微机原理与接口技术17.ppt

第2章 微型计算机基础1微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主要内容：微型机的构成及工作原理8088/8086 CPU的结构及工作原理系统总线2微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学2.1 微型机的基本结构掌握：微机系统的基本组成微型机的工作原理微机8088的存储器组织3微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学一、微型计算机微型计算机系统组成微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次 微处理器微处理器(Microprocessor)微型计算机微型计算机(Microcomputer)微型计算机系统微型计算机系统(Microcomputer System)4微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学微型计算机系统的三个层次微处理器微处理器存储器I/O接口总线 硬件系统软件系统微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机(主机主机)外 设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪系统软件应用软件5微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学核心级微处理器微处理器微处理器简称CPU，是计算机的核心，主要包括：运算器ALU：完成各种运算；控制器CU：控制中心 寄存器组：专用和通用寄存器。CPU实现了运算功能和控制功能，每种 CPU有其特有的指令系统。6微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学硬件系统级微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。7微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学系统级以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。8微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学一、微型计算机的基本结构一、微型计算机的基本结构微处理器（CPU）存储器 输入/输出接口总线1.微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统9微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学微型计算机的概念结构微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线地址总线 AB AB输出设备CPU数据总线数据总线 DB DB控制总线控制总线 CB CBI/O接口AB:Address BusDB:Data BusCB:Control Bus10微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主机硬件系统主机硬件系统CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：ALU、CU、Registers（图2-3）例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron等 AMD（Athlon、Duron等）CPU的位数：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的数据的位数11微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主机硬件系统主机硬件系统存储器存储器存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像）内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小外存：硬盘、光盘、U盘等特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大12微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学 有关内存储器的几个概念有关内存储器的几个概念内存单元的地址和内容内存容量内存的操作内存的分类13微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。1 0 1 1 0 1 1 038F04H内存单内存单元地址元地址内存单内存单元元内容内容.Bit 7 6 5 4 3 2 1 00 1 0 1 1 0 0 0*内存单元有时内存单元有时又称为又称为地址单元地址单元14微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学内存容量内存容量即内存单元的个数，以字节为单位。注意：内存空间与内存容量的区别 内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB 内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。