工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線技術(shù)

第三章

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線技術(shù)1主要內(nèi)容第一節(jié)總線的基本概念；第二節(jié)計(jì)算機(jī)總線的分類；第三節(jié)計(jì)算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸過程；第四節(jié)計(jì)算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式；第五節(jié)計(jì)算機(jī)常用總線。23.1

總線的基本概念總線概念計(jì)算機(jī)總線是計(jì)算機(jī)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)墓餐ǖ馈Ｍㄋ椎卣f，就是連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線。

3總線的一般概念工業(yè)控制計(jì)算機(jī)均采用總線結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)成本低、組態(tài)靈活、擴(kuò)展方便、易于維護(hù)。采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的接口板兼容性強(qiáng)，且可通過系統(tǒng)總線方便地組合在一起，以組成滿足不同需要的微機(jī)系統(tǒng)?？偩€是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件之間傳輸?shù)刂贰?shù)據(jù)和控制信息的通道。任一時(shí)刻，只能有一個(gè)部件/設(shè)備通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其他部件只能處于接收狀態(tài)。4計(jì)算機(jī)總線的主要職能：負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)各部件之間的信息傳輸?？偩€性能：總線的傳輸速率、總線的兼容性、性能價(jià)格比。多總線結(jié)構(gòu)：多總線結(jié)構(gòu)是指CPU與存貯器、I/O等部件之間有兩種以上的總線，這樣可以將速度不同的部件掛在不同的總線上，以提高系統(tǒng)效率。5第二節(jié)總線的分類按總線的層次結(jié)構(gòu)CPU總線/前端總線（FSB）直接由CPU引腳引出的總線，例如，P4CPU與GMCH（北橋）之間的總線局部總線（只出現(xiàn)在80386以后的微機(jī)系統(tǒng)中）CPU總線與系統(tǒng)總線之間的總線它一側(cè)通過北橋與CPU總線連接，另一側(cè)通過南橋與系統(tǒng)總線連接，例如PCI總線系統(tǒng)總線與總線擴(kuò)展槽連接的總線，如ISA和EISA總線外部總線主機(jī)與外設(shè)之間的總線，如USB和IEEE1394其他AGP，專用視頻接口，專用于顯卡與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸SCSI，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接口，可連接15臺(tái)外設(shè)IDE/EIDE，外部存儲(chǔ)設(shè)備接口，每個(gè)接口可連接2臺(tái)設(shè)備6系統(tǒng)各部件與總線的連接方式單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)7單總線結(jié)構(gòu)CPUMMI/OI/OI/O缺點(diǎn)：高速的存儲(chǔ)器與低速的I/O接口競爭總線，影響了存儲(chǔ)器的讀寫速度8雙總線結(jié)構(gòu)面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)CPUMI/OI/OI/O缺點(diǎn)：存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸必須通過CPU9雙總線結(jié)構(gòu)面向存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu)CPUMI/OI/OI/O10多總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中擁有兩個(gè)以上的總線11按總線在微機(jī)系統(tǒng)中所處的位置，可分為三類：一、片內(nèi)總線

