单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机控制技术,总 线,计算机控制技术总 线,总线概念,总线概念,一套计算机系统除中央处理器件外，还有存储器、系统总线、接口电路、外部设备等多个部分。各类外部设备和存储器，都通过各种接口电路连接到计算机系统的总线上，用户可根据不同应用，选择不同类型的外部设备，设置相应的接口电路，把它挂接到系统总线上，构成不同用途、不同规模的计算机应用系统。,一套计算机系统除中央处理器件外，还有存储器、系统总线,1.,常规外围设备，如键盘、,CRT,显示器、打印机、磁盘机等。,2.,被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等。,外设通过输入输出,(I,O),接口和输入输出,(I,O),通道与,CPU,的,总线,相连。,一个实际的微型计算机控制系统的硬件，除主机外，通常还包括两类,外设,：,为什么外围设备不能像存储器那样直接挂到主机,CPU,的总线上呢？,1.常规外围设备，如键盘、CRT显示器、打印机、磁盘机等。,因此，,I,O,接口和,I,O,通道是计算机控制系统不可缺少的组成部分。,这是由存储器和外围设备各自不同的性质、特点决定的。,(1),由于存储器功能单一,(,保存信息,),、品种有限,(ROM,、,RAM),、存取速度与,CPU,的工作速度基本匹配，因此，存储器可以直接挂到,CPU,总线上，很方便。,(2),外围设备种类繁多，有机械式的、机电式的或电子式的；有的作为输入设备、有的作为输出设备；有的既可作为输入设备，又可作为输出设备；工作速度不一，外围设备的工作速度通常比,CPU,的速度低得多，且不同外围设备的工作速度往往又差别很大；信息类型和传送方式不同，有的使用数字量，有的使用模拟量，有的要求并行传送信息，有的要求串行传送信息。如此复杂的功能，仅靠,CPU,及其总线是无法承担的，必须增加,I,O,接口电路和,I,O,通道才能完成。,因此，IO接口和 IO通道是计算机控制系统不可,总线的概念,所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。,总线可以把计算机或控制系统的模板或各种设备连成一个整体以便彼此间进行信息交换。,总线的概念 所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备,总线就是一组信号线的集合，用这个集合可以组成系统的标准信息通道，它定义了各引线的信号、电气、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信。,总线就是一组信号线的集合，用这个集合可以组成系统的标,总线的定义：,一,组公用线的集合,规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性,为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路,符合某种总线的标准,总线的定义：,总线优点,总线优点,采用总线的优点,总线是联系计算机及控制设备的纽带。由于总线中每一条线、每一个信号都有严格的定义，因此总线标准就是系统的结构法规。一旦选中某种总线，任何厂家和用户都要严格遵守这个法规，这就使系统设计、生产、使用和维护上具有很多优越性。,概括起来采用总线有以下优点：,采用总线的优点 总线是联系计算机及控制设备的纽,1,）简化系统结构,所有的模块都做成相同的接插板通过总线连接，使系统的结构清晰，简单明了，节省了连接线。在采用面向总线的结构中，各插座同编号的各个针都用总线信号，因而可用短接线把它们连接起来，这就可用印刷板实现整个插座连接，从而简化了系统的设计和制造工序，用户可根据需要直接选用符合总线标准的功能板卡，而不必考虑板卡插件之间的匹配和兼容问题。,1）简化系统结构,2,）简化硬件与软件的设计,由于面向总线的结构中总线是严格定义的，挂在总线上的模块或设备只须满足总线标准并辅以相应的软件即可正常工作。因此，可以分别对各个模块或设备进行设计，而无须考虑其它模块或设备。,采用面向总线标准的结构设计，使系统结构简化。