1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總 線計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總 線總線概念 總線概念 一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除中央處理器件外，還有存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線、接口電路、外部設(shè)備等多個(gè)部分。各類外部設(shè)備和存儲(chǔ)器，都通過(guò)各種接口電路連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線上，用戶可根據(jù)不同應(yīng)用，選擇不同類型的外部設(shè)備，設(shè)置相應(yīng)的接口電路，把它掛接到系統(tǒng)總線上，構(gòu)成不同用途、不同規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除中央處理器件外，還有存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線1.常規(guī)外圍設(shè)備，如鍵盤、 CRT顯示器、打印機(jī)、磁盤機(jī)等。2.被控設(shè)備和檢測(cè)儀表、顯示裝置、操作臺(tái)等。外設(shè)通過(guò)輸入輸出(IO)接口和輸入輸出(IO)通道與 CPU的總線相連。 一個(gè)實(shí)際的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬

2、件，除主機(jī)外，通常還包括兩類外設(shè)： 為什么外圍設(shè)備不能像存儲(chǔ)器那樣直接掛到主機(jī) CPU的總線上呢？1.常規(guī)外圍設(shè)備，如鍵盤、 CRT顯示器、打印機(jī)、磁盤機(jī)等。 因此， IO接口和 IO通道是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分。這是由存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備各自不同的性質(zhì)、特點(diǎn)決定的。 (1) 由于存儲(chǔ)器功能單一(保存信息)、品種有限(ROM、 RAM)、存取速度與 CPU的工作速度基本匹配，因此，存儲(chǔ)器可以直接掛到 CPU總線上，很方便。 (2)外圍設(shè)備種類繁多，有機(jī)械式的、機(jī)電式的或電子式的；有的作為輸入設(shè)備、有的作為輸出設(shè)備；有的既可作為輸入設(shè)備，又可作為輸出設(shè)備；工作速度不一，外圍設(shè)備的工作速度通

3、常比 CPU的速度低得多，且不同外圍設(shè)備的工作速度往往又差別很大；信息類型和傳送方式不同，有的使用數(shù)字量，有的使用模擬量，有的要求并行傳送信息，有的要求串行傳送信息。如此復(fù)雜的功能，僅靠 CPU及其總線是無(wú)法承擔(dān)的，必須增加 IO接口電路和 IO通道才能完成。 因此， IO接口和 IO通道是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可總線的概念 所謂總線就是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號(hào)線，信息包括指令、數(shù)據(jù)和地址。 總線可以把計(jì)算機(jī)或控制系統(tǒng)的模板或各種設(shè)備連成一個(gè)整體以便彼此間進(jìn)行信息交換。 總線的概念 所謂總線就是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備 總線就是一組信號(hào)線的集合，用這個(gè)集合可

4、以組成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息通道，它定義了各引線的信號(hào)、電氣、機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間以及不同的計(jì)算機(jī)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行信息傳送和通信。 總線就是一組信號(hào)線的集合，用這個(gè)集合可以組成系統(tǒng)的標(biāo)總線的定義： 一組公用線的集合規(guī)定了各引線的信號(hào)、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的公共信息通路符合某種總線的標(biāo)準(zhǔn)總線的定義：總線優(yōu)點(diǎn) 總線優(yōu)點(diǎn) 采用總線的優(yōu)點(diǎn) 總線是聯(lián)系計(jì)算機(jī)及控制設(shè)備的紐帶。由于總線中每一條線、每一個(gè)信號(hào)都有嚴(yán)格的定義，因此總線標(biāo)準(zhǔn)就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)法規(guī)。一旦選中某種總線，任何廠家和用戶都要嚴(yán)格遵守這個(gè)法規(guī)，這就使系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使

5、用和維護(hù)上具有很多優(yōu)越性。 概括起來(lái)采用總線有以下優(yōu)點(diǎn)： 采用總線的優(yōu)點(diǎn) 總線是聯(lián)系計(jì)算機(jī)及控制設(shè)備的紐 1）簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 所有的模塊都做成相同的接插板通過(guò)總線連接，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰，簡(jiǎn)單明了，節(jié)省了連接線。在采用面向總線的結(jié)構(gòu)中，各插座同編號(hào)的各個(gè)針都用總線信號(hào)，因而可用短接線把它們連接起來(lái)，這就可用印刷板實(shí)現(xiàn)整個(gè)插座連接，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造工序，用戶可根據(jù)需要直接選用符合總線標(biāo)準(zhǔn)的功能板卡，而不必考慮板卡插件之間的匹配和兼容問(wèn)題。 1）簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2）簡(jiǎn)化硬件與軟件的設(shè)計(jì) 由于面向總線的結(jié)構(gòu)中總線是嚴(yán)格定義的，掛在總線上的模塊或設(shè)備只須滿足總線標(biāo)準(zhǔn)并輔以相應(yīng)的軟件即可正常工作。因

