第二章 计算机常用总线技术

《仪表总线技术及应用》

第二章常用的计算机总线技术1

“7”号和“9”号位置都是USB接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是2.0版，理论传输速率可达480MB/s。目前许多上设都采用这种设备接口，如Modem、打印机、扫描仪、数码相机等。“10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之为“RJ-45接口”。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、键盘的接口为紫色，另外也可以从PS/2接口的相对位置来判断：靠近主板PCB的是键盘接口，其上方的是鼠标接口“8”:IEEE1394接口，串行标准

。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等“6”：RS-232接口：串行接口DB-9“5”：并行接口，如GPIB接口，2目录§

2.2STD总线

§

2.3XT/ISA/EISA总线§

2.4RS-232C/RS-422/RS-485§

2.5USB总线§2.1概述§

2.6IEEE1394总线3§2.1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.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4一、总线和接口标准的含义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、数据总线和控制总线。计算机总线，是具有特定含义的，如“局部总线”、“系统总线”、“通信总线”等。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。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、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。通常说的总线，实际上指的是总线标准！5接口及接口标准微机接口是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路，是CPU与外界进行信息交换的中继站。“外部世界”是指除CPU本身以外的所有设备或电路，包括存储器、I/O设备、控制设备、测量设备、通信设备、多媒体设备、A/D与D/A转换器等接口标准是外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向、拓扑结构、以及电气特性和机械特性。上页下页目录6总线标准与接口标准的区别总线标准接口标准公用性，同时挂接多种不同类型的功能模块在机箱内以总线扩展槽形式提供使用一般为并行传输专用性，一般一个接口只接一类或一种设备一般设在机箱外，以接口插头(座)形式提供使用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少且不齐全上页下页目录7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8⒈片内总线片内总线也称为CPU总线，它是位于微处理器内部的总线，是ALU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。92.片间总线也称为元件级总线或者局部总线或存储总线。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信号线。片间总线通常包括地址线（AB）、数据线（DB）和控制线（CB）等，是各种总线中速度最快、效益最高、功能最直接的总线。一般指CPU引脚没有经过组合、驱动隔离，而被直接引用的信号线一般采用的是并行方式103.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。如ISA总线构成了IBMPC/AT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计算机用的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI等；工业控制的STD、VME、CompactPCI；用于测控系统和仪器的CAMAC、VXI、PXI等114.外总线外总线也叫通信总线，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。主要指串行通信总线，RS-232-C、RS-485总线，微机与智能仪器之间通信采用的GPIB、VXI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USB通用串行总线等。以及CAN、FT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。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1213接口标准分类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USB、IEEE1394通用串行接口标准外存储器设备接口标准支持磁盘、光盘、CD-ROM和磁带的接口标准IDE(IntegratedDeviceElectronics，集成设备电路,更准确地称为是ATA

)和SCSI(小型计算机标准接口)并行接口总线(扫描仪)图形显示器接口标准支持图像显示卡的接口标准，如AGP视频接口标准传统的串行/并行接口标准支持微机系统输入/输出的串行端口和并行端口RS232C、I2C(InterIC)、IEEE1284（打印机并口）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。IEEE488,VXI接口标准上页下页目录14

“7”号和“9”号位置都是USB接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是2.0版，理论传输速率可达480MB/s。目前许多上设都采用这种设备接口，如Modem、打印机、扫描仪、数码相机等。“10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之为“RJ-45接口”。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、键盘的接口为紫色，另外也可以从PS/2接口的相对位置来判断：靠近主板PCB的是键盘接口，其上方的是鼠标接口“8”:IEEE1394接口，串行标准

。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等“6”：RS-232接口：串行接口DB-9“5”：并行接口（如GPIB接口）连接打印机，现已逐步减少上页下页目录15三、总线的组成

总线按信号类型或功能一般可分为以下五种

⒈数据总线(DB)

数据总线一般为双向三态，用来传输数据，数据总线的宽度（位数）反映了总线传输数据的速率

⒉地址总线

(AB)

地址总线一般为单向三态，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控制总线用来传输控制或状态信号。它根据使用条件不同，有的为单向，有的为双向传输，有的是三态，有的是非三态。控制总线代表了总线的控制能力⒊控制总线(CB)16上页下页目录17

