微機(jī)原理大連理工李卓涵第1章

1、計(jì)算機(jī)原理講義教員信息l姓 名：李卓函l單 位：電信學(xué)部 控制科學(xué)與工程學(xué)院l辦公室：創(chuàng)新院大廈A714lEmail： l課程資源：課件：FTP:/54論壇：碧海青天BBS電腦空間微機(jī)原理及應(yīng)用計(jì)算機(jī)原理講義期末成績(jī)計(jì)算期末總成績(jī) = 期末考試卷面成績(jī) 70% + 期中考試卷面成績(jī) 20% + 平時(shí)成績(jī)（10%）期中考試時(shí)間：第10周期末考試時(shí)間：期末考試周三次無(wú)故缺席者將取消考試資格！三次無(wú)故缺席者將取消考試資格！計(jì)算機(jī)原理講義參考教材l課程名稱：計(jì)算機(jī)原理l參考教材：微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用（第4版），戴梅萼、史嘉權(quán)，清華大學(xué)出版社IBM-PC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)沈美明、溫

2、冬禪，清華大學(xué)出版社16/32位微機(jī)原理、匯編語(yǔ)言及接口技術(shù)錢曉杰，機(jī)械工業(yè)出版社l本課主要圍繞PC機(jī)，分析微機(jī)的原理以及設(shè)計(jì)方法l如何學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理這門課？計(jì)算機(jī)原理講義目錄l第一章 微型計(jì)算機(jī)概述l第二章 16位微處理器8086l第三章 指令系統(tǒng)l第四章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)l第五章 存儲(chǔ)器l第六章 輸入/輸出接口設(shè)計(jì)l第七章 中斷系統(tǒng)l第八章 可編程接口芯片l第九章 AD/DA 轉(zhuǎn)換l第十章 串行通信計(jì)算機(jī)原理講義概述第一章 微型計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)原理講義微機(jī)基本組成微型計(jì)算機(jī)（Micro-Computer)CPU中央處理單元M(Memory)存儲(chǔ)器I/O口I/O設(shè)備DBCBAB主機(jī)外設(shè)CPU

3、 (中央處理單元)ALU (算術(shù)邏輯單元)控制器Memory(存儲(chǔ)器)RAM (讀寫存儲(chǔ)器)ROM (只讀存儲(chǔ)器)I/O接口主機(jī)與外設(shè)的匹配連接BUS (總線)AB (地址總線)DB (數(shù)據(jù)總線)CB (控制總線)CPU - Central Processing UnitALU - Arithmetic Logic Unit計(jì)算機(jī)原理講義總線v總線定義：計(jì)算機(jī)用來(lái)傳輸信息的一組通信線。按傳輸內(nèi)容分類： 地址總線 (AB-Address Bus)用于傳遞地址信息，單向，成組使用用于傳遞地址信息，單向，成組使用地址總線的寬度決定了地址總線的寬度決定了CPUCPU直接尋址內(nèi)存的范圍直接尋址內(nèi)存的范圍

4、如：如：80868086有有2020根地址線，即地址總線寬度為根地址線，即地址總線寬度為2020位，位， 可尋址可尋址220B = 1MB220B = 1MB 數(shù)據(jù)總線（DB-Data Bus)用于傳遞數(shù)據(jù)信息，雙向，成組使用用于傳遞數(shù)據(jù)信息，雙向，成組使用計(jì)算機(jī)的位一般是指數(shù)據(jù)總線的寬度計(jì)算機(jī)的位一般是指數(shù)據(jù)總線的寬度如：如：80868086有有1616根數(shù)據(jù)線，因此根數(shù)據(jù)線，因此80868086為為1616位機(jī)位機(jī)計(jì)算機(jī)原理講義總線控制總線 (CB-Control Bus) 用于傳輸控制信號(hào)，以便控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作用于傳輸控制信號(hào)，以便控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作 各自獨(dú)立使用，有發(fā)出，

5、也有接收各自獨(dú)立使用，有發(fā)出，也有接收 如：如：CPUCPU向存儲(chǔ)器發(fā)出的讀信號(hào)、寫信號(hào)向存儲(chǔ)器發(fā)出的讀信號(hào)、寫信號(hào)v地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線 地址總線與數(shù)據(jù)總線共用一組通信線，分時(shí)傳送地址地址總線與數(shù)據(jù)總線共用一組通信線，分時(shí)傳送地址信息和數(shù)據(jù)信息（由同步信號(hào)區(qū)分），節(jié)省信息和數(shù)據(jù)信息（由同步信號(hào)區(qū)分），節(jié)省CPUCPU引腳引腳計(jì)算機(jī)原理講義微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MCS - Micro-Computer System） 以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件就構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件就構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和一系列系統(tǒng)應(yīng)用程序系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和一系

