1、微型计算机技术学习辅导刘刘 明明华中中师范大学范大学计算机科学系算机科学系第1页1 1 教学目标教学目标 伴随微型计算机在各行各业中应用不停扩大，伴随微型计算机在各行各业中应用不停扩大，包含单片机在内微型计算机应用已随地可见，理包含单片机在内微型计算机应用已随地可见，理工科学生有必要了解掌握该领域理论知识及专业工科学生有必要了解掌握该领域理论知识及专业技术技术,微型计算机技术是计算机科学与技术微型计算机技术是计算机科学与技术专业主要专业课程。本课程系统地介绍微型计算专业主要专业课程。本课程系统地介绍微型计算机系统基本组织结构及基本工作原理，微型计算机系统基本组织结构及基本工作原理，微型计算机接
2、口原理及应用技术。重点阐述微处理器与外机接口原理及应用技术。重点阐述微处理器与外界连接技术，包含硬件接口电路设计和相关应用界连接技术，包含硬件接口电路设计和相关应用软件设计。软件设计。第2页22 2 教学要求教学要求 本本课程要求学生了解和掌握微型程要求学生了解和掌握微型计算算机基本概念、基本理机基本概念、基本理论和基本方法，和基本方法，经过本本课程学程学习，使学生了解微型，使学生了解微型计算机系算机系统特点、工作原理和特点、工作原理和组织结构，掌握微型构，掌握微型计算机接口技算机接口技术基本原理和方法，含有分析基本原理和方法，含有分析和和设计接口能力，接口能力，为开开发和和应用微型用微型计算
3、算机系机系统打下良好理打下良好理论和和实践基践基础。第3页32 2 详细要求详细要求1 1 微型微型计算机系算机系统组织结构及工作原构及工作原理：理：微微处理器芯片、微型理器芯片、微型计算机、微型算机、微型计算机系算机系统基本基本组织结构和基本工作原构和基本工作原理；理；第4页42 2 详细要求详细要求2 2 微型微型计算机接口原理及算机接口原理及应用技用技术：接口基本概念；定接口基本概念；定时计数器、并行接口、数器、并行接口、串行接口、中止控制器、串行接口、中止控制器、DMADMA控制器、控制器、A/DA/D和和D/AD/A转换器接口等接口器接口等接口电路工作原理、硬路工作原理、硬件件设计及
4、及软件件驱动程序程序编程方法；程方法；I/OI/O端口端口地址地址译码电路路设计。第5页52 2 详细要求详细要求3 3 微型微型计算机技算机技术现实状况与状况与发展展趋势：嵌入式系嵌入式系统、软硬件硬件协同同设计（Software/HardwareCo-Design）、系）、系统芯片（芯片（SystemonChip，SOC）、含有知含有知识产权内核内核(IntellectualPropertyCore,IP核核)等技等技术 第6页62 2 与其它课程关系与其它课程关系计计算算机机组组成成原原理理、计计算算机机系系统统结结构构和和微微型型计计算算机机技技术术是是计计算算机机科科学学与与技技术术
5、专专业业关键课程。关键课程。但但三三门门课课程程内内容容陈陈旧旧且且彼彼此此交交叉叉重重复复，为为此此1997年年教教育育部部邀邀请请国国内内资资深深教教授授、参参考考国国外外同同类类权权威威教教材材，组组织织确确定定该该系系列列教教材内容划分和所属重点。材内容划分和所属重点。第7页72 2 各课程重点各课程重点计计算算机机系系统统结结构构：重重点点叙叙述述计计算算机机系系统统各各种基本结构、设计技术和性能定量分析方法；种基本结构、设计技术和性能定量分析方法；计计算算机机组组成成原原理理：侧侧重重讨讨论论计计算算机机基基本本部部件件组组成成和和组组成成方方式式，基基本本运运算算操操作作原原理理
6、和和单单元设计思想、操作方式及其实现；元设计思想、操作方式及其实现；微微型型计计算算机机技技术术：突突出出应应用用，详详细细讲讲述述微微处处理理器器芯芯片片、计计算算机机主主板板、接接口口技技术术和和应应用用编程方法。编程方法。第8页82 2 教材与教学参考书教材与教学参考书 教教 材：材：微微型型计计算算机机技技术术，孙孙德德文文，高高等等教教育育出出版版社社，.1.1。参考书：参考书：1 1微微型型计计算算机机接接口口技技术术及及其其应应用用，刘刘乐乐善善等，华中科技大学出版社，等，华中科技大学出版社，.1.1。2 2微型微型计算机原理及算机原理及应用，周明德，清用，周明德，清华大学出版社
