7总线与接口
数字ic中的总线、接口、协议相关书籍
数字ic中的总线、接口、协议相关书籍【引言】在数字集成电路（IC）领域，总线、接口和协议是三个关键概念。
为了帮助大家更好地理解这些概念，本文将介绍一些与之相关的书籍，并为大家提供阅读建议。
【数字IC中总线、接口、协议的基本概念】总线：数字IC中用于传输数据和控制信号的物理通道。
接口：连接两个不同设备或系统的部件，负责实现数据交换和控制。
协议：规定了设备之间通信的规则，包括数据格式、传输速率、时序等。
【相关书籍的分类与推荐】1.总线相关书籍- 《计算机体系结构：量化研究方法》（经典教材，讲述总线、接口、协议等相关内容）2.接口相关书籍- 《嵌入式系统接口设计与实现》（重点介绍嵌入式系统接口的设计与实现方法）3.协议相关书籍- 《计算机网络：自顶向下方法》（全面讲述计算机网络协议的的经典教材）【各书籍的内容概述及适用读者】1.《计算机体系结构：量化研究方法》- 内容概述：该书详细介绍了计算机体系结构的基本概念、设计方法和评估技术。
- 适用读者：本科生、研究生学习计算机体系结构的基本知识，以及对总线、接口、协议感兴趣的工程师。
2.《嵌入式系统接口设计与实现》- 内容概述：该书从实际应用出发，讲解了嵌入式系统接口的设计方法和实现技巧。
- 适用读者：嵌入式系统开发人员，以及对接口设计有一定兴趣的技术人员。
3.《计算机网络：自顶向下方法》- 内容概述：该书系统地介绍了计算机网络的基本原理、体系结构和协议技术。
- 适用读者：计算机网络初学者，以及对协议技术感兴趣的工程师和研究人员。
【总结与建议】了解数字IC中的总线、接口、协议对于工程师而言至关重要。
通过阅读以上书籍，您可以系统地学习这些概念的基本知识和应用技巧。
对于本科生和研究生来说，这些书籍是学习计算机系统和网络技术的好教材。
对于从事相关工作的工程师来说，这些书籍可以帮助您巩固基础知识，提高技术水平。
总之，阅读这些书籍将对您的学术和职业发展大有裨益。
总线形式接口电路原理图设计
• 总线接口概述 • 总线接口电路设计基础 • 总线接口电路原理图绘制 • 总线接口电路仿真与调试 • 总线接口电路优化与改进
01
总线接口概述
总线接口定义
总线接口是指计算机内部或设备之间 用于数据传输的连接方式，通过总线 接口可以实现设备之间的数据交换和 通信。
总线接口通常由一组标准化的信号线 组成，用于连接多个设备，实设备 之间的数据传输和控制。
感谢观看
方案设计
根据需求分析，设计电路 方案，包括元件选择、电
路结构等。
仿真测试
通过仿真软件对电路原理 图进行测试和验证，确保
电路功能正确。
样品制作与测试
制作电路板样品，进行实 际测试和验证，确保满足
设计要求。
电路设计工具介绍
EDA工具
Electronic Design Automation，如AutoCAD、 OrCAD等，用于绘制原理图和PCB图。
信号的准确性和稳定性。
未来发展方向
集成化与小型化
随着集成电路技术的发展，总线接口电路将进一步向集成化和小型 化方向发展。
低功耗设计
随着对节能环保需求的增加，低功耗设计将成为总线接口电路的重 要发展方向。
高速传输与高带宽
随着数据传输速率的不断提高，总线接口电路将向高速传输和高带宽 方向发展。
THANKS
合理使用模板
利用原理图模板提高设计效率，减少重复绘制的工作量。
原理图绘制实例
UART总线接口电路原理图
SPI总线接口电路原理图
I2C总线接口电路原理图
实例1
实例2
实例3
04
总线接口电路仿真与调试
仿真工具介绍
01
PCS7系统中的OS架构详解
PCS 7系统中的OS架构详解•OS单站结构与服务器客户机结构（CS结构）•工厂总线与终端总线1、PCS 7 操作员站体系结构在PCS 7 系统中，操作员站（OS）系统有两种结构——单站和客户机/服务器。
单站结构通常用于规模较小的系统，可以有一台或者多台单站组成。
各个单站分别独立运行，各自完成从AS采集数据，归档和报警的功能，单站同时还是操作员进行操作的人机界面。
单站结构对于规模较大的系统，通常使用客户机/服务器结构。
在这种结构中有一个或者多个服务器负责AS数据采集，归档和报警信息的处理，从性能考虑，服务器一般不提供操作员界面。
由于服务器在整个OS体系中的关键地位，常常将OS服务器配置为冗余服务器。
在整个网络中，最多可以容纳18个（对）服务器，每个（对）服务器可以连接40个客户机（如果客户机使用多屏操作，则每一个屏幕算作一个客户机）。
在系统结构中，至少存在一个工程师站（ES）用于项目组态。
网络结构分为两层，分别是终端总线（Terminal Bus）和系统总线（System Bus）。
系统总线用于PC和控制器（AS）之间的通讯，例如，服务器和控制器之间的通讯以及ES和控制器之间的通讯；终端总线用于PC之间的通讯，例如，客户机和服务器之间的通讯以及工程师站和OS之间的通讯。