根据系统的总体性能，将其分为若干个功能子系统或功能模块，利用总线将这些功能模块联系起来，按一定的规约协调工作，使系统的结构紧凑、简洁。由于硬件是积木式接插件结构，也给整个软件设计带来了特有的模块性，每一块插件在系统中仅与总线打交道，从而使硬件的调试简单，调试周期短，节省工时。加之模块化程序设计可供多个用户重复使用，提高了效率，降低了成本，缩短了研制周期。,2）简化硬件与软件的设计,3,）便于系统的扩充与更新,由于总线的标准具有国际性，规范是公开的，各国厂商都可根据市场的需要，设计生产符合某总线标准的功能模块和配套软件。如果要扩充规模，只需往总线上多插几块同类型的插件；如果要变换功能，用户只需选择相应的功能板卡插在总线插槽即可构成新的系统，无须重新设计；如果要扩充新功能，只要根据总线标准，设计制造新的模块即可。随着电子技术的发展，产品的更新换代是必然的；如果采用总线结构时，只要更换新型器件，提高产品性能时，不必对系统作出大的更改，有时只需更换个别模块即可。,3）便于系统的扩充与更新,4,）便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价,由于采用总线的系统产品模块化，各模块间可通过总线规约进行联系。又由于各模块有一定的独立性，这就可组织专业化生产，使产品的性能和质量得到进一步提高。模块的单一性又可简化调试设备，降低对调试工人的技术要求，便于组织大规模生产，降低产品的造价。接插板由多个厂家生产，用户有了选择的余地，并能选到最优的产品，从而有利于产品的更新换代。,4）便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价,5,）可维护性好,采用总线标准模块化设计的产品，一般都有较好的诊断软件，很容易诊断到模块级的故障，因此，一旦发现故障可立即更换模块，系统很快就可修复。,5）可维护性好,总线结构,总线结构,总线结构连接示意图,总线,1#,总线接口,2#,3#,4#,5#,6#,总线与总线接口一起便称之为总线结构,总线结构,总线结构连接示意图总线1#总线接口2#3#4#5#,微型计算机的总线结构,存,储,器,I/O,接,口,输,入,设,备,I/O,接,口,地址总线,AB,输,出,设,备,C,P,U,数据总线,DB,控制总线,CB,I/O,接,口,微型计算机的总线结构存I/O输I/O地址总线 AB输数据总线,总线结构连接的优点,结构由面向,CPU,变为面向总线,硬件、软件模块化设计与生产,结构清晰,便于灵活组态、扩充、改进与升级,符合同一总线标准的产品兼容性强,满足用户不同的需要,容易构成各种用途的计算机应用系统,总线结构连接的优点,微型计算机广泛采用总线技术，用以简化硬件、软件的系统设计。,从硬件角度看，接口设计者只需按总线规范设计插件板，保证它们具有互换性与通用性，以便大批量生产，支持计算机系统的性能及系列产品的开发。,从软件角度看，接插件的硬件结构带来了软件设计的模块化。,微型计算机广泛采用总线技术，用以简化硬件、软,用总线连接的系统，结构简单清晰，便于扩充与更新。例如在规模上扩充时，只需往总线上多插几块同类型的插件；在功能扩充时，只需插入符合该总线标准的所需插件；在系统更新时，一般只需要更换新的插件或系统板。微型计算机的应用领域极为广泛，采用总线标准是应用的需要。,用总线连接的系统，结构简单清晰，便于扩充与,从用户角度看，希望微型计算机生产厂家除了以机箱方式提供整机系统外，还能以其他方式，如插件方式向用户提供“原型”产品，由用户根据自己的要求构成所需的微机系统。借助于总线标准，可以帮助用户按其具体需要选择和获得适合自己需求的产品。,从用户角度看，希望微型计算机生产厂家除了以,总线的模板化结构,模板化结构,按功能划分计算机的各个部件，并按总线标准设计成由总线连接的模板结构：,CPU,主板、,RAM/ROM,存储板、,A/D,、,D/A,、,DI,、,DO,等,模板化结构的优点,增加计算机系统的通用性、灵活性、开放性、扩展性和可靠性,为系统的维修提供了方便,总线的模板化结构模板化结构,总线类别,总线类别,总线的类别,按其传送数据的方式可分为串行总线和并行总线；,按应用的场合可分为芯片总线、板内总线、机箱总线、设备互连总线、现场总线及网络总线等；,按用途可分为计算机总线、外设总线和控制系统总线；,按总线的作用域可分为全局总线和本地总线；,按标准化程度可分为标准总线和非标准化（专用）总线等。