计算机组成原理总结05531.doc

1、1第 3 章 微处理器微处理器又称为中央处理器（Central Processing UnitCPU） ，是计算机进行算术逻辑运算和系统控制的主要部件。微型计算机的性能主要取决于微处理器的性能，如计算机的长度、工作速度、指令执行时间及浮点运算能力等。本章主要以 Intel 公司的 CPU 为实例，介绍 80X86 和Pentium 系列 CPU 的基本工作原理。3.1.8086/8088 微处理器8086 CPU 是 Intel 公司 1978 年推出的第一个 16 位芯片，它的内部寄存器、功能部件、CPU 的内部总线及对外数据总线均为 16 位。为了能和早期的 8 位处理器及其接口芯片兼容，

2、Intel 公司在 8086 后又退出了8088CPU。8088CPU 的内部结构与 8086 的内部结构相同，但对外的数据总线位 8 位，它既能提供 16 位的数据处理能力，又能适应早期已投入诗意哦那个的 8 位接口芯片，因而也得到了广泛的应用。1、8086/8088CPU 的结构（1）.总线接口部件 BIU 总线接口部件由 4 个 16 位段寄存器、一个 16 位指令指针寄存器、20 位物理地址加法器、6 字节指令队列（8088 为 4 字节）及总线控制电路组成，负责与存储器及 I/O 端口的数据传送。即 BIU 根据执行部件 EU计算出的 16 位偏移地址及 16 位段寄存器提供的 16

3、 位段地址，通过地址加法器产生 20 位物理地址，根据 EU 单元的请求，用 20 位物理地址对存储器进行读/写操作，也可对 I/O 接口进行读/写操作。无论 8086 还是8088 都会在执行指令的同时，从内存中取下面一条或几条指令放在指令队列中。 （2）.执行部件 EU 执行部件由 ALU、寄存器阵列、标志寄存器等几个部分组成，其任务就是从指令队列流中取出指令，然后分析和执行指令，还负责计算操作数的 16 位偏移地址。 （3）.BIU 和 EU 的管理 2、BIU 和 EU 非同步工作。其管理原则为： 1）.指令队列中有 2 个字节空（8086）时，BIU 会自动把下一条指令取到指令队列中

4、。 2）.EU 在执行指令过程中，如果必须访问存储器或 I/O 设备，则 EU 会自动请求 BIU 进入总线周期去完成访问存储器或 I/O 操作。此时若 BIU 空闲，2就会立即完成 EU 请求。否则 EU 将首先完成自己将指令取至指令队列中的任务，再响应 EU 的请求。 3）.当指令队列已满，而 EU 又无请求时，BIU 进入空闲状态。 4）.当 EU 执行转移类、调用及返回类指令时，EU 将不再用指令队列中顺序装入的指令。此时指令队列中原有的内容被自动清除，而 BIU 会接着将另一程 序段的指令装入指令队列，EU 和 BIU 这种并行的工作方式极大地提高了 CPU 的工作效率。 3.2.8

5、0X86 微处理器80X86 微处理器是 80286、80386、80486 等微处理器芯片的简称，为了使大家对 CUP 技术的发展有一个基本的了解，下面主要介绍80286、80386、80486 等微处理器的特点及工作方式。1、80286 微处理器1982 年，英特尔公司在 8086 的基础上，研制出了 80286 微处理器，该微处理器的最大主频为 20MHz，内、外部数据传输均为 16 位，使用 24 位内存储器的寻址，内存寻址能力为 16MB。80286 可工作于两种方式，一种叫实模式，另一种叫保护方式。在实模式下，微处理器可以访问的内存总量限制在 1 兆字节；而在保护方式之下，8028

6、6 可直接访问 16 兆字节的内存。此外，80286 工作在保护方式之下，可以保护操作系统，使之不像实模式或 8086 等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。IBM 公司将 80286 微处理器用在先进技术微机即 AT 机中，引起了极大的轰动。 80286 在以下四个方面比它的前辈有显著的改进：支持更大的内存；能够模拟内存空间；能同时运行多个任务；提高了处理速度。最早PC 机的速度是 4MHz，第一台基于 80286 的 AT 机运行速度为 6MHz 至 8MHz，一些制造商还自行提高速度，使 80286 达到了 20MHz，这意味着性能上有了重大的进步。 80286 的封装

