第二章 计算机常用总线技术

1、仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用第二章第二章 常用的计算机总线技术常用的计算机总线技术仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用2 “7 7”号和号和“9 9”号位置都是号位置都是USBUSB接口。它也是一种串行接口，目接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是前最新的标准是2.02.0版，理论传输版，理论传输速率可达速率可达480480MB/s/s。目前许多上。目前许多上设都采用这种设备接口，如设都采用这种设备接口，如Modem、打印机、扫描仪、数码、打印机、扫描仪、数码相机等。相机等。“10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之号位置是指双绞以太网线接口，也

2、称之为为“RJ-45接口接口”。这要主板集成了网卡才会。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接板中集成的网卡进行连接“4”：PS/2接口：其鼠标的接口为绿色、键盘的接口：其鼠标的接口为绿色、键盘的接口为紫色，另外也可以从接口为紫色，另外也可以从PS/2接口的相对位置接口的相对位置来判断：靠近主板来判断：靠近主板PCB的是键盘接口，其上方的的是键盘接口，其上方的是鼠标接口是鼠标接口 “8” :IEEE 1394接口，串行接口，串行标准标准 。即插即用、热拨插。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到使用费比较高，

3、目前仍受到许多限制，只是在一些高档许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等机、高档扫描仪等“6”：RS-232接口：串行接口接口：串行接口DB-9“5”：并行接口，如：并行接口，如GPIB接口，接口，仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用3目目 录录 2.2 STD总线总线 2.3 XT/ISA/EISA总线总线 2.4 RS-232C/RS-422/RS-485 2.5 USB总线总线2.1 概述概述 2.6 IEEE1394总线总线仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用42.1 概述1.总线和接口标准的含义2.总线和接口的分类4.总线的性能参数3

4、.总线的组成5.总线控制与总线传输6.总线的层次化结构(略)上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用5一、总线和接口标准的含义一、总线和接口标准的含义总线总线总线是连接一个或多个部件的一组电缆的总称，通常包括地址总线是连接一个或多个部件的一组电缆的总称，通常包括地址总线、数据总线和控制总线。总线、数据总线和控制总线。计算机总线，是具有特定含义的，如计算机总线，是具有特定含义的，如“局部总线局部总线”、“系统总系统总线线”、“通信总线通信总线”等。等。提到总线，一定要指出是什么总线，才有意义。提到总线，一定要指出是什么总线，才有意义。总线标准总线标准总线标准是指芯片之间、插板之间及

5、系统之间，通过总线进行总线标准是指芯片之间、插板之间及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范。连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范。总线标准包括硬件和软件两方面总线标准包括硬件和软件两方面如总线工作时钟频率、总线信号线定义、总线系统结构、如总线工作时钟频率、总线信号线定义、总线系统结构、总线仲裁机构与配置机构、电气规范、机械规范和实施总线仲裁机构与配置机构、电气规范、机械规范和实施总线协议的驱动与管理程序。总线协议的驱动与管理程序。通常说的总线，实际上指的是总线标准！通常说的总线，实际上指的是总线标准！仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用6接口及接口标准接口及接口标

6、准微机接口微机接口是微处理器是微处理器CPU与与“外部世界外部世界”的连接电路，是的连接电路，是CPU与与外界进行信息交换的中继站。外界进行信息交换的中继站。“外部世界外部世界”是指除是指除CPU本身以外的所有设备或电路，本身以外的所有设备或电路，包括包括存储器、存储器、I/O设备、控制设备、测量设备、通信设设备、控制设备、测量设备、通信设备、多媒体设备、备、多媒体设备、A/D与与D/A转换器转换器等等接口标准接口标准是外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速是外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向、拓扑结构率、传输方向、拓扑结构 、以及电气特性和机械特性。、以及电气

7、特性和机械特性。上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用7总线标准与接口标准的区别总线标准总线标准接口标准接口标准公用性，同时挂接多种不公用性，同时挂接多种不同类型的功能模块同类型的功能模块在机箱内以总线扩展槽形在机箱内以总线扩展槽形式提供使用式提供使用一般为并行传输一般为并行传输专用性，一般一个接口只接专用性，一般一个接口只接一类或一种设备一类或一种设备一般设在机箱外，以接口插一般设在机箱外，以接口插头头( (座座) )形式提供使用形式提供使用有并行和串行两种传输有并行和串行两种传输定义的信号线多且齐全定义的信号线多且齐全定义的信号线少且不齐全定义的信号线少且不齐全上 页下 页

8、目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用8总线的分类分类方法多种多样按照总线的使用范围来分计算机总线测控系统总线网络通讯总线仪表总线按照总线的用途和应用场合片内总线片间总线内总线外总线按照总线的数据传送方式来分串行总线并行总线8位总线16位总线32位总线64位总线仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用9 片内总线片内总线片内总线也称为片内总线也称为CPU总线，它是位于微处理器内部的总线，总线，它是位于微处理器内部的总线，是是ALU及各种寄存器等功能单元之间的通路及各种寄存器等功能单元之间的通路片内总线的结构与功能设计由芯片生产厂家完成。仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用102.片间总线片间总