7、。大学出版社。.2.2。第9页9第一章 微型计算机概论第10页本章本章重点与难点重点与难点内容内容本章主要介绍相关微型计算机系统基本概本章主要介绍相关微型计算机系统基本概念，包含念，包含微处理器、微型计算机和微型计算机微处理器、微型计算机和微型计算机系统定义，系统定义，微型计算机发展概况，微型计算机微型计算机发展概况，微型计算机特点和应用，以及特点和应用，以及微型计算机分类，并在此基微型计算机分类，并在此基础上从三个层面上引出微机系统总线结构概念。础上从三个层面上引出微机系统总线结构概念。重点了解微型计算机系统各组成部件功效和相重点了解微型计算机系统各组成部件功效和相互关系，了解微型计算机系统
8、总线结构特点，互关系，了解微型计算机系统总线结构特点，以及对于微处理器、微型计算机和微型计算机以及对于微处理器、微型计算机和微型计算机系统，怎样采取总线结构框架连接各部分组件系统，怎样采取总线结构框架连接各部分组件而组成一个整体。而组成一个整体。第11页111关于微型计算机简单介绍关于微型计算机简单介绍 首先介绍微处理器、微型计算机首先介绍微处理器、微型计算机和微型计算机系统定义以及三者之和微型计算机系统定义以及三者之间关系。对于微处理器发展概况，间关系。对于微处理器发展概况，应结合微电子学发展来了解微处理应结合微电子学发展来了解微处理器芯片技术，以及所遵照摩尔定律，器芯片技术，以及所遵照摩尔
9、定律，即芯片容量每即芯片容量每18-2418-24个月增加一倍。个月增加一倍。第12页12术语术语 运算器运算器 微处理器微处理器 控制器控制器 存放器存放器 微型计算机微型计算机 内存放器内存放器 硬件硬件 输入输入/输出接口输出接口 输入输入/输出设备及外存放器输出设备及外存放器微型计算机系统微型计算机系统 电源、面板、机架等电源、面板、机架等 软件软件 系统软件系统软件 应用软件应用软件第13页13微型计算机系统基本组成微型计算机系统基本组成第14页14微处理器微处理器n中央处理器（中央处理器（CPU）n运算器运算器n完成算术完成算术/逻辑运算逻辑运算n控制器控制器n操作控制操作控制n存
10、放器组存放器组n存放参加运算数据、中间结果、地址等存放参加运算数据、中间结果、地址等第15页15微型计算机发展微型计算机发展n摩尔定律摩尔定律n第第N代微处理器代微处理器第16页16摩尔定律摩尔定律n芯片容量每芯片容量每18-24个月增加一倍个月增加一倍 第17页17微处理器发展微处理器发展n4004(2300/50m)/8008n8080/8085、8086/8088n80286/80386/80486nPentium/PentiumPro/PentiumnPentium/Pentium(4200万万/0.13m)n集成电路技术发展是基础集成电路技术发展是基础n高性能、低能耗、高速度、低成本
11、高性能、低能耗、高速度、低成本第18页18Intel4004第19页19Intel8088第20页20IntelPentium第21页21IntelPentium第22页22主频为主频为3.2GIntel处理器处理器处理器关键：处理器关键：Prescott和和Northwood第23页231关于微型计算机简单介绍关于微型计算机简单介绍 微型计算机系统发展经历了四微型计算机系统发展经历了四个阶段：电子管计算机个阶段：电子管计算机(1946)(1946)、晶、晶体管计算机体管计算机(1958)(1958)、集成电路计算、集成电路计算机机(1965)(1965)、大规模集成电路计算机、大规模集成电路
12、计算机(1970)(1970)。微型计算机系统往两个方向发微型计算机系统往两个方向发展，一是越来越大：小展，一是越来越大：小中中大大巨，二是越来越小：微型计算机。巨，二是越来越小：微型计算机。第24页24电子计算机发展电子计算机发展n电子管计算机电子管计算机(1946)n晶体管计算机晶体管计算机(1958)n集成电路计算机集成电路计算机(1965)n大规模集成电路计算机大规模集成电路计算机(1970)n越来越大越来越大:小小中中大大巨型机巨型机n越来越小越来越小:微型计算机微型计算机(PC、单片机、单板机、单片机、单板机)n.第25页25电子计算机发展电子计算机发展ENIACn第一台电子计算机
13、第一台电子计算机（通用可编程序）（通用可编程序）n18800电子管电子管n30吨吨n150平方米平方米n150kwn5000次次/秒秒第26页26电子计算机发展电子计算机发展ENIAC第27页27电子计算机发展电子计算机发展ENIAC第28页28电子计算机发展电子计算机发展ENIAC第29页291关于微型计算机简单介绍关于微型计算机简单介绍 在学习微型计算机系统基本组在学习微型计算机系统基本组成之后，按照组装形式和系统规模，成之后，按照组装形式和系统规模，能够把微型计算机划分为单片机、能够把微型计算机划分为单片机、单板机和个人计算机。其中单片机单板机和个人计算机。其中单片机是将是将CPUCPU
