計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 劉川來 胡乃平 第03章 計(jì)算機(jī)總線技術(shù)

第3章計(jì)算加急我技術(shù)

第3章

行靠機(jī)總俵技術(shù)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

第3章計(jì)算機(jī)總餞技術(shù)

?總線的基本概念

?內(nèi)部總線

?外部總線

?現(xiàn)場總線

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.1總彼的基中槐念

本節(jié)主要內(nèi)容

?總線的基本概念

?總線的主要性能指標(biāo)

?總線的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

?總線控制與總線傳輸

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.1總彼的基存槐念

總線就是一組信號線的集合，它定義了

?總線的定義各引線的信號、電氣和機(jī)械特性，使計(jì)

算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的

各系統(tǒng)之間建立信號聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳

遞和通信。

?規(guī)定了各引線的信號、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性

?總線的特點(diǎn)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

■采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模板和

設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)5

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.1.1總彼的今類

?按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線可分為

■數(shù)據(jù)總線(DB):用于傳送數(shù)據(jù)信息

?地址總線(AB):用于傳送地址信息

?控制總線(CB):用戶傳遞控制信息

?電源總線(PB):用于向系統(tǒng)提供電源

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.1.13俵的臺類(^)

?按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置，總線可分為

?片內(nèi)總線(On-ChipBUS)

在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路

?內(nèi)部總線(InternalBus)

用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊(板)之間通信

?外部總線(ExternalBus)

用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.1.1總裁的今類（^）

?片內(nèi)總線：

-在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路

-受芯片面積及引腳數(shù)限制，片內(nèi)總線多采用單總線結(jié)

構(gòu)，這有利于芯片集成度和成品率的提高，對于內(nèi)部數(shù)

據(jù)傳送速度要求較高的，也可采用雙總線或三總線結(jié)構(gòu)

-ASIC（ApplicationSpicecificIntegratedCircuit,專用集

成電路）技術(shù)的出現(xiàn)，用戶可按照自己要求，借助于適

當(dāng)?shù)腅DA工具，設(shè)計(jì)自己的芯片

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.1.1總裁的今類(^)

吶部總線：系統(tǒng)總線或板級總線

-內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要的總線，平常所說的微機(jī)總

線就是指系統(tǒng)總線，如STD總線、ISA總線、PCI總線等

-按功能可分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB、

和電源總線PB

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

數(shù)據(jù)總線D：用于傳遞數(shù)據(jù)信息

總線寬度：數(shù)據(jù)信號線的根數(shù)。

決定設(shè)備獲得最大性能

影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能

地址總線A：用于傳遞地址信息

地址總線寬度：地址線的根數(shù)

決定直接尋址能力

避免10地址與內(nèi)存地址的重疊

控制總線C:用于傳遞各種控制信息

包括控制、時(shí)序和中斷信號線，決定總線性能好壞

電源總線P：提供電源

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10

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第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.1.1總裁的今類(^)

?外部總線

-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)之間信息通路

-RS232總線、RS485總線、IEEE488總線

-外部總線標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)械要素：插件型號和電纜線

電氣要素：電平和時(shí)序

功能要素：控制功能、管理能力、編碼規(guī)則

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)11

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.1.1總餞的今類(^)

-----------1

計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)12

第3章計(jì)算拓■，彖;應(yīng)術(shù)

3.1.1總彼的今類(^)

?根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線可分為

?并行總線：每個(gè)信號都有自己的信號線

傳輸速度快、接口簡單

使用電纜線數(shù)多

?串行總線：多個(gè)信號復(fù)用少量信號線

電纜線數(shù)少，便于遠(yuǎn)距離傳播

信號傳輸慢，接口復(fù)雜

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第3章計(jì)算機(jī)總經(jīng)；段求

3.1.2總餞<要喉怩器標(biāo)

?總線頻率即總線工作時(shí)鐘頻率，單位為MHz,它是影響

總線傳輸速率的重要因素之一。

?總線寬度又稱總線位寬，是總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位

數(shù)，用bit(位)表示，如8位、16位、32位

等。顯然，總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻

就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。

?總線帶寬又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)

