-SMEMW，“SMEMR”、 “SMEMW”指標(biāo)準(zhǔn)存儲器讀寫。只有當(dāng)存儲器的地址譯碼信號低于1MB的存儲空間時，這兩個信號才會有效。 -SMEMR和-SMEMW 信號取自于-MEMR和-MEMW (ISA新增信號)和低于 lMB的地址譯碼信號。,75,0 W

40、S#，輸入，零等待狀態(tài)信號，該信號通知主板，擴(kuò)展電路卡無需插入等待狀態(tài)，當(dāng)前的數(shù)據(jù)可以利用兩個時鐘周期完成,,,-MEMCS16 ：16位存儲器數(shù)據(jù)選擇信號。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送是有一個等待狀態(tài)的16位存儲周期,則它必須發(fā)一個-MEMCS16 信號給主板。譯碼信號必須取自 LA17LA23 。-MEMCS16 用能夠吸收20mA的集電極開路門或三態(tài)的驅(qū)動器來驅(qū)動。-IOCS16 ：16位I/O數(shù)據(jù)選擇信號，集電極開路門或三態(tài)驅(qū)動。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送是有一個等待狀態(tài)的16位 I/O周期，則必須發(fā)一個-IOCS16信號給主板。這個信號由地址譯碼器驅(qū)動。與SBHE#合稱高8位數(shù)據(jù)線控制信號：,76,（1）

41、IRQ9-12 、 IRQ14、15和IRQ3-7中斷請求信號 （Interrupt Request）優(yōu)先順序： （2）IRQ13只使用在主板上，而不可用于 I/O接口卡上。IRQ8用于實時時鐘，故這兩個中斷未出現(xiàn)在 ISA總線的信號線中。,4.中斷請求線,用于I/O設(shè)備向微處理器發(fā)送請求中斷（低變高），在微處理器響應(yīng)中斷之前，一直高，,,,上 頁,下 頁,目 錄,來自IRQ9:IRQ12與IRQ14 :IRQ15的請求優(yōu)先被處理（IRQ9優(yōu)先級最高），而來自IRQ3:IRQ 7的請求較后處理（IRQ7優(yōu)先級最低）,77,16位ISA/EISA總線中斷,PC/AT是基于286CPU推出的

42、，它增加了總線所 支持的外部中斷的數(shù)量。中斷的數(shù)量增加到16個，是通過使用兩個8259中斷控制器級聯(lián)來實現(xiàn)的，即將第二個控制器（從控制器）產(chǎn)生的中斷信號連接到第一個控制器（主控制器）未被使用的IRQ2中。這種設(shè)置實際上只有15個IRQ可被設(shè)定，IRQ2實際上不能獲得。,通過將第二個IRQ控制器產(chǎn)生的中斷選定路徑到第一個的IRQ2上，那么這些新中斷被分配了一個介于IRQ1與IRQ3之間的嵌套優(yōu)先級，因此IRQ15的優(yōu)先級比IRQ3高。 為防止板卡設(shè)置使用IRQ2的問題，AT系統(tǒng)設(shè)計者用IRQ9來填補(bǔ)IRQ2的位置，這意味著任何新系統(tǒng)中指定為使用IRQ2的插卡實際上在使用IRQ9。也有一些插卡標(biāo)記

43、這個選項為IRQ2/9，一般的只稱之為IRQ2或IRQ9。,78,5.DMA傳送控制線,DMA (Direct Memory Access)，意思是直接內(nèi)存訪問，是一種不經(jīng)過CPU而直接從內(nèi)存存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式。DMA模式下，CPU只須向DMA控制器下達(dá)指令，讓DMA控制器來處理數(shù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣就很大程度上減輕了CPU資源占有率。 DMA 傳送方式的優(yōu)先級高于程序中斷，兩者的區(qū)別主要表現(xiàn)在對CPU的干擾程度不同。中斷請求不但使CPU停下來，而且要CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序為中斷請求服務(wù)，這個請求包括了對斷點和現(xiàn)場的處理以及CPU與外設(shè)的傳送，所以CPU付出了很多

44、的代價；DMA請求僅僅使CPU暫停一下，不需要對斷點和現(xiàn)場的處理，并且是由DMA控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，無需CPU的干預(yù)，DMA只是借用了一點CPU的時間而已。還有一個區(qū)別就是，CPU對這兩個請求的響應(yīng)時間不同，對中斷請求一般都在執(zhí)行完一條指令的時鐘周期末尾響應(yīng)，而對DMA的請求，由于考慮它得高效性，CPU在每條指令執(zhí)行的各個階段之中都可以讓給DMA使用，是立即響應(yīng)。,DMA是什么？,上 頁,下 頁,目 錄,79,（1） AEN 地址允許信號，輸出。此信號用來在DMA期間禁止I/O端口與微處理器和其他設(shè)備的地址譯碼。AEN信號有效，表示DMA控制器正在控制系統(tǒng)總線，進(jìn)行DMA傳輸。