14、、部分存放器、部分、部分存放器、部分I/OI/O接接口集成在一个芯片上，单板机是将口集成在一个芯片上，单板机是将CPUCPU、存放器、存放器、I/OI/O接口及部分接口及部分I/OI/O设设备安装在一个印刷线路板上。备安装在一个印刷线路板上。第30页30单片机单片机n将将CPU、部分存放器、部分、部分存放器、部分I/O接口集成接口集成在一个芯片上在一个芯片上第31页31单板机单板机n将将CPU、存放器、存放器、I/O接口及部分接口及部分I/O设设备安装在一个印刷线路板上备安装在一个印刷线路板上第32页32研华工控主板：研华工控主板：SOM-2353CPU:NSGeodeGX1-300芯片组芯片
15、组:NSCS5530A内存内存:在板64MBSDRAMVGA:支持VGA和VESA,最大可达1280 x1024和1024x768LCD接口接口:18位LCD信号输出网口网口:10/100MbpsAudio:AC97尺寸尺寸:68mmx100mm功耗功耗5V1.6A第33页33EmbeddedSolutionOS为Win CE，并可支持 ROM、LCD、触摸屏、COM等全部硬件功效 1个COM，1个CFC(64M/128M)、1个USB、1个键盘、1个鼠标接口、1个PCMCIA接口、一个Audio、一个LCD在在SOM-2353基础上，开发一底板基础上，开发一底板:第34页342微型计算机系统
16、总线结构微型计算机系统总线结构 分别在微处理器、微型计分别在微处理器、微型计算机和微型计算机系统三个层算机和微型计算机系统三个层面上介绍微处理器经典结构、面上介绍微处理器经典结构、微型计算机基本结构，以及用微型计算机基本结构，以及用元件级总线、板卡总线和通信元件级总线、板卡总线和通信总线组成微机系统。总线组成微机系统。第35页35三个层面上经典结构三个层面上经典结构第36页36总线总线n在计算机中，各个部件之间传送信息公在计算机中，各个部件之间传送信息公共连线称为共连线称为总线总线。n内部总线内部总线n元件级总线元件级总线n板卡总线板卡总线/局部总线局部总线第37页37地址总线（地址总线（Ad
17、dressBus）nCPU用来向存放器或用来向存放器或I/O端口传送地址端口传送地址n单向（单向（CPU发出）发出）n位数位数(n)决定了决定了CPU可直接寻址内存容量可直接寻址内存容量(2n)第38页38数据总线（数据总线（DataBus）nCPU与存放器及外设交换数据通路与存放器及外设交换数据通路n双向、双向、三态三态n位数与微处理器位数相同位数与微处理器位数相同第39页39控制总线（控制总线（ControlBus）n用来传输控制信号用来传输控制信号n由两种方向单向控制信号组成由两种方向单向控制信号组成第40页40第二章 80X86 微处理器结构 第41页本章本章重点与难点重点与难点内容内
18、容 微处理器是微型计算机系统控制关键。微处理器是微型计算机系统控制关键。本章主要内容是介绍本章主要内容是介绍80X86系列微处理器系列微处理器（从（从80868086到到Pentium Pentium）结构特点，详细讨）结构特点，详细讨论论80X86微处理器编程结构、引脚信号功效微处理器编程结构、引脚信号功效及总线时序。重点学习及总线时序。重点学习80868086CPU内部结构、内部结构、8086CPU引脚信号及其功效、引脚信号及其功效、8086存放器存放器组织、组织、8086系统配置以及系统配置以及8086CPU时序，时序，尤其是尤其是80868086CPU一些控制信号功效应深刻了解一些控制
19、信号功效应深刻了解和熟练掌握。和熟练掌握。第42页42本章本章重点与难点重点与难点内容内容 本章难点是本章难点是8086系统工作在最小系统工作在最小方式下配置以及总线时序，要求能够画方式下配置以及总线时序，要求能够画出出8086系统最小方式配置框图，分析系统最小方式配置框图，分析各部件功效以及各部件功效以及8086系统工作总线时系统工作总线时序。序。第43页431从从80868086到到PentiumPentium 80868086微处理器内部结构包含微处理器内部结构包含BIUBIU（总线接口（总线接口单元）和单元）和EUEU（执行单元）部件。总线接口单元（执行单元）部件。总线接口单元由段存放
