第五章总线连接技术
总线技术
所有的串口的核心是通用异步收发器（UART） 芯片，该芯片可以实现将计算机输出的并行数 据转换成串行格式，或者将串行数据转换成并 行格式送回计算机的过程。当通信对象远离主 机时，采用串行传送方式更经济，有效。RS232或RS-422等串行总线标准在计算机终端中 广泛采用。 并口一般用于将打印机等设备连接到计算机上。 并口之所以被称为并口，是因为它有8条数据 线，可以通过这8条数据线同时发送包含数据 的一个字节的所有数据位。
被提议的未来传输率
400Mb/s(50MB/s) 800Mb/s(100MB/s) 1Gb/s+(125MB/s+)
DV便携式摄像机 高分辨率数码相机 HDTV 机顶盒 高速驱动器 高分辨扫描仪 电子乐器
无
无
典型设备
键盘 鼠标 游戏杆 低分辨率数码相机 低速驱动器 调制解调器 打印机 低分辨率扫描仪
IEEE 1284标准定义了并口的物理特性，标准 中给出了5种不同的并口操做模式
并口模式 半字节（4位） 字节（8位） 兼容 EPP（增强型并口） ECP（扩充能力端口） 方向 输入 输入 输出 输入/输出 输入/输出 传输率/B/S 50K 150K 150K 500K~2M 500K~2M
2、串口与并口的替代品 ----USB和IEEE 1394
异步方式根据“请求”和“回答”信号的撤 销是否互锁有3中情况：
（1）不互锁
“请求”和“回答”信号都有一定的时间宽度，“请求”信 号的结束和“回答”信号的结束不互锁，如图所示。
（2）半互锁
“请求”信号的撤销取决于接受“回答”信号，而“回答” 信号的撤销由从设备自己决定，如同所示。
（3）全互锁
“请求”信号的撤销取决于“回答”信号的来到，而“请求” 信号的撤销又导致“回答”信号的撤销，如图所示。全互 锁方式给出了最高的灵活性和可靠性，当然也付出了增加 接口电路复杂性的代价。
总线技术的分类和特点
总线技术的分类和特点随着现代信息技术的快速发展，各种设备逐渐普及并开始互联互通。
而设备之间的通信则离不开数据传输，而总线技术就是一种重要的数据传输方式。
总线技术（Bus Technology）指的是在计算机中集成的一种数据传输系统，其作用是将各种设备通过数据线连接在一起进行数据交互和控制。
总线技术的发展和应用，对于促进电子信息产业的繁荣发展和提高数据传输效率具有不可替代的作用。
本文将介绍总线技术的分类和特点。
一、总线技术的分类总线技术可以根据其使用的领域，分为计算机总线和工业现场总线两个大的类别。
在计算机总线方面，又可细分为ISA总线、VESA总线、PCI总线、AGP总线以及USB总线等几个子类。
1. ISA总线ISA总线是个使用较早的总线技术，主要应用在PC机和IBM 电脑上。
这种总线速度较慢、传输数据带宽有限，已经基本被更好的总线技术所取代。
2. VESA总线VESA总线（英文名称VESA Local Bus）一度被视为取代ISA 总线的主要技术。
它在16位宽的数据总线中，带宽可高达132Mbps。
但是，由于VESA总线的使用和开发成本过高，因此仅限制于少数厂商的硬件产品中。
3. PCI总线PCI总线（英文名称：Peripheral Component Interconnect）是一种新一代的外部I/O总线，是目前最为普遍的总线技术。
它可以支持多种硬件设备的连接，例如：图形加速卡、声卡、USB卡、网卡、磁盘控制器等。
PCI总线的传输速度有一定的保障，因此许多主板都采用这种总线技术。
4. AGP总线AGP总线(Advanced Graphics Port)也叫高级图像端口。
这种总线技术是一种新型的专用于图形加速卡的总线技术，其传输速度较之PCI总线要快得多。
5. USB总线USB总线（Universal Serial Bus）是另一种目前广泛采用的计算机总线技术，一般用于与外部设备的接口，如鼠标、打印机、扫描仪等。
总线与总线标准
率的通信。SerDes技术将广泛应用于各种高速总线和接口协议中，推
动总线技术的发展。
03 总线的应用领域
工业控制领域
实时性要求高
安全可靠性
工业控制领域中，总线需要满足高实 时性要求，确保设备之间的快速通信 和精确控制。
工业控制领域对安全可靠性要求极高， 总线需要具备高度的稳定性和可靠性， 以避免因通信故障导致的生产事故。
灵活性高
总线结构允许节点在总线上任意接入 或断开，提高了系统的灵活性。
总线的缺点
带宽有限
总线的带宽有限，限制了数据 的传输速率。
竞争激烈
多个节点共享总线资源，导致 资源竞争激烈，影响系统性能 。
故障排除困难
一旦总线发生故障，故障排除 比较困难。
对线缆要求高
总线结构的线缆要求较高，需 要高质量的线缆以保证信号传
灵活性
通信领域中，总线需要具 备较好的灵活性，能够适 应不同传输介质和传输距 离的需求。
计算机硬件领域
高速数据传输
计算机硬件领域中，总线需要满 足高速数据传输的要求，确保