的多少，單位是MB/S。影響總線傳輸率的因素

有總線寬度、總線頻率等。一般：

總線帶寬(MB/s)=1/8x總線寬度x總線頻率

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?同步方式分為同步方式和異步方式。同步方式下，總線

上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是

固定的，嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來進(jìn)行模塊間的傳

輸操作，異步方式則通過握手實(shí)現(xiàn)

?總線復(fù)用采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目。

?信號線數(shù)表明總線擁有多少信號線，是數(shù)據(jù)總線、地

址總線、控制總線和電源總線的總和。信號

線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度

成正比。

?總線控制包括傳輸方式、仲裁方式、中斷分配、設(shè)備

方式自動配置等。

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

幾種微型必算機(jī)總裁做惋參照

ISA(PC-

名稱EISASTDMCAPCI

AT)

386,486,586Z-80,IBM個(gè)人586個(gè)人機(jī)，

80286,386,

適用機(jī)型IBM系列IBM-PC機(jī)PowerPC,

486系列機(jī)

機(jī)系列機(jī)與工作站Alpha工作站

最大傳輸

率8MB/S33MB/S2MB/S33MB/S133MB/S

總線寬度8/16位32位8/16位32位32位

總線頻率8MHz8.33MHz2MHz10MHz20?33MHz

同步方式半同步同步同步升巳少止同步

地址寬度2432243232/64

負(fù)載能力86無限制無限制3

信號線數(shù)9814356109120

64位擴(kuò)展不口」無規(guī)定不口」可可

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???????

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.1.3總餞的標(biāo)落馬規(guī)范

-總線標(biāo)準(zhǔn)

?所謂總線標(biāo)準(zhǔn)就是對系統(tǒng)總線的插座尺寸、引線數(shù)目、

信號和時(shí)序所作的統(tǒng)一規(guī)定

-總線標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾方面的特性

?機(jī)械特性：規(guī)定模板尺寸、插頭、連接器的形狀、尺寸

等規(guī)格位置

■電氣特性：規(guī)定信號的邏輯電平、最大額定負(fù)載能力、

信號傳遞方向及電源電壓等

■功能特性：規(guī)定每個(gè)引腳名稱、功能、時(shí)序及適用協(xié)議

?時(shí)間特性：規(guī)定總線中的任一根線在什么時(shí)間內(nèi)有效

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)17

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第3章計(jì)算也急我也術(shù)

3.1.3總餞的模板化給構(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

放性、擴(kuò)展性和可靠性

?為系統(tǒng)的維修提供了方便

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.1.4總俵控制與總餞傳輸

-總線控制

?設(shè)備按有無控制功能可分為主設(shè)備和從設(shè)備

主設(shè)備對設(shè)備有控制權(quán)，從設(shè)備只能接收數(shù)據(jù)

?只有獲得總線使用權(quán)的主設(shè)備才能傳送數(shù)據(jù)

?總線可能同時(shí)會有多個(gè)設(shè)備申請占用總線，為保證某

一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備獲得總線使用權(quán)，需設(shè)置設(shè)備

優(yōu)先級

?總線判優(yōu)控制可分為集中式和分布式兩種

?集中式修控制邏輯集中在一處（如CPU）,常用鏈?zhǔn)?/p>

查詢、定時(shí)查詢、獨(dú)立請求等方式。

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)19

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.14總彼按喇與總裁傳輸

-總線傳輸

?總線上的數(shù)據(jù)在主模塊的控制下進(jìn)行傳送。

?總線在完成一次傳輸周期時(shí)，一般可分為四個(gè)階段

申請分配階段由需要使用總線的主模塊（或主設(shè)備）提出申請，經(jīng)總線仲裁機(jī)

構(gòu)決定在下一傳輸周期是否能獲得總線使用權(quán)；

尋址階段取得了使用權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從模塊

（或從設(shè)備）的存儲地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動參與本次傳

輸?shù)膹哪K；

數(shù)據(jù)傳輸階段主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)據(jù)

總線流入目的模塊；

結(jié)束階段主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)20

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.2內(nèi)部總餞

本節(jié)主要內(nèi)容

?STD總線

?PC系列總線

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第3章計(jì)算項(xiàng).■，給定術(shù)■

3.2.1STD總周

?1978年美國PRO-LOG公司推出的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微型計(jì)算機(jī)總

