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商品名称：深入浅出微机原理与接口技术（第2版）

商品编号：544527798339

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重量：0.000千克

上架时间：2020-09-10 15:32:23

ISBN编号：9787302442578

书名：微机原理与接口技术

定价：59.80元

是否是套装：否

正：副书名：微机原理与接口技术

出版时间：2016.12

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编辑推荐 1．努力追踪微机快速发展的历程，努力反映计算机科技的*成果。读者可以从每一章中看到这一点。2．以应用为目的，删繁就简，突出重点、内容少而精。加强基本概念、基本分析方法基本技术手段的阐述；密切结合计算机专业实际。3．《微型计算机原理及接口技术》类的教材甚多，但鉴于计算机科技的深奥，本书为降低其难度，在语言描述上下了大工夫。本书努力贯彻启发式的教学原则，使逻辑线索简明、清晰、合理；物理概念清楚，深入浅出；语言生动流畅，通俗易懂。并注重典型电路和芯片的介绍。4．注重实践技能的培养和分析问题解决问题能力的培养；5．图表精选，说明性强。媒体评论评论目录目录第1章概述1 1.1计算机及其基本组成1 1.1.1信息社会和计算机1 1.1.2计算机的分类2 1.1.3计算机的基本组成4 1.1.4微型计算机的硬件系统和软件系统5 1.2进位计数制7 1.2.1数制7 1.2.2数在不同进制之间的转换9 1.3微型计算机中数的编码和字符的表示12 1.3.1二进制数值数据的编码12 1.3.2十进制数值数据的 ...

编辑推荐

1．努力追踪微机快速发展的历程，努力反映计算机科技的*成果。读者可以从每一章中看到这一点。2．以应用为目的，删繁就简，突出重点、内容少而精。加强基本概念、基本分析方法基本技术手段的阐述；密切结合计算机专业实际。3．《微型计算机原理及接口技术》类的教材甚多，但鉴于计算机科技的深奥，本书为降低其难度，在语言描述上下了大工夫。本书努力贯彻启发式的教学原则，使逻辑线索简明、清晰、合理；物理概念清楚，深入浅出；语言生动流畅，通俗易懂。并注重典型电路和芯片的介绍。4．注重实践技能的培养和分析问题解决问题能力的培养；5．图表精选，说明性强。

