微型計算機系統(tǒng)總線

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1、5.1 總線概述5.2 系統(tǒng)總線5.3 外部總線介紹 5.4 現(xiàn)場總線 總線（BUS）: 芯 片 內(nèi) 部 各 單 元 電 路 之 間 、 芯 片 與 芯 片 之 間 、模 塊 與 模 塊 之 間 、 設(shè) 備 與 設(shè) 備 之 間 、 甚 至 系 統(tǒng) 與 系統(tǒng) 之 間 傳 輸 信 息 的 公 共 通 路 ， 在 物 理 上 它 是 一 組 信號 線 （ 導(dǎo) 線 ） 的 集 合 。 硬件、軟件設(shè)計的模塊化 一、總線標準與分類 總線標準（技術(shù)規(guī)范）： 1. 機械結(jié)構(gòu)規(guī)范定義物理連接的方式 模 塊 幾 何 尺 寸 、 總 線 插 頭 、 總 線 接 插 件 以 及安 裝 尺 寸 ， 總 線 根 數(shù) 和

2、引 腳 如 何 排 列 等 。 2. 功能結(jié)構(gòu)規(guī)范功能上：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、備用線和地線等。 定義總線每條信號線（名稱、方向、作用）、功能以及工作過程，以及相互作用的協(xié)議。 3. 電氣規(guī)范定義信號的有效電平、動態(tài)轉(zhuǎn)換時間、負載能力、時序安排以及信息格式的約定等。 4. 時序規(guī)范定義信號的定時、應(yīng)答時序與周期及各種操作的時間參數(shù)等。 微機采用了分層次的多總線結(jié)構(gòu) 按照在系統(tǒng)不同層次位置上分類： 1. 片內(nèi)總線2. 系統(tǒng)總線3. 外總線4. 局部總線插件板內(nèi)部的總線 微機系統(tǒng)的系統(tǒng)總線標準 工業(yè)標準結(jié)構(gòu)ISA總線 擴展工業(yè)標準結(jié)構(gòu)EISA總線 微通道結(jié)構(gòu)MCA總線 VESA總線 外部設(shè)

3、備互聯(lián)PCI總線 二、總線的連接方式 1. 單總線結(jié)構(gòu) 2. 雙總線結(jié)構(gòu) 3. 三總線結(jié)構(gòu) 三、總線數(shù)據(jù)的傳送方式 串行傳送、并行傳送、并串行傳送和分時傳送 同步傳送、異步傳送、半同步傳送和分時傳送 外部總線： 系統(tǒng)總線： 一、系統(tǒng)總線概述 系統(tǒng)總線又稱內(nèi)總線或板級總線 用來連接微機各功能部件而構(gòu)成一個完整微機系統(tǒng) 系統(tǒng)總線上傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息 數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）地址總線AB（Address Bus）控制總線CB（Control Bus） 二、微機系統(tǒng)總線 1ISA 總線 IBM 公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統(tǒng)總線標準 AT總線（98線）它是

4、對PC-XT總線(62線)的擴展： 數(shù)據(jù)傳輸率為8Mb/s 20位空間地址 16位數(shù)據(jù)傳輸 擴充了中斷和DMA ISA總線插槽 ISA信號說明： RESET、BCLK：復(fù)位及總線基本時鐘，BLCK=8MH z。 SA19-SA0：存儲器及I/O空間20位地址，帶鎖存。 LA23-LA17：使得尋址達16M，不帶鎖存。其中LA19-LA17與SA19-SA17復(fù)用。BALE：總線地址鎖存，外部鎖存器的選通。 AEN：地址允許，表明CPU讓出總線，DMA開始。 SMEMR SMEMW 8位ISA存儲器讀寫控制。 SD15-SD0：數(shù)據(jù)總線。 SD15-SD8 +SD7-SD0。 SBHE高字節(jié)允許

5、，打開SD15-SD8數(shù)據(jù)通路。 MEMR MEMW 16位ISA存儲器讀寫控制。 MEMCS16 IOCS16ISA卡發(fā)出此信號確認可以進行16位傳送。 I/OCH RDY：ISA卡準備好，可控制插入等待周期。 NOWS快速ISA發(fā)出不需插入等待。 I/OCHCK ISA卡奇偶校驗錯。 IRQ15、IRQ14、IRQ12-IRQ9、IRQ7-IRQ3：中斷請求。 DRQ7-DRQ5 、DRQ3-DRQ0： ISA卡DMA請求。 DACK7-5、3-0：DMA請求響應(yīng)。MASTER ISA主模塊確立信號，控制總線 。 2EISA總線32 位尋址能力和16 位數(shù)據(jù)傳輸能力。 能夠通過軟件實現(xiàn)系統(tǒng)