9、线也称为也称为元件级总线或者局部总线或存储总线元件级总线或者局部总线或存储总线。该总线限。该总线限制在一块电路板内，它是实现板内各元器件相互连接的制在一块电路板内，它是实现板内各元器件相互连接的信号线。信号线。片间总线通常包括地址线（片间总线通常包括地址线（AB）、数据线（）、数据线（DB ）和控）和控制线（制线（CB）等，是各种总线中速度最快、效益最高、功）等，是各种总线中速度最快、效益最高、功能最直接的总线。能最直接的总线。一般指一般指CPU引脚没有经过组合、驱动隔离，而被直接引引脚没有经过组合、驱动隔离，而被直接引用的信号线用的信号线 一般采用的是并行方式一般采用的是并行方式仪表总线技术

10、及应用仪表总线技术及应用113.内总线内总线内总线也叫板级总线或标准总线或系统总线，它主要用于也叫板级总线或标准总线或系统总线，它主要用于微机系统内部各插件板之间进行连接和传输信息，是微机微机系统内部各插件板之间进行连接和传输信息，是微机系统最重要的一种总线，一般在主板上做成扩展插槽形式系统最重要的一种总线，一般在主板上做成扩展插槽形式。如。如ISA总线构成了总线构成了IBM PC/AT微机系统微机系统 除三总线外，还有电源线、地线和由于扩展的备用线除三总线外，还有电源线、地线和由于扩展的备用线计算机用的计算机用的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI等等；工业控制的；工业控

11、制的STD、VME、CompactPCI；用于测控系统；用于测控系统和仪器的和仪器的CAMAC、VXI、PXI等等仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用124.外总线外总线外总线也叫外总线也叫通信总线通信总线，是微机系统之间或微机系统与通信设备之，是微机系统之间或微机系统与通信设备之间进行通信的一组信号线。间进行通信的一组信号线。主要指串行通信总线，主要指串行通信总线，RS-232-C、RS-485总线，微机与智能仪总线，微机与智能仪器之间通信采用的器之间通信采用的GPIB、VXI总线以及最近流行和正在迅速发总线以及最近流行和正在迅速发展的用于微机与外部设备之间进行通信的展的用于微机与外部设备之

12、间进行通信的USB通用串行总线等。通用串行总线等。以及以及CAN、FT等用于工业控制的现场总线等等用于工业控制的现场总线等主要用于连接各种外设，如：并行打印机总线。主要用于连接各种外设，如：并行打印机总线。这些通信总线的特点更符合接口标准的特点，因此，常称为接这些通信总线的特点更符合接口标准的特点，因此，常称为接口标准口标准仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用13仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用14接口标准分类通用外设接口标准通用外设接口标准支持多种外设以及家用电器的新型接口标准支持多种外设以及家用电器的新型接口标准USB、IEEE 1394通用串行接口标准通用串行接口标准外存储器设备接口

13、标准外存储器设备接口标准支持磁盘、光盘、支持磁盘、光盘、CD-ROM和磁带的接口标准和磁带的接口标准IDE(Integrated Device Electronics，集成设备电路，集成设备电路,更准确地称为是更准确地称为是ATA )和和SCSI(小型计算机标准接口小型计算机标准接口 )并行接口总线并行接口总线(扫描仪扫描仪)图形显示器接口标准图形显示器接口标准支持图像显示卡的接口标准，如支持图像显示卡的接口标准，如AGP视频接口标准视频接口标准传统的串行传统的串行/并行接口标准并行接口标准支持微机系统输入支持微机系统输入/输出的串行端口和并行端口输出的串行端口和并行端口RS232C、I2C(

14、Inter IC)、IEEE1284（打印机并口）（打印机并口）测试仪器接口标准测试仪器接口标准支持智能测试仪器组成自动测试系统的接口标准。支持智能测试仪器组成自动测试系统的接口标准。IEEE488,VXI接口标准接口标准上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用15 “7 7”号和号和“9 9”号位置都是号位置都是USBUSB接口。它也是一种串行接口，目接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是前最新的标准是2.02.0版，理论传输版，理论传输速率可达速率可达480480MB/s/s。目前许多上。目前许多上设都采用这种设备接口，如设都采用这种设备接口，如Modem、打印机、扫描仪

15、、数码、打印机、扫描仪、数码相机等。相机等。“10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之号位置是指双绞以太网线接口，也称之为为“RJ-45接口接口”。这要主板集成了网卡才会。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接板中集成的网卡进行连接“4”：PS/2接口：其鼠标的接口为绿色、键盘的接口：其鼠标的接口为绿色、键盘的接口为紫色，另外也可以从接口为紫色，另外也可以从PS/2接口的相对位置接口的相对位置来判断：靠近主板来判断：靠近主板PCB的是键盘接口，其上方的的是键盘接口，其上方的是鼠标接口是鼠标接口 “8” :IEEE

