微機(jī)接口技術(shù)第1章

1、12SOC芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì)3各種接口技術(shù)原理及其應(yīng)用編程方法；各種接口技術(shù)原理及其應(yīng)用編程方法；提高分析和設(shè)計(jì)接口的能力。提高分析和設(shè)計(jì)接口的能力。匯編語言程序的編寫方法，尤其掌握接匯編語言程序的編寫方法，尤其掌握接口訪問的方法?？谠L問的方法。先進(jìn)微處理器芯片結(jié)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)實(shí)先進(jìn)微處理器芯片結(jié)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)主板構(gòu)成、微機(jī)技術(shù)新的發(fā)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)主板構(gòu)成、微機(jī)技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)；展趨勢(shì)；4 概述：微機(jī)系統(tǒng)組成、工作過程、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)概述：微機(jī)系統(tǒng)組成、工作過程、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 軟件如何控制軟件如何控制CPU和接口：指令系統(tǒng)和匯編編程和接口：指令系統(tǒng)和匯編編程 總線如何工作：總線標(biāo)準(zhǔn)

2、（總線如何工作：總線標(biāo)準(zhǔn)（PCI,USB,PCI-E） I/O接口如何主動(dòng)與接口如何主動(dòng)與CPU通信：中斷技術(shù)（通信：中斷技術(shù)（8259）常用外設(shè)與通信接口：串行通信協(xié)議與常用外設(shè)與通信接口：串行通信協(xié)議與8250，并行，并行接口接口8255，人機(jī)交互接口，人機(jī)交互接口PCH中的定時(shí)計(jì)數(shù)與中的定時(shí)計(jì)數(shù)與DMA控制器：控制器：8254， 8237系統(tǒng)編程技術(shù)：處理器的初始化，任務(wù)調(diào)度，系統(tǒng)編程技術(shù)：處理器的初始化，任務(wù)調(diào)度，BIOS，WDM驅(qū)動(dòng)程序編寫驅(qū)動(dòng)程序編寫 CPU如何與如何與MEM或或I/O設(shè)備通信：設(shè)備通信：I/O接口與譯碼接口與譯碼 IA-32/Intel64處理器原理與基本執(zhí)行環(huán)境

3、處理器原理與基本執(zhí)行環(huán)境 現(xiàn)代微機(jī)存儲(chǔ)管理方法：段式，頁式，現(xiàn)代微機(jī)存儲(chǔ)管理方法：段式，頁式，Cache5周明德主編，微機(jī)原理與接口技術(shù)（第周明德主編，微機(jī)原理與接口技術(shù)（第2版）版），人民郵電出版社，人民郵電出版社, 2007Intel Co.，Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developers Manual，2011Kip R.Irvine著，溫玉杰等譯，著，溫玉杰等譯，Intel匯編語匯編語言程序設(shè)計(jì)（第五版），電子工業(yè)出版社言程序設(shè)計(jì)（第五版），電子工業(yè)出版社沈美明，溫冬嬋編著，沈美明，溫冬嬋編著，IBM-PC匯編語言匯編語言程序設(shè)

4、計(jì)（第程序設(shè)計(jì)（第2版），清華大學(xué)出版社版），清華大學(xué)出版社, 20076 教師姓名：譚懷亮教師姓名：譚懷亮 辦公地點(diǎn)：基地辦公地點(diǎn)：基地305、工會(huì)、工會(huì)(成教樓成教樓)511 Email： 個(gè)人網(wǎng)站：個(gè)人網(wǎng)站： 助教：待定助教：待定7 課程組成：課程組成： 授課信息授課信息：3-4班班 授課時(shí)間：周二授課時(shí)間：周二3-4節(jié)，周五節(jié)，周五5-6節(jié)節(jié) 小班研討：小班研討：4、8、12、16周周 授課地點(diǎn)：綜合樓授課地點(diǎn)：綜合樓 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：工訓(xùn)中心微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：工訓(xùn)中心微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室 考試成績組成：考試成績組成：8第第1章章 現(xiàn)代微機(jī)結(jié)構(gòu)概述現(xiàn)代微機(jī)結(jié)構(gòu)概述9硬件硬件軟件軟件控制器控制

5、器運(yùn)算器運(yùn)算器系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 BIOS與操作系統(tǒng)與操作系統(tǒng) CPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備支撐軟件支撐軟件 微機(jī)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)1.1 微機(jī)系統(tǒng)組成微機(jī)系統(tǒng)組成10：同步各種操作的同步信號(hào)。：同步各種操作的同步信號(hào)。：使總線上各種部件全：使總線上各種部件全部做初始化處理。部做初始化處理。：表示某中斷源向處理器發(fā)中斷請(qǐng)求。：表示某中斷源向處理器發(fā)中斷請(qǐng)求。：表示中斷請(qǐng)求被響應(yīng)。：表示中斷請(qǐng)求被響應(yīng)。：表示要對(duì)所發(fā)地址的存儲(chǔ)單元：表示要對(duì)所發(fā)地址的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀操作。進(jìn)行讀操作。：表示要對(duì)所發(fā)地址的存儲(chǔ)單元：表示要對(duì)所發(fā)地址的存儲(chǔ)單元進(jìn)行寫操作。進(jìn)行寫操作。：表示