6、列系統(tǒng)應(yīng)用程序如編輯程序、編譯程序、調(diào)試程序等如編輯程序、編譯程序、調(diào)試程序等有了系統(tǒng)軟件才能發(fā)揮微機(jī)的硬件功能有了系統(tǒng)軟件才能發(fā)揮微機(jī)的硬件功能外設(shè)外設(shè)輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、投影儀輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、投影儀計(jì)算機(jī)原理講義計(jì)算機(jī)主機(jī)圖片計(jì)算機(jī)原理講義計(jì)算機(jī)主板圖片計(jì)算機(jī)原理講義IBM PC/XT系統(tǒng)板框圖CPU80888284A時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器擴(kuò)展插槽擴(kuò)展插槽62芯總線芯總線地址地址鎖存器鎖存器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)收發(fā)器收發(fā)器8288總線控制器總線控制器8087協(xié)處理器協(xié)處理器8259中斷控制器中斷控制器8253計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器/定時(shí)器定時(shí)

7、器8255并行接口并行接口RAMROM鍵盤接口鍵盤接口揚(yáng)聲器接口揚(yáng)聲器接口8237DMA控制器控制器地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線鍵盤鍵盤IBM PC/XT：基于8088 CPU，準(zhǔn)16位機(jī)，16位CPU內(nèi)部DB，8位外部DB，10MB硬盤IBM PC/AT：基于80286 CPU，配置16位ISA總線計(jì)算機(jī)原理講義微處理器、單板機(jī)和單片機(jī)概念v 微處理器 專指中央處理器專指中央處理器( (CPUCPU) )，是將，是將計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器(ALU)(ALU)和和控控制器集成在一個(gè)芯片上。制器集成在一個(gè)芯片上。 如：如：80868086，8038680386，Pent

8、iumPentium，PIIPII等等v 單板機(jī) 將將CPUCPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/OI/O口以及口以及簡(jiǎn)單的外設(shè)簡(jiǎn)單的外設(shè)集成集成在一塊板上在一塊板上，是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如：是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如：TP801ATP801A等。等。v 單片機(jī) 將將CPUCPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/OI/O口集成在一個(gè)芯片上。如：口集成在一個(gè)芯片上。如：Intel Intel MCS-48MCS-48，MCS-51MCS-51，MCS-96MCS-96等等計(jì)算機(jī)原理講義微型計(jì)算機(jī)發(fā)展年代型號(hào)位數(shù)集成度（萬(wàn)）特點(diǎn)1971 404040.21974 808080.51978 8086162.91982

9、 8028616101985 803863227.51988 80486321001個(gè)定點(diǎn)處理器，1個(gè)浮點(diǎn)處理器1989 80860321001993 Pentium323102個(gè)定點(diǎn)處理器，1個(gè)浮點(diǎn)處理器CPU片內(nèi)32位DB，片外64位DB1995 P. Pro645504個(gè)定點(diǎn)處理器，2個(gè)浮點(diǎn)處理器1997 Pentium II64750片內(nèi)集成2級(jí)Cache1999 Pentium III6428102000 Pentium 644200計(jì)算機(jī)原理講義微型計(jì)算機(jī)發(fā)展CPUCPU位數(shù)不斷增加，集成度不斷提高，頻率不斷提高位數(shù)不斷增加，集成度不斷提高，頻率不斷提高v計(jì)算機(jī)的位計(jì)算機(jī)的位CPU

10、CPU片內(nèi)數(shù)據(jù)總線的寬度決定了計(jì)算機(jī)的位數(shù)片內(nèi)數(shù)據(jù)總線的寬度決定了計(jì)算機(jī)的位數(shù) 如：如：8 8位，位，1616位，位，3232位，位，6464位，位，128128位位準(zhǔn)準(zhǔn)1616位機(jī)位機(jī)：CPUCPU片內(nèi)數(shù)據(jù)線寬度為片內(nèi)數(shù)據(jù)線寬度為1616位，片外數(shù)據(jù)線寬度為位，片外數(shù)據(jù)線寬度為8 8位位 如：如：80888088，80988098由單處理器向多處理器發(fā)展由單處理器向多處理器發(fā)展指令系統(tǒng)由復(fù)雜指令集向精簡(jiǎn)指令集發(fā)展指令系統(tǒng)由復(fù)雜指令集向精簡(jiǎn)指令集發(fā)展復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC Complex Instruction Set Computer）精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（R

