第04章常用工业控制计算机简介

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（3）兼容性强
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微机系统内均通过PCI/ISA总线桥实现PCI总线与ISA、VESA及MCA总线的 完全兼容，保证了通用的ISA总线技术到高性能PCI总线的平稳过渡，这正 是PCI总线的生命力所在。并实现不同总线之间的隔离。如当CPU通过局部 总线从Cache中存取数据进行处理时，PCI总线可同时对DRAM进行读写操 作，而ISA总线则可进行I/O操作。
*STD总线
发展－－STD总线是美国PRO-LOG公司1978年推出的一种工业控制计算机的标
准
系统总线，STD是Standard的缩写。
1987年，STD总线被国际标准化会议定名为IEEE961。随着32位微处理
器的出现，通过采用附加金手指或系统总统与局部总线转换等技术，
1989年美国的EAITECH公司又开发出对32位微处理器兼容的STD32总
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图4-15是某型号个人计算机的外设接口示意图
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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。
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1. 内部总线
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➢内部总线－－指IPC内部各个功能模板之间的信息通
ห้องสมุดไป่ตู้
路，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，也称
系统总线。
➢分类－按功能分数据总线DB/地址总线AB/控制总线 CB/电源总线PB每种型号的计算机都有自身的内部总 线。
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（2）内部总线和外部总线
➢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。
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4.1.1 IPC结构组成
图4-1 IPC 的硬件组成结构
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一、IPC的硬件组成 IPC的硬件主要由以下内容组成：
（1）主机板:由中央处理器（CPU）、内存储器（RAM、 ROM） 等部件组成，它是IPC的核心 作用：进行数值计算、逻辑判断、数据处理。
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归纳起来，PCI总线具有以下特点：
（1）总线传输速率高
最大允许64位并行数据传送，采用地址/数据总线复用方式，若总线时钟频 率为33.3MHz，总线宽度为32位，则传输速率为133MB/s；若总线时钟频 率为66MHz，总线宽度为64位，则传输速率为528MB/s。如此之高的传输 速 率 是 其 它 总 线 难 以 比 拟 的 ， 它 大 大 地 缓 解 了 数 据 I/O 瓶 颈 ， 使 高 性 能 CPU得以充分发挥作用，并满足了高速设备数据传输的需要。
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ISA总线的主要特点
（1）它有比XT总线更强的支持能力，它支持：1K I/O地址 空间（0000H~03FFH）；24位存储器地址；8位或16位数据 存取；15级硬件中断，7级DMA通道；产生I/O等待状态等。
（2）它是一种多主控（Multi Master）总线，除主CPU外， DMA控制器、DRAM刷新控制器和带处理器的智能接口控 制卡都可以成为ISA总线的主控设备（但它只支持一个智能 接口控制卡）。
（2）不受处理器限制
PCI总线通过CPU局部总线到PCI总线之间的桥接器形成了一种独特的中 间缓冲器设计方式，它将中央处理器子系统与外围设备分开，使PCI总线 具有独立于处理器的结构特点。一般来说，在中央处理总线上增加更多的 设备或部件会降低系统的性能和可靠程度。而有了缓冲器的设计方式，用 户可随意增添外围设备，以扩展电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会 导致系统性能的降低。
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。
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2. 外部总线
外部总线是指计算机与计算机之间、计算机与远程 终端之间、计算机与外部设备以及测量仪器仪表之间的 信息通路，常称为通信总线。通信总线的数据传输方式 可以是并行的，也可以是串行的，可分别称为并行通信 总线和串行通信总线。
➢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。
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② 常用的总线标准
升技TH7Ⅱ-RAID P4主板配置图
音频插座 鼠标键盘插座 USB接口 串口并口 ATX12V电源
CPU Socket 478
主板辅助电源 RIMM A1 RIMM B1 RIMM A2 RIMM B2 ATX电源 IDE4插座 IDE3插座 IDE2插座 IDE1插座
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➢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。
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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。
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4.1.1 IPC结构组成
主要知识点
➢ 一、IPC的硬件组成 ➢ 二、IPC的软件组成
