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1、第2章 微机硬件基础与微机总线,机电学院机械制造及自动化系,主讲教师：周 亮 教授,电话：18645092812E-mail: L地点：哈工大科学园2F栋121室,第2章 微机硬件基础与微机总线,2.1 微机的基本组成2.2 CPU的基本工作原理2.3 PC系列微机总线简介2.4 ISA总线标准2.5 PCI总线标准2.6 现代微机总线技术的新特点,2.1 微机的基本组成,主机系统,输入接口,输出接口,操作系统,外部存储器,显示器,2.1.1 微机系统的基本组成,2.1 微机的基本组成,（1）操作系统 常用系统：DOS、WINDOWS、UNIX 主要作用：系统设备管理（2）主机系统 中央处理器
2、CPU、DMA控制器、RAM、ROM 中断控制器、I/O接口、总线控制器 主要作用：基本运行单元、系统核心（3）外部存储器 软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带机（4）输入设备（5）输出设备,2.1 微机的基本组成,8284时钟发生器,8088微处理器,8288总线控制器,RAM,地址锁存器,8259中断控制器,8237 DMA控制器,8087协处理器,数据收发器,ROM,8253定时器,扬声器接口,8255并行口,键盘接口,配置开关,扬声器,键盘,I/O通道,2.1.2 PC/XT的主板结构,I/O通道I/O扩展槽系统总线,驱动控制卡,数据采集卡,数据通讯卡,脉冲计数卡,A/D、D/A卡
3、,中央处理器状态线,地址总线,数据总线,内部地址总线,内部数据总线,中断控制逻辑,定时逻辑,并行接口,DMA控制,键盘接口,状态等待逻辑,时钟逻辑,时钟发生器,S2S1S0总线控制器,中断请求,0,1,总线主控（Master）,MEMW,MEMR,IOR,IOW,总线请求（HREQ）,总线应答（HOLD）,主板I/O通道的构成逻辑,2.1.3,2.2 CPU的基本工作原理,累加器,存储器接口,ES,CS,SS,DS,IP,算术逻辑部件,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,SI,DI,标志寄存器,执行部件控制逻辑,4,3,1,2,执行部件,总线接口部件,B总线,指令队列,
4、A总线,C总线,CPU的基本构成与工作原理,2.2.1,2.2 CPU的基本工作原理,2.2.2 主要寄存器组 通用寄存器 AX,BX,CX,DX 变址寄存器 SI 源地址索引 DI 目标地址 数据传输时存放数据地址 SP 堆栈指针 BP 基址 访问堆栈,2.2 CPU的基本工作原理,段寄存器 CS 代码段寄存器 DS 数据段寄存器 ES 附加段寄存器 SS 堆栈段寄存器,标志寄存器,2.2 CPU的基本工作原理,2.2.3 分段结构和物理地址的形成,CS,SS,DS,ES,代码段,堆栈段,数据段,附加数据段,64K,00000H,偏移量,偏移量,段寄存器 0000,加法器,页面寄存器,物理地
5、址,FFFFFH,2.2 CPU的基本工作原理,2.2.4 8088的芯片引脚 地址总线 AD0AD7 A8A15 A16A19 数据总线 AD0AD7 控制总线 S0S2 NMI,INTR,INTA RD,WR,M/IO, READY 其它 CLK,LOCK,TEST,RQ/GT0,RQ/GT1,GND 1A14 2A13 3A12 4A11 5A10 6A 4 7A 4 8AD7 9AD6 10AD5 11AD4 12AD3 13AD2 14AD1 15AD0 16NMI 17INTR 18CLK 19GND 20,40 Vcc39 A1538 A16/S337 A17/S436 A18/
6、S535 A19/S634 (SSO)33 MN/MX 32 RD31 RQ/GT030 RQ/GT129 LOCK(WR)28 S2(IO/M)27 S1(DT/R)26 S0(DEN)25 QS0(ALE)24 QS1(INTA)23 TEST22 READY21 RESET,2.3 PC系列微机总线简介,2.3.1 总线的基本概念 (1) 定义 总线：连接计算机各部件或者计算机之间的一束公共信息线。在主控设备的控制下，将发送设备发出的信息准确地传送给某个接收设备的信号通路。 主设备（master）：是一个控制总线操作的功能部件。总线主设备一旦被确认就可以对总线进行控制，并能够进行数据传送
