微机原理-第6章-微机系统结构

课程教学单元第1章

微型计算机基础知识第2章

80X86/Pentium微处理器内部结构第3章指令系统第4章汇编语言程序设计第5章8086/8088CPU的总线操作与时序第6章微型计算机系统结构第7章半导体存储器第8章输入输出接口技术第9章中断与DMA技术

第10章定时与计数技术第11章并行接口与串行接口第12章人机交互接口第13章模拟量输入输出接口

第6章

教学内容§6.1PC/XT微机硬件系统§6.2微机系统内存结构§6.3微机常用总线标准重点：PC/XT系统的组成硬件，PCI、USB、IEEE1394总线特点，虚拟存储器与Cache概念和基本原理。难点：总线分类及应用范围1、微型计算机的系统组成存储器I/O接口I/O设备处理器子系统系统总线形成地址总线AB数据总线DB控制总线CB系统总线BUS§6.1PC/XT微机硬件系统PC/XT机采用8088微处理器构造的第一代通用微机，处理器为系统的核心，通过AB、DB和CB总线直接或经过驱动形成系统的调度与控制，并与各部件进行数据交换。PC/XT总线即PC总线，是微型机最初的一种系统总线，其总线宽度为8位，地址线宽度为20位，总线与CPU的时钟相同，为4.77MHz。§6.1PC/XT微机硬件系统2、8088PC/XT微机体系8088PC/XT总线的微机体系结构示意图8个8位I/O扩展槽62脚8087808882848282828682888237825382558259RAMROM总线§6.1PC/XT微机硬件系统808780888284828282868288微处理器时钟发生器地址锁存器数据驱动器总线控制器协处理器§6.1PC/XT微机硬件系统8237825382558259RAMROM总线256KBROM§6.1PC/XT微机硬件系统768KBRAM8237DMA控制器

4个用于直接存储器存取的DMA通道通道0用于动态存储器的刷新通道1被保留给用户通道2用于软盘与内存的DMA传送通道3用于硬盘和内存间的DMA传送8237825382558259RAMROM总线8253可编程定时/计数器有3个16位的定时/计数通道通道0每55ms向CPU发一个时钟中断信号做系统计数信号通道1用于动态存储器的刷新；通道2输出方波到扬声器，持续时间可以由程序控制§6.1PC/XT微机硬件系统8255可编程并行接口有3个端口

A口在开机输出部件检测码，自检后输入键盘的扫描码

B口输出通道，对键盘控制及检测RAM和I/O通道

C口输入系统DIP设置信息8259可编程中断控制器，8级外部中断优先权控制8237825382558259RAMROM总线8个8位I/O扩展槽62脚§6.1PC/XT微机硬件系统I/O空间只使用低16位地址A15～A0，寻址64K个端口I/O扩展槽

8个62芯的I/O扩展槽，插各种接口扩展卡

第6章

教学内容§6.1PC/XT微机硬件系统§6.2微机系统内存结构§6.3微机常用总线标准§6.2微机系统内存结构1、存储器系统的分层寄存器Cache主要存储器虚拟存储器外部存储器容量大单位价格高速度快——解决微机中不同部件的存储需要寄存器Cache主要存储器虚拟存储器外部存储器内部存储器§6.2微机系统内存结构2、内部存储器的分层——解决存储速度与成本的矛盾3、高速缓冲存储器Cache程序访问局部性原理：对局部范围的存储器地址频繁访问，而对此外的地址访问甚少的现象。定义：在32位微机CPU与主存储器之间增设一级或两级高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器。其存取速度比主存快。CPU寻址时当指令或操作数命中就立即存取；未命中则作常规的存储器访问；同时，将所访问相邻指令及相邻数据块复制到Cache中。§6.2微机系统内存结构§6.2微机系统内存结构4、虚拟存储器定义：通过硬件和软件的综合，使内存和外存形成一有机整体，操作系统按某种置换算法依次调外存程序进入内存储器，CPU执行程序时感觉是一个速度接近内存却具有外存容量的假想存储器，称为虚拟存储器。虚地址空间（逻辑地址空间）：程序可用的空间，由CPU内部结构决定。实地址空间（物理地址空间）：

