【文档说明】计算机控制技术项目04-总线技术课件.ppt，共(46)页，1001.000 KB，由小橙橙上传

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以下为本文档部分文字说明：

计算机控制技术—总线总线概念一套计算机系统除中央处理器件外，还有存储器、系统总线、接口电路、外部设备等多个部分。各类外部设备和存储器，都通过各种接口电路连接到计算机系统的总线上，用户可根据不同应用，选择不同类型的外部设备，设置相应的接口电路，把它挂接到系统总线上，构成不同

用途、不同规模的计算机应用系统。1.常规外围设备，如键盘、CRT显示器、打印机、磁盘机等。2.被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等。外设通过输入输出(I／O)接口和输入输出(I／O)通道与CPU的总线相连。一个实际的微型计算机控制系统的硬件，除主机外，通常还包括两类外设：为

什么外围设备不能像存储器那样直接挂到主机CPU的总线上呢？因此，I／O接口和I／O通道是计算机控制系统不可缺少的组成部分。这是由存储器和外围设备各自不同的性质、特点决定的。(1)由于存储器功能单一(保存信息)、品种有限(ROM、RAM)、存取速度与CPU的工作速度基本匹配，因此，存

储器可以直接挂到CPU总线上，很方便。(2)外围设备种类繁多，有机械式的、机电式的或电子式的；有的作为输入设备、有的作为输出设备；有的既可作为输入设备，又可作为输出设备；工作速度不一，外围设备的工作速度通常比CPU的速度低得多，且不同外围设备的工作速度往往

又差别很大；信息类型和传送方式不同，有的使用数字量，有的使用模拟量，有的要求并行传送信息，有的要求串行传送信息。如此复杂的功能，仅靠CPU及其总线是无法承担的，必须增加I／O接口电路和I／O通道才能完成。总线的概念所谓总线就是在模块和模块之间或设

备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。总线可以把计算机或控制系统的模板或各种设备连成一个整体以便彼此间进行信息交换。总线就是一组信号线的集合，用这个集合可以组成系统的标

准信息通道，它定义了各引线的信号、电气、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信。•总线的定义：一组公用线的集合–规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性–为计算机系

统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路–符合某种总线的标准总线优点采用总线的优点总线是联系计算机及控制设备的纽带。由于总线中每一条线、每一个信号都有严格的定义，因此总线标准就是系统的结构

法规。一旦选中某种总线，任何厂家和用户都要严格遵守这个法规，这就使系统设计、生产、使用和维护上具有很多优越性。概括起来采用总线有以下优点：1）简化系统结构所有的模块都做成相同的接插板通过总线连接，使系统的结构清晰，简单明了，节省了连接线。在采用面向总

线的结构中，各插座同编号的各个针都用总线信号，因而可用短接线把它们连接起来，这就可用印刷板实现整个插座连接，从而简化了系统的设计和制造工序，用户可根据需要直接选用符合总线标准的功能板卡，而不必考虑板卡插件之

间的匹配和兼容问题。2）简化硬件与软件的设计由于面向总线的结构中总线是严格定义的，挂在总线上的模块或设备只须满足总线标准并辅以相应的软件即可正常工作。因此，可以分别对各个模块或设备进行设计，而无须考虑其它模块或设备。采用面向总线标准的结构设计，使系统结构简化。根据系统的总体

性能，将其分为若干个功能子系统或功能模块，利用总线将这些功能模块联系起来，按一定的规约协调工作，使系统的结构紧凑、简洁。由于硬件是积木式接插件结构，也给整个软件设计带来了特有的模块性，每一块插件在系统中仅与总线打交道

，从而使硬件的调试简单，调试周期短，节省工时。加之模块化程序设计可供多个用户重复使用，提高了效率，降低了成本，缩短了研制周期。3）便于系统的扩充与更新由于总线的标准具有国际性，规范是公开的，各国厂商都可根据市场的需要

，设计生产符合某总线标准的功能模块和配套软件。如果要扩充规模，只需往总线上多插几块同类型的插件；如果要变换功能，用户只需选择相应的功能板卡插在总线插槽即可构成新的系统，无须重新设计；如果要扩充新功能，只要根据总线标准，设计制造新的模块即可。随着电子技术的发展，产品的更新换代是必然的；如果采用总线

结构时，只要更换新型器件，提高产品性能时，不必对系统作出大的更改，有时只需更换个别模块即可。4）便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价由于采用总线的系统产品模块化，各模块间可通过总线规约进行联系。又由于各模块有一定的独立性，这就可组织专业化生产，使产品的性能和质量得到进一步提高

