微機(jī)接口技術(shù) 第一章概述

1、微機(jī)接口技術(shù)微機(jī)接口技術(shù)華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主講主講 周功業(yè) 教授 計(jì)算機(jī)本科必修課程計(jì)算機(jī)本科必修課程 偏重硬件，軟硬結(jié)合偏重硬件，軟硬結(jié)合, ,實(shí)用性強(qiáng)實(shí)用性強(qiáng)數(shù)字電路、組成原理、匯編、數(shù)字電路、組成原理、匯編、C C語言等語言等1.1.現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)周功業(yè)、黃文蘭等編著周功業(yè)、黃文蘭等編著. .高教出版社高教出版社2.2.3232微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用劉樂善劉樂善 周功業(yè)周功業(yè) 楊柳編著楊柳編著, ,華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 3.3.PC/PentiumPC/Pentium硬、軟件系統(tǒng)解析硬、軟件系統(tǒng)解析林章

2、鈞編著林章鈞編著. .清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社.1998.19984.4.微型計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)（XT.AT.386)XT.AT.386)與接口技術(shù)與接口技術(shù)唐棠等編著唐棠等編著. .南京大學(xué)出版社南京大學(xué)出版社主要參考書微機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展概概況況 微機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)微機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線與接口標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線與接口標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)接口技術(shù)及發(fā)展趨勢微機(jī)接口技術(shù)及發(fā)展趨勢本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)第第1 1章章 概論概論1.1微機(jī)的發(fā)展概況19711973：4位位p:4004,8位位p: 8008,微機(jī)微機(jī)MCS-419741978：高檔高檔8位位8080,8085,MC6800,Z-80,微機(jī)微

3、機(jī)APPLE19781984：16位位8086/8088, 80286,微機(jī)微機(jī) IBM PC/XT, IBM PC/AT19851989：32位位80386， 80486,微機(jī)微機(jī)COMPAQ 386,AST1993 32位位Pentium,微機(jī)由不同廠家生產(chǎn)的奔騰系列微機(jī)由不同廠家生產(chǎn)的奔騰系列1995： 32位位Pentium Pro(高能高能),微機(jī)由不同廠家生產(chǎn)的高能奔騰系列微機(jī)由不同廠家生產(chǎn)的高能奔騰系列1997： 32位位MMX Pentium(多能多能) ,微機(jī)由不同廠家生產(chǎn)的多能奔騰系列微機(jī)由不同廠家生產(chǎn)的多能奔騰系列19971998：32位位Pentium II，微機(jī)為，微

4、機(jī)為Pentium II各廠家名稱不同各廠家名稱不同1999： 32位位Pentium III,微機(jī)為微機(jī)為Pentium III各廠家名稱不同各廠家名稱不同20002005： 32位位Pentium 4,微機(jī)為微機(jī)為Pentium 4各廠家名稱不同各廠家名稱不同200： 64位位Itanium(安騰安騰).2005-2006年：年：2006年年1月，英特爾發(fā)布了月，英特爾發(fā)布了Pentium D 9xx系列系列雙核雙核處理器處理器 1. 1. 4 4位位微處理器微處理器( (19711973 0.05MIPS) )nIntel4004Intel4004、Intel4040 Intel4040

5、 4 4位位微處理器微處理器nIntel8008 Intel8008 低檔低檔8 8位微處理器位微處理器2. 8位位微處理器微處理器nIntel8080Intel8080、MC6800MC6800、65016501、6502 6502 8 8位位微處理器微處理器nIntel8085Intel8085、Z80Z80、MC6809 MC6809 高檔高檔8 8位微處理器位微處理器n指令比較完善，有了中斷與指令比較完善，有了中斷與DMADMAn匯編、匯編、BASICBASIC，F(xiàn)ORTRANFORTRAN、PL/M PL/M n后期配備后期配備CP/MCP/M操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)發(fā)展概況3. 1616位

6、位微處理器微處理器(1978, 1MIPS, 8MHz)nIntel8086 Intel8086 、Z8000Z8000、MC68000 MC68000 1616位 -8086-8086數(shù)據(jù)總線1616位、地址總線2020位nIntel8088 Intel8088 準(zhǔn)1616位(8086簡化版本簡化版本) - -外部數(shù)據(jù)總線8 8位，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線1616位 -IBM PC-IBM PC、IBM PC/XTIBM PC/XTnIntel80286Intel80286、MC68010 MC68010 高檔1616位（1982，130k, 12.5MHz) - -數(shù)據(jù)總線1616位，地址總線2424