15微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学内存操作读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上若是写操作，CPU紧接着把要写入的数据放到DB上，CPU发出读写命令，数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB；若是读操作，CPU紧接着从DB上取回数据16微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学内存储器的分类随机存取存储器（RAM）可读可写可读可写易失性，临时存放程序和数据易失性，临时存放程序和数据只读存储器（ROM）工作时只能读工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息非易失性，永久或半永久性存放信息17微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主机硬件系统主机硬件系统输入输入/输出接口输出接口简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/O接口接口外设外设18微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学接口的功能接口的功能提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。19微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主机硬件系统主机硬件系统总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线地址总线ABAB：用来传送：用来传送CPUCPU输出输出的地址信号，确定被访的地址信号，确定被访问的存储单元、问的存储单元、I/OI/O端口。端口。地址线的根数地址线的根数决定了决定了CPUCPU的的寻址范围（内存空间）寻址范围（内存空间）。CPU CPU的寻址范围的寻址范围=2=2n n，n n-地址线根数地址线根数数据总线数据总线DBDB：在：在CPUCPU与存储器、与存储器、I/OI/O接口之间数据传送接口之间数据传送的公共通路。的公共通路。数据总线的条数数据总线的条数决定决定CPUCPU一次最多可以传一次最多可以传送的数据宽度。送的数据宽度。控制总线控制总线CBCB：用来传送各种控制信号。用来传送各种控制信号。20微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学2.微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统系统实用程序系统实用程序软件软件21微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学3.微型计算机的物理结构微型计算机的物理结构CPU北桥北桥南桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE、SATA)FDDUSBPCIISA前端总线/CPU总线接口卡接口卡外设总线扩展槽22微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学微型计算机的物理结构微型计算机的物理结构23微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学INTEL芯片组 主板24微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主板的主要硬件构成主板的主要硬件构成 CPU插座 芯片组（南北桥/HUB）内存插槽 高速缓存（现已集成到CPU内部）系统BIOS，硬件控制 CMOS，存放硬件配置参数 总线扩展槽，PCI、ISA 串行、并行接口 软/硬盘、光驱插座25微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学芯片组CPU的外围控制芯片，通常为2片两种架构：南北桥、HUB（加速中心）南北桥南北桥北桥提供CPU/主存/高速缓存的连接、AGP接口、PCI桥接南桥提供USB、IDE(FDD/HDD)、串/并口及ISA桥接等例如：Intel 440BX、VIA694(KT133)+686B、SiS 645等HUBGMCHAGP接口、存储器通道ICHPCI桥接、IDE控制器、USB、串/并口FWH系统BIOS、显示BIOS、随机数发生器例如：Intel 810、Intel 815、Intel845等26微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学二、计算机的工作过程二、计算机的工作过程存储程序计算机又称为又称为冯冯 诺依曼型计算机诺依曼型计算机以运算器为核心、以存储程序原理为基础将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序是由多条有逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为14字节）数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行指令指令驱动驱动27微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学机器指令：基本操作命令特点：电子线路实现不同的计算机有不同的指令系统（包括机器指令及其使用规则）28微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学存储程序计算机的工作原理控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行之。控制命令数据流指令流29微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n 取指令指令译码取操作数执行指令存结果指令周期操作码 操作数执行1、CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？2、CPU如何按程序控制流执行指令？3、CPU如何知道从哪里取操作数？