CPU、内存、硬盘等硬件设备之 间的快速信息交换。
兼容性
计算机硬件领域中，总线需要遵 循国际通用的标准协议，以确保
不同硬件设备之间的兼容性。
扩展性
计算机硬件技术不断发展，总线 需要具备良好的扩展性，以适应 新的硬件设备和更高的性能要求。
04 总线的优缺点分析
总线的优点
可靠性高
总线结构简单，减少了故障发生的可 能性，提高了系统的可靠性。
可扩展性强
总线采用分支结构，方便增加和减少 节点，具有良好的可扩展性。
成本低
总线结构减少了线缆的使用量，降低 了布线和维护成本。
常用的工业控制计算机总线
(6) 技术综合性要求高
工业控制计算机应用是系统工程问题。除了要解决计 算机的基本部分以外，还需要解决它如何与被测控对象的 接口，如何适应复杂的工业环境，如何与工艺过程与企业 管理相结合等一系列问题。
以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别
5.1.2 微型计算机系统总线的概念
总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定 信息的公共通道，有时亦称数据公路，通过它可以把各种 数据和命令传送到各自要去的地方。 在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式 数据总线、地址总线和控制总线。
为了和 Intel 80286等高性能16位微处理器兼容， IBM公司在 PC总线基础上增加了一个36个引脚的 AT扩展插座而形成16位的AT总线，IBM／AT及其 兼容机机箱中，通常在母板上分别设置几个AT插 槽和PC插槽，这种结构也称之为IBM公司的ISA (Industrial Standard Architecture)结构，即工业标准 结构。
4 CompactPCI 工业控制计算机
第五章 工业控制计算机及其接口技术
5.1 概述 5.1.1 工业控制计算机的概念与特点
机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位，它往往代表着系统 的先进性和智能特征。因而，把机电一体化系统中的微机软、硬件称之为智能组成 要素。一般微型机往往在实验室、办公室或在家庭中使用，而机电一体化系统中的 微型机通常在条件不比较恶劣的条件下使用，必须采用工业控制机或按工业环境要 求设计的微型机、其要求是可靠性高、抗干扰能力强、环境适应能力好。
1. 工业控制计算机的概念
一般的把适合于工业环境使用的微型计算机系统称之为工业控制计算机。一 般也叫IPC[Industry Personal Computer]。严格说来，所谓工业控制计算机，是指那 些满足下述条件的计算机系统： · 能够提供各种数据采集和控制功能。 · 能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。 · 能够在苛刻的工业环境下可靠运行。
CAN总线技术介绍
CAN总线技术介绍
CAN总线技术，也被称为Controller Area Network(CAN)，是一种广泛使用的低层次的工业总线，是一种高效的低成本高性能的汽车总线。
主要应用于车辆对信息和控制来说非常重要的多个电子设备之间的连接，用于传输信息，控制信号和多媒体信号等。
是一种以多路复用网络技术技术为基础，可以实现节点间信息和控制的互连网络，这种网络经常被用来实现车辆各组件之间的联动，实现多媒体的信号传输和各类信号的交互。
CAN总线技术也是一种多路复用网络技术，它在不同类型的节点之间传输信号和控制信号，实现节点之间互连，实现多媒体的信号传输和各类信号的交互。
CAN总线采用两线总线结构，通信线缆一般采用双绞线、单绞线或者光纤。
它的通信特性具有低延时、高速率、低成本、可靠性高等优点，可以满足现代车辆对节能、安全、可靠性要求。
（1）硬件：包括CAN总线收发器（Transceiver）、CAN总线线缆（Cable）及CAN总线连接线（Connector）。
（2）软件：主要是CAN 控制器（Controller）和CAN驱动软件（Driver）。
第五章 环网