11、ISC Reduced Instruction Set Computer） Intel在在Pentium之前的之前的CPU均屬于均屬于CISC體系，從體系，從Pentium開開始將始將CISC和和RISC相結(jié)合，相結(jié)合，Pentium大多數(shù)指令是精簡(jiǎn)指令，但仍大多數(shù)指令是精簡(jiǎn)指令，但仍保留了一部分復(fù)雜指令保留了一部分復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)原理講義計(jì)算機(jī)中的信息表示計(jì)算機(jī)中的信息表示計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制存儲(chǔ)，但書寫時(shí)常用計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制存儲(chǔ)，但書寫時(shí)常用16進(jìn)制進(jìn)制計(jì)算機(jī)內(nèi)所有代碼以二進(jìn)制表示，機(jī)器碼又稱二進(jìn)制碼計(jì)算機(jī)內(nèi)所有代碼以二進(jìn)制表示，機(jī)器碼又稱二進(jìn)制碼1 1位位1616進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)半個(gè)字節(jié)（進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)

12、半個(gè)字節(jié)（4 4位二進(jìn)制碼）位二進(jìn)制碼） 例例 10001000 01010101 B B 二進(jìn)制二進(jìn)制 8 5 H 168 5 H 16進(jìn)制進(jìn)制注：書寫注：書寫1616進(jìn)制數(shù)時(shí)，若最高位是字母，則前面加進(jìn)制數(shù)時(shí)，若最高位是字母，則前面加0 0，表示是數(shù)據(jù)，表示是數(shù)據(jù)如如0FEH0FEH一些進(jìn)制的簡(jiǎn)化符號(hào)一些進(jìn)制的簡(jiǎn)化符號(hào): : 2 2進(jìn)制進(jìn)制 - B(Binary)- B(Binary)、 1616進(jìn)制進(jìn)制 H(Hex)H(Hex) 8 8進(jìn)制進(jìn)制 - O(Octal)- O(Octal)、 1010進(jìn)制進(jìn)制 - D(Decimal)- D(Decimal)計(jì)算機(jī)原理講義無(wú)符號(hào)數(shù)表示無(wú)符號(hào)數(shù)

13、表示無(wú)符號(hào)數(shù)表示二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù) 碼值與數(shù)值相等碼值與數(shù)值相等 一個(gè)一個(gè)n n位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍是位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍是0 0(2n - 1)(2n - 1) 例：例：8 8位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍是位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍是0 0255255 16 16位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍是位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍是0 06553565535BCDBCD碼碼(Binary Coded Decimal)(Binary Coded Decimal) 用半個(gè)字節(jié)表示用半個(gè)字節(jié)表示1 1位十進(jìn)制數(shù)位十進(jìn)制數(shù)壓縮壓縮BCDBCD碼碼: : 用用1 1個(gè)字節(jié)表示個(gè)字節(jié)表示2 2位位

14、BCDBCD碼，又稱碼，又稱8421BCD8421BCD碼碼非壓縮非壓縮BCDBCD碼：用碼：用1 1個(gè)字節(jié)的低四位表示個(gè)字節(jié)的低四位表示1 1位位BCDBCD碼，高四位忽略碼，高四位忽略 例例 0011 1001 b 0011 1001 b 在壓縮格式下表示：在壓縮格式下表示：3939 在非壓縮格式下表示：在非壓縮格式下表示：9 9計(jì)算機(jī)原理講義有符號(hào)數(shù)表示有符號(hào)數(shù)表示有符號(hào)數(shù)表示原碼原碼 將最高位作為符號(hào)位，正數(shù)的符號(hào)位為將最高位作為符號(hào)位，正數(shù)的符號(hào)位為0 0，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1 1，余下，余下的其他位為數(shù)值位的其他位為數(shù)值位反碼反碼正數(shù)的反碼與原碼相同；正數(shù)的反碼與原碼相

15、同；負(fù)數(shù)的反碼由該負(fù)數(shù)的原碼按位取反負(fù)數(shù)的反碼由該負(fù)數(shù)的原碼按位取反( (符號(hào)位除外符號(hào)位除外) )得到得到 補(bǔ)碼補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同。正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼由該負(fù)數(shù)的原碼按位取反負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼由該負(fù)數(shù)的原碼按位取反( (符號(hào)位除外符號(hào)位除外) )加加1 1得到得到計(jì)算機(jī)內(nèi)有符號(hào)數(shù)默認(rèn)用補(bǔ)碼表示計(jì)算機(jī)內(nèi)有符號(hào)數(shù)默認(rèn)用補(bǔ)碼表示計(jì)算機(jī)原理講義有符號(hào)數(shù)范圍v一個(gè)字節(jié)有符號(hào)數(shù)范圍一個(gè)字節(jié)有符號(hào)數(shù)范圍原碼表示：原碼表示： -127-127+127 +127 有有+0+0，-0-0 1111 1111b 1111 1111b 1000 0000b - 0000 0000b 1000 0000b