線，STD是STANDARD縮寫

?1987年，被定名為IEEE961,1989年開發(fā)出STD32

?STD總線起初設(shè)計(jì)為可用于64K存儲空間的8位總線，后發(fā)展成

可用于尋址16M空間的16位總線

?STD總線的特點(diǎn)：

?56根并行總線，采用小模板結(jié)構(gòu)，尺寸為165X114mm

?模塊化的總體設(shè)計(jì)布局

?開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?兼容式總線結(jié)構(gòu)，擁有豐富的I/O功能，廣泛適用于工業(yè)控制

?小模板結(jié)構(gòu)，模板尺寸小，可減少沖擊和震動的影響

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)22

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?STD總線的信號分配

56根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五類

⑴邏輯電源線6根（引線1?6）

⑵數(shù)據(jù)總線8根（引線7?14）

（3）地址總線16根（引線15?30）

（4）控制總線22根（引線31?52）

（5）輔助電源線4根（引線53?56）

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)23

?STD總線與存儲器連接方法

-總線低位地址A。?

A12直接連接到各存

儲器芯片

-高位地址Ai3?A15用

來選片（可選64K基

本存儲器，通過擴(kuò)

展，可增至128K）

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)24

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?STD總線與I/O的連接方法

-地址碼的低位字節(jié)連接

到總線譯碼器，形成6根

選板信號和2根選口信

號，選通I/O端口工作

-（可選256個(gè)口，擴(kuò)展

后可增至512個(gè)口）

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)25

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.3.2PC系列總裁

—ISA總線

-MCA:微通道體系結(jié)構(gòu)

—EISA總線

-PCI局部總線

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)26

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第3章計(jì)算機(jī)總經(jīng)；段求

3.3.2PC系列總裁

-最早的PC總線—?6100

1975年，一家位于美國新墨西哥鎮(zhèn)，名為MITS的公司，

由EdRoberts以8080微處理器設(shè)計(jì)安裝了全球第一臺PC-

Altair單板機(jī)系統(tǒng)。正如世界上許多重大發(fā)明人們在其

必然性之后總是談?wù)撈渑既恍砸粯?，PC總線的出現(xiàn)也有

偶然性：這個(gè)全球第一臺PC不幸在運(yùn)輸中丟失，Roberts

只好重新開始設(shè)計(jì)，正是他利用了面向總線技術(shù)，較快

回憶起并重新做出Altair,在其結(jié)構(gòu)中，制成了全球第

一條PC擴(kuò)展總線，當(dāng)把A11air總線推向世界并被制造商

接受后，便有了一個(gè)名字：S100,后來基于S100型總線

得到了IEEE認(rèn)可，被命名為IEEE696總線標(biāo)準(zhǔn)。

-1981年，舊M公司推出PC/XT總線

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)27

原版???

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

PCIEXPRESS

PC系列總餞的發(fā)展

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

技嘉965P-DS3

CPU種類：

Core2Extreme/賽揚(yáng)D/奔

騰4/Core2Duo/PentiumD

總線頻率：FSB1333MHz

顯卡插槽：PCI-E16X

PCI插槽：

3條PCI插槽,3條PCI-E1X

硬盤插槽：

IDE1個(gè)，SATAII2個(gè)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)29

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

?ISA總線

-從1982年以后，逐步確立的IBM公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)

構(gòu)，簡稱ISA(IndustryStandardArchitecture)總

線，有時(shí)也稱為PC/AT總線

-問世較早，是8位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

-最高傳輸速率8Mbps

-尋址空間為16MB

-將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)均為從模塊，包

括可以暫時(shí)掌握總線的DMA和協(xié)處理器

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)30

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

?MCA總線(MicroChannelArchitechure)

-強(qiáng)大的CPU處理能力與低性能系統(tǒng)總線形成瓶頸

—1987年，IBM在推出386時(shí)提出

-數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力

-數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps

-配有總線仲裁機(jī)構(gòu)，可支持16個(gè)總線主控制器

-在電氣及物理上與ISA不兼容，不支持ISA外設(shè)

-舊M沒有公布標(biāo)準(zhǔn)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)31

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

?日SA總線

(ExtensionIndustryStandardArchitecture)

-1989年，康柏公司等9家公司聯(lián)合推出

-32位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路

-數(shù)據(jù)傳輸速率為33Mbit/s

-總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器

-與ISA兼容，支持多個(gè)主模塊

-可以自動根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換

-支持多總線主控模塊

-擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動配置系

統(tǒng)和擴(kuò)展板

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)32

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第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