CPU可访问的内存空间，容量由AB宽度决定。

第6章

教学内容§6.1PC/XT微机硬件系统§6.2微机系统内存结构§6.3微机常用总线标准§6.3微机常用总线标准一、系统总线PCISAEISAPCMCIASTD62引脚A/B面总线8位地址线20位5MB/S用于8088和PC/XT微机§6.3微机常用总线标准一、系统总线PCISAEISAPCMCIASTDIndrstryStandardArchitecture工业标准总线，AT总线62+36引脚，分A/B+C/D面24地址线8位或16位数据线8MB/S或16MB/S用于PC/AT微机(286)§6.3微机常用总线标准一、系统总线PCISAEISAPCMCIASTDExtendedIndrstryStandardArchitecture双层：上层ISA，下层新增加信号地址线4G寻址32位数据线33.3MB/S用于386、486及服务器PersonalComputerMemoryCardInternationAssociation便携式微机扩展卡标准总线Standard，IEEEP-961工控机标准总线二、局部总线AGPPCIVESA§6.3微机常用总线标准VideoElectronicStandardAssociation视频电子标准协会制定解决图像传输、多媒体速度要求32位局部总线一部分为ISA,一部分为MCA用于486服务器,后被PCI淘汰3D图形、全运动视频的视频接口标准处理器芯片组PCI设备二级Cache显存图形控制器系统主存显示器AGPPCI二、局部总线AGPPCIVESA§6.3微机常用总线标准1、定义（PeripheralComponentInterconnet）外围部件互连，一种将外围部件以结构化可控制方式连接起来的总线标准，是基于Pentium等而发展的总线。2、特点（1）突出的高性能。实现33MHz到133MHz的同步总线操作，传输速率从132MB/s升级到264MB/s，满足当前及以后相当时期内PC传输速率的要求。（2）良好的兼容性。PCI总线部件和插件接口相对于处理器是独立的，PCI总线支持所有的目前和将来不同结构的处理器，因此具有相对长的生命周期。（3）支持即插即用Plug-And-Play。对于PCI扩展卡及器件，能够进行全自动配置，PCI设备中包含配置所需设备信息的寄存器。（4）支持多主控设备系统，支持并发工作，支持无限读写突发工作方式。（5）定义5V和3.3V两种信号环境，3.3V～5V的组件技术可使电平平滑过渡。（6）扩展灵活。PCI总线控制器可任意增加外设。CLKRST#REQ#GNT#PERR#SERR#FRAME#TRDY#IRDY#STOP#DEVSEL#IDSEL#AD[31：：00]C/BE[3：：0]#PARAD[63::32]C/BE[7::4]#PAR64REQ64#ACK64#LOCK#INTA#INTB#INTC#INTD#SBO#SDONE#TDITDOTCKTMSTRST#

PCI

插槽

可选的信号必需的信号64位扩充接口控制中断Cache支持JTAG地址数据接口控制错误报告仲裁系统3、各线含义（188根，按功能分9组）地址数据线接口控制线错误报告线仲裁线系统线64位扩展线中断请求线Cache支持线JTAG边界扫描测试线§6.3微机常用总线标准

浮点部件CPUCache主存储器PCI总线桥音频视频适配器RAMSCSI主适配器与扩展总线接口LAN适配器

输入/输出设备图形适配器视频RAM总线插槽总线插槽总线插槽总线插槽总线插槽音频/视频扩展微处理器/主存储器子系统PCI总线扩展总线（ISA/EISA）§6.3微机常用总线标准4、多总线系统Ⅰ(PCI总线通过PCI桥与其它总线连接)§6.3微机常用总线标准4、多总线系统Ⅱ（PCI与其它总线混合）4、多总线系统Ⅲ（主板上的PCI与ISA插槽）§6.3微机常用总线标准§6.3微机常用总线标准三、通信总线IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN最初由HP公司提出，后被美国电气及电子工程师学会（IEEE）和国际电气技术委员会（IEC）定为测量仪器系统的标准总线，故IEEE-488总线也称HP-IB（HP接口总线）或IEC-IB（IEC接口总线）或GP-IB（通用接口总线）。广泛应用于各种智能仪器仪表中。IEEE-488总线连接图微型计算机测量仪器打印机等外设被测系统8位数据总线DAV、NRFD、NDACATN、TFC、REN、EOI、SRQIEEE488总线SCSI（SmallComputerSystemInterface）小型计算机系统接口标准，采用了总线专用技术，可连接硬盘驱动器、软盘驱动器、CD-ROM、扫描仪、打印机及多媒体设备等，它是一种系统级接口，可以同时接到各种不同设备，通过高级命令与之通信。SCSI总线结构图三、通信总线IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN§6.3微机常用总线标准三、通信总线IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CANRecommandedStandard-232，美国电子工业协会EIA与BELL开发的微机串口通信接口标准，232是识别代号，单端收发，更高性能的有RS-423、RS-422、RS-485等。

