微型计算机及接口技术自考练习.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,献给为这门课努力攻关的所有自考学生,微机原理与接口技术自考练习,冯,诺依曼计算机的结构与原理,中央处理器,输入设备,存储器,输出设备,运算器和控制器,(1),计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；,(2),程序,(,指令,),和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；,(3),存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；,(4),指令是由,CPU,一条一条顺序执行的。,计算机系统,硬件,主机,微处理器,(CPU),运算器,控制器,内存储器,只读存储器,(ROM),随机存储器,(RAM),外,存储器,硬盘、软盘、光盘,外部设备,输入设备,键盘、鼠标、光笔、扫描仪,输出设备,显示器、打印机、绘图仪,软件,系统软件,操作系统,语言编译系统,数据库管理系统,应用软件,文字处理软件,图形软件,辅助设计软件,计算机系统组成框图,寄存器组,输入输出接口,微型计算机,单片机（可没有,ROM,）,单板机,台式,PC,的物理组成,主板,机箱、电源,CPU,内存条,输入设备,输出设备,外存储器,I/O,接口,1,音箱,5 CPU,2,调制解调器,6,键盘,3,麦克风,7,鼠标器,4,内存条,8 CD,驱动器,9,软驱,10,硬盘驱动器,11,打印机,12 I/O,接口,13 CRT,显示器,14,扩展卡,台式,PC,机,(,立式,),的主机箱,扩展空间,主板,存储器插座,处理器,插槽,外部设备插口,(I/O,接口,),光驱及硬盘的,IDE,连接器,电源连接器,PCI,总线槽,CPU,插座,显示卡的插槽,南桥,芯片,ROM BIOS,CMOS,存储器,北桥,芯片,主板作用：,_,ROM BIOS,作用：,_,CMOS,作用：,_,_,安装所有的电子器件、电路与接口,存放基本输入,/,输出系统,(BIOS),存放硬件配置信息和系统的基本参数（日期、时间、口令等）,华硕,P5Q,主板,CPU,插座,内存条插座,IDE,（,ATA,）,硬盘光驱连接器,PCI,插槽,芯片组各种,I/O,插口,显卡插槽,PCI-E,插槽,芯片组的作用,y,ALU,寄存器组,CPU,总线接口,R6,CPU(,前端,),总线,I/O,总线,主板扩展槽,PCI,接口,南桥芯片,I/O,总线,中央处理器,指令计数器,指令寄存器,磁盘控制器,以太网卡,USB,控制器和接口,鼠标器,键盘,网线,disk,声卡,视频卡,光驱,主存储器,0,A,北桥芯片,y,存储器总线,显卡,是,PC,机各组成部分相互连接和通信的枢纽,控制器,寄存器组,运算器,CPU,的性能,计算机的性能主要表现为程序执行速度的快慢，由许多因素决定，例如,CPU,、内存、硬盘、显卡等，但通常,CPU,是主要因素，,CPU,的性能高低主要表现为,CPU,的速度。,字长,（位数）：指通用寄存器和定点运算器的宽度；,指令系统,：指令的类型、数目和功能等影响程序执行速度；,逻辑结构,：,CPU,包含的定点运算器和浮点运算器的数目、采用的流水线结构和级数、指令分支预测的机制、执行部件的数目等,内核数目；,高速缓存,（,cache,）：其的容量与结构影响速度；,主频,（,CPU,内部时钟频率）：它决定着,CPU,芯片内部数据传输与操作速度的快慢；,总线,：决定着,CPU,与内存之间传输数据速度快慢。,1980 1990 2005 2010 2015,1980 1990 2005 2010 2015,4,核,80 x86,Pentium,80,核,双核,年代,性能,提高,CPU,性能的,3,大措施,提高主频,增加逻辑复杂度,增加内核数目,处理器性能与其逻辑复杂性的平方根成正比，若逻辑复杂性提高,1,倍，至多能提高,40%,的性能,最大瓶颈是散热问题：,3.2GHz,的,Pentium4,功耗超过,100W,，温度达,70,度！,主频到,4.0GHz,，功耗会达到,150W,！,采用,2,个处理器构成一个双核处理器，可以提高,70%,80%,的性能,电路与封装技术的进步，能把多个处理器做在单个芯片上,1._,；,2._,；,3._,。