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6AV6644-0AA01-2AX0 任何一個微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設備連接，但如果將各部件和每一種外圍設備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會錯綜復雜，甚至難以實現(xiàn)。為了簡化硬件電路設計、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設備的擴充，尤其制定了統(tǒng)一的總線標準則容易使不同設備間實現(xiàn)互連。 MVME 946C 微機中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級的互連；而系統(tǒng)總線是微機中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連；外部總線則是微機和外部設備之間的總線，微機作為一種設備，通過該總線和其他設備進行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設備一級的互連。 另外，從廣義上說，計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應的通信總線被稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實時性好，但由于占用的口線多，不適于小型化產(chǎn)品；而串行通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。 隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，總線技術也在不斷地發(fā)展和完善，而使計算機總線技術種類繁多，各具特色。下面僅對微機各類總線中目前比較流行的總線技術分別加以介紹。 MVME712、內(nèi)部總線 Motorola MVME ICP 6000 232-8總線 I2C（Inter-IC）總線10多年前由Philips公司推出，是近年來在微電子通信控制領域廣泛采用的一種新型總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。在主從通信中，可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上，通過地址來識別通信對象。 6AV6644-0AA01-2AX0總線 串行外圍設備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關的軟件就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務。 MVME 761-001SCI總線 串行通信接口SCI（serial communication interface）也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART，與MCS-51的異步通信功能基本相同。 二、系統(tǒng)總線 Motorola MVME ICP 6000 232-8ISA總線 ISA（industrial standard architecture）總線標準是IBM 公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統(tǒng)總線標準，所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴展，以適應8/16位數(shù)據(jù)總線要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳。 MVME712EISA總線 EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線標準。它是在ISA總線的基礎上使用雙層插座，在原來ISA總線的98條信號線上又增加了98條信號線，也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線。在實用中，EISA總線完全兼容ISA總線信號。 MVME 946CVESA總線 　　VESA（video electronics standard association）總線是 1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線，簡稱為VL(VESA local bus)總線。它的推出為微機系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎。該總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache 的直接相連，通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線，其他設備通過VL總線與CPU總線相連，所以VL總線被稱為局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線，且可通過擴展槽擴展到64 位，使用33MHz時鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。 MVME 761-001、PCI總線 　　PCI（peripheral component interconnect）總線是當前最流行的總線之一，它是由Inb公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為64位。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設備。 PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線。 6AV6644-0AA01-2AX0 　　以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線一般都用于商用PC機中，在計算機系統(tǒng)總線中，還有另一大類為適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境而設計的系統(tǒng)總線，比如STD總線、 VME總線、PC/104總線等。這里僅介紹當前工業(yè)計算機的熱門總線之一——Compact PCI。 　　Compact PCI的意思是“堅實的PCI”，是當今第一個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。Compact PCI是在原來PCI總線基礎上改造而來，它利用PCI的優(yōu)點，提供滿足工業(yè)環(huán)境應用要求的高性能核心系統(tǒng)，同時還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104來擴充系統(tǒng)的I/O和其他功能。 