45、此時CPU放棄了總線控制權(quán)，用AEN信號來禁止I/O端口的地址譯碼 （2）DRQ0-DRQ3,DRQ5-DRQ7DMA請求信號（DMA Request），優(yōu)先權(quán)從高到低是DRQ0,DRQ1,，DRQ7 （3）#DACK0 DACK3,DAK5DAK7, （ DMA Acknowledge ），DMA響應(yīng)信號，用來響應(yīng)DMA請求。低電平有效 (4)T/C，計數(shù)結(jié)束信號，輸出。在任何一個DMA通道的終點計數(shù)計滿時發(fā)出此脈沖,5.DMA傳送控制線,,上 頁,下 頁,目 錄,80,#MASTER Master 和DRQ線一起獲得ISA板上ISA總線的控制權(quán) 當(dāng)接收到一個DACK后設(shè)備將MASTE

46、R信號拉低使得其獲得系統(tǒng)地址數(shù)據(jù)和控制線的控制權(quán)在此狀態(tài)下設(shè)備將在驅(qū)動地址和數(shù)據(jù)線之前等待一個時鐘周期在讀/寫命令之前等待兩個時鐘周期,5.DMA傳送控制線,,上 頁,下 頁,目 錄,81,6 其它信號線 IO CH CK#，I/O通道檢驗信號，輸入 RESET DRV，系統(tǒng)復(fù)位驅(qū)動信號，輸出 REFRESH#， Memory Refresh I/O線，刷新信號， 該信號為低時表明正在進(jìn)行內(nèi)存刷新操作 (5) 電源線和地線,即Vcc等+5V,-5V,+12V,-12V,GND（4個）,,,,上 頁,下 頁,目 錄,82,（6）OSC Oscillator (振蕩器)是一個時間段為7

47、0毫微秒的時鐘(14.31818 MHz)，最高頻率 （7）CLK System Clock ，它的頻率一般在7MHz到10MHz之間 該頻率值在ISA標(biāo)準(zhǔn)中并未嚴(yán)格定義 一般來說，CLK是OSC輸出的3分頻產(chǎn)生的,,,上 頁,下 頁,目 錄,83,（8）# I/O CH RDY I/O Channel Ready 允許較慢速ISA板通過插入等待狀態(tài)延長I/O或內(nèi)存讀寫周期 I/O CH RDY通常處于高就緒 ISA板將I/O CH RDY拉低未準(zhǔn)備好以插入等待狀態(tài) 使用I/O CH RDY插入等待狀態(tài)的設(shè)備需可以完成讀寫周期時地址譯碼和讀/寫信號有效后立即使I/O CH RDY信號為低

48、當(dāng)設(shè)備釋放I/O CH RDY回高,,上 頁,下 頁,目 錄,84,ISA總線的尋址空間,兩組地址線 存儲器空間16M和64K的I/O地址空間 存儲器空間的前1MB單元也分為三部分，與XT兼容 ISA總線只用了1K的端口地址，其余的不能被訪問,,85,ISA總線I/O端口讀總線周期（時序）,處理器采集數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù),I/O讀操作結(jié)束,86,ISA總線I/O端口寫總線周期（時序）,87,ISA總線簡化的讀存儲器周期時序(略),上 頁,下 頁,目 錄,88,ISA總線的時序圖說明：,89,注意事項：,90,ISA總線的機(jī)械規(guī)范,上 頁,下 頁,目 錄,91,補(bǔ)充： PC-104總

49、線 PC-104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，近年來在國際上廣泛流行，第一塊PC104產(chǎn)生于1987年，但嚴(yán)格意義的規(guī)范說明在1992年才公布，從那以后，對PC-104感興趣的人越來越多，當(dāng)時就有125個廠家引進(jìn)PC-104規(guī)范生產(chǎn)PC104兼容產(chǎn)品。我們知道， IEEE-P996是PC和PC/AT工業(yè)總線規(guī)范，而從PC-104被定義為IEEE-P996.1 就可以看出，PC-104實質(zhì)上是一種緊湊型，小型化的IEEE-P996。其型號定義和PC/AT基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的，小型堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。 PC-104有兩個版本，8位和16位，分

