微机系统与接口技术期末复习笔记（更新中）

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一、微型计算机系统概述

Ⅰ.微机系统概论

计算机的运算和控制核心称为处理器(Processor),即中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)。微型机中的处理器常采用一块大规模集成电路芯片,称之为微处理器(Microprocessor),它决定着整个微型机系统的性能。通常将采用微处理器为核心构造的计算机称为微型计算机。

处理器的性能经常用字长、时钟频率、集成度等基本技术参数来衡量

摩尔定律：戈登・摩尔提出，说芯片上晶体管数量约 18 - 24 个月翻番，现在快到极限，不过推动了半导体发展几十年。

Ⅱ.微机系统组成

名词解释：

微处理器（Microprocessor）
- 一个大规模集成电路芯片
- 内含控制器、运算器和寄存器等
- 微机中的核心芯片
微型计算机（Microcomputer）
- 通常指微型计算机的硬件系统
- 还有一般的说法：微机、微型机
微型计算机系统（Microcomputer system）
- 指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统

Ⅲ.系统总线

总线是指传递信息的一组公用导线
总线是传送信息的公共通道
微机系统采用总线结构连接系统功能部件
总线信号可分成三组
- 地址总线 AB：传送地址信息
- 数据总线 DB：传送数据信息
- 控制总线 CB：传送控制信息

地址总线 AB
- 输出将要访问的内存单元或 I/O 端口的地址
- 地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围
数据总线 DB
- CPU 读操作时，外部数据通过数据总线送往 CPU
- CPU 写操作时，CPU 数据通过数据总线送往外部
- 数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数
控制总线 CB
- 协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号
- 控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等

Ⅳ.基于8088CPU的PC微机系统结构

微处理器子系统
8088：16 位内部结构、8 位数据总线、20 位地址总线、4.77MHz 主频
存储器
ROM - BIOS、主体为 RAM
I/O 接口控制电路
8259A、8253、8237A、8255 等
I/O 通道
62 线的 IBM PC 总线

80x86 访问外设时，只使用低 16 位 A₀～A₁₅，寻址 64K 个 8 位 I/O 端口
PC 机仅使用低 10 位 A₀～A₉，寻址 1024 个 8 位 I/O 端口

Ⅴ.微处理器（CPU）内部结构

指令处理单元（控制器）：对机器指令译码，产生指令执行所需的控制信号，并按照指令规定的时序将控制信号传送到 CPU 内部各器件或传送到总线。
算术逻辑单元（运算器）：接收到控制器发出的各种运算控制信号后，执行相应运算，并影响相应标志位。
寄存器组：CPU 内用于暂时存放数据、地址的存储单元，CPU 从内存读取指令、在内存中读写数据，均需要这些寄存器完成寻址、暂存的功能。其中标志寄存器能够间接影响程序执行流程。

8088 的内部结构从功能分成两个单元
- 总线接口单元 BIU—— 管理 8088 与系统总线的接口，负责 CPU 对存储器和外设进行访问
- 执行单元 EU—— 负责指令的译码、执行和数据的运算
两个单元相互独立，分别完成各自操作
两个单元可以并行执行，实现指令取指和执行的流水线操作

二、基本输出输出接口

Ⅰ.I/O接口概述

什么是 I/O 接口（电路）？
- I/O 接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路
- PC 机系统板的可编程接口芯片、I/O 总线槽的电路板（适配器）都是接口电路
为什么需要 I/O 接口（电路）？
- 微机的外部设备多种多样，工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大。
- 它们不能与 CPU 直接相连，必须经过中间电路再与系统相连，这部分电路被称为 I/O 接口电路。
I/O 接口的主要功能
- 对输入输出数据进行缓冲和锁存
  输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节
  
  实际的电路常用：
  输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节
- 对信号的形式和数据的格式进行变换
  微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量
- 对 I/O 端口进行寻址
- 与 CPU 和 I/O 设备进行联络
接口存在的必要性
- 信号转换：
  - 外部设备可能使用模拟信号、数字信号，对于数字信号，2 进制、N 进制都有可能，且电平定义也不一致；而计算机系统仅使用 2 进制数字信号，且系统总线信号的电平定义是统一的。
  - 需要一种中间电路连接总线与外部设备，并要求这种中间电路能够完成总线与外部设备间的信号转换。
- 数据缓冲:
  - 外部设备与 CPU 间存在速度差异，直接进行数据交换会导致数据丢失。
  - 需要提供一种中间电路，为 CPU 与外部设备间的数据交换提供同步与缓冲，避免数据丢失。
什么是微机接口技术？
- 处理微机系统与外设间联系的技术
- 具有软硬结合的特点
- 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备