三、外部總線 1、RS-232-C總線 RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規(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。RS-232-C標準規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 MVME 946C總線 　　在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。 6AV6644-0AA01-2AX0 　　上述兩種外部總線是串行總線，而IEEE-488 總線是并行總線接口標準。IEEE-488總線用來連接系統(tǒng)，如微計算機、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總線方式，儀器設備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接15臺設備。最大傳輸距離為20米，信號傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。 Motorola MVME ICP 6000 232-8USB總線 　　通用串行總線USB（universal serial bus）是由Inb、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。它基于通用連接技術，實現(xiàn)外設的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供電系統(tǒng)。另外，快速是USB技術的突出特點之一，USB的最高傳輸率可達12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB還能支持多媒體。  PU與外部設備、存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設備來實現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器接口。存儲器通常在CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡單；而I/O設備品種繁多，其相應的接口電路也各不相同，因此，習慣上說到接口只是指I/O接口。 MVME 712M 701AI/0接口的概念 MVME 712M 701A接口的分類 I/O接口的功能是負責實現(xiàn)CPU通過系統(tǒng)總線把I/O電路和 外圍設備聯(lián)系在一起，按照電路和設備的復雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類： （1）I/O接口芯片 這些芯片大都是集成電路，通過CPU輸入不同的命令和參數(shù)，并控制相關的I/O電路和簡單的外設作相應的操作，常見的接口芯片如定時／計數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。 （2）I/O接口控制卡 有若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個插件插在系統(tǒng)總線插槽上。 按照接口的連接對象來分，又可以將他們分為串行接口、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。 MVME712接口的功能 由于計算機的外圍設備品種繁多，幾乎都采用了機電傳動設備，因此，CPU在與I/O設備進行數(shù)據(jù)交換時存在以下問題： 速度不匹配：I/O設備的工作速度要比CPU慢許多，而且由于種類的不 同，他們之間的速度差異也很大，例如硬盤的傳輸速度就要比打印機快出很多。 時序不匹配：各個I/O設備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳 輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(tǒng)一。 信息格式不匹配：不同的I/O設備存儲和處理信息的格式不同，例如可以分為串行和并行兩種；也可以分為二進制格式、ACSII編碼和BCD編碼等。 信息類型不匹配：不同I／O設備采用的信號類型不同，有些是數(shù)字信號，而 有些是模擬信號，因此所采用的處理方式也不同。 基于以上原因，CPU與外設之間的數(shù)據(jù)交換必須通過接口來完成，通常接口有以下一些功能： （1）設置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯，以適應CPU與外設之間的速度差異，接口通常由一些寄存器或RAM芯片組成，如果芯片足夠大還可以實現(xiàn)批量數(shù)據(jù)的傳輸； （2）能夠進行信息格式的轉(zhuǎn)換，例如串行和并行的轉(zhuǎn)換； （3）能夠協(xié)調(diào)CPU和外設兩者在信息的類型和電平的差異，如電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動器、數(shù)／?；蚰＃瘮?shù)轉(zhuǎn)換器等； （4）協(xié)調(diào)時序差異； （5）地址譯碼和設備選擇功能； （6）設置中斷和DMA控制邏輯，以保證在中斷和DMA允許的情況下產(chǎn)生中斷和DMA請求信號，并在接受到中斷和DMA應答之后完成中斷處理和DMA傳輸。 3、接口的控制方式 CPU通過接口對外設進行控制的方式有以下幾種： （1）程序查詢方式 這種方式下，CPU通過I/O指令詢問指定外設當前的狀態(tài)，如果外設準備就緒，則進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。 這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可，缺點是由于CPU的速度遠遠高于外設，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低 （2）中斷處理方式 在這種方式下，CPU不再被動等待，而是可以執(zhí)行其他程序，一旦外設為數(shù)據(jù)交換準備就緒，可以向CPU提出服務請求，CPU如果響應該請求，便暫時停止當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對應的服務程序，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。 中斷處理方式的優(yōu)點是顯而易見的，它不但為CPU省去了查詢外設狀態(tài)和等待外設就緒所花費的時間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設的實時要求。