《微型计算机技术》学习辅导.ppt

微型计算机技术学习辅导刘刘 明明华中师范大学计算机科学系华中师范大学计算机科学系1 1 教学目的教学目的 随着微型计算机在各行各业中应用的不断扩随着微型计算机在各行各业中应用的不断扩大，包括单片机在内的微型计算机的应用已随处大，包括单片机在内的微型计算机的应用已随处可见，理工科学生有必要了解掌握该领域的理论可见，理工科学生有必要了解掌握该领域的理论知识及专业技术知识及专业技术,微型计算机技术微型计算机技术是计算机是计算机科学与技术专业重要的专业课程。本课程系统地科学与技术专业重要的专业课程。本课程系统地介绍微型计算机系统的基本组织结构及基本工作介绍微型计算机系统的基本组织结构及基本工作原理，微型计算机接口原理及应用技术。重点阐原理，微型计算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，包括硬件接口电路述微处理器与外界连接技术，包括硬件接口电路的设计和相关应用软件的设计。的设计和相关应用软件的设计。22 2 教学要求教学要求 本本课课程要求学生理解和掌握微型程要求学生理解和掌握微型计计算算机的基本概念、基本理机的基本概念、基本理论论和基本方法，通和基本方法，通过过本本课课程的学程的学习习，使学生了解微型，使学生了解微型计计算机算机系系统统的特点、工作原理和的特点、工作原理和组织结组织结构，掌握构，掌握微型微型计计算机接口技算机接口技术术的基本原理和方法，的基本原理和方法，具有分析和具有分析和设计设计接口的能力，接口的能力，为为开开发发和和应应用微型用微型计计算机系算机系统统打下良好的理打下良好的理论论和和实实践践基基础础。32 2 具体要求具体要求1 1 微型微型计计算机系算机系统统的的组织结组织结构及工作构及工作原理：原理：微微处处理器芯片、微型理器芯片、微型计计算机、微型算机、微型计计算机系算机系统统的基本的基本组织结组织结构和基本工作构和基本工作原理；原理；42 2 具体要求具体要求2 2 微型微型计计算机接口原理及算机接口原理及应应用技用技术术：接口的基本概念；定接口的基本概念；定时计时计数器、并行接数器、并行接口、串行接口、中断控制器、口、串行接口、中断控制器、DMADMA控制器、控制器、A/DA/D和和D/AD/A转换转换器接口等接口器接口等接口电电路的工作原路的工作原理、硬件理、硬件设计设计及及软软件件驱动驱动程序的程序的编编程方法；程方法；I/OI/O端口地址端口地址译码电译码电路路设计设计。52 2 具体要求具体要求3 3 微型微型计计算机技算机技术现术现状与状与发发展展趋势趋势：嵌入式系嵌入式系统统、软软硬件硬件协协同同设计设计（Software/HardwareCo-Design）、）、系系统统芯片（芯片（SystemonChip，SOC）、具有知具有知识产权识产权的内核的内核(IntellectualPropertyCore,IP核核)等技等技术术 62 2 与其它课程的关系与其它课程的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专专业业的核心课程。的核心课程。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、参参照照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的内容划分和所属重点。材的内容划分和所属重点。72 2 各课程的重点各课程的重点计计算算机机系系统统结结构构：重重点点论论述述计计算算机机系系统统的的各各种种基基本本结结构构、设设计计技技术术和和性性能能定定量量分分析析方方法；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的的构构成成和和组组成成方方式式，基基本本运运算算的的操操作作原原理理和单元的设计思想、操作方式及其实现；和单元的设计思想、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。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，2001.12001.1。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，2000.12000.1。2 2微型微型计计算机原理及算机原理及应应用用，周明德，清，周明德，清华华大学出版社。大学出版社。2000.22000.2。9第一章 微型计算机概论本章本章重点与难点重点与难点内容内容本章主要介绍有关微型计算机系统的基本本章主要介绍有关微型计算机系统的基本概念，包括概念，包括微处理器、微型计算机和微型计算微处理器、微型计算机和微型计算机系统的定义，机系统的定义，微型计算机的发展概况，微型微型计算机的发展概况，微型计算机的特点和应用，以及计算机的特点和应用，以及微型计算机的分类，微型计算机的分类，并在此基础上从三个层面上引出微机系统总线并在此基础上从三个层面上引出微机系统总线结构的概念。