片內(nèi)總線是CPU內(nèi)部的各個(gè)組成部分，如算術(shù)邏輯單元、寄存器等之間的信息通道，也是CPU內(nèi)部各組成部分和系統(tǒng)總線連接的橋梁。我們一般不直接和片內(nèi)總線打交道。12二、系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線又稱局部總線(LocalBus)，是CPU片內(nèi)總線的延伸。系統(tǒng)總線并不是對(duì)CPU引腳的簡單復(fù)制，而是按照相應(yīng)的總線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)片內(nèi)總線進(jìn)行擴(kuò)充，增加中斷控制、仲裁控制等控制信號(hào)。為了加大其驅(qū)動(dòng)能力和在必要時(shí)交出總線的控制權(quán)，在相應(yīng)信號(hào)線之間加上驅(qū)動(dòng)電路和緩沖(三態(tài))電路，并且保證其兼容性。為便于系統(tǒng)擴(kuò)充，所有總線標(biāo)準(zhǔn)均將系統(tǒng)總線的信號(hào)以總線擴(kuò)展插槽的形式引出，以便和功能插件接口?？偩€擴(kuò)展插槽中只能插入與之兼容的插件板。13三、外部總線外部總線也稱通信總線，用于和外部設(shè)備(如打印機(jī)、鼠標(biāo)等)以及其他微機(jī)系統(tǒng)(如微機(jī)、智能儀表、數(shù)字傳動(dòng)設(shè)備等)之間的信息傳輸。從工業(yè)控制角度來看，我們只關(guān)心系統(tǒng)總線和外部總線。這些總線通常有幾根、幾十根，甚至上百根信號(hào)線。這些信號(hào)線按功能可分為如下幾類：14（1）數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）用來傳輸計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的指令代碼和數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)信息，雙向三態(tài)(高電平、低電平及高阻態(tài))其寬度決定了其數(shù)據(jù)傳輸能力例如，ISA總線為16位，PCI總線為32/64位15(2）地址總線（AddressBus，AB）計(jì)算機(jī)用地址總線給出它要讀寫的內(nèi)存或設(shè)備的地址。地址線的數(shù)目決定CPU可訪問(尋址)內(nèi)存的最大容量和端口的最大數(shù)目。傳輸?shù)刂沸畔ⅲ瑔蜗蛉龖B(tài)其寬度決定了微機(jī)系統(tǒng)的尋址能力例如，ISA為24位，可尋址16MB；PCI為32/64位，可尋址4GB/224TB，一般n根地址線可尋址2n字節(jié)的內(nèi)存。

控制總線（ControlBus，CB）傳輸控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)特點(diǎn)各異：三態(tài)、入/出/雙向等特性均不相同16(3)電源和地線：為總線上的設(shè)備及擴(kuò)展插卡提供電源。它決定了總線設(shè)備在不自帶電源的情況下能使用的電源種類。(4)備用線：某些總線備用信號(hào)線供以后擴(kuò)展功能或滿足用戶的特殊需求。

17第三節(jié)計(jì)算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸過程總線上的數(shù)據(jù)傳輸都是在總線主控設(shè)備的指揮下進(jìn)行的。所謂總線主控設(shè)備，是指對(duì)總線擁有完全控制權(quán)的部件或設(shè)備，而被總線主控設(shè)備選中進(jìn)行通信的部件或設(shè)備則稱為從屬設(shè)備。從屬設(shè)備接受和執(zhí)行主控設(shè)備的命令，并傳輸相應(yīng)的信息。在總線上完成一次傳輸，一般分為如下幾個(gè)階段：18

(1)總線申請階段：總線上一般都有多個(gè)主控設(shè)備。當(dāng)某主控設(shè)備需要啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它首先要向系統(tǒng)提出使用總線的請求，總線仲裁邏輯按照預(yù)先規(guī)定好的協(xié)議決定是否將總線控制權(quán)交給申請者。取得總線控制權(quán)的主控設(shè)備，即可啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳輸。

19(2)尋址階段：取得總線控制權(quán)的主控設(shè)備通過在地址總線上給出被尋址的從屬設(shè)備的地址并在控制總線或/和數(shù)據(jù)總線上給出相應(yīng)的控制命令以啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸過程。

(3)數(shù)據(jù)傳輸階段：主控設(shè)備將數(shù)據(jù)或程序指令從源設(shè)備讀出，寫入目的設(shè)備。

20(4)傳輸結(jié)束階段：主控設(shè)備和從屬設(shè)備均可申請終止一次傳輸過程，但雙方均無權(quán)單方面終止傳輸過程。在一方提出申請后、主控設(shè)備完成規(guī)定操作，然后撤銷所有控制信號(hào)，并將地址和數(shù)據(jù)總線及一部分控制總線設(shè)置為高阻態(tài)，即將總線控制權(quán)交回給系統(tǒng)。