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第5章总线和主板同所有的电子设备一样，在电路板正面，放置棱角分明的各个部件： CPU、各类芯片、电阻、电容等。电路板反面，是错落有致的电路连线的印刷电路。CPU工作的时候还需要同外围硬件设备（如键盘、鼠标、外存等）进行数据交换。假如每种设备都分别引入一组线路同CPU相连，那么系统线路显然是杂乱无章的，为了避免这种情况，将系统线路条分缕析，构成几组通用线路排线，在主板上设置多个插槽或接口，不同的外部设备通过各自的排线端的插头插入各自插槽或接口。于是，主板和总线技术就应运而生，总线（见51节）成为计算机的一个子系统。主板的英文名称是Motherboard，也可以译做母板。当主机加电时，电流会在瞬间通过主板上CPU、南北桥等各类芯片、内存和各类总线插槽、硬盘IDE接口以及主板边沿的串口、并口、PS/2接口等。随后，主板会根据BIOS(基本输入输出体系)来辨认硬件，并进入操作系统，支持计算机体系工作的功能。5.1总线基本概念〖*8/9〗5.1.1总线和微机系统的总线结构〖*3/4〗1. 总线从物理来看，总线（BUS）是在计算机系统各部件之间传输信息(地址、数据和控制信号)的公共通用线路。它由一组导线和相关的控制、驱动电路组成。在微机系统中除了采用总线技术外，还采用了标准接口技术。接口一般是指主板和某类外设之间连接的适配电路，其功能是解决主板和外设之间在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题。有关接口的内容后面有专门章节讲述。由于目前的一些新型接口标准，如USB、IEEE 1394等，允许同时连接多种不同的外设，因此也把它们称为外设总线。此外，连接显示系统的新型接口AGP，由于习惯上的原因（原来的显卡要插入ISA或者PCI总线插槽中），也被称为AGP总线，但实际上它应该是一种接口标准。之所以在此提出这个问题，是想说明在某些情形下，总线和接口其实是没什么分别的，关键在于你从什么角度看问题。2. 微机系统的总线结构在CPU、内存与外设确定的情况下，总线上数据传输速度是制约计算机整体性能的关键。因此，总线结构方式已经成为微机性能的重要指标之一。虽然一个系统中可以存在多种总线，它们在物理位置上、形态上、功能上各不相同，但这并不妨碍把总线视为微型计算机系统中的一个独立子系统。通过下面的讨论，可以由浅入深地理解总线的体系结构和发展历程。[1]〖2〗深入浅出微机原理与接口技术(第2版)[1]第5章总线和主板〖2〗1）单总线结构单总线结构是“一对多”结构，如图51所示，它是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O之间、I/O与主存之间直接交换信息。单总线结构简单，也便于扩充，但所有的传送都共享一组总线，不允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息，因此极易形成冲突。再者，当I/O设备量很大时，总线发出的控制信号从一端顺序传递到第n个设备，其传播的延迟时间就不能忽视。这两点会严重地影响系统的工作效率。在数据传输需求量和传输速度要求不太高的情况下，可以采用增加总线宽度和提高传输速率的方法来解决问题。单总线多为小型机或微型机所采用。图51单总线结构图但当总线上的设备，其数据量很大或对传输速度要求相当高的时候，如高速视频显示器、网络传输接口等，为了加快数据传输速率，解决CPU、主存与I/O设备之间传输速率的不匹配问题，实现CPU与其他设备相对同步，就要采用多总线结构。2）多总线结构多总线构成是“高低速分流”结构的基本思路，就是把与CPU相连的设备按传输速率分类，分为高速线路和低速线路。如图52所示的4总线结构。图524总线结构图这里设置了总线转换桥电路(详见5.3.2节)，引出一条高速的系统总线直接连内存，又增加了一条经总线转换桥与计算机系统紧密相连的高速系统总线，挂接了一些高速性能的外设，如高速局域网、图形工作站、多媒体和SCSI等。又从高速总线通过总线转换桥这个扩展总线接口电路引出扩展外部总线，再去连接较低速的设备如图文传真、调制解调器及串行接口等。这种结构对高速设备而言，其自身的工作可以很少依赖处理器，同时它们又比扩展总线上的低速设备更贴近处理器，这样，对于高性能设备与处理器来说，各自的效率将获得更大的提高。在这种结构中，处理器、高速总线的速度以及各自信号线的定义完全可以不同，以至各自改变其结构也不会影响高速总线的正常工作，反之亦然。3. 微机总线发展概述自计算机问世以来，总线技术就因为数据传输的需要不断地发展。20世纪60年代末，美国DEC公司在其PDP11/20小型计算机上*采用了Unibus总线。在世界上*台微处理器4004问世4年后的1975年，一家位于美国新墨西哥镇名为MITS的小公司，由Ed Roberts用8080微处理器，设计安装了全球*台微机（简称PC）——Altair单板机系统。在其结构中，制成了全球*条PC扩展总线，得到了IEEE的认可，被命名为IEEE 696总线标准。微机系统一开始就采用了总线这种技术构造，它可以使各种CPU模块、存储器模块、I/O模块像积木那样相互组合，实现不同的性能，还便于实现系统的扩展与维护。由于CPU的处理能力迅速提升，而与其相连的外围设备通道带宽过窄且总落后于CPU的处理能力。迫使人们不断改进总线。总线已由PC/XT发展经历了ISA、MCA、EISA、VESA再到PCI、AGP、IEEE 1394、USB总线等，并且还在发展、完善。不同总线拥有各自特定的应用领域。