⒋电源和地线

电源和地线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

⒌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

PCI总线系统总线一般做成标准的插槽（slot）形式18四、总线的性能指标

⒈总线宽度指一次可以同时传输数据的位数，单位为位(bit)主要是指数据总线的宽度，以位数(bit)为单位。如16位总线、32位总线⒉总线频率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。

它一般指总线在每秒钟内能传输数据的次数，单位为MHz。如33MHz、66MHz等。ISA的总线频率为8MHz，而PCI总线有33.3MHz、66.6MHz两种总线频率等衡量总线传输速率的重要因素之一，工作频率越高，传输速度越快。19传输速率指总线在每秒钟内能传输的最多字节数，单位为MB/s。三者的关系是：Q=W×F/N

传输速率=总线宽度×总线频率/8总线宽度越宽，总线频率越高，则总线传输速率越快

例：总线频率为33.3MHz，总线宽度32位，则：传输速率=32b/8×33.3MHz=133.2MB/s

⒊传输速率上页下页目录20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）。21

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。4.同步方式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，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，就可达到很高的总线带宽。5.多路复用采用多路复用技术，可以减少总线的数目。6.信号线数7.总线控制方式包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。上页下页目录22总线的性能指标8.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9.总线的定时协议信息传送时的时间协议，目的是使源与目的同步分为同步总线定时、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。23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386,486,586IBM系列机ZilogZ-80,IBM-PC系列机IBM-PC工作站WorkstationP5个人机,PowerPC,

工作站最大传输率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8MHz8.33MHz2MHz10MHz20～33MHz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,赛扬系列都是支持X86指令系统，所以都属于X86家族

24五、总线层次化结构CPU存储器CPU总线CPU总线/PCI总线桥北桥PCI总线/ISA总线桥南桥PCI图形适配器PCI网卡PCI硬盘控制器PCI总线ISA总线ISA卡...ISA卡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。

25Intel845E是为Pentium4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ATA100的硬盘

2627主机板——构成精英945P主机板LGA775CPU插座DDR2双通道存储器插座MCHICHPCI总线插槽PCI-Ex16总线插槽PCI-Ex1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2829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：ABB：DBC：CBD：Power和GNDE：备用线5.最能体现总线特色的信号线是A：ABB：DBC：CBD：Power和GNDE：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30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IPC[IndustryPersonalComputer]。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。上页下页目录§2.2STD总线31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/输出(I/O)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。

上页下页目录32(2)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33(3)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；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(MTTR)；可采用冗余技术，更换模板容易，能够热拔插。

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34(4)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，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

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35

(6)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。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36下图描述了工业PC机械结构组成。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RESET键、KEYBOARD-LOCK键带可拆卸空气过滤器的面板双冷却风扇建立空气正压力，经过滤的空气在机箱内流通300W工业开关电源可拆卸式光驱、软驱框架防震的可调节夹钳用于安装特殊连接器或扩展电缆的面板加固型金属机箱14槽PC总线底版电源on/off键上页下页目录37

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、STD总线概述38STD是Standard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IEEEP961STD总线是一种面向工业控制的8位微机总线，通过对原STD总线进行改造，使它升格为8位/16位兼容总线，32位STD总线标准也已推出。用STD总线标准设计的模块计算机系列，称为STD总线模块式工业控制计算机。上页下页目录39STD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1：小板结构，高度的模块化上页下页目录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40STD总线的特点2：严格的标准化，广泛的兼容性41STD总线的特点3：面向I/O设计，非常适合工业现场控制STD总线的特点4：高可靠性4256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1～6)(2)数据总线8根(引线7～14)(3)地址总线16根(引线15～30)(4)控制总线22根(引线31～52)(5)辅助电源线4根(引线53～56)53、54：/AUXGND(附加电源地)