20、器（由段存放器（CSCS、DSDS、SSSS、ESES）、指令指针存）、指令指针存放器放器(IP)(IP)、地址加法器、内部存放器、指令队、地址加法器、内部存放器、指令队列缓冲器及列缓冲器及I/OI/O控制逻辑等部分组成。它是控制逻辑等部分组成。它是CPUCPU与外部与外部(存放器、存放器、I/O)I/O)接口，提供总线信号并接口，提供总线信号并完成全部总线操作，比如地址形成完成全部总线操作，比如地址形成(逻辑地址逻辑地址物理地址物理地址)、取指令、取指令(CS(CS：IP)IP)、指令排队以、指令排队以及读及读/写操作数等功效。写操作数等功效。第44页441从从80868086到到Penti
21、umPentium 执执行行单单元元部部件件由由通通用用存存放放器器组组、专专用用存存放放器器组组、算算术术逻逻辑辑运运算算单单元元（ALUALU）、标标志志存存放放器器（FRFR）和和内内部部控控制制逻逻辑辑组组成成，负负责责全全部部指指令令译译码码和和执执行行、向向BIUBIU提提供供数数据据和和地地址址、管管理理内内部部存存放放器器及及标标志志存存放放器器(PSW)(PSW)等等。应应了了解解EUEU和和BIUBIU操作关系和指令流水。操作关系和指令流水。简单了解简单了解8028680286、8038680386、8048680486、PentiumPentium系列各类微处理器结构特点
22、以及相互之间关系列各类微处理器结构特点以及相互之间关系。系。第45页458086CPUnIntel，1978年，年，16位位n29000个晶体管，个晶体管，3mn40pin，双直列封装，双直列封装n5MHz/8MHz/10MHz第46页468086CPU结构图结构图第47页478086CPU内部结构内部结构1.1.总线接口单元总线接口单元BIUBIU由段存放器（由段存放器（CSCS、DSDS、SSSS、ESES）、指令指针）、指令指针存放器存放器(IP(IP）、地址加法器、内部存放器、指）、地址加法器、内部存放器、指令队列缓冲器及令队列缓冲器及I/OI/O控制逻辑等部分组成。控制逻辑等部分组成
23、。2.2.执行单元部件执行单元部件EUEU由通用存放器组、专用存放器组、算术逻辑由通用存放器组、专用存放器组、算术逻辑运算单元（运算单元（ALUALU）、标志存放器（）、标志存放器（FRFR）和内部）和内部控制逻辑组成。控制逻辑组成。第48页48总线接口部件总线接口部件BIUnCPU与外部与外部(存放器、存放器、I/O)接口接口n提供总线信号提供总线信号n完成全部总线操作完成全部总线操作n功效功效n地址形成地址形成(逻辑地址逻辑地址物理地址物理地址)n取指令取指令(CS:IP)、指令排队、指令排队n读读/写操作数写操作数n总线控制总线控制第49页49指令执行部件指令执行部件EUn负责全部指令译
24、码和执行负责全部指令译码和执行n向向BIU提供数据和地址提供数据和地址n管理存放器及标志管理存放器及标志第50页5028080X X8686微微处理器理器编程程结构构 8080X X8686微处理器存放器组主要包含基本微处理器存放器组主要包含基本结构存放器、系统级存放器、调试和测试存结构存放器、系统级存放器、调试和测试存放器以及浮点存放器。放器以及浮点存放器。80868086微处理器有微处理器有1414个个基本结构存放器，按其用途可分为基本结构存放器，按其用途可分为8 8个通用个通用存放器（存放器（AXAX、BXBX、CXCX、DXDX、SPSP、BPBP、SISI、DIDI）、）、2 2个专
25、用存放器（个专用存放器（IPIP、FlagsFlags）和）和4 4个个段存放器（段存放器（CSCS、DSDS、SSSS、ESES）3 3类。对于类。对于8028680286、8038680386、8048680486、PentiumPentium系列各类微系列各类微处理器系统级存放器、调试和测试存放器以处理器系统级存放器、调试和测试存放器以及浮点存放器可作普通性了解。及浮点存放器可作普通性了解。第51页51内部内部存放器结构存放器结构第52页52标志存放器标志存放器(PSW)第53页53380X X86微处理器引脚功效微处理器引脚功效 对于对于8080X X8686微微处理器理器引脚功效，本
