微機系統(tǒng)與接口技術概述.ppt

1、第1章 微機系統(tǒng)與接口技術概述,1.1 微型計算機系統(tǒng)結構 1.2 微機接口技術概述 1.3 微機系統(tǒng)的I/O通道與總線概述,本章學習目標,微機計算機系統(tǒng)組成結構 微機系統(tǒng)中接口電路的組成與作用 微機系統(tǒng)I/O通道與總線的類型和功能 了解現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)的基本組成,返回本章首頁,1.1 微型計算機系統(tǒng)結構,1.1.1 微型計算機系統(tǒng)結構 1.1.2 中央處理器 1.1.3 存儲器 1.1.4 I/O設備及其接口電路 1.1.5 總線,返回本章首頁,1.1.1 微型計算機系統(tǒng)結構,通用的微型計算機硬件系統(tǒng)是由中央處理器（CPU或MPU）、存儲器、I/O（輸入/輸出）設備及其接口電路組成（如圖1

2、.1所示）。,圖1.1 微機系統(tǒng)結構示意圖,返回本節(jié),1.1.2 中央處理器,中央處理器（機）簡稱CPU，是用來實現(xiàn)運算和控制功能的部件。由運算器、控制器和寄存器三部分組成。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與其他部件之間進行聯(lián)系。在PC系列微機中所使用的CPU主要有Intel系列、AMD系列、CY系列 。,返回本節(jié),1.1.3 存儲器,存儲器是指微型計算機的內(nèi)存儲器。有隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。 ROM中的信息一般只能讀不能寫，其容量一般為幾KB到幾MB。如BIOS。而RAM則既可以讀出信息，又可以寫入信息。通常作為微機系統(tǒng)的主存儲器，其容量從早期的幾十KB到現(xiàn)在的高達

3、幾GB。,返回本節(jié),1.1.4 I/O設備及其接口電路,I/O設備的種類很多，有電子式、電磁式、機械式等，I/O接口電路的種類最基本的接口電路有8255可編程并行接口電路、8253可編程定時/計數(shù)器、8251可編程串行接口電路、8237直接存儲器存取電路（DMA）、82380多功能接口電路以及現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)中的系統(tǒng)控制邏輯芯片等。,返回本節(jié),1.1.5 總線,總線按其傳輸?shù)男盘柗譃?： 1數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息，具有三態(tài)控制功能，且是雙向的。 2地址總線AB（Address Bus）地址總線用于傳送CPU要訪問的存儲單元或I/O接口的地址信

4、號。 3控制總線CB（Control Bus）控制總線是連接CPU的控制部件和內(nèi)存、I/O設備等，用來控制內(nèi)存和I/O設備的全部工作。,總線又分為： （1）內(nèi)部總線：由CPU送出的地址、數(shù)據(jù)、控制信號稱為內(nèi)部總線。 （2）系統(tǒng)總線：由于負載和控制的需要，內(nèi)部總線信號通過總線驅動器、地址鎖存器或數(shù)據(jù)緩沖器以及總線控制器后，所形成的新的信號線稱為系統(tǒng)總線。 （3）外部總線：是微機系統(tǒng)相互之間或微機系統(tǒng)與其他電子系統(tǒng)之間實現(xiàn)通訊連接的總線。,返回本節(jié),1.2 微機接口技術概述,1.2.1 I/O接口概述 1.2.2 微機系統(tǒng)的I/O接口配置及I/O端口布局,返回本章首頁,1.2.1 I/O接口概述,

5、介于主機和外設之間的一種緩沖電路稱為I/O接口電路（1.2 、1.3所示）。 1I/O接口的功能及其組成,（1）速度的不匹配。 （2）信息格式的不匹配。 （3）信息類型與信號電平的不匹配。 （4）時序的不匹配。,圖1.2 微處理機通過接口與外設交換信息,2I/O接口的端口及其尋址方式,一個I/O端口總要包括若干個端口，如數(shù)據(jù)端口、命令端口、狀態(tài)端口、方式端口、操作結果端口、地址索引端口等。 I/O端口也必須進行編址以便能被主機訪問。在微機系統(tǒng)中，對I/O接口的端口編址有兩種方法：端口統(tǒng)一編址和端口獨立編址。,3I/O端口地址的譯碼,如圖1.4所示為IBM-PC系統(tǒng)板I/O地址譯碼電路。 （1）

6、固定式端口地址譯碼：所謂固定式端口地址譯碼是指接口中用到的端口地址不能更改。 （2）可選式地址譯碼：可選式地址譯碼常用的是開關式可選端口地址譯碼。如圖1.5所示為使用跳線開關選擇I/O端口譯碼地址。,圖1.4 IBM-PC系統(tǒng)板I/O地址譯碼電路,圖1.5 使用跳線開關選擇I/O口譯碼地址,4數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品绞?（1）程序查詢方式：由CPU主動通過I/O指令詢問指定設備的當前狀態(tài)。程序查詢方式流程圖如圖1.6所示。 （2）中斷處理方式：由I/O設備主動提出服務請求（即中斷申請）。 （3）DMA控制方式：DMA即直接存儲器存取?？梢詽M足高速I/O設備與RAM進行數(shù)據(jù)傳送的需要（如圖1.7所示）。