重点了解微型计算机系统各组成结构的概念。重点了解微型计算机系统各组成部件的功能和相互关系，理解微型计算机系统部件的功能和相互关系，理解微型计算机系统的总线结构的特点，以及对于微处理器、微型的总线结构的特点，以及对于微处理器、微型计算机和微型计算机系统，如何采用总线结构计算机和微型计算机系统，如何采用总线结构框架连接各部分组件而构成一个整体。框架连接各部分组件而构成一个整体。111关于微型计算机的简单介绍关于微型计算机的简单介绍 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的定义以及三者和微型计算机系统的定义以及三者之间的关系。对于微处理器的发展之间的关系。对于微处理器的发展概况，应结合微电子学的发展来了概况，应结合微电子学的发展来了解微处理器芯片技术，以及所遵循解微处理器芯片技术，以及所遵循的摩尔定律，即芯片的容量每的摩尔定律，即芯片的容量每18-2418-24个月增加一倍。个月增加一倍。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 寄存器寄存器 微型计算机微型计算机 内存储器内存储器 硬件硬件 输入输入/输出接口输出接口 输入输入/输出设备及外存储器输出设备及外存储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13微型计算机系统基本构成微型计算机系统基本构成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寄存器组寄存器组n存放参加运算的数据、中间结果、地址等存放参加运算的数据、中间结果、地址等15微型计算机的发展微型计算机的发展n摩尔定律摩尔定律n第第N代微处理器代微处理器16摩尔定律摩尔定律n芯片的容量每芯片的容量每18-24个月增加一倍个月增加一倍 17微处理器的发展微处理器的发展n4004(2300/50m)/8008n8080/8085、8086/8088n80286/80386/80486nPentium/PentiumPro/PentiumnPentium/Pentium(4200万万/0.13m)n集成电路技术的发展是基础集成电路技术的发展是基础n高性能、低能耗、高速度、低成本高性能、低能耗、高速度、低成本18Intel400419Intel808820IntelPentium21IntelPentium22主频为主频为3.2G的的Intel处理器处理器处理器核心：处理器核心：Prescott和和Northwood231关于微型计算机的简单介绍关于微型计算机的简单介绍 微型计算机系统的发展经历了微型计算机系统的发展经历了四个阶段：电子管计算机四个阶段：电子管计算机(1946)(1946)、晶体管计算机晶体管计算机(1958)(1958)、集成电路计、集成电路计算机算机(1965)(1965)、大规模集成电路计算、大规模集成电路计算机机(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。24电子计算机的发展电子计算机的发展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.25电子计算机的发展电子计算机的发展ENIACn第一台电子计算机第一台电子计算机（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26电子计算机的发展电子计算机的发展ENIAC27电子计算机的发展电子计算机的发展ENIAC28电子计算机的发展电子计算机的发展ENIAC291关于微型计算机的简单介绍关于微型计算机的简单介绍 在学习微型计算机系统基本构在学习微型计算机系统基本构成之后，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，可以把微型计算机划分为单片机、可以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、部分存储器、部分部分存储器、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、存储器、存储器、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。