接口与通信第一章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,微机接口与通信,主讲：,任国林,1,第一章,微机结构的发展,2,第一节 微机的整机结构,一、微机的组成,CPU,地址总线（,AB）,RAM,I/O,接口,I/O,设备,ROM,数据总线（,DB）,控制总线（,CB）,CPU,与,I/O,设备通信,I/O,接口,CPU,与,外部通信,总线,3,二、本课程内容安排,CPU,如何与总线通信：,CPU,的信号与工作模式,CPU,如何与,MEM,或,I/O,设备通信：,I/O,接口与译码,总线如何工作：总线标准,I/O,接口如何主动与,CPU,通信：中断8259和,DMA,I/O,接口的定时与计数实现：8254,I/O,接口的并行通信：8255与打印机接口标准,I/O,接口的串行通信,：,串行通信协议与8250,4,第二节 微处理器结构,一、8086/8088微处理器,AH AL,BH BL,CH CL,DH DL,SP,BP,DI,SI,通 用 寄 存 器,AX,BX,CX,DX,ALU,数据总线（16位）,运算寄存器,ALU,标志寄存器,EU,控制系统,执行单元,EU,CS,DS,SS,ES,IP,内部暂存器,1 2 3 4 5 6,数据总线,8088:8位,8086:16位,总线 控制逻辑,地址总线,20位,指令队列,8088,8086,Q,总线,（8位）,指令指针,段寄存器,外部,总线,总线接口,单元,BIU,5,1.8086/8088引脚信号,AD0-AD7,A8-A15,A16/S3-A19/S6,S0-S2,NMI、INTR,其它信号,6,S,4,、S,3,的组合所代表的正在使用的寄存器,S,4,S,3,当前正在使用的寄存器,0,0,ES,0,1,SS,1,0,CS,或未使用任何段寄存器,1,1,DS,S,5,：=1，CPU,可,响应可屏蔽中断请求；,=0，,CPU,禁止一切可屏蔽中断请求。,S,6,：,恒,等于零。,7,2.8086/8088的最小工作模式,8,8088总线操作,IO/M,DT/R,SS0,操作,1,0,0,发,中断响应信号,1,0,1,读,I/O,端口,1,1,0,写,I/O,端口,1,1,1,暂停,0,0,0,取,指令,0,0,1,读,内存,0,1,0,写,内存,0,1,1,无,操作,9,3.8086/8088的最大工作模式,10,8288引脚图,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,20,19,18,17,1615,14,13,12,11,IOB,CLK,S1,DT/R,ALE,AEN,MRDC,AMWTC,MWTC,GND,VCC,S0,S2,MCE/PDEN,DEN,CEN,INTA,IORC,AIOWC,IOWC,11,8288在,PC/XT,机中的连接,ALE,DT/R,DEN,AIOWC,AMWC,IORC,MWTC,MRDC,INTA,S0,S1,S2,AEN,CEN,CLK,IOB,S0,CPU S1,S2,AEN,AEN,CLK,STB（8283,地址锁存信号）,T（8286,数据传输方向）,OE（8286,数据总线允许）,IOW（,写,I/O）,MEMW（,写存储器）,IOR（,读,I/O）,MWTC（,写存储器）,MEMR（,读存储器）,INTA（,中断响应）,12,13,4.8086/8088的存储器管理,16位段地址,16位段内偏移,:,16位段地址,16位段内偏移,（左移四位）,+,20位物理地址,=,6417,H0100H,6417H10H+0100H=64170H+0100H=64270H,采用了内存分段的办法，内存分为若干段，段的大小根据需要决定，最大为64,KB,14,二、,Pentium,微处理器,分支目标缓冲器,代码,Cache 8KB,TLB,指令,指针,预取缓冲存储器,指令译码部件,256位,总 线 接 口 部 件,分页部件,64位数据总线,预取,地址,32位地址总线,控制,控 制 部 件,地址生成,（,U,流水线）,地址生成,（,V,流水线）,控制,ROM,ALU,（U,流水线）,ALU,（V,流水线）,整数寄存器组,桶形移位器,数据,Cache,8KB,TLB,浮点部件,控制,寄存器组,加法器,除法器,乘法器,80位,80,位,分支检测和目标地址,64位数据总线,32位地址总线,32位,32位,32位,32位,32位,32位,15,1.,Pentium,的寄存器,a.,通用寄存器,16位通用寄存器,高16位扩展,32位通用寄存器,E,AX,E,BX,E,CX,E,DX,E,SI,E,DI,E,BP和,E,SP,b.,段寄存器,CS,DS,SS,ES,FS和GS,c.,指令指针寄存器,16位的,IP,高16位扩展,32位指令指针寄存器,EIP,16,d.,标志寄存器,虚拟中断挂起位,嵌套标志,I/O,特权位,恢复标志,虚拟8086模式,对齐检查,虚拟中断位,标识位,这,部分同8088,OF,3122 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,DF,IF,TF,SF,ZF,AF,CF,PF,IOPL,NT,RF,VM,AC,VIF,VIP,ID,保 留,17,e.,控制寄存器,31 7 6 5 4 3 2 1 0,MCE,0,PSE,DE,TSD,VME,PVI,保留，缺省为全0,CR,4,31 12 11 4 3 0,PWT,PCD,页目录基地址寄存器,CR,3,页故障线性地址寄存器,CR,2,31 0,保 留,CR,1,WP,31 30 29 