微机系统与接口课件：CH5_1微机系统与接口

微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学1微机系统与接口微机系统与接口 第第一一章章：微微机机系系统统的的基基本本概概念念、8086/80888086/8088处处理器基本结构及工作原理理器基本结构及工作原理 第二章：微机指令系统第二章：微机指令系统 第三章：汇编语言程序设计第三章：汇编语言程序设计 第四章：半导体存储器第四章：半导体存储器 第五章：数字量第五章：数字量I/OI/O 第六章：模拟量第六章：模拟量I/OI/O 微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学2存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地址总线地址总线AB输输出出设设备备CPU存储器访问：存储器访问：MOVAH,2000HMOV2000H,AXEU|BIU存储器与存储器与I/OI/O微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学3存储器与存储器与I/OI/O系统互联系统互联存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB地址总线地址总线AB输输出出设设备备CPU第第5章章指令读取端口：指令读取端口：INAL,DXINAX,40H指令控制接口指令控制接口:OUTDX,ALOUT41H,AX微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学4数字量数字量/模拟量输入输出模拟量输入输出I/O接口接口CPU（数字）（数字）（模拟）（模拟）外设外设微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学5第五章第五章 数字量输入输出数字量输入输出*概念：概念：接口电路、总线、接口芯片、端口地址接口电路、总线、接口芯片、端口地址*中断及其处理中断及其处理中断控制器中断控制器8259*定时器定时器/计数器计数器*并行并行/串行接口串行接口DMA电路与应用电路与应用(*原理原理)微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学6一、总线与一、总线与I/O 总线：总线：在模块之间或设备之间的一组进行互连和传输信在模块之间或设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括控制信号、数据和地址。息的信号线，信息包括控制信号、数据和地址。同一时同一时间段内，只有一个主设备可主动进行信号传输。间段内，只有一个主设备可主动进行信号传输。总线标准总线标准：机械结构规范机械结构规范：模块尺寸、总线插头、插座等规格及位模块尺寸、总线插头、插座等规格及位置。置。性能规范性能规范：总线每根引脚信号名称与功能，相互作用的总线每根引脚信号名称与功能，相互作用的协议。协议。电气规范电气规范：信号线工作有效电平、动态转换时间、负载信号线工作有效电平、动态转换时间、负载能力、各电气性能的额定值及最大值。能力、各电气性能的额定值及最大值。微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学7一、总线与一、总线与I/O总线的指标总线的指标：总线数据宽度总线数据宽度CPU与内存与内存以及输入以及输入/输出设备之间一次数据输出设备之间一次数据传输传输的二进制数的位数，例如的二进制数的位数，例如32位、位、64位等；位等；或者字节位宽。或者字节位宽。总线频率总线频率MHz总线带宽（总线数据传输速率）总线带宽（总线数据传输速率）总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的数据总量，它等于总线位宽与工作频率的传输的数据总量，它等于总线位宽与工作频率的乘积。总线数据传输速率：乘积。总线数据传输速率：Mbits/s或者或者MB/s微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学8总线与总线与I/Op 内部总线内部总线 在在CPUCPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件与控内部，寄存器之间和算术逻辑部件与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线即内部总线。即内部总线。p 系统总线系统总线 系统总线也叫前端总线，通常是指系统总线也叫前端总线，通常是指CPUCPU与内存、与内存、CacheCache和主板芯片组之间的数据、指令等的传输和主板芯片组之间的数据、指令等的传输通道，是微机的中央总线。通道，是微机的中央总线。p I/OI/O总线总线 I/OI/O总线用于总线用于CPUCPU与除与除RAMRAM之外的其它部件的连之外的其它部件的连接，微机主要接，微机主要I/OI/O设备如显卡、硬盘、网卡与设备如显卡、硬盘、网卡与CPUCPU、内存设备之间的数据交换都是通过、内存设备之间的数据交换都是通过I/OI/O总总线完成的。线完成的。微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学9PC/XTPC/XT总线总线数据线宽度数据线宽度8 8位，位，6262线（线（A/BA/B面）面）ISAISA（Industry Standard ArchitectureIndustry Standard Architecture）宽度）宽度1616位，位，频率频率8MHz,8MHz,异步异步16MB/s16MB/s(参考实验教材参考实验教材),),+36+36线线I/O总线及特点总线及特点PCIPCI(Peripheral(Peripheral Component Component Interconnect)Interconnect)4949主主控控+51+51脚脚可可选选，宽宽度度3232位位/64/64位位，工工作作于于33/66MHz33/66MHz、传输速率传输速率133MB/s。微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学10AGPAGP（Accelerated Graphics Port(A.G.P.)Accelerated Graphics Port(A.G.P.)高性高性能，组件级互联、能，组件级互联、3D3D图形应用图形应用。最大数据传输率可。最大数据传输率可增为增为533MBps.533MBps.