7、是一种被称为 PGA 的正方形包装。PGA 是源于 PLCC 的便宜封装，它有一块内部和外部固体插脚，在这个封装中，80286 集成了大约130000 个晶体管。 IBM PC/AT 微机的总线保持了 XT 的三层总线结构，并增加了高低位字节总线驱动器转换逻辑和高位字节总线。与 XT 机一样，CPU也是焊接在主板上的。2、80386 微处理器1985 年春天的时候，英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司，它决心全力开发新一代的 32 位核心的 CPU80386。Intel 给 80386 设计了三个技术要点：使用“类 286”结构，开发 80387 微处理器增强浮点运算能力，开发高速缓存解决内存

8、速度瓶颈。 31985 年 10 月 17 日，英特尔划时代的产品80386DX 正式发布了，其内部包含 27.5 万个晶体管，时钟频率为 12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后还有少量的 40MHz 产品。80386DX 的内部和外部数据总线是 32 位，地址总线也是 32 位，可以寻址到 4GB 内存，并可以管理 64TB 的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟 86”的工作方式，可以通过同时模拟多个 8086 微处理器来提供多任务能力。80386DX 有比 80286 更多的指令，频率为 12.5MHz 的 80386

9、每秒钟可执行 6 百万条指令，比频率为 16MHz 的 80286 快 2.2 倍。80386 最经典的产品为 80386DX33MHz，一般我们说的 80386 就是指它。 由于 32 位微处理器的强大运算能力，PC 的应用扩展到很多的领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。80386 使 32 位CPU 成为了 PC 工业的标准。虽然当时 80386 没有完善和强大的浮点运算单元，但配上 80387 协处理器，80386 就可以顺利完成许多需要大量浮点运算的任务，从而顺利进入了主流的商用电脑市场。另外，30386 还有其他丰富的外围配件支持，如 82258（DMA 控制

10、器） 、8259A（中断控制器） 、8272（磁盘控制器） 、82385（Cache 控制器） 、82062（硬盘控制器）等。针对内存的速度瓶颈，英特尔为 80386 设计了高速缓存（Cache） ，采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈，从此以后，Cache 就和 CPU 成为了如影随形的东西。 3、80486 微处理器1989 年，我们大家耳熟能详的 80486 芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和 3 亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了 100 万个晶体管的界限，集成了 120 万个晶体管，使用 1 微米的制造工艺。80486 的时钟频率从 25MHz 逐步提高到 33MHz、

11、40MHz、50MHz。 80486 是将 80386 和数学协微处理器 80387 以及一个 8KB 的高速缓存集成在一个芯片内。80486 中集成的 80487 的数字运算速度是以前 80387 的两倍，内部缓存缩短了微处理器与慢速 DRAM 的等待时间。并且，在 80x86 系列中首次采用了 RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进，80486 的性能比带有 80387 数学协微处理器的 80386 DX 性能提高了 4 倍。 随着芯片技术的不断发展，CPU 的频率越来越快，而 PC 机外部设备受工

12、艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了 CPU 主频的进一步提高。在这种情况下，出现了 CPU 倍频技术，该技术使 CPU 内部工作频率为微处理器外频的 23 倍，486 DX2、486 DX4 的名字便是由此而来。 43.3.Pentium 处理器按照 80X86 的逻辑，80486 之后的下一个 CPU 名字应是 80586，但是Intel 公司决定不再采用数字命名，原因是为了保护商标版权，所以 Intel为了获得新一代 CPU 的商标专利，将其取名为 Pentium，它来源于希腊字“Pente”，其意思为 5，现在人们习惯上也将 Pentium 叫做 586，或称作奔腾 586，或称

13、 P5（Pentium 未正式命名前的称呼） 。Pentium 微处理器是 1993 年投入使用的，与 80X86 系列保持完全兼容。采用 0.8 微米的 Bi-CMOS 技术，使芯片集成度达到 310 万个晶体管。全部引脚被封装在一个大型的 237 针 PGA 中。时钟频率有60MHz、66MHz、75MHz、90MHz、100MHz、120MHz、133MHz、150MHz 及166MHz 等多种，其中 Pentium-66 的运算速度为 112MIPS。业内人士认为Pentium 是一个划时代的微处理器，它的性能已超过了原有的工作站及超级小型机。1、 Pentium 微处理器有如下技术特