16、- 0000 0000b 0111 1111 0111 1111 -127 -0 +0 +127 -127 -0 +0 +127反碼表示：反碼表示：-127-127+127 +127 有有+0+0，-0-0 1000 0000b 1000 0000b 1111 1111b 1111 1111b 0000 0000b 0000 0000b 0111 1111b 0111 1111b -127 -0 +0 +127 -127 -0 +0 +127補(bǔ)碼表示：補(bǔ)碼表示：-128-128+127 +127 只有一個(gè)只有一個(gè)0 0 1000 0000b 1000 0000b 1111 1111b - 00

17、00 0000b 1111 1111b - 0000 0000b 0111 1111b 0111 1111b -128 -1 0 127 -128 -1 0 127一個(gè)字的補(bǔ)碼表示范圍一個(gè)字的補(bǔ)碼表示范圍: : -32768 +32767 (只只 有一個(gè)有一個(gè)0)1000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111-32768-10000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 11110+32767計(jì)算機(jī)原理講義v 舉例說(shuō)明舉例說(shuō)明 計(jì)算機(jī)內(nèi)一個(gè)字節(jié)為計(jì)算機(jī)內(nèi)一個(gè)字節(jié)為 8181H H 1000 0001b1000 0001b二進(jìn)制二進(jìn)制 129

18、 129 （二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)）（二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)）BCDBCD碼碼 81 81 （壓縮格式（壓縮格式BCDBCD碼）碼）原碼原碼 -1-1反碼反碼 -126-126（1111 1110b 1111 1110b 1000 0001b 1000 0001b）補(bǔ)碼補(bǔ)碼 -127-127（1111 1111b 1111 1111b 1000 0000b 1000 0000b1000 0001b1000 0001b） 一個(gè)代碼，賦予不同類型，其數(shù)值不一樣。而類型要由一個(gè)代碼，賦予不同類型，其數(shù)值不一樣。而類型要由人編程指定人編程指定數(shù)碼表示舉例取反取反取反取反加加1 1原碼原碼反碼反碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)原理講義

19、溢出判斷 數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)，結(jié)果超出運(yùn)算數(shù)所表示范圍則會(huì)產(chǎn)生數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)，結(jié)果超出運(yùn)算數(shù)所表示范圍則會(huì)產(chǎn)生“溢出溢出”無(wú)符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)：通過(guò)進(jìn)位或借位標(biāo)志：通過(guò)進(jìn)位或借位標(biāo)志C標(biāo)記標(biāo)記“溢出溢出”，避免產(chǎn)，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果生錯(cuò)誤結(jié)果有符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù)：用標(biāo)志：用標(biāo)志O標(biāo)記標(biāo)記“溢出溢出”，表示運(yùn)算結(jié)果錯(cuò)誤，表示運(yùn)算結(jié)果錯(cuò)誤字節(jié)運(yùn)算，結(jié)果超出字節(jié)運(yùn)算，結(jié)果超出-128-128127127，則為溢出，則為溢出字運(yùn)算，結(jié)果超出字運(yùn)算，結(jié)果超出-32768-327683276732767，則為溢出，則為溢出v雙高位判別法雙高位判別法 最高位（符號(hào)位）是否有進(jìn)位最高位（符號(hào)位）是否有進(jìn)位CsCs異或次高位（數(shù)值異

20、或次高位（數(shù)值的最高位）是否有進(jìn)位的最高位）是否有進(jìn)位CpCp。溢出。溢出=Cs Cp=Cs Cp例例1 1：31-17=31-17=？ 0001 1111 b (310001 1111 b (31補(bǔ)碼補(bǔ)碼) ) + 1110 1111 b (-17 + 1110 1111 b (-17補(bǔ)碼補(bǔ)碼) ) 1 0000 1110 b =+14 ( 1 0000 1110 b =+14 (無(wú)溢出）無(wú)溢出）。例例2 2：127+127=127+127=？ 0111 1111 b (1270111 1111 b (127補(bǔ)碼補(bǔ)碼) ) + 0111 1111 b (127 + 0111 1111 b (