21第四節(jié)計(jì)算機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式一、同步傳輸方式使用系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖作為控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間基準(zhǔn)。主控設(shè)備與從屬設(shè)備進(jìn)行一次總線操作的時(shí)間是固定的，并且每一個(gè)步驟的起止都與某一時(shí)鐘脈沖的前沿或后沿同步，即以系統(tǒng)時(shí)鐘來統(tǒng)一傳輸?shù)牟椒?。同步傳輸要求主控設(shè)備嚴(yán)格地按時(shí)鐘脈沖規(guī)定的時(shí)刻給出地址和命令，也要求從屬設(shè)備嚴(yán)格地按時(shí)鐘脈沖規(guī)定的時(shí)刻讀出和寫入數(shù)據(jù)。即主控設(shè)備和從屬設(shè)備之間的時(shí)間配合是強(qiáng)制同步的。大多數(shù)微機(jī)的基本傳輸方式都是同步式的。22同步方式收、發(fā)雙方嚴(yán)格地按統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作不適合于在同一系統(tǒng)中既有高速部件又有低速部件的環(huán)境PCI總線屬于同步方式總線23二、異步式傳輸采用應(yīng)答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即使用“請求”和“應(yīng)答”信號(hào)來協(xié)調(diào)傳輸過程而不依賴于公共的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。在這種傳輸方式下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程為：主控設(shè)備將待讀寫設(shè)備的地址放到地址總線上，然后發(fā)出讀寫命令(請求)；從屬設(shè)備進(jìn)行地址譯碼，被選中設(shè)備即將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上或讀數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)：最后從屬設(shè)備向主控設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)，通知主控設(shè)備數(shù)據(jù)可用或報(bào)告主控設(shè)備數(shù)據(jù)已讀取成功(響應(yīng))；這種方式可根據(jù)從屬設(shè)備的傳輸速率自動(dòng)調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間，因而不用考慮外圍設(shè)備的速度。24異步方式傳輸過程無需統(tǒng)一時(shí)鐘的同步，用“請求”和“應(yīng)答”信號(hào)來協(xié)調(diào)傳輸速度慢25三、半同步傳輸從形式上看，這種方式有點(diǎn)像同步傳輸方式——仍然利用系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖來同步傳輸過程。不同的是，它不像同步傳輸有固定的傳輸周期，對(duì)慢速設(shè)備，傳輸周期可延長時(shí)鐘周期的整數(shù)倍——從屬設(shè)備利用它的一根信號(hào)線來通知主控設(shè)備，應(yīng)在傳輸周期中插入等待周期。這種方式有同步方式的一些優(yōu)點(diǎn)，有時(shí)人們也把它歸入同步傳輸方式。26半同步方式總體上仍是同步方式(使用基準(zhǔn)時(shí)鐘)，傳輸操作與時(shí)鐘同步設(shè)置“等待”狀態(tài)線，在無法按時(shí)完成操作時(shí)，用此狀態(tài)線強(qiáng)制對(duì)方延長一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期ISA總線即屬于半同步方式總線27四、分離式傳輸考慮到在主控設(shè)備通過總線向從屬設(shè)備發(fā)送了地址和命令后，到從屬設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線提供數(shù)據(jù)之間，是從屬設(shè)備執(zhí)行讀寫命令的準(zhǔn)備時(shí)間，這段時(shí)間總線是空閑的。為了充分利用這段時(shí)間，系統(tǒng)將一個(gè)傳輸周期分成兩個(gè)獨(dú)立的子周期：第一個(gè)子周期是主控設(shè)備發(fā)出地址、命令及有關(guān)信息，經(jīng)總線傳輸，由相應(yīng)設(shè)備接收后，兩者立即從總線上斷開(通過置自己的相應(yīng)引腳為高阻態(tài))，以便其他設(shè)備使用總線；第二個(gè)子周期是被選中的從屬設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，發(fā)出總線請求信號(hào)，獲準(zhǔn)后即通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)高速發(fā)向原來要求數(shù)據(jù)的設(shè)備。