16、 1394接口，串行接口，串行标准标准 。即插即用、热拨插。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等机、高档扫描仪等“6”：RS-232接口：串行接口接口：串行接口DB-9“5”：并行接口（如：并行接口（如GPIB接口）接口）连接打印机，现已逐步减少连接打印机，现已逐步减少上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用16三、总线的组成三、总线的组成 总线总线按信号类型或功能一般可分为以下按信号类型或功能一般可分为以下五种五种 数据总线数据总线(DB

17、)(DB) 数据总线数据总线一般为一般为双向三态，双向三态，用来传输数据，数用来传输数据，数据总线的宽度（据总线的宽度（位数位数）反映了总线传输数据的速率）反映了总线传输数据的速率 地址总线地址总线 (AB)(AB) 地址总线地址总线一般为一般为单向三态单向三态，用来传输地址信息，用来传输地址信息，地址线的位数决定了微机系统的寻址范围地址线的位数决定了微机系统的寻址范围 控制总线控制总线用来传输用来传输控制控制或或状态信号状态信号。它根据使用。它根据使用条件不同，有的为条件不同，有的为单向单向，有的为，有的为双向传输双向传输，有的是，有的是三三态态，有的是，有的是非三态非三态。控制总线代表了总

18、线的控制能力。控制总线代表了总线的控制能力 控制总线控制总线(CB)(CB)仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用17上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用18 电源和地线电源和地线 电源电源和和地线地线是总线中不可缺少的，它决定了总线使用的电源种是总线中不可缺少的，它决定了总线使用的电源种类，地线分布及用法类，地线分布及用法 备用线备用线 备用线备用线主要是留作功能扩充和用户的特殊要求使用主要是留作功能扩充和用户的特殊要求使用 PCIPCI总线总线系统总线一般做成标准的插槽（系统总线一般做成标准的插槽（slotslot）形式）形式仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用19四、总线

19、的性能指标四、总线的性能指标 总线宽度总线宽度 指一次可以同时传输数据的指一次可以同时传输数据的位数位数，单位为位，单位为位(bit)主要是指数据总线的宽度，以位数主要是指数据总线的宽度，以位数(bit)(bit)为单位。如为单位。如1616位总位总线、线、3232位总线位总线 总线频率总线频率总线频率就是总线周期的倒数，总线周期是微处总线频率就是总线周期的倒数，总线周期是微处理器完成一步完整操作的最小时间单位。理器完成一步完整操作的最小时间单位。 它一般指总线在每秒钟内能传输数据的它一般指总线在每秒钟内能传输数据的次数次数，单位为，单位为MHz。如如33MHz33MHz、66MHz66MHz

20、等。等。 ISA的总线频率为的总线频率为8MHz，而，而PCI总线有总线有33.3MHz、66.6MHz两种总线频率等两种总线频率等 衡量总线传输速率的重要因素之一，衡量总线传输速率的重要因素之一，工作频率越高，工作频率越高，传输速度越快。传输速度越快。仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用20传输速率传输速率指总线在每秒钟内能传输的最多字节指总线在每秒钟内能传输的最多字节数，单位为数，单位为MB/s。三者的关系是：三者的关系是：Q = W Q = W F / N F / N 传输速率传输速率= =总线宽度总线宽度总线频率总线频率/8/8 总线宽度越宽，总线频率越高，则总线传输速率总线宽度越宽，

21、总线频率越高，则总线传输速率越快越快 例：总线频率为例：总线频率为33.3MHz，总线宽度，总线宽度32位，则：位，则：传输速率传输速率=32b/833.3 MHz =133.2MB/s 传输速率传输速率上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用21关于传输（速）率有时单位为b/s，没有错，注意和B/s的区别但有些总线采用了一些新技术（如在时钟脉冲的上升沿和下降沿都选通等），使最大数据传输速率比上面的计算结果高。总线是用来传输数据的，所采取的各项提高性能的措施，最终都要反映在传输速率上，所以在诸多指标中最大数据传输速率是最重要的。最大数据传输速率有时也被称为带宽（bandwidth

22、）。 仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用22表明总线拥有多少信号线，是数据总线、地址总线、控制总线和电源总线的总和。信号线数与总线性能不成正比，但一般与复杂度成正比。可分为同步方式和异步方式。在同步方式下，总线上可分为同步方式和异步方式。在同步方式下，总线上主模块与从模块进行一次数据传输的时间是固定的，主模块与从模块进行一次数据传输的时间是固定的，并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模块之间并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模块之间的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，就可达的传输操作，只要总线上的设备都是高速的，就可达到很高的总线带宽。到很高的总线带宽。采用多路复用技术，可以减少总

