第二章微處理器

第二章微處理器教學(xué)目標(biāo)：1.了解微處理器的發(fā)展過程2.掌握微處理器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.掌握8x88微處理器的引腳功能及工作模式4.掌握8088處理器的存貯器組織5.掌握8088處理器工作時序6.掌握系統(tǒng)總線的基本知識教學(xué)重點：1.微處理器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.8088微處理器的引腳功能及工作模式3.8088處理器的存貯器組織4.8088微處理器的工作時序5.系統(tǒng)總線的有關(guān)知識1教學(xué)難點：

1.微處理器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.8088處理器的存貯器組織

3.8088微處理器的工作模式及工作時序

第一節(jié)微處理器概述一、微處理器的發(fā)展微處理器（Microprocesser）是微機的的運算和控制的部件，也稱中央處理單元（CPU）。它是微機的心臟，它的性能直接影響整機的性能。它是由算術(shù)邏輯部件、控制部件、寄存器組和片內(nèi)總線組成。處理器的換代非?？?，到現(xiàn)在可以說已經(jīng)發(fā)展了五代。2

二、微處理器的性能指標(biāo)

1.字長

2.主頻

3.內(nèi)存總線速度與擴展總線

4.工作電壓

5.地址總線寬度

6.數(shù)據(jù)總線寬度

7.協(xié)處理器

8.流水線技術(shù)、超標(biāo)量

9.高速緩存

10.動態(tài)處理

11.制造工藝3

第一代微處理器是1971年的Intel公司推出4040和8008。采用PMOS工藝，4位或8位處理器，只進(jìn)行串行的十進(jìn)制運算。第二代微處理器是1974年推出的8080、M6800及在Z80等。采用NMOS工藝，8位處理器，最多可尋址64K個存儲單元第三代微處理器是Intel公司8086/8088、Z8000等，是16位的處理器采NMOS工藝，速度快了2~5倍于8位機，趕上或超過了70年代的小型機的水平。高端到了286機。第四代微處理器是80386M68020等32位處理器，時鐘頻率達(dá)到了40MHZ。高端到了80486。第五代微處理器是1993年推出的8058（Pentium）等更高性能的32位處理器。有Pentium1~4、PentiumproPentiumMMX等。4

二、微處理器的功能

完成具體的算術(shù)運算和執(zhí)行指令,使機器進(jìn)行有序的工作。處理器具有取指令、分析指令和執(zhí)行指令的能力。三、微處理器的結(jié)構(gòu)

微處理器是由運算器、控制器和大量的內(nèi)部寄存器與內(nèi)部總線組成的。不同的微處理器的宏觀結(jié)構(gòu)是大致一樣的，但在微觀組成上是不盡相同的。隨著微處理器的更新?lián)Q代，各代的處理器結(jié)構(gòu)都有一定的變化，功能和性能在不斷的增強。各個微處理器都有各自的結(jié)構(gòu)特點。5到目前為止，可以說微處理器的產(chǎn)品已有很多種。我們在講解微機原理時，便于大家理解和學(xué)習(xí)，同時和我們所選用的參考教材統(tǒng)一。我們就以8088微處理器為主來講解微處理器的結(jié)構(gòu)。8088是準(zhǔn)16位處理器，它的外部數(shù)據(jù)線只有8條，它與8086的非常相似，而8086是16位的微處理器，它的外部數(shù)據(jù)線有16條。它們的結(jié)構(gòu)幾乎一樣，為其中一個CPU寫的軟件可以不需要修改地在另一個CPU上執(zhí)行。

8088是8080和8085的改進(jìn)型，它的指令是以字節(jié)為基礎(chǔ)構(gòu)成的，它的性能提高，主要依賴于采取了以下一些措施?！?字節(jié)的指令預(yù)取隊列在8088微處理器中，設(shè)置了一個4字節(jié)的指令預(yù)取隊列，CPU要執(zhí)行的指令是從隊列中取得的，而6取指令的操作是由總線接口單元承擔(dān)的。以此將取指和執(zhí)行指令這兩個操作分別由兩個獨立的功能單元來完成。一旦總線接口單元發(fā)現(xiàn)隊列中有兩個以上的空位置時，就會自動地到存儲器中去取2個指令代碼填充到指令預(yù)取隊列中。這樣取指和執(zhí)行指令可以并行工作?！O(shè)立地址段寄存器