,改进,CPU,结构,提高主频,增加,CPU(,核,),的数目,Instructions,Results are,sequenced,1.”,线程“排队等候进入,CPU,处理,并行处理,3.,每个,CPU,负责执行分配给它的线程中的指令,2.,哪一个,CPU,空闲，就把等候的线程交给它执行,(,包含,3,个内核,),为什么“多核”可提高计算机性能,提高,CPU,性能的具体措施,扩展,CPU,的字长：,32,位,64,位,扩充,CPU,指令系统：,SSE,指令,提高,CPU,主频：目前已达,4GHz,；,加快,CPU,前端总线的数据传输速率；,增大,cache,存储器容量、增加,cache,的级数；,改进,CPU,内部的逻辑结构；,超标量结构（多个执行部件）；,指令流水线执行技术；超线程技术；,采用多内核结构；,高速缓存,(cache),0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,8,9,14,3,4,4,4,10,10,10,主存中的部分信息拷贝在,cache,存储器中,cache,主存储器,CPU,CPU,芯片,随着计算机的发展。存储器与,CPU,速度差距愈来愈大，,从内存中存取数时，,CPU,往往需要等待，于是出现了,cache,。它是一种小容量高速缓冲存储器，它由,SRAM,组成，直接制作在,CPU,芯片内，速度几乎与,CPU,一样快。当,CPU,需要从内存读,(,写,),数据或指令时，先检查,cache,中有没有，若有，就直接从,cache,中读取，而不用访问主存储器。,总线,BUS,总线的定义：,用于在,CPU,、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。,总线的性能：,数据通路宽度；总线工作频率；每秒传输次数,总线最高传输速率,(,数据通路宽度,/8)x,总线工作频率,x,传输次数,总线分类,CPU,RAM,ROM,I/O,总线控制,内总线,存储器扩展模块,I/O,扩展模块,外存,外设,外,总线,系统总线,数据总线：传输数据信息（双向，取决于,CPU,字长）,地址总线：传输地址信息（单向，决定内存空间）,控制总线：传输控制信息（双向，取决于,CPU,字长）,内总线,：计算机内部各芯片之间互连，即片总线，没统一标准。,系统总线,：各插件板之间互连，有通用标准。,外部总线,：微机与外部设备的连接，也称,I/O,总线，有通用标准。,ISA,（,Industry Standard Architecture,）,PCI,（,Peripheral Component Interconnect,）,PCI-Express,AGP(Accelerated,Graphics Port),系统总线,称为“工业标准体系结构”，是针对,Intel8088,微处理器设计的，,16,位,数据传输率最高可达,8MB/s,。现在基本不用。,称外部设备互联总线。数据传送宽度为,32,位，可以扩展到,64,位，数据传输率可达,133MB/s,。,2000,年,Intel,提出了替代,PCI,总线的新总线技术。它可工作于各种不同的物理媒介上，从通用的铜线连接到光纤连接。,加速图形接口，,Intel,公司配合,Pentium,处理器开发的总线标准，数据传输率可以达到,533MB/,秒以上。,PCI-E,的优点,PCI-E,即“,PCI-Express”,1.,传输速率高：,x1,速率可达,250MB/s,，,x16,速率可达,5GB/s,（,2.0,版速率提高为,2,倍,3.0,版为,4,倍）,2.,适应性好：包括,x1,、,x4,、,x8,及,x16,，,外部总线,USB(Universal,Serial Bus),通用串行总线接口,是为解决,PC,与周边设备的通用连接而设计的，使所有的低速设备，都可以连接到统一的,USB,接口上。允许“热插拔”，实现安装自动化。,IEEE 1394,是一种工业标准的高速串行总线，由苹果公司率先创立，又称,Firewire,即火线。它的特点是传输速度快，现在确定为,400MB/s,，以后可望提高到,800MB/s,、,1.6GB/s,、,3.2GB/s,。所以传送数字图像信号也不会有问题。,SCSI,(Small,Computer System Interface,，小型计算机系统接口,),可与各种采用,SCSI,接口标准的外部设备相连，如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和磁带驱动器等。但它价格相对于,IDE,来说也十分昂贵，因此在普通家用电脑上不常用，一般应用于高端工作站或者服务器领域。