目前，AGP系统总线传输率可达533MB/s，PCIX系统总线可达2.1GB/s，系统总线也由133MB/s到266MB/s、533MB/s、667MB/s、1066MB/s甚至更高。除此之外，又出现了EV6总线、NGIO总线、超线程总线HT（HyperThreading）和主板上的集成电路互连的超级总线HT（Hyper Transport)等。它们的出现，从某种程度上代表了未来总线技术的发展趋势。图53所示的是现代微机总线结构示意图。其中Bridge是桥接控制器。Audio、Video为音频和视频处理器，Graphics为图形图像处理模块，LAN为网络接口，SCSI、ISA、IDE为各种接口设备类型，Base I/O为基本输入输出。图53现代微机总线机构示意图5.1.2总线分类和性能指标〖*3/4〗1. 总线分类方法总线分类方法很多，并且各种定义歧义较大，本书整合概念如下，供参考。1）按连接层次分（1）片内总线（即芯片内部的总线）是连接CPU（或I/O芯片）内部的各功能单元（如寄存器、算术逻辑部件ALU、控制部件等）之间用于传输数据的总线。这一级总线是芯片外部看不见的。（2）芯片级总线是一块电路板上各芯片之间连接的总线，即芯片一级的互连总线。如前端总线（FSB，也称CPU总线）、HT总线（HT总线是AMD为K8平台专门设计的高速串行总线，它的发展历史可回溯到1999年，原名为LDT总线，Lightning Data Transport，意为闪电般数据传输）、QPI总线、I2C总线、SPI总线、SCI总线、DMI总线等。（3）系统总线（又称为内总线、板级总线、部件总线）是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连。如VESA总线、数据总线（DB）、控制总线（CB）、地址总线（AB）、IBM PC总线、ISA总线、EISA总线、PCI总线、APG总线、C（Intel Integrated Circuit Bus)管理总线，C总线是由飞利浦公司于20世纪80年代为音频和视频设备开发的串行总线，主要运用于服务器、MCA总线（微通道结构总线）等。现已发展为用于楼宇自动化和家庭电器设备管理的广泛客户群系统总线。在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，有STD总线、VME总线、PC/104总线、Compact PCI(坚实的PCI，是当今*个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今*的一种工业计算机标准)、PCIE总线等。（4）外部总线（又称为设备总线、通信总线）是微机和微机、微机和外部设备之间的总线。如RS232C总线、RS485总线、IEEE488总线、SCSI总线、IDE总线、USB总线、Fire wire串行总线（IEEE1394）、Centronics总线等。2）按总线传送信息的类别分类可把总线分为传送地址的地址总线（Address Bus，AB）、传送数据信息的数据总线（Data Bus，DB）和传送控制信号（如读/写信号、片选信号和读入中断响应信号等）和时序信号的控制总线（Control Bus，CB）。通常所说的总线都包括这3个组成部分。不少系统中，如8086 CPU，数据总线和地址总线可以在地址锁存器控制下被共享，分时复用。3）按总线传送信息的方向分可把总线分为单向总线和双向总线。如地址总线属于单向总线，方向是从CPU或其他总线主控设备发往其他设备。数据总线属于双向总线。双向传输数据总线通常采用双向三态形式的总线。控制总线中的每一根控制线方向是单向的，但各控制线的方向有进有出。4）按传输方式分按照数据传输的方式划分，总线可分为串行（数据顺序传输）总线和并行（数据并行传输）总线。通俗地讲，并行总线就像多车道公路，而串行总线则像单车道公路。显然，当传输数据量较大时，并行传输方式优于串行传输方式，但其成本上会有所增加。常见的串行总线有SPI、I2C、USB、IEEE 1394、RS232、CAN等，而并行总线相对来说种类要少，常见的如IEEE 1284、IEEE 488总线、ISA、PCI、 STD、PC总线等。 5）按时钟信号方式分按照时钟信号是否独立，可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，也就是说要用一根单独的线来作为时钟信号线，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的，通常利用数据信号的边沿来作为时钟同步信号。2. 总线的标准化和总线规范标准化的总线可以为生产厂家和使用者带来方便。每种总线标准都有详尽的规范说明，一般包括下列“机、电、能、时”四个方面的内容。1）机械结构规范机械结构规范是指总线在机械方式上的一些性能，如插头与插座、连接器使用的标准，它们的几何尺寸、形状、引脚的个数以及排列的顺序，接头处的可靠接触等。2）电气规范电气规范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、*额定负载能力以及动态转换时间等。通常规定由CPU发出的信号叫输出信号，送入CPU的信号叫输入信号。总线的电平定义与TTL相符。如RS232C（串行总线接口标准），其电气特性规定低电平表示逻辑“1”；用高电平表示逻辑“0”。3）功能结构规范功能结构规范也称逻辑规范，包括总线中每根传输线的定义（名称）、信号的描述（功能及相互作用的协议、信息流向及管理规则）等。如地址总线指示地址，数据总线传递数据，控制总线发出控制信号等。