6、要對(duì)所發(fā)地址的端口做讀操作。：表示要對(duì)所發(fā)地址的端口做讀操作。：表示要對(duì)所發(fā)地址的端口做寫操作。：表示要對(duì)所發(fā)地址的端口做寫操作。：總線主設(shè)備請(qǐng)求總線控制權(quán)。：總線主設(shè)備請(qǐng)求總線控制權(quán)。：總線仲裁機(jī)構(gòu)允許了某設(shè)備的總線控：總線仲裁機(jī)構(gòu)允許了某設(shè)備的總線控制權(quán)請(qǐng)求。制權(quán)請(qǐng)求。11裸裸 機(jī)機(jī)基本輸入輸出系統(tǒng)基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 支撐軟件支撐軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件軟件軟件系統(tǒng)系統(tǒng)12a.直接訪問直接訪問：可以直接進(jìn)行內(nèi)存和端口的訪問，也可以自：可以直接進(jìn)行內(nèi)存和端口的訪問，也可以自行在行在CPU的各種工作模式間切換。通常所有的的各

7、種工作模式間切換。通常所有的端口和內(nèi)存都是對(duì)程序員開放的。端口和內(nèi)存都是對(duì)程序員開放的。：匯編語言或：匯編語言或C語言。語言。：BIOS都是基于這種低級(jí)層次用匯編來編寫的都是基于這種低級(jí)層次用匯編來編寫的。部分操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和部分用戶程序也。部分操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和部分用戶程序也有使用這種方法的。有使用這種方法的。：能夠編寫速度最快，占用空間最小的有效代：能夠編寫速度最快，占用空間最小的有效代碼。碼。：需要對(duì)硬件和接口有很熟悉的了解。：需要對(duì)硬件和接口有很熟悉的了解。 要會(huì)匯編，或熟練使用要會(huì)匯編，或熟練使用C語言的指針。語言的指針。 不利于增加對(duì)新設(shè)備的控制。不利于增加對(duì)新設(shè)備的控制。1

8、3b.通過通過BIOS訪問訪問：通過：通過BIOS提供的功能調(diào)用間接地對(duì)內(nèi)存提供的功能調(diào)用間接地對(duì)內(nèi)存或端口訪問，從而控制硬件?；蚨丝谠L問，從而控制硬件。：匯編語言或：匯編語言或C語言。語言。：驅(qū)動(dòng)程序有些會(huì)使用這些功能調(diào)用。需要：驅(qū)動(dòng)程序有些會(huì)使用這些功能調(diào)用。需要獲得高效率的應(yīng)用程序也采用這種方法。獲得高效率的應(yīng)用程序也采用這種方法。：能夠編寫速度較快的有效代碼。：能夠編寫速度較快的有效代碼。 可以不需要編寫直接對(duì)硬件進(jìn)行控制的代可以不需要編寫直接對(duì)硬件進(jìn)行控制的代碼。碼。：需要對(duì)底層信號(hào)有所了解。：需要對(duì)底層信號(hào)有所了解。 增加對(duì)新設(shè)備的控制不是很方便，但好于增加對(duì)新設(shè)備的控制不是很方便

9、，但好于直接訪問。直接訪問。14c.編寫操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序編寫操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序：使用：使用BIOS功能調(diào)用或直接訪問的方法編功能調(diào)用或直接訪問的方法編寫寫設(shè)備設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序。：VC+與與DDK開發(fā)包，或第三方開發(fā)工具開發(fā)包，或第三方開發(fā)工具如如DriverStudio。：在操作系統(tǒng)層面上的設(shè)備控制，并為用戶：在操作系統(tǒng)層面上的設(shè)備控制，并為用戶程序提供程序提供API支持。支持。：既控制硬件，又保證操作系統(tǒng)的完整與安：既控制硬件，又保證操作系統(tǒng)的完整與安全。全。：需要對(duì)底層信號(hào)有所了解。：需要對(duì)底層信號(hào)有所了解。 需要對(duì)操作系統(tǒng)的各個(gè)管理模塊有深入的需要對(duì)操作系統(tǒng)的各個(gè)管理模塊有深入的了解