21、127補(bǔ)碼補(bǔ)碼) ) 1111 1110 b = -2 ( 1111 1110 b = -2 (溢出溢出) )。小數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示，請(qǐng)查看相關(guān)書籍小數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示，請(qǐng)查看相關(guān)書籍計(jì)算機(jī)原理講義字符代碼ASCII碼字符代碼字符代碼ASCII碼碼 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼用用7 7位二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示128128個(gè)字符個(gè)字符 包含包含2626個(gè)英文大、小寫字母，數(shù)字個(gè)英文大、小寫字母，數(shù)字0 09 9，符號(hào)和命令符等，符號(hào)和命令符等ASCIIASCII碼在計(jì)算機(jī)內(nèi)用一個(gè)字節(jié)表示，最高位一般為碼在計(jì)算機(jī)內(nèi)用一個(gè)字節(jié)表示，最高位一般為0 0，計(jì)計(jì)算機(jī)與外設(shè)交換信息一般都用算機(jī)

22、與外設(shè)交換信息一般都用ASCIIASCII碼碼 如：字符顯示器，字符打印機(jī)等如：字符顯示器，字符打印機(jī)等 注：注：需牢記字符需牢記字符 0 09 9, ,A AF F，a af f的的ASCIIASCII碼分別為碼分別為30H30H39H, 41H39H, 41H46H46H， 61H61H66H66H漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼 GB2312GB2312定義了定義了67636763個(gè)漢字，其中一級(jí)字庫(kù)個(gè)漢字，其中一級(jí)字庫(kù)37553755字，二級(jí)字庫(kù)字，二級(jí)字庫(kù)30083008字字計(jì)算機(jī)原理講義硬件基礎(chǔ)知識(shí)v硬件基礎(chǔ)知識(shí)補(bǔ)充 計(jì)算機(jī)硬件主要由邏輯門、觸發(fā)器（計(jì)算機(jī)硬件主要由邏輯門、觸發(fā)器（D D觸發(fā)器）和

23、三態(tài)觸發(fā)器）和三態(tài)門構(gòu)成，使用器件為門構(gòu)成，使用器件為CMOSCMOS、TTLTTL和和NMOSNMOS。 TTLTTL和和CMOSCMOS電平范圍如下表所示：電平范圍如下表所示：?jiǎn)挝粏挝?V)GNDVoLViLVtViHVoHVCC5V TTL022.453.3V CMOS022.43.35V CMOS03.54.445計(jì)算機(jī)原理講義硬件基礎(chǔ)知識(shí)要了解邏輯電平的內(nèi)容，首先要知道以下幾個(gè)概念的含義：要了解邏輯電平的內(nèi)容，首先要知道以下幾個(gè)概念的含義： 1 輸入高電平（輸入高電平（ViH）： 保證邏輯門輸入為高電平時(shí)所允許的最小輸入保證邏輯門

24、輸入為高電平時(shí)所允許的最小輸入電壓，當(dāng)輸入電平高于電壓，當(dāng)輸入電平高于ViH時(shí)，則認(rèn)為輸入電平為高電平。時(shí)，則認(rèn)為輸入電平為高電平。 2 輸入低電平（輸入低電平（ViL）：保證邏輯門的輸入為低電平時(shí)所允許的最大輸：保證邏輯門的輸入為低電平時(shí)所允許的最大輸入電壓，當(dāng)輸入電平低于入電壓，當(dāng)輸入電平低于ViL時(shí)，則認(rèn)為輸入電平為低電平。時(shí)，則認(rèn)為輸入電平為低電平。 3 輸出高電平（輸出高電平（VoH）：保證邏輯門的輸出為高電平時(shí)的最小輸出電壓，：保證邏輯門的輸出為高電平時(shí)的最小輸出電壓，邏輯門的輸出為高電平時(shí)的電平值都必須大于此邏輯門的輸出為高電平時(shí)的電平值都必須大于此VoH。 4 輸出低電平（輸出

25、低電平（VoL）：保證邏輯門的輸出為低電平時(shí)的最大輸出電壓，：保證邏輯門的輸出為低電平時(shí)的最大輸出電壓，邏輯門的輸出為低電平時(shí)的電平值都必須小于此邏輯門的輸出為低電平時(shí)的電平值都必須小于此VoL。 5 閥值電平閥值電平(Vt)： 數(shù)字電路芯片都存在一個(gè)閾值電平，就是電路剛剛數(shù)字電路芯片都存在一個(gè)閾值電平，就是電路剛剛勉強(qiáng)能翻轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)的電平。它是一個(gè)界于勉強(qiáng)能翻轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)的電平。它是一個(gè)界于ViL、ViH之間的電壓值，對(duì)于之間的電壓值，對(duì)于CMOS電路的閾值電平，基本上是二分之一的電源電壓值，但要保證穩(wěn)電路的閾值電平，基本上是二分之一的電源電壓值，但要保證穩(wěn)定的輸出，則必須要求輸入高電平定的輸出，