,5/27/2026,有专门的设备名,COM1,和,COM2,。是电子工业协会,(EIA),所制定的异步传输标准接口,RS-232(,外部总线,),。在,TxD,和,RxD,上：逻辑,1(MARK)=-3V,-15V,逻辑,0(SPACE)=+3,15V,。与,TTL,逻辑电平不一样，可用,TTL/EIA,电平转换器进行，如,MC1488,，,MC1489IC,。插座分为,9,针或,25,针两种，目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器。,串行接口并行接口,常被称为打印口或并行打印机适配器，被赋予专门的设备名,LPT,，为区别同一台计算机上的多个并行端口，依次称为,LPT1,、,LPT2,等。并行接口可同时传输,8,路信号，因此能够一次并行传递完整的一个字节的数据。,I/O,设备接口,串行口,9,针,并行口,VGA,视频口,键盘接口,双绞线接口,PS/2,接口,串行口,25,针,同轴电缆网络接口,显示器,接口,麦克风,音 箱,键盘接口,并行口,USB,接口,以太网,双绞线接口,串行口,鼠标器,接口,(,安装在主板上的,I/O,设备接口,),I/O,接口：,I/O,设备与主机之间的连接器,包括：插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等,串行口,并行口,常用的,I/O,接口及其性能参数,名 称,数据传输方式,数据传输速率,标 准,插头,/,插座形式,可连接的设备数目,通常连接的设备,串行口,串行,双向,50,19200,b/s,EIA-232,或,EIA-422,DB25F,或,DB9F,1,鼠标器，,MODEM,并行口,(,增强式,),并行,双向,1.5MB/s,IEEE 1284,DB25M,1,打印机，扫描仪,USB(1.0),USB(1.1),串行,双向,1.5Mb/s(,慢速,),1.5MB/s(,全速,),USB-IF,A,型，,B,型,最多,127,键盘，鼠标器，数码相机，移动盘等,USB(2.0),串行,双向,60MB/s(,高速,),USB-IF,A,型，,B,型，,Mini,型,最多,127,外接硬盘，数字视频设备，扫描仪等,IEEE 1394a,IEEE 1394b,串行,双向,50MB/s,100MB/s,200MB/s,FireWire(i.Link,),最多,63,数字视频设备,IDE,并行,双向,66MB/s,100MB/s,133MB/s,Ultra,ATA/66,Ultra,ATA/100,Ultra,ATA/133,(E-IDE),14,硬盘，光驱，软驱,SATA,串行,双向,150MB/s,300MB/s,SATA1.0,SATA2.0,7,针插头,/,插座,1,硬盘，光驱,显示器输出接口,并行,单向,200,500MB/s,VGA,HDB15,1,显示器,PS/2,接口,串行,双向,低速,IBM,1,键盘或鼠标器,红外线接口,(IrDA),串行,双向,115,000 bps,或,4 Mbps,红外线数据协会,不需要,1,键盘，鼠标器，打印机等,USB,接口,USB,标识,USB 3.0,通用串行总线式接口（,Universal Serial Bus,）,高速、可连接多个设备、串行传输,传输速率：,USB,的,1.1,版：,1.5 Mb/s,和,12 Mb/s,USB2.0,版：最高达,480Mb/s,（,60MB/s,）,USB3.0,版：最高达,3.2Gbps,（400MB/s,）,USB2.0,使用,4,线连接器，体积小，符合,即插即用,规范（,Plug&Play,即,_,）,PnP,USB,接口的,3,种类型,接口类型,A,通常在,PC,上出现,接口类型,B,通常在,USB,设备上出现,Mini-USB,数码相机、移动硬盘等设备经常使用,USB,集线器,可扩展,PC,机的,USB,接口,黑,地,GND,4,绿,数据,DATA,3,白,数据,DATA,2,红,电源,VCC,1,导线颜色,名 称,信 号,引 脚,CPU,发展过程,MMX,处理多媒体信息的指令（,Multimedia Extension,）,SSE 128,位长操作数的单指令多数据流指令,(Streaming SIMD,Extention,）,8088,（,8086,）,80286,80386,80486,Pentium,Pentium PRO,Pentium II,Pentium III,Pentium 4,奔腾,D,奔腾至尊,酷睿,酷睿,2,Core