?日SA總線

(ExtensionIndustryStandardArchitecture)

-EISA并沒有重復(fù)ISA的輝煌，它的成本過高，

且速度潛力有限；另外在還沒有來得及成為正

式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，更先進(jìn)的PCI總線就開始

出現(xiàn)，EISA也就成為附庸。不過，EISA總線

并沒有因此快速消失，它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與

PCI總線共存了很長的時(shí)光，直到2000年后

EISA才正式徹底退出一而此時(shí)距EISA標(biāo)準(zhǔn)的

提出已經(jīng)過去了12年。

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)33

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第3章計(jì)算機(jī)總經(jīng)；段求

?PCI局部總線

-微處理器快速發(fā)展使增強(qiáng)型總線標(biāo)準(zhǔn)日SA等也顯落后

-PCI（PeripheralComponentInterconnect,設(shè)備部

件互連）總線是一種高性能局部總線，它是1992年由

Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)

-支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)傳輸

-具有即插即用功能（PlugandPlay,PnP）

-PCI總線工作頻率為33MHz,不受CPU工作頻率限制

-最高傳送數(shù)據(jù)133MB/S（64位可達(dá)266MB/S）

-兼容性強(qiáng)、成本低

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)34

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第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?PCI局部總線已形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其高性能總線體系結(jié)構(gòu)滿足

了不同系統(tǒng)需求，低成本的PCI總線構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)達(dá)到

了較高的性能/價(jià)格比水平。PCI總線被應(yīng)用于多種平臺和體

系結(jié)構(gòu)中

?PCI總線的組件、擴(kuò)展板接口與處理器無關(guān)，在多處理器系

統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能高效地在多個(gè)處理器間傳輸。與處理器

無關(guān)的特性，使PCI總線具點(diǎn)很好的I/O性能，最大限度使

用各類CPU/RAM的局部總線操作系統(tǒng)、各類高檔圖形設(shè)備

和各類高速外部設(shè)備，如SCSI、HDTV、3D等。

?PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統(tǒng)嵌

入自動配置軟件，在加電時(shí)自動配置PCI擴(kuò)展卡，為用戶提

供了簡便的使用方法。

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)35

原版

第3章計(jì)算配忍我技術(shù)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)36

原版

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?AGP總線（AccelerateGraphicalPort）

-隨著微處理器性能的次次攀高，PC在耗費(fèi)大量數(shù)據(jù)的圖

形和圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷深入

-英特爾于1996年7月正式推出AGP接口，它是一種顯示

卡專用的局部總線

-AGP總線實(shí)質(zhì)上是對PCI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充。AGP總線與

PCI總線不同，其地址和數(shù)據(jù)線分離（PCI是49根信號，

而AGP總線是65根），可實(shí)現(xiàn)“流水線”處理

-AGP標(biāo)準(zhǔn)在使用32位總線時(shí)，有66MHz和133MHz兩種

工作頻率，最高數(shù)據(jù)傳輸率為266Mbps和533Mbps,而

PCI總線理論上的最大傳輸率僅為133Mbps。AGP8X模

式下，數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到了2.1GB/S。

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)38

原版

第3章計(jì)算機(jī)總經(jīng)；段求

AGP4x總線顯卡

支持AGP4x總線的主板

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)39

原版

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?AGP總線

-Intel在2004年的處理器和芯片組的計(jì)劃中，沒有提到任

何關(guān)于AGP的字眼，新的芯片組將不支持AGP總線

-Intel是希望通過這種方式使顯卡從AGP迅速轉(zhuǎn)為PCI

Express

-VIA（威盛）和SIS（矽統(tǒng)）等芯片廠商也將逐步減少

AGP接口

w￡3

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)40

第3章計(jì)算機(jī)總經(jīng)；段求

?PCLExpresss總線

-PCI總線只有133MB/S,帶寬早已不堪負(fù)荷。在經(jīng)歷了

長達(dá)10年修補(bǔ)補(bǔ)，PCI總線已無法滿足電腦性能提升要

求，必須由帶寬更大、適應(yīng)性更廣、發(fā)展?jié)摿Ω畹男?/p>

一代總線取而代之

-PCLExpress是最新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，它原來的名稱為

“3GIO”（Third-GenerationInput/Output,第三代輸A/

輸出總線），由英特爾提出，英特爾的意思是它代表著

下一代I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。交由PCLSIG（PCI特殊興趣組

織）認(rèn)證發(fā)布后才改名為“PCLExpress”。

-這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)將全面取代現(xiàn)行的PCI和AGP,最終實(shí)現(xiàn)總

線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。它的主要優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目

前最高可達(dá)到5GB/S以上，且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?/p>

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)41

原版???????