10、。了解。15d.使用操作系統(tǒng)提供的應(yīng)用層訪問使用操作系統(tǒng)提供的應(yīng)用層訪問：使用操作系統(tǒng)各種驅(qū)動(dòng)程序所提供的功能：使用操作系統(tǒng)各種驅(qū)動(dòng)程序所提供的功能調(diào)用或調(diào)用或API函數(shù)間接對(duì)硬件或內(nèi)存進(jìn)行訪函數(shù)間接對(duì)硬件或內(nèi)存進(jìn)行訪問。問。：VC+、Delphi、Java、C#等。等。：編寫面向終端用戶的各類應(yīng)用程序。：編寫面向終端用戶的各類應(yīng)用程序。：無需對(duì)硬件控制有太多了解，只需完成應(yīng)：無需對(duì)硬件控制有太多了解，只需完成應(yīng)用層面的工作就可以用層面的工作就可以 ，而且還保證操作系，而且還保證操作系統(tǒng)的完整與安全。統(tǒng)的完整與安全。：需要了解大量的：需要了解大量的API和功能調(diào)用函數(shù)的功和功能調(diào)用函數(shù)的功能。

11、能。 由于是間接調(diào)用，所以代碼的效率和編譯由于是間接調(diào)用，所以代碼的效率和編譯系統(tǒng)有很大的關(guān)系。系統(tǒng)有很大的關(guān)系。16高級(jí)語言源程序高級(jí)語言源程序編譯編譯匯編語言源程序匯編語言源程序匯編匯編二進(jìn)制機(jī)器作業(yè)指令二進(jìn)制機(jī)器作業(yè)指令操作系統(tǒng)調(diào)度或操作系統(tǒng)調(diào)度或BOOT引導(dǎo)引導(dǎo)二進(jìn)制機(jī)器指令流二進(jìn)制機(jī)器指令流CPU取指、譯碼、控制單元取指、譯碼、控制單元電路上的電信號(hào)電路上的電信號(hào)直接控制直接控制CPU各部件運(yùn)作各部件運(yùn)作通過接口電路控制外設(shè)運(yùn)作通過接口電路控制外設(shè)運(yùn)作1.2 微機(jī)系統(tǒng)的工作原理與工作過程微機(jī)系統(tǒng)的工作原理與工作過程 17部分部分X86指令與控制信號(hào)的關(guān)系指令與控制信號(hào)的關(guān)系 18 微

12、機(jī)的工作過程就是逐條執(zhí)行進(jìn)入到內(nèi)存中的二進(jìn)制微機(jī)的工作過程就是逐條執(zhí)行進(jìn)入到內(nèi)存中的二進(jìn)制機(jī)器指令流的過程。而一條指令的執(zhí)行過程可以簡單機(jī)器指令流的過程。而一條指令的執(zhí)行過程可以簡單地分為兩個(gè)操作階段：地分為兩個(gè)操作階段：，CPU從內(nèi)存中讀取指令，程序計(jì)數(shù)器從內(nèi)存中讀取指令，程序計(jì)數(shù)器保存要被取出的下一條指令的地址，除非遇到跳保存要被取出的下一條指令的地址，除非遇到跳轉(zhuǎn)指令等情況，否則，轉(zhuǎn)指令等情況，否則，PC一般都是在每次取指后一般都是在每次取指后加上一個(gè)增量（當(dāng)前指令的字節(jié)數(shù)）；加上一個(gè)增量（當(dāng)前指令的字節(jié)數(shù)）；，對(duì)取出的指令先譯碼，解釋指令的功，對(duì)取出的指令先譯碼，解釋指令的功能，然后執(zhí)

13、行譯碼好的指令，這期間可能會(huì)讀寫能，然后執(zhí)行譯碼好的指令，這期間可能會(huì)讀寫存儲(chǔ)器或端口來獲取操作數(shù)或者存放結(jié)果。存儲(chǔ)器或端口來獲取操作數(shù)或者存放結(jié)果。19每兩個(gè)相鄰的時(shí)鐘脈沖上升（下降）沿之間的時(shí)間每兩個(gè)相鄰的時(shí)鐘脈沖上升（下降）沿之間的時(shí)間間隔稱為間隔稱為T狀態(tài)，也稱為狀態(tài)，也稱為 TCPU與存儲(chǔ)器或輸入與存儲(chǔ)器或輸入/輸出端口進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸所輸出端口進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸所花費(fèi)的時(shí)間稱為一個(gè)花費(fèi)的時(shí)間稱為一個(gè) 對(duì)于對(duì)于8088CPU, 它的總線周期是其與存儲(chǔ)器或輸入它的總線周期是其與存儲(chǔ)器或輸入/輸出端口存取一個(gè)字節(jié)所花費(fèi)的時(shí)間。輸出端口存取一個(gè)字節(jié)所花費(fèi)的時(shí)間。 執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為