30微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学例：计算5+8（p35）汇编语言程序对应的机器指令 对应的操作-MOV AL,5 10110000 将立即数1传送到累加寄存器AL中 00000101ADD AL,8 00000100 计算两个数的和，结果存放到AL中 00001000HLT 11110100 停机指令执行过程见下页图31微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学指令执行过程(取指/译码/执行)输出指输出指令地址令地址锁存地址锁存地址累加器A加法器加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时序控制信号（控制命令）1011 00000000 01010000 01000000 10001111 0100内部总线存储器01234程序计数器PC地址MOV A,5ADD A,8HLT地址总线+1地址译码器读写控制电路输出地址输出地址1011 0000锁存指令锁存指令锁存数据锁存数据置初值置初值读写命令读写命令指令译码指令译码锁存输出地址寄存器AR32微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学注意：指令包括操作码和操作数每条指令包括取指令和执行指令；取指阶段时间相同，执行阶段时间不同；内存单元地址与内容的区别；33微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学2.2 8088微处理器主要内容：主要内容：8088CPU外部引线及功能；8088CPU的内部结构和特点；各内部寄存器的功能；8088的工作时序。34微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学一、概述一、概述8088、8086基本类似16位CPU、AB宽度20位差别：指令预取队列：8088为4字节，8086为6字节数据总线引脚：8088有8根，8086有16根8088为准16位CPU，内部DB为16位，但外部仅为8位，16位数据要分两次传送本课程主要介绍8088（IBM PC采用）35微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学指令预取队列指令预取队列(IPQ)取指令 指令译码 读取操作数 执行指令 存放结果36微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学串行工作方式：串行工作方式：8088以前的CPU采用串行工作方式：1）CPU访问存储器(存取数据或指令)时要等待总线操作的完成 2）CPU执行指令时总线处于空闲状态 缺点：CPU无法全速运行 解决：总线空闲时预取指令，使CPU需要指令时能立刻得到取指令1执行1取操作数2执行2CPUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌存结果1取指令237微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学并行工作方式：并行工作方式：8088CPU采用并行工作方式取指令2 取操作数BIU存结果取指令3 取操作数 取指令4执行1执行2执行3 EUBUS忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌38微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学8088的流水线操作8088 CPU包括两大部分：EU和BIUBIU不断地从存储器取指令送入IPQ，EU不断地从IPQ取出指令执行EU和BIU构成了一个简单的2工位流水线指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于工厂流水线的传送带）新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执行更多的指令例如，PIII为14个阶段，P4为20个阶段(超级流水线)39微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学结论结论指令预取队列的存在使EU和BIU两个部分可同时进行工作，从而带来了以下两个好处：提高了CPU的效率降低了对存储器存取速度的要求40微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学8088/8086 CPU的特点的特点采用并行流水线工作方式对内存空间实行分段管理：每段大小为每段大小为16B16B64KB64KB用段地址和段内偏移实现对用段地址和段内偏移实现对1MB1MB空间的寻址空间的寻址设置地址段寄存器指示段的首地址设置地址段寄存器指示段的首地址支持多处理器系统；片内无浮点运算部件，浮点运算由数学协处理器8087支持（或用软件模拟）注：80486DX以后的CPU已将数学协处理器作为标准部件集成到CPU内部41微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学8088CPU的两种工作模式的两种工作模式8088可工作于两种模式：最小模式和最大模式最小模式为单处理机模式，控制信号较少，一般可不必外接总线控制器。最大模式为多处理机模式，控制信号较多，CPU必须通过总线控制器与总线相连。42微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学二、二、8088 CPU的引线及功能的引线及功能引脚定义的方法可大致分为：引脚电平的高低不同的信号（IO/M等）；CPU工作于不同方式有不同的名称和定义（WR/LOCK 等）；分时复用引脚（AD7 AD0 等）；引脚的输入和输出分别传送不同的信息（RQ/GT等）。每个引脚只传送一种信息（RD等）；43微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主要引线（最小模式下）主要引线（最小模式下）8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决定：MN/MX=0时工作于最大模式，反之工作于最小模式。数据信号线(DB)与地址信号线(AB)：AD7AD0：三态，地址/数据复用线。ALE有效时为地 址的低8位。地址信号有效时为输出，传送 数据信号时为双向。A19A16：三态，输出。高4位地址信号，与状态信号 S6-S3分时复用。A15A8：三态，输出。输出8位地址信号。44微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学主要的控制和状态信号主要的控制和状态信号WR：三态，输出。写命令信号；RD：三态，输出。读命令信号；IO/M：三态，输出。指出当前访问的是存储器还是I/O接 口。高：I/O接口，低：内存DEN：三态，输出。低电平时，表示DB上的数据有效；RESET：输入，为高时，CPU执行复位；ALE：三态，输出。