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IPC 概述
随着计算机设计的日益科学化、合理化和标准化， 计算机总线概念与模板化结构已经形成且完善起来。 ➢ IPC在硬件上，由计算机生产厂家按照某种标准总线 ，设计制造出符合工业标准的主机板及各种I/O模板； ➢设计者只要选用相应的功能模板，象搭积木似的、灵 活地构成各种用途的计算机控制装置； ➢而在软件上，利用熟知的系统软件和工具软件，编制 或组态出相应的应用软件，就可以非常便捷地完成对生 产流程的集中控制与调度管理，并进一步向综合自动化 网络化方向发展。
（3）可支持8种类型的总线周期：8位或16位的存储器读周 期；8位或16位的存储器写周期；8位或16位的I/O读周期，8 位或16位的I/O写周期；中断请求和中断响应周期；DMA周 期；存储器刷新周期；总线仲裁周期。
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3）PCI总线
PCI（Peripheral Component Interconnect）是计 算机外围设备互连的意思。1992年由Intel发布， 很快就成为了商用计算机的总线标准。发展至今， PCI实际上已经不是一个简单的总线标准，而是 一类标准。例如，从使用的电源电压来分，就有 5V和3.3V两个版本；从总线时钟频率来分可以有 33.3MHz和66MHz两种；从总线的宽度来分可以 有32位和64位两种。
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主要知识点 4.1 总线式工控机 4.2 可编程控制器 4.3 嵌入式计算机系统 4.4 可编程调节器 4.5 其他控制装置
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4.1 总线式工控机（IPC）
总线式工控机，是基于总线技术和模块化结构 的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般称 为工业控制计算机，简称为工业控制机 （ Industrial Personal Computer─IPC ）或工 控机（IPC）。
总线结构
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➢结构形式－－一块置于机箱内的无源底板上的多组并列 插槽，各插槽上的同号引脚是电气相连的，从而完成插 入槽内的各功能模板之间的信息传送。 ➢常用总线－－工控领域应用最广的两种总线是STD总线 和PC总线。
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1）PC总线
这里所说的PC总线是狭义的。1982年IBM公司在推出其IBM PC/XT个人计算机时，在其主板上设计有5~8个总线插槽（I/O 通道），用于插入各种适配器以扩展系统的功能，这就是IBM PC/XT总线，简称PC总线。
PC总线共有62条信号线，用双列插槽连接，分A面（元件面） 和B面。PC总线实际上是8088CPU核心电路总线的扩充与重 新驱动。
（4）自动配置功能
PCI总线标准为PCI接口提供了一套完整的自动配置功能，使PCI接口所需要 的各种硬件资源如中断、内存、I/O地址等通过即插即用的BIOS在系统启动 时进行自动配置，达到对计算机资源的优化使用和合理配置，从而使PCI接 口达到真正的即插即用（(PnP)目的，使接口的设计和应用更加简单容易。
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CD音频输入 I/O 控制芯片CNR
插槽 AGP插槽 北桥芯片i850 5个PCI插槽 DIP开关 主板电池 BIOS Flash芯片 南桥芯片ICH2 RAID功能芯片 前置USB插座 板载声卡芯片 前置面板插座 主板自检状态 软驱插座
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容纳16位
微处理器，如8086、68000、80286、80386等。
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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。
线。
结构－－全部56根引脚线都有确切的定义。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、22根控制线和10根电源线，可
以兼容各种通用的8位微处理器，如8080、8085、6800、Z80、
NSC800
等。通过采用周期窃取和总线复用技术，还可以定义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
PC总线共有8条数据线、20条地址线（寻址空间为1MB）、 总线时钟频率为4MHz、总线最大传输速率为4MB/s、最大负 载能力为8个、采用半同步的工作方式。
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2）ISA总线
ISA（Industry Standard Architecture）总线是 IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总 线标准，所以也叫AT总线，它是对XT总线的扩 展，以适应8位或16位数据总线要求。它推出后 得到广大计算机同行的认可，兼容这一标准的微 型计算机纷纷问世，直到现在，许多以Pentium 芯片为CPU的计算机上仍然有ISA插槽。
➢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。
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③ 控制总线
➢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。
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⑤ 采用总线的优点：
➢简化了系统结构 ➢简化了硬件与软件的设计 ➢便于系统的扩充与更新 ➢便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价 ➢可维护性好
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3. 总线标准
① 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。