6、板和擴展板的自動配置功能。 總線裁決采用集中方式，使得ESIA 支持多微處理器系統(tǒng)。 386、486 微型計算機系統(tǒng)采用，后來被淘汰。 3VESA總線VESA（video electronics standard association）總線是 1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線，簡稱為VL(VESA local bus)總線。用于CPU與主存和Cache 的直接相連。 32位數(shù)據(jù)線，且可 通過擴展槽擴 展到64 位，使用33MH z時鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。 4PCI總線PCI總線是當前最流行的總線之一 由Intel公司推出的一種局部總線。它

7、定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為64位。是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線。 支持突發(fā)讀寫操作，和即插即用。最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設(shè)備。 PCI 的外部引線信號 5Compact PCI為工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境而設(shè)計的系統(tǒng)總線。 STD總線、 VME總線、PC/104總線、Compact PCI。 （堅實的PCI ）6. PCI-E總線 支持點對點串行連接 依靠高頻率來獲得高性能 每個設(shè)備都有自己的專用連接 全雙工連接能提供更高的傳輸速率和質(zhì)量 （串行PCI） 三、發(fā)展中的系統(tǒng)總線標準 計算機系統(tǒng)中的各個功能部件都是通過總線交換數(shù)據(jù)，總線的速度對系統(tǒng)性能有著極大的影響。

8、AG P總線（加速圖形接口） 3G IO總線 （第三代I/O體系）H yper Transport總線 從PC總線到ISA、PCI總線，再由PCI進入PCI Express和H yper Transport體系，計算機在這三次大轉(zhuǎn)折中也完成三次飛躍式的提升。 外部總線(External Bus)，用于微機與外設(shè)以及微機與測量儀器儀表之間的通信。 分為并行總線和串行總線 1. RS-232-C串行通訊總線美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。 2. RS- 485總線通信距離為幾十米到上千米 具有抑制共模干擾的能力：平

9、衡發(fā)送和差分接收 多點互連，可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng) 3. IEEE- 488總線并行總線接口標準 儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元 最大傳輸距離為20米，信號傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。 4. USB總線（通用串行總線 ）可以為外設(shè)提供電源 實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接 最高傳輸率可達12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍， 還能支持多媒體。 5. IEEE1394總線高性能的串行總線 高傳輸速率 采用同步傳輸和異步傳輸兩種數(shù)據(jù)傳輸模式 可以實現(xiàn)即插即用并支持熱插拔 廣 泛 地 應(yīng) 用 于 多 媒 體 聲 卡 、 圖 像 和 視 頻 產(chǎn) 品 、 打印 機 、

10、 掃 描 儀 的 圖 像 處 理 等 方 面 ， 尤 其 是 磁 盤 陣列 、 數(shù) 字 照 相 機 ， 顯 示 器 和 數(shù) 字 錄 像 機 等 。 一、概述 用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。 作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。 最 顯 著 的 特 征 ： 開 放 性 、 分 散 性 與 數(shù) 字 通 訊 二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點 1、系統(tǒng)的開放性 2、互可操作性與互用性 3、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性 4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 5、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 三、現(xiàn)場總線的優(yōu)點 1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資 2

11、、節(jié)省安裝費用 3、節(jié)省維護開銷 4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán) 5、系統(tǒng)的準確性與可靠性高 現(xiàn) 場 總 線 協(xié) 議 還 有 ： Foudation Fieldbus（ FF） 、 Lon Works、 Profibus、 HART、CAN、 Dupline等 。 CAN： 由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信?？偩€規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制訂為國際標準，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。 符合CAN協(xié)議的通信芯片：Intel公司的82527，Motorola公司的MC68H C

12、05X4，Philips公司的82C250等，還有插在PC機上的CAN總線接口卡。 信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu) 支持多主方式工作 信 號 傳 輸 介 質(zhì) 為 雙 絞 線 ， 通 信 速 率 最 高 可 達 1Mbps/40m， 直 接 傳 輸 距 離 最 遠 可 達 1 0km/kbps,可 掛 接 設(shè) 備 最 多 可 達 110個 。 習 題 五5.1 什 么 是 總 線 ？ 簡 述 微 機 總 線 的 分 類 ？5.2 什 么 是 總 線 標 準 ？ 為 什 么 要 制 定 總 線 標 準 ？總 線 標 準 包 括 那 些 內(nèi) 容 ？5.3 熟 悉 ISA總 線 的 信 號 。5.4 什 么 是 現(xiàn) 場 總 線 ？ 有 何 特 點 ？