23、线的数目。采用多路复用技术，可以减少总线的数目。7.总线控制方式总线控制方式包括并发工作、自动配置、仲裁方式、包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。逻辑方式、计数方式等。上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用23总线的性能指标8.寻址能力寻址能力 主要是指地址总线的位数及所能直接寻址的存储器空主要是指地址总线的位数及所能直接寻址的存储器空间的大小。间的大小。一般来说，地址线位数越多，所能寻址的地址空间越大一般来说，地址线位数越多，所能寻址的地址空间越大9.总线的定时协议总线的定时协议信息传送时的时间协议，目的是使信息传送时的时间协议，目的是使源与目的源与目的同

24、步同步分为同步总线定时、异步总线定时、半同步总线定时分为同步总线定时、异步总线定时、半同步总线定时10.负载能力负载能力负载能力是指总线上所有能挂连的器件个数。负载能力是指总线上所有能挂连的器件个数。一般指总线上的扩展槽个数。一般指总线上的扩展槽个数。仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用24几种微型计算机总线性能参数几种微型计算机总线性能参数 名称ISA(PC-AT)EISASTDMCAPCI适用机型80286,386,486系列机386,486,586 IBM系列机Zilog Z-80,IBM-PC系列机IBM-PC工作站Workstation P5个人机, PowerPC, 工作站最大传输

25、率8MB/s33MB/s2MB/s33MB/s133MB/s总线宽度8/16位32位8/16位32位32位总线频率8MHz8.33MHz2MHz10MHz2033MHz同步方式半同步同步同步异步同步地址宽度2432243232/64负载能力86无限制无限制3信号线数981435610912064位扩展不可无规定不可可可多路复用非非非是上 页下 页目 录X86是一个intel通用计算机系列的编号，也标识一套通用的计算机指令集合，由于早期intel的CPU编号都是如8086,80286来编号，由于这整个系列的CPU都是指令兼容的，所以都用X86来标识所使用的指令集合如今的奔腾，P2,P4,赛扬系列

26、都是支持X86指令系统，所以都属于X86家族 仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用25五、总线层次化结构CPU存储器存储器CPU总总线线CPU总线总线/PCI总线桥总线桥北桥北桥PCI总线总线/ISA总线桥总线桥南桥南桥PCI图形图形适配器适配器PCI网卡网卡PCI硬盘硬盘控制器控制器PCI总线总线ISA总线总线ISA卡卡. . .ISA卡卡总线结构框图总线结构框图北桥芯片主要决定主板的规格、对硬件的支持、以及系统的性能，它连接着 CPU 、内存、 AGP 总线。主板支持什么 CPU ，支持 AGP 多少速的显卡，支持何种频率的内存，都是北桥芯片决定的。北桥芯片往往有较高的工作频率，所以发热量

27、颇高，我们在主板上，可以在 CPU 插槽附近找到一个散热器，下面的就是北桥芯片。 南桥芯片主要决定主板的功能，主板上的各种接口（如串口、 USB ）、 PCI 总线（接驳电视卡、内猫、声卡等）、 IDE （接硬盘、光驱）、以及主板上的其他芯片（如集成声卡、集成 RAID 卡、集成网卡等），都归南桥芯片控制。南桥芯片通常裸露在 PCI 插槽旁边，块头比较大。 仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用26Intel 845E是为Pentium 4推出的DDR芯片组，它正式支持533MHz的系统前端总线，支持DDR266的内存规范 ICH4南桥芯片支持USB2.0规范和ATA 100的硬盘 仪表总线技术

28、及应用仪表总线技术及应用27仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用28主机板构成精英945P主机板LGA775 CPU插座DDR2 双通道存储器插座MCHICHPCI总线插槽PCI-E x16总线插槽PCI-E x1总线插槽主电源插座ATA插座S-ATA插座软驱插座CPU电源插座上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用29仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用30本节练习题与思考题1.总线与接口的区别？如何分类？2.总线的传输速率如何计算？3. 总线主要是由 、 、 、 、 等五部分组成。4.下列总线的逻辑状态必须是三态的是（ ）A：AB B：DB C：CB D：Power和GND

29、E：备用线5.最能体现总线特色的信号线是A：AB B：DB C：CB D：Power和GND E：备用线判断对错：6.地址线和数据线必须分开使用，所以不能共用一条线（ ）7.总线的信号线越多，表示其性能越强（ ）上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用31引言工控机一般的把适合于工业环境使用的微型计算机系统称之为工业控制计算机。一般也叫IPCIndustry Personal Computer。严格说来，所谓工业控制计算机，是指那些满足下述条件的计算机系统： 能够提供各种数据采集和控制功能。 能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。 能够在苛刻的工业环境下可靠运行。上 页下 页

