计算机常用总线技术.ppt

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1、1,测控总线及虚拟仪器第二章 常用的计算机总线技术,2,“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”:IEEE 1394接口，串行标准。即插即用、热

2、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，,3,目 录,2.2 STD总线,2.3 XT/ISA/EISA总线,2.4 RS-232C/RS-422/RS-485,2.5 USB总线,2.1 概述,2.6 IEEE1394总线,4,2.1 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,5,一、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

3、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！,6,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

4、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,7,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,8,总线的分类,分类方法多种多样,按照总

5、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,9,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。,10,2.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、

6、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,11,3.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IBM PC/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,12,4.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

7、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,13,14,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、IEEE 1394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(Integrated Device Elec

8、tronics，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(Inter IC)、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,15,“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、

9、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”:IEEE 1394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,1

10、6,三、总线的组成,总线按信号类型或功能一般可分为以下五种,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,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,控制总线(CB),17,上 页,下 页,目 录,18,用三态门构成单向总线,用三态门构成双向总线,所谓三态门，就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路。,19,电源和地线 电源和地线是总线中不可缺

11、少的，它决定了总线使用的电源种类，地线分布及用法,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,20,四、总线的性能指标,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 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

12、之一，工作频率越高，传输速度越快。,21,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/833.3 MHz=133.2MB/s,传输速率,上 页,下 页,目 录,22,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

13、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）。,23,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、异步方式、半同步。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

14、等。,上 页,下 页,目 录,24,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。,25,几种微型计算机总线性能参数,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

15、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,26,总线层次化结构,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

16、、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。,27,Intel 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,28,29,精英945P主板,LGA775 CPU插座,DDR2 双通道存储器插座,MCH,ICH,PCI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,ATA技术是一个关于IDE（Integr

17、ated Device Electronics）的技术规范族。最初，IDE只是一项企图把控制器与盘体集成在一起为主要意图的硬盘接口技术。.,30,LPT:此接口一般用来连接打印机或扫描仪。其默认的中断号是IRQ7，采用25脚的DB-25接头,CMOS常指保存计算机基本启动信息（如日期、时间、启动设置等）的芯片。CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方

18、便地对系统进行设置,31,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 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,32,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 C

19、omputer。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,2.2 STD总线,33,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

20、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,34,(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,35,(3)具有高可靠性

21、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,36,(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

22、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,37,(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,38,下图描述了工业PC机械结构组成。,上 页,下 页,目 录,39,第一代工控机技术起源于20世

23、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

24、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,40,STD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IEEE P961STD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S

25、TD总线模块式工业控制计算机。,上 页,下 页,目 录,41,STD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,，“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,42,STD总线的特点2：,严格的标准化，广泛的兼容性,43,STD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,44,56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1

26、530)(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)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,45,46,1、电源,12V的电压如何变成5v？,47,2.数据线和地址线,数据总线定义引脚是D0D7，亦可作为扩展地址使用，此时是A16A23。地址总线定义引脚是A0A7（只做地址），A8A15亦可作为数据总线使用，此时是D8D15。,48,3.控制总线,上 页,下 页,目 录,49,上 页,下 页,目 录,控制总线,50,上 页,下 页,目 录,51,上

27、页,下 页,目 录,52,answerback 应答信号,53,54,(4)时钟和复位信号,55,PCI与我们后面讲的PCI总线不是一回事,56,+5V,一个STD控制器的PCI为“1”,且未提出总线请求,则它的PCO为“1”;,每个STD控制器提出请求的前提是PCI为“1”;,如果PCI为“1”,且提出总线请求,则PCO为“0”;,如果PCI为“0”,则该STD不能提出总线请求,且它的PCO为“0”;,57,总线低位地址A0A12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,58,地

28、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,59,STD总线系统图,60,STD90486(集成电路板)北京市中关村的周宝星于1998年申请的一项专利80486DX4-100或5X86-133CPU板（4MB64MB）DRAM,实时时钟,硬件看门狗，两串一并，两硬两软，打印机接口，复位按扭，与PC/AT全兼容。,STD总线产品其实就是一种板卡（包括CPU卡）和无源母板结构,金手指,上 页,下 页,目 录,61,思考题：,1.不定向选择：STD总线信号中，关于

29、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？,62,2.3 XT/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

30、的设计构思发展而来的。,PC内部总线,一、PC总线的发展过程,上 页,下 页,目 录,IBM与计算机,63,1.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 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

31、/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,64,2.ISA总线,ISA(Industy Standard Architecture)即工业标准体系结构总线，又称AT总线。是IBM AT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，

32、基本部分与扩展部分相距10.16mm。,65,3.MCA总线,（Micro Channel Architecture,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,66,4.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)、E

33、PSON（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 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,上 页,下 页,目 录,67,5.VESA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

34、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,68,PCI(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,上 页,下 页,目 录,69,70,

