1微機(jī)接口概述(s)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?許向眾微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)任課教師：孫麗君計(jì)算機(jī)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系信息樓西303

67392370轉(zhuǎn)608sunlijun@二零一四年~二零一五年第一學(xué)期

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?2

課程性質(zhì):必修課教學(xué)計(jì)劃:總學(xué)時(shí)32考試形式:閉卷成績(jī):(1)期末試卷成績(jī)占總成績(jī)80%(2)平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)20%注：平時(shí)成績(jī):7次作業(yè)+考勤

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?3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)編著清華大學(xué)出版社，2008年2月1.《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》（第三版）周荷琴吳秀清編著中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2006年8月2.《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》錢曉捷編著機(jī)械業(yè)出版社2006年10月

3.BarryB.Brey,“TheIntelMicroprocessors8086/8088……PentiumⅡProcessorsArchitecture，ProgramingandInterfacing”（有中譯本）主要參考書：

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?4課程的地位和作用本課程是為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生開設(shè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課，是計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)課程，通過本課程的學(xué)習(xí)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力，為今后學(xué)習(xí)新型高檔微機(jī)課程，進(jìn)行微機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)及功能擴(kuò)展，打下良好的基礎(chǔ)。

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?5課程的目的和任務(wù)了解微型計(jì)算機(jī)各組成部分的相互關(guān)系和與外界的接口技術(shù)；掌握微處理器、常用I/O接口芯片的結(jié)構(gòu)、功能、時(shí)序和使用方法；初步具有微機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O功能的硬件設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試的能力。

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?6教學(xué)目標(biāo)—培養(yǎng)能力資料閱讀能力分析軟硬件能力設(shè)計(jì)接口，擴(kuò)充系統(tǒng)能力使用設(shè)計(jì)與調(diào)試工具、設(shè)計(jì)與調(diào)試能力

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?7主要教學(xué)內(nèi)容：第一章微型計(jì)算機(jī)概述（2學(xué)時(shí)）第二章

16位和32位微處理器（4學(xué)時(shí)）第三章微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸（2學(xué)時(shí)）第四章微型計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)及8259中斷控制器（5學(xué)時(shí)）第五章可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器及其應(yīng)用（4學(xué)時(shí)）第六章串、并行通信和接口技術(shù)（4學(xué)時(shí)）第七章DMA控制器及其應(yīng)用(2學(xué)時(shí))第八章模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換（4學(xué)時(shí)）第九章總線（3學(xué)時(shí)）第十章總復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?8第一章緒論▲什么是微型計(jì)算機(jī)▲微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況▲微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成和性能評(píng)價(jià)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?91.1 什么是微型計(jì)算機(jī)從體積、功能和價(jià)格劃分大型—中型—小型—微型從組成劃分電子管—晶體管—集成電路—LSI—VLSI

一般，把臺(tái)式計(jì)算機(jī)類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等統(tǒng)稱為微型計(jì)算機(jī)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?10微處理器的歷史

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?11老祖宗1642，Pascal，

Pascaline，撥

動(dòng)輪子，實(shí)現(xiàn)

加減法Leibniz，實(shí)現(xiàn)

乘法

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?12被埋沒的天才CharlesBabbage,1791-1871最早提出和設(shè)計(jì)“分析機(jī)”，即今天的通用計(jì)算機(jī)采用機(jī)械技術(shù)，幾乎具有當(dāng)代計(jì)算機(jī)的全部特征愛達(dá)·拉夫拉斯伯爵夫人詩人拜倫的女兒，世界計(jì)算機(jī)先驅(qū)中的第一位女性建議用二進(jìn)制數(shù)代替原來的十進(jìn)制數(shù)，指出分析機(jī)可能編程左圖：紀(jì)念巴貝奇200周年誕辰時(shí)根據(jù)其圖紙制造的分析機(jī)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?13第一縷曙光1946，ENIAC30T，18800電子管耗電150kW5000次加法/分鐘這就是在給

ENIAC“編程”

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?14從電子管到晶體管1947年12月16日，威廉·肖克萊(WilliamShockley)、約翰·巴丁(JohnBardeen)和沃特·布拉頓(WalterBrattain)成功地在貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出第一個(gè)晶體管（1956諾貝爾物理獎(jiǎng)）

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?15指尖上的世界1958年，杰克?基爾比（JackKilby）和羅伯特?

諾伊斯（RobertNoyce）各自獨(dú)立地發(fā)明了集成電路

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?16微處理器的誕生1968年，Intel公司成立1971年，4004誕生

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?1780088080

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?18INTEL4004INTEL8008字長(zhǎng):4—8位集成度:1—2千只/片時(shí)鐘:0.5—1MHZD-BUS:4/8位A-BUS:4/8位1.2微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況INTEL8080Z80,MC6800字長(zhǎng):8位集成度:5—9千只/片時(shí)鐘:2—4MHZD-BUS:8位A-BUS:16位執(zhí)行時(shí)間:1—2μSINTEL8086/80286Z8000,MC68000字長(zhǎng):16位集成度:2—7萬只/片時(shí)鐘:4—8MHZD-BUS:16位A-BUS:20—24位執(zhí)行時(shí)間:0.5μSINTEL80386/80486MC68020字長(zhǎng):32位集成度:大于15萬~120萬只/片時(shí)鐘:大于16~60MHZD-BUS:32位A-BUS:32位執(zhí)行時(shí)間:小于0.1μS71年73年78年83年93年P(guān)entium,PentiumPro,PentiumⅡ,Pentium

