【微机原理与接口技术】之一微型计算机系统概述

微型计算机系统概述

• ==掌握：==
• 一、微型计算机组成结构
• 二、微型计算机接口组成
• • Ⅰ.接口功能
  • Ⅱ.接口组成
  • Ⅲ.I/O端口和I/O操作
  • Ⅳ.CPU与接口数据的交换技术
• 三、I/O端口地址分配与地址译码技术
• • Ⅰ.I/O端口地址分配
  • Ⅱ.I/O端口地址译码

掌握：

①计算机系统的工作原理及组成
②计算机接口组成
③I/O端口地址分配与地址译码技术

一、微型计算机组成结构

• 微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个硬件组成。
• CPU由算术逻辑部件（ALU）、累加器和通用寄存器组、程序计数器、时序和控制逻辑部件以及内部总线组成。
• 系统总线一般包括数据总线、地址总线以及控制总线。
• 微型计算机系统是一个软件和硬件的结合体。

软件<系统软件、应用软件>
硬件<主机（CPU、存储器、总线、输入/输出设备)、外设>

• 性能指标
  最基本的评价指标还是字长和运算速度。
  字长：即CPU中运算器一次能处理的最大数据位数。
  与字相对应的总线宽度，特别是数据总线的宽度同样也能反映系统性能。

二、微型计算机接口组成

• 微机接口就是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站。

Ⅰ.接口功能

1、对外部设备的寻址功能
2、信号转换功能
3、数据缓冲功能
为了提高CPU的工作效率并避免丢失数据
4、联络功能
联络CPU和外设
5、中断管理功能
CPU与外设之间的通信采用中断方式，有利于提高CPU的利用率
6、可编程功能

Ⅱ.接口组成

内部结构与外部功能相联系。
地址译码处取码；状态寄存器包括外设状态和自身状态；控制逻辑由控制信号控制。

Ⅲ.I/O端口和I/O操作

端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。
一个接口可以有多个端口，如状态端口、数据端口和命令端口，分别对应状态寄存器、数据寄存器和命令寄存器。

状态端口：CPU<—
数据端口：双向
命令端口：CPU—>

I/O端口的编址方式包括统一编址和独立编址。

统一编址：I/O端口和存储单元一起编址
独立编址：I/O端口和存储单元分开编址，而且用指令in/out来表明此时访问的是端口，而不是存储单元

Ⅳ.CPU与接口数据的交换技术

包括无条件方式、查询方式、中断方式和直接存储器存储方式。
①无条件方式
外部设备总是处于就绪状态的情况。简单、但是数据容易丢失
②查询方式
CPU主动去查询外设的状态，直至外设准备好"READY"。不需要专用的软硬件支持。
③中断方式
将外部设备的被动接收变成主动请求。外设没有准备好时，CPU可以执行与数据传输无关的其他指令。需要软硬件支持
④直接存储器存取方式（DMA）
高速、需要软硬件支持

三、I/O端口地址分配与地址译码技术

Ⅰ.I/O端口地址分配

PC/AT系统中：
端口000-0FFH：系统板上的I/O接口芯片使用
端口100-3FFH：扩展槽上的I/O接口控制卡

Ⅱ.I/O端口地址译码

①用门电路进行I/O端口地址译码
②译码器进行I/O端口地址译码

对于译码器74LS138：控制信号线G1、G2A、G2B，只有当G1为高电平，G2A、G2B=0时，才能进行译码。