后来又依次推出了后来又依次推出了AGP2X,AGP4X,AGP8XAGP2X,AGP4X,AGP8X多个多个版本版本,数据传输速率可数据传输速率可2.1GBps2.1GBpsPCI-ExpressPCI-Express：新一代的总线接口，包括：新一代的总线接口，包括X1X1、X4X4、X8X8以及以及X16X16，其中，其中X16X16达到达到8GB/s8GB/s（全双工）（全双工）其它；其它；RS485RS485，RS232,USB,.RS232,USB,.I/O总线及特点总线及特点微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学11总线信号和总线周期总线信号和总线周期总线周期总线周期：除了纯粹：除了纯粹CPU内部操作的指令之外，凡内部操作的指令之外，凡是访问系统总线的操作，都会引起总线信号的变化是访问系统总线的操作，都会引起总线信号的变化。-每次每次AB/DB/CBAB/DB/CB时序配合时序配合 CPU驱动的总线周期：驱动的总线周期：存储器读总线周期存储器读总线周期存储器写总线周期存储器写总线周期I/O读总线周期读总线周期I/O写总线周期写总线周期PC/XT总线信号总线信号：IOR、IOW、MEMR、MEMW、A0-A19、D0-D7、AEN（地址允许信号，高表示地址允许信号，高表示DMAC控制控制）微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学12处理器系统与存储器典型连接（回顾）处理器系统与存储器典型连接（回顾）6264(例例)D0D7A0A12WEOE1CS11CS2A0A12MEMWMEMR译码译码电路电路高位地高位地址信号址信号D0D7 MPU系统系统Memory芯片芯片2CS1微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学13存储器角度存储器角度:读时序图读时序图/WE为高电平为高电平 有效数据有效数据指定地址指定地址tAA读取时间微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学14PCPC总线总线（回顾）（回顾）存储器存储器读读周期时序周期时序A19A0ALEMEMRCLKD7D0T4T1T2T3GNDRESET+5VIRQ2-5VDRQ2-12V+12VGNDMEMWMEMRIOWIORDACK3DRQ3DACK1DRQ1DACK0CLOCKIRQ7IRQ6IRQ5IRQ4IRQ3DACK2T/CALE+5VOSCGNDI/OCHCKD7D6D5D4D3D2D1D0I/OCHRDYAENA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 IBMPC/XT总线插槽引脚信号总线插槽引脚信号读数据线读数据线 MOVAL,2000H,设设DS=1000H 12000H 微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学15 6264(例例)D0D7A0A12WEOE1CS11CS2A0A12MEMWMEMR译码译码电路电路高位地高位地址信号址信号D0D7 MPU系统系统Memory芯片芯片2CS1MOVAH,2000H地址地址数据数据EU|BIU物理地址物理地址12000H 微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学16存储器角度存储器角度:写时序图写时序图 有效数据有效数据 指定地址指定地址微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学17PCPC总线总线（回顾）（回顾）存储器存储器写写周期时序周期时序GNDRESET+5VIRQ2-5VDRQ2-12V+12VGNDMEMWMEMRIOWIORDACK3DRQ3DACK1DRQ1DACK0CLOCKIRQ7IRQ6IRQ5IRQ4IRQ3DACK2T/CALE+5VOSCGNDI/OCHCKD7D6D5D4D3D2D1D0I/OCHRDYAENA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 IBMPC/XT总线插槽引脚信号总线插槽引脚信号A19A0ALEMEMWCLKD7D0T4T1T2T3写入数据写入数据 MOV2000H,AL,设设DS=1000H 12000H 微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学18 6264(例例)D0D7A0A12WEOE1CS11CS2A0A12MEMWMEMR译码译码电路电路高位地高位地址信号址信号D0D7 MPU系统系统Memory芯片芯片2CS1MOV2000H,AX假设假设DS=A000H地址地址数据数据EU|BIU0000H1010001B微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学19二、接口和接口技术二、接口和接口技术接接口口(interface)-CPU、存存储储器器、外外设设之之间间通通过过接接口电路进行连接，是信息交换的中转口电路进行连接，是信息交换的中转接接口口技技术术-研研究究CPU如如何何与与外外部部设设备备进进行行配配合合，实实现现双双方方高高效效、可可靠靠地地交交换换信信息息的的一一门门技技术术，体体现现软软件件、硬件结合，是微机应用的关键。硬件结合，是微机应用的关键。MOVBX,ALMOVCX,2000HINCWORDPTRSI+100INAL,80HOUT40H,ALINAL,DXOUTDX,AL 存储器存储器接口接口输入输输入输出接口出接口微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学20I/O接口的基本概念接口的基本概念CPU与与I/O外设频繁交换信息：外设频繁交换信息：数据、状态、控制数据、状态、控制I/O设备工作速度高低不一设备工作速度高低不一I/O信号形式多样信号形式多样模拟量：数值时间上都连续变化的信号；模拟量：数值时间上都连续变化的信号；数字量：多位数字量：多位0和和1组合；组合；开关量：只有两种稳定状态，开关量：只有两种稳定状态，0或或1；脉冲量：也只有脉冲量：也只有1或或1，但关心信号跳变；，但关心信号跳变；数字量数字量微机系统与接口微机系统与接口东南大学东南大学21I/O接口的基本概念接口的基本概念CPU与与I/O外设频繁交换信息：外设频繁交换信息：数据、状态、控制数据、状态、控制I/O设备数据字长不一（设备数据字长不一（8位、位、16位位）电平转换放大电平转换放大非非TTL等、等、RS-232（-15V+15V）TTL电平（电平