i3/i5/i7,浮点部件和,cache,32b,24,条,AD,20,条,AD,16b,超标量技术,64b,总线,UV,流水线,增,57,条,MMX,增,70,条,SSE,增,144,条,SSE2,增,13,条,SSE3,增,40,多条,SSE4,Pentium MMX,64b,进制运算,1010B,AH=,1011B,BH=,1100B,CH=,1101B,DH=,1110B,EH=,1111B,FH=,熟记下面数的关系,1GB=,1MB=,1KB=,2,10,B,2,20,B,2,30,B,二进制数,11,位,二进制数,21,位,二进制数,31,位,十六进制,字节,二进制,二进制,10,根地址线可以访问,1KB,容量内存,20,根地址线可以访问,1MB,容量内存,进制运算,1516,1,+516,0,+416,1,=,245.25,38,2,+68,1,+58,0,+28,1,=,245.25,F5.4H=,365.2Q=,122,021,12,0,02,1,12,2,5.25,101.01 B=,八进制进制运算,29.6875,11101.1011,35.54,1D.B,H,Q,B,1,29,3,7,14,2,1,2,2,2,2,0,0,1,1,1,余数,低位,高位,整数部分,小数部分,0.6875,2,1,.3750,0,.7500,1,.5000,1,.0000,2,2,2,高位,低位,整数部分：除,2,取余；,小数部分：乘,2,取整。,带符号整数的表示,+43,的,8,位原码为：,-43,的,8,位原码为：,00101011,10101011,-2,7,+1,2,7,-1,（,-127,127,）,8,位原码范围：,16,位原码范围：,-2,15,+1,2,15,-1,（,-32767,32767,）,+0,的,8,位原码为：,-0,的,8,位原码为：,00000000,10000000,带符号整数的表示,X,1011011,X,原码,X,反码,X,补码,Y,1011011,Y,原码,Y,原码,Y,补码,0,1011011,0,1011011,1,1011011,1,0100100,0,1011011,1,0100101,8,位补码范围：,128,127,，,16,位补码范围：,32768,32767,反码表示的整数范围与原码相同。,+0,反,00000000,-0,反,11111111,00000000,+0,补,-0,补,=,反码,=,符号位,+,数值的非,补码,=,反码,+1,补码的意义,补码有减化二进制加法的作用。,题：,X=+1101B,，,Y=-0110B,求：,X+Y=,00111B,过程：,X+Y,补,=X,补,+Y,补,X-Y,补,=X,补,+-Y,补,X+Y,补,=01101+11010,去进位,=00111,则：,X+Y=00111B,（符号位为正）,13+,（,-6,）,=7,二,十进制编码（,BCD,）,(0101 1001 0000.0001 1001),BCD,(590.19),D,=,注意,BCD,与二进制（,B,）不同,常用：,8421,码,(,后,6,位不用,),；,2421,码,(,中间,6,位不用,),；余三码,(,前后3,位不用,),。；格雷码（循环二进制码或反射二进制码）。最常用,8421,码。,汉字编码,汉字编码是指将汉字转换成二进制代码的过程。,_,码,即输入法。可以由键盘上的英文字符、数字和某些特殊字符构成。,中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码,，共收录一、二级汉字和图形符号,7445,个。简称,_,码,，又称,_,码,或,_,码,，没有重码；其它输入法都有重码。,_,码,计算机内部存储、处理汉字所用的编码。输入码通过汉字操作系统转换为机内码；每个汉字的机内码用,_,个字节表示。汉字的输入法不同，但机内码是,一致,的。,_,码,指汉字信息的输出编码。所占内存比其机内码大得多。点阵越大所用字节越多。,1616,点阵汉字需要,_,（字节）,机外,国标,交换,区位,机内,字型,1616/8=32,2,ASCII,美国信息交换标准码,有两种形式：,7,位,ASCII,码,/8,位,ASCII,码,常用,7,位,ASCII,码,特点：用,7,位二进制数（,0,，,1,）表示一个字符,容量：,27=128,（个：,0 127,）,其中：第,48-57,号表示数字符号,09:_H,第,65-90,号表示大写字母,AZ:_H,第,97-122,号表示小写字母,az:_H,字母“,A”,即,(65)D,的,ASCII,码值为,:,字符“,2”,即,(50)D,的,ASCII,码值为,:,3039,415A,617A,1000001,0110010,b,7,b,6,b,5,b,4,b,3,b,2,b,1,b,0,奇偶校验位,ASCII,编码位,为了使用方便，在计算机存储中每个,ASCII,码值用一个字节（,8,个二进制位）表示。