微机原理与接口 8.ppt

本课程的性质和任务 本课程是计算机科学与技术专业的专业基础课，必修课。本课程的任务是以PC机技术为核心，通过本课程的学习，学生可以全面掌握微机的工作原理、组成原理、设计原理、应用原理与方法。 课程简介 《微型系统与接口技术》= 微机原理 + 汇编语言 + 接口技术 本课程的前续专业基础课为《数字电路》、《计算机组成原理》。 《计算机组成原理》主要讲述CPU的构造与设计原理、CPU与存储器之间的接口技术。 本课程以PC机为例，重点讲述CPU同外围部件之间的接口技术、输入/输出（I/O）接口技术等。 本课程授课48学时 实验 16学时 希望与要求 不迟到，不缺课。三次不来听课者，取消平时成绩。 一次不参加实验者，扣10分。 听课时安静，发言时积极。 课外多阅读，多看书。 主要掌握内容 1、基本概念：CPU、微处理器、微型计算机、微型计算机系统、单片机、单板机等。 2、PC机的产生与发展 1.1????微型计算机的发展概况 微型计算机是第四代计算机的典型代表,具有体积小、重量 轻、可靠性高、结构配置灵活、价格低廉的优点。 ⑶. 第三代微处理器（1978年开始） 特点：16位。 Intel 8086、Intel 80286、 Zilog Z8000、Motorola MC68000和MC68010 时钟频率5?、8 ? 、10 ? ，平均指令执行时间为0.5 ? 。具有丰富的指令系统，采用多级中断、多重寻址方式。同时也促进了个人计算机的推广和发展（PC/XT, PC/AT）。 80486：25 ?、33? 、50 ?（DX4达到66 ?、75 ?和100 ?） 。片内集成了浮点运算部件和8KB的片内高速缓存，内部数据总线宽度为64位。 Pentium Ⅲ （1999）：增加了能够增强音频、视频和3D图形效果的SSE（Streaming SIMD Extersions, 数据流单数据多指令扩展）指令集，增强了MMX指令，使浮点运算和三维处理方面的能力明显增强。 Pentium 4（2000）：主频为1.4GHz和2GHz,集成度高达4200万个管子/片；20级的超级流水线；高效的乱序执行功能；2倍数的ALU 整数运算单元以双倍主频的速度工作；新型片上跟踪缓存 能存储x86指令解码后的微操作指令；SSE2指令扩展 能处理128位、SIMD的整数和浮点双精度数；400MHz前端总线FSB 使用100MHz外频X4倍频方式实现CPU和内存的配合。 冯．诺依曼理论 微处理器、微型计算机和微型计算机系统 微处理器 微处理器是一个中央处理器CPU，由算术逻辑部件ALU，累加器和寄存 器组，指令指针IP（程序计数器），段寄存器，时序和控制逻辑部件，内 部总线等组成。典型的结构如图1-4所示。 存储器 用来存储程序和数据。分为两大类：内存（主存）和外存（辅存）。内存存放当前 正在使用或经常使用的程序和数据，CPU可以直接访问；外存存放“海量”数据，相对 来说不经常使用，CPU不能够直接访问，需要通过接口电路，相当于外设。存储器的 体系结构如图1-5所示。 存储器的性能指标 存储器的性能指标主要用存储容量，存取速度来衡量。 存储容量之存储器有错捎个存储单元，一般以字节（Byte）或字（Word） 来计算，常用的单位为KB、MB、GB和TB。 存取速度是指从存储器中读出数据或写入数据所需要的时间。 I/O接口 输入/输出接口用于CPU（或存储器）与外设之间的信息交换。由于外设种类繁 多，这些设备与CPU之间的工作速度不同，信号电平不同，因此要配备不同的I/O 接口电路来辅助CPU工作。主要用于速度匹配、信号电平匹配、数据格式匹配、时 序控制、中断控制等。 主要的接口芯片有：锁存器74LS373、缓冲器74LS245、可编程中断控制器 8259A、可编程定时/计数器8254、可编程并行/串行接口8255/8251A、DMA控制器 8237A、数/模和模/数转换芯片等。在现在的计算机系统中，这些芯片的功能被集 成在大规模集成电路芯片中。 总线 在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以 总线结构来连接各个功能部件的。 总线的标准特性： 物理特性：指总线的物理连接方式。 功能特性：描写总线中每一根线的功能。地址总线、数据总线、控制总线。 电器特性：信号线上的信号传递方向和有效电平范围。IN OUT 时间特性：定义了每根线上的信