8088微處理器內(nèi)部的地址線只有16位，因此能夠由ALU提供的地址空間最大只能為64K。為了擴大8088的地址寬度，人們將存儲器的空間分成若干段，每段為64K。另外，在微處理器中還設(shè)置了一些段寄存器，用來存放段的起始地址（16位）。8088微處理器實際地址是由段地址和CPU提供的16位偏移地址，按一定規(guī)律相加，形成20位地址輸出，從而使8088微處理器的地址空間擴大到1M字節(jié)。7※在結(jié)構(gòu)上和指令設(shè)置方面支持多微處理器系統(tǒng)在應(yīng)用中開發(fā)了專門用于浮點運算的協(xié)處理8087。將8088和8087結(jié)合起來，就可以組成運算速度很高的處理單元。為此8088在結(jié)構(gòu)上和指令方面都已經(jīng)考慮了能與8087相連接的措施。

另外，8088微處理器在組成系統(tǒng)時，還有其它的功能的處理器協(xié)助完成相應(yīng)的功能。如8237DMA控制器，8259中斷控制器等。同樣為了能用8088微處理器構(gòu)成一個共享總線的多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以提高微型計算機的性能，同樣在微處理器的結(jié)構(gòu)上和指令方面作了統(tǒng)一的考慮?？傊?088微處理器不僅使微處理器的內(nèi)部寄存器擴充至16位，從而使尋址能力和算術(shù)邏輯運算能力有了進(jìn)一步提高，而且由于采取了上述的一些措施，使微處理器的綜合性能比8位微處理器相比，有了明顯的提高。81.Intel/8088微處理器的基本結(jié)構(gòu)

8088CPU是第三代的微處理。8086是16位的處理器，8088是準(zhǔn)16位的處理器。它們都是40引腳的雙列直插是的組件。采用+5V電源和5Mhz的單向時鐘，有20位地址線，最大尋址能力達(dá)1M。從功能上分為兩部分,即總線接口部件BIU(BusInterfaceUnit)和執(zhí)行部件EU(ExecutionUnit)。總線接口部件是由段寄存器、指令指針、地址形成邏輯、總線控制邏輯和指令隊列等組成。其功能是負(fù)責(zé)與存儲器、I/O端口傳送數(shù)據(jù)，即BIU管理在存儲器中存取程序和數(shù)據(jù)的實際處理過程?！膫€段寄存器：CS：16位代碼段寄存器ES：16位附加段寄存器DS：16位數(shù)據(jù)段寄存器SS：16位堆棧段寄存器9※16位指令指針寄存器IP※20位的地址加法器※六字節(jié)的指令隊列微機的總線結(jié)構(gòu)微機中是非常重要的，它的結(jié)構(gòu)要影響到該系統(tǒng)的信息和傳送速率。所以，總線的結(jié)構(gòu)設(shè)計是很重要的。微機中一般有兩種總線：內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線：主要指的是CPU內(nèi)部各寄存器和ALU之間的連接方式。一般有單總線、雙總線和三總線三種結(jié)構(gòu)。外部總線：是指CPU與存儲器及I/O接口之間的連接方式。它通過三態(tài)控制器與內(nèi)部總線相連。I/O的局部總線：外設(shè)與系統(tǒng)總線連接時的不同的結(jié)構(gòu)。常見的有PC、ISA、EISA、VISA、PCI、AGP等。10執(zhí)行部件是由通用寄存器、標(biāo)志位寄存器、運算器和EU控制系統(tǒng)等組成。EU是負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。將指令譯碼并利用內(nèi)部的寄存器和ALU對數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的處理?！膫€通用寄存器：AX\BX\CX\DX※四個專用寄存器：基數(shù)寄存器BP