26、节详细描引脚功效，本节详细描述述8086/80888086/8088引脚功效，介绍时钟发生、总线锁引脚功效，介绍时钟发生、总线锁存、总线缓冲和总线收发等概念。经过对存、总线缓冲和总线收发等概念。经过对8086/80888086/8088引脚按功效划分（地址总线、数据总引脚按功效划分（地址总线、数据总线、控制总线及时钟与电源等其它）来学习，重线、控制总线及时钟与电源等其它）来学习，重点掌握时分复用技术在点掌握时分复用技术在8086/80888086/8088引脚中应用、引脚中应用、80888088与与80868086差异、差异、8086 CPU8086 CPU惯用控制信号引脚功惯用控制信号引脚功
27、效以及效以及80868086系统配置工作方式（最小方式与最大系统配置工作方式（最小方式与最大方式）区分。在此基础上也简明描述方式）区分。在此基础上也简明描述3232位位微微处理理器（器（8038680386、8048680486、PentiumPentium）引脚功效。引脚功效。第54页548086CPU引脚引脚n两两种种模模式式(MN/MX)n最最小小模模式式n单单CPU系系统统n最最大大模模式式n多多CPU系系统统n协协处处理理器器系系统统第55页558086CPU引脚引脚n四类引脚四类引脚n地址总线地址总线:20位地址线位地址线n数据总线数据总线:16位数据线位数据线n控制总线控制总线:
28、读读/写写/.n其它其它:电源电源/时钟时钟/.第56页568086CPU引脚引脚数据数据/地址地址n数据数据/地址引脚地址引脚nAD15AD0n数据数据/地址地址复用复用,地址需锁存地址需锁存(T1,ALE)n20位内存地址低位内存地址低16位位n16位位I/O地址地址nA19A16/S6S3n地址地址/状态状态n20位内存地址高位内存地址高4位位/运行状态运行状态第57页578086CPU引脚引脚控制总线控制总线nBHE/S7n高高8位数据允许位数据允许/状态状态nMN/MXn最小最小/最大模式最大模式nRDn读选通读选通nWRn写选通写选通nALEn地址锁存允许地址锁存允许nDENn数据
29、允许数据允许nDT/Rn数据发送数据发送/接收接收nREADYn准备就绪准备就绪第58页588086CPU引脚引脚控制总线控制总线nINTRn可屏蔽中止请求可屏蔽中止请求nINTAn中止响应中止响应nNMIn不可屏蔽中止请求不可屏蔽中止请求nRESETn复位复位,FFFF0H开始开始nHOLDn总线保持请求总线保持请求nHLDAn总线保持响应总线保持响应nCLKn时钟时钟nVCC,GNDn+5V,信号地信号地第59页598088与与8086差异差异8088n外部外部8位数据总线位数据总线n4字节指令队列字节指令队列nIO/Mn准十六位准十六位CPU8086n外部外部16位数据总线位数据总线n6
30、字节指令队列字节指令队列nM/IOn十六位十六位CPU第60页608086系统配置系统配置n8086最小模式系统最小模式系统n8088最小模式系统最小模式系统第61页618086最小模式系统最小模式系统第62页62地址锁存地址锁存8282第63页63双向数据总线收发器双向数据总线收发器82861:0:第64页648088最小模式系统最小模式系统第65页65480X X86微处理器基本时序微处理器基本时序 了解了解80868086微微处理器理器总线时序，总线时序，80868086执执行指令包括三种周期，即时钟周期、总线行指令包括三种周期，即时钟周期、总线周期和指令周期。首先要掌握这三种周期周期和
31、指令周期。首先要掌握这三种周期区分与相互之间联络。时钟周期区分与相互之间联络。时钟周期T T是是CPUCPU时时钟频率倒数，总线周期是完成一次总线操钟频率倒数，总线周期是完成一次总线操作所需时间，普通包含多个作所需时间，普通包含多个T(T(经典经典4 4个个)，指令周期是执行一条指令所需时间包含多指令周期是执行一条指令所需时间包含多个总线周期。个总线周期。第66页66480X X86微处理器基本时序微处理器基本时序 其次要掌握几个基本总线周期（比其次要掌握几个基本总线周期（比如读操作、写操作、中止响应周期和系如读操作、写操作、中止响应周期和系统复位等）时序关系。要求结合统复位等）时序关系。要求