高：AB地址有效；DT/R：三态，输出。数据传送方向，高：CPU输出，低：CPU输入45微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学例例：当WR=1，RD=0，IO/M=0时，表示CPU当前正在进行读存储器操作。46微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学READY信号信号(输入输入)：用于协调用于协调CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间的速度差异接口之间的速度差异READY信号由存储器或信号由存储器或I/O接口发出。接口发出。READY=0时，时，CPU就在就在T3后插入后插入TW周期，插入的周期，插入的TW个数取决于个数取决于READY何时变为高电平。何时变为高电平。47微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学中断请求和响应信号中断请求和响应信号INTR：输入，可屏蔽中断请求输入端。高：有INTR中断请求NMI：输入，非屏蔽中断请求输入端。低高，有NMI中断请求INTA：输出，对INTR信号的响应。48微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线保持信号HOLD：总线保持请求信号输入端。当CPU以外的其他设备要求占用总线时，通过该引脚向CPU发出请求。HLDA：输出，对HOLD信号的响应。为高电平时，表示CPU已放弃总线控制权，所有三态信号线均变为高阻状态。49微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学三、8088CPU的内部结构8088内部由两部分组成：执行单元（EU）总线接口单元（BIU）50微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学执行单元执行单元EU功能:执行指令 从指令队列中取指令代码 译码 在ALU中完成数据的运算 运算结果的特征保存在标志寄存器FLAGS中。51微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学执行单元包括执行单元包括 算术逻辑单元（运算器）8个通用寄存器 1个标志寄存器 EU部分控制电路52微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线接口单元总线接口单元BIU功能：从内存中取指令送入指令预取队列从内存中取指令送入指令预取队列负责与内存或输入负责与内存或输入/输出接口之间的数据输出接口之间的数据传送传送在执行转移程序时，BIU使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行。53微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学8088的内部寄存器的内部寄存器含14个16位寄存器，按功能可分为三类 8个通用寄存器 4个段寄存器 2个控制寄存器54微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学通用寄存器通用寄存器 数据寄存器（AX，BX，CX，DX）地址指针寄存器（SP，BP）变址寄存器（SI，DI）55微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学数据寄存器数据寄存器8088含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个8位寄存器，即：AX AH，ALBX BH，BLCX CH，CLDX DH，DL常用来存放参与运算的操作数或运算结果56微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学数据寄存器特有的习惯用法数据寄存器特有的习惯用法AX：累加器。多用于存放中间运算结果。所有 I/O指令必须都通过AX与接口传送信息；BX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址；CX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存 放循环次数或重复次数；DX：数据寄存器。在32位乘除法运算时，存放 高16位数；在间接寻址的I/O指令中存放 I/O端口地址。57微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学地址指针寄存器地址指针寄存器SP：堆栈指针寄存器，其内容为栈顶的偏移地址；BP：基址指针寄存器，常用于在访问内存时存放内存单元的偏移地址。58微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学BX与与BP在应用上的区别在应用上的区别作为通用寄存器，二者均可用于存放数据；作为基址寄存器，BX通常用于寻址数据段；BP则通常用于寻址堆栈段。BX一般与DS或ES搭配使用59微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学变址寄存器变址寄存器SI：源变址寄存器DI：目标变址寄存器变址寄存器常用于指令的间接寻址或变址寻址。特别是在串操作指令中，用SI存放源操作数的偏移地址，而用DI存放目标操作数的偏移地址。60微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学段寄存器段寄存器 用于存放逻辑段的段基地址(逻辑段的概念后面将要介绍)CS：代码段寄存器（代码段用于存放指令代码）DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器（数据段和附加段用来存放操作数）SS：堆栈段寄存器（堆栈段用于存放返回地址，保存寄存器内容，传递参数）61微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学控制寄存器控制寄存器IP：指令指针寄存器，其内容为下一条 要执行的指令的偏移地址FLAGS：标志寄存器状态标志：存放运算结果的特征控制标志：控制某些特殊操作 6个状态标志位(CF，SF，AF，PF，OF，ZF)3个控制标志位(IF，TF，DF)62微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学四、存储器寻址四、存储器寻址物理地址8088：20根地址线，可寻址220(1MB)个存储单元CPU送到AB上的20位的地址称为物理地物理地址址 63微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学物理地址物理地址物理地址.60000H 60001H 60002H 60003H 60004H.12HF0H1BH08H存储器的操作完全基于存储器的操作完全基于物理地址。