RS-232C标准规定有25条连线，最简单只需要使用3根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信，如图a。远距离通信时，一般要在双方的MODEM之间采用一根专用电话线进行通信如图b。图a图b§6.3微机常用总线标准三、通信总线IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN*UniversalSerialBusIntel,Compaq,Digital,IBM,NEC,Microsoft,NorthernTelecom等7家计算机通信公司，于1996共同推出的一种串行接口总线标准。到目前已经有取代现有计算机接口的趋势。线号缆线颜色意义1红Vcc（+5V）2白D-3绿D+4黑GND§6.3微机常用总线标准A型、B型USB接口外形及引脚USB主要特点（1）USB集线器使用树形连接，外设数目多达127个。外设安装方便。单级有效长度5m，可以5级级联达30m。（2）支持PnP。（3）USBl.1有两种传送速率最高12Mbps的高速方式和1.5Mbps的低速方式。USB2.0的最高传输速率达480Mbps，适合多媒体数据的传送模式。（4）USB有同步、中断、批量等3种数据传送模式，可支持数码相机、键盘、打印机等多类外设。（5）USB利用NRZI编码方式使数据获得同步，其特点是容易实现不同时钟信号的同步。（6）装置和集线器等低功耗装置可从总线获得电源。§6.3微机常用总线标准集线器显示器键盘麦克风麦克风麦克风扬声器扬声器高速低速宿主机高速=12Mb/s低速=1.5Mb/sPCI总线USB主控制器/根Hub高速高速高速高速高速高速低速电话USB的层次拓扑图§6.3微机常用总线标准三、通信总线IEEE488SCSIRS232USBIEEE1394CAN全称IEEEl394HighPerformanceSerialBUSStandard

IEEEl394高性能串行总线标准起源是Apple公司于1993年提出，拟取代SCSI的高速串行总线“FireWire”，后经IEEE协会于1995年12月正式接纳成为一个工业标准。§6.3微机常用总线标准IEEE1394主要性能特点（1）通用性强。IEEEl394采用树形或菊花链结构级联，一个接口最多可连接63个不同种类的设备。最长72m。（2）传输速率高。IEEE1394a支持100Mbps到400Mbps的传输速率。（3）实时性好。IEEE的高传输率加上同步传送方式，使IEEEl394对数据的传送具有很好的实时性。（4）总线提供电源。IEEE1394总线的6芯电缆中有2条电源线，可向被连接的设备提供4～10V和1.5A的电源。（5）系统中任两个带IEEE1394接口的设备可直接连接而不需要通过PC的控制。各设备之间的关系平等。（6）IEEE1394采用设备自动配置技术，允许PnP。§6.3微机常用总线标准扫描仪IEEE1394桥接器驱动器打印机驱动器CPUCPUI/OCPU数码相机CDROM内部总线连接IEEE1394总线并行总线线缆连接IEEE1394总线拓扑结构图§6.3微机常用总线标准EEEl394与USB的比较USB和IEEE1394都是目前流行的高速串行总线。由于PC机的配置和Windows98/2000的支持及价格优势，USB显得比IEEE1394更能被大家接受。IEEEl394的传输速率高于USB。USB1.1的速率是12Mbps，USB2.0达到480Mbps，而IEEE1394a的速率达到100～400Mbps，IEEE1394b更是定义了800Mbps～3.2Gbps的高速率。拓扑结构不同。IEEE1394不需要象USB一样的集线器就可以连上63个设备，并能用桥接器再将一些功能独特的子模块连接起来。IEEE1394设备之间也不需要类似USB的宿主机的存在，数据直接在两设备间就可以传输。§6.3微机常用总线标准微机常用总线性能指标对比名称PC（PC-XT）ISA（PC-AT）EISASTDVESAPCI适用机型8086微机802863