。模块的单一性又可简化调试设备，降低对调试工人的技术要求，便于组织大规模生产，降低产品的造价。接插板由多个厂家生产，用户有了选择的余地，并能选到最优的产品，从而有利于产品的更新换代。5）可维护性好采用总线标准模块化设计的产品，一般都有较好的诊断软件，很

容易诊断到模块级的故障，因此，一旦发现故障可立即更换模块，系统很快就可修复。总线结构•总线结构连接示意图总线1#总线接口2#3#4#5#6#总线与总线接口一起便称之为总线结构总线结构微型计算机的总线结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设

备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口•总线结构连接的优点–结构由面向CPU变为面向总线–硬件、软件模块化设计与生产–结构清晰,便于灵活组态、扩充、改进与升级–符合同一总线标准的产品兼容性强–满足用户不同的需要,容易构成各种用途的计算机

应用系统微型计算机广泛采用总线技术，用以简化硬件、软件的系统设计。从硬件角度看，接口设计者只需按总线规范设计插件板，保证它们具有互换性与通用性，以便大批量生产，支持计算机系统的性能及系列产品的开发。从软件角度看，

接插件的硬件结构带来了软件设计的模块化。用总线连接的系统，结构简单清晰，便于扩充与更新。例如在规模上扩充时，只需往总线上多插几块同类型的插件；在功能扩充时，只需插入符合该总线标准的所需插件；在系统更新时，一般只需要更换新的插件或系统板。微型计算机的应用领域极为广泛，采用总线标准是应用的

需要。从用户角度看，希望微型计算机生产厂家除了以机箱方式提供整机系统外，还能以其他方式，如插件方式向用户提供“原型”产品，由用户根据自己的要求构成所需的微机系统。借助于总线标准，可以帮助用户按其具体需要选择和获

得适合自己需求的产品。总线的模板化结构–模板化结构•按功能划分计算机的各个部件，并按总线标准设计成由总线连接的模板结构：CPU主板、RAM/ROM存储板、A/D、D/A、DI、DO等–模板化结构的优点•增加计算机系统的通用性、灵活性、开放性、扩展性和可靠性•为系统的维修提供了方便总线类别总

线的类别按其传送数据的方式可分为串行总线和并行总线；按应用的场合可分为芯片总线、板内总线、机箱总线、设备互连总线、现场总线及网络总线等；按用途可分为计算机总线、外设总线和控制系统总线；按总线的作用域可分为全局总线和本地总线；按标准化

程度可分为标准总线和非标准化（专用）总线等。按使用位置可为分内部总线和外部总线。内部总线是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它按功能又可分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线四部分，每种型号的计算机都有自身的内部总线。内部总线1）数据

总线数据总线用于CPU与其他部件之间传送信息（数据和指令代码）。具有三态（高阻、“1”和“0”三种状态）控制功能，而且是双向传输的，即CPU通过数据总线可以接收来自其它部件的信息，也可以通过数据总线向其它部件发送信息。如ISA总线数据线是16位，PCI总线是

32位或64位。数据线的宽度表示了总线数据传输的能力，反映了总线的性能。2、地址总线地址总线用来传送CPU要访问的存储单元或I/O接口地址信号。地址信号一般由CPU发往其它芯片，属于单向总线，但也具有三

态控制功能。地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机系统的寻址能力。例如，ISA总线有24位地址线，可寻址16MB，PCI总线有32位地址线，可寻址到4GB。地址总线的宽度视CPU所能直接访问的存储空间的容量而定。

3、控制总线控制总线用于传输控制命令和状态信息。根据不同的使用条件，控制总线有的为单向，有的为双向；有的为三态，有的为非三态。控制总线用于传送控制信息、时序信息和状态信息。比如，I/O读写信号、存储器读写信号和中断信号等等。控制总线是最能体现总线特色的信号线，它

决定总线功能的强弱和适应性。4、电源线与地线电源线与地线为挂在总线上的模块或设备提供了电能以及电流通路。电源的区别在一定程度上也体现了总线标准的特色。例如，ISA采用+12V和+5V，PCI采用+5V和+3V。一般来说，越是先进的总线标准，采用的电

压越低。外总线又称通信总线。用于微型计算机系统与微型计算机系统之间或微型计算机系统与外部设备之间的通信。内总线与外总线除地址总线、数据总线和控制总线外，还包括电源总线、地线和备用线(为用户扩展功能用)。如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等。外部总线总线标准总线标准的含

义对于总线上的各个单元如芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，如果要进行正确的连接与传输信息，就应遵守一些协议与规范，这些协议与规定就被称为总线标准。总线标准包括：各个信号线的功能定义、总线工作的时钟频率、总线系统的结构、总线仲裁机构与配置机构、信号的逻辑电平、时序要求、电路