28這種方式適合于有多個(gè)主控設(shè)備的系統(tǒng)在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸大量數(shù)據(jù)。PC系統(tǒng)中的DMA(直接存儲(chǔ)器存取)就是使用這種方式傳輸數(shù)據(jù)的。29同步方式的時(shí)序地址數(shù)據(jù)時(shí)鐘總線周期總線周期時(shí)鐘周期30異步方式的時(shí)序地址/數(shù)據(jù)(發(fā)送方)請求(接收方)應(yīng)答31半同步方式的時(shí)序地址數(shù)據(jù)時(shí)鐘就緒等待一個(gè)時(shí)鐘周期32二、總線的仲裁控制多個(gè)設(shè)備都要使用總線時(shí)，決定由哪個(gè)設(shè)備使用總線的方法。80x86微機(jī)中采用的是獨(dú)立請求方式鏈?zhǔn)讲樵兎绞姜?dú)立請求方式33三、總線隔離與驅(qū)動(dòng)不操作時(shí)把功能部件與總線隔離同一時(shí)刻只能有一個(gè)部件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上提供驅(qū)動(dòng)能力數(shù)據(jù)發(fā)送方必須提供足夠的電流以驅(qū)動(dòng)多個(gè)部件提供鎖存能力信息緩存和信息分離34總線電路中常用的芯片三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)、隔離單向、雙向鎖存器信息緩存（有些同時(shí)具有總線驅(qū)動(dòng)能力）信息分離（如地址與數(shù)據(jù)的分離）35三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器輸入輸出OE輸入輸出OE輸入輸出OE輸入輸出OE36典型總線驅(qū)動(dòng)器芯片8286/74LS245——8雙向總線驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包含8個(gè)雙向三態(tài)門828674LS245A0A1A2A3A4A5A6A7OEB0B1B2B3B4B5B6B7TOE：輸出允許。

T：方向。

T=0，B→A；T=1，A→B37典型總線驅(qū)動(dòng)器芯片74LS244——8總線驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包含8個(gè)單向三態(tài)門，分為兩組分別控制74LS244E1E21A11A21A31A42A12A22A32A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y41組輸出2組輸出1組輸入2組輸入38鎖存器DCPQQCPDQQ001110DCPQOEOCPDQ0011ISTB39典型鎖存器芯片8282/74LS373——具有三態(tài)正相輸出的鎖存器內(nèi)部包含8個(gè)D觸發(fā)器828274LS3738D鎖存器DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7STBDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7OE40四、總線的主要性能指標(biāo)總線帶寬（B/S）：每秒可傳送的字節(jié)數(shù)總線位寬（bit）：一次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)工作頻率（MHz）總線帶寬=（總線位寬/8）工作頻率例1：P4CPU的FSB頻率為400MHz或800MHz，位寬為64bit。

FSB帶寬：400×64/8=3.2GB/s或800×64/8=6.4GB/s例2：PCI總線的頻率為33.3MHz，位寬為32bit或64bit。

PCI帶寬：33.3×32/8=133MB/s或33.3×64/8=266MB/s41第五節(jié)常用系統(tǒng)總線及外部總線常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)ISA（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系總線）IndustryStandardArchitecturePCI（外圍部件互連總線）PeripheralComponentInterconnect常用系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)AGP（加速圖形接口）AcceleratedGraphicsPortIDE（集成設(shè)備接口），又稱ATA接口IntegratedDeviceElectronicsSCSI（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）SmallComputerSystemInterface外部總線USB（通用串行總線）IEEE1394（高性能串行總線）42（一）PC／XT總線PC及XT使用的是INIEL公司生產(chǎn)的準(zhǔn)16位微處理器8088。總線信號(hào)不是CPU引腳的簡單延伸，而是通過鎖存器8282、總線收發(fā)器8286、總線控制器8288、中斷控制器8259和DMA控制器8237等重新驅(qū)動(dòng)、組合、擴(kuò)展而成的，共62根信號(hào)線，全部引到主板上的8個(gè)總線擴(kuò)展插槽上。PC／XT總線為半同步總線，總線工作頻率為4MHz，最大傳輸速率為4MB／s。43（二）ISA總線主要特性16位數(shù)據(jù)線（早期的為8位，已被淘汰）24位地址線（可尋址16MB存儲(chǔ)器）時(shí)鐘頻率8MHz數(shù)據(jù)傳輸率16MB/s提供11個(gè)中斷請求輸入提供7個(gè)DMA通道用于80286～PIII（個(gè)別P4微機(jī)也支持）44ISA總線插槽ISA總線共98個(gè)引線，主要引線信號(hào)：SA0～SA19（鎖存的），LA17～LA23（非鎖存的）（地址）SD0～SD15（數(shù)據(jù)）SBHE（高字節(jié)允許）MEMR、MEMWIOR、IOWAEN（地址允許，1表示處于DMA控制周期）IRQ3～I(xiàn)RQ7、IRQ9～I(xiàn)RQ11、IRQ14、IRQ15DRQ0～DRQ3、DRQ5～DRQ7DACK0～DACK3、DACK5～DACK7注：ISA總線的DMA操作和I/O操作使用相同的地址線、數(shù)據(jù)線和I/O讀寫控制線（IOR和IOW），所以AEN應(yīng)參加I/O地址譯碼。45簡單的ISA總線接口(輸入接口)D7-D0D7-D0A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入STARTREADY數(shù)字量輸出INE1E21Y2Y1A2A74LS244CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS1381100000000000000B–110000000010B轉(zhuǎn)換結(jié)束啟動(dòng)轉(zhuǎn)換D0C000H讀數(shù)據(jù)C001H啟動(dòng)轉(zhuǎn)換C002H讀轉(zhuǎn)換狀態(tài)A2A1A0≥1A13-A3&A15A14AENIORISA總線46簡單的ISA總線接口(輸出接口)驅(qū)動(dòng)電路D7-D0CBAG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A2A1A0≥1A13-A3&A15A14AENIOWISA總線STBOE74LS373DI7∫DI0DO7∫