50、別與PC和PC/AT相對應(yīng)。在PC-104總線的兩個版本中，8位PC-104共有64個總線管腳，單列雙排插針和插孔，P1：64針，P2：40針，合計104個總線信號，PC-104因此得名。 PC-104模塊本質(zhì)上就是尺寸縮小為3.8in 3.6in (90mm96mm)的ISA總線板卡。,92,PC 104 模塊,1、 堆棧式連接：去掉總線背板和插板滑道，總線以“針”和“孔”形式層疊連接，即PC-104總線模塊之間總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬和相連，這種層疊封裝有極好的抗震性。 2、 輕松總線驅(qū)動：減少元件數(shù)量和電源消耗，4mA總線驅(qū)動即可使模塊正常工作，每個模塊1-2瓦能耗。,9

51、3,PC 104總線工業(yè)控制計算機(jī)的應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的IPC機(jī)有許多局限性，主要問題是體積和功耗太大，在許多嵌入式應(yīng)用中(例如航空航天產(chǎn)品，智能儀器儀表，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備，機(jī)電一體化產(chǎn)品等)無法勝任，因而在在80年代末產(chǎn)生了采用基于模塊化設(shè)計方法的嵌入式工業(yè)PC系統(tǒng)。 PC-104總線模塊系統(tǒng)已成為嵌入式PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。大量應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備，儀器，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備等嵌入式應(yīng)用場合，而這些應(yīng)用場合，既需要PC機(jī)的軟硬件環(huán)境，又需要模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化和低功耗的設(shè)計，這就需要建立嵌入式PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，以便縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，減少設(shè)備投資，從而降低產(chǎn)品或系統(tǒng)的價格。 雖然PC-1

52、04總線工控機(jī)的功耗低，但其驅(qū)動能力差(4mA)，其擴(kuò)展能力和維護(hù)性也受到限制，使其在工業(yè)過程控制和自動化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍受到一定的局限。,94,1.ISA總線的尋址范圍為什么是16M? 2.ISA總線的中斷響應(yīng)中，如果IRQ12、IRQ9、IRQ3、IRQ7四條中短線同時請求，則CPU處理的先后順序？ 3.XT總線和ISA總線的尋址空間是一樣的嗎？差別在哪里？ 4.PC/XT/ISA/EISA的差別在（ ） A：電源線和地線的差別 B：地址總線的進(jìn)一步擴(kuò)展 C：數(shù)據(jù)總線的進(jìn)一步增多 D：數(shù)據(jù)傳輸率更高 E：控制方式更加靈活多樣，支持多種數(shù)據(jù)傳輸 F：分別向下兼容，所以可以用EISA可

53、以完全替代前面幾種總線 5.判斷：ISA總線中CLOCK的信號是固定的6MHz,即167ns （ ） 6.在DMA傳輸過程中，BALE應(yīng)該是 電平，AEN是 電平，DRQ0-DRQ3和DRQ5-DRQ7的優(yōu)先級順序是 ，與請求對應(yīng)的響應(yīng)信號管腳是 。,上 頁,下 頁,目 錄,本節(jié)練習(xí)題與思考題,95,2.4 RS-232C/RS-422/RS-485接口,96,串行與并行： 串行： 用一根信號線將數(shù)據(jù)逐位順序傳送 并行：就是多條（8條）同時協(xié)作傳輸數(shù)據(jù) 串行通信的優(yōu)勢： 通信線路少，在遠(yuǎn)距離通信時可以極大地降低成本；適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高

54、的近距離數(shù)據(jù)傳送 實例： PC系列機(jī)上有兩個串行異步通信接口，鍵盤/鼠標(biāo)器/顯示器與主機(jī)間亦采用串行數(shù)據(jù)傳送。,上 頁,下 頁,目 錄,97,串行接口,串行通信時使用的接口所直接面對的并不是某個具體的通信設(shè)備，而是一種串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 目前已有較多的串行接口，如最新的USB以及最經(jīng)典的RS-232C系列，接口有所不同,上 頁,下 頁,目 錄,98,一、串行通信基本知識1.數(shù)據(jù)傳送方向,單工形式：數(shù)據(jù)只能單方向從一端向另一端傳送；如：有線電視節(jié)目、潛伏中呼叫間諜,半雙工形式：數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但任一時刻只能向一個方向傳送。既可分時雙向傳送數(shù)據(jù) 。如：某些對講機(jī)，傳真機(jī),單工,半

