1微機接口概述(s)

?北京工業(yè)大學計算機學院?許向眾微型計算機接口技術任課教師：孫麗君計算機學院系統(tǒng)結構系信息樓西303

67392370轉608sunlijun@二零一四年~二零一五年第一學期

?北京工業(yè)大學計算機學院?2

課程性質:必修課教學計劃:總學時32考試形式:閉卷成績:(1)期末試卷成績占總成績80%(2)平時成績占總成績20%注：平時成績:7次作業(yè)+考勤

?北京工業(yè)大學計算機學院?3教材：《微型計算機技術及應用》（第4版）戴梅萼，史嘉權編著清華大學出版社，2008年2月1.《微型計算機原理與接口技術》（第三版）周荷琴吳秀清編著中國科學技術大學出版社，2006年8月2.《微型計算機原理及接口技術》錢曉捷編著機械業(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)大學計算機學院?4課程的地位和作用本課程是為計算機科學與技術專業(yè)本科生開設的一門學科基礎必修課，是計算機硬件的基礎課程，通過本課程的學習建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力，為今后學習新型高檔微機課程，進行微機硬件系統(tǒng)的設計、開發(fā)及功能擴展，打下良好的基礎。

?北京工業(yè)大學計算機學院?5課程的目的和任務了解微型計算機各組成部分的相互關系和與外界的接口技術；掌握微處理器、常用I/O接口芯片的結構、功能、時序和使用方法；初步具有微機系統(tǒng)的擴展I/O功能的硬件設計、開發(fā)和調試的能力。

?北京工業(yè)大學計算機學院?6教學目標—培養(yǎng)能力資料閱讀能力分析軟硬件能力設計接口，擴充系統(tǒng)能力使用設計與調試工具、設計與調試能力

?北京工業(yè)大學計算機學院?7主要教學內容：第一章微型計算機概述（2學時）第二章

16位和32位微處理器（4學時）第三章微型計算機和外設的數據傳輸（2學時）第四章微型計算機中斷系統(tǒng)及8259中斷控制器（5學時）第五章可編程計數器/定時器及其應用（4學時）第六章串、并行通信和接口技術（4學時）第七章DMA控制器及其應用(2學時)第八章模/數和數/模轉換（4學時）第九章總線（3學時）第十章總復習（2學時）

?北京工業(yè)大學計算機學院?8第一章緒論▲什么是微型計算機▲微型計算機的發(fā)展概況▲微型計算機系統(tǒng)的構成和性能評價

?北京工業(yè)大學計算機學院?91.1 什么是微型計算機從體積、功能和價格劃分大型—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，把臺式計算機類型的個人計算機、結構相對簡單的工業(yè)控制計算機等統(tǒng)稱為微型計算機

?北京工業(yè)大學計算機學院?10微處理器的歷史

?北京工業(yè)大學計算機學院?11老祖宗1642，Pascal，

Pascaline，撥

動輪子，實現

加減法Leibniz，實現

乘法

?北京工業(yè)大學計算機學院?12被埋沒的天才CharlesBabbage,1791-1871最早提出和設計“分析機”，即今天的通用計算機采用機械技術，幾乎具有當代計算機的全部特征愛達·拉夫拉斯伯爵夫人詩人拜倫的女兒，世界計算機先驅中的第一位女性建議用二進制數代替原來的十進制數，指出分析機可能編程左圖：紀念巴貝奇200周年誕辰時根據其圖紙制造的分析機

?北京工業(yè)大學計算機學院?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)大學計算機學院?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)成功地在貝爾實驗室制造出第一個晶體管（1956諾貝爾物理獎）

?北京工業(yè)大學計算機學院?15指尖上的世界1958年，杰克?基爾比（JackKilby）和羅伯特?

諾伊斯（RobertNoyce）各自獨立地發(fā)明了集成電路

?北京工業(yè)大學計算機學院?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)大學計算機學院?1780088080

?北京工業(yè)大學計算機學院?18INTEL4004INTEL8008字長:4—8位集成度:1—2千只/片時鐘:0.5—1MHZD-BUS:4/8位A-BUS:4/8位1.2微型計算機的發(fā)展概況INTEL8080Z80,MC6800字長:8位集成度:5—9千只/片時鐘:2—4MHZD-BUS:8位A-BUS:16位執(zhí)行時間:1—2μSINTEL8086/80286Z8000,MC68000字長:16位集成度:2—7萬只/片時鐘:4—8MHZD-BUS:16位A-BUS:20—24位執(zhí)行時間:0.5μSINTEL80386/80486MC68020字長:32位集成度:大于15萬~120萬只/片時鐘:大于16~60MHZD-BUS:32位A-BUS:32位執(zhí)行時間:小于0.1μS71年73年78年83年93年Pentium,PentiumPro,PentiumⅡ,Pentium