第五章环网环网的发展令牌环网媒体访问控制技术FDDI媒体访问控制技术和物理层结构环网的组网技术5.1 概述•传统以太网的弱点不适应重负荷应用环境无实时性能和优先权机制在拓扑结构为公共总线的以太网上，媒体使用光纤比较困难共享型以太网的覆盖范围受限于碰撞域，无法进一步拓展•20世纪80年代中期，IEEE802.5标准出世•20世纪80年代后期，使用光纤的高速环网FDDI出现•环网的特点适应重负荷应用环境具实时性能和优先权机制媒体可以使用光纤覆盖范围较大，可达数公里5.2 令牌环网媒体访问控制技术•IEEE802.5标准定义了令牌环网的媒体访问控制(MAC)技术和物理层结构•令牌环操作•MAC帧•MAC基本操作5.2.1 令牌环操作•基础是使用了一个称之为令牌的特定比特串•当环上所有的站都处于空闲时，令牌沿着环旋转•当环上一个站想发送帧时必须等待直至检测到经过该站的令牌为止•该站抓住令牌并改变令牌中的一个比特，然后将令牌变成一帧的帧首，这时，该站可以在帧首后面加挂上帧的其余字段并进行发送，此时，环上不再有令牌•这个帧将在环上环行一整周后由发送站将它清除，发送站在下列两个条件都符合时将在环上插进一个新的令牌 该站已完成其帧的发送该站所发送的帧的前沿已回到了本站(在绕环运行一整圈后)令牌环图示令牌环操作的特点•任一时刻只有一个站可以发送•在轻负载的条件下，它的效率比较低，但是在重负载的条件下，环的作用是依次循环传递，因此既有效又公平5.2.2 MAC帧•帧首定界符(SD)：指出令牌或帧的开始，使用独特的符号与帧的其余部分进行区分。
•访问控制(AC)：包含被用于优先机制中的优先级和预留比特以及监控比特，这一字段还包括令牌比特•帧控制(FC)：指出该帧是一个LLC的数据帧(FF=1)还是一个MAC控制帧(FF=0)。
•目的地址(DA)：表明帧欲发往的目标站。
该地址可为单站地址，组播地址或广播地址，选择16比特还是48比特由实现来决定•源地址(SA)：帧的始发站地址。
微型计算机系统总线
386、486 微型计算机系统采用，后来被淘汰。
16
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动 PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构 层图：
按
PCB
键
A
开关 键
传统机械按键设计要点： 1.合理的选择按键的类 型，尽量选择平头类的 按键，以防按键下陷。 2.开关按键和塑胶按键 设计间隙建议留 0.05~0.1mm，以防按键 死键。 3.要考虑成型工艺，合 理计算累积公差，以防
3．VESA总线
5.2
VESA（video electronics standard association）总线是 1992 年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为 VL(VESA local bus)总线。用于CPU与主存和Cache 的直接相 连。
32位数据线，且可 通过扩展槽扩 展到64 位，使用 33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与 CPU同步工作。
18
4．PCI总线
5.2
PCI总线是当前最流行的总线之一
由Intel公司推出的一种局部总线。 它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。 是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
支持突发读写操作，和即插即用。
最大传输速率可达132MB/s， 可同时支持多组外围设备。
19
PCI 的外部引线信号
5.2
22
5.3 外部总线介绍
外部总线(External Bus)，用于微机与外设 以及微机与测量仪器仪表之间的通信。
分为并行总线和串行总线
23
1. RS-232-C串行通讯总线
5.3
美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。
现场总线技术 第5章 DeviceNet 现场总线技术及其应用 教学课件
2020/7/2
14
卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
2020/7/2
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除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
2020/7/2
36
5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
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37
5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
计算机总线技术
计算机总线技术本文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。
总线的基本概念一、总线的分类按照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，总线又可以分为串行总线和并行总线。
根据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1.2所示。
