1微机接口概述(s)

微机接口©北京工业大学计算机学院®1许向众微型计算机接口技术任课教师：孙丽君计算机学院系统体系结构系信息楼西30367392370转[e-mail]二零一一年~二零一二年第一学期微机接口©北京工业大学计算机学院®2课程性质:必修课教学计划:总学时40（上课40，自学30）考试形式:闭卷微机接口©北京工业大学计算机学院®3教材：《微型计算机技术及应用》（第4版）戴梅萼，史嘉权编著清华大学出版社，2008年2月1.《微型计算机原理与接口技术》（第三版）周荷琴吴秀清编著中国科学技术大学出版社，2006年8月2.《微型计算机原理及接口技术》钱晓捷编著机械业出版社2006年10月3.BarryB.Brey,“TheIntelMicroprocessors8086/8088……PentiumⅡProcessorsArchitecture，ProgramingandInterfacing”（有中译本）主要参考书：微机接口©北京工业大学计算机学院®4课程的地位和作用本课程是为计算机科学与技术专业本科生开设的一门学科基础必修课，是计算机硬件的基础课程，通过本课程的学习建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力，为今后学习新型高档微机课程，进行微机硬件系统的设计、开发及功能扩展，打下良好的基础。微机接口©北京工业大学计算机学院®5课程的目的和任务•了解微型计算机各组成部分的相互关系和与外界的接口技术；•掌握微处理器、常用I/O接口芯片的结构、功能、时序和使用方法；•初步具有微机系统的扩展I/O功能的硬件设计、开发和调试的能力。微机接口©北京工业大学计算机学院®6教学目标—培养能力资料阅读能力分析软硬件能力设计接口，扩充系统能力使用设计与调试工具、设计与调试能力微机接口©北京工业大学计算机学院®7主要教学内容：第一讲微型计算机概述（2学时）第二讲16位和32位微处理器（6学时）第三讲微型计算机和外设的数据传输（3学时）第四讲微型计算机中断系统及8259中断控制器（6学时）第五讲可编程计数器/定时器及其应用（5学时）第六讲串、并行通信和接口技术（5学时）第七讲DMA控制器及其应用(4学时)第八讲模/数和数/模转换（4学时）第九讲总线（3学时）第十讲总复习（2学时）微机接口©北京工业大学计算机学院®8第一章绪论▲什么是微型计算机▲微型计算机的发展概况▲微型计算机系统的构成和性能评价微机接口©北京工业大学计算机学院®91.1什么是微型计算机–从体积、功能和价格划分•大型—中型—小型—微型–从组成划分•电子管—晶体管—集成电路—LSI—VLSI一般，把台式计算机类型的个人计算机、结构相对简单的工业控制计算机等统称为微型计算机微机接口©北京工业大学计算机学院®10微处理器的历史微机接口©北京工业大学计算机学院®11老祖宗•1642，Pascal，Pascaline，拨动轮子，实现加减法•Leibniz，实现乘法微机接口©北京工业大学计算机学院®12被埋没的天才•CharlesBabbage,1791-1871–最早提出和设计“分析机”，即今天的通用计算机–采用机械技术，几乎具有当代计算机的全部特征爱达·拉夫拉斯伯爵夫人诗人拜伦的女儿，世界计算机先驱中的第一位女性建议用二进制数代替原来的十进制数，指出分析机可能编程左图：纪念巴贝奇200周年诞辰时根据其图纸制造的分析机微机接口©北京工业大学计算机学院®13第一缕曙光•1946，ENIAC–30T，18800电子管–耗电150kW–5000次加法/分钟这就是在给ENIAC“编程”微机接口©北京工业大学计算机学院®14从电子管到晶体管•1947年12月16日，威廉·肖克莱(WilliamShockley)、约翰·巴丁(JohnBardeen)和沃特·布拉顿(WalterBrattain)成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管（1956诺贝尔物理奖）微机接口©北京工业大学计算机学院®15指尖上的世界•1958年，杰克•基尔比（JackKilby）和罗伯特•诺伊斯（RobertNoyce）各自独立地发明了集成电路微机接口©北京工业大学计算机学院®16微处理器的诞生•1968年，Intel公司成立•1971年，4004诞生微机接口©北京工业大学计算机学院®17•80088080微机接口©北京工业大学计算机学院®18INTEL4004INTEL8008字长:4—8位集成度:1—2千只/片时钟:0.5—1MHZD-BUS:4/8位A-BUS:4/8位1.2微型计算机的发展概况INTEL8080Z80,MC6800字长:8位集成度:5—9千只/片时钟:2—4MHZD-BUS:8位A-BUS:16位执行时间:1—2μSINTEL8086/80286Z8000,MC68000字长:16位集成度:2—7万只/片时钟:4—8MHZD-BUS:16位A-BUS:20—24位执行时间:0.5μSINTEL80386/80486MC68020字长:32位集成度:大于15万~120万只/片时钟:大于16~60MHZD-BUS:32位A-BUS:32位执行时间:小于0.1μS71年73年78年83年93年Pentium,PentiumPro,PentiumⅡ,PentiumⅢ,Pentium4,Itanium字长:32位~64位集成度:大于310万~2.2亿只/片时钟:大于100MHZ~3066MHz外部D-BUS:64位内部D-BUS:32位A-BUS:36位执行时间:小于0.02μS王朝的奠基—8086/8088（1978）微机接口©北京工业大学计算机学院®19首尝RISC—80486（1989）•1250k，25-100MHz微机接口©北京工业大学计算机学院®20不再用数字了—Pentium（1993）