客户机/服务器结构大型PCS 7系统可以是两种OS结构的灵活混合。
除了过程生产的必备OS外，还可以通过附加选件配置PH中央归档服务器/BATCH服务器/MS维护站/RouteControl路径控制服务器等多种上位系统应用。
PCS 7系统是开放的过程系统，可以通过OPC、WEB方式提供上层网络的通讯接口。
PCS 7单站结构，客户机服务器结构以及冗余配置（方法本号内搜索）PCS 7项目结构数量一个多项目中最多允许的OS服务器、客户机数量SIMATIC PCS 7 OS数量 V8.1及之后V8.0 及之前版本最大服务器/服务器对数量18 12最大服务器PO数量12000 POs 8500 POs最大客户机数量40 32最大Web客户端数量100 50PCS 7 标准架构根据项目规模，PCS 7可以配置为单站、服务器/客户机模式，那么什么的项目规模时采用单站，什么时候采用服务器/客户机模式，分别需要购买哪些硬件和软件呢？（方法本号内搜索）PCS 7 最小配置对于中小型项目来说，总是期望PC站尽可能的少，那么ES作为OS站运行是否允许，有哪些要求和限制，如何一步步组态呢？（方法本号内搜索）PCS 7 扁平结构（Flat Structure）PCS 7 V8 之后，对于小规模项目，可以采用多个单站的扁平结构。
微机原理与接口技术(第二版)课后习题答案完整版
习题11.什么是汇编语言，汇编程序，和机器语言？答：机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。
汇编语言是面向及其的程序设计语言。
在汇编语言中，用助记符代替操作码，用地址符号或标号代替地址码。
这种用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言编程了汇编语言。
使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序。
2.微型计算机系统有哪些特点？具有这些特点的根本原因是什么？答：微型计算机的特点：功能强，可靠性高，价格低廉，适应性强、系统设计灵活，周期短、见效快，体积小、重量轻、耗电省，维护方便。
这些特点是由于微型计算机广泛采用了集成度相当高的器件和部件，建立在微细加工工艺基础之上。
3.微型计算机系统由哪些功能部件组成？试说明“存储程序控制”的概念。
答：微型计算机系统的硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。
“存储程序控制”的概念可简要地概括为以下几点：①计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器和输入/输出设备五大基本部件组成。
②在计算机内部采用二进制来表示程序和数据。
③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，使计算机在不需要人工干预的情况下，自动、高速的从存储器中取出指令加以执行，这就是存储程序的基本含义。
④五大部件以运算器为中心进行组织。
4.请说明微型计算机系统的工作过程。
答：微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序存放的第1个存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象，执行指令规定的相关操作。
如此重复，周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能。
5.试说明微处理器字长的意义。
答：微型机的字长是指由微处理器内部一次可以并行处理二进制代码的位数。
它决定着计算机内部寄存器、ALU和数据总线的位数，反映了一台计算机的计算精度，直接影响着机器的硬件规模和造价。
PCS7工厂总线与终端总线技术分析
PCS7 工厂总线与终端总线技术分析目录PCS 7 系统的网络结构 ..................................................................................................................1 组态工厂总线和终端总线 ............................................................................................................... 2 PCS 7 共用工厂总线和终端总线，有何限制？ ............................................................................3 在 PCS 7 系统中共用工厂总线和终端总线，有何要求？ .........................................................3 PCS 7 中实现工厂总线和终端总线的冗余配置 ............................................................................4 工厂总线与终端总线的冗余配置 ................................................................................................... 4 容错终端总线 ..................................................................................................................................5 容错工厂总线。
江苏开放大学计算机组成原理单元作业7
江苏开放大学计算机组成原理单元作业71早期微型机中，不常用的I/O信息交换方式是O客观题总分值：3分得分：3分A:程序查询方式B:中断方式C:DMA方式D:通道方式正确答案：D:2串行接口是指O客观题总分值：3分得分：3分A:接口与系统总线之间串行传送，接口与I/O设备之间串行传送B:接口与系统总线之间串行传送，接口与I/O设备之间并行传送C:接口与系统总线之间并行传送，接口与I/O设备之间串行传送D:接口与系统总线之间并行传送，接口与I/O设备之间并行传送正确答案：C:3中断向量可提供0客观题总分值：4分得分：4分A:被选中设备的地址B:传送数据的起始地址C:中断服务程序人口地址D:主程序的断点地址正确答案：C:4在中断系统中，CPU一旦响应中断，那么立即关闭标志，以防止本次中断响应过程被其他中断源产生另一次中断干扰。
客观题总分值：3分得分：3分A:中断允许B:中断请求C:中断屏蔽D:设备完成正确答案：C:5为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是采用。
客观题总分值：3分得分：3分A:通用寄存器B:堆栈C:存储器D:外存正确答案：B:6CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用客观题总分值：3分得分：3分A:并行技术B:通道技术C:缓冲技术D:虚存技术正确答案：C:7硬中断服务程序的末尾要安排一条指令IRET,它的作用是o客观题总分值：3分得分：3分A:构成中断结束命令B:转移到IRET的下一条指令U恢复断点信息并返回D:返回到断点处正确答案：C:8在采用DMA方式高速传输数据时，数据传送是o客观题总分值：4分得分：4分A:在总线控制器发出的控制信号控制下完成的B:在DMA控制器本身发出的控制信号控制下完成的C:由CPU执行的程序完成的D:由CPU响应硬中断处理完成的正确答案：B: 9采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个时间。
客观题总分值：4分得分：4分A:指令周期B:机器周期C:存储周期D:总线周期正确答案：C:10周期挪用方式常用于方式的输入/输出中。
计算机组成原理(第4版)课件第7章 总线(第4版)
7.4 总线标准
总线的标准制定通常有两种途径，一 种是由具有权威性的国际标准化组织制定 并推荐使用的，称为正式标准；另一种是 由某个或某几个在业界具有影响力的设备 制造商提出，而又被业内其他厂家认可并 广泛使用的标准，即所谓事实标准，这些 标准可能需要经过一段时间的使用，被厂 商提供给有关组织讨论之后才能成为正式 标准。
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2.总线事务
通常把在总线上一对设备之间的一次信
息交换过程称为一个“总线事务”，把发出
总线事务请求的部件称为主设备，与主设备
进行信息交换的对象称为从设备。例如CPU
要求读取存储器中某单元的数据，则CPU是
主设备，而存储器是从设备。总线事务类型
通常根据它的操作性质来定义，典型的总线
事务类型有“存储器读”、“存储器写”、
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7.4.1 系统总线标准
通常，微机的系统总线都做成多个插 槽的形式，各插槽引脚通过总线连在一起。 总线接口引脚的定义、传输速率的设定、 驱动能力的限制、信号电平的规定、时序 的安排以及信息格式的约定等，都有统一 的标准。
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7.4.1 系统总线标准（续）
1.PC/XT总线
PC/XT总线是早期PC/XT微机所配备 的系统总线，是9位总线标准。
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7.1 总线概述