后,7,位用作,ASCII,码值本身，第一位（最高位）用作奇偶校验位；,奇偶校验,奇校验规定：,正确的代码一个字节中“,1”,的个数必须是奇数，若非奇数，则在高位“,b7”,添“,1”,来满足。,偶校验规定：,正确的代码一个字节中“,1”,的个数必须是偶数，若非偶数，则在高位“,b7”,添“,1”,来满足。,题：当,ASCII,码值为“,111001”,时，它表示什么字,符？当采用,偶校验,时“,b,7,”,应等于什么？,解：,查出（,111001,）,2,=39H,表示“,9”,字符；,即：,0,0,1,1,1,0,0,1,根据偶校验规则“,b,7,”,应等于“,0”,。,移码,定义：,X,移,=2,n,+X,（,2,n,X-2,n,）,式中,X,为真值，,n,即数值位个数。,移码将有符号数转化为在中值附近的正数。,在数轴上移码所表示的范围恰好对应于真值在数轴上的范围向轴的正方向移动,2,n,个单元。这就是移码名字的由来。其中,2,n,可称为偏移量。,题,1,：,n=4,，,X=6=110B,，则,X,移,=_B,题,2,：,n=4,，,X=-6=-110B,，则,X,移,=_B,1110,0010,真值,X,X,补,X,移,X,移,对应的十进制整数,-100000,-11111,-11110,-00001,00000,+00001,+00010,+11110,+11111,100000,100001,100010,111111,000000,000001,000010,011110,011111,000000,000001,000010,011111,100000,100001,100010,111110,111111,0,1,2,31,32,33,34,62,63,中轴,符号位相反,真值、补码和移码对照表,数的浮点表示,E,1,E,2,E,3,E,m,M,S,M,1,M,2,M,3,M,n,阶符,尾数,尾符,E,S,阶码,计算机中浮点数的格式,E,S,为阶码的符号位，表示阶的正负；,M,S,为尾数的符号位，表示阶的正负。,N=,M,R,E,浮点数可以写成：,尾数,指数或阶码,基数,可以取,2,、,4,、,8,或者,16,，它在计算机中通常是一个默认的固定值。,参数,单精度浮点数,双精度浮点数,扩充精度浮点数,浮点数长度,（字长）,80,尾数长度,P,23,52,64,符号位,S,位数,1,1,1,指数,E,长度,8,11,15,最大指数,+127,+1023,+16383,最小指数,-126,-1022,-16382,Pentium,处理器三种类型浮点数格式：,32,64,BIU,负责指令译码和指令执行（算术逻辑运算）,负责取指令和传送数据，合成,20,位物理地址,_,单元,_,单元,1F100h,1F101h,1F102h,1FFFFh,地址,.,.,.,16,位处理器,8086CPU,EU,总线,内存,执行,总线接口,+,AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL,SI,DI,BP,SP,CS,DS,ES,SS,IP,译码,指令队列,地址合成,AX,BX,CX,DX,控制器,FLAGS,PSW,标志寄存器,段寄存器,通用寄存器,堆栈指针寄存器,计数器,累加器,变址寄存器,指令指针寄存器,源变址,基址,代码段,数据段,堆栈段,栈段的基址,栈段顶,目的变址,附加数据段,ALU,算术逻辑单元,总,线,接,口,数据,执行部件（,EU),总线接口部件（,BIU),计算机通过,CS:IP,来取指,访问存储器的方式,默认的,段寄存器,可,跨越的,段寄存器,偏移地址,取,指令,CS,无,IP,堆栈操作,SS,无,SP,一般数据访问,DS CS ES SS,有效地址,EA,BP,作为基址的寻址,SS CS DS ES BP,串操作的源操作数,DS CS ES SS SI,串操作的目的操作数,ES,无,DI,寄存器的使用规定,8086/8088,程序状态寄存器（标志寄存器）,b,15,b,8,b,7,b,0,OF DF IF TF SF ZF AF PF CF,符号,名称,值为“,1”,的条件,进位标志 