但需要為每個I／O設備分配一個中斷請求號和相應的中斷服務程序，此外還需要一個中斷控制器（I／O接口芯片）管理I／O設備提出的中斷請求，例如設置中斷屏蔽、中斷請求優(yōu)先級等。 此外，中斷處理方式的缺點是每傳送一個字符都要進行中斷，啟動中斷控制器，還要保留和恢復現(xiàn)場以便能繼續(xù)原程序的執(zhí)行，花費的工作量很大，這樣如果需要大量數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的性能會很低。 （3）DMA（直接存儲器存取）傳送方式 DMA最明顯的一個特點是它不是用軟件而是采用一個專門的控制器來控制內(nèi)存與外設之間的數(shù)據(jù)交流，無須CPU介入，大大提高CPU的工作效率。 在進行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，DMA控制器會向CPU申請總線控制 權(quán)，CPU如果允許，則將控制權(quán)交出，因此，在數(shù)據(jù)交換時，總線控制權(quán)由DMA控制器掌握，在傳輸結(jié)束后，DMA控制器將總線控制權(quán)交還給CPU。 二、常見接口 1、并行接口 目前，計算機中的并行接口主要作為打印機端口，接口使用的不再是36針接頭而是25針D形接頭。所謂“并行”，是指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線進行傳送，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制，因為長度增加，干擾就會增加，容易出錯。 現(xiàn)在有五種常見的并口：4位、8位、半8位、EPP和ECP，大多數(shù)PC機配有4位或8位的并口，許多利用Inb386芯片組的便攜機配有EPP口，支持全部IEEE1284并口規(guī)格的計算機配有ECP并口。 標準并行口4位、8位、半8位：4位口一次只能輸入4位數(shù)據(jù)，但可以輸出8位數(shù)據(jù)；8位口可以一次輸入和輸出8位數(shù)據(jù)；半8位也可以。 EPP口（增強并行口）：由Inb等公司開發(fā)，允許8位雙向數(shù)據(jù)傳送，可以連接各種非打印機設備，如掃描儀、LAN適配器、磁盤驅(qū)動器和CDROM 驅(qū)動器等。 ECP口（擴展并行口）：由Microsoft、HP公司開發(fā)，能支持命令周期、數(shù)據(jù)周期和多個邏輯設備尋址，在多任務環(huán)境下可以使用DMA（直接存儲器 訪問）。 目前幾乎所有的586機的主板都集成了并行口插座，標注為 Paralle1或LPT1，是一個26針的雙排針插座。 2、串行接口 計算機的另一種標準接口是串行口，現(xiàn)在的PC機一般至少有兩個串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之處在于它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會慢一些，但傳送距離較并行口更長，因此長距離的通信應使用串行口。通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2有些使 用的是老式的DB25針連接器。 3、磁盤接口 （1）IDE接口 IDE接口也叫做ATA端口，只可以接兩個容量不超過528M的硬盤驅(qū)動器，接口的成本很低，因此在386、486時期非常流行。但大多數(shù)IDE接口不支持DMA數(shù)據(jù)傳送，只能使用標準的PCI／O端口指令來傳送所有的命令、狀態(tài)、數(shù)據(jù)。幾乎所有的586主板上都集成了兩個40針的雙排針I(yè)DE接口插座，分別標注為IDE1和IDE2。 （2）EIDE接口 EIDE接口較IDE接口有了很大改進，是目前最流行的接口。首先，它所支持的外設不再是2個而是4個了，所支持的設備除了硬盤，還包括CD－ROM驅(qū)動器磁盤備份設備等。其次，EIDE標準取消了528MB的限制，代之以8GP限制。第三，EIDE有更高的數(shù)據(jù)傳送速率，支持PIO模式3和模式4標準。 4、SCSI接口 SCSI（SmallComputerSystemInterface）小計算機系統(tǒng)接口，在做圖形處理和網(wǎng)絡服務的計算機中被廣泛采用SCSI接口的硬盤。除了硬盤以外，SCSI接口還可以連接CD－ROM驅(qū)動器、掃描儀和打印機等，它具有以下特點： 可同時連接7個外設； 總線配置為并行8位、16位或32位； 允許最大硬盤空間為8.4GB（有些已達到9.09GB）； 更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，IDE是2MB每秒，SCSI通?？梢赃_到5MB每秒，F(xiàn)ASTSCSI（SCSI－2）能達到10MB每秒，最新的SCSI－3甚至能夠達到40MB每秒，而EIDE最高只能達到16.6MB每秒； 成本較IDE和EIDE接口高很多，而且，SCSI接口硬盤必須和SCSI接口卡配合使用，SCSI接口卡也比IED和EIDE接口貴很多。 SCSI接口是智能化的，可以彼此通信而不增加CPU的負擔。在IDE和EIDE設備之間傳輸數(shù)據(jù)時，CPU必須介入，而SCSI設備在數(shù)據(jù)傳輸過程中起主動作用，并能在SCSI總線內(nèi)部具體執(zhí)行，直至完成再通知CPU。 5、USB接口 最新的USB串行接口標準是由Microsoft、Inb、Compaq、IBM等大公司共同推出，它提供機箱外的熱即插即用連接，用戶在連接外設時不用再打開機箱、關閉電源，而是采用“級聯(lián)”方式，每個USB設備用一個USB插頭連接到一個外設的USB插座上，而其本身又提供一個USB插座給下一個USB設備使用，通過 這種方式的連接，一個USB控制器可以連接多達127個外設，而每個外設間的距離可達5米。USB統(tǒng)一的4針圓形插頭將取代機箱后的眾多的串/并口（鼠標、MODEM）鍵盤等插頭。USB能智能識別USB鏈上外圍設備的插入或拆卸。 　　除了能夠連接鍵盤、鼠標等，USB還可以連接ISDN、電話系統(tǒng)、數(shù)字音響、打印機以及掃描儀等低速外設。 三、I/O擴展槽 I/O擴展槽即I/O信號傳輸?shù)穆窂?，是系統(tǒng)總線的延伸，可以插入任意的標準選件，如顯示卡、解壓卡、MODEM卡和聲卡等。通過I/O擴展槽，CPU可對連接到該通道的所有I／O接口芯片和控制卡尋址訪問，進行讀寫。 根據(jù)總線的類型不同，主板上的擴展槽可分為ISA、EISA、MAC、VESA和PCI幾種。 （1）ISA插槽 黑色，分為8位、16位兩種。16位的擴展槽可以插8位和16位的控制卡，但8位的擴展槽只能插8位卡。 （2）EISA插槽 棕色，外型、長度與16位的ISA卡一樣，但深度較大，可插入ISA與EISA控制卡。 （3）VESA插槽 棕色，位于16位ISA擴展插槽的下方，與ISA插槽配合使用。 MVME712PCI插槽 白色，與VESA插槽一樣長，與ISA插槽平行，不需要與ISA插槽配合使用，而且只能插入PCI控制卡。由于主板的空間有限，PCI插槽要占用ISA插槽