6、此，可以分別對(duì)各個(gè)模塊或設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，而無(wú)須考慮其它模塊或設(shè)備。 采用面向總線標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。根據(jù)系統(tǒng)的總體性能，將其分為若干個(gè)功能子系統(tǒng)或功能模塊，利用總線將這些功能模塊聯(lián)系起來(lái)，按一定的規(guī)約協(xié)調(diào)工作，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)潔。由于硬件是積木式接插件結(jié)構(gòu)，也給整個(gè)軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)了特有的模塊性，每一塊插件在系統(tǒng)中僅與總線打交道，從而使硬件的調(diào)試簡(jiǎn)單，調(diào)試周期短，節(jié)省工時(shí)。加之模塊化程序設(shè)計(jì)可供多個(gè)用戶重復(fù)使用，提高了效率，降低了成本，縮短了研制周期。 2）簡(jiǎn)化硬件與軟件的設(shè)計(jì) 3）便于系統(tǒng)的擴(kuò)充與更新 由于總線的標(biāo)準(zhǔn)具有國(guó)際性，規(guī)范是公開(kāi)的，各國(guó)廠商都可根據(jù)市場(chǎng)的需要，設(shè)計(jì)生產(chǎn)符合

7、某總線標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊和配套軟件。如果要擴(kuò)充規(guī)模，只需往總線上多插幾塊同類型的插件；如果要變換功能，用戶只需選擇相應(yīng)的功能板卡插在總線插槽即可構(gòu)成新的系統(tǒng)，無(wú)須重新設(shè)計(jì)；如果要擴(kuò)充新功能，只要根據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造新的模塊即可。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代是必然的；如果采用總線結(jié)構(gòu)時(shí)，只要更換新型器件，提高產(chǎn)品性能時(shí)，不必對(duì)系統(tǒng)作出大的更改，有時(shí)只需更換個(gè)別模塊即可。 3）便于系統(tǒng)的擴(kuò)充與更新 4）便于組織生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品造價(jià) 由于采用總線的系統(tǒng)產(chǎn)品模塊化，各模塊間可通過(guò)總線規(guī)約進(jìn)行聯(lián)系。又由于各模塊有一定的獨(dú)立性，這就可組織專業(yè)化生產(chǎn)，使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。模塊的

8、單一性又可簡(jiǎn)化調(diào)試設(shè)備，降低對(duì)調(diào)試工人的技術(shù)要求，便于組織大規(guī)模生產(chǎn)，降低產(chǎn)品的造價(jià)。接插板由多個(gè)廠家生產(chǎn)，用戶有了選擇的余地，并能選到最優(yōu)的產(chǎn)品，從而有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 4）便于組織生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品造價(jià) 5）可維護(hù)性好 采用總線標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，一般都有較好的診斷軟件，很容易診斷到模塊級(jí)的故障，因此，一旦發(fā)現(xiàn)故障可立即更換模塊，系統(tǒng)很快就可修復(fù)。 5）可維護(hù)性好總線結(jié)構(gòu) 總線結(jié)構(gòu) 總線結(jié)構(gòu)連接示意圖總線1 #總線接口2 #3 #4 #5 #6 #總線與總線接口一起便稱之為總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu) 總線結(jié)構(gòu)連接示意圖總線1 #總線接口2 #3 #4 #5 #微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)

9、器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線 AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線 DB控制總線 CBI/O接口微型計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)存I/O輸I/O地址總線 AB輸數(shù)據(jù)總線總線結(jié)構(gòu)連接的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)由面向CPU變?yōu)槊嫦蚩偩€硬件、軟件模塊化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)清晰, 便于靈活組態(tài)、擴(kuò)充、改進(jìn)與升級(jí)符合同一總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品兼容性強(qiáng)滿足用戶不同的需要,容易構(gòu)成各種用途的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)連接的優(yōu)點(diǎn) 微型計(jì)算機(jī)廣泛采用總線技術(shù)，用以簡(jiǎn)化硬件、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 從硬件角度看，接口設(shè)計(jì)者只需按總線規(guī)范設(shè)計(jì)插件板，保證它們具有互換性與通用性，以便大批量生產(chǎn)，支持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能及系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。 從軟件角度看，接插件的硬件結(jié)構(gòu)帶來(lái)