堆棧寄存器SP

源變址寄存器SI

目的變址寄存器DI※算術(shù)邏輯部件（ALU）※標(biāo)志位寄存器（FR）ODITSZAPC151413121110987654321011

標(biāo)志位的符號表示：

標(biāo)志名標(biāo)志為1標(biāo)志為0OF益出（是/否）OVNVDF方向（減量/增量）DNUPIF中斷（允許/關(guān)閉）EIDISF符號（正/負(fù)）NGPLZF零（是/否）ZRNZAF輔助進(jìn)位（是/否）ACNAPF 奇偶（偶/奇）PEPOCF進(jìn)位（是/否）CYNC堆棧和堆棧指示器SP※堆棧的作用暫時存放程序執(zhí)行中斷時的斷點信息?！褩５牟僮魅霔：统鰲?堆棧指針永遠(yuǎn)指向棧頂,入棧SP-2,出棧SP+2，是自動完成的，并按先進(jìn)后出的原則進(jìn)行操作。12※堆棧的分類硬件堆棧和軟件堆棧兩種硬件堆棧：在CPU內(nèi)部設(shè)置一組寄存器構(gòu)成的堆棧。特點是訪問速度快，但堆棧的容量一般很小。軟件堆棧：是在內(nèi)存中開辟一段存貯區(qū)域作為堆棧，所以，容量大小可以人為的設(shè)置。2.Intel80286微處理器的基本結(jié)構(gòu)是一種高性能的16位處理器,是8086向上兼容的處理器,它有兩種工作方式,即實地址和保護地址方式。有4個功能部件：地址部件AU、指令部件IU、執(zhí)行部件EU和總線部件BU。3.Intel80386微處理器的基本結(jié)構(gòu)是一種高性能的32位處理器與8086、80286兼容。有六大部件組成:總線接口部件、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件、執(zhí)行部件、分段部件和分頁部件。13

4.Intel80486微處理器的基本結(jié)構(gòu)是一種32位的處理器,相同的工作頻率下,速度提高了2~4倍.其內(nèi)部集成有FPU和Cache,極大的提高了速度。有八個部件組成:總線接口部件、指令預(yù)取部件、指令譯碼部件、執(zhí)行部件、控制部件、存儲管理部件、超高速緩存存儲部件和高性能浮點處理部件。5.IntelPentium微處理器的基本結(jié)構(gòu)是Intel公司1993年3月推出的第五代微處理器,簡稱P5或80586,中文譯名為“奔騰”P5的特點:(1)超標(biāo)量流水線(2)重新設(shè)計的浮點部件(3)獨立的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache(4)分支預(yù)測146.PentiumPro微處理器簡稱P6,中文名為“高能奔騰”(1)一個封裝內(nèi)安裝了兩個芯片(2)指令分解為微操作(3)亂序執(zhí)行和測量執(zhí)行(4)超級流水線和超標(biāo)流水線和超標(biāo)量技術(shù)7.PentiumMMX微處理器多能奔騰.(1)引入新的數(shù)據(jù)類型(2)采用飽和運算(3)具有積和運算能力8.Pentium‖微處理器(1)多媒體增強技術(shù)(2)動態(tài)執(zhí)行技術(shù)(3)雙重獨立總線結(jié)構(gòu)處理器的封裝采用了新的技術(shù)---SEG159.Pentiumlll

微處理器采用雙重獨立總線,具有動態(tài)執(zhí)行的功能。增加了70條數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴展(SSE)10.Pentium4微處理器百分之百兼容X86指令集的32位處理器,采用名為“NetBurst”的架構(gòu),其中設(shè)有兩組ALU,每組一CPU的2倍頻率運行,速度大大提高.還怎加了144條新的指令。

P4有兩種:Socket423插座和Socket478即:SocketW(Willamette)SocketN(North-wood)16一、8088微處理器概述

8088采用40條引腳的雙列直插式封裝的芯片。時鐘頻率有5MHZ。。所有引腳按功能可分為四種：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線和其他。部分采用了分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。有20位地址、8位數(shù)據(jù)及許多控制信號和狀態(tài)信號。8086/8088之間的不同，8086是16位的數(shù)據(jù)線，而8088是8位的數(shù)據(jù)線。8088有兩種工作方式：即最大模式和最小模式。在不同工作模式下，處理器的部分引角的功能是不大相同的。第二節(jié)8088微處理器的引腳功能及工作模式

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1.8088微處理器的工作模式

8088有兩種工作模式,即最大模式和最小模式。（1）最小工作模式當(dāng)8088的第33腳MN/MX接到+5V時，就處于最小工作模式。最小模式：就是在系統(tǒng)中只有8088一個處理器。這是所有的總線控制信號都是直接由8088產(chǎn)生，這時系統(tǒng)的總線控制邏輯電路被減到最少。此方式下，8088直接產(chǎn)生全部總線控制信號和命令輸出信號，并提供請求訪問總線的邏輯信HLDA。最小模式的典型配置包括：一片8284A，作為時鐘發(fā)生器，三片8282或74LS373，用來作為地址鎖存器，當(dāng)系統(tǒng)中連的存儲器和外設(shè)較多時，需要增加數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動力，這時要用兩片8286/8287作為總線收發(fā)器。18