55：+12V/附加+12V电源

56：-12V/附加-12V电源二、STD总线的信号定义上页下页目录43441、电源452.数据线和地址线数据总线定义引脚是D0～D7，亦可作为扩展地址使用，此时是A16～A23。地址总线定义引脚是A0～A7（只做地址），A8～A15亦可作为数据总线使用，此时是D8～D15。463.控制总线上页下页目录47上页下页目录控制总线48上页下页目录49上页下页目录505152(4)时钟和复位信号5354总线低位地址A0～A12直接连接到各存储器芯片STD总线与存储器连接方法高位地址A13～A15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55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I/O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56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，传送高位地址A23～A16C：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？57§2.3XT/ISA/EISA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。XTbusISAbusPCIbusEISAbusMCAbusVESAbusPC内部总线一、PC总线的发展过程上页下页目录IBM与计算机581.PCXT总线IBM公司1981年推出的第一台IBMPC机以及随后推出的IBMPC/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PC/XT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IBMPC或IBMXT机上使用的都是8088微处理器，所以这种总线只有20位的地址线和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592.ISA总线ISA(IndustyStandardArchitecture)即工业标准体系结构总线，又称AT总线。是IBMAT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。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。B31B1A31A1D18D1C18C1603.MCA总线（MicroChannelArchitecture,MCA）称为微通道结构IBM在推出第一台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614.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（ExtendedIndustyStandardArchitecture

）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，过渡性质的上页下页目录625.VESA总线

VESA是视频电子标准协会（VideoElectronicsStandardsAssociation）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（VESALocalBus）。局部总线既要保持原有的向下兼容性，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Pentium

上页下页目录63PCI(PeripheralComponentInterconnect，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局部总线上页下页目录6465总线性能比较512MB/s上页下页目录66二、ISA总线信号ISA总线设计成前62引脚和后36引脚的两个插槽，两个插槽各分成两面：A（元件面）和B（焊接面）对应原PC总线，C（元件面)和D（焊接面）对应扩展的后36引脚，共98根线分成6类1.地址线2.数据线3.读写控制线4.中断请求线5.DMA传送控制信号线6.其它信号线

上页下页目录671.地址线地址信号用于寻址存储器和I/O设备。SA19-SA0(SystemAddress)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（UnlatchedAddress）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？682.数据线

SD0~SD15，双向。(SystemData)SD0是最低有效位，SD15是最高有效位。CPU既可以按字节传输，也可按字传输

——SystemByteHighEnable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（SD8

SD15）因为各种总线标准的厂家不同，#等同于上横线（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来进行传送

693.读写控制线（1）BALE

缓冲地址锁存允许信号(BufferedAddressLatchEnable)，可用BALE信号的下降沿将系统总线上的地址信号SA0SA19锁存

——I/O读和I/O写信号，输出、低电平有效和存储器读写控制(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。

700WS#，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LA17~LA23。-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8位数据线控制信号：71（1）IRQ9-12、IRQ14、15和IRQ3-7—中断请求信号（InterruptRequest）优先顺序：（2）IRQ13只使用在主板上，而不可用于I/O接口卡上。IRQ8用于实时时钟，故这两个中断未出现在ISA总线的信号线中。4.中断请求线用于I/O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，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:IRQ7的请求较后处理（IRQ7优先级最低）

7216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。735.DMA传送控制线DMA

(DirectMemoryAccess)，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74（1）AEN

地址允许信号，输出。此信号用来在DMA期间禁止I/O端口与微处理器和其他设备的地址译码。AEN信号有效，表示DMA控制器正在控制系统总线，进行DMA传输。此时CPU放弃了总线控制权，用AEN信号来禁止I/O端口的地址译码（2）DRQ0-DRQ3,DRQ5-DRQ7——DMA请求信号（DMARequest），优先权从高到低是DRQ0,DRQ1,…，DRQ7（3）#DACK0~DACK3,DAK5~DAK7,（DMAAcknowledge），DMA响应信号，用来响应DMA请求。低电平有效(4)T/C，计数结束信号，输出。在任何一个DMA通道的终点计数计满时发出此脉冲5.DMA传送控制线上页下页目录75#MASTERMaster和DRQ线一起获得ISA板上ISA总线的控制权当接收到一个DACK后设备将MASTER信号拉低使得其获得系统地址数据和控制线的控制权在此状态下设备将在驱动地址和数据线之前等待一个时钟周期在读/写命令之前等待两个时钟周期5.DMA传送控制线上页下页目录766其它信号线⑴IOCHCK#，I/O通道检验信号，输入⑵RESETDRV，系统复位驱动信号，输出⑶REFRESH#，MemoryRefreshI/O线，刷新信号，该信号为低时表明正在进行内存刷新操作