14、執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為2021Pentium Pro基本時(shí)序基本時(shí)序 22掌握時(shí)序的重要性：掌握時(shí)序的重要性： 當(dāng)當(dāng)CPU與存儲(chǔ)器以及與存儲(chǔ)器以及I/O端口連接時(shí)，要考慮如何端口連接時(shí)，要考慮如何正確地實(shí)現(xiàn)時(shí)序上的配合正確地實(shí)現(xiàn)時(shí)序上的配合 當(dāng)微機(jī)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制時(shí)，必須估計(jì)或計(jì)算當(dāng)微機(jī)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制時(shí)，必須估計(jì)或計(jì)算CPU完成操作所需要的時(shí)間，以便與控制過程配合完成操作所需要的時(shí)間，以便與控制過程配合 了解時(shí)序有利于我們深入地了解指令的執(zhí)行過程了解時(shí)序有利于我們深入地了解指令的執(zhí)行過程 了解時(shí)序有利于我們利用匯編編寫核心代碼的時(shí)了解時(shí)序有利于我們利用匯編編寫核心代碼的時(shí)候，選用適當(dāng)?shù)闹噶?/p>

15、，以盡量縮短指令的存儲(chǔ)空候，選用適當(dāng)?shù)闹噶?，以盡量縮短指令的存儲(chǔ)空間和指令的執(zhí)行時(shí)間間和指令的執(zhí)行時(shí)間 23返回返回1.3 現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)1.3.1 現(xiàn)代微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代微機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 當(dāng)前微機(jī)主要由主板和各類當(dāng)前微機(jī)主要由主板和各類I/O接口卡組成。接口卡組成。241.基于基于3芯片平臺(tái)架構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)芯片平臺(tái)架構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)CPU北橋芯片北橋芯片南橋芯片南橋芯片Super I/OBIOS/Firmware Hub主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器圖形控制器圖形控制器音頻音頻主總線主總線高速連接高速連接PCI總線插槽總線插槽PCI Express總線總線USB網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)

16、絡(luò)連接ATA/SATALPC傳統(tǒng)設(shè)備傳統(tǒng)設(shè)備252. 基于基于2芯片平臺(tái)架構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)芯片平臺(tái)架構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2/3代代Intel 酷酷睿睿CPUPCHIntel ME 8.x Firmware和和BIOS SupportIntel搞清晰音頻搞清晰音頻DIM 2.0集成集成10/100/1000MAC8個(gè)個(gè)PCI Express 2.04個(gè)個(gè)USB3.0，10個(gè)個(gè)USB2.0，雙，雙EHCI傳統(tǒng)傳統(tǒng)PCI支持支持3個(gè)獨(dú)立顯示支持個(gè)獨(dú)立顯示支持SPI116 lanes PCI Express 3.0 Graphics或或 18和和14 lanes PCI Express 3.0an

17、d 14 lanes for Thunderbolt16 lanes16GB/SFDIDDR3 1333/1600MHzDDR3 1333/1600MHz6個(gè)個(gè)SATA端口：端口：eSATAIntel千兆網(wǎng)接口千兆網(wǎng)接口PCIe1SM Bus26 1.3.2 Intel微處理微處理器家族發(fā)展概述器家族發(fā)展概述 27小結(jié)：小結(jié)：281.3.3 Intel X58平臺(tái)架構(gòu)（平臺(tái)架構(gòu)（3芯片平臺(tái)）芯片平臺(tái)）291.3.4 Intel H77平臺(tái)架構(gòu)（平臺(tái)架構(gòu)（2芯片平臺(tái)）芯片平臺(tái)）30 集成了千兆以太網(wǎng)控制器集成了千兆以太網(wǎng)控制器 ，支持，支持10/100/1000 Mb/s多種傳輸速率多種傳輸速率

18、 集成了集成了SATA控制器，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到控制器，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到3.0/6.0Gb/s(300/600MB/s) 集成了集成了Intel 高清晰音頻控制器高清晰音頻控制器, 最高最高192 kHz采樣率采樣率 有兩個(gè)級(jí)聯(lián)的有兩個(gè)級(jí)聯(lián)的8237DMA控制器，支持控制器，支持PC/PCI和和LPC DMA 允許連接像允許連接像Super I/O那樣的傳統(tǒng)的那樣的傳統(tǒng)的ISA總線設(shè)備總線設(shè)備 提供提供8個(gè)個(gè)PCI-Express根端口，支持根端口，支持PCI Express基本規(guī)范基本規(guī)范2.0。 直接媒體接口（直接媒體接口（Direct Media Interface，DMI） 集成顯示連接與顯示接口集成顯示連接與顯示接口31PCH芯片是一個(gè)多功能的芯片，它把各種功能劃分到芯片是一個(gè)多功能的芯片，它把各種功能劃分到多個(gè)邏輯設(shè)備中，每個(gè)邏輯設(shè)備又分各種功能。多個(gè)邏輯設(shè)備中，每個(gè)邏輯設(shè)備又分各種功能。比如比如PCI