,按使用位置可为分内部总线和外部总线。,总线的类别 按其传送数据的方式可分为串行总线和并行总线；,内部总线是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它按功能又可分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线四部分，每种型号的计算机都有自身的内部总线。,内部总线,内部总线是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它,1,）数据总线,数据总线用于,CPU,与其他部件之间传送信息（数据和指令代码）。具有三态（高阻、“,1,”,和“,0,”,三种状态）控制功能，而且是双向传输的，即,CPU,通过数据总线可以接收来自其它部件的信息，也可以通过数据总线向其它部件发送信息。,如,ISA,总线数据线是,16,位，,PCI,总线是,32,位或,64,位。数据线的宽度表示了总线数据传输的能力，反映了总线的性能。,1）数据总线,2,、地址总线,地址总线用来传送,CPU,要访问的存储单元或,I/O,接口地址信号。地址信号一般由,CPU,发往其它芯片，属于单向总线，但也具有三态控制功能。,地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机系统的寻址能力。例如，,ISA,总线有,24,位地址线，可寻址,16MB,，,PCI,总线有,32,位地址线，可寻址到,4GB,。地址总线的宽度视,CPU,所能直接访问的存储空间的容量而定。,2、地址总线,3,、控制总线,控制总线用于传输控制命令和状态信息。根据不同的使用条件，控制总线有的为单向，有的为双向；有的为三态，有的为非三态。,控制总线用于传送控制信息、时序信息和状态信息。比如，,I/O,读写信号、存储器读写信号和中断信号等等。控制总线是最能体现总线特色的信号线，它决定总线功能的强弱和适应性。,3、控制总线,4,、电源线与地线,电源线与地线为挂在总线上的模块或设备提供了电能以及电流通路。电源的区别在一定程度上也体现了总线标准的特色。,例如，,ISA,采用,+12V,和,+5V,，,PCI,采用,+5V,和,+3V,。,一般来说，越是先进的总线标准，采用的电压越低。,4、电源线与地线,外总线又称通信总线。用于微型计算机系统与微型计算机系统之间或微型计算机系统与外部设备之间的通信。,内总线与外总线除地址总线、数据总线和控制总线外，还包括电源总线、地线和备用线,(,为用户扩展功能用,),。,如：,IEEE-488,、,RS-232C,、,RS-485,等。,外部总线,外总线又称通信总线。用于微型计算机系统与微型计算机系,总线标准,总线标准,总线标准的含义,对于总线上的各个单元如芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，如果要进行正确的连接与传输信息，就应遵守一些协议与规范，这些协议与规定就被称为总线标准。,总线标准的含义 对于总线上的各个单元如芯片之,总线标准包括：,各个信号线的功能定义、总线工作的时钟频率、总线系统的结构、总线仲裁机构与配置机构、信号的逻辑电平、时序要求、电路驱动能力、抗干扰能力、机械规范（包括接插件的几何形状与尺寸）和实施总线协议的驱动与管理程序。,总线标准包括：各个信号线的功能定义、总线工,总线是微机中各模块之间传送信息的通道，各模块分时共享总线。为了方便微机系统的扩展及各厂家产品的互换或互连，国际上根据微机的发展制定了许多总线标准。,如,PC,总线标准、,ISA,总线标准、,EISA,总线标准、,PCI,总线标准、,USB,总线标准等。,总线是微机中各模块之间传送信息的通道，各模块分时共享,PC,总线,PC,总线是,PC,机和,XT,机中采用的系统总线标准，适用于,8,位的数据传送，最大通信速率为,5 MB/s,。它有,62,根引脚，引脚如图所示。可插入符合,PC,总线的各种扩展板，以扩展微机的功能。,PC总线