26、則必須要求輸入高電平 ViH，輸入低電平，輸入低電平ViH，而如果輸，而如果輸入電平在閾值上下，也就是入電平在閾值上下，也就是ViLViH這個(gè)區(qū)域，電路的輸出會(huì)處于不穩(wěn)這個(gè)區(qū)域，電路的輸出會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)定狀態(tài) 計(jì)算機(jī)原理講義邏輯門一. 邏輯門與邏輯與門輸入同時(shí)有效時(shí)，輸出有效與門輸入同時(shí)有效時(shí)，輸出有效小圓圈為狀態(tài)符號(hào)，代表低電平小圓圈為狀態(tài)符號(hào)，代表低電平有效，可加在輸出或輸入端有效，可加在輸出或輸入端或邏輯 或門輸入任一有效，輸出有效或門輸入任一有效，輸出有效輸出門 L1L2CSL1L2CS或門可實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯的或門可實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯的與與操操作作計(jì)算機(jī)原理講義二. 三態(tài)緩沖器1. 三態(tài)門OEOE

27、為低電平，為低電平，F(xiàn)=A F=A OEOE為高電平，為高電平，F(xiàn) F浮空浮空 可以由與可以由與F F相連的其他輸出器件輸出相連的其他輸出器件輸出三態(tài)緩沖器AFOE74LS125計(jì)算機(jī)原理講義74LS12574LS125三態(tài)門內(nèi)部電路三態(tài)門內(nèi)部電路計(jì)算機(jī)原理講義1A11A21A31A42A12A22A32A41Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4G1G274LS244單向三態(tài)緩沖器2. 單向三態(tài)緩沖器 74LS244 74LS24474LS244為為TTLTTL的單向三態(tài)緩的單向三態(tài)緩沖器，有兩個(gè)三態(tài)控制使能引沖器，有兩個(gè)三態(tài)控制使能引腳腳G1G1和和G2G2分別控制分別控制4 4個(gè)

28、三態(tài)門個(gè)三態(tài)門當(dāng)當(dāng)G1G1為低電平，為低電平，1 1A A輸出到輸出到1Y1Y當(dāng)當(dāng)G2G2為低電平，為低電平，2 2A A輸出到輸出到2 2Y Y當(dāng)當(dāng)G1G1、G2G2為高電平時(shí)，輸出為高電平時(shí)，輸出為三態(tài)為三態(tài)計(jì)算機(jī)原理講義雙向三態(tài)緩沖器3. 雙向三態(tài)緩沖器 74LS245或INTEL 828674LS24574LS245為為TTLTTL雙向三態(tài)緩沖器，有控制引腳雙向三態(tài)緩沖器，有控制引腳DIRDIR和和ENEN當(dāng)當(dāng)ENEN為低電平，三態(tài)門導(dǎo)通為低電平，三態(tài)門導(dǎo)通: :DIRDIR為高電平，由為高電平，由A A傳輸傳輸?shù)降紹 BDIRDIR為低電平，由為低電平，由B B傳輸傳輸?shù)降紸 AEN

29、EN為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，A A、B B均為三態(tài)均為三態(tài)A1A2A3A4A5A6A7A8DIRENB1B2B3B4B5B6B7B874LS245計(jì)算機(jī)原理講義鎖存器三. 鎖存器1. D觸發(fā)器DCQQDCQQDCQQRS1) 電平鎖存電平鎖存2) 上升沿鎖存上升沿鎖存3) 帶異步清帶異步清0的的上升沿鎖存上升沿鎖存74LS74內(nèi)部電路內(nèi)部電路計(jì)算機(jī)原理講義74LS2732. 具有異步清零的TTL上升沿鎖存器74LS273 當(dāng)當(dāng)CLKCLK上升沿到來(lái)時(shí)，將輸入端上升沿到來(lái)時(shí)，將輸入端的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)D0D0D7D7鎖存到輸出端鎖存到輸出端Q0Q0Q7Q7，當(dāng)當(dāng)CLRCLR為低電平時(shí)將鎖存器輸出清為低