（2）最大工作模式當(dāng)8088的第33腳，接地時，便處于最大工作模式。最大模式：系統(tǒng)中包含著兩個或多個處理器，其中一個主處理器是8088，其他的處理器稱為協(xié)處理器，它是協(xié)助主處理器工作的。和8088配合的協(xié)處理器有兩個，一個是數(shù)值運算協(xié)處理器8087，一個是輸入/輸出協(xié)處理器8089。2.8088處理器的引腳功能(1)共用的引腳1.AD0~AD15地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳2.A16/S3~A19/S6地址/狀態(tài)復(fù)用引腳3.BHE/S7高8位數(shù)據(jù)允許/狀態(tài)復(fù)用4.RD讀信號5.READY準(zhǔn)備就緒6.TEST測試輸入信號7.INTR可屏蔽中斷請求信號198.NMI非屏蔽中斷信號9.RESET復(fù)位輸入信號10.clk時鐘輸入信號11.MN/MX最小/最大方式控制信號12.GND,VCC(2)最小方式下引腳信號1.IO/M存貯器/輸入輸出操作選擇信號2.WR寫信號輸出3.INTA中斷響應(yīng)信號4.ALE地址鎖存允許信號5.DT/R數(shù)據(jù)發(fā)送/接收控制信號6.DEN數(shù)據(jù)允許信號7.HOLD總線保持請求信號8.HLDA總線保持響應(yīng)信號20(3)最大方式下的引腳1.S0、S1、S2總線周期狀態(tài)信號輸出2.RQ/GT0、RQ/GT1總線請求信號輸入和總線請求允許信號3.lock總線封鎖信號4.QS1、QS0指令隊列狀態(tài)信號二、其他處理器引腳（一）80386處理器的引腳功能

80386芯片有132條管腳,采用陶瓷網(wǎng)格陣列封裝。信號線共分為8組。1.數(shù)據(jù)線5.總線控制信號2.地址線6.總線控制信號3.時鐘7.中斷信號4.總線周期定義信號8.協(xié)處理接口信號21（二）80486微處理器的引腳芯片采用了168腳的封裝結(jié)構(gòu)，信號也分為八種。（三）Pentium微處理器的引腳功能芯片采用168的引腳，信號共分為三大類。處理器控制引腳、總線接口、和調(diào)試、測試引腳。三、8088存儲器的組織

8088系統(tǒng)中存儲器按字節(jié)編址,最大的尋址能力為1M,所以每個字節(jié)對應(yīng)的地址是20位的物理地址。1.8088存儲器的結(jié)構(gòu)20位的物理地址在CPU中就應(yīng)有20位的地址寄存器，可機內(nèi)只有16位的寄存器，只能尋址64K字節(jié)。所以8088系統(tǒng)中把1M存儲空間分成若干個邏輯段，每段容量<=64K,1M可以分為16個邏輯段。任何一個物理地址,可以唯一被包含在一個邏輯段中,也可以包含22在多個相互重疊的邏輯段中,只要有段地址和段內(nèi)的偏移地址就可以訪問到這個物理地址對應(yīng)的存儲空間。2.按信息的分段存儲及分段尋址微機中存貯的信息可分為程序指令、數(shù)據(jù)和微機系統(tǒng)的狀態(tài)息。為了尋址及操作的方便，存儲器的空間可按信息特征進(jìn)行分段存儲。(1)程序段CS

存儲程序的指令代碼。物理地址=代碼段寄存器CS的內(nèi)容左移四位后加上指令指針I(yè)P的內(nèi)容。(2)數(shù)據(jù)段DS

存儲原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最后結(jié)果。物理地址=數(shù)據(jù)段寄存器的內(nèi)容左移四位后加上基址寄存器BX或通過尋址獲得的有效地址。

23(3)堆棧段SS

存儲壓入棧的數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息物理地址=堆棧段寄存器的內(nèi)容左移四位后加上堆棧指針SP的內(nèi)容。(4)附加段ES