可见各条线其功能结构规范是不一样的。4）时间规范时间规范是指总线中的每一根线在什么时间内有效。每条总线上的各种信号，互相存在着一种有效时序的关系，以及相互之间的配合等。因此，时间特性一般可用信号时序图来描述。3. 总线性能指标总线的各种性能指标决定了系统的整体性能。总线的性能指标包括如下几个部分。1）总线宽度它是指数据总线的根数以及总线传输信息的串并行性。根数，像我们所称的8位机、16位机、32位机、64位机等都是指系统总线的宽度，用bit（位）表示。串行总线在同一根信号线上分时传输同一数据字的不同位；并行总线采用数据有多少位就用多少根线，每一根线传输数据的一位，同时传输一个数据字的不同位。数据总线宽度W，它表示构成计算机系统的计算能力和计算规模；地址总线位数，它决定了系统的寻址能力，表明构成计算机系统的规模；控制总线信号，它反映了总线的控制技巧，因而表示了总线的设计思想及其特色。2）工作频率f总线的工作频率也称为总线的时钟频率f，以MHz为单位。它是指用于协调总线上的各种操作的时钟信号的频率。工作频率f越高，总线工作速度越快。3）总线频带宽Q总线频带宽Q又称标准传输率。总线的频带宽指的是总线本身所能达到的*传输率，即单位时间内总线上可传送的数据量，通常用MB/s表示或bit/s（每秒多少位）表示。与总线频带宽Q密切相关的两个概念是总线宽度W和总线的工作频率f。在工作频率一定的条件下，总线的频带宽与总线宽度成正比。总线频带宽的计算公式如下： Q=f·W/N式中，f——总线工作频率（MHz）；W——总线宽度（Byte）；N——传送一次数据所需时钟周期T的个数。例如，在EISA总线上进行8位存储器存取时，一个存储器存取周期*快为3个T，因而当f为8.33MHz时，Q=8.33×1/3，即其总线传输率为2.78MB/s。但在EISA总线上进行32位突发（Burst）存取方式时，每一个存取周期为1个T，因而当T为833MHz时，Q=8.33×4/1，其总线传输率为33MB/s（考虑了*次存取周期要长），这也是EISA总线的*传输率。4）时钟同步/异步总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。一般有同步协议、异步协议、半同步协议和分离式协议。5）总线的多路分时复用通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线。为了提高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一条物理线路，只是某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据信号或命令信号，这叫总线的多路分时复用。6）信号线数即地址总线、数据总线和控制总线3种总线数的总和。7）总线控制方式包括并发工作方式、自动配置方式、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。8）其他指标如负载能力、电源电压等级等。5.2总线工作原理〖*8/9〗5.2.1总线的控制与总线仲裁〖*3/4〗1. 总线的控制可以控制总线并启动数据传送的任何设备称为总线主控设备或主设备，响应总线主控器发出的总线命令的任何设备称为从设备。系统中可以有多个主控设备，但任一时刻一组总线上只能有一个设备经申请同意后，工作在主控方式。总线的控制贯穿在从总线主设备申请使用总线到数据传送完毕的整个过程，要经过几个步骤：总线请求、总线仲裁、寻址、传送数据、检错和出错处理。总线控制器主要包括总线仲裁逻辑电路、驱动器和中断逻辑电路等。2. 总线仲裁总线是多个部件所共享的，使用分时复用技术，即在总线上某一时刻只能有一个总线主控设备控制总线，为了正确地实现多个部件之间的通信，避免各部件同时发送信息到总线的冲突，必须要有一个总线控制器。当总线上的一个部件要与另一个部件进行通信时，首先应该向总线控制器发出请求信号。若多个主设备同时要使用总线时，就由总线控制器判优，按一定的优先等级顺序，确定哪个主设备能使用总线。只有获得总线使用权的主设备才能开始传送数据。总线判优控制可分集中仲裁式和分布仲裁式两种，前者将控制逻辑电路集中在一处（如在CPU中），后者将控制逻辑电路分散在与总线连接的各个部件或设备上。1) 集中仲裁式常见的集中仲裁有3种优先权仲裁方式：链式查询、计数器定时查询和独立请求方式。（1）链式查询方式。为减少总线授权线数量，采用了图54所示的菊花链查询方式，其中已标出地址线、数据线。其他3条线是由总线控制部件发出的控制线： BS线若为0，表示总线忙，正被某外设使用；总线请求信号线BG若为1，表示该外设向总线提出使用请求；总线允许信号线BG若为1，表示总线授权，允许该外设使用。链式查询方式的主要特点是，总线授权信号BG串行地从一个I/O接口传送到下一个I/O接口，若某接口i提出总线请求BR，便不再往下查询，尽管后面其他接口也有总线请求。这意味着只有该I/O接口获得总线控制权，在图54中用粗线显示。图54总线总裁的链式查询逻辑电路示意图显然，在查询链中离总线控制器*近的设备具有*优先级，离总线控制器越远，优先级越低。因此，链式查询是通过接口的优先级排队电路来实现的。链式查询方式的优点是，只用很少几根线就能按一定优先次序实现总线仲裁，并且这种链式结构很容易扩充设备。链式查询方式的缺点是对询问链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关联的电路有故障，那么第i个以后的设备都不能进行工作。另外查询链的优先级是固定的，如果优先级高的设备出现频繁的请求时，那么优先级较低的设备可能长期不能使用总线。