30、目 录2.2 STD总线仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用32 工业控制计算机与计算机系统相比较，具有以下主要特点： (1) 具有丰富的过程输入具有丰富的过程输入/输出输出(I/O)功能功能 工业控制计算机是与工业生产控制系统紧密结合，主要面向机电一体化产品和成套装置控制应用的要求，与生产工艺过程和机械设备相匹配的一个有机组成部分。它必须与控制仪表、显示仪表、检测仪表、执行器以及联锁保护系统联用，才能完成对各种设备和工艺装置的控制。 因此，除了计算机的基本部分如CPU、存储器外，还必须有丰富的过程输入输出设备(相对于数据处理机)和完善的外部设备，这些是工业控制机能否投入运行的重要条件。 上

31、页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用33(2) 实时性高实时性高所谓的“实时”，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间内完成，亦即“及时”，超出这个时限，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。工业控制机具有时间驱动和事件驱动的能力，要能对生产过程工况变化实时地进行监视和控制。当过程参数出现偏差甚至故障时，能迅速响应，予以判断，及时处理。为此，通常需配有实时操作系统，完善的中断系统等，没有这些就无法很好地执行工业控制任务。上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用34(3) 具有高可靠性具有高可靠性 工业生产过程通常是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至一年才大

32、修一次，非正常停机往往会造成还很大的损失，这就要求工业控制机可靠性尽可能的高。 因此它要求：低故障率；低故障率；一般来说，要求工业控制机的平均故障间隔时间(MTBF)不应低于数千甚至上万小时。短的故障修复时间短的故障修复时间(MTTR)； 可采用冗余技术，更换模板容易，能够热拔插。 运行效率高；运行效率高；一定时间内(例如一年)，运行时间占整个时间的比率一般要求99以上。 上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用35(4) 环境适应性强环境适应性强 工业现场环境恶劣，工业控制计算机必须采取必要的措施，适应高温、高湿、腐蚀、振动冲击、灰尘等环境。例如，工业现场环境下电、磁干扰严重，

33、供电条件不良，工业控制机必须有极高的电磁兼容性，有高抗干扰能力和共模抑制能力。 (5) 有丰富的应用软件有丰富的应用软件 工业控制软件正向结构化、组态化发展。工业控制计算机一般与PC机兼容，在PC机上运行的软件一般都可以在工业控制计算机上运行。上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用36 (6) 技术综合性要求高技术综合性要求高 工业控制计算机应用是系统工程问题。除了要解决计算机的基本部分以外，还需要解决它如何与被测控对象的接口，如何适应复杂的工业环境，如何与工艺过程与企业管理相结合等一系列问题。p以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别上 页下 页目 录仪表总线技术及应用

34、仪表总线技术及应用37下图描述了工业下图描述了工业PC机械结构组成。机械结构组成。 防尘与保证运行安全的带锁门防尘与保证运行安全的带锁门电源、硬盘及键盘的状态指示灯电源、硬盘及键盘的状态指示灯RESET键、键、KEYBOARD-LOCK键键带可拆卸空气带可拆卸空气过滤器的面板过滤器的面板双冷却风扇建立双冷却风扇建立空气正压力，经空气正压力，经过滤的空气在机过滤的空气在机箱内流通箱内流通300W工业开关电源工业开关电源可拆卸式光驱、软可拆卸式光驱、软驱框架驱框架防震的可调节夹钳防震的可调节夹钳用于安装特殊连接用于安装特殊连接器或扩展电缆的面器或扩展电缆的面板板加固型金属机箱加固型金属机箱14槽槽

35、PC总线底版总线底版电源电源on/off键键上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用38 第一代工控机技术起源于20世纪80年代初期，盛行于80年代末和90年代初期，到90年代末期逐渐淡出工控机市场，其标志性产品是STD总线工控机。STD总线最早是由美国Pro-Log公司和Mostek公司作为工业标准而制定的8位工业I/O总线，随后发展成16位总线，统称为STD80，后被国际标准化组织吸收，成为IEEE-P961标准。国际上主要的STD总线工控机制造商有Pro-Log、Winsystems、Ziatech等，而国内企业主要有北京康拓公司和北京工业大学等。STD总线工控机是机笼式安

36、装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近20万套，在中国工控机发展史上留下了辉煌的一页。 上 页下 页目 录一、一、STD总线概述总线概述仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用39STD是是Standard的缩写。的缩写。 STD总线是由美国的Pro-log公司提出，经Pro-Log公司与Mostek 公司共同发展起来的一种工业微型计算机系统的总线标准。1978年12月正式公布，1985年2月被IEEE接受为并行总线标准IEEE P9

37、61STD总线是一种面向工业控制的总线是一种面向工业控制的8位微机总线，通过对原位微机总线，通过对原STD总线进行改造，使它升格为总线进行改造，使它升格为8位位/16位兼容总线，位兼容总线，32位位STD总总线标准也已推出。线标准也已推出。用用STD总线标准设计的模块计算机系列，称为总线标准设计的模块计算机系列，称为STD总线模块总线模块式工业控制计算机。式工业控制计算机。上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用40STD总线起初设计为可用于64K存储空间的8位总线，后发展成可用于寻址16M空间的16位总线STD总线的特点总线的特点1：小板结构，高度的模块化小板结构，高度的模块化