DO0發(fā)光器件組合C000H改變燈光圖案樣式選通47

(三)EISA(ExtendedISA)總線Compaq，AST和HP等公司于1988年推出了一種兼容性很強(qiáng)的高性能總線，即EISA總線。它除了與MCA具有完全相同的功能外，還與ISA總線完全兼容，保護(hù)了廣大用戶在基于ISA總線設(shè)備上的投資；EISA總線支持32位地址，8位、16位、32位數(shù)據(jù)，支持多總線主控和多處理器結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的I／O能力和負(fù)載能力。48EISA總線具有總線仲裁機(jī)制和自動(dòng)配置系統(tǒng)的能力，數(shù)據(jù)總線為32位寬度，采用同步工作方式，總線工作頻率為8.33MHz。最大傳輸速率為33MB／s，支持32位的線性突發(fā)式傳輸，所以適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體技術(shù)等領(lǐng)域。49（四）PCI04總線這是超小型PC的總線標(biāo)準(zhǔn)。這種PC體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，或者被嵌入到對(duì)體積和功耗要求都很高的系統(tǒng)，如儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、通信裝置、軍用設(shè)備和機(jī)器人等設(shè)備。這種PC機(jī)取消了底板和插槽結(jié)構(gòu)，而采用模板上的兩個(gè)總線插頭座將各模板疊裝在一起，每個(gè)模板上有兩個(gè)總線插座，一個(gè)64線，一個(gè)40線，共104線(這也是總線名稱的由來)。50（五）STD總線STD總線是目前國際上較流行的總線之一．主要用于工業(yè)控制領(lǐng)域。STD總線采用公共母板結(jié)構(gòu)，其總線布置在一塊母板上，總線信號(hào)引至裝在母板上的插槽上。系統(tǒng)采用插卡式結(jié)構(gòu)，各種功能插卡(如CPU卡、存貯卡、顯示卞、I/O卡等)均按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格制造，可插入母板上的任意插槽中。STD總線插槽為56線雙列插槽SID總線的數(shù)據(jù)總線寬度為8位／16位，總線工作頻率為2MHz，最大傳輸速率為2MB／s。STD總線標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已發(fā)展為STD32，它有地址總線寬度32位，數(shù)據(jù)總線寬度也為32位。51VME(VERSAModuleEurocard)總線這是一種高性能、開放式總線，最早是由MOTOROLA等公司32位微處理器設(shè)計(jì)的。它有兩個(gè)三列的連接器P1，P2，每列有32個(gè)引腳，其中P2只使用中間的一列，兩側(cè)的64個(gè)引腳不與總線相連。按其功能介紹如下：(1)數(shù)據(jù)總線32根，可在控制總線的控制下存取8位、16位或32位數(shù)據(jù)。在D64方式下，地址線分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)線，所以此時(shí)有64根數(shù)據(jù)線。(2)地址總線32根，可在控制總線的控制下輸出16位、24位或32位地址(使高位失效)，最大可尋址4.3GB內(nèi)存；可分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線的高32位。(3)數(shù)據(jù)傳輸控制線12根，用以控制數(shù)據(jù)及地址的寬度和存取數(shù)據(jù)時(shí)的權(quán)限等。(4)總線仲裁總線14根，用于決定由哪個(gè)主控設(shè)備使用總線。(5)中斷控制總線10根，接收中斷請求信號(hào)并控制其優(yōu)先級(jí)。(6)公共總線，包括系統(tǒng)時(shí)鐘、復(fù)位等信號(hào)及多組電源。VME總線為并行異步總線，它結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)、性能優(yōu)異、可靠性高，但因價(jià)格較高且熟悉MC68000系列計(jì)算機(jī)及軟件的人較少，限制了它的推廣。52Multibus總線