(5)电源线和地线即Vcc等+5V,-5V,+12V,-12V,GND（4个）上页下页目录77（6）CLKSystemClock是一个自行运转的时钟它的频率一般在7MHz到10MHz之间该频率值在ISA标准中并未严格定义系统时钟在一些ISA板的应用中保证与系统微处理器的同步工作（7）OSCOscillator(振荡器)是一个时间段为70毫微秒的时钟(14.31818MHz)该信号与系统时钟不同步上页下页目录78（8）#I/OCHRDYI/OChannelReady允许较慢速ISA板通过插入等待状态延长I/O或内存读写周期I/OCHRDY通常处于高就绪ISA板将I/OCHRDY拉低未准备好以插入等待状态使用I/OCHRDY插入等待状态的设备需可以完成读写周期时地址译码和读/写信号有效后立即使I/OCHRDY信号为低当设备释放I/OCHRDY回高上页下页目录79ISA总线的寻址空间两组地址线存储器空间16M和64K的I/O地址空间存储器空间的前1MB单元也分为三部分，与XT兼容ISA总线只用了1K的端口地址，其余的不能被访问80ISA总线I/O端口读总线周期（时序）210ns处理器采集数据总线上数据,I/O读操作结束81ISA总线I/O端口写总线周期（时序）82ISA总线简化的读存储器周期时序(略)

地址总线A0-A23总线时钟CLK读控制线MEMR数据总线D0-D15一个完整的总线周期地址输出数据上页下页目录83ISA总线的机械规范134.49上页下页目录841.ISA总线的寻址范围为什么是16M?2.ISA总线的中断响应中，如果IRQ12、IRQ9、IRQ3、IRQ7四条中短线同时请求，则CPU处理的先后顺序？3.XT总线和ISA总线的寻址空间是一样的吗？差别在哪里？4.PC/XT/ISA/EISA的差别在（）A：电源线和地线的差别B：地址总线的进一步扩展C：数据总线的进一步增多D：数据传输率更高E：控制方式更加灵活多样，支持多种数据传输F：分别向下兼容，所以可以用EISA可以完全替代前面几种总线5.判断：ISA总线中CLOCK的信号是固定的6MHz,即167ns（）6.在DMA传输过程中，BALE应该是

电平，AEN是

电平，DRQ0-DRQ3和DRQ5-DRQ7的优先级顺序是

，与请求对应的响应信号管脚是

。上页下页目录本节练习题与思考题85状态控制D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7计算机外设或计算机并行通信：数据各bit同时传送串行通信：数据按bit，依次传送TXDTXDRXDRXD计算机外设或计算机1、基本通信方式通信：CPU与外部的信息交换§2.4RS-232C/RS-422/RS-485接口86串行与并行：串行：用一根信号线将数据逐位顺序传送并行：就是多条（8条）同时协作传输数据串行通信的优势：通信线路少，在远距离通信时可以极大地降低成本；适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高的近距离数据传送实例：PC系列机上有两个串行异步通信接口，键盘/鼠标器/显示器与主机间亦采用串行数据传送。上页下页目录87串行接口串行通信时使用的接口所直接面对的并不是某个具体的通信设备，而是一种串行通信的接口标准目前已有较多的串行接口，如最新的USB以及最经典的RS-232C系列，接口有所不同上页下页目录88一、串行通信基本知识

1.数据传送方向单工形式：数据只能单方向从一端向另一端传送；如：有线电视节目、《潜伏》中呼叫间谍发送端接收端数据线地线半双工形式：数据可以双向传送，但任一时刻只能向一个方向传送。既可分时双向传送数据。如：某些对讲机，传真机单工发送端接收端接收端发送端数据线地线半双工上页下页目录89全双工形式：同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。通信效率最高，适合于计算机之间的通信。还有手机