38、上 页下 页目 录165.1x114.3mm，“轻薄短小” ，在机械强度、抗断裂、抗震动、抗老化和抗干扰方面具有优越性仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用41STD总线的特点总线的特点2：严格的标准化，广泛的兼容性严格的标准化，广泛的兼容性仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用42STD总线的特点总线的特点3：面向面向I/O设计，非常适合工业现场控制设计，非常适合工业现场控制STD总线的特点总线的特点4：高可靠性高可靠性仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用4356根并行总线都有明确的定义，按功能可分为五大类(1)逻辑电源线6根(引线16)(2)数据总线8根(引线714)(3)地址总线16根(引线

39、1530)(4)控制总线22根(引线3152)(5)辅助电源线4根(引线5356) 53、54：/AUXGND(附加电源地附加电源地) 55：+12V/附加附加+12V电源电源 56：-12V/附加附加-12V电源电源二、二、STD总线的信号定义总线的信号定义上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用44仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用451、电源仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用462.数据线和地址线数据总线定义引脚是数据总线定义引脚是D0D7，亦可作为扩展地址使，亦可作为扩展地址使用，此时是用，此时是A16A23。地址总线定义引脚是地址总线定义引脚是A0A7（只做地址），

40、（只做地址）， A8A15亦可作为数据总线使用，此时是亦可作为数据总线使用，此时是D8D15。仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用473.控制总线上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用48上 页下 页目 录控制总线仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用49上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用50上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用51仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用52仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用53(4)时钟和复位信号仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用54仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用55总线低位地址A0A12直接连接到各

41、存储器芯片STD总线与存储器连接方法总线与存储器连接方法高位地址A13A15用来选片（可选64K基本存储器，通过扩展，可增至128K）上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用56地址码的低位字节连接到总线译码器, 形成6根选板信号和2根选口信号, 选通I/O端口工作STD总线与总线与I/O的连接方法的连接方法（可选128个口，扩展后可增至256个口）上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用57思考题：1.不定向选择：STD总线信号中，关于地址总线和数据总线的说法正确的是（ ）A：地址总线的高8位与数据总线的高8位复用B：地址范围扩充时，数据总线可以被复用，传送高位地

42、址A23A16 C：传送16位数据，通过复用地址总线传送数据的高8位。 D：通过总线复用，地址的寻址范围可以是8位、16位、24位 E：当数据总线复用于扩展寻址时，应使用REFRESH*信号进行分解F：地址线有24条，数据线有16条2. STD规范规定的地址线有 条，如果要求总线的寻址范围达到16MB，则需要所用地址线数目为 。这种技术又被称为 技术。3.工控机的主要特点？仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用582.3 XT/ISA/EISA总线总线统称PC系列总线PC机所使用的各种总线结构实际上都是从最早的设计构思发展而来的。XTbusXTbusISA busISA busPCI busPC

43、I busEISA busEISA busMCA busMCA busVESA busVESA busPCPC内部总线内部总线一、一、PC总线的发展过程总线的发展过程上 页下 页目 录IBMIBM与计算机与计算机仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用591.PC XT总线IBM公司1981年推出的第一台 IBM PC机以及随后推出的 IBM PC/XT机所使用的总线是 PC历史上最早使用的总线结构，被称为 PC总线或总线或 PC/XT总线总线。有62条信号线，用双列插槽连接，分A面（元件面） 和B面（焊接面）。由于IBM PC或 IBM XT机上使用的都是8088微处理器，所以这种总线只有20位

44、的地址线和8位的数据线。连接到PC/XT总线扩展槽中的信号包括了8位的双向数据总线、20位的地址总线、6级中断请求申请信号、三组DMA通道控制线、内存与I/O读写控制线、动态RAM刷新控制线、时钟和定时信号线等。另外还包括了电源线，5V，12V。 上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用602.ISA2.ISA总线总线ISA(IndustyISA(Industy Standard Architecture) Standard Architecture)即工即工业标准体系结构总线，又称业标准体系结构总线，又称ATAT总线。是总线。是IBM IBM ATAT机推出时使用的总线，逐步演

45、变为一个事机推出时使用的总线，逐步演变为一个事实上的工业标准，得到广泛的使用。实上的工业标准，得到广泛的使用。ISA总线在原XT总线62引线的基础上再延长出独立的一段，新增加36线(A、B两面各18线)，数据线扩至16位，地址线扩至24位。系统板上ISA插槽见下图。ISA总线适配8/16位数据总线传输要求，与XT总线兼容。ISA总线插槽长138.5mm，相邻引脚距离2.54mm，基本部分与扩展部分相距10.16mm。B31B1A31A1D18D1C18C1仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用613.MCA总线（Micro Channel Architecture,MCA）称为微通道结构IBM在