7、位 -IBM PC/AT-IBM PC/AT - -實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式(protected mode) - -虛地址模式可尋址16MB16MB物理地址和1GB1GB的虛擬地址空間發(fā)展概況4. 3232位位微處理器（微處理器（2020年）年）nIntel80386 Intel80386 3232位微處理器（1985，612MIPS, 20MHz) - -數(shù)據(jù)總線3232位，地址總線3232位 - -實(shí)地址模式、虛地址保護(hù)模式、虛擬80868086模式 - -虛地址模式可尋址4GB(24GB(23232) )物理地址和64TB(264TB(24646) )的虛擬地址空間nIntel8048

8、6 Intel80486 3232位微處理器（1989，1.2M, 25MHz) -80386+80387+8KB -80386+80387+8KB的CacheCache - -部分采用RISCRISC技術(shù)、突發(fā)總線技術(shù) - -使用時(shí)鐘倍頻技術(shù)PentiumPentium微處理器（微處理器（ 3232位位）（1993，100200MIPS, 60MHz)nPentiumPentium（奔騰）3232位微處理器-5-5級超標(biāo)量結(jié)構(gòu)、分支預(yù)測技術(shù)-64-64條數(shù)據(jù)線、3232條地址線- -常用指令硬件化，使用微程序設(shè)計(jì)nPentium MMXPentium MMX（多能奔騰）3232位- -增加了

9、5757條MMXMMX指令- -采用了SIMDSIMD技術(shù)PentiumPentium微處理器微處理器 (3232位)（1995，300MIPS, 200MHz)nPentium ProPentium Pro（高能奔騰）（高能奔騰）3232位位-64-64條數(shù)據(jù)線、條數(shù)據(jù)線、3636條地址線條地址線- -實(shí)現(xiàn)了動態(tài)執(zhí)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)了動態(tài)執(zhí)行技術(shù)( (亂序執(zhí)行亂序執(zhí)行) )nPentium IIPentium II（奔騰（奔騰2 2）微處理器微處理器- -是是Pentium Pro + MMX Pentium Pro + MMX - -雙獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)雙獨(dú)立總線結(jié)構(gòu)nPentium IIIPentiu

10、m III（奔騰（奔騰3 3）3232位微處理器位微處理器- -增加了增加了7070條條SSESSE指令指令- -首次內(nèi)置序列號首次內(nèi)置序列號nPentium 4 32位微處理器位微處理器(非非P6核心結(jié)構(gòu)核心結(jié)構(gòu))- -超級管道技術(shù)超級管道技術(shù)- -增加了增加了144144條條SSE2SSE2指令指令- -簡單簡單ALUALU運(yùn)行在運(yùn)行在2 2倍的處理器核心頻率下倍的處理器核心頻率下5. 64位 微處理器微處理器nItanium 64位微處理器- -采用RISCRISC技術(shù)和CISCCISC技術(shù)- -具有顯示并行功能- -具有斷定執(zhí)行功能- -具有數(shù)據(jù)預(yù)裝的功能- -采用三級高速緩存CISC

11、：復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)體系。復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)體系。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）復(fù)雜指令）復(fù)雜指令 2 2）多種）多種尋址方式尋址方式 3 3）微程序結(jié)構(gòu)）微程序結(jié)構(gòu)RISC：精簡指令集計(jì)算機(jī)體系。精簡指令集計(jì)算機(jī)體系。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）固定指令長度）固定指令長度 2 2）指令）指令流水線處理流水線處理 3 3）簡化內(nèi)存管理）簡化內(nèi)存管理4 4）硬件控制簡單硬件控制簡單 5 5）單周期執(zhí)行）單周期執(zhí)行 6 6）復(fù)雜度存于編譯程序）復(fù)雜度存于編譯程序20052005年年4 4月，英特爾第一款雙核處理器的問世月，英特爾第一款雙核處理器的問世標(biāo)志著一個(gè)標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代來臨。新時(shí)代來臨。雙核和多核處理器設(shè)計(jì)用于在

12、一枚處理器雙核和多核處理器設(shè)計(jì)用于在一枚處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整執(zhí)行內(nèi)核，以支持同時(shí)管理多項(xiàng)中集成兩個(gè)或多個(gè)完整執(zhí)行內(nèi)核，以支持同時(shí)管理多項(xiàng)活動。英特爾超線程（活動。英特爾超線程（HTHT）技術(shù)能夠使一個(gè)執(zhí)行內(nèi)核發(fā)）技術(shù)能夠使一個(gè)執(zhí)行內(nèi)核發(fā)揮兩枚邏輯處理器的作用，同時(shí)處理四個(gè)揮兩枚邏輯處理器的作用，同時(shí)處理四個(gè)軟件軟件線程。線程。5 5月，帶有月，帶有兩個(gè)處理內(nèi)核的英特爾奔騰兩個(gè)處理內(nèi)核的英特爾奔騰D D處理器處理器隨英特爾隨英特爾945945高速芯片組家族一同推出，高速芯片組家族一同推出，20062006年年1 1月，英特爾發(fā)布月，英特爾發(fā)布了了Pentium D 9xxPentium D