①数据总线DB 用于传送数据信息。
②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。
③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。
④电源总线PB 用于向系统提供电源。
（3）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。
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。
计算机网络技术课件(第5章)局域网基础
第五章 局域网基础
§5.3 传统以太网 5.3
5.3.3 10BASE-2 10BASE10BASE1．10BASE-2的组成部分 主要包括以下几个组成部分： （1）细同轴电缆（Coaxial Thin Cable） （2）BNC T型连接器（BNC T Connector） （3）BNC连接器（BNC Connector） （4）BNC圆柱形连接器（BNC Column Connector） （5）BNC终端匹配器（BNC Terminal Connector） （6）网卡（Network Interface Card） 细缆以太网示意图
第五章 局域网基础
优点： 优点： 1）结构简单、建网容易、便于管理 2）易于扩展，添加新站点方便 3）故障检测和隔离方便 4）传输速度快 缺点： 缺点： 1）中央节点负担重，可靠性低 2）通信线路的利用率低 图例
第五章 局域网基础
4.星型总线结构和星型环混合 4.星型总线结构和星型环混合
实际网络结构是多种多样的，其拓扑结构也不一 定是单一结构。它们往往是几种结构的混合体 1）星型总线结构
第五章 局域网基础
2．令牌环 令牌环的技术始于1969年，这就是所谓的Newhall环 路。 在令牌环介质访问控制方法中，使用了令牌，它是 一种被称作令牌的特殊的二进制比特格式的帧。 环路上只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个 结点发送数据，不会产生冲突。而且，令牌环上各结点 均有相同的机会公平地获取令牌。 令牌环的工作原理
第五章 局域网基础
2．宽带系统 当特性阻抗为75Ω的同轴电缆用于频分多路复用FDM的 当特性阻抗为75Ω的同轴电缆用于频分多路复用FDM的 模拟信号发送时，称为宽带。主要特点如下： （1）发送模拟信号，并采用FDM技术。 ）发送模拟信号，并采用FDM技术。 （2）采用总线/树型拓扑结构，介质是宽带同轴电缆。 ）采用总线/ （3）传输距离比基带远，可达数十公里。 （4）采用单向传输技术，信号只能沿一个方向传播。 （5）两条数据通道，且端头处接在一起。 （6）结点的发送信号都沿着同一个通道流向端头。 （7）在物理上，可采用双电缆结构和单电缆结构来实 现输入和输出的通道。 宽带传输技术
现场总线(Field Bus)
第五章现场总线(Field Bus)§5.1 概述一、现场总线的定义与发展与发展：：安装在生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置间的数字式装置间的数字式、、串行和多点通信的数据总线串行和多点通信的数据总线。
1. 初始想法初始想法：：现场设备智能化2. 关键问题关键问题：：统一标准3. DCS FCS传统DCS 结构:二、现场总线的特点和优点（1）实时性实时性：：具有较高的数据传输率具有较高的数据传输率，，合理分配总线资源合理分配总线资源，，每个节点都能及时收发信息（2）互操作性互操作性：：实现互连设备间实现互连设备间、、系统间的信息传送与沟通（3）互换性互换性：：要求不同制造商生产的性能类似的设备可进行互换（4）开放性开放性：：协议公开协议公开，，不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换（5）现场设备的智能化与功能自治性（6）经济性经济性：：节点价格低节点价格低，，传输介质较廉价传输介质较廉价，，减少线缆（7）安全性安全性：：解决防爆问题（8）可靠性可靠性：：解决环境适应性问题解决环境适应性问题，，具有较强的抗干扰能力使得控制系统的设计使得控制系统的设计、、安装安装、、投运投运、、正常生产运行及检修维护都得到了优化现场总线仪表是指连接在现场总线上的各种仪表或设备或设备，，按功能可分为六类按功能可分为六类：：–变送器类变送器类：：压力变送器压力变送器、、温度变送器等温度变送器等；；–执行器类执行器类：：气动执行器气动执行器、、电动执行器等电动执行器等；；–转换器类转换器类：：现场总线/电流转换器电流转换器、、现场总线/气压转换器等换器等；；–接口类接口类：：计算机和控制器与现场总线之间的接口仪表或设备或设备；；–电源类电源类：：现场总线仪表供电电源现场总线仪表供电电源；；–附件类附件类：：总线连接器(网桥)、终端器终端器、、中继器等中继器等。
