核信息获取与处理 Chapter 5~6

5.1 名词解释

5.1.1 总线

在广义上来讲，总线就是一组其功能被明确定义的公共连线，由它来完成外设与计算机、外设与外设、仪器与仪器之间的信息传送。一般，它们是传送数字量信息，包括数据、控制信号和状态信息的传送，在总线中也包括有电源线。

5.1.2 总线仲裁

当一个主设备欲启动快总线时，它首先必须获得对总线的控制权，决定一个主设备可以控制总线的过程成为总线仲裁。

5.2 填空题

5.2.2

在粒子物理实验中使用的仪器总线系统，其总线结构通常为背板式的。

5.2.3

粒子物理实验中使用的仪器总线系统有：CAMAC 系统、FASTBUS 系统和 VMEbus 总线系统等。

5.2.4

在仪器总线系统中，功能插件的可插拔性和可互换性，为重新构成新的粒子物理实验系统提供了极大的方便。

5.2.8

CAMAC 操作有两类：命令操作与无寻址操作。

5.2.9

CAMAC 规范中，规定了三种字块传送的模式：寻址扫描、重复式和停止式。

5.2.10

快总线技术规定了三种寻址方式：地理寻址、逻辑寻址和广播寻址。

5.2.13

一旦主设备取得了所在区段的控制权，就可以通过主地址周期去连接一个到多个从设备，这个过程称为寻址。

5.3 简答题

5.3.1 是什么样的原因使得粒子物理实验仪器总线的研究、应用和标准化得以发展？

  • 首先，是近代电子学技术和计算机技术的革命，它几乎波及到所有各个科学领域，从而可能也需要用最新的电子学技术和仪器总线系统来装备粒子物理实验系统；
  • 其次，是加速器亮度的增高，这就需要在粒子物理实验中采用精细的探测器系统，大量地增加了信号处理通道和速度，为了进行数据采集和数据处理，采用总线系统肯定是一个优选的方案；
  • 最后，是出自于电子学设备之间的兼容性问题，必须使来自许多不同实验室和生产厂家的电子学设备能够共存于同一个粒子物理实验系统中，并且要很有效地协调工作。

5.3.2 简述 CAMAC 系统的主要特征（8 选 5）

  1. CAMAC 系统是标准化的模块化的仪器总线系统，各种功能插件的组合可实现任何功能的测量与控制系统；
  2. 功能插件的结构是插拔式的，可插入到标准机箱中，也可从其中拔出，以便对功能插件实现替换；
  3. 机械设计紧凑，为了达到高密度装配，需使用现代的集成电路器件；
  4. 每个功能插件应直接插接到标准的机箱数据通道，机箱数据通道是数据传送、信息控制和电源供电的媒体，它不仅与功能插件的类型无关，而且也与所使用 计算机的型号与类型无关；
  5. CAMAC 系统技术规范所规定的任何部分，例如机械结构、机箱数据通道、 命令操作、定时和电源等，都与所使用的系统计算机无关；
  6. 功能插件的外部连接也要遵循有关的标准；
  7. 在并行 CAMAC 分支总线系统中，最多可并接 7 台 CAMAC 机箱的设备， 在串行总线时，可串接 62 台 CAMAC 机箱；
  8. CAMAC 规范是在计算机广泛应用的背景下提出来的，尽管 CAMAC 硬件系统并不要求必须与计算机联用，而实际上当前的 CAMAC 系统绝大多数是以计算机为中心控制部件进行工作的。

5.3.3 在 CAMAC 一次机箱数据操作期间，控制器产生的操作命令应包含哪些信号？

  1. 在站号单线上的寻址信号(N)，用于规定一个或多个插件将参加本次操作；
  2. 在子地址总线上的信号(A)，用于规定插件内的某一部分将参加本次操作；
  3. 在功能码总线上的信号(F)，用于规定将完成的操作。

5.3.4 简述快总线系统的基本特点

  1. 积木式的总线结构；
  2. 并行的处理能力；
  3. 统一的系统规范；
  4. 可以改变的传输速度和极高的数据传送速率；
  5. 快总线技术规范提供了三种寻址方式：地理寻址、逻辑寻址和广播寻址；
  6. 灵活的数据传输；
  7. 电路板的大板结构也为实现多功能提供了许多方便。

5.3.5 简述快总线系统规范提供的三种寻址方式

  • 快总线技术规范提供了三种寻址方式：地理寻址、逻辑寻址和广播寻址。

  1. 地理寻址是设备的所在位置的寻址；

  2. 逻辑寻址则是与位置无关的寻址；

  3. 同时对多个目标进行寻址时则可使用广播寻址。

5.4 论述题

5.4.1 由下图模拟信号的各参数的定义分别简介基线、脉冲幅度、信号宽度、脉冲前沿和后沿、上升时间和下降时间。

如图 1 所示

simulate_signal

  1. 基线：信号的基线是脉冲信号衰减到电压或电流的电平，通常为零。由于恒定的直流电压或电流的叠加，或者是由于脉冲形状、计数率等影响，也可能有一个不为零的信号基线；
  2. 脉冲高度(幅度)：脉冲平顶最高值与脉冲峰值下瞬时基线之间的脉冲高度即为该脉冲的幅度；
  3. 信号宽度：脉冲信号半高宽的全宽度(FWHM)定义为该脉冲的宽度；
  4. 脉冲前沿：在时间上最早出现的脉冲信号边沿即为脉冲前沿；
  5. 脉冲后沿：在时间上最迟出现的脉冲信号边沿即为脉冲后沿；
  6. 上升时间：一般是指脉冲信号前沿 10%到 90%之间的时间，上升时间表征了信号的速度，对定时应用特别重要；
  7. 下降时间：一般是指脉冲信号后沿 10%-90%之间的时间。

5.5 计算题

从略