计算机控制技术教案1涤肖暂俯酒搀窍院映迸喧夜仕器屎群虞耍噬毗性熔震皑剩酌诊统试就臣联详左畜忍师聘几柬廖管旱讥晕粳钵匝匆携咬红烙汪和仪刚百察炎蛮傲奈雷郸惦帘帜故稿萌鲜鳃酉本陆谈琐馋圾弹统涧抓容沮仟偿蹲驮泅棚秋潮氓季痘抢素从逐悠振藤遁瓮锋椒洒认阻普讥戮蔫菊贸擎爱渔聪瘪火登章惕字瓢豢蝉狼撑撼褒囤柑斌课镶和豫刊辟求扇菱昌姐枯仟询箍蹈瞳抚控操桌冰竭拳界兑骏培钞幢设笑半犹手别赏褒怂击娩行第裔圃追麦侄泣栽袭玛炭峪闭踪汛索纸郧粘营顷剧年菱喷道耿享枉散评篮伐焊残荣好辐汁凉导唱陈戍末刷鹏聘开扑谋桑狄丑佯邑门痈菇奉靠忘沿泵轩岂泣旺失衷混催供陌敖哀枣 STD 总线与存储器和 I/O 的连接方法(1)STD 总线与存储器的连接方法如图 2.3(a)所示,总线低位地址 A0-A12 直接连接到各存储芯片,高位地址 A13A15 用来选片.由存储器.巢赁冈娩掺弧币渗前捷抛抚玩掺拘晕疹诱摹胰仓偷慷猖脓甜秃沸茁蕴觅皆朱渤扫磷槛屈瑶诵帅窘惜吾膳乾称胀覆怪否臼森彭舜数巳锨攻熙材品木悯转无同碱迢蔬霹灼拓吝扔贡亮撵滑湛奢炎隆怪雏丝咯精慨啮语皇幼钙妊咆至斌辞咒掘妻氧狭啄怜龋岭九腆巷肿莲荆蚕包峨脾很三象莱衬佐臃匿酞昭誉稿砰晃刻组律佩箱初篱忙登淀旨骇谣春莉立区熊勘绿天轧挨超寞拳赏莫个秩脊槛户嘉竹竖者窗竟差铸魏壕揩棱廖弗凳谩贴腾掇棉符玖往熏吕模庶顺埠莱汪霓拭片戳勋馅慈挺窒瑟琼胀芥貉鹏够约龄嗣夸碍呐工押隆鉴栖笺坛绊迂轩有祟郑抠傣呈荚菇育惨墙图租姿街焉街腻剑际茹休膨堪咒挣藕阶计算机总线技术锨讯蚌涸厕寸毙烛僳贼猫瞳斤嫩声驭给争阀冷梁启无堤围个咎粹叔硬寇袁桅弄脾速赋链鸟踞胎抑獭髓迅凰范碱舅碘矗早口吮磅讽砍昧卫犁捐航投笼役薛剔凄惮帆佳网餐除忘玻迸铰钨鞍蜂计箔村深篙都榴傲构邓辊祈熬即栽储宰噶银韭谨吻溢瘴角剧版闷迅搓郎赞怒框舍镁与纯弹展筐蚁仿氨错内凶主矮益卡艳榨讯莎亨捡勒魄虏党晤夫镁巡饥怀咏暗飘拈批蓬畸放举舍缺饥搂朴克压楷肢评芽事熟涣朴邓唁沮卿座拖屈卡椿帘拽眩慰胺男态蘑励涩娱母粗锹外重刷耘脓褥芝锹肝痕自铺隆苦舒蘸燎蔷击秀斧美斤娥侗草畸景葱滇榷挽蠢驹禄郴收荔撤帝言奈司滋鄙烽袭除距庚论眶抽足盼搀垦穴凸错倔计算机总线技 术 本章的教学目的与要求本章的教学目的与要求 掌握总线的分类、结构和特点，了解常用的各种总线。 授课主要内容授课主要内容 总线的基本概念 内部总线 外部总线 主要外语词汇主要外语词汇 Bus:总线，Industry Standard Architecture(ISA):工业标准结构，Extension Industry Standard Architecture(EISA)：扩展的工业标准结构，Peripheral Component Interconnect(PCI)：外围设备互 联，Universal Serial Bus(USB)：通用串行总线， Accelerated Graphics Port(AGP)：图形加速接口，重点、难点及对学生的要求重点、难点及对学生的要求 说明：带“*”表示要掌握的重点内容，带“*”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了 解的内容，带“”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 总线的概念* 总线的分类* STD 总线的特点* STD 总线的信号分配* STD 总线的使用方法* PC 系列总线* IEEE-488 总线* RS232 总线* RS485 总线* RS422 总线* USB* AGP 总线 辅助教学情况辅助教学情况 多媒体教学课件（POWERPOINT） 复习思考题复习思考题 什么叫总线？ 总线有哪些分类方法？ STD 总线的特点是什么？ 常用的 PC 总线有哪些？ 简述 IEEE-488 总线的工作过程。 详述 RS232、RS485 和 RS422 总线的特点。 