微機(jī)原理-第6章-微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

課程教學(xué)單元第1章

微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識第2章

80X86/Pentium微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第3章指令系統(tǒng)第4章匯編語言程序設(shè)計(jì)第5章8086/8088CPU的總線操作與時(shí)序第6章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第7章半導(dǎo)體存儲器第8章輸入輸出接口技術(shù)第9章中斷與DMA技術(shù)

第10章定時(shí)與計(jì)數(shù)技術(shù)第11章并行接口與串行接口第12章人機(jī)交互接口第13章模擬量輸入輸出接口

第6章

教學(xué)內(nèi)容§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)§6.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)：PC/XT系統(tǒng)的組成硬件，PCI、USB、IEEE1394總線特點(diǎn)，虛擬存儲器與Cache概念和基本原理。難點(diǎn)：總線分類及應(yīng)用范圍1、微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成存儲器I/O接口I/O設(shè)備處理器子系統(tǒng)系統(tǒng)總線形成地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB系統(tǒng)總線BUS§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)PC/XT機(jī)采用8088微處理器構(gòu)造的第一代通用微機(jī)，處理器為系統(tǒng)的核心，通過AB、DB和CB總線直接或經(jīng)過驅(qū)動(dòng)形成系統(tǒng)的調(diào)度與控制，并與各部件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PC/XT總線即PC總線，是微型機(jī)最初的一種系統(tǒng)總線，其總線寬度為8位，地址線寬度為20位，總線與CPU的時(shí)鐘相同，為4.77MHz。§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)2、8088PC/XT微機(jī)體系8088PC/XT總線的微機(jī)體系結(jié)構(gòu)示意圖8個(gè)8位I/O擴(kuò)展槽62腳8087808882848282828682888237825382558259RAMROM總線§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)808780888284828282868288微處理器時(shí)鐘發(fā)生器地址鎖存器數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器總線控制器協(xié)處理器§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)8237825382558259RAMROM總線256KBROM§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)768KBRAM8237DMA控制器

4個(gè)用于直接存儲器存取的DMA通道通道0用于動(dòng)態(tài)存儲器的刷新通道1被保留給用戶通道2用于軟盤與內(nèi)存的DMA傳送通道3用于硬盤和內(nèi)存間的DMA傳送8237825382558259RAMROM總線8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器有3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)通道通道0每55ms向CPU發(fā)一個(gè)時(shí)鐘中斷信號做系統(tǒng)計(jì)數(shù)信號通道1用于動(dòng)態(tài)存儲器的刷新；通道2輸出方波到揚(yáng)聲器，持續(xù)時(shí)間可以由程序控制§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)8255可編程并行接口有3個(gè)端口

A口在開機(jī)輸出部件檢測碼，自檢后輸入鍵盤的掃描碼

B口輸出通道，對鍵盤控制及檢測RAM和I/O通道

C口輸入系統(tǒng)DIP設(shè)置信息8259可編程中斷控制器，8級外部中斷優(yōu)先權(quán)控制8237825382558259RAMROM總線8個(gè)8位I/O擴(kuò)展槽62腳§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)I/O空間只使用低16位地址A15～A0，尋址64K個(gè)端口I/O擴(kuò)展槽

8個(gè)62芯的I/O擴(kuò)展槽，插各種接口擴(kuò)展卡

第6章

教學(xué)內(nèi)容§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)§6.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)§6.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)1、存儲器系統(tǒng)的分層寄存器Cache主要存儲器虛擬存儲器外部存儲器容量大單位價(jià)格高速度快——解決微機(jī)中不同部件的存儲需要寄存器Cache主要存儲器虛擬存儲器外部存儲器內(nèi)部存儲器§6.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)2、內(nèi)部存儲器的分層——解決存儲速度與成本的矛盾3、高速緩沖存儲器Cache程序訪問局部性原理：對局部范圍的存儲器地址頻繁訪問，而對此外的地址訪問甚少的現(xiàn)象。定義：在32位微機(jī)CPU與主存儲器之間增設(shè)一級或兩級高速小容量存儲器，稱之為高速緩沖存儲器。其存取速度比主存快。CPU尋址時(shí)當(dāng)指令或操作數(shù)命中就立即存??；未命中則作常規(guī)的存儲器訪問；同時(shí)，將所訪問相鄰指令及相鄰數(shù)據(jù)塊復(fù)制到Cache中?！?.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)§6.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)4、虛擬存儲器定義：通過硬件和軟件的綜合，使內(nèi)存和外存形成一有機(jī)整體，操作系統(tǒng)按某種置換算法依次調(diào)外存程序進(jìn)入內(nèi)存儲器，CPU執(zhí)行程序時(shí)感覺是一個(gè)速度接近內(nèi)存卻具有外存容量的假想存儲器，稱為虛擬存儲器。虛地址空間（邏輯地址空間）：程序可用的空間，由CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。實(shí)地址空間（物理地址空間）：