14、点：1).采用超标量双流水线结构超标量流水线设计是 Pentium 微处理器技术的核心。所谓超标量就是处理器内部含有多个执行单元来完成多条指令的同时执行。2)分支预测技术为了减少由于转移导致流水线的效率损失，Pentium 采用分支预测技术来动态预测指令的目标地址，从而节省了 CPU 的执行时间。3)双 Cache 的采用Pentium 内部有两个 Cache，每个 8KB。一个 Cache 用于指令高速缓存，另一个用于数据高速缓存。这两个高速缓存可同时存取，前者可提供多达 32 位的原始操作码，后者每个时钟周期内可以提供两次存取的数据。这种双路高速缓存结构减少了争用高速缓存所造成的冲突，改进

15、了处理器性能。 相对寻址：指令地址域中表示的是位移值 D，程序计数器内容（即本条指令的地址）K 与位移值 D 相加，得操作数地址 K+D。第 5 章 存储系统5.1 存储系统的概念存储器是计算机的一个重要的组成部件，用来存储计算机程序和程序使用的数据。存储器的容量和访问速度是衡量计算机性能的重要指标。1.存储器的分类(1).按存储介质划分5根据存储介质的不同可以划分为：磁心存储器、半导体存储器、光电存储器、磁表面存储器和光盘存储器。当前，计算机的主存使用的大多是半导体存储器，外存一般为磁表面存储器和光盘存储器。(2).按存取方式划分按照不同的存取方式，存储器可以划分成随机访问存储器 RAM、只

16、读存储器 ROM 和顺序访问存储器 SAS。(3).按作用划分按照存储器在计算机系统中作用的不同，可将它们划分为主存储器(内存)、辅助存储器(外存)和高速缓冲存储器等。5.2 半导体存储器主存储器也称内存存储器，是由半导体存储器组成的，用来存放正在运行中的程序和相关数据，也是早期计算机的唯一存储设备。1.半导体存储器的分类主存储器可以由只读存储区(ROM)和读写存储区(RAM)两部分组成，它们分别采用 ROM 和 RAM 存储器芯片实现。从所用的半导体生产工艺区分，存储器芯片又可以分为静态存储器 SRAM 和动态存储器 DRAM 两种类型。5.3存储器与 CPU 的连接方法主存储器一般有存储体

17、、地址译码电路、读写放大电路和控制电路组成。存储器地址译码可采用单译码和双译码两种方式。单译码方式也称为线选法，使用一个译码电路对全部地址进行译码，经过字选择直接选中存储单元。1.存储芯片的分类(1).Intel2114 静态存储器芯片(2).Intel4116 动态存储器芯片(3).Intel2716EPROM 存储器芯片5.4高速缓冲存储器它是位于 CPU 和普通内存之间规模较小但速度很高的一种起缓冲作用的存储器。1.高速缓冲存储器的特点：(1).不能被用户直接访问；(2).容量不大，目前一般只有 256kb 或 512kb；2.虚拟存储器通过在存储系统中增加一个容量相对较小，但速度能大致

18、满足 CPU 要求的高速缓冲存储器 Cache。根据空间地址的不同划分，虚拟存储器可分为页6式、段式和段页式三种结构。3.虚拟存储器的工作原理它将主存和用作虚拟存储器的辅存划分成小块，所有程序和数据开始时都存放在辅存中，只有在 CPU 需要访问时才将相应块的内容装入到主存中， 供 CPU 调用。主存装满后，如果还需要访问尚未装入主存的程序和数据，再通过一定的算法进行块替换，直到整个程序执行完毕。4.虚拟存储器和 Cache 的区别首先，Cache 和主存交换数据的频率比较高，大约访问 10 次 Cache 就需要一次主存，每次交换的数据量也较小。而虚存和主存交换数据的频率比较低，大约每访问几百

19、次到一千次主存才和虚存交换一次数据，但每次交换数据的量比较大，Cache 的主要目标是提高存储器系统的访问速度；而对虚拟存储器来说，它要解决的主要问题是存储器系统的容量，降低整个存储器系统的价格，所以，它的所有功能几乎都是由操作系统通过软件手段实现，只是在少量的地址映像表上采用了一些硬件，整个实现效率不高，但成本相当低廉。 5.虚地址和实地址在虚拟存储系统中，程序员按虚存空间编址，简称虚空间，它对应于辅存的容量，其地址称为虚地址或逻辑地址。而主存空间则称为实空间，其地址称为实地址或物理地址。CPU 和辅存之间没有直接的访问路径，它们之间的信息交换只能通过主存进行。用逻辑地址编写的程序在机器上执

