计算机控制系统_总线概述

如图（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A13~A15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。
如图（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（A5~A7，A2~A4，两组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。
②引线逻辑电平在RS-232C标准中，规定用-3～-15V表示逻辑1；用+3～+15V表示逻辑0。
③旁路电容RS-232C终端一侧的旁路电容C小于2500pF。
④开路电压RS-232C的开路电压不能超过25V。
⑤短路抑制性能RS-232C的驱动电路必须能承受电缆中任何导线短路，而不至于损坏所连接的任何设备。
1.
RS-232-C总线的接口连接器采用DB-25插头和插座，其中阳性插头（DB-25-P）与DTE相连，阴性插座（DB-25-S）与DCE相连。
RS-232-C 25个引脚只定义了22个。通常使用的RS-232-C接口信号只有9根引脚.最基本的三根线是发送数据线2、数据线3和信号地线7，一般近距离的CRT终端、计算机之间的通信使用这三条线就足够了。其余信号线通常在应用MODEM（调制解调器）或通信控制器进行远距离通信时才使用。
读书报告：总线技术
主要内容：计算机架构PCI总线I2C总线现场总线
一、
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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人台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翘颈，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
MODEM控制和状态引脚分为两组，一组为DTR和RTS，负责从计算机通过RS-232C接口送给MODEM。另一组为DSR、CTS、DCD和RI，负责从MODEM通过RS-232C接口送给计算机的状态信息。
2. RS-232C
RS-232C标准的电气性能主要体现在电气连接方式、电气参数及通信速率等方面。
PCI局部总线的控和同步操作
具有即插即用（Plug Play）功能
PCI总线与CPU异步工作
中间缓冲器设计,用户可随意增设多种外围设备。
兼容性强
低成本、高效益
四、外部总线
外部总线又称为通信总线，用于计算机之间，计算机与远程终端，计算机与外部设备以及计算机与测量仪器仪表之间的通信。外部总线又分为并行总线和串行总线，并行总线主要有IEEE-488总线，串行总线主要有RS-232-C、RS-422、RS-485、IEEE1394以及USB总线等
图（a）使用了最常用的5根信号线，提供了两个方向的数据线（发送和接收数据）和一对控制数据传输的握手线RTS和DSR。
图（b）是不用MODEM的直接通信线路。在实际使用中，若进行近距离通信，即不通过电话线进行远距离通信，则不需要使用DCE，而直接把DTE连接起来，称为零调制解调器连接，因为此时调制解调器已经退化成了一个线路交叉。两个DTE之间可以利用常用9根线进行通信双方的握手联络。
2.
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和不足。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，可以使程序和获据具有不同的总线宽度，从而提供较大的存储器带宽，是数据传输效率更高，尤其提高了数字信和号处理的效率。目前使用哈佛结构的中央处理器和微控制器有很多，如Microchip公司的FIC系列世片，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。哈佛结构如下图所示;
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。
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断市场，IBM没有将这一标准公诸于世，因而MCA没有形成公认的标准。
（
EIA的RS-232C及CCITT的V.28建议采用如图所示的电气连接方式
这种连接方式的主要特点是：
①非平衡的连接方式，即每条信号线只有一条连线，信道噪声会叠加在信号上并全部反映到接收器中，因而会加大通信误码率，但却最大限度降低了通信成本。
②采用点对点通信，只用一对收发设备完成通信工作，其驱动器负载为3～7kΩ。
二、计算机总线技术
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计算机总线是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气和机械特性，使计算机内部各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递和通信。
2.
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。
（
RS-232C标准的电气连接方式决定其通信速率不可能太高。非平衡连接及共用地线都会使信号质量下降，通信速率也因此受到限制(最高通信速率为115200bps)。由于受噪声的影响，RS-232C标准规定通信距离应小于15m。
3. RS-232-C
RS-232C的典型的数据通信结构如下图所示。图(a)是具有MODEM设备的远距离通信线路。数据终端设备DTE，如计算机、终端显示器，通过RS-232C接口和数据通信设备DCE如调制解调器连接起来，再通过电话线和远程设备进行通信。MODEM除具有调制和解调功能外，还必须具有控制功能和反映状态的功能。
③公用地线，所有信号线共用一条信号地线，在短距离通信时有效地抑制了噪声干扰；但不同信号线间会通过公用地线产生干扰。
（
电气连接方式决定了其电气参数。电气参数主要有：
①引线信号状态RS-232C标准引线状态必须是以下三种之一，即SPACE/MARK(空号/传号)、或ON/OFF(通/断)、或逻辑0/逻辑1。
还有一种简单的连接线路，如图所示，仅用3根基本的数据传送线：发送数据线2、接收数据线3和信号地线7。
五、现场总线
现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线是低带宽的控制网络，它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连，构成企业综合自动化的通信网络平台。
常用的9根引脚分为两类：一类是基本的数据传送引脚，另一类是用于调制解调器（MODEM）的控制和反映其状态的引脚。
基本数据传送引脚包括：TXD、RXD和GND（2、3、7引脚）。TXD为数据发送引脚，数据发送时，发送数据由该引脚发出，在不传送数据时，异步串行通信接口维持该引脚为逻辑“1”。RXD为数据接收引脚，来自通信线的数据信息由该引脚进入接收设备。GND为信号地，该引脚为所有电路提供参考电位。
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对于现在很多的算法而言有时需要多个操作数，例如最常见的卷积运算，一条指令需访取两个操作数，而哈佛结构只能解决取指令和取数之间的矛盾，对于这种情况就役有办法了，这时就应该利用改进型哈佛结构。改进型的哈佛结构，使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理;具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线，利用公用地址总线访问两个存储模块（程序存储模其和数据存储模块)，公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输;两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。目前TI公司DSP采用的改进型哈佛结构，其改进之处在于在数据总线和程序总线之间进行局部的交叉连接。这一改进允许数据存储在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性。只要调度好两个独立的总线就可使处理能力达到最高，以实现全速运行。改进的哈佛结构还可使指令存储在高速缓存器中（Cache），省去了从存储器中读取指令的时间，大大提高了运行速度。
与ISA 总线兼容，支持多个主模块。
扩展卡的安装十分容易，自动配置，无须DIP 开关。