CPU可訪問的內(nèi)存空間，容量由AB寬度決定。

第6章

教學(xué)內(nèi)容§6.1PC/XT微機(jī)硬件系統(tǒng)§6.2微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存結(jié)構(gòu)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)一、系統(tǒng)總線PCISAEISAPCMCIASTD62引腳A/B面總線8位地址線20位5MB/S用于8088和PC/XT微機(jī)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)一、系統(tǒng)總線PCISAEISAPCMCIASTDIndrstryStandardArchitecture工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，AT總線62+36引腳，分A/B+C/D面24地址線8位或16位數(shù)據(jù)線8MB/S或16MB/S用于PC/AT微機(jī)(286)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)一、系統(tǒng)總線PCISAEISAPCMCIASTDExtendedIndrstryStandardArchitecture雙層：上層ISA，下層新增加信號地址線4G尋址32位數(shù)據(jù)線33.3MB/S用于386、486及服務(wù)器PersonalComputerMemoryCardInternationAssociation便攜式微機(jī)擴(kuò)展卡標(biāo)準(zhǔn)總線Standard，IEEEP-961工控機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線二、局部總線AGPPCIVESA§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)VideoElectronicStandardAssociation視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)制定解決圖像傳輸、多媒體速度要求32位局部總線一部分為ISA,一部分為MCA用于486服務(wù)器,后被PCI淘汰3D圖形、全運(yùn)動(dòng)視頻的視頻接口標(biāo)準(zhǔn)處理器芯片組PCI設(shè)備二級Cache顯存圖形控制器系統(tǒng)主存顯示器AGPPCI二、局部總線AGPPCIVESA§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)1、定義（PeripheralComponentInterconnet）外圍部件互連，一種將外圍部件以結(jié)構(gòu)化可控制方式連接起來的總線標(biāo)準(zhǔn)，是基于Pentium等而發(fā)展的總線。2、特點(diǎn)（1）突出的高性能。實(shí)現(xiàn)33MHz到133MHz的同步總線操作，傳輸速率從132MB/s升級到264MB/s，滿足當(dāng)前及以后相當(dāng)時(shí)期內(nèi)PC傳輸速率的要求。（2）良好的兼容性。PCI總線部件和插件接口相對于處理器是獨(dú)立的，PCI總線支持所有的目前和將來不同結(jié)構(gòu)的處理器，因此具有相對長的生命周期。（3）支持即插即用Plug-And-Play。對于PCI擴(kuò)展卡及器件，能夠進(jìn)行全自動(dòng)配置，PCI設(shè)備中包含配置所需設(shè)備信息的寄存器。（4）支持多主控設(shè)備系統(tǒng)，支持并發(fā)工作，支持無限讀寫突發(fā)工作方式。（5）定義5V和3.3V兩種信號環(huán)境，3.3V～5V的組件技術(shù)可使電平平滑過渡。（6）擴(kuò)展靈活。PCI總線控制器可任意增加外設(shè)。CLKRST#REQ#GNT#PERR#SERR#FRAME#TRDY#IRDY#STOP#DEVSEL#IDSEL#AD[31：：00]C/BE[3：：0]#PARAD[63::32]C/BE[7::4]#PAR64REQ64#ACK64#LOCK#INTA#INTB#INTC#INTD#SBO#SDONE#TDITDOTCKTMSTRST#

PCI

插槽

可選的信號必需的信號64位擴(kuò)充接口控制中斷Cache支持JTAG地址數(shù)據(jù)接口控制錯(cuò)誤報(bào)告仲裁系統(tǒng)3、各線含義（188根，按功能分9組）地址數(shù)據(jù)線接口控制線錯(cuò)誤報(bào)告線仲裁線系統(tǒng)線64位擴(kuò)展線中斷請求線Cache支持線JTAG邊界掃描測試線§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)