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?PCLExpresss總線

-2002年7月23日，PCLSIG正式公布PCIExpress1.0規(guī)范

-2003年1月，PCLEL0正式發(fā)布

-2007年1月,PCLE2.0發(fā)布，數(shù)據(jù)傳輸率從2.5Gbps翻番

至5Gbps,xl6的傳輸提高到約16Gbps

￡2總

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)42

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

技嘉965P-DS3

CPU種類：

Core2Extreme/賽揚(yáng)D/奔

騰4/Core2Duo/PentiumD

總線頻率：FSB1333MHz

顯卡插槽：PCI-E16X

PCI插槽：

3條PCI插槽,3條PCI-E1X

硬盤插槽：

IDE1個(gè)，SATAII2個(gè)

技嘉科技Giga-Byte

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)43

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.3外部總餞

本節(jié)主要內(nèi)容

?IEEE-488總線

?RS-232-C總線

?RS-422和RS-485總線

?通用串行總線（USB）

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)44

原版

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.3.1IEEE-488總俵

?IEEE-488是1965年由美國惠普公司開發(fā)的并行通訊總線

?GPIB(General-PurposeInterfaceBus)通用接口總

線，很多打印機(jī)通過GP舊線以及GP舊接口與電腦相

連。

?1965年惠普公司設(shè)計(jì)HP■舊(InterfaceBus)

■1975年HP-舊變成IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)

■1987年IEEE488.2被采納，IEEE488-1978變成

IEEE488.1-1987

?1990年SCPI規(guī)范被引入IEEE488儀器

?1992年不多訂IEEE488.2

?1993年NI公司提出HS488

invent

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)45

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

使用IEEE-488的約定

-數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒1M字節(jié)

-總線上的設(shè)備數(shù)不得多于15個(gè)

-電纜總長度不超過20m,兩設(shè)備間不超過2m

-采用負(fù)邏輯，小于0.8V表示邏輯1,大于2V表

示邏輯0

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)46

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.3.1IEEE-488總俵

?IEEE-488總線上連接的設(shè)備有三種，工作方

式也有三種：

?聽者（“受話”方式）：同時(shí)可有多個(gè)

?講者（“送話”方式）：每時(shí)只能有一個(gè)

?控者（“控制”方式）：每時(shí)只能有一個(gè)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)47

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

IEEE-488總線的連接示意圖

DIO1?

DIOS

DAV

NRFD

NDAC

IFC

ATN

SRQ

REN

EOI

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)48

原版

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

IEEE-488總線的信號分配

?IEEE-488共定義了24根線（其中8根地線）

-數(shù)據(jù)總線DIOO?DI08

-數(shù)據(jù)傳送控制線

?數(shù)據(jù)有效線DAV、未準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)線NRFD、未

接受好數(shù)據(jù)線NDAC

-接口管理總線

?接口清除線IFC、服務(wù)請求線SQR、注意線ATN、

結(jié)束或識別線EQI、遠(yuǎn)程允許REN

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)49

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

IEEE-488總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)序

采用異步方式，利用三條控制線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò),

實(shí)現(xiàn)三線握手的數(shù)據(jù)傳輸

2013-3-13

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.3.2RS?232?C總彼

?RS?232?C總線是一種串行外部總線，專門用于數(shù)據(jù)

終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間的串行通信

?1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic

IndustryAssociation)從CCITT(International

TelegraphandTelephoneConsultativeCommittee)

遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

?RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”(RecommendStandard)的縮

寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)51

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS?232?C總線的機(jī)械特性

?RS?232.C總線的接口連接器采用DB?25插頭和插座，其

中陽性插頭（DB-25-P）與DTE相連，陰性插座（DB?