•3.1M，60-200MHz…•+MMX=PentiumMMX微机接口©北京工业大学计算机学院®21服务器专用—PentiumPro（1995）•5.5M，133-200MHz•On-ChipL2Cache微机接口©北京工业大学计算机学院®22Pro+MMX=PentiumII（1997）•7.5M，S.E.C封装PentiumIIXeon微机接口©北京工业大学计算机学院®23PentiumIII/Celeron/Xeon(1999)•PentiumIIIXeonCeleron400M-1.4GHzSSE微机接口©北京工业大学计算机学院®24频率的终结—Pentium4(2000)•42M，1.5-3.8GHz微机接口©北京工业大学计算机学院®2564位—Itanuim（2001）微机接口©北京工业大学计算机学院®26多核时代Core2Duo•PentiumDAMDPhenom（羿龙）Corei7微机接口©北京工业大学计算机学院®271.3微型计算机系统1.3.1微型计算机包括有微处理器、存储器、输入/输出接口电路和系统总线组成。微处理器CPU由算术逻辑部件ALU和累加器；寄存器组、指令指针寄存器、段寄存器；时序和控制逻辑部件；内部总线等组成。CPU存储器I/O接口I/O设备控制总线地址总线数据总线微机接口©北京工业大学计算机学院®28系统软件I/O接口寄存器组1.3微型计算机系统1.3.2微型计算机系统以微型计算机为主体，配上相应的外部I/O设备以及系统软件而构成的系统。运算器控制器RAMROMI/O接口I/O设备I/O设备系统总线微处理器微型计算机微型计算机系统微机接口©北京工业大学计算机学院®29微处理器、微计算机、微机系统微机接口©北京工业大学计算机学院®301.3微型计算机系统1.3.3存储器存储器用来存储程序和数据可分为内存和外存1、内部存储器主要是半导体存储器：RAM和ROM2、外部存储器：硬盘、光盘等3、存储器的组织4、存储器的性能指标存储容量:KB,MB,GB,TB。存储器的最大容量和处理器的地址线宽度有关。存取速度：用访问时间来衡量的。微机接口©北京工业大学计算机学院®31半导体存储器读/写存储器(RAM)只读存储器(ROM)动态(RAM)静态(RAM)ROM:内容固定,适合大批量生产PROM:自己写内容,不可擦掉EPROM:自己写内容,可以改写E2PROM:用电改写,在板上工作状态,可以写入或擦抹掉电后,内容破坏,易失性存储器微机接口©北京工业大学计算机学院®321.3微型计算机系统1.3.4I/O接口•输入/输出接口电路用于CPU（或存储器）与外设之间进行信息交换。•I/O接口电路实现不同的外设和CPU之间的工作速度、信号电平、数据格式的匹配及时序控制和中断控制等•微机接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行高效可靠的信息交换的一门技术。微机接口©北京工业大学计算机学院®331.3.4总线（BUS）在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线。微型计算机的结构是典型总线结构，即通过总线将各个部件连接起来。微处理器CPU时钟电路ROMRAMI/O接口输出设备输入设备数据总线DB控制总线CB地址总线AB微机接口©北京工业大学计算机学院®341总线标准的特性•物理特性：指总线物理连接的方式，包括总线的根数、总线的插头、插座的形状、引脚如何排列等•功能特性：一组总线中每一根线的功能•电器特性：信号传递方向和有效电平范围•时间特性：每根线上的信号在什么时间有效微机接口©北京工业大学计算机学院®352总线的分类从总线的不同使用层次(或按照总线布局范围)分：内部总线、局部总线、系统总线、外部总线。微机接口©北京工业大学计算机学院®363总线结构•单总线结构•双总线结构微机接口©北京工业大学计算机学院®37二、总线的系统结构•单总线结构CPUMMI/OI/OI/O所有部件均挂在一条总线上微机接口©北京工业大学计算机学院®38面向CPU的双总线结构面向主存的双总线结构双总线结构微机接口©北京工业大学计算机学院®39面向CPU的双总线结构•存储器与I/O接口间无直接通道CPUMI/OI/OI/O微机接口©北京工业大学计算机学院®40面向存储器的双总线结构•在单总线结构基础上增加一条CPU到存储器的高速总线CPUMI/OI/OI/O微机接口©北京工业大学计算机学院®411.4、单片机微型计算机做在一个芯片上，一个芯片集成CPU、ROM、RAM及一些I/O接口电路如：Intel8051，8096。1.5、单板机微型计算机做在一个在一块印刷电路板上，集成了微处理器、存储器、I/O接口芯片以及少量的输入输出设备（如小键盘、LED显示器）。微机接口©北京工业大学计算机学院®421.6微型计算机的性能描述1.主频：CPU的时钟频率2.微处理器的字长(位数）和指令执行时间•字长：CPU能同时处理的二进制的位数，也称数据宽度。16位，32位，64位等•MIPS：P100150，PenPro200440iCOMP（intelCOmparableMicroprocessorPerformance）指数评测方案Pentium100815，Pentium20018103.运算速度：微机每秒所能执行的指令条数，单位MIPS微机接口©北京工业大学计算机学院®434.存取周期，指主存储器完成一次读写所需的时间–内存储器容量和速度•内存储器的最大容量和处理器的地址线宽度有关，综合性能价格•DRAM，访问时间远低于处理器速度–系统总线传输速率•总线每秒钟能够传送的最大字节数•8MHz、16位ISA5.3MB/S；66MHz、64位的PCI峰值传送速率528MB/S5.硬盘容量容量越大，可使系统中存放的信息越多，使用越方便。1.6微型计算机的性能描述