30单片机单片机n将将CPU、部分存储器、部分部分存储器、部分I/O接口集成接口集成在一个芯片上在一个芯片上31单板机单板机n将将CPU、存储器、存储器、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32研华工控主板：研华工控主板：SOM-2353CPU:NSGeodeGX1-300芯片组芯片组: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5V1.6A33EmbeddedSolutionOS为Win CE，并可支持 ROM、LCD、触摸屏、COM等所有硬件的功能 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的基础上，开发一底板的基础上，开发一底板:342微型计算机系统的总线结构微型计算机系统的总线结构 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的典型结构、面上介绍微处理器的典型结构、微型计算机的基本结构，以及微型计算机的基本结构，以及用元件级总线、板卡总线和通用元件级总线、板卡总线和通信总线构成微机系统。信总线构成微机系统。35三个层面上的典型结构三个层面上的典型结构36总线总线n在计算机中，各个部件之间传送信息的在计算机中，各个部件之间传送信息的公共连线称为公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37地址总线（地址总线（AddressBus）nCPU用来向存储器或用来向存储器或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可直接寻址的内存容可直接寻址的内存容量量(2n)38数据总线（数据总线（DataBus）nCPU与存储器及外设交换数据的通路与存储器及外设交换数据的通路n双向、双向、三态三态n位数与微处理器的位数相同位数与微处理器的位数相同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由两种方向的单向控制信号组成由两种方向的单向控制信号组成40第二章 80X86 微处理器的结构 本章本章重点与难点重点与难点内容内容 微处理器是微型计算机系统的控制核心。微处理器是微型计算机系统的控制核心。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）的结构特点，详细的结构特点，详细讨论讨论80X86微处理器的编程结构、引脚信号微处理器的编程结构、引脚信号功能及总线时序。重点学习功能及总线时序。重点学习80868086CPU的内部结的内部结构、构、8086CPU的引脚信号及其功能、的引脚信号及其功能、8086的存储器组织、的存储器组织、8086的系统配置以及的系统配置以及8086CPU的时序，特别是的时序，特别是80868086CPU的一些控的一些控制信号的功能应深刻理解和熟练掌握。制信号的功能应深刻理解和熟练掌握。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的配置以及总线时序，要求能够方式下的配置以及总线时序，要求能够画出画出8086系统最小方式的配置框图，系统最小方式的配置框图，分析各部件功能以及分析各部件功能以及8086系统工作总系统工作总线时序。线时序。431从从80868086到到PentiumPentium 80868086微处理器内部结构包括微处理器内部结构包括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。总线接口单元由段寄存器（由段寄存器（CSCS、DSDS、SSSS、ESES）、）、指令指针寄指令指针寄存器存器(IP)IP)、地址加法器、内部寄存器、指令队地址加法器、内部寄存器、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(存储器、存储器、I/O)I/O)的接口，提供总线信号的接口，提供总线信号并完成所有总线操作，例如地址形成并完成所有总线操作，例如地址形成(逻辑地逻辑地址址物理地址物理地址)、取指令、取指令(CSCS：IP)IP)、指令排队指令排队以及读以及读/写操作数等功能。写操作数等功能。441从从80868086到到PentiumPentium 执执行行单单元元部部件件由由通通用用寄寄存存器器组组、专专用用寄寄存存器器组组、算算术术逻逻辑辑运运算算单单元元（ALUALU）、标标志志寄寄存存器器（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的的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、管管理理内内部部寄寄存存器器及及标标志志寄寄存存器器(PSW)PSW)等等。应应理理解解EUEU和和BIUBIU的操作关系和指令流水。的操作关系和指令流水。简单了解简单了解8028680286、8038680386、8048680486、PentiumPentium系列各类微处理器的结构特点以及相互之间系列各类微处理器的结构特点以及相互之间的关系。的关系。