发送端接收端接收端发送端数据线地线全双工数据线上页下页目录902.传输速率在串行通讯中，用波特率来描述数据的传输速率。波特率，即每秒钟传送的二进制位数，简写为bps国际上规定了一个标准波特率系列：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps。在串行通信中，无论收、发，都必须有时钟脉冲信号对传送的数据进行定位和同步控制。接收时钟/发送时钟是波特率的倍数——波特率因子。例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则接收时钟和发送时钟频率=9600×16=153600Hz波特率因子=16，表明16个时钟脉冲传送(接收)1位。上页下页目录91二、RS-232C总线该标准的全称是EIA-RS-232C标准(ElectronicIndustrialAssociate-RecommendedStandard232C)是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机串行通信接口中广泛采用。1987年1月正式改名为EIA-232D设计目的是用于连接调制解调器现已成为数据终端设备DTE与数据通信设备DCE的标准接口DTE——数据终端设备，例如计算机DCE——数据通信设备（数传机，数据传送机），例如调制解调器）可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机属于网络层次结构中的最低层：物理层上页下页目录92在串行通信中，DTE和DCE之间的连接要符合接口标准计算机通信中使用最普遍的是RS-232C标准PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9针和25针连接器，旁边一般有“|O|O|”样标识

上页下页目录每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

93说明1）RS-232C标准最初是为了远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备而制定的（1969年），并未考虑计算机系统的应用要求。但目前又被广泛的借来用与计算机与终端或外设之间的近端连接标准。所以与现在的计算机系统存在不一致的地方。2）发送和接收是以DTE为对象定义的上页下页目录94一、RS-232C的引脚定义232C接口标准使用一个25针连接器绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器232C接口信号面向使用调制解调器的串行异步通信，可支持两个通信信道：主信道：用于数据传送次信道：次信道为辅助串行通道，主要提供通道控制，但其传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常较少使用上页下页目录95SGPG967号线SG

(SignalGroud)信号地为所有的信号提供一个公共的参考电平2号线TxD

（TransmittedData）发送数据（终端→数传机）串行数据的发送端3号线RxD：(ReceivedData）接收数据（终端←数传机）串行数据的接收端RS-232C的引脚（1）数据发送和接收信号线：

(2条)（2）地线：1号线PG：保护地（机壳地）起屏蔽保护作用的接地端，一般应参照设备的使用规定，连接到设备的外壳或大地TxC：发送器时钟控制数据终端发送串行数据的时钟信号RxC：接收器时钟控制数据终端接收串行数据的时钟信号97RS-232C的引脚20号线DTR*

(DataTerminalReady)数据终端准备好（终端→数传机）通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数据终端设备准备就绪6号线DSR*：(DataSetReady)数据装置准备好（终端←数传机）通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连到通信线路上，并处在数据传输方式

DTR和DSR也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数据接收这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。上页下页目录（3）联络控制信号线：

(6条)98RS-232C的引脚4号线RTS*：(RequesttoData)请求发送（终端→数传机）当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据5号线CTS*：(CleartoSend)清除发送（允许发送）（终端←数传机）当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号

RTS和CTS是数据终端设备与数据通信设备间一对用于数据发送的联络信号这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中，因配置双向通道，故不需要RTS/CTS联络信号，使其变高。上页下页目录（3）联络控制信号线：

(6条)99RS-232C的引脚8号线DCD*

（DataCarrierDetection）数据载波检测

（终端←数传机）此线也叫做接收线信号检出(ReceivedLinedetection-RLSD)用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时，使RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线RxD送到终端。上页下页目录22号线RI*

(RingingIndicator)振铃指示（终端←数传机）当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫。（3）联络控制信号线：

(6条)100DB-9信号接口

引脚信号名功能1DCD载波检测2RXD接收数据3TXD发送数据4DTR数据终端准备就绪5GND信号地线6DSR数据准备完成7RTS发送请求8CTS发送清除9RI振铃指示上页下页目录插头插座101RS-232C的连接微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现通过电话线路的远距离通信微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解调器（NullModem）连接上页下页目录102采用专用线通讯时的信号连接上页下页目录注：电话线为专线,不使用DTR和RI103采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接上页下页目录104近程(无MODEM)简单连接（交叉反馈、三线）DTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGDTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGTxD与RxD交叉相连：可实现全双工通信DTR与DSR反馈相连：只要终端准备好RTS与CTS反馈相连：随时都可以发送上页下页目录计算机计算机