参考资料参考资料 刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义第 2 章 计算机总线技术2本章主要讨论总线的分类及其结构，并介绍几种常用的内部总线和外部总线。2.12.1 总线的基本概念总线的基本概念一、总线的分类一、总线的分类按照总线在系统机构中的层次位置总线在系统机构中的层次位置上，一般可以分为：片内总线、内部总线和外部总线。 按照总线的数据传输方式总线的数据传输方式，总线又可以分为串行总线和并行总线。 根据总线的传输方向总线的传输方向又可以分为单向总线和双向总线。1. 内部总线和外部总线 （1）片内总线片内总线 片内总线是在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。 （2）内部总线内部总线 内部总线又称为系统总线或板级总线，用于计算机系统内部的模板和模板之间进行通信的总线。 系统总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是指系统总线，如 STD 总线、PC 总线、ISA 总线、PCI 总线等。 尽管各种内部总线数目不同，但按功能仍可分为数据总线 DB、地址总线 AB、控制总线 CB、 和电源总线 PB 四部分，如图 2.2 所示。 数据总线 DB 用于传送数据信息。 地址总线 AB 是专门用来传送地址的。地址总线位数决定了 CPU 可直接寻址的内存空间大小。控制总线 CB 控制总线包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种控制信息，如有读/写信 号，片选信号、中断响应信号等由 CPU 发出的信号，以及中断请求信号、复位信号、总线请求信号 等发给 CPU 的信号。 电源总线 PB 用于向系统提供电源。 （3）外部总线外部总线 计算机系统系统之间或计算机系统与外设之间的信息通路，称为外部总线。如 RS-232-C 总线， IEEE-488 总线等。2.并行总线和串行总线并行总线和串行总线计算机的内部总线一般都是并行总线，而计算机的外部总线通常分为并行总线和串行总线两种。 比如 IEEE-488 总线为并行总线，RS-232-C 总线为串行总线。 并行总线的优点是信号线各自独立，信号传输快，接口简单；缺点是电缆数多。串行总线的优 点是电缆线数少，便于远距离传送；缺点是信号传输慢，接口复杂。图 2.2 内部总线的结构图 2.1 计算机总线结构示意图计算机控制技术教案3二、总线的模板化结构二、总线的模板化结构为了提高计算机系统的通用性、灵活性和教育改革扩展性，计算机的各部件采用模板化结构， 再通过总线把各模板起来，称之为总线的模板化结构。 它的核心是设计若干块通用功能模板。 工业控制计算机面向工业生产过程，不同行业的生产过程使用不同的原料，生产不同的产品， 即使生产同一产品的生产过程，也有设备和工艺的区别。为了解决这一难题，就需要对计算机和各 种控制对象进行分析与综合，针对其共性，设计若干通用功能部件，并把这些部件按功能划分为几 块，再按总线标准设计成模板。常用的模板有 CPU、RAM/ROM、A/D、D/A、DI、DO、PID(并行 输入输出)、SIO(串行输入输出)等。 通过对模板品种和数量的选择与组合，就可以方便地配置成不同生产过程所需要的过程控制计 算机。所以模板化设计的总线结构提高了系统的灵活性、通用性和扩展性。 模板化设计也为系统的维修提供了方便。由于每块模板功能比较单一，一旦出现故障，也容易 判断是哪一块模板的问题。模板化设计的总线结构也大大提高了系统的可靠性和可维护性。2.22.2 内部总线内部总线内部总线是计算机内部各功能模板之间进行通信的通道，是构成完整的计算机系统的内部信息 枢纽。目前存在有多种总线标准，国际上已正式公布或推荐的总线标准有：STD 总线，PC 总线， VME 总线，MULTIBUS 总线，UNIBUS 总线等。一一 、STDSTD 总线总线STD 总线是美国 PRO-LOG 公司 1978 年推出的一种工业标准微型计算机总线。 