35、总线性能比较,512MB/s,上 页,下 页,目 录,71,二、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,72,1.地址线,地址信号用于寻址存储器和I/O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/

36、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,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？,存储器空间有大有小，I/O地址都是64K,73,2.数据线,SD0 SD15，双向。(System Data)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,System Byte High

37、Enable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。,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,74,3.读写控制线,（1）BALE 地址锁存允许信号(Buffered Address Latch Enable)，可用BALE信号的下降沿将系统总线上的地址信号SA0 SA19锁存表明外部存储器选通，该信号在CPU总线周期的T1时间周期内有效，通

38、常作为CPU总线周期的指示,I/O读和I/O写信号，输出、低电平有效,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。-SMEMR和-SMEMW 信号取自于-MEMR和-MEMW(ISA新增信号)和低于 lMB的地址译码信号。,75,0 WS#，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-M

39、EMCS16 信号给主板。译码信号必须取自 LA17LA23。-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：,76,（1）IRQ9-12、IRQ14、15和IRQ3-7中断请求信号（Interrupt Request）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

40、。,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:IRQ 7的请求较后处理（IRQ7优先级最低）,77,16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，IRQ

41、2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。,78,5.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

42、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

43、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,79,（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-DRQ7DMA请求信号（DMA Request），优先权从高到低是DRQ0,DRQ1,，DRQ7（3）#DACK0 DACK3,DAK5DAK7,（DMA Ack

44、nowledge），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,80,#MASTER Master 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,81,6 其它信号线 IO CH CK#，I/O通道检验信号，输入 RESET DRV，系统复位驱动信号

45、，输出 REFRESH#，Memory Refresh I/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,82,（6）OSC Oscillator(振荡器)是一个时间段为70毫微秒的时钟(14.31818 MHz)，最高频率（7）CLK System Clock，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一般来说，CLK是OSC输出的3分频产生的,上 页,下 页,目 录,83,（8）#I/O CH RDY I/O Channel Ready 允许较慢速I

46、SA板通过插入等待状态延长I/O或内存读写周期I/O CH RDY通常处于高就绪ISA板将I/O CH RDY拉低未准备好以插入等待状态使用I/O CH RDY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/O CH RDY信号为低当设备释放I/O CH RDY回高,上 页,下 页,目 录,84,ISA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,85,ISA总线I/O端口读总线周期（时序）,处理器采集数据总线上数据,I/O读操作结束,86,ISA总线

47、I/O端口写总线周期（时序）,87,ISA总线简化的读存储器周期时序(略),上 页,下 页,目 录,88,ISA总线的时序图说明：,89,注意事项：,90,ISA总线的机械规范,上 页,下 页,目 录,91,补充：PC-104总线 PC-104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，近年来在国际上广泛流行，第一块PC104产生于1987年，但严格意义的规范说明在1992年才公布，从那以后，对PC-104感兴趣的人越来越多，当时就有125个厂家引进PC-104规范生产PC104兼容产品。我们知道，IEEE-P996是PC和PC/AT工业总线规范，而从PC-104被定义为IEEE-P996.1

48、 就可以看出，PC-104实质上是一种紧凑型，小型化的IEEE-P996。其型号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的，小型堆栈式结构的嵌入式控制系统。PC-104有两个版本，8位和16位，分别与PC和PC/AT相对应。在PC-104总线的两个版本中，8位PC-104共有64个总线管脚，单列双排插针和插孔，P1：64针，P2：40针，合计104个总线信号，PC-104因此得名。PC-104模块本质上就是尺寸缩小为3.8in 3.6in(90mm96mm)的ISA总线板卡。,92,PC 104 模块,1、堆栈式连接：去掉总线背板和插板滑道，总线以“针”和“孔”形式层叠

49、连接，即PC-104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬和相连，这种层叠封装有极好的抗震性。2、轻松总线驱动：减少元件数量和电源消耗，4mA总线驱动即可使模块正常工作，每个模块1-2瓦能耗。,93,PC 104总线工业控制计算机的应用,标准结构的IPC机有许多局限性，主要问题是体积和功耗太大，在许多嵌入式应用中(例如航空航天产品，智能仪器仪表，医疗设备，通信设备，机电一体化产品等)无法胜任，因而在在80年代末产生了采用基于模块化设计方法的嵌入式工业PC系统。PC-104总线模块系统已成为嵌入式PC机的标准。大量应用于工业设备，仪器，医疗设备，通信设备等嵌入式应用场合，而这些应用

50、场合，既需要PC机的软硬件环境，又需要模块化、标准化、小型化和低功耗的设计，这就需要建立嵌入式PC机的标准，以便缩短产品的开发周期，降低开发成本，减少设备投资，从而降低产品或系统的价格。虽然PC-104总线工控机的功耗低，但其驱动能力差(4mA)，其扩展能力和维护性也受到限制，使其在工业过程控制和自动化领域的应用范围受到一定的局限。,94,1.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（）