18 17 16 5 4 3 2 1 0,NE,ET,PE,MP,NW,CD,PG,CR,0,31 0,EM,TS,AM,18,2.,Pentium,的工作模式,实地址模式,-1,MB,空间，分段管理，全在0级,保护模式,-存储器采用虚拟地址空间、线性地址空间和物理地址空间三种方式来描述-虚拟地址空间64,TB（2,48,）-4,级管理，可以使用分页技术,虚拟8086模式,系统管理模式,19,三、,Pentium II,微处理器,L2 Cache,后端总线,主 存,前端总线,总线接口单元,BIU,L1,数据,Cache 16KB,L1,指令,Cache 16KB,指令预取单元,IFU,分支目标缓冲器,BTB,存储器排序缓冲器,MOB,x86,指令译码器,译码器0,译码器1,译码器2,寄存器别名表,RAT,指令重排缓冲器,ROB,保留站,RS,端口4,微指令序列器,MIS,存储数据单元,端口3,存储地址单元,端口2,加载地址单元,端口1,MMX,移位器,MMX ALU,简单整数单元,转移执行单元,端口0,MMX ALU,MMX,乘法器,复杂整数单元,复杂浮点单元,简单浮点单元,结果总线,20,Pentium Pro,核心+,MMX,1.特点,双独立总线结构,-后端总线连接到,L2 Cache,上-前端总线,FBS,主要负责主存储器的信息传送操作,采用了最新的,Slot1,接口标准,借鉴了,RISC,技术来实现传统的,x86,指令系统,-每一条,x86,操作都转换成简单的微操作,采用动态执行技术和寄存器重命名技术,2.控制寄存器,21,四、,Pentium III,微处理器,增加了70条,SSE,指令,-8条内存连续数据流优先处理指令 -50条单指令多数据流浮点运算指令 -12条新的多媒体指令,增加了8个128位单精度浮点数寄存器,首次内置序列号,加快了前端总线,22,五、时钟周期、总线周期和指令周期,每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为,T,状态，也称为,时钟周期（,Clock Cycle）,T,CPU,从存储器或输入/输出端口，存取一个字节所要花费的时间称为一个,总线周期（,Bus Cycle）,执行一条指令所需要的时间称为,指令周期（,Instruction Cycle）,指令周期,总线周期,总线周期,时钟周期,时钟周期,时钟周期,时钟周期,23,或,A19/S6,24,第,三节,PC,系列微机结构发展,一、,PC/XT,微处理器8088,协处理器8087,ROM BIOS,DRAM,控制器,主板上的,RAM,8253,定时/计数器,8259,中断控制器,8250,串行通信控制器,8255,并行接口,8237,DMA,控制器,DMA,页面寄存器,扩展总线缓冲,8个8位62引脚扩展插槽,PC,总线,结构，支持芯片功能、连接方式,25,二、386,/,486,微处理器80386/80486,总线控制器,Cache,控制器,Cache,主存,80387（386微机才有）,集成外围控制器,扩展总线控制器,实时时钟/日历,CMOS RAM,ISA,总线,CPU,局部总线,26,三、南北桥结构的,Pentium II,Pentium II,处理器,Pentium II,处理器,CPU,总线,82443,BX,（,北桥）,主存,支持,SDRAM,66/100,MHz,2,AGP,总线,图形设备,82371,EB,（PIIX4E）,（,南桥）,ISA,插槽,2个,IDE,接口,2个,USB,接口,I/O,APIC,PCI,总线,PCI,插槽,系统,BIOS,ISA,总线,27,四、中心结构的,Pentium III,键盘,鼠标,串行口,并行口,处理器,8,XX,系列,存储控制中心,中心高速接口,I/O,控制中心,固件中心,PCI,槽,PCI,总线,IDE,驱动器,USB,端口,AC97,编码,Super I/O,LPC I/F,AGP,图形控制器,主存储器,处理器,CPU,总线,LAN,连接,28,五、现代微机发展的特点,微处理器性能不断增强,微处理器支持芯片被高度集成,主板总线结构发生改变,保持向上兼容性,微机主板结构发生很大变化,29,第四节,Intel 815EP,芯片组,30,一、,82815,EP MCH,芯片,具有32位系统总线，66/100/133,MHz,系统总线频率,集成,SDRAM,控制器,支持包含4,X AGP,数据传送的,AGP 2.0,符合,ACPI,电源管理规范,-,Full-on（S0，,全开）-,Stop Grant（S1，,停允许）-,Suspend to RAM（S3，,挂起到,RAM）-Suspend to Disk（S4，,挂起到磁盘）-,Soft-off（S5，,软件关）,具有,APIC,缓冲管理,支持82801,AA（ICH）,和82801,BA（ICH2）,两种芯片的桥电路,31,32,二、82801,BA（ICH2）,芯片,支持,PCI2.2,规范,集成了,LAN（,局域网）控制器,集成了,IDE,控制器,支持,Ultra ATA/100/66/33,集成了,USB,控制器，符合,USB1.1,规范,为音频和电话编码解码器设置的,AC97,链接,集成了中断控制器,基于82,C54,的时钟,拥有256字节电池供电的,CMOS SRAM，,硬件实现世纪变换,有两个级联的8237,DMA,控制器，支持,PC/PCI,和,LPC DMA,允许连接像,Super I/O,那样的传统的,ISA,和,X,总线设备,通过可选的外接,PCI-ISA,桥来支持,ISA,总线,33,34,三、,SIO LPC47B27X,芯片,35,