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/10MHz468086CPU结构图结构图478086CPU内部结构内部结构1.1.总线接口单元总线接口单元BIUBIU由段寄存器（由段寄存器（CSCS、DSDS、SSSS、ESES）、）、指令指针指令指针寄存器寄存器(IPIP）、）、地址加法器、内部寄存器、指地址加法器、内部寄存器、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。2.2.执行单元部件执行单元部件EUEU由通用寄存器组、专用寄存器组、算术逻辑由通用寄存器组、专用寄存器组、算术逻辑运算单元（运算单元（ALUALU）、）、标志寄存器（标志寄存器（FRFR）和内部和内部控制逻辑组成。控制逻辑组成。48总线接口部件总线接口部件BIUnCPU与外部与外部(存储器、存储器、I/O)的接口的接口n提供总线信号提供总线信号n完成所有总线操作完成所有总线操作n功能功能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49指令执行部件指令执行部件EUn负责全部指令的译码和执行负责全部指令的译码和执行n向向BIU提供数据和地址提供数据和地址n管理寄存器及标志管理寄存器及标志5028080X X8686微微处处理器的理器的编编程程结结构构 8080X X8686微处理器的寄存器组主要包括基微处理器的寄存器组主要包括基本结构寄存器、系统级寄存器、调试和测试本结构寄存器、系统级寄存器、调试和测试寄存器以及浮点寄存器。寄存器以及浮点寄存器。80868086微处理器有微处理器有1414个基本结构寄存器，按其用途可分为个基本结构寄存器，按其用途可分为8 8个通个通用寄存器（用寄存器（AXAX、BXBX、CXCX、DXDX、SPSP、BPBP、SISI、DIDI）、）、2 2个专用寄存器（个专用寄存器（IPIP、FlagsFlags）和和4 4个个段寄存器（段寄存器（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的系统级寄存器、调试和测试寄存器处理器的系统级寄存器、调试和测试寄存器以及浮点寄存器可作一般性了解。以及浮点寄存器可作一般性了解。51内部内部寄存器结构寄存器结构52标志寄存器标志寄存器(PSW)53380X X86微处理器的引脚功能微处理器的引脚功能 对于对于8080X X8686微微处处理器的理器的引脚功能，本节详细引脚功能，本节详细描述描述8086/80888086/8088引脚功能，介绍时钟发生、总线引脚功能，介绍时钟发生、总线锁存、总线缓冲和总线收发等概念。通过对锁存、总线缓冲和总线收发等概念。通过对8086/80888086/8088的引脚按功能划分（地址总线、数据的引脚按功能划分（地址总线、数据总线、控制总线及时钟与电源等其它）来学习，总线、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重点掌握时分复用技术在8086/80888086/8088引脚中的应引脚中的应用、用、80888088与与80868086的差异、的差异、8086 8086 CPUCPU常用控制信号常用控制信号的引脚功能以及的引脚功能以及80868086系统配置工作方式（最小方系统配置工作方式（最小方式与最大方式）的区别。在此基础上也简要描述式与最大方式）的区别。在此基础上也简要描述3232位位微微处处理器（理器（8038680386、8048680486、PentiumPentium）的的引脚引脚功能。功能。548086CPU的引脚的引脚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558086CPU的引脚的引脚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:读读/写写/.n其他其他:电源电源/时钟时钟/.568086CPU的引脚的引脚数据数据/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位内存地址的低位内存地址的低16位位n16位位I/O地址地址nA19A16/S6S3n地址地址/状态状态n20位内存地址的高位内存地址的高4位位/运行状态运行状态578086CPU的引脚的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588086CPU的引脚的引脚控制总线控制总线nINTRn可屏蔽中断请求可屏蔽中断请求nINTAn中断响应中断响应nNMIn不可屏蔽中断请求不可屏蔽中断请求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598088与与8086的差异的差异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字节指令队列字节指令队列nM/IOn十六位十六位CPU608086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618086最小模式系统最小模式系统62地址锁存地址锁存828263双向数据总线收发器双向数据总线收发器82861:0:648088最小模式系统最小模式系统65480X X86微处理器的基本时序微处理器的基本时序 理解理解80868086微微处处理器的理器的总线时序，总线时序，80868086执行指令涉及三种周期，即时钟周期、总执行指令涉及三种周期，即时钟周期、总线周期和指令周期。