Multibus總線是一種異步多處理器系統(tǒng)總線.在CPU、存貯器、擴(kuò)展I／O板之間可傳送8位或16位數(shù)據(jù)，支持多個(gè)主控設(shè)備和從屬設(shè)備。它在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活，功能較強(qiáng)，且能支持各種檔次系統(tǒng)．因而目前國際上很多IDCS(分布式控制系統(tǒng))系統(tǒng)都采用這種總線。53二、PCI總線獨(dú)立于微處理器；支持即插即用功能；通過PCI橋與CPU連接（北橋）總線寬度：32/64位；工作頻率：33.3MHz/66.6MHz傳送速率：32位PCI總線：133MB/s，266MB/s64位PCI總線：266MB/s，533MB/sPCI總線體系5455PCI總線插槽外形見P124，共62根引線（64位PCI有94根）包括：系統(tǒng)接口信號(hào)（時(shí)鐘、復(fù)位等）地址與數(shù)據(jù)（復(fù)用）信號(hào)（AD0-AD31）接口控制信號(hào)（主從設(shè)備控制信號(hào)等）總線仲裁信號(hào)（總線請求、總線允許）錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)（系統(tǒng)錯(cuò)、奇偶錯(cuò)）中斷控制信號(hào)（中斷請求）64位總線擴(kuò)展信號(hào)（AD32-AD63、字節(jié)選擇等）高速緩存支持信號(hào)56PCI總線總線命令I(lǐng)/O和存儲(chǔ)器讀寫控制信號(hào)都是通過命令碼給出命令碼出現(xiàn)在C/BE[3:0]這4根線上共有12種命令中斷響應(yīng)、存儲(chǔ)器讀/寫、IO讀/寫、配置讀/寫、等等總線傳輸機(jī)制存儲(chǔ)器讀寫采用突發(fā)傳輸（要求地址必須連續(xù)）包括一個(gè)地址期和多個(gè)數(shù)據(jù)期I/O讀寫不支持突發(fā)傳輸，每次僅讀寫一個(gè)數(shù)據(jù)57PCI總線PCI總線配置目的：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)配置、加載（PnP）微機(jī)啟動(dòng)時(shí)，配置軟件將掃描PCI總線確定有哪些設(shè)備，設(shè)備配置要求是什么每個(gè)PCI設(shè)備都有一個(gè)配置存儲(chǔ)區(qū)包括了64個(gè)32位配置寄存器前16個(gè)寄存器（標(biāo)題區(qū)）的格式由PCI標(biāo)準(zhǔn)化組織定義后48個(gè)寄存器的格式由廠家自行定義標(biāo)題區(qū)的內(nèi)容包括：設(shè)備識(shí)別信息（被OS用來自動(dòng)定位驅(qū)動(dòng)程序）廠商/設(shè)備標(biāo)識(shí)、版本、子系統(tǒng)廠商標(biāo)識(shí)、子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)設(shè)備分類代碼設(shè)備控制信息設(shè)備狀態(tài)信息基址寄存器（用于映射設(shè)備使用的存儲(chǔ)區(qū)域或I/O地址區(qū)域）58PCI總線PCIBIOSOS、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序不能直接訪問PCI配置寄存器，必須通過PCIBIOS訪問提供了一組訪問PCI的函數(shù)16位實(shí)模式下通過INT1AH中斷來調(diào)用AH=0B1H，AL=子功能號(hào)子功能有13個(gè)，包括：PCIBIOS檢測、查找PCI設(shè)備、讀/寫配置信息、分配中斷等59PCI總線還有以下特點(diǎn)：(1)支持線性突發(fā)式傳輸，可確?？偩€高速傳輸數(shù)據(jù)；