25-S）與DCE相連。

-

\\O1O2O3OOOOOOOOO1O3/7

?RS-232-C25個(gè)引腳只定義了22個(gè)。

?通常使用的RS?232?C接口信號只有9根引腳，其插頭

插座在RS?232?C的機(jī)械特性中都有規(guī)定。

?最基本的三根線是發(fā)送數(shù)據(jù)線2、數(shù)據(jù)線3和信號地線7

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)52

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

Pin(25)Pin(9)NameDirDescription

1SHIELDShieldGround

23TXDoutTransmitData

32RXDinReceiveData

47RTSoutRequestToSend

58CTSinClearToSend

66DSRinDataSetReady

75GNDGround

81DCDinDataCarrierDetect

9.19n/cnotconnected

204DTRoutDataTerminalReady

21n/cnotconnected

229RIinRingIndicator

23-25n/cnotconnected

25針串口與9針串口的對照

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)53

第3章計(jì)算配忍我技術(shù)

RS?232?C總線的機(jī)械特性

25PINMALEtotheSeiialcable.

9PINserialportRS232SIGNAL9-Pin25Pili

adaptertoCarrierDetect18

25PINserialDCEReceiveData23

TransmitData32

9PINFEMALEtoComputer.

DataTenninalReady420

SystemGround57

DataSetReady66

BUCK4ABTD89s(female)

RequesttoSend74

/??

CleartoSend85

RingIndicator922

D825P(male)

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)54

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

常用的9根引腳分為兩類：

A一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳

?基本數(shù)據(jù)傳送引腳包括：TXD、RXD和GND

?發(fā)送數(shù)據(jù)TXD:DTE向DCE輸出數(shù)據(jù)的引線

?接收數(shù)據(jù)RXD:DTE接受DCE發(fā)來數(shù)據(jù)的引線

?信號地GND:接口中所有電信號的公共回路

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)55

第3章計(jì)算機(jī)總經(jīng)；段求

常用的9根引腳分為兩類：

?另一類是用于MODEM控制和反映其狀態(tài)的引腳。

?MODEM控制和狀態(tài)引腳分為兩組

-一組為DTR（DTE設(shè)備準(zhǔn)備就緒）和RTS（請求發(fā)

送），負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)通過RS-232C接口送給MODEM

-另一組為DSR（DCE數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒）、CTS（允

再發(fā)送）、CD（載波檢測）和RI（振鈴指示），負(fù)責(zé)

從MODEM通過RS-232C接口送給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)56

原版

RS-232C總線的電氣特性

?主要特點(diǎn)：

?電氣連接方式：

-非平衡的連接方式

—EIA和CCITT標(biāo)準(zhǔn)

-采用點(diǎn)對點(diǎn)通信

-公用地線

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)57

原版

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?RS-232c電氣參數(shù)

A引線信號狀態(tài)

?RS-232C標(biāo)準(zhǔn)引線狀態(tài)是以下三種之一：SPACE/

MARK（空號/傳號）、ON/OFF（通/斷）、邏輯0/邏輯L

＞引線邏輯電平…負(fù)邏輯，過度區(qū)6V/10V

?用?3~-15V表示邏輯1

?用+3?+15V表示邏輯0

＞短路抑制性能

RS-232C驅(qū)動電路須能承受電纜中任何導(dǎo)線短路

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)58

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

?通信速率

-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通信距離應(yīng)小于15m。

-RS?232?C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒

50、75、100、150、300、600、1200、

2400、4800、9600、19200波特

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)59

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS?232?C總線的通信結(jié)構(gòu)

?具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信線路

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)60

原版

?不用MODEM的

直接通信線路

（近距離）

?最簡單的RS-232C

數(shù)據(jù)通信

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)61

原版

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS?232?C總線的接口電路

?發(fā)送和接收電路

TTL

IN

?邏輯1>2.4V

?邏輯0<0.4V

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)62

原版

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS?232?C總線的接口電路

?全雙工通信接口電路

第3章計(jì)算配忍我技術(shù)

PCI-E串口卡MOXA，串口卡

USB挎232電位

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

333RS-422*RS-485總裁

RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口

>RS-422由RS-232C發(fā)展而來

ARS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向平衡傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)

>RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信號。

A通過傳輸線驅(qū)動器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端信息傳送

?通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端信息接收

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)65

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口

?數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式傳輸

?有4根信號線，收發(fā)各兩根，支持全雙工通訊方式

?最大傳輸距離為1200m,最大傳輸速率為10Mbps

?只有在100kbps速率下，才能達(dá)到最大傳輸距離

I1

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)66

???????