现场总线仪表的特点:全数字性全数字性；；精度高精度高；；抗干扰能力强抗干扰能力强；；内嵌控制功能内嵌控制功能；；高速通信；多变量测量和传输多变量测量和传输；；系统综合成本低系统综合成本低；；真正的可互操作性；真正的分散控制本质安全型(Intrinsic safety)仪表又叫安全火花型仪表又叫安全火花型仪表。
chap_5
64位总线 扩展信号
接口控制
中断信号
支持Cache 的信号
边界扫描 信号
图5.2 PCI总线信号
• •
PCI桥可以利用许多厂家开发的PCI芯片组(PCI set)实现。 通过选择适当的PCI桥构成所需的系统， 是构成PCI系统的一条捷径。
• 例如， 在一台Pentium机中， 可以查到它具有如 下资源： • ·系统设备Intel 82371SB PCI to ISA bridge; • · 系 统 设 备 Intel 82439HX Pentium(r) Processor to PCI bridge; • ·硬盘控制器Intel 82371SB PCI Bus Master IDE Controller。
• 2）ISA (Industry Standard Architecture工业标准体系结构)， 是现存最老的通用微机总线类型， 是与286-AT总线一起 引入的。 • 3） MCA (Micro Channel Architecture,微通道体系结构)， 是IBM在1987年为PS/2系统机及其兼容机设计的一个理想 的总线， 它代表了总线设计的革命性进步。 • 随着Intel公司推出80386CPU，数据总线由16位增至32位。 内部结构也发生飞跃性进步。CPU处理能力大大提高了。 通过总线与存储器、显示器、I/O设备传送数据速度就显 得很慢了。为了解决低性能总线与高性能CPU之间的矛盾， IBM公司率先在他们设计的一台386微机上，设计了一种 完全不同于ISA总线的微通道体系结构，即MCA总线体系 结构，但其与ISA总线不相兼容。
• 2. USB信号定义 • 在USB 2.0规范中， USB定义了4个信号： VBUS(电源)、 GND(地)、 D+(信号正端)、 D-(信号负端)。
CAN总线技术介绍
CAN总线技术介绍
CAN（Controller Area Network）总线技术是一种广泛应用于汽车、工业控制以及其他领域的网络通信技术。
它的特点是高可靠性、低延迟、高实时性以及简单的物理连接。
CAN总线技术的引入使得系统之间能够快速高效地实现数据传输和通信。
CAN总线技术采用全双工通信方式，允许多个节点同时发送和接收数据。
它使用差分信号传输，可以有效地抵抗电磁干扰，并且可以在非屏蔽双绞线上工作。
CAN总线技术还提供了一种基于事件驱动的通信机制，即只有当数据发生变化时才会传输数据，减少了数据传输的数量，提高了系统的传输效率。
CAN总线技术的特点之一是高实时性。
CAN总线可以在短时间内传输和响应大量的数据，对于实时性要求较高的应用场景非常适用。
例如在汽车电子系统中，引擎控制、制动系统以及新能源车辆的控制等需要及时响应的任务都可以通过CAN总线来实现。
此外，CAN总线技术还具有可靠性较高的特点。
CAN总线采用冗余校验的方式来确保数据的传输过程中没有错误。
其校验方式包括CRC校验和ACK确认，能够对传输的数据进行完整性验证，减少了数据错误的发生。
当出现错误时，CAN总线还具备自动纠错的能力，能够识别出错误的数据帧并进行重新传输。
总之，CAN总线技术是一种成熟、可靠的网络通信技术，广泛应用于汽车、工业控制以及其他各种领域。
它提供了高可靠性、低延迟、高实时性和简单的物理连接等优点，使得系统内部节点之间能够快速高效地实现
数据传输和通信。
CAN总线技术的应用将进一步促进系统的智能化和网络化，为各行业带来更加便利和高效的工作方式。
《总线技术》课件
定制化解决方案
针对不同行业和领域的需求，未来总线技术 将提供定制化的解决方案。
跨界融合与协同创新
总线技术将与其他领域的技术进行跨界融合 和协同创新，推动相关产业的发展。
THANKS
感谢观看
仲裁技术
总线通信协议的仲裁技术用于解决多个节点同时访问总线时可能出现的数据冲突问题。常见的仲裁技术包括令牌 传递、轮询和竞争等。
流量控制
总线通信协议的流量控制用于防止接收方来不及接收数据而造成的数据丢失问题。常见的流量控制方法包括停止 -等待、滑动窗口和缓冲区交换等。
03
总线标准与规范
IEEE标准
总线的分类与特点
总线分类
根据传输方式，总线可分为并行总线 和串行总线；根据连接的部件类型， 总线可分为内部总线和外部总线。
总线特点
总线具有规范性、共享性、互操作性 等特点，它规定了数据传输的规范和 标准，允许多个部件共享总线资源， 实现了各部件之间的互操作。
总线技术的发展历程