首先要掌握这三种周线周期和指令周期。首先要掌握这三种周期的区别与相互之间的联系。时钟周期期的区别与相互之间的联系。时钟周期T T是是CPUCPU的时钟频率的倒数，总线周期是完的时钟频率的倒数，总线周期是完成一次总线操作所需的时间，一般包含多成一次总线操作所需的时间，一般包含多个个T(T(典型典型4 4个个)，指令周期是执行一条指令，指令周期是执行一条指令所需的时间包含多个总线周期。所需的时间包含多个总线周期。66480X X86微处理器的基本时序微处理器的基本时序 其次要掌握几种基本总线周期（例其次要掌握几种基本总线周期（例如读操作、写操作、中断响应周期和系如读操作、写操作、中断响应周期和系统复位等）的时序关系。要求结合统复位等）的时序关系。要求结合80868086微微处处理器的理器的引脚信号的功能理解三总线引脚信号的功能理解三总线信号在这些典型的总线周期中出现的时信号在这些典型的总线周期中出现的时间关系，从而为学习间关系，从而为学习80868086微微处处理器同内理器同内存存储储器及器及I/OI/O设备设备的接口作准的接口作准备备。678086CPU时序概念时序概念n指挥指挥:CLKn时钟周期时钟周期nCPU的时钟频率的倒数的时钟频率的倒数,Tn总线周期总线周期n完成一次总线操作所需的时间完成一次总线操作所需的时间,多个多个T(典型典型4个个)n指令周期指令周期n执行一条指令所需的时间执行一条指令所需的时间,多个总线周期多个总线周期68时钟周期或状态周期时钟周期或状态周期8086CPU内部的逻辑操作以及与内部的逻辑操作以及与外部存储器和外部存储器和I/O交换数据进行的总线交换数据进行的总线操作全部由操作全部由CPU的时钟来定时的。的时钟来定时的。CPU的基本定时单位称为时钟周期的基本定时单位称为时钟周期或者状态周期。或者状态周期。假设假设8086的主频为的主频为10MHz，一个时一个时钟周期为钟周期为100ns。69总线周期及其典型示意图总线周期及其典型示意图CPUCPU为了读取指令或传送数据，需要通过为了读取指令或传送数据，需要通过为了读取指令或传送数据，需要通过为了读取指令或传送数据，需要通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与存储器或与存储器或与存储器或与存储器或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，执行对总线的操作。进行一次数据传送交互，执行对总线的操作。进行一次数据传送交互，执行对总线的操作。进行一次数据传送交互，执行对总线的操作。进行一次数据传送的总线操作定义为一个总线周期。的总线操作定义为一个总线周期。的总线操作定义为一个总线周期。的总线操作定义为一个总线周期。70总线周期总线周期(读操作读操作)71总线周期总线周期(写操作写操作)72中断响应周期（中断响应周期（INTA）73中断响应周期（中断响应周期（INTA）n第一个第一个INTA周期周期n通知外设接口（或中断控制器），准备好中断通知外设接口（或中断控制器），准备好中断类型信息类型信息n第二个第二个INTA周期周期n放出中断类型号数据放出中断类型号数据nCPU从从DB获取中断类型号获取中断类型号74第三章 内存储器及其接口 本章本章重点与难点重点与难点内容内容 本章主要讨论内存储器及其接口，主要本章主要讨论内存储器及其接口，主要内容包括三部分。第一部分介绍三类典型的内容包括三部分。第一部分介绍三类典型的半导体存储器芯片（半导体存储器芯片（SRAM芯片芯片HM6116、DRAM芯片芯片Intel 2164和和EPROM芯片芯片Intel 2732）的结构、工作原理和外特性。的结构、工作原理和外特性。在此基础上，第二部分重点讲述半导体存储在此基础上，第二部分重点讲述半导体存储器芯片同微处理器接口的基本技术。器芯片同微处理器接口的基本技术。76本章本章重点与难点重点与难点内容内容 特别是在第三部分介绍特别是在第三部分介绍16位和位和32位微位微机系统中存储器接口技术。要求深刻理解机系统中存储器接口技术。要求深刻理解三类典型半导体存储器芯片的外特性和读三类典型半导体存储器芯片的外特性和读写过程，以及常用译码器（如写过程，以及常用译码器（如74LS138）的特性和应用，重点掌握存储器接口的基的特性和应用，重点掌握存储器接口的基本技术，难点是本技术，难点是16位和位和32位微机系统中位微机系统中存储器接口的技术特点。