工业控制计算机总线技术

第三章工业控制计算机总线技术 主要内容 第一节 总线的基本概念； 第二节 计算机总线的分类； 第三节 计算机总线的数据传输过程； 第四节 计算机总线的数据传输方式； 第五节 计算机常用总线。 3.1 总线的基本概念 总线概念 计算机总线是计算机各部件之间进行信息传输的公共通道。通俗地说，就是连接计算机各部件的一组公共信号线。 总线的一般概念 工业控制计算机均采用总线结构，其优点是系统成本低、组态灵活、扩展方便、易于维护。采用总线标准设计、生产的接口板兼容性强，且可通过系统总线方便地组合在一起，以组成满足不同需要的微机系统。 总线是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的通道。 任一时刻，只能有一个部件/设备通过总线发送数据，其他部件只能处于接收状态。 计算机总线的主要职能：负责计算机各部件之间的信息传输。 总线性能 ：总线的传输速率 、总线的兼容性、性能价格比 。 多总线结构：多总线结构是指CPU与存贮器、I/O等部件之间有两种以上的总线，这样可以将速度不同的部件挂在不同的总线上，以提高系统效率。 第二节 总线的分类 按总线的层次结构 CPU总线/前端总线(FSB) 直接由CPU引脚引出的总线，例如，P4 CPU与GMCH(北桥)之间的总线 局部总线(只出现在80386以后的微机系统中) CPU总线与系统总线之间的总线 它一侧通过北桥与CPU总线连接，另一侧通过南桥与系统总线连接，例如PCI总线 系统总线 与总线扩展槽连接的总线，如ISA和EISA总线 外部总线 主机与外设之间的总线，如USB和IEEE1394 其他 AGP，专用视频接口，专用于显卡与内存之间的数据传输 SCSI，标准的设备接口，可连接15台外设 IDE/EIDE，外部存储设备接口，每个接口可连接2台设备 系统各部件与总线的连接方式 单总线结构 双总线结构 多总线结构 单总线结构 双总线结构 面向CPU的双总线结构 双总线结构 面向存储器的双总线结构 多总线结构 系统中拥有两个以上的总线 按总线在微机系统中所处的位置，可分为三类： 一、片内总线 片内总线是CPU内部的各个组成部分，如算术逻辑单元、寄存器等之间的信息通道，也是CPU内部各组成部分和系统总线连接的桥梁。我们一般不直接和片内总线打交道。 二、系统总线 系统总线又称局部总线(LocalBus)，是CPU片内总线的延伸。系统总线并不是对CPU引脚的简单复制，而是按照相应的总线标准对片内总线进行扩充，增加中断控制、仲裁控制等控制信号。为了加大其驱动能力和在必要时交出总线的控制权，在相应信号线之间加上驱动电路和缓冲(三态)电路，并且保证其兼容性。为便于系统扩充，所有总线标准均将系统总线的信号以总线扩展插槽的形式引出，以便和功能插件接口。总线扩展插槽中只能插入与之兼容的插件板。 三、外部总线 外部总线也称通信总线，用于和外部设备(如打印机、鼠标等)以及其他微机系统(如微机、智能仪表、数字传动设备等)之间的信息传输。 从工业控制角度来看，我们只关心系统总线和外部总线。这些总线通常有几根、几十根，甚至上百根信号线。这些信号线按功能可分为如下几类： (1)数据总线(Data Bus，DB) 用来传输计算机运行所需的指令代码和数据。 传输数据信息，双向三态(高电平、低电平及高阻态) 其宽度决定了其数据传输能力 例如，ISA总线为16位，PCI总线为32/64位 (2)地址总线(Address Bus，AB) 计算机用地址总线给出它要读写的内存或设备的地址。地址线的数目决定CPU可访问(寻址)内存的最大容量和端口的最大数目。 传输地址信息，单向三态 其宽度决定了微机系统的寻址能力 例如，ISA为24位，可寻址16MB；PCI为32/64位，可寻址4GB/224TB，一般n根地址线可寻址2n字节的内存。 控制总线(Control Bus，CB) 传输控制信号、时序信号和状态信号 特点各异：三态、入/出/双向等特性均不相同 (3)电源和地线：为总线上的设备及扩展插卡提供电源。它决定了总线设备在不自带电源的情况下能使用的电源种类。 (4)备用线：某些总线备用信号线供以后扩展功能或满足用户的特殊需求。 第三节 计算机总线的数据传输过程 总线上的数据传输都是在总线主控设备的指挥下进行的。所谓总线主控设备，是指对总线拥有完全控制权的部件或设备，而被总线主控设备选中进行通信的部件或设备则称为从属设备。从属设备接受和执行主控设备的命令，并传输相应的信息。在总线上完成一次传输，一般分为如下几个阶段： (1)总线申请阶段：总线上一般都有多个主控设备。当某主控设备需要启动一次数据传输时，它首先要向系统提出使用