13、 9xx系列處理器，包括了支持系列處理器，包括了支持VTVT虛擬化技虛擬化技術(shù)的術(shù)的Pentium D 960(3.60GHz)Pentium D 960(3.60GHz)、950(3.40GHz)950(3.40GHz) 。20062006年，年，IntelIntel發(fā)布至強(qiáng)發(fā)布至強(qiáng)53005300酷睿酷睿QX6700QX6700系列處理器系列處理器 ，由由IntelIntel公司主導(dǎo)的公司主導(dǎo)的多核心多線程多核心多線程計(jì)算機(jī)處理器發(fā)展路線步入了計(jì)算機(jī)處理器發(fā)展路線步入了四核心時(shí)代四核心時(shí)代。6.雙核處理器（2005-2007年）年）19711971 19721972 19741974197

14、619761978197819801980198219821985198519891989199319931997199720002000200220024004800880808085808680186802868038680486PentiumPP P4Itanium能能性性nIA-32(Intel Architecture-32) -x86架構(gòu)架構(gòu)(8086pentium1,2,3)nIA-64(Intel Architecture-64) -顯性并行指令計(jì)算顯性并行指令計(jì)算:EPIC (explicitly parallel instruction computing)n64 CPU市

15、場市場: Intel -Itanium AMDK8, Sledge Hammer(大錘大錘) VIA CyrixIII,VIA C3 我國:32bit嵌入式CPU “方舟-1” “龍芯1號,2號” 結(jié)束了我國無結(jié)束了我國無“芯芯”的歷史的歷史.CPU技術(shù)與市場Pentium D我的中國芯我的中國芯_“龍芯”項(xiàng)目大事記 n2000年11月： 中科院計(jì)算所正式啟動CPU設(shè)計(jì)項(xiàng)目，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定指令系統(tǒng)以及流水線結(jié)構(gòu)； n2002年6月： 完成“龍芯-1號”可測性設(shè)計(jì)、邏輯綜合、物理設(shè)計(jì)和后仿真，并形成GDS-版圖，交付流片； n2002年8月： 經(jīng)過封裝的首批芯片進(jìn)行CPU子卡焊接，聯(lián)機(jī)調(diào)試，

16、加電后一次運(yùn)行成功； n2002年9月22日： 在北京召開了“龍芯1號”成果的技術(shù)鑒定會“龍芯”的性能n“龍芯龍芯1 1號號” :最高主頻為266MHz，定點(diǎn)字長32位，浮點(diǎn)字長64位，片內(nèi)含8KB指令Cache和8KB數(shù)據(jù)Cache；采用動態(tài)流水線結(jié)構(gòu)，支持亂序執(zhí)行和精確中斷處理; 定點(diǎn)和浮點(diǎn)最高運(yùn)算速度均超過每秒2億次；在200MHz主頻、Linux環(huán)境下功耗為0.4W。 該芯片支持Linux、VxWorks等主流操作系統(tǒng)，能直接支持軟解壓下的流媒體應(yīng)用，可用于網(wǎng)絡(luò)終端機(jī)(NC)、工控機(jī)等嵌入式設(shè)備.n龍芯龍芯2 2號號:最高頻率為300MHz，功耗1W-2W，成品率約為80%左右。通過使

17、用相關(guān)測試對龍芯2號的性能分析表明，相同主頻下龍芯2號的性能已經(jīng)明顯超過PII，達(dá)到PIII的水平,.性能可與1GHz以上的PIII或PIV的性能相當(dāng)。評價(jià)系統(tǒng)主要指標(biāo) 一臺計(jì)算機(jī)的功能強(qiáng)弱與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、指令系統(tǒng)、軟件配置等多方面的因素有關(guān)。 處理器字長處理器字長(8,16,32,64bit)(8,16,32,64bit) 運(yùn)算速度（主頻）運(yùn)算速度（主頻）(1.3GHz,1.8G,2.4G.)(1.3GHz,1.8G,2.4G.) MIPS(million instruction per second)MIPS(million instruction per second) 存儲容量（