存貯大量字符串。物理地址和兩部分有關(guān)，即DS或ES寄存器的內(nèi)容左移四位，分別加上SI和DI的內(nèi)容。3.存儲器的邏輯地址和物理地址任何一個20位物理地址，也稱絕對地址，都是由兩部分組成。采用分段結(jié)構(gòu)的存儲器中，任何一個邏輯地址由段基址和偏移地址兩部分構(gòu)成任何一個存儲單元對應(yīng)一個20位的物理地址，它是由邏輯地址變換得來的：物理地址=段基址X16+偏移量24它是由CPU的總線接口部件的地址加法器來實現(xiàn)的。例如：CS=2000H，IP=2200H物理地址=20000H+2200H=22200H25第三節(jié)8088處理器的基本時序及操作一、8088的工作周期1.指令周期:每條指令執(zhí)行時間,一個指令周期是有若干總線周期組成。2.總線周期:CPU完成數(shù)據(jù)的讀寫所用的時間,一個總線周期至少有4個T組成。3.時鐘周期:時鐘脈沖的重復(fù)周期Tw叫等待周期二、8088的主要操作時序(功能)1.總線操作時序(1)總線的讀操作當(dāng)CPU8088進(jìn)行存儲器或I/O端口讀操作時,總線進(jìn)入讀周期。(2)總線的寫操作當(dāng)CPU8086進(jìn)行存儲器或I/O端口寫操作時,總線進(jìn)入寫周期。26272.中斷響應(yīng)操作微機系統(tǒng)為適應(yīng)各種需要，都有一個中斷系統(tǒng),8088系統(tǒng)可以處理256種不同類型的中斷。有硬件中斷和軟件中斷。硬件中斷是通過外部硬件產(chǎn)生的,也稱外部中斷。一般有非屏蔽中斷(NMI)和可屏蔽中斷(INTR)。3.總線的保持與響應(yīng)當(dāng)系統(tǒng)中有多個總線主控模塊時,CPU以外的其它總線主控模塊為了獲得對總線的控制,需要向CPU發(fā)出使用總線的請求信號,8088提供了總線控制聯(lián)絡(luò)信號HOLD和HLDA。

HOLD叫總線保持請求信號

HLDA叫總線保持響應(yīng)信號284.系統(tǒng)的復(fù)位與啟動操作

8088的復(fù)位啟動是由RESET引腳加的信號來執(zhí)行的。當(dāng)RESET引腳接受到高電平后的第一個時鐘周期的正跳變,8088進(jìn)入內(nèi)部的RESET階段。

8088要求復(fù)位信號至少有4個時鐘周期的高電平,如是初次加電的啟動,則要求有大于50US的高電平。進(jìn)入內(nèi)部RESET時,CPU就結(jié)束現(xiàn)行操作,維持在復(fù)位狀態(tài)。這是時CPU各內(nèi)部寄存器初始化。8088復(fù)位時各個寄存器的初值標(biāo)志寄存器清零IP0000H指令隊列空CSFFFFH其它寄存器0000HDS0000HSS0000HES0000H29

第四節(jié)微機系統(tǒng)中的主板一、主板的主要組成部件1.CPU插座或插槽2.內(nèi)存儲器（內(nèi)存條）插槽3.連接硬盤機、軟驅(qū)和光盤驅(qū)動器的外設(shè)接口插座４.接插各種用途的接口卡所用的擴展槽５.連接鼠標(biāo)、鍵盤、打印機和Modem的CMOS芯片。6.CPU、內(nèi)存條、系統(tǒng)芯片、BIOS芯片和CMOS芯片等。7.電源、電池、電阻和電容8.跳線和開關(guān)二、主板類型1.常規(guī)主板