总线是一组能为多个部件分时共享的 公共信息传送线路。共享是指总线上可以 挂接多个部件，各个部件之间相互交换的 信息都可以通过这组公共线路传送；分时 是指同一时刻总线上只能传送一个部件发 送的信息。
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7.1 .1 总线的基本概念
总线采用分时共享技术，当总线空闲 （所有部件都以高阻状态连接在总线上） 时，如果有一个部件要与目的部件通信， 则发起通信的部件驱动总线，发出地址和 数据。其他以高阻状态连接在总线上的部 件如果收到与自己相符的地址信息后，即 接收总线上的数据。发送部件完成通信后， 将总线让出（输出变为高阻态）。
第7讲现场总线设备
减压过程： 压电挡板上移控制室气压降 低提升阀上移，开度减小 输出气压减小
Beijing Institute of Technology
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现场总线设备
现场总线设备
第 五 部 分 现场总线接口类设备
Beijing Institute of Technology
24
7.5.1 概述
用于将其它总线连接到现场总线系统
主要功能块：输出功能块、PID功能块等
Beijing Institute of Technology
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7.4.3 现场总线-气压转换器FP302
现场总线设备
工作原理
增压过程： 控制电路使压电挡板靠近喷嘴 喷嘴背压增加控制室气压 增大提升阀芯下移提升阀 打开，气源提供的压缩空气流 入输出室输出气压增加
现场总线设备
Smar公司现场总线(FF)/以太网 (Ethernet)通用网桥： DFI302 Smar公司ISA现场总线(H1)接口卡：PCI302
Smar公司HART/FF 接口：HI302
Beijing Institute of Technology
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7.5.2 Smar DFI302现场总线通用网桥
在同时传送交变信号和直流电源的总线上，为避免电源 在终端电阻上的能量消耗，应串连电容。
基金会现场总线终端器：
100欧
1uF
现场总线需两个终端器，分别设置在导线的最远端。为简化，可内置在 电源调整器内。
Beijing Institute of Technology
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7.6.2 现场总线终端器(BT302)
若线路末端没有终端电阻，则Z2等于无穷，此时电压透 过系数为0，反射系数为1(全部反射),反射信号会引起很 大干扰；
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总线与接口部分
09-20．假设某系统总线在一个总线周期中并行传输4字节信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10 MHz，则总线带宽是
A．10 MB/s B．20 MB/s C．40 MB/s D．80 MB/s
10-20．下列选项中的英文缩写均为总线标准的是
A．PCI、CRT、USB、EISA B．ISA、CPI、VESA、EISA
C．ISA、SCSI、RAM、MIPS D．ISA、EISA、PCI、PCI-Express
11-20．在系统总线的数据线上，不可能传输的是
A．指令B．操作数C．握手（应答）信号D．中断类型号
12-19．某同步总线的时钟频率为100MHz，宽度为32位，地址/数据线复用，每传输一个地址或数据占用一个时钟周期。
若该总线支持突发（猝发）传输方式，则一次“主存写”总线事务传输128位数据所需要的时间至少是（）。
A.20ns
B.40ns
C.50ns
D.80ns
12-20. 下列关于USB总线特性的描述中，错误的是（）。
A.可实现外设的即插即用和热插拔
B.可通过级联方式连接多台外设
C.是一种通信总线，可连接不同外设
D.同时可传输2位数据，数据传输率高
12-21．下列选项中，在I/O总线的数据线上传输的信息包括（）。
Ⅰ、I/O接口中的命令字Ⅱ、I/O接口中的状态字Ⅲ、中断类型号
A. 仅Ⅰ、Ⅱ
B. 仅Ⅰ、Ⅲ
C. 仅Ⅱ、Ⅲ
D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
13-19、下列选项中，用于设备和设备控制器（I/O接口）之间互连的接口标准是
PCI B、USB C、AGP D、PCI-Express
14-19. 某同步总线采用数据线和地址线复用方式。