18、存儲容量（CacheCache、內(nèi)存和外存）、內(nèi)存和外存）(128M,256M,512M)(128M,256M,512M) 總線數(shù)傳率（如總線數(shù)傳率（如:33.3Mhz:33.3Mhz* *32bit/8=133MB/s)32bit/8=133MB/s) 外部設(shè)備（顯示器及顯示適配器等）外部設(shè)備（顯示器及顯示適配器等） 軟件配置軟件配置1.2 1.2 微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)n80 x8680 x86系列體系結(jié)構(gòu)系列體系結(jié)構(gòu)nPentium Pentium 系列的南北橋結(jié)構(gòu)系列的南北橋結(jié)構(gòu)nPentium Pentium 系列的中心結(jié)構(gòu)系列的中心結(jié)構(gòu)1. PC/XT的體系結(jié)構(gòu)微處理器808

19、8ROM BIOS8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器8259中斷控制器8250串行通信控制器8255并行接口擴(kuò)展總線緩沖8237DMA控制器DRAM控制器DMA頁面寄存器RAM協(xié)處理器8087 8個(gè)8位62位引腳擴(kuò)展插槽1.2.1 80 x861.2.1 80 x86系列微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)系列微機(jī)的體系結(jié)構(gòu)2. 80386/80486微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微處理器微處理器80386/80486協(xié)處理器協(xié)處理器80387集成外圍集成外圍控制器控制器總線控制器總線控制器85c320Cache控制器控制器85c310擴(kuò)展總線擴(kuò)展總線控制器控制器82c206Cache 主存主存實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷日歷CMOS

20、RAM特點(diǎn): n分別利用了分別利用了IntelIntel公司的公司的8038680386和和8048680486微處理器微處理器, ,而且而且都具有高速緩沖存儲器（都具有高速緩沖存儲器（CacheCache）n采用了一組多功能芯片來代替原來的單功能的接口控采用了一組多功能芯片來代替原來的單功能的接口控制芯片。制芯片。n與與PC/XTPC/XT機(jī)相比較，微機(jī)廣泛采用了機(jī)相比較，微機(jī)廣泛采用了ISAISA總線替代了原總線替代了原來的來的PCPC總線?？偩€。ISAISA總線在性能上兼容總線在性能上兼容PC/ATPC/AT總線，總線，n它支持它支持2424位地址線、位地址線、1616位數(shù)據(jù)線、位數(shù)據(jù)線

21、、1515級硬件中斷和級硬件中斷和7 7個(gè)個(gè)DMADMA通道。通道。現(xiàn)代微機(jī)采用現(xiàn)代微機(jī)采用PentiumPentium系列微處理器，其基本結(jié)構(gòu)發(fā)生系列微處理器，其基本結(jié)構(gòu)發(fā)生了革命性的變化，最主要的表現(xiàn)是改變了主板總線結(jié)構(gòu)。了革命性的變化，最主要的表現(xiàn)是改變了主板總線結(jié)構(gòu)。1.南北橋結(jié)構(gòu)的Pentium II微機(jī)三級總線三級總線: : CPU Bus PCI Bus ISA BusCPU Bus PCI Bus ISA Bus橋接芯片橋接芯片: : 北橋北橋:CPU:CPU總線總線-PCI-PCI橋片（橋片（Host BridgeHost Bridge）南橋南橋:PCI-ISA:PCI-IS

22、A橋片。橋片。最大特點(diǎn)最大特點(diǎn): :將局部總線將局部總線PCIPCI直接作為高速的外圍總線直接作為高速的外圍總線1.2.2 Pentium1.2.2 Pentium系列的體系結(jié)構(gòu)系列的體系結(jié)構(gòu)Pentium II處理器處理器Pentium II處理器處理器2CPU總線總線 圖形設(shè)備圖形設(shè)備2AGP總線總線82443BX（北橋）（北橋）66/100MHz 主存主存支持支持SDRAMPCI總線總線PCI插槽插槽82371EB（PIIX4E）（南橋）（南橋）2個(gè)個(gè)USB接口接口2個(gè)個(gè)IDE接口接口I/OAPICISA總線總線ISA插槽插槽 系統(tǒng)系統(tǒng)BIOSPentium II 微機(jī)的南北橋結(jié)構(gòu)微機(jī)的

23、南北橋結(jié)構(gòu)處理器處理器處理器處理器AGP圖形控制器圖形控制器8XX系列系列存儲控制中心存儲控制中心主存儲器主存儲器CPU總線總線I/O控制中心控制中心中心高速接口中心高速接口PCI總線總線PCI槽槽LPC I/FSuper I/O固件中心固件中心IDE驅(qū)動器驅(qū)動器USB端口端口AC97編碼編碼LAN連接連接 中心結(jié)構(gòu)的微機(jī)基本結(jié)構(gòu)中心結(jié)構(gòu)的微機(jī)基本結(jié)構(gòu)2. 中心結(jié)構(gòu)的 Pentium3微機(jī)3.中心結(jié)構(gòu)(HUB)的特點(diǎn):n存儲控制中心用于提供高速AGP接口、動態(tài)顯示管理、電源管理和內(nèi)存管理功能。nI0控制中心提供了音頻編碼和調(diào)制解調(diào)器編碼接口、IDE控制器、USB接口、局域網(wǎng)絡(luò)接口，并與PCI總