TXD

TXD

RXD

RXD

GND

GND105近程(无Modem）标准连接（双交叉环回法）TxD与RxD互连：全双工通信DTR与对方DSR、RI相连：一方DTE准备好，对方就认为DCE准备好(实际不存在)RTS与CTS反馈相连并与对方DCD相连：随时可发，并让对方准备好接收DTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGDTETxDRxDDTRDSRRTSCTSSGRIDCDDCDRI上页下页目录106二、RS-232C的电气特性

（1）数据线上的信号电平

mark(逻辑1)=-3～-15Vspace(逻辑0)=+3～+15V(2)控制和状态线上的信号电平

ON=+3～+15V(接通，信号有效)OFF=-3～-15V(断开，信号无效)上页下页目录以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”的电平低于-3V，逻辑“0”的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3～+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±(5～15)V之间。

107

232C接口采用EIA电平高电平为＋3V～＋15V

逻辑“0”低电平为－3V～－15V

逻辑“1”实际常用±5V或±15V标准TTL电平高电平：＋2V～＋5V低电平：0V～0.8V相互转换RS-232C电平与TTL电平的转换

上页下页目录EIA:电压极性、负逻辑TTL:电压幅值、正逻辑不兼容108电平转换

RS-232C接口采用双极性信号、公共地线和负逻辑；不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意！在实际应用时，必须通过专用电平转换芯片进行电平转换。电平转换芯片MC1488、MC1489、MAX232MC1488可实现TTL→RS-232的电平转换；MC1489可实现RS-232→TTL的电平转换。MAX232芯片可完成TTL到EIA双向电平的转换

上页下页目录109MAX232的用法

1.管脚1～6(C1+、V+、C1-、C2+、C2-、V-)用于电源电压转换，只要在外部接入相应的电解电容即可；

MAX232器件对电源噪声敏感,因此,电源VCC应加上1μF的去耦电容,

C1,C2,C3,C4取1.0μF/16V的钽电解电容,安装时尽量靠近器件,以提高干扰能力。

2.可以将两路RS-232C电平转换成两路TTL电平。分别从R1IN和R2IN输入，对应从R1OUT和R2OUT输出。注意，输入和输出的逻辑值保持一致，如输入-5V，即逻辑1，输出也是逻辑1，TTL电平为高电平，即3.6V左右

3.可以将两路TTL电平转换成两路RS-232C电平，分别从T1IN和T2IN输入，对应从T1OUT和T2OUT输出。同样输入和输出的逻辑值保持一致110上页下页目录89S5289S52通过MAX232实现RS-232C电平转换111PC机与AT89S52单片机串行通信电路图中外接电解电容C1、C2、C3、C4用于电源电压变换，提高抗干扰能力，它们可以取相同数值电容1.0μF/16V。电容C5用于对＋5V电源的噪声干扰进行滤波，其值一般为1μF上页下页目录C1+C1-C2+C2-AT89C51GNDGNDIBM-PCTXDTXDRXDRXDT1outT1inR1inR1outGNDV+V-VCCMAX232C4C1C2C3C5+5V++++112113RS232C接口电路1148251ARxDTxD

TxCRxCD7~D0RDWRA1RESETA0A2A98086系统总线LS138M/IOCSD7~D0RDWRC/DRESETMAX232CLKCLKCLK0CSOUT082534分频8MHz2MHz23231,75423697+5V与微机相连的原理图可编程的串行通信接口芯片定时器译码器115RS-232C有两种连接器DB-25和DB-91）DB-25：早期的机型（286以前）因为支持20mA电流环接口，4线2）DB-9：现在台式计算机常用的接口两种如果连接需要专用的电缆三、RS-232C的机械特性116电缆长度在通信速率低于20Kb/s时，RS-232C最大的物理距离为15m（50ft）（不使用MODEM的条件下）误码率<4%时15米，实际误码率允许10%～20%，15米是保守117RS-232C的不足RS-232接口标准出现较早，其定义：数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的串行接口标准。并不是为了实现计算机系统之间的互联，难免会有不足之处：1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片；2）传输速率较低，在异步传输时，波特率最大20kbps；3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰；4）传输距离有限，实际最大传输距离15m左右，最远不能超过60m。针对其不足之处，EIA又制定了RS-422总线标准和RS-485标准1181.信号地和保护地的区别？2.RS-232C的信号线在远距离和近距离通信是的连接方式有何不同？请画出3.波特率=9600bps，波特率因子=32，则RxC和