20、行时，要将虚地址转换成实地址才能访问主存。为了这种虚实地址的转换，可把虚空间和实空间划分为具有固定长度的字块。根据空间地址的不同划分，虚拟存储器可分为页式、段式和段页式三种结构。 5.5 辅助存储器辅助存储器用来存放暂时不用的程序或数据，需要时再成批的调入主存，它是虚拟存储系统的重要组成部分。从它所处的部位以及与主机交换信息的方式看，它也属于外部设备，因此它又称为后备存储器或外存储器。1.衡量辅助存储设备主要技术指标；(1).存储密度 在存储介质的单位长度上或单位面积上所存储的二进制信息的数量.(2).存储容量 一台设备所能存储的总的二进制位数量，通常以字节为单位表示。(3).寻址时间 磁盘设

21、备属于按直接方式读写的设备，它的寻址时间由两部分组成，一是磁头沿磁盘的径向运动到目标磁道的时间；二是在目标磁7道上等待磁盘被读写区段旋转到磁头下面的时间。(4).数据传输率 指磁表面存储器在单位时间内可以向主机传送数据的数量，通常用二进制位数或字节数表示。(5).误码率 误码率等于在一次读操作过程中，出错数量占读出的全部数量的比值。5.6 存储技术的新发展(1).先进的动态随机存储器组织(2).增强 DRAM(EDRAM)(3).高速缓存 DRAM(CDRAM)(4).同步 DRAM(SDRAM)(5).DDR SDRAM第 6 章 中断系统中断技术是计算机应用中的一项重要技术，是主机内部管理

22、的一种重要手段。它的作用之一是使异步于主机的外部设备与主机并行工作，从而提高整个系统的工作效率。6.1 中断的概述中断是指某种事件发生时，为了对该事件进行处理，CPU 终止现行程序的执行，转去执行此事件对应的程序，待中断服务程序执行完毕后，再返回原来的程序接着执行，这个过程称为中断。中断处理过程：CPU 正在执行主程序，A 请求中断，CPU 停止执行主程序，转去执行 A 中断服务子程序，执行完后，返回主程序中断处（称为断点）继续执行。当 B 请求中断时，CPU 停止执行主程序，转去执行 B 中断服务子程序，执行完后，返回主程序断点继续执行。当 C 请求中断时，处理过程和 A、B 相同。1.中断

23、的功能(1).故障处理 当计算机系统出现硬件故障或程序故障时，都必须通过中断进行处理。(2).实现实时处理 所谓实时处理，是指在某个事件或现象出现的实际时间内及时进行处理。(3).分时操作 计算机设置中断功能，可以使 CPU 分时执行多个用户的程序和多道作业。还可使 CPU 与 I/O 设备实现一定程度的并行工作，从而提高 CPU 的工作效率。2.中断的分类8(1).按中断处理方式 中断可分为简单中断和程序中断(2).按中断产生的方式 中断可分为自愿中断和强迫中断(3).按引起中断事件所处的地点 可分为内部中断和外部中断(4).按中断服务程序入口地址形成方法 可分为向量中断和非向量中断。3.划

24、分优先等级的一般规律是：(1).硬件故障中断属于最高级。(2).其次是程序错误中断，因为若不即时处理，则 CPU 继续运行将失去意义。(3).DMA 请求优先级高于输入输出传送的中断请求。(4).在各种输入输出传送的中断中，高速设备优先于低速设备，实时控制用的设备优先于普通传送数据的设备。4.禁止中断和中断屏蔽 在许多情况下，为了保证 CPU 正在执行的程序能够连续运行，最小限度地被其它时间打断，可以采用禁止中断或屏蔽中断的方法。(1).禁止中断：产生中断的事件后，由于特殊情况(比如正在保存断点现场或取断点现场时)的要求，CPU 不能停止现行程序的执行，必须禁止一切中断。一般在 CPU 的内部

25、，设有一个中断允许触发器，只有该触发器置“1”状态，才允许中断源申请中断，如果该触发器被置“0” ，则不允许所有中断源中断。中断允许触发器通过“开中断”或“关中断”指令来置“1”或置“0” 。(2).中断屏蔽：当产生中断请求后，用程序方式有选择地封锁部分中断，而允许其余部分中断能得到响应。实现的方法是在各个设备的接口中设置一个中断屏蔽触发器 INM 来屏蔽该中断源的中断请求。CPU 通过程序可以有选择地使一些接口的 INM 为“1” ，另一些为“0” ，为“1”时禁止接口发送中断请求信号，即屏蔽。6.2 80286 的中断系统1.外部中断：是由外部硬件通过中断请求线引起的，也称为硬件中断。2.