24、線及其插槽連接在一起。n固件中心包含了主板BIOS、顯示BIOS和可用于數(shù)字加密、安全認(rèn)證等領(lǐng)域的硬件隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。n中心結(jié)構(gòu)拋棄了南北橋結(jié)構(gòu)，即南北橋芯片之間需頻繁進(jìn)行交換的大量數(shù)據(jù)不再通過PCI總線信息通道進(jìn)行傳送，而是直接在橋路芯片組內(nèi)部的兩塊控制芯片之間進(jìn)行交換。n主要有主要有810810系列、系列、815815系列、系列、820820系列、系列、850850系列和系列和860860系列等。系列等。 RM9150內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.3 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PMC處理器特性:6464位嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)RM9150評估板1.總線、接口的概念總線：總線：是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間

25、是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號線，信息包括的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號線，信息包括指令、數(shù)據(jù)和地址。指令、數(shù)據(jù)和地址。 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn): : 指指芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之間間，通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)該遵守，通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。的一些協(xié)議與規(guī)范。 接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn): : 外設(shè)接口外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號線的規(guī)范，涉及接口信號線定義、信號傳輸速率、傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以定義、信號傳輸速率、傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電氣特性和機(jī)械特性等多個(gè)方面。及電氣特性和機(jī)械特性等多個(gè)方面。1

26、.3 1.3 總線與接口標(biāo)準(zhǔn)總線與接口標(biāo)準(zhǔn)討論: 總線與接口的區(qū)別區(qū)別? ?總線標(biāo)準(zhǔn)具有公用性；接口標(biāo)準(zhǔn)大多是專用的?？偩€往往以主板上的總線擴(kuò)展槽形式提供使用；接口一般是以接口插座（頭）形式提供使用。總線一般是并行傳輸；接口有并行傳輸，也有串行傳輸?？偩€定義的信號線多，而且齊全，有分離的控制線、數(shù)據(jù)線和地址線；接口的信號線少，而且不齊全，一般是控制線、數(shù)據(jù)線和地址線共用。例：區(qū)別下述總線與接口下述組內(nèi)都是總線為（ ）組。A) RS-485、RS-422A、RS-232、RS449C) ISA、EISA、SCSI、PCI、 PCMCIAD) USB、IEEE1394、I2CE) IDE、 ATA

27、 、 SATA、 SCSI、 SAS面向總線的結(jié)構(gòu)有如下面向總線的結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): : 便于采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);標(biāo)準(zhǔn)總線可得到多個(gè)廠商的廣泛支持;模塊結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)充和升級;便于故障診斷和維修;降低了成本為什么要采用總線技術(shù)?2.總線的分類(1) 按總線功能或信號類型劃分為：數(shù)據(jù)總線：雙向三態(tài)邏輯，線寬表示了線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α５刂房偩€：單向三態(tài)邏輯，線寬決定了系統(tǒng)的尋址能力。控制總線：就某根來說是單向或雙向?？刂瓶偩€最能體現(xiàn)總線特點(diǎn)，決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性。(2) 按總線的層次結(jié)構(gòu)分為：CPU總線：總線：微機(jī)系統(tǒng)中速度最快的總線，主要在CPUCPU內(nèi)部，連接CPUCPU內(nèi)部部件，在CPUCP

28、U周圍的小范圍內(nèi)也分布該總線，提供系統(tǒng)原始的控制和命令。局部總線：局部總線：在系統(tǒng)總線和CPUCPU總線之間的一級總線，提供外設(shè)到CPUCPU之間的快速信息通道。系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線：也稱為I/OI/O總線，是傳統(tǒng)的通過總線擴(kuò)展卡連接外部設(shè)備的總線。由于速度慢，其功能已經(jīng)被局部總線替代。通信總線：通信總線：也稱為外部總線，是微機(jī)與微機(jī)，微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線。3.總線的主要性能參數(shù)總線頻率： MHz表示的工作頻率，是總線速率的一個(gè)總要參數(shù)。總線寬度總線的數(shù)據(jù)傳輸率 總線的數(shù)據(jù)傳輸率=(=(總線寬度/8/8位) )總線頻率例：PCIPCI總線的總線頻率為33.3MHz33.3MHz，總線寬度