驱动能力、抗干扰能力、机械规范（包括接插件的几何形状与尺寸）和实施总线协议的驱动与管理程序。总线是微机中各模块之间传送信息的通道，各模块分时共享总线。为了方便微机系统的扩展及各厂家产品的互换或互连，国际上根据微机的发展制定了许多总线

标准。如PC总线标准、ISA总线标准、EISA总线标准、PCI总线标准、USB总线标准等。PC总线PC总线是PC机和XT机中采用的系统总线标准，适用于8位的数据传送，最大通信速率为5MB/s。它有62根引脚，引脚如图所示。可插入符合PC总线的各种扩展板，

以扩展微机的功能。PC(a)PC总线；(b)ISA总线与PC总线兼容部分1234567891011121314151617181920212223242526272829303112345678910111213141516171819202122232425262728293031GND(O)R

ESETDRV＋5Vdc(I)IRQ2－5Vdc(I)DRQ2－12VdcCARDSLCTD＋12VdcGNDI/OCHCK(I)D7(I/O)D6(I/O)D5(I/O)D4(I/O)D3(I/O)D2(I/O)D1

(I/O)D0(I/O)I/OCHRDY(I)AEN(O)A19(O)A18(O)A16(O)A15(O)A14(O)A13(O)A12(O)A11(O)A10(O)A9(O)A8(O)A7(O)A6

(O)A5(O)A4(O)A3(O)A2(O)A1(O)A0(O)A17(O)BA(a)(I/O)MEMW(I/O)MEMR(I/O)IOW(I/O)IOR(O)DACK3(I)DRQ3(O)DACK1(I)DRQ1(O)DACK0(O)CLK(I)I

RQ7(I)IRQ6(I)IRQ5(I)IRQ4(I)IRQ3(O)DACK2(O)T/C(O)ALE＋5Vdc(O)OSCGND123456789101112131415161718192021222324252627282

9303112345678910111213141516171819202122232425262728293031GND(O)RESETDRV＋5Vdc(I)IRQ2－5Vdc(I)DRQ2－12Vdc(I)0WS＋12VdcGNDI/OCHCK(I)S

D7(I/O)SD6(I/O)SD5(I/O)SD4(I/O)SD3(I/O)SD2(I/O)SD1(I/O)SD0(I/O)I/OCHRDY(I)AEN(O)SA19(O)SA18(O)SA16(O)SA15(O)SA14(O)SA13(O)SA12(O)SA11(O)SA1

0(O)SA9(O)SA8(O)SA7(O)SA6(O)SA5(O)SA4(O)SA3(O)SA2(O)SA1(O)SA0(O)SA17(O)BA(b)(I/O)SMEMW(I/O)SMEMR(I/O)IOW(I/O)IOR(O)DACK3(I)DRQ3(

O)DACK1(I)DRQ1(O)REFRESH(O)CLK(I)IRQ7(I)IRQ6(I)IRQ5(I)IRQ4(I)IRQ3(O)DACK2(O)T/C(O)BALE＋5Vdc(O)OSCGNDISAPC总线仅适

用于8位数据的传送，所以，从IBMPC/XT微机开始采用ISA总线，也称为AT总线，以便进行16位数据传送。ISA总线的数据传送速率最快为8MB/s，地址总线宽度为24位，可以支持16MB的内存。为了和PC总线兼容，在PC总线的基础上，ISA总线延伸出一段插槽，如图

所示。这一小段插槽上的引线主要是扩展的地址线和高8位数据线及增加的中断申请线等。PCI局部总线PCI(外部设备互连)是高速外设与CPU间的桥梁。它在CPU与外设间插入了一个复杂的管理层，以协调数据传输，并提供了一个标准的总线接口。该管理层提供信号的缓冲，使PCI能支持10种外设，

并在高时钟频率下保持高性能。PCI总线信号分为地址线、数据线、接口控制线、仲裁线、系统线、中断请求线、高速缓存支持、出错报告等信号线，共188根。具体情况如表5-2所示。PCI插槽ISA插槽USB通用串行总线USB（UniversalSerialBus）是由DEC、IBM、Intel

、Microsoft以及NEC等七家高技术企业制定的串行接口总线标准。由于目前微机系统的外设接口没有统一的标准，如键盘的插口是圆的，打印插口是长方形等等，而利用USB则可把这些不同的接口统一起来。它使用一个4针的插头作为标准

插头，可连接的外围设备数目最多达127个，支持热插入（HotPlugIn）和即插即用（Plug＆Play），最高传送速度可达480Mb／s，既可用于低速的外围设备，如键盘、鼠标等，也可用于中速装置，如打印机、数码照相机、调制解调器、扫描仪等。USB接口