01
早期总线技术
在计算机发展的早期阶段，总线技术尚未形成规范和标准，各部件之间
传输方式
总线通信协议的传输方式包括单工、半双工和全双工三种。单工只能实现单向 通信，半双工可以同时实现双向通信，而全双工则可以实现同时双向通信。
数据格式
总线通信协议的数据格式包括二进制数据和ASCII码数据两种。二进制数据以高 低电平表示0和1，而ASCII码数据则使用可打印字符表示数据。
总线通信协议的仲裁技术与流量控制
的连接和通信较为混乱。
02 03
标准总线技术的出现
随着计算机技术的不断发展，出现了多种标准总线技术，如ISA、EISA 、PCI等，这些技术规范了数据传输的标准和规范，推动了计算机技术 的发展。
第五章Lonworks总线
② 配备有用于固化的LonTalk 协议，它支持ISO提出的OSI 参考模型的完
整的七层协议；
③ 高可靠的通信协议以固件方式提供；
④ 改进的普通方式的双绞线收发器，并具有驱动电流的能力；
⑤ 配置支持不同类型的外接收发器的通信方式和通信速度。支持双绞线、
电力线、无线电、红外线、同轴电缆以及光纤；
设备传输到一个或多个目的设备。数据包可
以发送到单一设备，到任何一组设备，或到
所有设备。为了支持从两个设备到成千上万
设备组成的网络，LONWORKS协议支持几
种类型的地址，从简单的物理地址到指定许
多设备集合的地址。
LONWORKS地址类型
▪ 物理地址。每个LONWORKS设备包括一个叫做
Neuron ID（神经元ID）的唯一的48位标识符。神
多元件的情况发生。
LONWORKS协议的相关重要内容
▪ 1、信道类型
LONWORKS协议不依赖介质，所以LONWORKS设备能在任何物理传输
介质上通信。这使得网络设计者能够充分利用控制网上各种可用的信道。
协议还提供一些可修改的配置参数，以便为某一特殊的应用在性能、安
全和可靠性等各方面取得折衷。
信道是特定的物理通信介质，LONWORKS设备通过专用于该信道的收发
⑥ 采用QFP642P2141420. 80A 封装。
二、CPU结构
TMPN3150芯片中有三个8位的CPU，分别为：
1. CPU-1为介质访问控制处理器；
2. CPU-2为网络处理器；
3. CPU-3为应用处理器。
表5.1 LonTalk与OSI层次比较
三、存储器
TMPN3120片内无ROM，寻址空间64K，映像如图。
第五章学习材料
第五章计算机网络设备一、网卡的功能网络适配卡又称网络接口卡，简称网卡。
提供了计算机和网络缆线之间的物理接口。
具有以下功能：(1)实现局域网中传输介质的物理连接和电气连接。
(2)代表着一个固定的地址。
(3)执行网络控制命令。
(4)实现OSI模型中的数据链路层的功能。
(5)对传送和接收的数据进行缓存。
(6)接照OSI协议物理层传输的接口标准，实现规定的接口功能。
二、网卡的工作原理网卡上有一定数目的缓存，当网上传来的数据到达本工作站时，首先被暂时存放在网卡的缓存中。
网卡使用中断请求来通知CPU在某个时候来处理新来的数据，CPU接收到网卡的申请后，会通知主板上的直接存储器访问芯片(DMA)，将数据送人内存中，而CPU一旦空闲便会处理网卡上的数据。
三、网卡的类型1.按总线的类型分类网卡按总线类型可分为ISA总线型网卡、PCI总线型网卡、PCMCIA总线型网卡、USB网络适配器。
2.接网络类型分类接网络类型网卡可分为以太网卡、令牌环网卡和ATM网卡等。
3.按网卡的连接头分类(1)BNC连接头。
(2)RJ-45连接头。
(3)AUI连接头。
(4)无线网卡。
(5)光纤网卡。
4.按传输速率分类网卡接其传输速率(即其支持的宽带)分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、1000Mbps网卡以及10/100Mbps 自适应网卡，100/1000Mbps自适应网卡。
四、网卡的选择(1)选择性价比高的网卡。
(2)根据组网类型选择网卡。
(3)根据工作站选择合适总线类型的网卡。
(4)根据使用环境选择网卡。
(5)根据特殊要求选择网卡。
一、集线器的功能集线器(Hub)是一种连接多个用户节点的设备，每个经集线器连接的节点都需要一条专用电缆，集线器内部采用电气互连的结构。
集线器工作处于OSI模型中的物理层。
连接到集线器的节点发送信号时，首先通过与集线器相连接的电缆信号送到集线器，集线器将这个信号进行放大、重新定时，然后发送到所有节点；最后，信号到达目标节点，目标节点将发给它的信号收下。
计算机总线技术概括
计算机总线技术概括部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑计算机总线技术总结前言从1946年人类第一台计算机的产生，到今天个人微型计算机的普及，人类的计算机技术已经发展了六十年。