29、為6464位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s 266MB/s 。4.4.總線標(biāo)準(zhǔn)的特性總線標(biāo)準(zhǔn)的特性物理特性: : 總線物理連接方式，總線根數(shù)、插頭和插座形狀，引腳排列等。功能特性: : 描述一組總線中每一根線的功能。電器特性: : 定義每根線上信號的傳遞方向以及有效電平范圍。一般定義送入CPUCPU的信號為輸入信號，從CPUCPU中送出的信號是輸出信號。低電平有效的信號用信號名上一橫線或信號名后帶# #來表示。時(shí)間特性: :定義每一根線在什么時(shí)候有效，這和總線操作的時(shí)序有關(guān)。5. 總線操作和傳送總線操作的4 4個(gè)階段1 1總線請求和仲裁階段：主模塊向總線仲裁機(jī)構(gòu)提出總線使用申請，總線

30、仲裁機(jī)構(gòu)決定使用總線的主模塊。2 2尋址階段：擁有總線使用權(quán)的主模塊發(fā)出本次要訪問的從模塊的地址及有關(guān)命令，該從模塊被選中并啟動。3 3數(shù)據(jù)傳送階段：主模塊和從模塊間進(jìn)行雙（單）向數(shù)據(jù)傳送。4 4結(jié)束階段：主、從模塊均撤出總線。二、總線的傳輸控制1 1同步方式優(yōu)點(diǎn)：電路簡單 適合高速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸缺點(diǎn)：高速設(shè)備和低速設(shè)備間只能用低速設(shè)備的速度來傳輸數(shù)據(jù)2 2異步方式比同步方式慢總線頻帶窄總線傳輸周期長3 3半同步方式nwait/ready信號是單向的，不是互鎖的。4 4分離方式 總線讀周期分成兩個(gè)子周期1.尋址子周期2.數(shù)據(jù)傳送子周期在兩子周期之間，退出總線，從設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。一、一、ISAIS

31、A總線總線（ Industry Standard Architecture）1、問題的提問：最早的PC總線是IBM公司于1981年推出的基于8位機(jī)PC/XT的總線，稱為PC總線。1984年IBM推出了16位PC機(jī)PC/AT，其總線稱為AT總線。然而，IBM從未公布過他們的AT總線規(guī)格。由Intel公司IEEE和EISA集團(tuán)聯(lián)合開發(fā)了與IBM/AT原裝機(jī)總線意義接近的ISA總線，即8/16位的“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”總線。1.3.3. 1.3.3. 系統(tǒng)總線2. ISA標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，在PCPC總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來，最高工作頻率為8MHz8MHz，2424根地址線，1616位數(shù)據(jù)線，擁有大量接

32、口卡，歷經(jīng)286286、386386、486486和PentiumPentium幾代微機(jī)。ISA擴(kuò)展插槽ISA總線插槽示意圖(1) ISA擴(kuò)展I/O插槽n8位ISA擴(kuò)展I/O插槽由62個(gè)引腳組成，用于8位的插卡。n8/16位ISA擴(kuò)展槽 8位62線插槽 附加高8位36線插槽nISA總線擴(kuò)展槽引腳及定義(P14 圖1.5、表1.2)6262線線1. 1.地址線地址線A A0 0A A19 19 2020條條2.2.數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D D0 0D D7 7 8 8條條 3.3.控制線：控制線：2121條條4.4.狀態(tài)線：狀態(tài)線： 2 2條條 1. 1.地址線：地址線：4+4+3 3=7=7線線2.2.

33、數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：8 8線線3.3.其他控制線、地、電源等其他控制線、地、電源等3636線附加槽線附加槽(2)(2)、ISA總線擴(kuò)展卡的設(shè)計(jì)總線擴(kuò)展卡的設(shè)計(jì)ISA總線擴(kuò)展卡的物理尺寸總線擴(kuò)展卡的物理尺寸(3 ). ISA總線周期時(shí)序總線周期時(shí)序 (p16)(p16)3 3、主要性能指標(biāo)、主要性能指標(biāo)（1 1）I/OI/O地址空間地址空間0100H03FFH（2 2）2424位地址線可直接尋址的內(nèi)存空間為位地址線可直接尋址的內(nèi)存空間為16MB16MB（3 3）8/168/16位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線（4 4）引腳數(shù)：）引腳數(shù)：62+36=9862+36=98線線（5 5）最大任意）最大任意1616位（位（

34、bitbit）（6 6）最高時(shí)鐘頻率）最高時(shí)鐘頻率8MHz8MHz（7 7）最大傳輸率）最大傳輸率16MB/s16MB/s（8 8）中斷功能）中斷功能（9 9）DMADMA通道功能通道功能（1010）開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)）開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)CPUCPU共享系統(tǒng)共享系統(tǒng)資源。資源。4 4、ISAISA總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)8088/386CPU總線緩沖器DRAM存儲器8087/387FPU8/16 ISA BUS二、二、EISAEISA總線總線 ( (Extended Industry Standard Architecture ）1.EISA產(chǎn)生的背景ISA總線對286以下的PC機(jī)是方便的