其中数据线有32根，总线时钟频率为66MHZ，每个时钟周期传送两次数据。
（上升沿和下降沿各传送一次数据）该总线的最大数据传输率是（总线带宽）：（）
A. 132MB/S
B. 264 MB/S
C.528 MB/S
D. 1056 MB/S
14- 20.一次总线事务中，主设备只需给出一个首地址，从设备就能从首地址开始的若干连续单元中读出或写入多个数，这种总线事务方式称为（）
A. 并行传输
B.串行传输
C.突发传输
D.同步传输
14-21.下列有关I/O借口的叙述中错误的是：
A.状态端口和控制端口可以合用同一寄存器
B. I/O接口中CPU可访问寄存器，称为I/O端口
C.采用独立编址方式时，I/O端口地址和主存地址可能相同
D.采用统一编址方式时，CPU不能用访存指令访问I/O端口
15-19．下列有关总线定时的叙述中，错误的是（）
A．异步通信方式中，全互锁协议最慢
B．异步通信方式中，非互锁协议的可靠性最差
C．同步通信方式中，同步时钟信号可由多设备提供
D．半同步通信方式中，握手信号的采样由同步时钟控制
15-21．在采用中断I/O方式控制打印输出的情况下，CPU和打印控制接口中的I/O端口之间交换的信息不可能是( )
A．打印字符B．主存地址C．设备状态D．控制命令
13-43. （9分）某32位计算机，CPU主频为800 MHz，Cache命中时的CPI为4，Cache块大小为32字节；主存采用8体交叉存储方式，每个体的存储字长为32位、存储周期为40ns；存储器总线宽度为32位，总线时钟频率为200 Mhz，支持突发传送总线事务。
每次读突发传送总线事务的过程包括：送首地址和命令、存储器准备数据、传送数据。
每次突发传送32字节，传送地址或32位数据均需要一个总线时钟周期。
请回答下列问题，要求给出理由或计算过程。
（1）CPU和总线时钟周期各为多少？总线带宽（即最大数据传输率）为多少？
（2）Cache缺失时，需要用几个读突发传送总线事务来完成一个主存块的读取？
（3）存储器总线完成一次读突发传送总线事务所需的时间是多少？
（4）若程序BP执行过程中，共执行了100条指令，平均每条指令需进行1.2次访存，Cache 缺失率为5%，不考虑替换等开销，则BP的CPU执行时间是多少？
09-20[答案] B。
[解析] 1、总线的带宽等于总线周期的频率×每个总线周期传送的信息数量。
按题意，(10×106 /2)×4 = 20×106 （MB/s）。
10-20[答案] D
[解析] CRT、CPI、RAM、MIPS都与总线标准无关。
11-20参考答案：C。
【解析】：一般而言，系统总线采用同步方式传输，握手信号属于控制信号，不在数据总线上传输。
12-19参考答案C。
首先需要求出总线带宽。
针对此题，总线工作频率=总线时钟频率/1=100MHz。
故总线带宽=总线工作频率×总线宽度/8 = 400MB/s。
一次“主存写”总线事务传输128位数据所需要的时间为16B/(400MB/s)=40ns。
突发传输方式还需要一次地址传输，时间为一个时钟周期，即1/100MHz=10ns。
故总时间为40ns +10ns =50ns。
12-20：D。
USB总线是串行总线，即一位位的传输，不可能同时传输2位数据。
12-21：D。
在程序查询方式中，向I/O接口发出的命令字和从I/O接口取回的状态字，以及中断方式中的中断类型号（确定相应的终端向量）都是通过I/O总线传输的。
13-19: B
14-19：C
14-20 C
14-21 D
15-19．B
15-21．A
13-43. 答案：
(1) CPU的时钟周期为：1/800MHz=1.25ns。
（1分）
总线的时钟周期为：1/200MHz=5ns。
（1分）
总显的带宽为：4B×200MHz=800MB/s 或4B/5ns=800MB/s。
（1分）
(2) Cache块大小是32B，因此Cache缺失时需要一个读突发传送总线事务读取一个主存块。
（1分）
(3) 一次读突发传送总线事务包括一次地址传送和32B 数据传送：用一个总线时钟周期传输地址；每隔40n/s=5ns 启动一个体工作（各进行1次存取），第一个体读数花费40ns，之后数据存取与数据传输重叠：用8个总线时钟周期传输数据。
读突发传送总线事务时间：5ns+40ns+8×5ns=85ns。
（2分）
(4) BP的CPU执行时间包括Cache命中时的指令执行时间和Cache缺失时带来的额外开销。
命中时的指令执行时间：100×4×1.25ns=500ns。
（1分）指令执行过程中Cache缺失时的额外开销：1.2×100×%5×85ns=510ns。
BP的CPU执行时间：500ns+510ns=1010ns。
（2分）【评分说明】
执行时间采用如下公式计算时，可酌情给分。
执行时间=指令条数×CPI×时钟周期×命中率+访存次数×缺失率×缺失损失
计算公式正确但运算结果不正确时，可酌情给分。