影响人类计算机技术发展的因素是多方面的，例如计算机结构的发展，计算机核心处理器的发展，计算机总线技术的发展，以及与计算机相连的各种外设的发展等等。
本文的主要内容是介绍计算机总线技术的发展，在第一部分将会简单介绍一下计算机结构技术，然后再重点介绍计算机总线技术。
b5E2RGbCAP一，计算机结构发展的介绍：1，冯·诺依曼计算机结构：冯·诺依曼计算机结构是根据冯·诺依曼提出的程序存储原理设计的，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起存储的结构。
程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同。
但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。
冯·诺依曼计算机结构如下图所示，目前很多处理器仍然使用冯·诺依曼结构，如英特尔公司的8086，英特尔公司的其他中央处理器、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器等。
p1EanqFDPw冯·诺依曼结构示意图2，哈佛计算机结构：为了改变冯诺依曼计算机结构的取指令与数据的读写要从同一存储空间经由一条总线传输，进而影响计算机的性能这一不足。
人们又提出了哈佛计算机结构，哈佛机构是将程序和数据存储在两个相互独立的存储器中，这样在一个机器周期就允许同时获得指令字<来自程序存储器）和操作数<来自数据存储器）从而提高了执行速度，是数据的吞吐量提高了一倍。
又由于程序和数据存储两个相互独立的存储空间，因此取指和执行能够重叠，中央处理器从程序存储空间读取指令内容，解码之后得到数据地址，再到数据存储空间读取相应的数据，并进行下一步的操作<通常是执行），程序存储空间和数据存储空间分开，采用不同的总线，可以使程序和数据具有不同的总线宽度，从而提供交大的存储器带宽，是数据传输效率更高，尤其提高了数字信号处理的效率。
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（3）电气规范：规定信号逻辑电平、负载能力 及最大额定值、动态转换时间等。 总线的主要参数：
•总线宽度 •总线频率 •总线带宽（总线的数据传输率） 总线带宽=（总线宽度/8位）×总线频率
4. 总线类型
（1）按功能分类
•片内总线 cpu内连接各寄存器和运算部件的总线。 •片总线 插件板内各芯片之间互连的总线。 •系统总线 计算机系统内各功能部件之间相互连接的总线。 •外总线 计算机系统之间、计算机与应用系统之间互连的总线。
VESA总线 VESA总线
VESA总线是1992年8月由VESA(视频电子标准协会) 公布的基于80486CPU的32位局部总线。 VESA总线支持16MHz到66MHz的时钟频率，数据宽 度为32位，可扩展到64位。与CPU同步工作时， 总线传送速率最大为132MB/s，这对于需要快速 响应的视频、内存及磁盘控制器等部件都可通过 VESA局部总线连接到CPU上，使系统运行速度更 快。
第五章 总线连接技术
5.1 总线与总线标准 1.总线概念
总线是一组信号线的集合，是计算机中系 统与系统之间、各部件之间进行信息传送 总 线 的公共通路。
总线示意图 A B C
2.采用总线结构的优点
（1）简化硬件、软件的系统设计 （2）使系统结构简单、清晰、便于扩充更新 （3）更好的满足用户的需要 3.总线规范的基本内容 （1）机械结构规范：模块尺寸、总线插头、边 沿联结器等的规格； （2）功能结构规范：确定引脚名称与功能，以 及其相互作用的协议；
3.总线标准
• EISA总线
1988年9月COMPAQ公司联合HP，AST，AT&T，ANDY， NEC等9家计算机公司，宣布研制一种新的总线标 准，这种总线不仅具有MCA的功能，而且与ISA结 构完全兼容。这就是扩展的工业标准体系结构 EISA(Extended Industrial Standard Architecture)总线。
加速图形端口（ 加速图形端口（AGP） ）
它是Intel为高性能图形和视频支持而专门设计的 一种新型总线。AGP以PCI为基础，但在物理上、 电气上和逻辑上独立于PCI。与PCI带有多个连接 器（插槽）的真正总线不同，AGP是专为系统中 一块视频卡设计的点到点高性能连接，只有一个 AGP插槽可以插入单块视频卡。 AGP规范1.0版由Intel于1996年7月首次发布， AGP2.0版于1998年5月发布。
PCI总线 总线
1 9 9 2 年 初 ， Intel 联 合 IBM、Compaq、DEC、 Apple等大公司创立了PCI局部总线标准。PCI是 “Peripheral Component Interconnect”的缩写，即 外围元件互联。PCI总线支持33MHz的时钟频率， 数据宽度为32位，可扩展到64位，数据传输率可 达132MB/s~264MB/s。 PCI已经成为Intel即插即 用（PnP）规范的典范。这意味着PCI卡上无跳 线和开关，而代之以通过软件进行配置。