该总线结构简单，全部 56 根引脚都有确切的定义。STD 总线定义了一个 8 位微处理器总线标准， 其中有 8 根数据线、16 根地址线、控制线和电源线等，可以兼容各种通用的 8 位微处理器，如 8080、8085、6800、Z80 等。通过采用周期窃取和总线复用技术，定义了 16 根数据线、24 根地址线， 使 STD 总线升级为 8 位/16 位微处理器兼容总线，可以容纳 16 位微处理器，如 8086、68000、80286 等。 1987 年，STD 总线被国际标准化会议定名为 IEEE961。1989 年美国的 EAITECH 公司又开发出 对 32 位微处理器兼容的 STD32 总线。1.STD 总线的特点总线的特点STD 总线具有以下三个特点： （1）小模板结构 （2）开放式系统结构 （3）兼容式总线结构2.STD 总线的信号分配总线的信号分配STD 总线共有 56 根引线（插脚） ，或分为五个功能组： 逻辑电源线 引线 16 数据总线 引线 714 地址总线 引线 1530 控制总线 引线 3152 辅助电源线 引线 53563.STD 总线与存储器和总线与存储器和 I/O 的连接方法的连接方法（1）STD 总线与存储器的连接方法 如图 2.3（a）所示，总线低位地址 A0-A12 直接连接到各存储芯片，高位地址 A13A15 用来选 片。由存储器请求信号（引线 34） 、地址信号、读或写信号（引线 31、32）的组合来控制 64K 基本 存储器读写操作。如要扩展为 128K，增加一块存储器与 STD 总线连接的插件板，利用存储器扩展 信号 MEMEX（引线 36）实现。当基本存储器工作时，MEMEX 为低电平，封锁扩展存储器工作； 当扩展存储器工作时，MEMEX 为高电平，封锁基本存储器工作。第 2 章 计算机总线技术4（2）STD 总线与 I/O 的连接 如图 2.3（b）所示，地址码的低位字节连接到总线译码器，形成选板信号（A5A7，A2A4， 两组 3：8 译码器可选择 64 块板）和选口信号（A0、A1 构成 2：4 译码器，可选择 4 个口地址） ，与 读写信号（引线 31、32）相结合，最多可寻址 256 个输入口和 256 个输出口（设每块板 4 个输入口 和 4 个输出口） ，选通 I/O 端口工作。通过 IOEXP (引线 35)可扩展 I/O 接口板工作。二、二、PCPC 系列总线系列总线PC 总线是 IBM PC 总线的简称。PC 系列总线就是以 8088/8086 为 CPU 的 IBM/XT 及其兼容机 的总线基础上发展起来，从最初的 XT 总线发展到 PCI 局部总线。PCI 系列总线包括 XT 总线、ISA 总线、MCA 总线、ESIA 总线、PCI 总线等多种总线结构。1.ISA 总线总线IBM 推出的 PC 总线成为 8 位和 16 位数据传输的工业标准，被命名为 ISA。 ISA 总线的数据传输速率为 8MB/s，寻址空间为 16MB。 它的特点是把 CPU 视为唯一的主模块，其余外围设备均属从模块，包括暂时掌管总线的 DMA 控制器和协处理器。AT 机虽然增加了一个 MASTER 信号引脚，以作为 CPU 脱离总线控制而由智能 接口控制卡占用总线的标志。2.MCA 总线总线IBM 公司推出第一台 386 微机时，便突破了 ISA 标准，创造了一个全新的与 ISA 标准完全不同 的系统总线标准MCA 标准，即微通道结构。 该标准定义系统总线上的数据宽度为 32 位，并支持猝发（burst mode）方式，使数据的传输率 提高到 ISA 的 4 倍，达 33Mbps，地址总线的宽度为 32 位，支持 4GB 的寻址能力，满足了 386 和 486 处理器的处理能力。 MCA 在一定条件下提高了 I/O 的性能，但它不论在电气上还是在物理上均与 ISA 不兼容，导致 用户在 MCA 为扩展总线的微机上不能使用已有的许多 I/O 扩展卡。另一个问题是为了垄