26、80286 具有多条多组中断控制线，分别是：(1).程序中断控制线(2).KMA 中断控制线(3).协处理中断控制线3.当 80286 为不可屏蔽中断服务时，不再接受其他的可屏蔽与不可屏蔽中断请求，也不再接受微处理器内部产生的扩展段超越中断请求，而且这种状态将一直延续到执行中断返回指令(IRET)或完成对微处理器的复位为止。4.中断的处理过程 当某一中断源发出中断请求时，CPU 先决定是否响应这个中断请求。若9响应这个中断请求，则 CPU 必须在现行的指令执行完后，把断点处的PC（即下一条应执行的指令地址） 、各个寄存器的内容和标志位的状态压入堆栈保留下来（称为保护断点和现场） 。然后转到需要

27、处理的中断源的服务程序入口，同时清除中断请求触发器。当中断处理完后，在恢复被保留下来的各个寄存器和标志位的状态（称为恢复现场） ，最后恢复 PC 值（称为恢复断点） ，使 CPU 返回断点，继续执行主程序。6.3 中断控制器Intel8259A 芯片是一种可编程的中断控制器，它是为管理微型机 CPU的你可屏蔽中断而设计的。1.8259A 有多种工作方式，可按不同的方式分类。(1).按照优先权设置方法来分：1).普通全嵌套方式。简称全嵌套方式，是 8259A 最常用的方式。2).特殊全嵌套方式。3).优先权自动循环方式。4).优先权特殊循环方式。(2).按结束中断处理方式划分：1).自动中断结束

28、方式。2).普通中断结束方式。3).特殊中断结束方式。(3).按屏蔽中断源的方式划分：1).普通屏蔽方式。2).特殊屏蔽方式。(4).按中断触发方式来分有以下两种：1).边沿触发方式。2).电平触发方式。2.中断的处理过程： 当某一中断源发出中断请求时，CPU 先决定是否响应这个中断请求。若响应这个中断请求，则 CPU 必须在现行的指令执行完后，把断点处的PC（即下一条应执行的指令地址） 、各个寄存器的内容和标志位的状态压入堆栈保留下来（称为保护断点和现场） 。然后转到需要处理的中断源的服务程序入口，同时清除中断请求触发器。当中断处理完后，在恢复被保留下来的各个寄存器和标志位的状态（称为恢复现

29、场） ，最后恢复 PC 值（称为恢复断点） ，使 CPU 返回断点，继续执行主程序。在计算机系统中，CPU 响应中断必须同时满足以下三个条件：(1).中断源有中断请求。10(2).CPU 允许接受中断请求。(3).一条指令已经执行完毕。 第 7 章 总线与接口7.1 总线的基本知识总线是计算机硬件五大部件之间以及部件内部连线的综合，是进行数据传送的公共通道。1.总线的两个特点：(1).总线能够被多个部件使用，即总线上可以挂接多个部件，各个部件之间相互交换的信息都可以在这个公共通道上传送。(2).多个部件只能分时共享总线，即某一时刻只能传送一个部件发送的信息，其他部件不能同时使用总线来发送信息。

30、2.总线按连接部件的不同，可分为以下三类。(1).内部总线 内部总线指 CPU 芯片内部的总线。(2).外部总线 外部总线指 CPU 芯片外部，CPU、内存和 I/O 设备之间连接的总线。按输入信息的不同，外部总线又可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线。(3).I/O 总线 这类总线是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信，有时又和外部总线中的 I/O 总线不加区分。3.单机总线的三种结构(1).单总线结构 优点：允许 I/O 设备之间或内存之间直接交换信息；CPU 只需分配总线的使用权，不需要对信息的交换过程进行干预，总线由各大功能部件共享，系统简单，容易扩展成多 CPU 系

31、统。缺点：由于所有系统部件的信息传输都通过这一组总线来实现，某一时间只允许一对部件之间传输信息，所以总线的信息量很大，有可能导致设备的总线请求不能得到及时响应，增加信息传输时间延迟。(2).双总线结构 系统内增了存储总线(也称 DMA 总线)。存储总线专门负责CPU 和主存之间的信息高速传输。(3).三总线结构 三总线结构在双总线的基础上增加了 I/O 总线。(4).总线结构对计算机系统性能的影响 采用不同的总线结构，对计算机系统的最大主存容量、指令系统和吞吐量都有一定的影响，具体如下：1).单总线结构中主存容量受外设数量的影响。2).双总线系统中必须有专门的 I/O 指令。3).总线数越多，