(2)存取延時(shí)極小，可大幅度減少外設(shè)取得總線控制權(quán)的時(shí)間，提高傳輸速度。

(3)采用總線主控和同步操作，以加速執(zhí)行高數(shù)據(jù)吞吐量、高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。PCI獨(dú)特的同步操作可保證CPU與總線主控設(shè)備同時(shí)操作，而不必等待后者完成，進(jìn)一步提高了運(yùn)行速度。

(4)不受處理器限制。PCI獨(dú)立于處理器的設(shè)計(jì)可保證處理器技術(shù)的變化個(gè)會(huì)使外設(shè)過時(shí)，保護(hù)用戶利益。60(5)適合各種機(jī)型。PCI總線既適合于臺(tái)式計(jì)算機(jī)，也適合筆記本和服務(wù)器，還支持3.3v電源環(huán)境，可大大減小功耗；PCI卡可節(jié)省機(jī)內(nèi)空間。在服務(wù)器環(huán)境中，PCl支持分級(jí)式外圍設(shè)備的特性，使之擁有一組級(jí)連的PCI總線或設(shè)置為多組PCI總線，以提供更多的I／O接口。(6)兼容性強(qiáng)．可兼容ISA，EISA及MCA總線。

(7)預(yù)留了發(fā)展空間。目前的PCI總線已經(jīng)能夠支持64位的數(shù)據(jù)和地址。同時(shí)它還提供自動(dòng)配量功能，即支持即插即用。(8)低成本、高效益。PCI總線使用了高度集成的接口芯片，且采用了地址數(shù)據(jù)線復(fù)用技術(shù)，從而減少了引線數(shù)，大大降低了成本。

PCI總線的優(yōu)異性能使它成為當(dāng)今系統(tǒng)總線的主流總線標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于各種檔次的微機(jī)中。61三、AGP接口不是系統(tǒng)總線高速圖形接口，在視頻卡與內(nèi)存之間提供一條直接的通路（不再通過PCI傳輸，32位PCI的傳輸速率最高266MB/s）。圖形、紋理、Z軸距離、Alpha變換等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量為370～840MB/s4種模式（注意：1X/2X與4X/8X不兼容，3.3V/1.5V）1X（66MHz，266MB/s）2X（133MHz，533MB/s）4X（266MHz，1066MB/s）8X（533MHz，2133MB/s）系統(tǒng)中只支持一個(gè)AGP擴(kuò)展插槽（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）62四、IDE接口（ATA）主要用于硬盤/光驅(qū)/磁帶驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)已發(fā)展為EIDE（增強(qiáng)的IDE）和串行ATA（SATA）已集成到硬盤驅(qū)動(dòng)器中，無需接口卡主板提供2-4個(gè)接口每接口可連接2個(gè)硬盤（主/從）數(shù)據(jù)傳輸方式：PIO方式：PIO0～PIO4（3.3MB/s～16.6MB/s）40針接口，扁平電纜硬盤最大容量528MBDMA方式：DMA0～DMA2（11MB/s～16.6MB/s）40針接口硬盤最大容量8.4GBUDMA方式：UDMA3～UDMA6（33.3MB/s～133MB/s）80針接口，地線和信號(hào)線交叉排列通過特殊的擴(kuò)展BIOS，可支持200GB以上的硬盤63五、USB總線USB概況主機(jī)與外設(shè)的通用接口，可用于不同的設(shè)備串行、打包傳送2根數(shù)據(jù)線＋電源＋地線兩個(gè)版本：1.1（12Mb/s），2.0（480Mb/s）設(shè)備連線最長5米即插即用必須要有USB主機(jī)存在，設(shè)備不能獨(dú)立工作64USB總線的優(yōu)點(diǎn)易于使用即插即用，可熱插拔；WindowsNT/2000/XP/2003下不需安裝驅(qū)動(dòng)程序具級(jí)聯(lián)方式，并可智能識(shí)別鏈上外圍設(shè)備的插拔；提供電源5V，500mA節(jié)省硬件資源IRQ、I/O地址易于連接主板上提供2－6個(gè)USB接口，通過集線器最多可支持127個(gè)外設(shè)4芯電纜（＋D、-D、+5V、GND）65USB總線的優(yōu)點(diǎn)傳送速率可滿足大多數(shù)外設(shè)要求1.5MB/s，12MB/s，480MB/s（2.0）可靠性高能進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)和控制，且由硬件實(shí)現(xiàn)低成本主板已集成USB接口設(shè)備端的USB接口控制芯片很便宜低功耗不工作時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，并能自動(dòng)恢復(fù)66USB設(shè)備及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)USB設(shè)備集線器擴(kuò)展接口數(shù)量功能部件即USB設(shè)備