物理地址。问题：问题：80888088的内部总线和内部的内部总线和内部寄存器均为寄存器均为1616位，如何位，如何生成生成2020位地址？位地址？解决：存储器分段解决：存储器分段64微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学存储器分段高地址低地址段基址段基址段基址段基址最大最大64KB，最小，最小16B段i-1段i段i+165微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学逻辑地址逻辑地址段基地址和段内偏移组成了逻辑地址 段地址段地址 偏移地址偏移地址(偏移量偏移量)格式为：段地址:偏移地址 物理地址=段基地址16+偏移地址60002H00H12H60000H0 0 0 0段基地址（段基地址（16位）位）段首地址段首地址 偏移地址=0002H66微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学本科教学西南交通大学本科教学BIU中的地址加法器用来实现逻辑地址到物理地址的变换8088 可同时访问4个段，4个段寄存器中的内容指示了每个段的基地址段基址段内偏移物理地址+16位20位000067微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学例例：已知CS=1055H，DS=250AH，ES=2EF0H，SS=8FF0H，DS段有一操作数，其偏移地址=0204H，1)画出各段在内存中的分布 2)指出各段首地址 3)该操作数的物理地址=？10550H250A0H2EF00H8FF00HCSSS CSDSES解：解：各段分布及段首址见右图所示。各段分布及段首址见右图所示。操作数的物理地址为：操作数的物理地址为：250AH10H+0204H=252A4H68微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学堆栈及堆栈段的使用堆栈及堆栈段的使用内存中一个按FILO方式操作的特殊区域每次压栈和退栈均以WORD为单位SS存放堆栈段地址，SP存放段内偏移，SS:SP构成了堆栈指针堆栈用于存放返回地址、过程参数或需要保护的数据常用于响应中断或子程序调用69微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学堆栈操作SPSSSS压栈前压栈前退栈后退栈后高低低高高12HSSF0HSP压栈后压栈后低高SPSPSPF0H12HSP70微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学例例：若已知（SS）=1000H （SP）=2000H则堆栈段的段首地址=？栈顶地址=？若现在把1234H送入堆栈，则它所在的存储单元地址=？若该段最后一个单元 地址为2FFFH，则栈底 地址=？段首栈底栈顶堆栈段71微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学五、时序五、时序时序的概念：CPU各引脚信号在时间上的关系。总线周期：CPU完成一次访问内存(或接口)操作 所需要的时间。一个总线周期至少包括4个时钟周期。时钟周期：由时钟发生器产生。是计算机内部最 小的时间单位，用Ti表示。(总线周期的时序参见教材p51)72微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学2.3 2.3 系统总线系统总线 主要内容：总线的基本概念和分类；总线的工作方式；常用系统总线标准。73微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学一、概述一、概述总线：是一组导线和相关的控制、驱动电路的集合。是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通道。地址总线（地址总线（AB）数据总线（数据总线（DB）控制总线（控制总线（CB）74微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线结构的优点简化系统设计（模块化）提高兼容性便于扩充升级便于维修减低生产成本75微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线分类总线分类 CPU总线：总线：CPU 其他部件其他部件系统总线：主机系统总线：主机I/O接口接口外部总线：微机外部总线：微机外设外设片内总线片内总线片外总线片外总线按相对CPU的位置按层次结构76微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线结构总线结构单总线结构 简单，但总线竞争严重简单，但总线竞争严重CPU M M I/O I/O I/O77微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学多总线结构多总线结构面向CPU的双总线结构面向主存的双总线结构双总线结构双总线结构多总线结构多总线结构78微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学多总线结构结构(续续)教材p55图2-23：面向CPU的双总线结构把需要很高带宽的主存储器用存储总线单独与CPU相连问题：外设到主存的数据传输必须通过CPU，传输效率低，无法实现DMA传输图2-24：面向主存的双总线结构主存储器即与CPU直接连接，又与系统总线连接，较好地解决了上述问题79微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学二、总线技术*总线传输需要解决的问题：传输同步协调通信双方的传输操作同步、异步、半同步总线仲裁消除多个设备同时使用总线造成的冲突现象Master查询，Slave独立请求出错处理信号驱动80微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学同步方式同步传输用公共的时钟统一 