加,/,减法时产生进位,/,借位,溢出标志 运算结果超出有符号整数能表示的范围,零标志 运算结果为,0,时,符号标志 运算结果的最高位为“,1”(,负数,),时,辅助进位标志 运算时半字节（,b3,）,产生进位,/,借位,奇偶标志 操作结果低,8,位为“,1”,的位数为偶数时,方向标志 串操作中地址指针向低地址方向移动,中断允许标志 允许,CPU,响应可屏蔽中断请求时,跟踪标志,CPU,处于单步执行的工作方式,CF,OF,ZF,SF,AF,PF,DF,IF,TF,控制,反映结果状态,题：以下的几个,4位十六进制数相加，会使得,8088,状态寄存器的以下几位为什么值？,CF,PF,AF,ZF,SF,OF,8000H,8000H,+,0000H,C000H,C000H,+,8000H,4008H,4008H,+,8010H,0808H,C000H,+,C808H,1,1,0,1,0,1,1,1,0,0,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,0,1,0,在补码加减运算中，有时会遇到这样的情况：两个正数相加，结果的符号位却为,1,（结果为负）；两个负数相加，结果的符号位却为,0,（结果为正），以下是两个,5,位补码加法的例子。,0,1011,（,+11,）,1,0101,（,-11,）,+0,0111,（,+7,）,+1,1001,（,-7,）,1,0010,（,-14,）,0,1110,（,+14,）为什么会发生这种错误？计算机是有位数限制的，,5,位补码可以表示的十进制数的范围是从,-16,到,+15,，结果超过额定位数，就会溢出。如果将符号位扩充为两位（,Ss1,、,Ss2,），既能判别是否溢出，又能指出结果的符号。,Ss1,、,Ss2=00,结果为正数，无溢出,01,结果正溢出,10,结果负溢出,11,结果为负数，无溢出 结论：,溢出判断,当两位符号位的值不一致时，表明产生溢出。,第一符号位为,0,时为正为,1,为负。,内存储器,A,C,9,27,B,ALU,0 1 2 3 4 5 6 7,运算器,(ALU),与通用寄存器,(GPR),工作过程,3.,存数指令,9,2.,加法指令,(3,寄存器内容与,5,寄存器内容相加，并把和数写入,1,寄存器,),1.,取数指令,27,36,27,9,36,36,通用寄存器,GPR,LOAD,R3,内存地址,A,ADD,R1,R3,R5,LOAD,R5,内存地址,B,STORE,内存地址,C,R1,8086,微处理器外部基本引脚,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,40,39,38,37,36,35,34,33,32,31,30,29,28,27,26,2524,23,22,21,GND,AD,14,AD,13,AD,12,AD,11,AD,10,AD,9,AD,8,AD,7,AD,6,AD,5,AD,4,AD,3,AD,2,AD,1,AD,0,NMI,INTR,CLK,GND,VCC,AD,15,A,16,/S,3,A,17,/S,4,A,18,/S,5,A,19,/S,6,BHE/S,7,MN/MX,RD,HOLD (RQ)/GT0),HLDA (RQ1/GT1),WR (LOCK),M/IO (S2,),DT/R (S1,),DEN (S0,),ALE,INTA,TEST,READY,RESET,8086,不可屏蔽中断,可屏蔽中断,时钟,准备好,等待测试,中断响应,复位,地址锁存允许,数据允许,数据发送,/,接收,写,读,高位允许,最大,/,最小模式,电源电压,地线,储存器,/,输入输出,最小方式：,单个微处理器组成的系统，由,8086,产生系统所需的全部控制信号。,最大方式：,用于多处理器系统中，,8086,不直接提供控制信号。,地址数据线有三态（,0,，,1,，高阻）数据线是双向的。,高位地址线三态单向,总线保持,总线保持响应,复位后,CS,FFFFH,其它寄存器,0000H,时钟产生器,8086,最小模式典型系统结构,V,OC,（,+5V,）,A,B,T,OE*,OE*,0,，导通,T,1 AB,T,0 AB,OE*,1不导通,双向三态门,或,74LS373,或,74LS245,8086,最大模式典型系统结构,控制总线,由总线控制器,8288,形成。,地址总线,由三个三态地址锁存器,8283,形成。,数据总线,通过总线收发器,8286,形成和驱动。