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口

-多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，是RS?422A性能的擴(kuò)展，是真正

意義上總線標(biāo)準(zhǔn)。

-允許在二根導(dǎo)線（總線）上掛接64臺RS-485負(fù)載設(shè)備。負(fù)

載設(shè)備可以是發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)67

第3章計(jì)算項(xiàng).■，給定術(shù)■

RS485具有以下特點(diǎn)：

A電氣特性：

邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2V~+6V表示；

邏輯“0”以兩線間的電壓差為?2V~?6V表示。

A是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器組合，抗共模干能力增強(qiáng)

A數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps

A最大傳輸距離為1200m,

A在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器

A具有多站能力和多機(jī)通信功能

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)68

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

RS-485與RS-422的區(qū)別在于：

?硬件線路上，RS-422至少需要4根通信

線，而RS-485僅需2根；RS-422不能采用

總線方式通信，但可以采用環(huán)路方式通

信，而RS-485兩者均可

?通信方式上，RS-422可以全雙工，而RS-

485只能*雙工

?其它差異見表3.4

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)69

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

比較項(xiàng)目RS-422RS-485

驅(qū)動方式平衡平衡

可連接的臺數(shù)1臺驅(qū)動器，10臺接收器32臺驅(qū)動器，32臺接收器

最大傳輸距禺1200m1200m

最大傳12米10Mbps10Mbps

輸速120米1Mbps1Mbps

率1200米100kbps100kbps

驅(qū)動器無負(fù)載時(shí)±5V±5V

輸出電有負(fù)載時(shí)+2V±1.5V

壓

驅(qū)動器負(fù)載電阻100Q54。

驅(qū)動器上電無規(guī)定±100|LIA最大G

輸出電7VWVcomW12V)

流斷電±100JLIA最大(-士100uA最大

0.25VWVcomW6V)

接收器輸入電壓-7?+12V-7?+12V

接收器輸入靈敏度±200mV±200mV

接收器輸入電阻>12KQ計(jì)算機(jī)控制技術(shù)>12KQ70

-------------------------------------------------------------9--------」L-------------------------------------------

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.3.4串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器

?計(jì)算機(jī)通常提供RS232接口，通?？捎棉D(zhuǎn)換器件實(shí)現(xiàn)232-

485轉(zhuǎn)換。

后

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)71

第3章計(jì)算為（」總經(jīng)；段這

3.3.4串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器

?計(jì)算機(jī)通常提供RS232接口，通?？捎棉D(zhuǎn)換器件實(shí)現(xiàn)232-

485、232-422轉(zhuǎn)換。

2013-3-1372

原版

第3章計(jì)算配忍我技術(shù)

3.3.5USB通用串行總俵

2013-3-13

第3章計(jì)算為(」總經(jīng)；段這

3.3.5USB通用串行總俵

?USB協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

-由IBM、Compaq>IntekMicrosoft、Nec等公司聯(lián)合制定

-USB1.0.USB1.1.USB2.0和USBOnThe-Go(OTG)總線標(biāo)準(zhǔn)

-USBL1有低速模式和全速模式；USB2.0推出高速模式

?USB設(shè)備的主要特點(diǎn)

-采用USB接口的設(shè)備支持熱拔插

-USB接口可以同時(shí)連接127臺USB設(shè)備。

-速度方面，USBL1總線規(guī)范定義了12Mb/s的帶寬，而

USB2.0可提供480Mb/s的傳輸速度。

-USB總線能夠提供500mA電流，可驅(qū)動耗電量較少的設(shè)備

2013-3-13計(jì)算機(jī)控制技術(shù)74

第3章計(jì)算配忍我技術(shù)

3.3.5USB通用串行總俵

USB傳輸速率及其適用范圍

傳輸模式速度適用類別特性應(yīng)用

低價(jià)格、熱拔插、鍵盤、鼠標(biāo)、游戲

低速交互設(shè)備

10~20kbps易用性桿

低價(jià)格、易用性、

電話、音頻、壓縮

全速熱拔插、限定帶寬ISDN、PBX、POTS