32、结合80868086微微处理器理器引脚信号功效了解三总线信号在引脚信号功效了解三总线信号在这些经典总线周期中出现时间关系，从这些经典总线周期中出现时间关系，从而为学习而为学习80868086微微处理器同内存放器及理器同内存放器及I/OI/O设备接口作准接口作准备。第67页678086CPU时序概念时序概念n指挥指挥:CLKn时钟周期时钟周期nCPU时钟频率倒数时钟频率倒数,Tn总线周期总线周期n完成一次总线操作所需时间完成一次总线操作所需时间,多个多个T(经典经典4个个)n指令周期指令周期n执行一条指令所需时间执行一条指令所需时间,多个总线周期多个总线周期第68页68时钟周期或状态周期时钟周期
33、或状态周期8086CPU内部逻辑操作以及与外内部逻辑操作以及与外部存放器和部存放器和I/O交换数据进行总线操作交换数据进行总线操作全部由全部由CPU时钟来定时。时钟来定时。CPU基本定时单位称为时钟周期或基本定时单位称为时钟周期或者状态周期。者状态周期。假设假设8086主频为主频为10MHz，一个时钟，一个时钟周期为周期为100ns。第69页69总线周期及其经典示意图总线周期及其经典示意图CPUCPU为了读取指令或传送数据，需要经过为了读取指令或传送数据，需要经过为了读取指令或传送数据，需要经过为了读取指令或传送数据，需要经过总线接口部件总线接口部件总线接口部件总线接口部件BIUBIU与存放器
34、或与存放器或与存放器或与存放器或I/OI/O接口进行信息接口进行信息接口进行信息接口进行信息交互，执行对总线操作。进行一次数据传送总交互，执行对总线操作。进行一次数据传送总交互，执行对总线操作。进行一次数据传送总交互，执行对总线操作。进行一次数据传送总线操作定义为一个总线周期。线操作定义为一个总线周期。线操作定义为一个总线周期。线操作定义为一个总线周期。第70页70总线周期总线周期(读操作读操作)第71页71总线周期总线周期(写操作写操作)第72页72中止响应周期（中止响应周期（INTA）第73页73中止响应周期（中止响应周期（INTA）n第一个第一个INTA周期周期n通知外设接口（或中止控制
35、器），准备好中止通知外设接口（或中止控制器），准备好中止类型信息类型信息n第二个第二个INTA周期周期n放出中止类型号数据放出中止类型号数据nCPU从从DB获取中止类型号获取中止类型号第74页74第三章 内存放器及其接口 第75页本章本章重点与难点重点与难点内容内容 本章主要讨论内存放器及其接口，主要本章主要讨论内存放器及其接口，主要内容包含三部分。第一部分介绍三类经典半内容包含三部分。第一部分介绍三类经典半导体存放器芯片（导体存放器芯片（SRAM芯片芯片HM6116、DRAM芯片芯片Intel 2164和和EPROM芯片芯片Intel 2732）结构、工作原理和外特征。在）结构、工作原理和外
36、特征。在此基础上，第二部分重点讲述半导体存放器此基础上，第二部分重点讲述半导体存放器芯片同微处理器接口基本技术。芯片同微处理器接口基本技术。第76页76本章本章重点与难点重点与难点内容内容 尤其是在第三部分介绍尤其是在第三部分介绍16位和位和32位微位微机系统中存放器接口技术。要求深刻了解机系统中存放器接口技术。要求深刻了解三类经典半导体存放器芯片外特征和读写三类经典半导体存放器芯片外特征和读写过程，以及惯用译码器（如过程，以及惯用译码器（如74LS138）特）特征和应用，重点掌握存放器接口基本技术，征和应用，重点掌握存放器接口基本技术，难点是难点是16位和位和32位微机系统中存放器接位微机系
37、统中存放器接口技术特点。口技术特点。第77页771半半导体存放器体存放器 存放器是计算机系统中主要组成部分，存放器是计算机系统中主要组成部分，用于存放计算机系统工作时所用信息。首用于存放计算机系统工作时所用信息。首先要求掌握存放系统概念、存放器系统体先要求掌握存放系统概念、存放器系统体系结构、内存放器中数据组织、存放器分系结构、内存放器中数据组织、存放器分类及半导体存放器芯片主要性能指标。对类及半导体存放器芯片主要性能指标。对于三类经典半导体存放器芯片（于三类经典半导体存放器芯片（SRAMSRAM芯片芯片HM6116HM6116、DRAMDRAM芯片芯片Intel2164Intel2164和和
38、EPROMEPROM芯片芯片Intel2732Intel2732）结构、工作原理和外特征，要）结构、工作原理和外特征，要求了解各引脚功效。求了解各引脚功效。第78页78存放器概述存放器概述n计算机中用来存放程序和数据部件计算机中用来存放程序和数据部件n表征计算机记忆能力表征计算机记忆能力n存放器各种分类存放器各种分类第79页79存放器分类存放器分类n存放器按用途可分为：存放器按用途可分为：n内存放器（主存）与外存放器（辅存）内存放器（主存）与外存放器（辅存）n存放器按用途可分为：存放器按用途可分为：nTTL型（双极型）与型（双极型）与MOS型（单极型）型（单极型）n存放器按存取方式可分为：存放