存储器接口的技术特点。771半半导导体存体存储储器器 存储器是计算机系统中重要的组成部存储器是计算机系统中重要的组成部分，用于存放计算机系统工作时所用的信分，用于存放计算机系统工作时所用的信息。首先要求掌握存储系统概念、存储器息。首先要求掌握存储系统概念、存储器系统的体系结构、内存储器中的数据组织、系统的体系结构、内存储器中的数据组织、存储器的分类及半导体存储器芯片的主要存储器的分类及半导体存储器芯片的主要性能指标。对于三类典型半导体存储器芯性能指标。对于三类典型半导体存储器芯片片（SRAMSRAM芯片芯片HM6116HM6116、DRAMDRAM芯片芯片Intel2164Intel2164和和EPROMEPROM芯片芯片Intel2732Intel2732）的结构、工作原的结构、工作原理和外特性，要求了解各引脚的功能。理和外特性，要求了解各引脚的功能。78存储器概述存储器概述n计算机中用来存储程序和数据的部件计算机中用来存储程序和数据的部件n表征计算机的记忆能力表征计算机的记忆能力n存储器多种分类存储器多种分类79存储器分类存储器分类n存储器按用途可分为：存储器按用途可分为：n内存储器（主存）与外存储器（辅存）内存储器（主存）与外存储器（辅存）n存储器按用途可分为：存储器按用途可分为：nTTL型（双极型）型（双极型）与与MOS型（单极型）型（单极型）n存储器按存取方式可分为：存储器按存取方式可分为：nRAM与与ROM80存储器概述存储器概述n存储器的引脚特征存储器的引脚特征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81半导体存储器半导体存储器n半导体存储器的主要性能指标半导体存储器的主要性能指标n存储容量：存储容量：n存取速度：存取速度：存取时间、存储周期存取时间、存储周期n可靠性：可靠性：MTBFn功耗功耗n性能性能/价格比价格比82半导体存储器半导体存储器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nROMnMROMnPROMnEPROMnEEPROM83RAM结构、工作原理、典型器件结构、工作原理、典型器件随机存取存储器随机存取存储器RAMn在正常环境下可根据需要进行数据的读在正常环境下可根据需要进行数据的读出和写入出和写入n易失性存储器，需要易失性存储器，需要DC的支持的支持nSRAM/DRAM84SRAMn内部结构内部结构85SRAMn例：例：SRAM2114（1K4位）位）n1K个存储单元，每单元个存储单元，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86DRAMn内部结构内部结构Intel2164(64K1)87DRAMnIntel2164(64K1位位)n行、列地址复用，只有一半的地址引脚行、列地址复用，只有一半的地址引脚n利用利用RAS、CAS进行控制进行控制n需要刷新（典型为需要刷新（典型为2ms4ms）n可通过双路复用器电路（可通过双路复用器电路（74LS157）与地址与地址线相连线相连88DRAMnS=0：A路路nS=1：B路路89ROM结构、工作原理、典型器件结构、工作原理、典型器件只读存储器只读存储器n非易失性存储器，主要存放不经常修改非易失性存储器，主要存放不经常修改的数据、程序等的数据、程序等n往往以字节为基本单元往往以字节为基本单元90EPROM2716（2K8）912半半导导体存体存储储器接口的基本技器接口的基本技术术 首先熟悉典型的首先熟悉典型的3-83-8译码器译码器7474LS138LS138，能综合应用各种典型芯片进行存储器系能综合应用各种典型芯片进行存储器系统的设计与分析，掌握存储空间的地址分统的设计与分析，掌握存储空间的地址分配和片选技术，特别注意半导体存储器芯配和片选技术，特别注意半导体存储器芯片同微处理器连接口时应注意的问题。片同微处理器连接口时应注意的问题。92存储器接口技术存储器接口技术存储器与存储器与CPU的连接的连接n数据线数据线根据单元宽度连接根据单元宽度连接n地址线地址线n片内地址片内地址选择片内的单元选择片内的单元n片外地址片外地址参与地址译码，确定被选中参与地址译码，确定被选中的存储芯片的存储芯片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93存储器接口技术存储器接口技术n全译码全译码n所有的片外地址均参与译码，地址空间无所有的片外地址均参与译码，地址空间无浪费浪费n74LS13894存储器接口技术存储器接口技术n部分译码部分译码n部分片外地址参与译码部分片外地址参与译码n线路较简单线路较简单n地址有重叠地址有重叠95存储器接口技术存储器接口技术n线选线选n个别片外地址线直接连至存储芯片的片选个别片外地址线直接连至存储芯片的片选输入端输入端n有大量的地址重叠有大量的地址重叠n只适用于小存储容量需求的场合只适用于小存储容量需求的场合96存储器接口技术存储器接口技术n存储器接口中考虑的问题存储器接口中考虑的问题n时序配合时序配合n负载能力负载能力n选择存储芯片选择存储芯片97存储器与存储器与8位位系统的连接系统的连接98316位和位和32位系统中内存储器接口位系统中内存储器接口 