第二章 PC总线工控机和部分专用控制器介绍0101PC总线标准规范PC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡工控机的主要特点及结构020203030404专用控制器介绍PCPC总线标准规范总线标准规范工控机的主要特点及结构工控机的主要特点及结构PCPC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡总线工控机主要类型、主板及扩展板卡专用控制器介绍专用控制器介绍 早在20世纪80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛工业个人计算机Industrial Personal Computer（简称IPC）是一种加固的增强型个人计算机，是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行工业控制计算机概述工控机示意图西门子工控机研华工控机工控机的特点可靠性高可靠性高实时性好实时性好环境适应性强环境适应性强过程输入和输出配套较好过程输入和输出配套较好系统扩充性好系统扩充性好系统开放性系统开放性控制软件包功能强控制软件包功能强系统通信功能强系统通信功能强后备措施齐全后备措施齐全具有冗余性具有冗余性工控机的结构加固型工业机箱加固型工业机箱工业电源工业电源主机板主机板显示板显示板软盘软盘硬盘硬盘各类输入和输出接口模板各类输入和输出接口模板彩色显示器彩色显示器键盘一般采用键盘一般采用101101标准键盘和触模式功能键盘标准键盘和触模式功能键盘鼠标为机械式或光电式鼠标为机械式或光电式打印机用于制表打印打印机用于制表打印工控机的结构PCPC总线标准规范总线标准规范工控机的主要特点及结构工控机的主要特点及结构PCPC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡总线工控机主要类型、主板及扩展板卡专用控制器介绍专用控制器介绍总线标准概述目前市场上PC总线类型有：XT总线、ISA总线、EISA总线、VESA总线（VLBUS）PCI总线以及PCIE总线。
ISA（IndustrialStandardArchitecture）总线就是AT总线，它是在XT总线基础上扩充设计的16位总线，其寻址空间最大16MB，操作速度8MHz，数据传输率16MbpsEISA（ExtendIndustrialStandardArchitecture）总线是一个32位总线，它支持总线主控，其数据传输率可达32MbpsVLBUS也称VESA总线，它是局部总线（LocalBUS）标准，是ISA总线的简单扩展，可以与ISA或EISA总线同时使用其主要技术思路是使过去通过ISA总线进行的数据交换改成由CPU总线直接进行，传送速度与CPU速度一致，局部总线设备可直接连接到处理器总线上，并以处理器的时钟速率运行这里所讲的VLBUS标准实际上就是通常所说的VESA总线标准它已被通用PC机界广泛接受PCI总线（PeripheralComponentInterconnect）是1993年Intel公司主导推出的其定义的是一个功能强大的新型总线结构它支持并发CPU和总线主控部件操作，支持64位奔腾（Pentium）处理器这是目前普遍应用的总线，在工控机上已有CompactPCI产品。
PCIE总线(peripheralcomponentinterconnectexpress)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等功能它的主要优势就是数据传输速率高，而且还有相当大的发展潜力ISA、PCI插槽PCI插槽ISA插槽PCIE插槽ISA总线标准 ISA总线是在XT总线基础上扩充的，即它把XT总线的62线信号扩充为98线ISA所扩充的36线信号主要用于寻址范围、数据位数、中断资源以及DMA传输资源的扩充主要性能指标I/OI/O地址空间地址空间0100H0100H03FFH 03FFH 2424位地址线可直接寻址的内存容量为位地址线可直接寻址的内存容量为16MB16MB8/168/16位数据线位数据线 62+3662+36引脚引脚最大位宽最大位宽1616位位(bit) (bit) 最高时钟频率最高时钟频率8MHz8MHz最大稳态传输率最大稳态传输率16MB/s 16MB/s 中断功能中断功能DMADMA通道功能通道功能开放式总线结构，允许多个开放式总线结构，允许多个CPUCPU共享系统资源共享系统资源ISA总线引脚定义（a）AB边（62 PIN）（b）CD边（36 PIN）ISA总线前62个引脚功能说明类型型信号名称信号名称I/O引脚引脚功能功能说明明时钟与与定定时OSCOB30周期周期为70ns的振的振荡信号，占空比信号，占空比1:2CLKOB20周期周期为167ns的系的系统时钟，占空比，占空比1:2RESDRVOB2上上电复位或初始化系复位或初始化系统逻辑OWSIB8零零等等待待状状态，无无需需插插入入等等待待周周期期即即可可完完成成总线周期周期数据数据总线SD0SD7I/OA2A9双双向向数数据据位位07位位，为处理理器器、存存储器器、I/O设备提供数据提供数据地址地址总线SA0SA19OA12A31地地址址019位位，提提供供对存存储器器和和I/O设备寻址，址，SA0为最低有效位最低有效位ALEOB28由由8288总线控控制制器器提提供供，允允许缩存存来来自自处理器的有效地址理器的有效地址AENOA11允允许DMA控控制制器器控控制制地地址址总线，数数据据总线以及以及读/写命令写命令线进行行DMA传输控制控制总线IRQ37,2IB2125,B4I/O设备的中断的中断请求求线DRQ13IB18,B6,B16I/O设备的的DMA请求求线OB17,B26,B15DMA应答答