39、器按存取方式可分为：nRAM与与ROM第80页80存放器概述存放器概述n存放器引脚特征存放器引脚特征n地址线地址线n数据线数据线n片选片选n输出允许输出允许n读读/写控制写控制第81页81半导体存放器半导体存放器n半导体存放器主要性能指标半导体存放器主要性能指标n存放容量：存放容量：n存取速度：存取速度：存取时间、存放周期存取时间、存放周期n可靠性：可靠性：MTBFn功耗功耗n性能性能/价格比价格比第82页82半导体存放器半导体存放器nRAMnSRAM:速度快、集成度低速度快、集成度低nDRAM：速度慢、集成度高：速度慢、集成度高nROMnMROMnPROMnEPROMnEEPROM第83页8
40、3RAM结构、工作原理、经典器件结构、工作原理、经典器件随机存取存放器随机存取存放器RAMn在正常环境下可依据需要进行数据读出在正常环境下可依据需要进行数据读出和写入和写入n易失性存放器，需要易失性存放器，需要DC支持支持nSRAM/DRAM第84页84SRAMn内部结构内部结构第85页85SRAMn例：例：SRAM2114（1K4位）位）n1K个存放单元，每单元个存放单元，每单元4位位n需要需要10条地址线，条地址线，4条数据线条数据线n直接与地址、数据线相连直接与地址、数据线相连第86页86DRAMn内部结构内部结构Intel2164(64K1)第87页87DRAMnIntel2164(6
41、4K1位位)n行、列地址复用，只有二分之一地址引脚行、列地址复用，只有二分之一地址引脚n利用利用RAS、CAS进行控制进行控制n需要刷新（经典为需要刷新（经典为2ms4ms）n可经过双路复用器电路（可经过双路复用器电路（74LS157）与地址）与地址线相连线相连第88页88DRAMnS=0：A路路nS=1：B路路第89页89ROM结构、工作原理、经典器件结构、工作原理、经典器件只读存放器只读存放器n非易失性存放器，主要存放不经常修改非易失性存放器，主要存放不经常修改数据、程序等数据、程序等n往往以字节为基本单元往往以字节为基本单元第90页90EPROM2716（2K8）第91页912半半导体存
42、放器接口基本技体存放器接口基本技术 首先熟悉经典首先熟悉经典3-83-8译码器译码器74LS13874LS138，能综合应用各种经典芯片进行存放器系统能综合应用各种经典芯片进行存放器系统设计与分析，掌握存放空间地址分配和片设计与分析，掌握存放空间地址分配和片选技术，尤其注意半导体存放器芯片同微选技术，尤其注意半导体存放器芯片同微处理器连接口时应注意问题。处理器连接口时应注意问题。第92页92存放器接口技术存放器接口技术存放器与存放器与CPU连接连接n数据线数据线依据单元宽度连接依据单元宽度连接n地址线地址线n片内地址片内地址选择片内单元选择片内单元n片外地址片外地址参加地址译码，确定被选中参加
43、地址译码，确定被选中存放芯片存放芯片n地址选择地址选择n全译码、部分译码、线选、混合译码全译码、部分译码、线选、混合译码第93页93存放器接口技术存放器接口技术n全译码全译码n全部片外地址均参加译码，地址空间无浪全部片外地址均参加译码，地址空间无浪费费n74LS138第94页94存放器接口技术存放器接口技术n部分译码部分译码n部分片外地址参加译码部分片外地址参加译码n线路较简单线路较简单n地址有重合地址有重合第95页95存放器接口技术存放器接口技术n线选线选n个别片外地址线直接连至存放芯片片选输个别片外地址线直接连至存放芯片片选输入端入端n有大量地址重合有大量地址重合n只适合用于小存放容量需求
44、场所只适合用于小存放容量需求场所第96页96存放器接口技术存放器接口技术n存放器接口中考虑问题存放器接口中考虑问题n时序配合时序配合n负载能力负载能力n选择存放芯片选择存放芯片第97页97存放器与存放器与8位系统连接位系统连接第98页98316位和位和32位系统中内存放器接口位系统中内存放器接口 在掌握存放器在掌握存放器扩展技展技术之后，之后，应能了能了解解PCPC机中存放器机中存放器组织，尤其是，尤其是1616位微机系位微机系统中存放器接口技中存放器接口技术特点，包含奇偶分体、特点，包含奇偶分体、8088/80868088/8086存放器存放器访问操作等。操作等。第99页99存放器与存放器与