30、電平時(shí)將鎖存器輸出清零零D7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0CLKCLR74LS273計(jì)算機(jī)原理講義電平鎖存器3. 具有緩沖輸出的TTL低電平鎖存器74LS373或INTEL8282O OE E為低電平時(shí)為低電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，此時(shí)，輸出三態(tài)門打開，此時(shí)LELE為高電平，為高電平，Q7Q7Q0Q0跟隨跟隨D7D7D0D0LELE為低電平為低電平，數(shù)據(jù)鎖存數(shù)據(jù)鎖存OEOE為高電平為高電平時(shí)時(shí)，輸出，輸出Q7Q7Q0Q0為三態(tài)為三態(tài)D7D6D5D4D3D2D1D0Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0LEOE74LS373計(jì)算機(jī)原理講義74LS373內(nèi)部電路74LS373

31、功能框圖功能框圖74LS374內(nèi)部電路內(nèi)部電路74LS374為具有為具有緩沖輸出的上升緩沖輸出的上升沿鎖存器沿鎖存器計(jì)算機(jī)原理講義計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線連接v計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線連接 為減少計(jì)算機(jī)內(nèi)各部件之間的連線，采用為減少計(jì)算機(jī)內(nèi)各部件之間的連線，采用總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)，使各部件共用一組數(shù)據(jù)線。使各部件共用一組數(shù)據(jù)線。輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)到總線的部件，一定要到總線的部件，一定要使用三態(tài)電路作緩沖使用三態(tài)電路作緩沖需輸出數(shù)據(jù)時(shí)，打開三態(tài)門，占用總線，傳輸信息需輸出數(shù)據(jù)時(shí)，打開三態(tài)門，占用總線，傳輸信息不輸出時(shí)，關(guān)閉三態(tài)門，使輸出處于高阻狀態(tài)，讓出總線，不不輸出時(shí)，關(guān)閉三態(tài)門，使輸出處于高阻狀態(tài)，讓出總線，不影響

32、其它部件使用總線影響其它部件使用總線從總線從總線輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)的部件，常的部件，常采用采用D D觸發(fā)器鎖存觸發(fā)器鎖存總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)常用總線技術(shù)常用總線技術(shù)時(shí)分技術(shù)：時(shí)分技術(shù)：計(jì)算機(jī)內(nèi)各部件之間的信息傳送分時(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)內(nèi)各部件之間的信息傳送分時(shí)進(jìn)行頻分技術(shù)：頻分技術(shù)：CATV CATV 有線電視，分頻復(fù)用有線電視，分頻復(fù)用計(jì)算機(jī)原理講義分時(shí)傳送原理TBTA信息AOEOE緩沖器A緩沖器BCLKCCLKD鎖存器C鎖存器DCLKCLK信息B總線第第1 1時(shí)刻時(shí)刻信息信息A A傳送給鎖存器傳送給鎖存器C C：使：使TATA CLKCCLKC有效，即一個(gè)負(fù)脈沖，有效，即一個(gè)負(fù)脈沖，且且TBTB和和CL

33、KDCLKD應(yīng)應(yīng)保持保持無(wú)效；無(wú)效；第第2 2時(shí)刻時(shí)刻信息信息B B傳送給鎖存器傳送給鎖存器D D：使：使TBTB CLKDCLKD有效，即一個(gè)負(fù)脈沖，有效，即一個(gè)負(fù)脈沖，且且TATA和和CLKCCLKC應(yīng)應(yīng)保持保持無(wú)效；無(wú)效；計(jì)算機(jī)原理講義總線的分類（按位置分） 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含多種類型總線，按所處一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含多種類型總線，按所處位置位置可分為：可分為：1. 內(nèi)部總線內(nèi)部總線位于位于CPU芯片內(nèi)，用于連接片內(nèi)各功能部件的總線芯片內(nèi)，用于連接片內(nèi)各功能部件的總線內(nèi)部總線的對(duì)外引線叫做內(nèi)部總線的對(duì)外引線叫做CPU總線總線2. 局部總線局部總線位于主機(jī)板上，用于連接主機(jī)板上各個(gè)主要部件，并

34、通過(guò)擴(kuò)展槽位于主機(jī)板上，用于連接主機(jī)板上各個(gè)主要部件，并通過(guò)擴(kuò)展槽連接各種適配器（顯卡、網(wǎng)卡、聲卡）連接各種適配器（顯卡、網(wǎng)卡、聲卡）常見的有常見的有ISA、EISA、PCI總線總線ISA Industry Standard ArchitectureEISA Extension Industry Standard ArchitecturePCI Peripheral Component Interconnect3. 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線位于機(jī)箱底板，多個(gè)位于機(jī)箱底板，多個(gè)CPU插件板以此互相連接插件板以此互相連接在在PC機(jī)中，一般不用，常見的有機(jī)中，一般不用，常見的有MULTIBUS、VME等等計(jì)