屬于傳統(tǒng)的插卡式主板，采用這類主板的PC機中，各種外部設(shè)備的接口電路都以插卡形式插在主板的擴展槽中，至少使用多功能IDE卡和顯示卡。常規(guī)主板的優(yōu)點是配置3031靈活，便于升級，同時也方便維修。2.一體化主辦又稱為“ALL-IN-ONE”主板，這類主板在板上除集成了常規(guī)主板的CPU、內(nèi)存及相應(yīng)的配套電路外，還集成有顯示控制器、外存控制器和串行接口，采用這類主板的PC機可以不用插卡。一體化主板的優(yōu)點是機械接觸部分少，性能穩(wěn)定可靠，可以構(gòu)成簿型主機箱，其缺點是維修和升級較困難。一般兼容機多采用常規(guī)主板，而一些原裝機多采用一體化主板。三、CPU芯片及其插座1.CPU芯片微機性能的好壞主要取決于主板，而主板的性能有主要取決于CPU，CPU芯片內(nèi)部總線的寬度和時鐘主頻是決定CPU性能的主要參數(shù)。80386以上的CPU芯片各具有特定的強大功能，必須有相應(yīng)的芯片組配合運行才能發(fā)揮出其功效。主板也因CPU芯片的不同需要而有32不同的線路設(shè)計，配用相應(yīng)的芯片組。2.CPU插座在老式的微機中，CPU芯片是焊在主板上的。另外一種主板提供了CPU芯片的老式插座。目前市場上的各類主板采用 Intel公司的“零插拔力”即ZIF的插座，只要抬起ZIF的插座的手柄，就可以方便地插拔CPU芯片。386是132引腳的，486是168引腳的，PentiumPro387個引腳。

PentiumII采用一種稱為Slot1的專用“插槽”，“插槽”（Slot）和“插座”(Socket)雖然只差一個字，但他們的結(jié)構(gòu)差別很大。Slot1是一個含有242個觸點的子卡槽，用于插入裝有PentiumII處理器等器件的SEG（單側(cè)插接）插接盒。這是一個長方形的插接盒，它將PentiumII處理器的核心芯片和用作二級Cache的容量可達(dá)512K 的靜態(tài)RAM集成封裝在其中，形成一個獨立的單元，借助于SEG技術(shù)插入主板上的Slot1插槽中，需要有力插入，還須支架固定。33四、內(nèi)存條插槽早期PC機的內(nèi)存采用DIP（雙列直插是封裝）內(nèi)存芯片主板上的內(nèi)存插座就是半導(dǎo)體存儲器芯片的插座。當(dāng)前，PC機上所用的內(nèi)存基本上是SIMM（單列存儲模塊）內(nèi)存條和DIMM（雙列存儲模塊）內(nèi)存條。前者是單面內(nèi)存條，后者是雙面內(nèi)存條。采用SIMM內(nèi)存條的內(nèi)存條插槽，有30線的、72線、168線的。五、外部高速緩沖存儲器六、擴展插槽1.ISA2.EISA3.VESA4.PCI34七、配套芯片和器件為使CPU能正常的工作，主板上還需有如下幾種芯片和器件。1.系統(tǒng)BIOS芯片

BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）是安裝在主板上的一塊ROM芯片，主要固化有自檢程序、基本輸入輸出程序、系統(tǒng)硬件配置分析、BIOS中斷管理等程序。早期PC機采用27C512等EPROM芯片作為系統(tǒng)BIOS芯片。486以上的PC機采用FlashROM作為BIOS芯片，F(xiàn)lashROM具有電可檫寫功能，且檫除速度快，在主板上跳線后，用戶可以方便地更新系統(tǒng)BIOS的內(nèi)容。2.芯片組（ChipSet）

芯片組是采用VLSI（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)把主板上眾多的支持芯片和接口芯片按不同功能分別集成在一塊芯片中。目前的PC機中，通常采用1-3塊芯片。35這些芯片有以下的功能：（1）總線的緩沖與控制（2）CPU的復(fù)位、Cashe控制、存儲器控制以及協(xié)處理器接口等。（3）CMOS與8042的振蕩源等。

在Pentium系列的主板中所采用的芯片是430FX、430VX和430TX，PentiumPro系列以上的主板中采用440FX、440LX440BX、I810、I820等，這些都是Intel芯片組，此外常見的非Intel芯片組有VIA、SIS、ALI和AMD等公司的產(chǎn)品。3.CMOS芯片

CMOSROM芯片用作PC機的實時時鐘電路和CMOSRAM，用于提供系統(tǒng)的日期、時間，保存系統(tǒng)的硬件配置參數(shù)，如硬盤規(guī)格、軟驅(qū)、鍵盤和其它硬件的設(shè)置。整個PC系統(tǒng)從電源上電啟動到引導(dǎo)完成，必須從CMOSRAM中讀取若干信息，設(shè)定為開機的初始狀態(tài)。CMOSRAM芯片損壞或內(nèi)容丟失會造成軟、硬盤無法使用，鼠標(biāo)器工作失效等。364.可充電電池為使CMOSRAM能保持已寫入的內(nèi)容，并使PC機的日期、