7、,圖1.6 程序查詢方式流程圖,圖1.7 典型的DMA傳送流程圖,返回本節(jié),1.2.2 微機系統(tǒng)的I/O接口配置及I/O端口布局,1I/O接口配置,（1）接口芯片 中斷控制器8259A 定時器8254-2 DMA控制器8237A-5 鍵盤控制器8042 實時鐘/CMOS RAM芯片 （2）接口控制卡的配置 一般常見的I/O接口卡有VGA顯示卡、網(wǎng)絡連接控制卡、聲卡等。,2I/O端口的布局,（1）I/O端口的尋址特點 端口地址空間為1KB ； 使用專門的控制信號訪問； 使用I/O指令對端口編程。 （2）I/O端口的地址分配 I/O端口地址分配見表1.1。 I/O存儲區(qū)分配表見附錄B。,表1.1

8、I/O端口地址分配,返回本節(jié),1.3 微機系統(tǒng)的I/O通道與總線概述,1.3.1 I/O通道的作用 1.3.2 常見的幾種I/O通道,返回本章首頁,1.3.1 I/O通道的作用,（1）支持雙向數(shù)據(jù)傳輸。 （2）支持MB級物理地址空間。 （3）支持接口讀寫控制。 （4）支持多級向量中斷。 （5）支持DMA傳輸通道。 （6）支持多處理器共享總線。,返回本節(jié),1.3.2 常見的幾種I/O通道,1ISA總線（Industrial Standard Architecture） 2EISA總線（Extended Industrial Standard Architecture） 3 局部總線表1.2為常見

9、微機系統(tǒng)總線主要參數(shù)。,（1）VL總線標準 （2）PCI總線 （3）AGP總線,表1.2 常見微機系統(tǒng)總線主要參數(shù)表,返回本節(jié),1.4 現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)組成示例,1.4.1 現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)的基本組成 1.4.2 微機系統(tǒng)主板簡介,返回本章首頁,1.4.1 現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)的基本組成,如圖1.8所示為Intel奔騰CPU、符合ATX標準的現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)結構示意框圖。 CPU的性能不斷提高，系統(tǒng)接口控制邏輯性能優(yōu)越、集成度高、易于升級的幾個控制邏輯芯片組，使得對微型計算機系統(tǒng)的設計與維護更加簡單、性能更加穩(wěn)定可靠。在I/O接口上也日趨標準化。,圖1.8 典型奔騰系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)組成結

10、構示意圖,返回本節(jié),1.4.2 微機系統(tǒng)主板簡介,1微處理器CPU 處理器不僅是主板的核心組件，也是整個微機系統(tǒng)的核心，通過一個符合一定標準的接口插槽與主板相連，然后再將CPU插在該插槽上。這樣做的主要目的是便于系統(tǒng)的CPU升級，以提高整個微機系統(tǒng)的性能價格比。,圖1.9 P微型計算機典型系統(tǒng)主板結構圖,2高速緩存Cache,第一級高速緩存Cache（L1）位于微處理器CPU內(nèi)部，其中又分為指令Cache和數(shù)據(jù)Cache兩種，其大小一般各為16KB和32KB。第二級高速緩存Cache（L2）一般位于微處理器CPU外部，即系統(tǒng)主板上，其大小一般為256KB或512KB，有的甚至高達1MB。但隨著

11、微電子技術的發(fā)展，第二級高速緩存Cache（L2）也被集成到微處理器CPU內(nèi)部。,3系統(tǒng)存儲器,主存儲器由動態(tài)存儲器DRAM組成，這種存儲器的特點是容量較小、存取速度相對較慢，需要進行動態(tài)刷新。這種內(nèi)存常見的有DRAM、ECC DRAM、EDO DRAM?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了更快的內(nèi)存，如DDR RAM和RAM BUS等形式的內(nèi)存，其速度更快、性能更高。,4控制邏輯芯片組（SICL）,現(xiàn)代微型計算機系統(tǒng)中芯片大多的是由兩塊被稱為北橋芯片和南橋芯片的芯片組組成。如圖1.9所示的微機系統(tǒng)主板中北橋芯片為82810、南橋芯片為82801A。,5系統(tǒng)輸入/輸出接口控制器,系統(tǒng)輸入/輸出（I/O）接口控制器主要

12、作用是為微型計算機系統(tǒng)中一些慢速的輸入/輸出設備與ISA總線之間提供接口，以便信息能夠在ISA總線上傳輸，這些I/O設備包括常用的鍵盤、鼠標、串行接口設備、并行接口設備以及軟盤驅動器等。微機系統(tǒng)的接口插座如圖1.10所示。,圖1.10 微機系統(tǒng)的接口插座,6圖形（或視頻）接口控制器,圖形控制器的主要作用是輔助CPU進行高速圖形、視頻信息的處理和顯示。目前的微機操作系統(tǒng)都是面向圖形的，如WINDOWS等，這些接口電路的形式一般采用PCI或AGP總線接口方式。有的系統(tǒng)將這種接口集成在主板中，由主板控制邏輯芯片完成圖形接口任務。,7音頻系統(tǒng)控制器,如圖1.8所示的音頻部分就設計在主板上，一般符合AC97規(guī)范。具有以下的音頻處理功能： （1）集成了3D增強性的立體聲控制器，其中包括了所有要求的模擬器件。 （2）具有立體聲的模擬數(shù)字、數(shù)字模擬轉換器。 （3）具有模擬復合、