35、，但對于386DX以上的提及具有32位地址線和數(shù)據(jù)寬度的PC機(jī)來說，不能滿足要求。影響了32位微處理器的發(fā)揮。IBM推出了32位，采用MCA微通道總線技術(shù)，但由于IBM對MCA技術(shù)采用了嚴(yán)格的許可證制度，使得其他廠商不能采用。同時(shí)，MCA與PC/AT總線也不兼容，所以除了在PS/2計(jì)算機(jī)中采用，任其之兼容機(jī)中沒有得到一定推廣。因此，MCA技術(shù)是失敗的。 為了為了與與MCAMCA總線技術(shù)抗衡，總線技術(shù)抗衡，CompaqCompaq、HPHP、ASTAST、EpsonEpson、NECNEC等等9 9家公司聯(lián)合起來在家公司聯(lián)合起來在ISAISA的基礎(chǔ)上于的基礎(chǔ)上于19881988年推出了年推出了3

36、232位位PCPC機(jī)擴(kuò)機(jī)擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（Extended Industry Extended Industry Standard Architecture Standard Architecture ）即即EISAEISA總線?？偩€?？偨Y(jié)：總結(jié)： EISAEISA在結(jié)構(gòu)上與在結(jié)構(gòu)上與ISAISA有良好的兼容性，保有良好的兼容性，保護(hù)了護(hù)了 廠商和用戶巨大的軟硬件投資。廠商和用戶巨大的軟硬件投資。 同時(shí)又充分發(fā)揮和利用同時(shí)又充分發(fā)揮和利用3232位機(jī)的功能。位機(jī)的功能。 EISAEISA的推出打破了的推出打破了IBM MACIBM MAC結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)對PCPC機(jī)發(fā)機(jī)發(fā)展的壟斷。展

37、的壟斷。2 2、EISAEISA主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：n開放式結(jié)構(gòu)，與開放式結(jié)構(gòu)，與ISAISA卡完全兼容?？ㄍ耆嫒荨?內(nèi)部被設(shè)計(jì)成為雙層引腳,ISA卡可插入EISA槽中。)n3232位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線D D0 0-D-D3131n3232位地址直接尋址范圍為位地址直接尋址范圍為4GB.4GB.n最大時(shí)鐘頻率最大時(shí)鐘頻率8.33MHz8.33MHzn最大傳輸率最大傳輸率33MHz 33MHz (8.33(8.333232位位/8)/8)?？客饷婵客饷?靠里面靠里面 C1 C2 C3 C4 C5 C6.C17 C18G1 G2 G3 G4 G5 G6.G17 G18 G19B1 B2 B3 B4

38、B5 B6 B7 B8 B9. B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9.A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9.E25 E26 E27 E28 E29 E30 E31F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9. F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31CPUCPUPCIPCI橋接電路橋接電路DRAMDRAM存儲器存儲器CacheCacheCPUCPU總線總線PCIPCI總線總線ISA/EISAISA/EISA橋接電路橋接電路SCSISC

39、SI卡卡硬盤卡硬盤卡網(wǎng)卡網(wǎng)卡南橋南橋打印機(jī)打印機(jī)磁帶機(jī)磁帶機(jī)掃描儀掃描儀ISAISA總線總線3. PCI 3. PCI 總線總線PCIPCI總線結(jié)構(gòu)連接方式總線結(jié)構(gòu)連接方式1、PCI總線是一種PCI是一種先進(jìn)的局部總線，已成為局部總線新標(biāo)準(zhǔn)。不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線。2、從結(jié)構(gòu)上，PCI是在CPU與原來的系統(tǒng)之間插入的一級總線，并由橋接電路實(shí)現(xiàn)管理，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送。3、PCI總線支持總線主控技術(shù),允許智能設(shè)備取得總線控制權(quán),以加速數(shù)據(jù)傳送.外內(nèi)A1B1B49B52B62A49A52A6277.481.191.27單位：mmPCIPCI總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)1) 1) 獨(dú)立于處理器獨(dú)立于處理