TxC(接收时钟和发送时钟)频率应为（）A:153.6KHzB:9.6KHzC:307.2KHzD:300HzE:600Hz4.RS-232C的逻辑电平的特点（）A:与TTL电平相同B:负逻辑C:数据线上的和控制线上的规定不一样D:数据线上的逻辑“1”是电压在“-3V～-15V”E:计算机连接必须采用电平转换器,如MAX232本节练习题与思考题1195.在同一时刻，通信双方可以同时发送数据的信道通信方式（）A：半双工通信B：单工通信C：数据报D：全双工通信6.总结RS-232C的特点？120§2.5

USB

总线USB（UniversalSerialBus）通用串行总线USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口可用于连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的，自1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。从1994年11月11日发表了USBV0.7版本以后，到现在已经发展为3.0版本。

121电脑分区为什么没有A盘和B盘？A盘和B盘是电脑的两个软驱。在上个世纪早期的电脑里，那个时候硬盘还没有出现，电脑的操作系统都是放在软盘里——只有几十KB的原始操作系统。A:\和B:\两个软驱，一个是用来存放操作系统，一个是用来存放文件。由于硬盘的诞生比软盘要晚，所以就用盘符顺延到后面的C盘、D盘、E盘……等，光驱和U盘的诞生更晚，所以它们通常排的比硬盘还要靠后。

谁革了软盘的命？1221232.5.1USB的性能特点

传输速度快

连接简单快捷

通用连接器，可连接不同种类外设

无须外接电源，总线提供

扩充外设能力强，一个接口可以连接大量外设上页下页目录1241.传输速度快

USB1.0提供了两种速度：USB低速1.5Mbps，低速的USB支持低速设备，例如，调制解调器、键盘、鼠标、优盘、硬盘、光驱、网卡、扫描仪、数码相机等；USB全速12Mbps，USB全速的数据传输速度比RS-232C串口的9600bps快1000多倍，它用于大范围的多媒体设备。而USB2.0的数据传输速度可以高达480Mbps，传说USB3.0可以达到十倍于2.0的速度(2008年推出，)上页下页目录1252.连接简单快捷，实现“热插拔”和“即插即用”

1.USB连接简单快捷，可以进行热插拔，即设备连到USB时，不必打开机箱，也不必关闭主机电源；这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机将并口或串口电缆接上再开机”这样的动作，而是直接在电脑工作时，就可以将USB电缆插上使用。

2.即插即用(Plug&Play)，并能自动侦测与配置系统的资源。再者，无须系统资源的需求。也即是，USB装置不需要另外设定IRQ中断、I/O位址，以及DMA等的系统资源。

上页下页目录1263.通用连接器，一个连接器类型可以连接多种外设USB用一种通用的连接器可以连接多种类型的外设，其外型大多为4针插头大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机、扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机、数码相机、MP3等等。

上页下页目录1274.无须外接电源，携带方便由USB总线提供电源到外部设备，USB能提供+5V/500mA的电源，供低功耗USB设备如USB键盘、USB鼠标、优盘等作电源使用；但需高功耗的USB设备,如扫描仪等仍需自带电源；USB还采用APM（AdvancedPowerManagement）技术，可以有效地节省电源功耗现在大部分手机已采用USB口充电，欧盟规定（2011年2月28日，统一手机充电器接口，iPHONE除外）上页下页目录1285.扩充外设能力强USB采用星形层式结构和Hub技术，允许一个USB主控机可以连接多达127个外设（理论上），用户不用担心要连接的设备数目会受到限制。两个外设间的距离可达5米，扩充方便现在无线USB也已经产生上页下页目录129USB规范（补充）USB1.0