32、系统的吞吐量越大。114.总线的性能与技术指标总线的性能：1).机械性 指总线在机械连接方式上的一些性能(2).电气特性 电气特性是指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围。(3).功能特性 功能特性是指总线中每根传输线的功能，如地址总线用来指出地址号(4).时间特性 时间特性是指总线中的任一条线在什么时间内有效。2)总线的技术：(1).总线宽度 它是指数据总线的根数。(2).标准传输率 在总线上每秒能传输的最大字节量。(3).时钟同步/异步 总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。(4).总线复用 通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两

33、种总线。(5).信号线数 也即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。(6).总线控制方式 包括并发工作、自动配置、仲载方式、逻辑方式、技术方式等、(7).其他指标。如负载能力问题。5.总线的控制方式(1).链式查询方式(2).计数器定时查询方式(3).独立请求方式7.2 总线标准1.所谓总线标准，可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。(1).支持众多性能不同的模块。(2).支持批量生产，并要求质量稳定、价格低廉。(3).可替换、可组合。7.3 常用外围设备总线与接口1.并行通信总线 特点：速度快，需要多条传送线，比较适用于短距离传输，内部总线是并行总线。2.串行通信总

34、线 特点：一位一位的传送，速度慢，只要一条传送线，因此比较适用于长距离传输。总线的一次信息传送过程可以分为五个阶段：总线请求、总线仲裁、寻址、信息传输、状态返回、总线通信方式有同步通信和异步通信两种。123.常用通信总线(1).IDE 通信总线 它将磁盘控制器与磁盘驱动合并在一起，通过一条 40 芯扁平电缆与系统连接，支持多种数据传输方式。一个 IDE 端口可以和两个设备相连接，其中一个设备为主设备，另一个设备为从设备。(2).通用串行接口 USB (Universal Serial Bus-通用串行总线)是一种计算机外围设备的连接规范。它的目的在于可以通过一个 USB 端口，使显示器、键盘、

35、鼠标、打印机、调制解调器、数码相机等各种外围设备都能连接到计算机，而不受计算机端口数量的限制。1).USB 的基本结构 USB 有四根连接线，其中一对为数据线，另一对为电源线和地线。USB 系统至少包括三部分：USB 的连接、USB 的设备及 USB 的主机。2).USB 的特点 特点：连接简单、传输速率高、USB 端口扩展方便、使用USB 端口时必须有主板的支持和操作系统的支持。(3).SCSI 总线 SCSI(Small Computer System Interface-小型计算机系统接口)，是最早用于小型计算机系统的接口，现在已用于微型计算机系统中。特点：有较广的适应性、SCSI 接口

36、可同时连接 7 个外围设备、采用并行传输方式、具有较高的数据传输率、成本较高、SCSI 内建了控制芯片。(4).IEEE1394 是一种高速串行总线接口标准，又称为火线。IEEE1394 提供的开放式标准主要由物理层、链路层、事务层和串行总线管理四个部分组成。4.IEEE1394 的性能特点 1).占用空间小 相对于并行总线而言，串行总线更节省空间而且价格更低。2).速度快 在同一网络中可以采用不同的速率进行传输。3).数据传输的实时性 IEEE1394 同时支持同步和异步两种数据传输模式，并且支持等步传输方式，即在同步数据传输的同时可进行异步数据传输，可以在一定的时间内按顺序连续发送数据，从

37、而保证数字的声音、图像信息实时准确的传送到接收设备。4).连接方便 IEEE1394 支持点对点传输，支持热插拔和即插即用功能，使用方便，已于连接。5).具有可扩展性 在同一网络中可同时进行菊花链式连接和树状连接。第 8 章 输入输出接口8.1 概述输入和输出(I/O)是指计算机与外设之间的信息交换，即通信。I/O13接口就是位于计算机与 I/O 设备之间、用来协助完成数据传送和传送控制任务的那部分电路。1.输入输出接口的分类：(1).按数据传送方式分类 有串行接口和并行接口。(2).按主机访问 I/O 设备的控制方式分类 可分为程序查询式接口、中断接口、DMA 接口、以及更为复杂的一些的通道

38、控制器、I/O 处理机、(3).按功能选择的灵活性分类 分为可编程接口和不可编程接口。(4).按通用性分类 分为通用接口和专用接口。(5).按输入输出的信号分类 分为数字接口和模拟接口。2.外设接口的功能 (1).数据缓冲功能(2).数据转换功能(3).识别设备(4).输入输出功能(5).传送主机命令(6).起停控制功能(7).其他 还具有检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。3.接口与端口是两个不同的概念。端口是指接口电路中可以被 CPU 直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。4.I/O 端口编制方式(1).统一编制法 指把输入输出设备中的可控制寄存器、数据寄存器、