Ⅲ,Pentium

4,Itanium字長(zhǎng):32位~64位集成度:大于310萬~2.2億只/片時(shí)鐘:大于100MHZ~3066MHz外部D-BUS:64位內(nèi)部D-BUS:32位A-BUS:36位執(zhí)行時(shí)間:小于0.02μS王朝的奠基—8086/8088（1978）

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?19首嘗RISC—80486（1989）1250k，25-100MHz

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?20不再用數(shù)字了—Pentium（1993）3.1M，60-200MHz…+MMX=PentiumMMX

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?21服務(wù)器專用—PentiumPro（1995）5.5M，133-200MHzOn-ChipL2Cache

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?22Pro+MMX=PentiumII（1997）7.5M，S.E.C封裝PentiumIIXeon

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?23PentiumIII/Celeron/Xeon(1999)PentiumIIIXeonCeleron400M-1.4GHzSSE

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?24頻率的終結(jié)—Pentium4(2000)42M，1.5-3.8GHz

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?2564位—Itanuim（2001）

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?26多核時(shí)代Core2DuoPentiumDAMDPhenom

（羿龍）Corei7

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?271.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.1微型計(jì)算機(jī)

包括有微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線組成。微處理器CPU

由算術(shù)邏輯部件ALU和累加器；寄存器組、指令指針寄存器、段寄存器；時(shí)序和控制邏輯部件；內(nèi)部總線等組成。CPU存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備控制總線地址總線數(shù)據(jù)總線

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?28系統(tǒng)軟件I/O接口寄存器組1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上相應(yīng)的外部I/O設(shè)備以及系統(tǒng)軟件而構(gòu)成的系統(tǒng)。運(yùn)算器控制器RAMROMI/O接口I/O設(shè)備I/O設(shè)備系統(tǒng)總線微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?29

微處理器、微計(jì)算機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?301.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)可分為內(nèi)存和外存1、內(nèi)部存儲(chǔ)器主要是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：RAM和ROM2、外部存儲(chǔ)器：硬盤、光盤等3、存儲(chǔ)器的組織4、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)存儲(chǔ)容量:KB,MB,GB,TB。存儲(chǔ)器的最大容量和處理器的地址線寬度有關(guān)。存取速度：用訪問時(shí)間來衡量的。

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?31半導(dǎo)體存儲(chǔ)器讀/寫存儲(chǔ)器

(RAM)只讀存儲(chǔ)器

(ROM)動(dòng)態(tài)(RAM)靜態(tài)(RAM)ROM:內(nèi)容固定,適合大批量生產(chǎn)PROM:自己寫內(nèi)容,不可擦掉EPROM:自己寫內(nèi)容,可以改寫E2PROM:用電改寫,在板上工作狀態(tài),可以寫入或擦抹掉電后,內(nèi)容破壞,易失性存儲(chǔ)器

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?321.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.4I/O接口輸入/輸出接口電路用于CPU（或存儲(chǔ)器）與外設(shè)之間進(jìn)行信息交換。

I/O接口電路實(shí)現(xiàn)不同的外設(shè)和CPU之間的工作速度、信號(hào)電平、數(shù)據(jù)格式的匹配及時(shí)序控制和中斷控制等微機(jī)接口技術(shù)是采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研究微處理器如何與“外部世界”進(jìn)行高效可靠的信息交換的一門技術(shù)。

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?331.3.4總線（BUS）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各個(gè)部件之間傳送信息的公共通路叫總線。微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)是典型總線結(jié)構(gòu)，即通過總線將各個(gè)部件連接起來。

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?341總線標(biāo)準(zhǔn)的特性物理特性：指總線物理連接的方式，包括總線的根數(shù)、總線的插頭、插座的形狀、引腳如何排列等功能特性：一組總線中每一根線的功能電器特性：信號(hào)傳遞方向和有效電平范圍時(shí)間特性：每根線上的信號(hào)在什么時(shí)間有效

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?352總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?36總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)CPUMMI/OI/OI/O所有部件均掛在一條總線上

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?37面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)面向主存的雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?38面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器與I/O接口間無直接通道CPUMI/OI/OI/O

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?39面向存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu)在單總線結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一條CPU到存儲(chǔ)器的高速總線CPUMI/OI/OI/O

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?401.4、單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，一個(gè)芯片集成CPU、ROM、RAM及一些I/O接口電路如：Intel8051，8096。1.5、單板機(jī)微型計(jì)算機(jī)做在一個(gè)在一塊印刷電路板上，集成了微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口芯片以及少量的輸入輸出設(shè)備（如小鍵盤、LED顯示器）。

?北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院?411.6微型計(jì)算機(jī)的性能描述1.主頻：CPU的時(shí)鐘頻率2.微處理器的字長(zhǎng)(位數(shù)）和指令執(zhí)行時(shí)間字長(zhǎng)：CPU能同時(shí)處理的二進(jìn)制的位數(shù)，也稱數(shù)據(jù)寬度。16位，32位，64位等MIPS：

P100150，PenPro200440

iCOMP（intelCOmparableMicroprocessorPerformance）指數(shù)評(píng)測(cè)方案

Pentium10081