10、了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。 微型計(jì)算機(jī)廣泛采用總線技術(shù)，用以簡(jiǎn)化硬件、軟 用總線連接的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，便于擴(kuò)充與更新。 例如在規(guī)模上擴(kuò)充時(shí)，只需往總線上多插幾塊同類型的插件； 在功能擴(kuò)充時(shí)，只需插入符合該總線標(biāo)準(zhǔn)的所需插件；在系統(tǒng)更新時(shí)，一般只需要更換新的插件或系統(tǒng)板。微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，采用總線標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用的需要。 用總線連接的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，便于擴(kuò)充與 從用戶角度看，希望微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家除了以機(jī)箱方式提供整機(jī)系統(tǒng)外，還能以其他方式，如插件方式向用戶提供 “原型”產(chǎn)品，由用戶根據(jù)自己的要求構(gòu)成所需的微機(jī)系統(tǒng)。借助于總線標(biāo)準(zhǔn)，可以幫助用戶按其具體需要選擇和獲得適合自己需求的產(chǎn)品。

11、從用戶角度看，希望微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家除了以總線的模板化結(jié)構(gòu)模板化結(jié)構(gòu)按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，并按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由總線連接的模板結(jié)構(gòu)：CPU主板、RAM/ROM存儲(chǔ)板、A/D、D/A、DI、DO等模板化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用性、靈活性、開(kāi)放性、擴(kuò)展性和可靠性為系統(tǒng)的維修提供了方便總線的模板化結(jié)構(gòu)模板化結(jié)構(gòu)總線類別 總線類別 總線的類別 按其傳送數(shù)據(jù)的方式可分為串行總線和并行總線；按應(yīng)用的場(chǎng)合可分為芯片總線、板內(nèi)總線、機(jī)箱總線、設(shè)備互連總線、現(xiàn)場(chǎng)總線及網(wǎng)絡(luò)總線等；按用途可分為計(jì)算機(jī)總線、外設(shè)總線和控制系統(tǒng)總線；按總線的作用域可分為全局總線和本地總線；按標(biāo)準(zhǔn)化程度可分為標(biāo)準(zhǔn)總線和非標(biāo)準(zhǔn)化

12、（專用）總線等。按使用位置可為分內(nèi)部總線和外部總線。 總線的類別 按其傳送數(shù)據(jù)的方式可分為串行總線和并行總線； 內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線，它按功能又可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線四部分，每種型號(hào)的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。 內(nèi)部總線 內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線，它1）數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息（數(shù)據(jù)和指令代碼）。具有三態(tài)（高阻、“1”和“0”三種狀態(tài)）控制功能，而且是雙向傳輸?shù)?，即CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線可以接收來(lái)自其它部件的信息，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線向其它部件發(fā)送信息。 如ISA總線數(shù)據(jù)線是16位，PCI總線是32位或6

13、4位。數(shù)據(jù)線的寬度表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，反映了總線的性能。 1）數(shù)據(jù)總線2、地址總線 地址總線用來(lái)傳送CPU要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元或I/O接口地址信號(hào)。地址信號(hào)一般由CPU發(fā)往其它芯片，屬于單向總線，但也具有三態(tài)控制功能。 地址總線的數(shù)據(jù)位數(shù)決定了該總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)的尋址能力。例如，ISA總線有24位地址線，可尋址16MB，PCI總線有32位地址線，可尋址到4GB。地址總線的寬度視CPU所能直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間的容量而定。2、地址總線3、控制總線 控制總線用于傳輸控制命令和狀態(tài)信息。根據(jù)不同的使用條件，控制總線有的為單向，有的為雙向；有的為三態(tài)，有的為非三態(tài)。 控制總線用于傳送控制信息、時(shí)序信息