39、状态寄存器等也和内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编写地址。(2).单独编织法 在这种编制方式中，内存地址空间和 I/O 端口地址空间是相对独立的，分别单独编址。8.2 数据传送方式 主机与外设之间的信息交换一般随外部设备的性质不同而有五种不同的方式；程序控制输入输出方式、直接存储器访问方式、中断输入输出方式、I/O 通道方式和外围处理机方式。1.外围处理机方式是一种专门的使用处理机输入输出，特点：基本上可以完全独立主处理机工作，单独处理机外设的事务。2.程序控制传送方式由 CPU 执行一段输入输出程序来实现内存与外设之间数据传送的方式。根据性质的不同可以分为无条件传送方式和查询传送

40、方式。3.程序查询方式工作过程(1).CPU 先向 I/O 设备发出命令，表示要进行数据传送。14(2).CPU 从 I/O 接口中读入状态字。(3).CPU 检查状态字中的状态，看看数据交换是否可以进行。(4).如果设备未就绪，CPU 重复执行 2.3 步骤，知道该设备准备好并发出ready 信号为止。(5).CPU 执行 I/O 指令，从 I/O 设备读出数据或把数据传送到 I/O 设备端口寄存器中。(6).修改内存地址，计数值减 1/。(7).计数值为 0，结束 I/O 程序，继续执行其他程序，否侧返回 2 步骤进行循环。4.程序查询方式的特点：(1).灵活性好，CPU 能控制何时对任何

41、设备进行输入输出操作。(2).外围设备和 CPU 处于异步工作关系。(3).数据的输入输出要经过 CPU(4).用于连接低速的外围设备。(5).一般来说不能实现处理机与外围设备并行工作。5.DMA 传送方式直接存储器存取 DMA 是有硬件来控制外设与内存直接进行数据交换，不通过 CPU 而直接存储器进行访问，它是由专门的硬件装置 DMA 控制器来完成。DMA 有三种传送方式：单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式。6.DMA 方式的处理过程(1).DMA 处理过程 1).CPU 应先把 DMAC 的某些参数，包括他的工作方式、要写入的存储单元的首地址以及传送字节数预先写入内部寄存器、2).

42、发送请求信号3).开始进行传送。4).DMAC 具有自动增减内部地址和计数的功能，从而判断任务是否完成。(2).DMA 的操作方法1).周期挪移2).周期扩展3).CPU 停机方式8.3 并行输入输出接口并行输入输出接口就是把一个字符的几个位同时进行传输，它具有传输速度快、效率高的优点，但由于并行通信所有的电缆较多，不适合长距离传输。151.并行接口的应用EPP 是一种通用的并口通信标准，采用这种标准可使并口的通信速度大大提高。目前的 Pentium 主板上均支持 EPP 并口。EPP 并口采用双工、半双工数据传输，最高传输率可达 2MB/s，用于高速打印机、网络打印机、图像扫描仪、硬盘和 C

43、D-ROM 等计算机外设的高速接口。支持 EPP 标准的计算机外部设备， 不需要任何接口卡就可直接连接在计算机并口上。 2.串行通信的基本方式串行通信方式分为同步通信方式和异步通信方式两种：(1).同步通信方式 在同步通信方式中，每个基本数据单元占用固定的时间间隔。在数据块开始处用同步字符 SYN 来指明，同步字符可由用户自己设定，可用一个（或相同两个）8 位二进制码作同步字符。 (2).异步通信方式 异步通信方式允许数据传输过程中，每个基本的数据单元之间存在着任意长度的时间间隔。为了让接收端能准确地接收由发送端送来的信息，在每个数据基本单元中需附加相应的“起始位”和“停止位” 。异步通信的优

44、点在于设备比同步通信方式简单，但由于有附加的起止位，其数据传输率较同步通信的数据传输率低。3.串行通信的数据传输方向在串行通信中，数据在两个端口之间进行双向传输。根据数据传输方式的不同，可以将数据传输分为单工、半双工和全双工传输方式。(1).单工通信 通信双方只能在一个指定的方向上进行数据传输，如广播方式。(2).半双工通信 数据可以交替地沿任一方向传输，但在同一时刻，不允许两个方向同时传输数据，如无线对讲机。(3).全双工通信 全双工通信允许数据可同时进行双向传输，使用全双工方式时，一般需要两条传输线，如电话系统。8.4 DMA 控制器将 DMA 方式的接口电路称为 DMA 控制器。DMA