浮點(diǎn)部件CPUCache主存儲器PCI總線橋音頻視頻適配器RAMSCSI主適配器與擴(kuò)展總線接口LAN適配器

輸入/輸出設(shè)備圖形適配器視頻RAM總線插槽總線插槽總線插槽總線插槽總線插槽音頻/視頻擴(kuò)展微處理器/主存儲器子系統(tǒng)PCI總線擴(kuò)展總線（ISA/EISA）§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)4、多總線系統(tǒng)Ⅰ(PCI總線通過PCI橋與其它總線連接)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)4、多總線系統(tǒng)Ⅱ（PCI與其它總線混合）4、多總線系統(tǒng)Ⅲ（主板上的PCI與ISA插槽）§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)三、通信總線IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN最初由HP公司提出，后被美國電氣及電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）和國際電氣技術(shù)委員會(huì)（IEC）定為測量儀器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，故IEEE-488總線也稱HP-IB（HP接口總線）或IEC-IB（IEC接口總線）或GP-IB（通用接口總線）。廣泛應(yīng)用于各種智能儀器儀表中。IEEE-488總線連接圖微型計(jì)算機(jī)測量儀器打印機(jī)等外設(shè)被測系統(tǒng)8位數(shù)據(jù)總線DAV、NRFD、NDACATN、TFC、REN、EOI、SRQIEEE488總線SCSI（SmallComputerSystemInterface）小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)，采用了總線專用技術(shù)，可連接硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、CD-ROM、掃描儀、打印機(jī)及多媒體設(shè)備等，它是一種系統(tǒng)級接口，可以同時(shí)接到各種不同設(shè)備，通過高級命令與之通信。SCSI總線結(jié)構(gòu)圖三、通信總線IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)三、通信總線IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CANRecommandedStandard-232，美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA與BELL開發(fā)的微機(jī)串口通信接口標(biāo)準(zhǔn)，232是識別代號，單端收發(fā)，更高性能的有RS-423、RS-422、RS-485等。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有25條連線，最簡單只需要使用3根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信，如圖a。遠(yuǎn)距離通信時(shí)，一般要在雙方的MODEM之間采用一根專用電話線進(jìn)行通信如圖b。圖a圖b§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)三、通信總線IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN*UniversalSerialBusIntel,Compaq,Digital,IBM,NEC,Microsoft,NorthernTelecom等7家計(jì)算機(jī)通信公司，于1996共同推出的一種串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)。到目前已經(jīng)有取代現(xiàn)有計(jì)算機(jī)接口的趨勢。線號纜線顏色意義1紅Vcc（+5V）2白D-3綠D+4黑GND§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)A型、B型USB接口外形及引腳USB主要特點(diǎn)（1）USB集線器使用樹形連接，外設(shè)數(shù)目多達(dá)127個(gè)。外設(shè)安裝方便。單級有效長度5m，可以5級級聯(lián)達(dá)30m。（2）支持PnP。（3）USBl.1有兩種傳送速率最高12Mbps的高速方式和1.5Mbps的低速方式。USB2.0的最高傳輸速率達(dá)480Mbps，適合多媒體數(shù)據(jù)的傳送模式。（4）USB有同步、中斷、批量等3種數(shù)據(jù)傳送模式，可支持?jǐn)?shù)碼相機(jī)、鍵盤、打印機(jī)等多類外設(shè)。（5）USB利用NRZI編碼方式使數(shù)據(jù)獲得同步，其特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)不同時(shí)鐘信號的同步。（6）裝置和集線器等低功耗裝置可從總線獲得電源?！?.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)集線器顯示器鍵盤麥克風(fēng)麥克風(fēng)麥克風(fēng)揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器高速低速宿主機(jī)高速=12Mb/s低速=1.5Mb/sPCI總線USB主控制器/根Hub高速高速高速高速高速高速低速電話USB的層次拓?fù)鋱D§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)三、通信總線IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN全稱IEEEl394HighPerformanceSerialBUSStandard

IEEEl394高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)起源是Apple公司于1993年提出，擬取代SCSI的高速串行總線“FireWire”，后經(jīng)IEEE協(xié)會(huì)于1995年12月正式接納成為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?！?.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)IEEE1394主要性能特點(diǎn)（1）通用性強(qiáng)。IEEEl394采用樹形或菊花鏈結(jié)構(gòu)級聯(lián)，一個(gè)接口最多可連接63個(gè)不同種類的設(shè)備。最長72m。（2）傳輸速率高。IEEE1394a支持100Mbps到400Mbps的傳輸速率。（3）實(shí)時(shí)性好。IEEE的高傳輸率加上同步傳送方式，使IEEEl394對數(shù)據(jù)的傳送具有很好的實(shí)時(shí)性。（4）總線提供電源。IEEE1394總線的6芯電纜中有2條電源線，可向被連接的設(shè)備提供4～10V和1.5A的電源。（5）系統(tǒng)中任兩個(gè)帶IEEE1394接口的設(shè)備可直接連接而不需要通過PC的控制。各設(shè)備之間的關(guān)系平等。（6）IEEE1394采用設(shè)備自動(dòng)配置技術(shù)，允許PnP?！?.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)掃描儀IEEE1394橋接器驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)驅(qū)動(dòng)器CPUCPUI/OCPU數(shù)碼相機(jī)CDROM內(nèi)部總線連接IEEE1394總線并行總線線纜連接IEEE1394總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖§6.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)EEEl394與USB的比較USB和IEEE1394都是目前流行的高速串行總線。由于PC機(jī)的配置和Windows98/2000的支持及價(jià)格優(yōu)勢，USB顯得比IEEE1394更能被大家接受。IEEEl394的傳輸速率高于USB。USB1.1的速率是12Mbps，USB2.0達(dá)到480Mbps，而IEEE1394a的速率達(dá)到100～400Mbps，IEEE1394b更是定義了800Mbps～3.2Gbps的高速率。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。IEEE1394不需要象USB一樣的集線器就可以連上63個(gè)設(shè)備，并能用橋接器再將一些功能獨(dú)特的子模塊連接起來。IEEE1394設(shè)備之間也不需要類似USB的宿主機(jī)的存在，數(shù)據(jù)直接在兩設(shè)備間就可以傳輸?！?.3微機(jī)常用總線標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)常用總線性能指標(biāo)對比名稱PC（PC-XT）ISA（PC-AT）EISASTDVESAPCI適用機(jī)型8086微機(jī)802863