46、推出第一台386型微机时，创造了一个全新的与ISA标准完全不同的系统总线MCA，该标准数据宽度为32位，数据传输率为ISA的4倍。但是由于IBM公司为了垄断市场而不将MCA标准公布于众，所以MCA结构没有得到广泛的流行。(目前已淘汰)应用在PS/2微机 上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用624.EISA总线1989年，以Compag(康柏，现已被hp收购 )为代表，联合AST（虹志 ，曾经红极一时，曾被三星收购，现已垮掉）、HP、NEC(日本电气或日电)、EPSON（爱普生）等公司，针对486提出了适合32位微处理器的系统总线标准EISA（Extended Industy

47、Standard Architecture ）它规定了一种新的插座，比ISA差不多长了一倍但是，工业PC并未大规模使用EISA，要么ISA，要么是新出现的PCI总线，如同中国人的传呼机一样，过渡性质的靠外面 靠里面 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9. B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9.A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31C1 C2 C3 C4 C5 C6.C17 C18D1 D2 D3 D4 D5 D6. .D17 D18E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9.E25

48、E26 E27 E28 E29 E30 E31F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9. F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31H1 H2 H3 H4 H5 H6. .H17 H18 H19G1 G2 G3 G4 G5 G6.G17 G18 G19上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用635.VESA总线总线 VESA是视频电子标准协会（Video Electronics Standards Association）的英文缩写，VESA总线是该协会制定的总线标准，因此又称VL-Bus（VESA Local Bus）。局部总线既要保持原有的向下兼容性，

49、又要与原有的扩展总线结构并存，这即所谓的中介式总线结构。VL-Bus总线采用的就是这种形式的局部总线。VL-Bus为一种32位的局部总线，是专门为80486系统设计的。不能用于不能用于Pentium 上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用64PCI(Peripheral Component Interconnect，设备部件互连)总线是一种高性能局部总线，它是92年由Intel公司带头制定的设备总线标准支持64位数据传送、多总线主控模块、线性猝发读写和并发工作方式具有即插即用功能(PnP)最高传送数据132Mbps兼容性强、成本低详细的第三章讲述6.PCI局部总线局部总线上 页

50、下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用65仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用66512MB/s上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用67二、二、ISAISA总线信号总线信号ISA总线设计成前总线设计成前6262引脚和后引脚和后3636引脚的两个插引脚的两个插槽，两个插槽各分成两面：槽，两个插槽各分成两面：A A（元件面）和（元件面）和B B（焊接面）对应原（焊接面）对应原PCPC总线，总线，C C（元件面（元件面) )和和D D（焊接面）对应扩展的后（焊接面）对应扩展的后3636引脚，共引脚，共98根根线分成线分成6类类1.1.地址线地址线2.2.数据线数据线3.3

51、.读写控制线读写控制线4.4.中断请求线中断请求线5.5.DMA传送控制传送控制信号线信号线6.6.其它信号线其它信号线 上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用681.1.地址线地址线 地址信号用于寻址存储器和地址信号用于寻址存储器和I/OI/O设备。设备。SA19-SA0 (System Address)内存寻址使用SA19:SA0配合LA23:LA17 能寻址多达16M的内存I/O寻址中只使用低16位,可以用来定位64K的I/O地址SA19是最高位SA0为最低位地址在BALE为高时有效而由BALE的下降沿锁定,通过读或写命令使信号保持有效当BALE为高时这些信号才有效,(由

52、于它们是非锁存的故在整个总线周期中它们并不总是保持有效状态),用BALE下降沿锁存这些信号的译码LA23-LA17 （Unlatched Address） 此信号在BALE信号为高电平时才有效，并且在 CPU周期过程中是不锁定的，因此并不保持整个周期有效，它们的用途是为一个等待状态存储周期生成存储器译码信号。和SA19:SA0可以共同寻址多达16M的内存？仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用692.2.数据线数据线SD0 SD15，双向。双向。(System Data)(System Data) SD0是最低有效位，是最低有效位，SD15是最高有效位。是最高有效位。CPU既可以按字节传输，也可

53、按字传输既可以按字节传输，也可按字传输 System Byte High Enable高字节允许信号，低电平有效，表高字节允许信号，低电平有效，表示数据总线上传输的是高字节数据（示数据总线上传输的是高字节数据（SDSD8 8 SD SD1515） SBHE因为各种总线标准的厂家不同，因为各种总线标准的厂家不同，# # 等同于上横线等同于上横线（标准写法），表示低电平有效。（标准写法），表示低电平有效。上 页下 页目 录8位设备的数据传送通过SD7:SD0来完成,SD15:SD0则用于传送16位设备的数据;当16位设备向8位设备传送数据时需将16位信号转换成两个8位周期通过SD7:SD0来进行传