時間能正常運行，主板上必須裝有一個充電電池---3.6V的Ni/Cd或li電池，當(dāng)PC機關(guān)機時，充電電池提供CMOSRAM及時間計算所需的電能，而在PC機開機后，PC機電源通過充電電路對電池充電，并提供CMOSRAM及時間計算所需的電能。5.振蕩晶體振蕩晶體是產(chǎn)生CPU及主板上各部件所需時鐘信號的主要器件。例如，486/DX-33CPU就需要在主板上安裝上一片33MHz的振蕩晶體，另外，主板上有相應(yīng)的分頻電路，可產(chǎn)生4分頻信號以滿足接口卡對頻率的要求。6.電源插座

主板上的電源插座同主機的電源插頭P8和P9相連，向系統(tǒng)板提供4組直流電源-----+/-5V，+/-12V。377.鍵盤插座鍵盤插座是鍵盤信號同主板之間的連接部件，是一個圓形的5芯插座。現(xiàn)在用的是PS/2的小口鍵盤、還有USB接口的鍵盤。8.主板上的接線頭主板上有6組用于控制或指示主板工作的接線頭，這些接線頭同主機箱對應(yīng)的按鈕或指示燈的接線座連接。他們有POWERLED、TBLED、TBSW、SPEAKER、RESETSW、KEYLOCK。9.調(diào)線器通常主板上都有一組或若干組調(diào)線器，通過調(diào)線器可以改變系統(tǒng)的如下硬件配置：（1）CPU的類型（2）CPU的工作電壓38（3）Cache容量（4）顯示器的類型（5）清除CMOSRAM的內(nèi)容調(diào)線器由調(diào)線頭和調(diào)線帽組成，有2引腳調(diào)線器、3引腳調(diào)線器和多引腳調(diào)線器。如圖所示。10.ATX規(guī)范在PC機發(fā)展的初期，Intel確立了80X86系列的CPU標(biāo)準(zhǔn)，IBM制定了ISA總線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，也就形成了通用標(biāo)準(zhǔn)化的PC機。為此，IBM在1984年推出的IBMPC/AT時，以產(chǎn)品定義了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)以主板結(jié)構(gòu)為主要特征，稱為標(biāo)準(zhǔn)AT結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。采用的電源也是AT結(jié)構(gòu)的。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)AT結(jié)構(gòu)有如下的缺點：（1）主板的橫向尺寸太小，使PC機后面直接從主板引出的空間太小，而當(dāng)代PC機對外的接口越來越多。（2）主板上CPU和內(nèi)存條的位置不合理39（3）軟硬盤的控制器及軟硬盤機無特定位置，常會造成軟硬盤驅(qū)動器的線纜過長，造成PC機內(nèi)部連線混亂，降低了PC機的可靠性。為了改進(jìn)AT結(jié)構(gòu)的缺陷，Intel公司提出了ATX結(jié)構(gòu)，實際上是對AT結(jié)構(gòu)的擴展改進(jìn)。ATX結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的主要特征為：ATX主板的外形相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)了90度的AT主板，主板的長邊緊貼機箱的后部。特殊設(shè)計的電源和機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以使ATX標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的PC機的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)有更高的效率。CPU和內(nèi)存條插槽位置的改變，不再影響擴展卡的安裝，而且CPU芯片和內(nèi)存條的插拔都很方便。ATX規(guī)范將PC機主機同外設(shè)相連接的串口、并口和多媒體等接口統(tǒng)一地置于機箱的后部，改變了以往機箱后邊接口繁雜混亂的狀況，使PC機安裝調(diào)試更加方便快捷。ATX規(guī)范使機箱內(nèi)部的各種線纜長度大為縮短，有些線纜甚至通過提高集成度而被取消，使整機的電磁輻射減到最低，消除了電器之間的相互干擾現(xiàn)象40提高了整機的安全性。ATX主板上的軟盤和IDE硬盤連接器安置在軟盤支架附近，可以縮短硬盤、軟盤信號線纜的長度，支持更高速度的IDE硬盤的工作。ATX標(biāo)準(zhǔn)對整機的電源系統(tǒng)作了重大的改進(jìn)。ATX規(guī)范規(guī)定電源開關(guān)關(guān)閉時提供5V、100mA的弱電流，可以維持PC機內(nèi)部一小塊電路在關(guān)機狀態(tài)下依然工作，便于實現(xiàn)遙控開啟機器和定時關(guān)機的功能。11.主板上采用的新技術(shù)在高性能的PC機系統(tǒng)中，常采用了一些提高系統(tǒng)性能的新技術(shù)，這些技術(shù)是：（1）采用集成的數(shù)據(jù)捕獲芯片LM78，構(gòu)成硬件監(jiān)控系統(tǒng)，增加系統(tǒng)監(jiān)測能力，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）支持UtraDMA/33和DMA/66標(biāo)準(zhǔn)在多任務(wù)環(huán)境中執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸或在但任務(wù)環(huán)境中進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)傳輸時，采用DMA方式允許數(shù)據(jù)可以直接從硬盤傳輸?shù)絻?nèi)存儲器，而不占CPU的資源，從而使CPU從數(shù)據(jù)傳41輸中脫離出來去執(zhí)行其他不同的任務(wù)，從而提高整個系統(tǒng)的性能，對多任務(wù)環(huán)境特別有用。