Ⅲ,Pentium

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

?北京工業(yè)大學計算機學院?19首嘗RISC—80486（1989）1250k，25-100MHz

?北京工業(yè)大學計算機學院?20不再用數字了—Pentium（1993）3.1M，60-200MHz…+MMX=PentiumMMX

?北京工業(yè)大學計算機學院?21服務器專用—PentiumPro（1995）5.5M，133-200MHzOn-ChipL2Cache

?北京工業(yè)大學計算機學院?22Pro+MMX=PentiumII（1997）7.5M，S.E.C封裝PentiumIIXeon

?北京工業(yè)大學計算機學院?23PentiumIII/Celeron/Xeon(1999)PentiumIIIXeonCeleron400M-1.4GHzSSE

?北京工業(yè)大學計算機學院?24頻率的終結—Pentium4(2000)42M，1.5-3.8GHz

?北京工業(yè)大學計算機學院?2564位—Itanuim（2001）

?北京工業(yè)大學計算機學院?26多核時代Core2DuoPentiumDAMDPhenom

（羿龍）Corei7

?北京工業(yè)大學計算機學院?271.3微型計算機系統(tǒng)1.3.1微型計算機

包括有微處理器、存儲器、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；時序和控制邏輯部件；內部總線等組成。CPU存儲器I/O接口I/O設備控制總線地址總線數據總線

?北京工業(yè)大學計算機學院?28系統(tǒng)軟件I/O接口寄存器組1.3微型計算機系統(tǒng)1.3.2微型計算機系統(tǒng)以微型計算機為主體，配上相應的外部I/O設備以及系統(tǒng)軟件而構成的系統(tǒng)。運算器控制器RAMROMI/O接口I/O設備I/O設備系統(tǒng)總線微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)

?北京工業(yè)大學計算機學院?29

微處理器、微計算機、微機系統(tǒng)

?北京工業(yè)大學計算機學院?301.3微型計算機系統(tǒng)1.3.3存儲器存儲器用來存儲程序和數據可分為內存和外存1、內部存儲器主要是半導體存儲器：RAM和ROM2、外部存儲器：硬盤、光盤等3、存儲器的組織4、存儲器的性能指標存儲容量:KB,MB,GB,TB。存儲器的最大容量和處理器的地址線寬度有關。存取速度：用訪問時間來衡量的。

?北京工業(yè)大學計算機學院?31半導體存儲器讀/寫存儲器

(RAM)只讀存儲器

(ROM)動態(tài)(RAM)靜態(tài)(RAM)ROM:內容固定,適合大批量生產PROM:自己寫內容,不可擦掉EPROM:自己寫內容,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,內容破壞,易失性存儲器

?北京工業(yè)大學計算機學院?321.3微型計算機系統(tǒng)1.3.4I/O接口輸入/輸出接口電路用于CPU（或存儲器）與外設之間進行信息交換。

I/O接口電路實現不同的外設和CPU之間的工作速度、信號電平、數據格式的匹配及時序控制和中斷控制等微機接口技術是采用硬件與軟件相結合的方法，研究微處理器如何與“外部世界”進行高效可靠的信息交換的一門技術。

?北京工業(yè)大學計算機學院?331.3.4總線（BUS）在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線。微型計算機的結構是典型總線結構，即通過總線將各個部件連接起來。

?北京工業(yè)大學計算機學院?341總線標準的特性物理特性：指總線物理連接的方式，包括總線的根數、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：信號傳遞方向和有效電平范圍時間特性：每根線上的信號在什么時間有效

?北京工業(yè)大學計算機學院?352總線結構單總線結構雙總線結構

?北京工業(yè)大學計算機學院?36總線的系統(tǒng)結構單總線結構CPUMMI/OI/OI/O所有部件均掛在一條總線上

?北京工業(yè)大學計算機學院?37面向CPU的雙總線結構面向主存的雙總線結構雙總線結構

?北京工業(yè)大學計算機學院?38面向CPU的雙總線結構存儲器與I/O接口間無直接通道CPUMI/OI/OI/O

?北京工業(yè)大學計算機學院?39面向存儲器的雙總線結構在單總線結構基礎上增加一條CPU到存儲器的高速總線CPUMI/OI/OI/O

?北京工業(yè)大學計算機學院?401.4、單片機微型計算機做在一個芯片上，一個芯片集成CPU、ROM、RAM及一些I/O接口電路如：Intel8051，8096。1.5、單板機微型計算機做在一個在一塊印刷電路板上，集成了微處理器、存儲器、I/O接口芯片以及少量的輸入輸出設備（如小鍵盤、LED顯示器）。

?北京工業(yè)大學計算機學院?411.6微型計算機的性能描述1.主頻：CPU的時鐘頻率2.微處理器的字長(位數）和指令執(zhí)行時間字長：CPU能同時處理的二進制的位數，也稱數據寬度。16位，32位，64位等MIPS：

P100150，PenPro200440

iCOMP（intelCOmparableMicroprocessorPerformance）指數評測方案

Pentium10081