,S,2,、S,1,、S,0,总线操作,8288,控制信号,0 0 0,中断响应,INTA,0 0 1,读,I/O,IORC,0 1 0,写,I/O,IOWC AIOWC,0 1 1,无总线操作,1 0 0,取指,MRDC,1 0 1,读内存,MRDC,1 1 0,写内存,MWTC AMWC,典型的总线周期,由,T,1,-T,4,4,个,T,状态构成，在,I/O或存储器忙时，,CPU,还会产生,T,W,（等待）状态。,地址产生周期，同时,CPU,检查,M/IO,信号；,CPU,产生各种控制信号（如读写、,DT/R,、,DEN,），同时,AD,0,AD,15,进行信号转换；,AD,0,AD,15,出现稳定的数据信号（写），或者,I/O,、存储器译码，读出数据；,完成读写操作。,T,1,T,2,T,3,T,4,8086CPU,的主频为,5MHz,，周期,0.2s=200ns,T,1,T,2,T,3,T,4,T,1,CLK,地址,状态输出,A16A19,地址,数据,A0A15,高电平，存储器读写，否则,I/O,M/IO,ALE,DEN,WR,DT/R,CPU,写操作,数据传送,/,接收,数据允许,地址允许,T,1,T,2,T,3,T,4,T,1,CLK,地址,状态输出,A16A19,地址,数据,A,0,A,15,高电平，存储器读写，否则,I/O,M/IO,ALE,DEN,RD,DT/R,CPU,读操作,数据传送,/,接收,数据允许,地址允许,T,1,T,2,T,3,T,W,T,4,CLK,地址,状态输出,A,16,A,19,地址,数据,A,0,A,15,高电平，存储器读写，否则,I/O,M/IO,ALE,DEN,RD,READY,具有等待的,CPU,读操作,READY=0,插入等待周期,现代微机的存储结构,CPU,内,的寄存器,L1,数据,Cache,L1,代码,Cache,L2 Cache,L3 Cache,内部存储器（内存）,外部存储器（外存）,外存,Cache,（,Random Access Memory,）即随机存储器。,(Static RAM),即静态随机存储器：读取速度相当快，造价昴贵，主要用作高速缓冲存储器,(Cache),。,(Dynamic,RAM),即动态随机存储器：读取速度较慢，但造价低廉，集成度高，目前内存条主要是,DRAM,。,（,Read-Only Memory,）即只读存储器：只能读不能写。存放在,ROM,中的信息，没有电源的情况也能保持。,（,Programmable ROM,）,：允许一次编程，此后不可更改。,（,Erasable Programmable ROM,）即可擦除可编程的只读存储器：用户可通过编程器写入,EPROM,。重新写入可通过紫外线照射,EPROM,，擦除原来信息，然后写入。,（,Electrically Erasable Programmable ROM,）即电可擦除,ROM,：,采用加电方法在线进行擦除和编程,。,Flash Memory,（闪存）：能够快速擦写的,EEPROM,，但只能按块（,Block,）擦除。,半导体存储器,RAM,SRAM,DRAM,ROM,PROM,EPROM,EEPROM,半导体存储器,只 读,存储器,(ROM),随机存取存储器,(RAM),静态随机存储器,SRAM,动态随机存储器,DRAM,掩膜式,ROM,（用作,Cache,存储器,）,（用作,主存储器）,每个存储单元,(cell),由,6,个晶体管组成,只要加上电源，信息就能一直保持,对电器干扰相对不很敏感,比,DRAM,更快，也更贵,每个存储单元由,1,个电容和,1,个晶体管组成,.,每,10-100 ms,必须刷新一次,对电器干扰比较敏感,比,SRAM,慢，但便宜,（用作,BIOS,存储器）,(,图形卡、硬盘控制器,),可擦除可编程,ROM,（,EPROM,）,电可擦除可编程,ROM,（,EEPROM,）,一次性可编程,ROM,（,PROM,）,移动存储器,移动硬盘移动硬盘一般由笔记本电脑的硬盘改装而成。笔记本电脑的硬盘加上接口电路（一般为,USB,接口）就组成了一个移动硬盘。移动硬盘使用与计算机的硬盘使用完全一样。,Flash,存储设备：,Flash,存储设备利用,Flash,闪存芯片为存储介质制作的移动存储器。作为微型计算机使用的,Flash,存储器就是我们说的,U,盘。它是由,Flash,闪存芯片为存储介质，采用,USB,接口，无需外接电源、支持即插即用和热插拔，只要用户计算机的主板上有,USB,接口，就可以使用,U,盘。