14、和狀態(tài)信息。比如，I/O讀寫信號(hào)、存儲(chǔ)器讀寫信號(hào)和中斷信號(hào)等等?？刂瓶偩€是最能體現(xiàn)總線特色的信號(hào)線，它決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性。3、控制總線4、電源線與地線 電源線與地線為掛在總線上的模塊或設(shè)備提供了電能以及電流通路。電源的區(qū)別在一定程度上也體現(xiàn)了總線標(biāo)準(zhǔn)的特色。 例如，ISA采用+12V和+5V，PCI采用+5V和+3V。 一般來(lái)說(shuō)，越是先進(jìn)的總線標(biāo)準(zhǔn)，采用的電壓越低。4、電源線與地線 外總線又稱通信總線。用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的通信。 內(nèi)總線與外總線除地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線外， 還包括電源總線、地線和備用線(為用戶擴(kuò)展功能用)。 如：I

15、EEE-488、RS-232C、RS-485等。外部總線 外總線又稱通信總線。用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)系總線標(biāo)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn)的含義 對(duì)于總線上的各個(gè)單元如芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之間，如果要進(jìn)行正確的連接與傳輸信息，就應(yīng)遵守一些協(xié)議與規(guī)范，這些協(xié)議與規(guī)定就被稱為總線標(biāo)準(zhǔn)。總線標(biāo)準(zhǔn)的含義 對(duì)于總線上的各個(gè)單元如芯片之 總線標(biāo)準(zhǔn)包括：各個(gè)信號(hào)線的功能定義、總線工作的時(shí)鐘頻率、總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)構(gòu)與配置機(jī)構(gòu)、信號(hào)的邏輯電平、時(shí)序要求、電路驅(qū)動(dòng)能力、抗干擾能力、機(jī)械規(guī)范（包括接插件的幾何形狀與尺寸）和實(shí)施總線協(xié)議的驅(qū)動(dòng)與管理程序。 總線標(biāo)準(zhǔn)包括：各個(gè)信號(hào)線的功能定義、總線工

16、總線是微機(jī)中各模塊之間傳送信息的通道，各模塊分時(shí)共享總線。為了方便微機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展及各廠家產(chǎn)品的互換或互連，國(guó)際上根據(jù)微機(jī)的發(fā)展制定了許多總線標(biāo)準(zhǔn)。 如PC總線標(biāo)準(zhǔn)、ISA總線標(biāo)準(zhǔn)、EISA總線標(biāo)準(zhǔn)、PCI總線標(biāo)準(zhǔn)、 USB總線標(biāo)準(zhǔn)等。 總線是微機(jī)中各模塊之間傳送信息的通道，各模塊分時(shí)共享 PC總線 PC總線是PC機(jī)和XT機(jī)中采用的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，適用于8位的數(shù)據(jù)傳送，最大通信速率為5 MB/s。它有62根引腳，引腳如圖所示。可插入符合PC總線的各種擴(kuò)展板，以擴(kuò)展微機(jī)的功能。 PC總線 PC總線引腳 (a) PC總線； (b) ISA總線與PC總線兼容部分 PC總線引腳ISA總線 PC總線僅適用于

17、8位數(shù)據(jù)的傳送，所以，從IBM PC/XT微機(jī)開(kāi)始采用ISA總線，也稱為AT總線，以便進(jìn)行16位數(shù)據(jù)傳送。 ISA總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8 MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16 MB的內(nèi)存。 為了和PC總線兼容，在PC總線的基礎(chǔ)上， ISA總線延伸出一段插槽，如圖所示。 這一小段插槽上的引線主要是擴(kuò)展的地址線和高8位數(shù)據(jù)線及增加的中斷申請(qǐng)線等。ISA總線計(jì)算機(jī)控制技術(shù)項(xiàng)目04-總線技術(shù)課件 PCI局部總線 PCI(外部設(shè)備互連)是高速外設(shè)與CPU間的橋梁。它在CPU 與外設(shè)間插入了一個(gè)復(fù)雜的管理層，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸，并提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的總線接口。該管理層提供信號(hào)的緩沖，使PCI能支持10種外設(shè)，并在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。 PCI局部總線 PCI總線信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、接口控制線、仲裁線、系統(tǒng)線、中斷請(qǐng)求線、 高速緩存支持、出錯(cuò)報(bào)告等信號(hào)線， 共188根。 具體情況如表 5 - 2 所示。PCI總線信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、接口控制線、仲裁線、系統(tǒng)線PCI插槽ISA插槽PCI插槽ISA插槽計(jì)算機(jī)控制技術(shù)項(xiàng)目04-總線技術(shù)課件 USB通用串行總線 USB（Universal Serial Bus）是由DEC、IBM、Intel、