54、送 仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用703.读写控制线（1）BALE 缓冲地址锁存允许信号缓冲地址锁存允许信号(Buffered Address Latch Enable )，可用，可用BALE信号的下降沿信号的下降沿将系统总线上的地址信号将系统总线上的地址信号SA0 SA19锁存锁存 I/O读和I/O写信号，输出、低电平有效IOWIOR和SMEMRMEMR和SMEMWMEMW和和存储器读写控制 (注意区分两者的不同之处）上 页下 页目 录原XT总线上的-MEMR和-MEMW定义为-SMEMR和-SMEMW，SMEMR、 SMEMW指标准存储器读写。只有当存储器的地址译码信号低于1MB的存

55、储空间时，这两个信号才会有效。-MEMR和-MEMW ，ISA新增的信号，它们在所有的存储器读或写周期内有效。它们可以由系统中的任何一个 CPU或 DMA控制器驱动。仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用710 WS#0 WS#，输入，零等待状态信号，该信号通知主板，扩，输入，零等待状态信号，该信号通知主板，扩展电路卡无需插入等待状态，当前的数据可以利用两展电路卡无需插入等待状态，当前的数据可以利用两个时钟周期完成个时钟周期完成-MEMCS16 ：16位存储器数据选择信号。如果当前数据传送是有一个等待状态的16位存储周期,则它必须发一个-MEMCS16 信号给主板。译码信号必须取自 LA17LA

56、23 。-MEMCS16 用能够吸收20mA的集电极开路门或三态的驱动器来驱动。-IOCS16 ：16位I/O数据选择信号，集电极开路门或三态驱动。如果当前数据传送是有一个等待状态的16位 I/O周期，则必须发一个-IOCS16信号给主板。这个信号由地址译码器驱动。与SBHE#合称高高8 8位数据线控制信号：位数据线控制信号：仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用72（1 1）IRQ9-12 IRQ9-12 、 IRQ14IRQ14、1515和和I R Q 3 - 7 I R Q 3 - 7 中 断 请 求 信 号中 断 请 求 信 号 （Interrupt RequestInterrupt R

57、equest）优先顺序：）优先顺序：（2 2）IRQ13IRQ13只使用在主板上，而不只使用在主板上，而不可用于可用于 I/OI/O接口卡上。接口卡上。IRQ8IRQ8用于实用于实时时钟，故这两个中断未出现在时时钟，故这两个中断未出现在 ISAISA总线的信号线中。总线的信号线中。4.中断请求线用于用于I/O设备向微处理器发送请求中断（低变设备向微处理器发送请求中断（低变高），在微处理器响应中断之前，一直高，高），在微处理器响应中断之前，一直高，上 页下 页目 录来自IRQ9:IRQ12与IRQ14 :IRQ15的请求优先被处理（IRQ9优先级最高），而来自IRQ3:IRQ 7的请求较后处理（

58、IRQ7优先级最低） 仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用7316位ISA/EISA总线中断 PC/AT是基于286CPU推出的，它增加了总线所 支持的外部中断的数量。中断的数量增加到16个，是通过使用两个8259中断控制器级联来实现的，即将第二个控制器（从控制器）产生的中断信号连接到第一个控制器（主控制器）未被使用的IRQ2中。这种设置实际上只有15个IRQ可被设定，IRQ2实际上不能获得。通过将第二个IRQ控制器产生的中断选定路径到第一个的IRQ2上，那么这些新中断被分配了一个介于IRQ1与IRQ3之间的嵌套优先级，因此IRQ15的优先级比IRQ3高。为防止板卡设置使用IRQ2的问题，AT

59、系统设计者用IRQ9来填补IRQ2的位置，这意味着任何新系统中指定为使用IRQ2的插卡实际上在使用IRQ9。也有一些插卡标记这个选项为IRQ2/9，一般的只称之为IRQ2或IRQ9。仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用745.DMA传送控制线DMA (Direct Memory Access)，意思是直接内存访问，是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。DMA模式下，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU，这样就很大程度上减轻了CPU资源占有率。 DMA 传送方式的优先级高于程序中断，两者的区别主要表现在对CPU的干扰程度

60、不同。中断请求不但使CPU停下来，而且要CPU执行中断服务程序为中断请求服务，这个请求包括了对断点和现场的处理以及CPU与外设的传送，所以CPU付出了很多的代价；DMA请求仅仅使CPU暂停一下，不需要对断点和现场的处理，并且是由DMA控制外设与主存之间的数据传送，无需CPU的干预，DMA只是借用了一点CPU的时间而已。还有一个区别就是，CPU对这两个请求的响应时间不同，对中断请求一般都在执行完一条指令的时钟周期末尾响应，而对DMA的请求，由于考虑它得高效性，CPU在每条指令执行的各个阶段之中都可以让给DMA使用，是立即响应。 DMA是什么？上 页下 页目 录仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用