55、雙工,上 頁,下 頁,目 錄,,99,全雙工形式：同時雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對單向配置，它要求兩端的通信設(shè)備都具有完整和獨(dú)立的發(fā)送和接收能力。 通信效率最高，適合于計算機(jī)之間的通信。還有手機(jī),發(fā)送端 接收端,接收端 發(fā)送端,,數(shù)據(jù)線,,,,地線,全雙工,,數(shù)據(jù)線,上 頁,下 頁,目 錄,,100,2.傳輸速率,在串行通訊中，用波特率來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，簡寫為bps,國際上規(guī)定了一個標(biāo)準(zhǔn)波特率系列：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kb

56、ps、56Kbps。,在串行通信中，無論收、發(fā)，都必須有時鐘脈沖信號對傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位和同步控制。 接收時鐘/發(fā)送時鐘是波特率的倍數(shù)波特率因子。,例：波特率=9600bps，波特率因子=16，則接收時鐘和發(fā)送時鐘頻率=960016=153600Hz 波特率因子=16 ，表明16個時鐘脈沖傳送(接收)1位。,上 頁,下 頁,目 錄,101,3.信號的調(diào)制和解調(diào),數(shù)字信號的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如電話線頻帶范圍僅3003400Hz 所以采用普通通信線路進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，需要在發(fā)送端用調(diào)制器(Modulator)把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，模擬信號經(jīng)通信線路傳送到接收方，接收

57、方再以解調(diào)器(Demodulator)，把模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。 大多數(shù)情況下，調(diào)制器和解調(diào)器合在一個裝置中，稱為調(diào)制解調(diào)器Modem,在數(shù)據(jù)通訊中，Modem起著傳輸信號的作用，是一種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，簡稱DCE，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱DTE。微機(jī)串行通信接口電路，如8250/8251為DTE。,上 頁,下 頁,目 錄,102,串行通信模型,103,解調(diào)方法,104,4.串行通信的類型,數(shù)據(jù)通信可分為同步通信和異步通信兩大類： 同步通信要求接收端時鐘頻率和發(fā)送端時鐘頻率一致。發(fā)送端發(fā)送連續(xù)的比特流(BitTorrent )。 異步通信時不要求接收端時鐘和發(fā)送端時鐘同

58、步。發(fā)送端發(fā)送完一個字節(jié)后，可經(jīng)過任意長的時間間隔再發(fā)送下一個字節(jié)。異步通信的通信開銷較大，但接收端可使用廉價的、具有一般精度的時鐘來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。,一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，傳輸一個字符時，以起始位開始，然后傳輸字符本身的各位，接著傳輸校驗位，最后以停止位結(jié)束該字符的傳輸。,上 頁,下 頁,目 錄,一次傳輸?shù)钠鹗嘉?、字符各位、校驗位、停止位?gòu)成一組完整的信息，稱為幀（Frame） 幀與幀之間可有任意個空閑位,同步就是雙方時鐘匹配，你發(fā)我收，匹配傳輸。異步就是時鐘不匹配，我不知道你什么時候發(fā)，發(fā)來了我現(xiàn)處理。,105,1） 同步通信通信雙方使用同一時鐘,以數(shù)據(jù)塊（幀

59、）為傳輸單位 雙方使用同一時鐘（主控方提供時鐘，被控方接收時鐘） 外同步：時鐘信號另外安排一根傳輸線 自同步：發(fā)送時將時鐘信號與數(shù)據(jù)混合編碼，接收時譯碼出時鐘 數(shù)據(jù)格式：每個數(shù)據(jù)塊前加12個同步字符（同步頭）進(jìn)行幀同步，一般采用CRC循環(huán)冗余校驗碼 同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜 串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，最常使用的同步通信協(xié)議有高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC）,,,,,,,,,,同步字符,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),校驗,,同步字符,,,上 頁,下 頁,目 錄,106,2）異步通信通信雙方使用各自的時鐘,串行通信時的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息都使用同一根信號線傳送 收發(fā)

60、雙方必須遵守共同的通信協(xié)議（通信規(guī)程）： 傳送速率 信息格式 位同步 幀同步 數(shù)據(jù)校驗 錯誤處理 串行異步通信以字符為單位進(jìn)行傳輸 數(shù)據(jù)格式：起止式異步通信協(xié)議,上 頁,下 頁,目 錄,107,起止式異步通信協(xié)議,起始位每個字符開始傳送的標(biāo)志，起始位采用邏輯0電平,起始位,附加位,停止位,空閑位,數(shù)據(jù)位,低位,,高位,,,字符,,,1,0,1,1,1,,數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由58個二進(jìn)制位組成，低位先傳送,附加位該位可用于校驗或數(shù)據(jù)標(biāo)識：可選擇奇檢驗、偶校驗或無校驗位,停止位表示該字符傳送結(jié)束。停止位為邏輯1電平，可選擇1、1.5、2位。,空閑位傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒

61、有進(jìn)行傳送,,,,,上 頁,下 頁,目 錄,108,異步通訊的 信息格式,起始位邏輯01位 數(shù)據(jù)位 邏輯0或15位、6位、7位、8位 校驗位邏輯0或11位或無 停止位邏輯11位、1.5位或2位 空閑位邏輯1任意數(shù)量,例：傳送8位數(shù)據(jù)45H（0100,0101B），奇校驗，1個停止位，則信號線上的波形為,clk,上 頁,下 頁,目 錄,109,二、RS-232C總線,該標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(Electronic Industrial Associate-Recommended Standard 232C)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1

62、969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)串行通信接口中廣泛采用。 1987年1月正式改名為EIA-232D 設(shè)計目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器 現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE的標(biāo)準(zhǔn)接口 DTE數(shù)據(jù)終端設(shè)備，例如計算機(jī) DCE數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)傳機(jī)，數(shù)據(jù)傳送機(jī)），例如調(diào)制解調(diào)器） 可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，也可近距離連接兩臺微機(jī) 屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層,上 頁,下 頁,目 錄,1

63、10,在串行通信中，DTE和DCE之間的連接要符合接口標(biāo)準(zhǔn) 計算機(jī)通信中使用最普遍的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn) PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9針和25針連接器，旁邊一般有 “|O|O|” 樣標(biāo)識,上 頁,下 頁,目 錄,,每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。,111,說明,1）RS-232C標(biāo)準(zhǔn)最初是為了遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備而制定的（1969年），并未考慮計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前又被廣泛的借來用與計算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。所以與現(xiàn)在的計算機(jī)系統(tǒng)存在不一

64、致的地方。 2）發(fā)送和接收是以DTE為對象定義的,上 頁,下 頁,目 錄,112,一、RS-232C的引腳定義,232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個25針連接器 絕大多數(shù)設(shè)備只使用其中9個信號，所以就有了9針連接器 232C接口信號面向使用調(diào)制解調(diào)器的串行異步通信，可支持兩個通信信道： 主信道：用于數(shù)據(jù)傳送 次信道：次信道為輔助串行通道，主要提供通道控制，但其傳輸速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常較少使用,上 頁,下 頁,目 錄,113,,SG,PG,,,,114,7號線 SG (Signal Groud )信號地 為所有的信號提供一個公共的參考電平,2號線 TxD （Transmi

65、tted Data）發(fā)送數(shù)據(jù)（終端數(shù)傳機(jī)） 串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端 3號線 RxD：( Received Data）接收數(shù)據(jù)（終端數(shù)傳機(jī)） 串行數(shù)據(jù)的接收端,RS-232C的引腳,（1）數(shù)據(jù)發(fā)送和接收信號線： (2條),（2）地線 ：,1號線 PG：保護(hù)地（機(jī)殼地） 起屏蔽保護(hù)作用的接地端，一般應(yīng)參照設(shè)備的使用規(guī)定，連接到設(shè)備的外殼或大地,,TxC：發(fā)送器時鐘 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時鐘信號 RxC：接收器時鐘 控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時鐘信號,115,RS-232C的引腳,20號線 DTR* (Data Terminal Ready )數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（終端數(shù)傳機(jī)） 通常當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備一加電

66、，該信號就有效，表明數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備就緒 6號線 DSR*： (Data Set Ready)數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（終端數(shù)傳機(jī)） 通常表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備（即數(shù)據(jù)裝置）已接通電源連到通信線路上，并處在數(shù)據(jù)傳輸方式 DTR和DSR也可用做數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)信號，例如應(yīng)答數(shù)據(jù)接收 這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設(shè)備狀態(tài)信號有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號決定。,上 頁,下 頁,目 錄,（3）聯(lián)絡(luò)控制信號線： (6條),116,RS-232C的引腳,4號線 RTS*：(Request to Data)請求發(fā)送（終端數(shù)傳機(jī)） 當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好送出數(shù)據(jù)時，就發(fā)出有效的RTS信號，用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) 5號線 CTS*： (Clear to Send)清除發(fā)送（允許發(fā)送）（終端數(shù)傳機(jī)） 當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時，發(fā)出CTS有效信號來響應(yīng)RTS信號 RTS和CTS是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間一對用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號 這對RTS/CTS請求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號是用于半雙