地址 主控M 受控S 数据 写周期 读周期
图 全互锁异步总线操作
(2)按时序控制Байду номын сангаас式分类
•半同步总线
综合同步总线与异步总线两者优点而产生的一种 混合式总线协定。具有同步总线的速度和异步总 线的可靠性与适应性。 控制信号：由主控模块发出的时钟信号； 由受控模块发出的等待信号。 如：80x86及其相应的微机系统总线ISA、PCI等 属于半同步总线
国际上公认的某种约定的互连标准，它规定了插 件的尺寸大小，信号线的数目，各信号的定义以 及时序和信号的电平标准等。
3.总线标准
•总线标准介绍 • ISA 工业标准总线
ISA是工业标准体系结构(Industrial Standard Architecture)的缩写，是一种在原始IBM PC引 入的8位总线结构，1984年在IBM PC/AT中将其扩 展到16位。ISA是现代个人计算机的基础，是目 前市场上大多数PC系统采用的主要体系结构。
(2)按时序控制方式分类
•同步总线 同步总线使用的时钟是同一个时钟，控制较简单、但要 求各部件速度相差不大。（PC、PCI总线属同步）
T1 总线周期 T2 T3 T4
时钟 地址 数据写 数据读 有效地址 有效数据 有效数据 同步总线时序
(2)按时序控制方式分类
•异步总线 异步总线无固定时钟周期，以异步应答方式控制总线传 输操作。
5.2总线判决 总线判决
总线完成一个传输周期，一般可分成： （1）总线请求和判决阶段 （2）寻址阶段 （3）传数阶段 （4）结束阶段
总线判决与总线冲突
总线判决也叫总线仲裁，其目的是合理地 控制和管理系统中需要占用总线的请求源， 在多个源同时提出总线请求时，以一定的 优先算法判决哪个应获得对总线的占用权。 总线冲突是指总线上同时有两个或两个以 上的模块要传送相互矛盾的信息时引起的 冲突。
3.总线标准
• 8位ISA总线
主要用在早期的IBM PC/XT计算机的底板上，共 有8个插槽。常称为IBM PC总线或PC/XT总线。它 具有62条“金手指”引脚，引脚间隔为2.54mm。
3.8位ISA总线
3.总线标准
• 16位ISA总线
1984年IBM公司推出286机（AT机）时，将原来8 位的ISA总线扩展为16位的ISA总线，它保持原来 8位ISA总线的62个引脚信号，以便原先的8位ISA 总线适配器板可以插在AT机的插槽上。同时为使 数据总线扩展到16位，地址总线扩展到24位，而 增加一个 。
EISA总线
EISA总线插座分成深度不同的上、下两层。上 面一层包含ISA的全部信号，与ISA标准完全一 致。下层包含全部新增加的EISA信号。为保证 ISA标准的适配器板只能和上层ISA信号相连接， 在下层的某些位置设置了几个卡键，用来阻止 ISA适配器板滑入到深处的EISA层；而在EISA的 适配器板相应卡键的位置上，则制作了大小相匹 配的凹槽，从而保证EISA标准的适配器板能畅 通无阻地插到深处层，和上下两层信号相连接。
16位ISA总线
3.总线标准
• MCA微通道结构总线
也称为PS/2总线，它分为16位和32位两种。16位 的MCA总线与ISA总线处理能力基本相同，只是在 总线上增加了一些辅助扩展功能而已。而32位 MCA则是一种全新的系统总线结构，它支持186针 插接器的适配器板，系统总线上的数据宽度为32 位，可同时传送4字节数据。有32位地址线，提 供4GB的内存寻址能力。
(2)按数据传送格式分类
•并行总线
全部信息位在多根信号线上同时传送，因而传送 速度快，但所需信号线数量较大。 如：计算机系统内部总线一般属并行总线。
•串行总线
信息位不同时传送，而是通过单根信号线逐位传 送，传输速度慢，但所需信号线少。 如：串行总线,RS-232C，RS-485等
3.总线标准
•总线标准
•“菊花链”判决 “菊花链”
总线
BGOU1 BGIN2
总 线 判决器
BG BGIN1 BR BB BCLK
C1
C2
BGOU2 BGINn
Cn
•并行判决 并行判决
总线 C1 总 线 判 决 器
BR1 BG2
C2
Cn
BB BCLK
•并串行二维判决 并串行二维判决
二维总线判决系统兼顾串链法与并行 法的优越性，既有较好的灵活性、可 扩展性、又可容纳较多的设备而不使 结构过于复杂，还有较快的响应速度。
具有局部总线的PC体系结构 具有局部总线的 体系结构
4.总线系统的层次 总线系统的层次
微处理器 CACHE AGP总线 内存总线 显示卡 芯片组 北桥芯片 内存 显示器 芯片组 南桥芯片 ISA总线 ISA卡 ISA卡 ISA卡 PCI总线 PC卡 PC卡
5.总线的发展趋势 总线的发展趋势
（1）传输速率不断提高 （2）降低功耗 （3）功能结构不断调整更新