,计算机存储器的层次结构,cache,存储器,主存储器,(RAM,和,ROM),外存储器（软盘、硬盘、光盘）,后备存储器（磁带库、光盘库）,内存储器,外存储器,寄存器,典型容量,1KB,几个,MB,几个,GB,100GB-1TB,10TB-100TB,典型存取时间,1 ns,2 ns,10 ns,10 ms,10 s,工作过程：,1,）,CPU,运行时，需要的操作数大部分来自寄存器,2,）如需要从,(,向,),存储器中取,(,存,),数据时，先访问,cache,，如在，取自,cache,3,）如操作数不在,cache,，则访问,RAM,，如在,RAM,中，则取自,RAM,4,）如操作数不在,RAM,，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出,RAM cache,存储器结构,译码器,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,63,0,1,存储单元,64,个单元,行译码,A,2,A,1,A,0,7,1,0,列译码,A,3,A,4,A,5,0,1,7,64,个单元,单译码,双译码,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,地 址,A,1,A,0,D,3,D,2,D,1,D,0,内 容,位线,A,1,A,0,A,1,A,0,A,1,A,0,A,1,A,0,A,1,A,0,D,3,D,2,D,1,D,0,-V,CC,译,码,器,K:,输出控制端,字线,输入任意一个地址码，译码器就可使与之对应的某条字线为高电平，进而从位线上读出四位输出数字量。,简单的二极管,ROM电路,内存,(RAM),的功能与原理,01101001,10101010,存储内容,00001,00000,00010,00011,00100,11110,11111,存储,单元,地址,地,址,寄,存,地,址,译,码,存储体,控制电路,AB,数,据,寄,存,读,写,电,路,DB,OE,WE,CS,片选端,输出端,控制读操作,输入端,控制写操作,地址总线,数据总线,芯片的存储容量,2,M,N,存储单元数,存储单元的位数,M,：芯片的地址线根数,N,：芯片的数据线根数,RAM,按制造工艺不同可分为双极型和,MOS,型两大类。双极型,RAM,存取速度高，但功耗大，集成度较低。用作高速缓冲存储器,Cache,。一般内存用,MOS,型,RAM,。,V,CC,W,i,D,D,I/O,R/W,1,2,3,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,Q,Q,T,1,字线,数据线,数据线,SRAM,的结构和原理,字线,Wi,1,门控管,T5,和,T6,导通，时可以进行“读”或“写”的操作。,R/W=0,时，三态门,1,、,3,接通，而门,2,处于高阻，使,I/O,信号得以经过门,1,、,3,送到数据线上，以便写入；,R/W,1,时，门,2,接通，将数据线上电位送到,I/O,，以便读出。,V,CC,T,2,T,1,T,3,T,4,D,D,列选线,行选线,SRAM,基本储存单元,2,3,4,5,6,7,89,10,23,22,21,20,19,18,17,16,15,A,0,A,1,D,0,A,3,A,4,A,5,A,6,A,9,A,10,CS,GND,V,CC,D,3,D,2,D,1,D,4,SRAM 6116,管脚图,A,2,A,7,1,11,12,14,13,24,A,8,D,5,D,6,D,7,RD,WR,DRAM,的特点是集成度高（存储容量大），功耗低，但速度慢（目前最快存取时间为几,nS,），外围电路复杂。,DRAM,T,刷新,R,行选线,X,输出缓冲器,/,灵敏放大器,刷新缓冲器,输入缓冲器,位,线,B,单管动态存储单元是目前所有大容量,DRAM,首选存储单元,结构简单。,每个基本存储单元存储二进制数一位,由于电容很小（约为,0.1uuF,0.2uuF,），所以信号很弱，需要放大。每次读出后，,C,上电荷损失，必须把原来信号重新写入（刷新）。,CPU,（子系统）,RAM,CS,WE,芯片地址,ROM,CS,芯片地址,译,码,器,AB,DB,CPU,与存贮器连接,CPU,的低位地址接于存贮器芯片地址，作为存贮器单元地址。,CPU,高位地址接于译码器，经译码后产生存贮器片选信号,CS(,或,CE),。,IO/M,WR,低位地址,高位地址,数据线,如何连接？,1,、全译码,CPU,的全部地址线都参与寻址,特点：,每个存贮单元的地址是唯一的,无地址重叠。,2,、部分译码,C