45、16位位CPU连接连接第100页100存放器与存放器与16CPU连接连接第101页101存放器与存放器与CPU连接连接第102页102存放器与存放器与16位位CPU连接连接n#1#8，SRAM6116(2K8)n#9#16,EPROM2732(4K8)第103页103第四章 输入/输出 第104页本章本章重点与难点重点与难点内容内容 微处理器同外设连接和信息传递是微处理器同外设连接和信息传递是微机系统要处理最主要问题，本章在介微机系统要处理最主要问题，本章在介绍输入输出普通问题基础上，要求着重绍输入输出普通问题基础上，要求着重掌握微机系统中数据传送几个控制方式掌握微机系统中数据传送几个控制方式
46、（程序控制方式、直接存放器存取方式、（程序控制方式、直接存放器存取方式、I/O通道控制方式），比较各自优点，通道控制方式），比较各自优点，重点是程序控制三种方式（无条件传送、重点是程序控制三种方式（无条件传送、查询传送和中止传送）工作原理、硬件查询传送和中止传送）工作原理、硬件设置和软件编制。设置和软件编制。第105页105本章本章重点与难点重点与难点内容内容 本章主要内容还有三种最惯用简单本章主要内容还有三种最惯用简单输入输入/输出接口电路（锁存器输出接口电路（锁存器74LS373、缓冲器缓冲器74LS244和数据收发器和数据收发器74LS245）工作特征和应用。了解）工作特征和应用。了解D
47、MA控制方式基本概念及其特点、控制方式基本概念及其特点、DMA传送过程，简明认识可编程传送过程，简明认识可编程DMA控制器控制器8237A。第106页1061概述概述 输入输出接口基本功效、输入输出输入输出接口基本功效、输入输出系统特点、接口与端口区分与相互关系系统特点、接口与端口区分与相互关系以及以及I/OI/O编址方式。编址方式。CPUCPU对外设访问实质对外设访问实质上是对外设接口电路中对应端口进行访上是对外设接口电路中对应端口进行访问，尤其要求了解问，尤其要求了解I/OI/O端口两种编址方式，端口两种编址方式，即独立编址和统一编址特点、区分与相即独立编址和统一编址特点、区分与相互关系。
48、互关系。第107页107I/O接口接口定义定义nCPU与外设之间传送信息一个界面与外设之间传送信息一个界面nCPU与与“外部世界外部世界”连接电路，是连接电路，是CPU与外界进行信息交换中转站与外界进行信息交换中转站第108页108I/O接口与接口与CPU相连相连n与存放器连接一样，与存放器连接一样，I/O接口经过三总线与接口经过三总线与CPU相连相连第109页109为何设置为何设置I/O接口接口nCPU与外界联络与外界联络nCPU与外界信号线不兼容，在功效、逻与外界信号线不兼容，在功效、逻辑定义和时序关系上不一致（不匹配、辑定义和时序关系上不一致（不匹配、不协调）不协调）n工作速度不兼容工作
49、速度不兼容数据缓冲数据缓冲n提升提升CPU效率，防止效率，防止CPU穷于应付与外穷于应付与外设打交道设打交道n外设发展不依赖于外设发展不依赖于CPU，而由接口完成，而由接口完成二者之间匹配二者之间匹配第110页110I/O接口接口功效功效n执行执行CPU命令：命令：命令口命令口n返回外设状态：返回外设状态：状态口状态口n数据缓冲：数据缓冲：数据口数据口n处理连接不匹配、不协调处理连接不匹配、不协调n速度速度数据缓冲数据缓冲n信号电平信号电平信号电平转换电路信号电平转换电路n信号格式信号格式信息转换逻辑（数据宽度与格式）信息转换逻辑（数据宽度与格式）n时序时序时序控制电路时序控制电路n多端口、多
50、连接多端口、多连接地址译码（设备选择）地址译码（设备选择）第111页111I/O接口接口组成组成n硬件电路硬件电路n基本逻辑电路基本逻辑电路关键电路关键电路命令、状态、数据缓冲存放器命令、状态、数据缓冲存放器n端口地址译码端口地址译码不可缺乏不可缺乏n其它其它供选电路供选电路中止、中止、DMA、定时、定时/计数、串行、计数、串行、D/A或或A/D等等第112页112I/O接口接口组成组成n软件编程软件编程n初始化程序段初始化程序段基本部分基本部分芯片工作方式、初始条件等芯片工作方式、初始条件等n传送方式程序段传送方式程序段与数据传送相关与数据传送相关n主控程序段主控程序段接口主要任务接口主要任