45、控制器大都集成在一块大规模集成电路上，如 Intel8237 等。1).源端口和目标端口地址寄存器 2).字节计数器 3).控制与状态寄存器 4).其它电路 1.DMA 的数据传送过程可分为三个阶段：DMA 传送前预处理，数据传送，传送16后处理。(1).DMA 预处理 (2).DMA 的数据传送 2.DMA 的数据传送是以数据块为基本单位进行的，因此，每次 DMA 占用总线后的数据传送操作都是通过一个循环过程来实现的。1).输入操作2).输出操作 3).DMA 后处理 第 9 章 常用输入输出设备 输入输出设备，又称计算机的外围设备，是有一定操作功能的比较完整、相对独立的精密机械电子装置，用

46、于完成面向计算机操作人员的输入输出功能。输入输出接口，则是插接在计算机总线插槽中的电子逻辑线路板，用于在计算机主机和输入输出设备之间实现正常接口和信息的传送配合。9.1 什么是外围设备外围设备（Peripheral device）俗称外部设备（External device） 。在计算机硬件系统中，外围设备是相对于计算机主机来说的，凡在计算机主机处理数据前后，把数据输入计算机主机、对数据进行加工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备，而不管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说来，外围设备是为计算机和它的外部环境提供通信手段的设备。1.外围设备的分类 (1).输入设备 (2).输出设备 (3)

47、.外存储器设备 (4).多媒体设备 (5).网络与通信设备 (6).输入输出处理机 2外围设备的功能 (1).提供人机对话 (2).完成数据媒体的变换 (3).存储系统软件和大型应用软件 (4).为各类计算机应用领域提供应用手段 9.2 输入设备1.键盘 17日前常用的键盘有 104 个按键，它除了提供通用的 ASCII 字符之外，还有多个功能键、光标控制键和编辑键等。2鼠标的分类 (1).以按键分类 按照键的数量，鼠标可以分为传统双键鼠标、三键鼠标和新型的多键鼠标 。(2).按内部结构和原理分类 从内部结构和原理来分，鼠标又可以分为机械式、光机式和光电式三大类。 (3).以接口类型分类 以接

48、口类型来分，鼠标的可以分为串行口、PS2、USB 三种。3鼠标的主要性能指标 (1).分辨率 (2).使用寿命 (3).响应速度 4. 扫描仪的主要技术指标(1).光学分辨率 (2).灰度级 (3).色彩（深度） (4).接口 9.3 显示器1.显示器设备的组成与运行原理(1).显示器设备概述显示器设备是以可见光形式显示信息的输出设备。当前使用最多的是以阴极射线管（cathode ray tube，CRT）为主体的显示器；其次是液晶显示器（liquid crystal display， LCD） 。 (2).CRT（阴极射线管）的组成和运行原理 CRT 显示器的核心组成部分是阴极射线管，这是一

49、个漏斗形的电真空器件，由显示屏、电子枪和偏转控制装置三部分组成 。(3).CRT 字符显示器的组成和运行原理 (4).CRT 图形显示器 2.显示器的主要技术指标和术语(1).频率 扫描分垂直扫描和水平扫描。垂直扫描频率（vertical scanning frequency） ，也称场频，或称刷新频率，或称帧速率 (2).最大分辨率 显示器的分辨率表示的是在屏幕上从左到右扫描一行共有多少个点和从上到下共有多少行扫描线，即每帧屏幕上每行每列的像素数。 18(3).像素 分辨率由显示器的图像元素（即像素）的数目所决定。(4).标准 (5).驱动程序 (6).隔行扫描与非隔行扫描(7).点间距 (8).显示器刷新速度 (9).电磁辐射和功率消耗 (10).视频带宽 (11).即插即用功能 (12).控制调节方式 (13).显像管3.打印机许多点阵式打印机也能输出一般质量标准的图形、图像信息。目前常用的打印机有针式打印机、喷墨式打印机、激光式打印机等多种，其中大多数只以一种颜色打印，但也有一些支持彩色打印，它们都属于以点阵方式执行输出功能的设备。4.刻录机的性能参数 (1).读写速度 (2).接口方式 (3).缓存容量 (4).固件刷新 (5).兼容性 (6).放置方式和进盘方式