復(fù)合部件

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形（樹形）、級(jí)連

67USB接口工作原理USB系統(tǒng)分為兩大部分：USB主機(jī)、USB設(shè)備USB主機(jī)由PC系統(tǒng)中的USB硬件和驅(qū)動(dòng)程序組成；整個(gè)微機(jī)中只能有一個(gè)USB主機(jī)；其接口稱為USB控制器；USB硬件在微機(jī)中被集成在南橋中。功能：檢測USB設(shè)備的插拔操作在主機(jī)與設(shè)備之間管理數(shù)據(jù)流通信總是由主機(jī)發(fā)起，并由主機(jī)控制傳輸過程多個(gè)設(shè)備傳輸時(shí)，采用分時(shí)復(fù)用（每個(gè)時(shí)間槽1ms）錯(cuò)誤檢查（CRC校驗(yàn)）為設(shè)備提供電源68USB接口工作原理USB設(shè)備分為集線器和功能設(shè)備集線器：1個(gè)上連端口和若干個(gè)下連端口自動(dòng)探測設(shè)備的插拔并向USB主機(jī)報(bào)告為下行設(shè)備分配電源分離高速數(shù)據(jù)流和低速數(shù)據(jù)流功能設(shè)備：可以從USB總線上收發(fā)數(shù)據(jù)的設(shè)備包含自己的各種配置信息，以供USB主機(jī)查詢不能主動(dòng)發(fā)起通信功能：監(jiān)視與自己的通信、對(duì)主機(jī)的請求進(jìn)行響應(yīng)、錯(cuò)誤檢查、管理電源（沒有總線活動(dòng)（3ms）時(shí)進(jìn)入掛起狀態(tài)）69USB接口工作原理USB通信模型客戶USB主機(jī)USB接口功能模塊USB設(shè)備USB接口主機(jī)設(shè)備消息數(shù)據(jù)包位流70USB接口工作原理USB主機(jī)的軟件和硬件客戶軟件USB驅(qū)動(dòng)程序（USBD）USB接口主控制器驅(qū)動(dòng)程序（HCD）USB主機(jī)軟件USB主機(jī)主機(jī)71USB接口工作原理USB數(shù)據(jù)包格式（主要的）PIDUSB地址(7位)端點(diǎn)號(hào)CRCPID數(shù)據(jù)(1-1023字節(jié))CRC標(biāo)識(shí)包數(shù)據(jù)包PID:包的類型編號(hào)PID應(yīng)答D2H：ACK5AH：NAKC3H：偶數(shù)包4BH：奇數(shù)包72IEEE1394總線可用于數(shù)字化視頻、音頻，硬盤結(jié)構(gòu)類似于USB，樹形拓?fù)浯?、打包傳?芯電纜：4根信號(hào)線＋電源＋地線設(shè)備之間距離最大4.5米，總長度為50～100米設(shè)備可獨(dú)立工作，無需微機(jī)的控制設(shè)備之間可直接連接，如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)連接到電視機(jī)最大傳輸速率：400MB/s（將來可達(dá)3.2GB/s）100MB/s，200MB/s，400MB/s支持異步和同步兩種傳輸模式支持帶電插拔和即插即用可提供8V～40V/1.5A的電源一個(gè)接口上可連接63臺(tái)設(shè)備7374二、計(jì)算機(jī)外部總線外部總線一般用于計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備以及智能設(shè)備之間的通信，如計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)和智能儀表、智能儀表和智能儀表等等。本節(jié)介紹幾種常用的外部總線。75(一）IEEE-488總線這是一種異步并行外部總線．專用于計(jì)算機(jī)與智能儀表、I/O設(shè)備之間的并行通信，又稱GP-IB(GeneralPurposeInterfaceBus)總線。其信號(hào)線共24根．包括8根數(shù)據(jù)線，用于傳輸設(shè)