线，分，分别对应于于DRQ13T/COB27当当在在一一通通道道的的计数数终结时，由由DMA控控制制器送出器送出ISA总线前62个引脚功能说明控制控制总线I/OB14对指定的指定的I/O设备读命令命令I/OB13对指定的指定的I/O设备写命令写命令OB12对读写写和和只只读存存储器器读命命令令（小小于于1MB空空间）OB11对读写存写存储器写命令（小于器写命令（小于1MB空空间）IA1向向CPU提供提供I/O设备或或扩充存充存储器奇偶器奇偶错IA0I/O通通道道就就绪，若若是是低低速速的的I/O设备或或存存储器器，则在在检测到到一一个个有有效效地地址址和和一一个个读写写命命令令时，使使信信号号变低低，总线周周期期用用时钟周期的整数倍来延周期的整数倍来延长IB19该信号用来指示刷新周期信号用来指示刷新周期电源和地源和地线+5VB3,B29+5V电源源-5VB5-5V电源源+12VB9+12V电源源-12VB7-12V电源源GNDB1,B10,B31地地线ISA总线后36个引脚功能说明类型型信号名称信号名称I/O引脚引脚功能功能说明明数据数据总线SD8SD15I/OC11C18双向数据位双向数据位815位，位，为处理器、存理器、存储器、器、I/O设备提供高提供高8位位SBHEI/OC1数据高位允数据高位允许信号信号ID1存存储器器16位芯片位芯片选择信号信号ID2I/O 16位芯片位芯片选择信号信号地址地址总线LA17LA23I/OC2C8存存储器与器与I/O设备的最高的最高7位地址，位地址，LA23为最高有效位最高有效位控制控制总线IRQ1012ID35中断中断请求信号求信号IRQ1415ID67中断中断请求信号求信号DRQ0ID9DMA请求信号求信号DRQ57ID11,D13,D15DMA请求信号求信号OD8对DRQ0请求的求的应答信号答信号OD10,D12,D14DRQ57请求的求的应答信号答信号ID17控制系控制系统总线处于三于三态I/OC9对所有存所有存储器的器的读命令命令I/OC10对所有存所有存储器的写命令器的写命令电源和地源和地线5VD16电源源GNDD18地地线PCI总线标准PCI总线（PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup）简称PCISIG，是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备。
PCI总线不受制于处理器，为中央处理器及高速外围设备提供一座桥梁，提高数据吞吐量PCI局部总线的扩展槽口短，最大可支持l0多个外设，易于插拔，现有的PCI2.0标准虽然是32位的，但它可以向64位扩展.PCI在CPU和外设间插入了一个复杂的管理层，用以协调数据传输，提供一个一致的总线接口，这个管理层提供信号的缓冲，透过缓冲线路将驱动力放大，因此PCI能支持l0多个外设PCI还支持总线主控技术（BusMaster），允许智能设备在适当的时候取得总线控制权以加速数据传送，即数据会以猝发形式输送到各外围卡PCI具有自适配特点，使外设适配器在和系统连接时，能自动配置并决定中断设置和软件默认的中断，而不需要用户去调跳线来设置IRQ，PCI总线在技术上完全克服了VLBUS（VESALocalBus）的各种缺点，使PCI能与ISA，EISA，MCA等总线连接，还可支持奔腾64位系统PCI总线标准主要性能指标高性能高性能 PCI总线以33MHz的时钟频率操作采用32位数据总线，可支持多组外围部件及附加卡，数据传输速率高达132Mbps线性突发传输线性突发传输PCI能支持一种称为线性突发的数据传输模式，可确保总线不断满载数据。
极小的存取延迟极小的存取延迟支持PCI的设备，存取延迟很小，能够大幅度减少外围设备取得总线控制权所需的时间 采用总线主控和同步操作采用总线主控和同步操作 PCI的总线主控和同步操作功能有利于PCI性能的改善 不受处理器限制不受处理器限制PCI独立于处理器的结构，形成一种独特的中间缓冲器设计方式，将中央处 理器子系统与外围设备分开 适合于各种机型适合于各种机型PCI总线适合于桌面（台式）计算机、便携式计算机、服务器它可为便携式计算机及笔记本计算机提供台式计算机的图形性能，又可支持3.3V的电源环境，延长电池寿命，为计算机的小型化创造了良好的实现条件 兼容性强兼容性强由于PCI的设计要辅助现有的扩展总线标准，因此它与ISA，EISA以及MCA总线完全兼容 低成本和高效益低成本和高效益 PCI芯片将大量系统功能高度集成，节省了逻辑电路，使用较小的线路板空间，成本降低 预留发展空间预留发展空间PCI总线既兼顾了当今技术要求，又能满足未来的需要，预留了充足的发展空间 PCI总线引脚类型信号名称状态功能说明系统信号线CLKI系统时钟信号，最高为33MHzRST#I系统复位地址与数据线AD31AD00T/S数据和地址复用线C/BE3#C/BE0#T/S总线命令和字节使能复用线。
在地址期它们表示总线命令，在数据期它们确定各字节是否有效接口控制信号线PRAME#S/T/S帧信号，由当前主控设备驱动指示总线操作起始与终止IRDY#S/T/S指示总线主控设备就绪TRDY#S/T/S指示总线目标设备就绪STOP#S/T/S表示当前目标设备要求主控设备停止交换LOCK#S/T/S锁定信号IDSELI设备初始化选择在读写自动配置空间时，用来作为芯片选择（不用地址译码）DEVSEL#S/T/S设备选择线，当某一设备的地址被选中时，即驱动该线作为输入线用来表明在总线上的某个设备被选中仲裁信号线REQ#T/S主控设备请求总线控制权每个主控设备需用一个REQ#GNT#T/S允许主控设备控制总线，每个主控设备需用一个GNT#PCI总线引脚错误报告线PERR#S/T/S表示地址奇偶校验错误和其它系统错误SERR#O/D系统错误报告信号中断信号线INTA#,INTB。