各部件数据发送和接收的时机异步传输用控制和状态信号协调 各部件数据发送和接收的时机半同步用公共的时钟统一 控制和状态信号的产生时机（即控制和状态信号与时钟是同步的），但数据发送和接收的时机仍不固定81微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线仲裁用来决定某一时刻哪一个部件可以使用总线集中控制统一由总线控制器进行控制分散控制总线控制由各部件共同实现，所有部件均按统一的规则来访问总线82微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线仲裁集中控制1）链式查询（p59图2-28）基本原理是：部件提出申请（BR）总线控制器发出批准信号（BG）提出申请的部件截获BG，并禁止BG信号进一步向后传播提出申请的部件发出总线忙信号（BS），开始使用总线。总线忙信号将阻止其他部件使用总线，直到使用总线的设备释放总线电路最简单，但优先级固定，不能改变83微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线仲裁集中控制2）计数器查询基本原理是：需要使用总线的部件提出申请（BR）总线控制器发出递增的设备地址提出申请的设备检查设备地址，若与自己的地址匹配，就发出总线忙信号（BS），然后就可以使用总线总线控制器根据检测到BS信号时的设备地址就知道当前哪个设备使用了总线调整设备地址发出的顺序即可改变优先级别仲裁过程较慢84微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线仲裁集中控制3）独立请求基本原理是：每个设备都拥有独立的总线请求线和总线应答线总线控制器对所有的总线请求进行优先级排队，并响应级别最高的请求得到响应的设备将占用总线进行传输最常用，响应速度最快PC机中使用的8237 DMAC采用此种方式85微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学三、常见的系统总线ISA（8/16位）PCI（32/64位）AGP（加速图形端口，用于提高图形处 理能力）自学P61P64自行查找资料：ISA、PCI、AGP分别位于系统的的哪一个部分？86微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线的主要性能指标总线的主要性能指标总线带宽（B/S）：单位时间内总线上可传送的数据量总线位宽（bit）：能同时传送的数据位数总线的工作频率（MHz）总线带宽=(位宽/8)(工作频率/每个存取周期的时钟数)87微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学四、8088系统总线最小模式仅支持单处理器（p65图2-32）最小模式下主要解决：地址与数据的分离地址锁存电路实现方案用3片8位的锁存器8282实现地址锁存。ALE为锁存控制信号，OE#0使锁存的地址直接输出；用1片双向三态门8286用作数据总线驱动和隔离，DT/R#作为方向控制，DEN#作为开门信号；其他控制信号由8088直接产生。88微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学最小模式下的连接示意图地址总线地址总线8088CPU控制总线控制总线数据总线数据总线地址地址锁存锁存数据数据收发器收发器ALE时钟发时钟发生生 器器3片8282DT/R#DEN#828689微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学最大模式最大模式最大模式可支持多处理器（p66图2-33）大多数控制信号是由总线控制器8288对S0#、S1#、S2#三个信号译码得到，如DT/R#、ALE、DEN#、IOR#、IOW#、MEMR#、MEMW#信号。DB和AB的构成基本同最小模式。PC/XT机的总线采用了最大模式，但有三点区别：地址总线驱动用2个74LS373和1个74LS244代替3个8282；数据总线驱动用74LS245代替8286；支持DMA传送。90微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学最大模式下的连接示意图8088CPU数据总线数据总线地址总线地址总线地址地址锁存锁存数据数据收发收发ALE时钟发时钟发生生 器器总总 线线控制器控制器控制总线控制总线828282868288S0#S1#S2#91微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学常用接口芯片介绍8282/74LS373 具有三态正相输出的锁存器p67图2-34，内部包含8个D触发器引脚：DI0DI7 输入DO0DO7 输出STB 锁存信号OE#输出允许功能：STB=1 锁存数据OE#=0 将锁存的数据输出功能类似的还有8283但为反相输出92微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线驱动器8286/74LS245 双向三态驱动器(p68图2-36)引脚：A0A7和B0B7 双向数据线OE#输出允许T 方向控制功能：OE#=0时，门导通；门导通时:T=0，BA；T=1，AB功能类似的还有8287但为反相输出93微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学总线驱动器（续）74LS244 三态门驱动器（含8个门）引脚：I I1 1I I8 8和和O O1 1O O8 8 输入线和输出线输入线和输出线E1#，E2#使能信号，各控制4个三态门功能：E1#=0，E2#=0，门导通，否则输出为高阻态94微机原理与接口技术微机原理与接口技术西南交通大学西南交通大学作业：p912.12.10（1）2.132.1895v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1DKcNfRiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2