在掌握存在掌握存储储器器扩扩展技展技术术之后，之后，应应能理能理解解PCPC机中的存机中的存储储器器组织组织，特，特别别是是1616位微机位微机系系统统中存中存储储器接口的技器接口的技术术特点，包含奇偶特点，包含奇偶分体、分体、8088/80868088/8086的存的存储储器器访问访问操作等。操作等。99存储器与存储器与16位位CPU的连接的连接100存储器与存储器与16CPU的连接的连接101存储器存储器与与CPU的连接的连接102存储器与存储器与16位位CPU的连接的连接n#1#8，SRAM6116(2K8)n#9#16,EPROM2732(4K8)103第四章 输入/输出 本章本章重点与难点重点与难点内容内容 微处理器同外设的连接和信息传递微处理器同外设的连接和信息传递是微机系统要解决的最主要的问题，本是微机系统要解决的最主要的问题，本章在介绍输入输出的一般问题的基础上，章在介绍输入输出的一般问题的基础上，要求着重掌握微机系统中数据传送的几要求着重掌握微机系统中数据传送的几种控制方式（程序控制方式、直接存储种控制方式（程序控制方式、直接存储器存取方式、器存取方式、I/O通道控制方式），比通道控制方式），比较各自的优点，重点是程序控制的三种较各自的优点，重点是程序控制的三种方式（无条件传送、查询传送和中断传方式（无条件传送、查询传送和中断传送）的工作原理、硬件设置和软件编制。送）的工作原理、硬件设置和软件编制。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常用的简本章主要内容还有三种最常用的简单输入单输入/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和数据收和数据收发器发器74LS245）的工作特性和应用。的工作特性和应用。理解理解DMA控制方式的基本概念及其特控制方式的基本概念及其特点、点、DMA传送过程，简要认识可编程传送过程，简要认识可编程DMA控制器控制器8237A。1061概述概述 输入输出接口的基本功能、输入输输入输出接口的基本功能、输入输出系统的特点、接口与端口的区别与相出系统的特点、接口与端口的区别与相互关系以及互关系以及I/OI/O的编址方式。的编址方式。CPUCPU对外设对外设的访问实质上是对外设接口电路中相应的访问实质上是对外设接口电路中相应的端口进行访问，特别要求理解的端口进行访问，特别要求理解I/OI/O端口端口的两种编址方式，即独立编址和统一编的两种编址方式，即独立编址和统一编址的特点、区别与相互关系。址的特点、区别与相互关系。107I/O接口接口定义定义nCPU与外设之间传送信息的一个界面与外设之间传送信息的一个界面nCPU与与“外部世界外部世界”的连接电路，是的连接电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站与外界进行信息交换的中转站108I/O接口与接口与CPU相连相连n与与存储器连接一样存储器连接一样，I/O接口通过三总线与接口通过三总线与CPU相连相连109为什么设置为什么设置I/O接口接口nCPU与外界的联络与外界的联络nCPU与外界信号线不兼容，在功能、逻与外界信号线不兼容，在功能、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速度不兼容数据缓冲数据缓冲n提高提高CPU效率，避免效率，避免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两者之间的匹配两者之间的匹配110I/O接口接口功能功能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解决连接的不匹配、不协调解决连接的不匹配、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、多连接多端口、多连接地址译码（设备选择）地址译码（设备选择）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核心电路核心电路命令、状态、数据缓冲寄存器命令、状态、数据缓冲寄存器n端口地址译码端口地址译码不可缺少不可缺少n其它其它供选电路供选电路中断、中断、DMA、定时定时/计数、串行、计数、串行、D/A或或A/D等等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的工作方式、初始条件等芯片的工作方式、初始条件等