UtraDMA/33和DMA/66

是昆騰公司聯(lián)合Intel公司共同開發(fā)硬盤標(biāo)準(zhǔn)，是一種新的同步DMA協(xié)議，它增加了讀寫脈沖方式，加上由DMA控制器完成讀寫操作，使硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率比以前的硬盤提高了一倍到二倍，可達(dá)33M/S到66M/S。（3）支持USB接口

USB是Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft等公司聯(lián)合開發(fā)的計算機串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)。USB被設(shè)計成以樹狀結(jié)構(gòu)連接外圍設(shè)備，按此樹狀結(jié)構(gòu)，最多可連接127個外圍設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)1.5~12Mb/s。（4）其他特性CPU電壓、主頻和倍頻的設(shè)置方式電壓調(diào)節(jié)方式節(jié)電功能CPU的轉(zhuǎn)接卡支持硬盤的S.M.A.R.T（自監(jiān)控分析和報告技術(shù)）

42第三次作業(yè)：1.教材P39，2、3、5、7。4344第四節(jié)系統(tǒng)總線一、概述總線是微機系統(tǒng)中各個模塊之間傳送信息的公共通道。總線由傳輸信息的物理介質(zhì)以及一套管理信息傳輸?shù)耐ㄓ靡?guī)則所構(gòu)成。一個計算機系統(tǒng)的硬件可以含有幾塊、幾十塊插件和外設(shè)，這些插件和外設(shè)連接起來，即可構(gòu)成系統(tǒng)。許多計算機制造廠大量地以插件方式向各種用戶提供OEM（原廠制造）產(chǎn)品。為了實現(xiàn)兼容的目的，就要求各插件的幾何相同，插頭的插針數(shù)相同，插頭上各個插針的定義相同，以及控制插頭工作的時序相同，這就從用戶的角度提出了總線結(jié)構(gòu)的要求。隨著微機工業(yè)的發(fā)展，確立并發(fā)展了各種各樣的微機總線標(biāo)準(zhǔn)，微機制造廠根據(jù)各種總線標(biāo)準(zhǔn)以機箱方式向用戶提供連接好的系統(tǒng)，可以用于各種場合。微機系統(tǒng)采用了總線以后，不僅可以大大簡化系統(tǒng)硬件的設(shè)計過程，簡化微機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)易于擴充，而且大大簡化了系統(tǒng)的軟件的設(shè)計過程，減少了軟件的設(shè)計和調(diào)試工作，縮短了軟、硬件的研制周期，從而降低了系統(tǒng)的成本。45

二、總線的類型

按照總線的規(guī)模、用途及其應(yīng)用場合的不同，微機總線可分為三類：1.片總線：又稱元件級總線、芯片總線，是微處理器芯片內(nèi)部引出的總線，它是用微處理器構(gòu)成一個部件或是一個很小的系統(tǒng)時，信息傳輸?shù)耐贰?.內(nèi)總線(I-BUS)：又稱系統(tǒng)總線或板級總線，也就是常說的微機總線。它是用于微機系統(tǒng)中各插件之間信息傳輸?shù)耐?，是微機系統(tǒng)所特有的，應(yīng)用最多。463.外總線(E-BUS)：又稱為通信總線，它是微機系統(tǒng)之間或是微機系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)耐?，往往借用電子?/p>