7、。 从设备（slave）:能够响应在总线上对数据进行传送的请求，但总线从属设备自己不能启动这种在总线上进行数据传送的请求。,2.3 PC系列微机总线简介,2.3.1 总线的基本概念 (2) 总线标准的特性物理特性：总线物理连接的方式。功能特性：每根线的功能是什么。电器特性：每根线上信号的传递方向、有效电平范围。时间特性：每根线在什么时间有效。,2.3 PC系列微机总线简介,2.3.1 总线的基本概念 (3) 总线分类 片内总线：微处理芯片内部的总线，用来连接各功能部件的信息通路。 片间总线：又称局部总线，在印刷电路板上连接各插接件的公共通路。 内总线：又称系统总线，是微处理器机箱内的底板总线，
8、用来连接构成微处理器的各插件板。 外总线：又称通信总线，由于微处理器系统与系统之间以及微处理器系统与外部设备之间的通信通道。,2.3 PC系列微机总线简介,2.3.1 总线的基本概念 (3) 总线分类,CPU片内总线,内存,I/O,存储板,I/O接口板,I/O接口板,CRT,打印机,测量仪器,片间总线,外总线,内总线,2.3 PC系列微机总线简介,2.3.2 总线操作（1）总线操作周期的4个阶段总线请求和仲裁阶段寻址阶段数据传送阶段结束阶段（2）总线传送的控制方式同步传送异步传送半同步传送,2.3 PC系列微机总线简介,2.3.3 系统总线的性能简介（1） PC/XT总线 总线宽度：62线 数
9、据总线：8线 地址总线：20线 控制总线：21线 CPU主频： 4.77MHz 基频： 1.193MHz,2.3 PC系列微机总线简介,（2） ISA(AT)总线 总线宽度：98线 特点： 数据总线：16线 标准化、兼容性好 地址总线：24线 不支持总线主控技术 控制总线：40线 不支持多CPU CPU主频： 8.0MHz(最高） 基频： 1.193MHz 传输率： 20MB/s（3） MCA总线 总线宽度：124线 特点： 数据总线：32线 支持总线主控技术 地址总线：32线 支持多CPU 控制总线：40线 速度高、性能好 基频： 1.193MHz 兼容性差 传输率： 40MB/s 价格高,
10、2.3 PC系列微机总线简介,(4) EISA总线 总线宽度：124线 特点： 数据总线：32线 标准化、兼容性好 地址总线：32线 支持总线主控技术 控制总线：40线 支持多CPU 基频： 1.193MHz 速度高、性能好 传输率： 33MB/s(5) VL(VESA)总线 总线宽度：124线 特点： 数据总线：32线 标准化、兼容性好、协议简单 地址总线：32线 支持总线主控技术和多CPU 控制总线：40线 支持多种硬件 基频： 1.193MHz 支持局部总线、速度高性能好 传输率： 60MB/s 卡长、功耗大,2.3 PC系列微机总线简介,(6) PCI总线 电源： 5V,3.3V 特点
11、： 数据总线：32/64线 标准化、兼容性好、协议简单 地址总线：32线 支持总线主控技术和多CPU 控制总线：40线 支持多种硬件（VR、网络等） 基频： 1.193MHz 支持局部总线、速度高性能好 传输率： 267MB/s(7) 其它总线 USB VME PCMCIA PC/104,2.4 ISA总线标准,2.4.1 ISA总线的特点,具有16位数据宽度、24位地址宽度，最高工作频率为8MHz，数据传输率达到16MB/s。（1）支持16存储器地址的寻址能力和64KB I/O端口地址的访问能力：（2）支持8位和16位的数据读写能力；（3）支持15级外部硬件中断处理和7级DMA传输能力；（4）支持总线周期，包括8/16位的存储器读/写周期、8/16位读/写周期、中断周期和DMA周期。,2.4 ISA总线标准,2.4.2 引脚定义,GND1 RESET2 +5V3 IQR9 4 -5V5 DRQ2 6 -12V 7 OWS8 +12V 9 GND 10 SMEMW 11 SMEMR 12 IOW 13 IOR 14 DACK3 15 DRQ316 DACK1 17 DRQ118 REFRESH 19 CLK 20 IRQ721 IRQ622 IRQ523 IRQ424 IRQ325 DACK2 26 T/C 27 BALE28 +5V 29 OSC 30 GND 31 ,