35、算機(jī)原理講義總線的分類（按位置分）4. 外部總線外部總線 是微機(jī)與外部設(shè)備之間或幾個(gè)微機(jī)系統(tǒng)之間的通信總線，如：是微機(jī)與外部設(shè)備之間或幾個(gè)微機(jī)系統(tǒng)之間的通信總線，如：IDE (Integrated Drive Electronic)總線，專用于連接硬盤總線，專用于連接硬盤SCSI (Small Computer System Interface)，專用于連接硬盤，專用于連接硬盤Centronics總線，用于與并行打印機(jī)連接總線，用于與并行打印機(jī)連接USB (Universal Serial Bus)總線，用于連接總線，用于連接USB設(shè)備設(shè)備計(jì)算機(jī)原理講義總線性能指標(biāo)v總線性能主要從三方面來(lái)衡量

36、1. 總線寬度：總線寬度：指總線一次可以同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)指總線一次可以同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)如：如：ISA為為16位總線，一次可傳輸位總線，一次可傳輸16位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù) EISA、PCI為為32位總線位總線2. 總線頻率：總線頻率：指總線每秒能傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)指總線每秒能傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)如：如：ISA、EISA的頻率為的頻率為8MHz PCI的頻率為的頻率為33MHz，PCI-2的頻率為的頻率為66MHz3. 傳輸率：傳輸率：指每秒鐘能夠傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，用指每秒鐘能夠傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，用MB/s表示表示傳輸率傳輸率 = 寬度寬度/8 頻率頻率例：例：PCI總線寬度為總線寬度為32位，頻率為位，頻率為

37、33MHz，則，則 傳輸率傳輸率 = 32b / 8 33 = 132MB/s 即即PCI總線每秒能夠傳輸總線每秒能夠傳輸132M字節(jié)字節(jié)計(jì)算機(jī)原理講義微機(jī)的層次化總線CPU協(xié)處理器協(xié)處理器二級(jí)二級(jí)CachePCI總線控制器總線控制器（PCI橋）橋）主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器高速圖形卡高速圖形卡顯示器顯示器PCI轉(zhuǎn)換橋轉(zhuǎn)換橋PCI-ISA/EISAPCI總線控制器總線控制器PCI卡卡PCI卡卡PCI卡卡PCI卡卡ISA卡卡ISA卡卡EISA卡卡CPU總線總線PCI總線總線AGPPCI總線總線ISA/EISA總線總線CPUCPU總線：總線：CPUCPU芯片內(nèi)部總線芯片內(nèi)部總線的對(duì)外引線，連接與的對(duì)外引線，

38、連接與CPUCPU最密最密切、速度最快的部件，如二切、速度最快的部件，如二級(jí)級(jí)CacheCache計(jì)算機(jī)原理講義微機(jī)的層次化總線說(shuō)明1. CPU1. CPU總線總線CPUCPU芯片內(nèi)部總線的對(duì)外引線芯片內(nèi)部總線的對(duì)外引線連接與連接與CPUCPU最密切、速度最快的部件，如二級(jí)最密切、速度最快的部件，如二級(jí)CacheCache2. PCI2. PCI總線控制器總線控制器像橋梁一樣，一邊連接像橋梁一樣，一邊連接CPUCPU總線，一邊連接總線，一邊連接CPUCPU訪問(wèn)相對(duì)頻繁、速度相對(duì)訪問(wèn)相對(duì)頻繁、速度相對(duì)較快的部件，又稱較快的部件，又稱“PCIPCI橋橋” 如：通過(guò)如：通過(guò)PCIPCI總線連接主存儲(chǔ)器，通過(guò)總線連接主存儲(chǔ)器，通過(guò)AGPAGP總線連接高速圖形卡總線連接高速圖形卡可級(jí)聯(lián)下一級(jí)可級(jí)聯(lián)下一級(jí)PCIPCI總線控制器，形成多級(jí)總線控制器，形成多級(jí)PCIPCI總線，容納更多總線，容納更多PCIPCI卡卡3. PCI3. PCI轉(zhuǎn)換橋轉(zhuǎn)換橋 完成完成PCIPCI總線與總線與ISAISA或或EISAEISA總線的連接轉(zhuǎn)換總線的連接轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)原理講義微機(jī)的層次化總線說(shuō)明4. ISA4. ISA總線：總線：總線寬度總線寬度1616位，總線頻率位，總線頻率8MHz8M