40、器( (不依附于某個(gè)具體處理器不依附于某個(gè)具體處理器) )2) 2) 傳輸效率傳輸效率:133266MB/S:133266MB/S3) 3) 多總線共存多總線共存:(CPU:(CPU總線總線/ISA/EISA)/ISA/EISA)4) 4) 支持突發(fā)傳輸支持突發(fā)傳輸( (順序讀順序讀/ /寫一批數(shù)據(jù)寫一批數(shù)據(jù)) )5) 5) 支持總線主控方式支持總線主控方式( (任何任何CPUCPU成為主控成為主控) )6) 6) 采用同步操作采用同步操作7) 7) 支持兩種電壓下的擴(kuò)展卡支持兩種電壓下的擴(kuò)展卡(5V,3.3V)(5V,3.3V)8) 8) 具有即插即用功能具有即插即用功能( (自動選擇未使用

41、中斷和地址自動選擇未使用中斷和地址) )9) 9) 合理的管腳安排合理的管腳安排10) 10) 預(yù)留擴(kuò)展空間預(yù)留擴(kuò)展空間PCIPCI主要性能主要性能n支持支持1010臺外設(shè)臺外設(shè)n總線時(shí)鐘總線時(shí)鐘33.3MHz/66M33.3MHz/66Mn最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率133MB/S133MB/Sn時(shí)鐘同步方式時(shí)鐘同步方式n總線寬度總線寬度3232位（位（5V5V）/64/64位（位（3.3V3.3V）n能自動識別外設(shè)能自動識別外設(shè)n支持支持6464位尋址位尋址n具有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并列具有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并列操作的能力。操作的能力。4、其它系統(tǒng)總線其它系統(tǒng)總線1. 1. PC-1

42、04總線主要特點(diǎn)n采用超小尺寸插卡插采用超小尺寸插卡插卡均采用卡均采用PC-104PC-104標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的的90mm90mm96mm96mm尺寸。尺寸。n自疊總線結(jié)構(gòu)自疊總線結(jié)構(gòu)n總線驅(qū)動電流小，總線驅(qū)動電流小， 功耗低功耗低PC-104總線插卡組裝圖1.4 微機(jī)接口技術(shù)一一、接口（、接口（Interface） 就是就是CPUCPU與外界的連接電路與外界的連接電路, ,或者說是與外界進(jìn)或者說是與外界進(jìn)行信息交換的界面行信息交換的界面。CPU接口接口I/O設(shè)備設(shè)備I/O設(shè)備設(shè)備: 鍵盤、顯示器、打印機(jī)、硬盤、鍵盤、顯示器、打印機(jī)、硬盤、 光驅(qū)、控制設(shè)備、測量設(shè)備、光驅(qū)、控制設(shè)備、測量設(shè)備、 通訊設(shè)

43、備通訊設(shè)備接口接口： 硬件硬件 支撐作用；支撐作用； 軟件軟件 驅(qū)動控制。驅(qū)動控制。什么叫接口技術(shù)？什么叫接口技術(shù)？ 采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研究微處理器如何與外界采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研究微處理器如何與外界進(jìn)行最佳連接，實(shí)現(xiàn)高效可靠進(jìn)行最佳連接，實(shí)現(xiàn)高效可靠的信息交換的一門技術(shù)的信息交換的一門技術(shù)。舉例舉例: :顯示卡顯示卡接口接口總線接口總線接口串行接口串行接口并行接口并行接口USB接口接口鍵盤接口鍵盤接口硬盤接口硬盤接口說明說明: :n為什么要引入接口?1.微機(jī)和I/O設(shè)備的信息類型和格式可能不一樣。2.微機(jī)和I/O設(shè)備信號傳輸處理的速度可能不匹配。3.不用接口，I/O直接接C

44、PU，隨著外設(shè)增加，會大大降低CPU的效率。4.I/O直接接CPU，會使外設(shè)硬件結(jié)構(gòu)過于依賴CPU，對外設(shè)本身發(fā)展不利。I/OI/O設(shè)備與I/OI/O接口1.I/O接口受CPU控制，I/O設(shè)備受I/O接口控制。2.為增加通用性，I/O接口電路一般均具有可編程功能。3.微機(jī)的應(yīng)用離不開與外部設(shè)備接口的設(shè)計(jì)、選用和連接。1 1、接口信息、接口信息 數(shù)據(jù)信號：數(shù)據(jù)信號： 如：如：8位、位、16位、位、32位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)； 狀態(tài)信號：狀態(tài)信號： 表示外設(shè)是否準(zhǔn)備好信號。表示外設(shè)是否準(zhǔn)備好信號。 如：如：READY、BUSY、ACK 控制信號控制信號: 表示啟動、停止外設(shè)之類的信號表示啟動、停止外設(shè)之類的信號. (STROBE)二、二、 接口信息與功能接口信息與功能CPU地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制狀態(tài)狀態(tài) I/O設(shè)備設(shè)備接口電路接口電路2. 接口組成(1)接口硬件(2)接口軟件（設(shè)備驅(qū)動程序）n初始化程序段：設(shè)置接