（2）计数器定时查询方式。原理如图55所示。中央仲裁器接到总线上某设备通过BR线发出的请求信号以后，在BS线为0的情况下让计数器开始计数，计数值包含所有设备的地址。计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相一致时，该设备置BS线为1，获得了总线使用权，此时中止计数查询，在图55中用粗线框显示。图55总线总裁的计数器定时查询逻辑电路示意图每次计数可以从0开始，也可以从中止点开始。如果从0开始，各设备的优先次序与链式查询法相同，优先级的顺序是固定的。如果从中止点开始，则每个设备使用总线的优先级相等。计数器的初值也可用程序来设置，这就可以方便地改变优先次序，显然这种灵活性是以增加线数为代价的。（3）独立请求方式原理如图56所示。在独立请求方式中，每一个共享总线的设备均有一对总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总线时，便发出该设备的请求信号。中央仲裁器中有一个排队电路，它根据一定的优先次序决定首先响应哪个设备的请求，给该设备授权信号BGi。图56总线总裁的独立请求逻辑电路示意图独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备地查询。其次，对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定，例如 BR9优先级*， BR1次之……BRn*；也可以通过程序来改变优先次序；还可以用屏蔽（禁止）某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。对于单处理器系统总线而言，中央仲裁器又称为总线控制器，它是CPU的一部分。按照目前的总线标准，中央仲裁器一般是一个单独的功能模块。2）分布式仲裁分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁信号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们*的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号比自己的大，则它的总线请求不被响应，并撤销它的仲裁号。*后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。显然，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。3. 总线驱动和其他控制总线的驱动能力是有限的，换句话说，总线的负载能力是有限的，在计算机系统中通常采用三态输出电路或集电极开路输出电路来驱动总线，使其带更多负载。总线驱动除考虑信号线外，电源的驱动能力有时也是考虑的重要方面，特别是现在的一些外设总线，设备的电源完全从总线获得，更应该考虑这个问题。总线应具有中断处理机制，包括中断请求线、中断认可线和中断判优逻辑，能正确处理总线设备发出的中断请求。总线还具有系统时钟、复位、各种协议等其他控制内容。5.2.2数据传送数据在总线上传送时，送出数据的部件叫源部件，接收数据的部件叫目的部件。要确保在源部件和目的部件之间数据传送可靠，总线上的数据传送必须由定时信号控制，定时信号使源部件和目的部件之间同步，实现两部件间的协调和配合。另外，在数据传输中还有传输方式、传输方向等概念。1. 总线数据传输方式分为正常传输方式和突发传输方式（Burst Mode）两种。正常传输方式是指在一个传输周期内，一般是先给出地址，然后给出数据。在下面的传输周期里，不断重复这种先送地址、后送数据的方式进行传输。突发方式是指在传输连续大批量地址的数据时，除了*个周期先送首地址、后给出数据外，以后的传输周期内，不需要再送地址（地址自动加1）而直接送数据，从而达到快速传送数据的目的。2. 总线传输方向分为单向和双向传输，一般地址总线和控制总线为单一方向传输，而数据总线一般为双向传输。3. 定时信号的实现方式定时信号的实现方式有3种：同步方式、异步方式和半同步方式。1）同步方式通信双方由统一时钟控制数据的传送，这个公共时钟通常由总线控制部件发出，送到总线上的所有部件；也可以由每个部件的时序发生器发出，但必须由总线控制部件发出的时钟信号进行同步。同步方式的优点是规定明确、统一，模块间的配合简单一致。缺点是对部件速度的一致性要求较高，缺乏灵活性。同步方式适合于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合，可以工作在较高的时钟频率下。

内容介绍

微型计算机原理及接口技术是高等学校工科电类和信息类各专业，特别是涉及软硬件结合的芯片级计算机应用各类专业大学生必修的一门专业基础课。其目的在于让学生理解与掌握微型计算机的基本组成、工作原理、各类接口部件的功能以及构建微机系统等方面的知识，使学生具有微机应用系统软硬件开发的初步能力。本书既适合高等学校工科电子类和电气自动化类以及信息类各专业，特别是涉及单片机、嵌入式等芯片级计算机应用各类专业大学本科学生使用，也适合相关专业的应用型本科生选用，还可供广大工程技术人员和对计算机硬件爱好的读者学习参考。本书为任课教师配有电子教案，此教案用PowerPoint制作，可以任意修改。选用本教材的教师可通过清华大学出版社网站获取该电子教案。网址是www.tup.com.cn。

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基本信息

商品名称：	深入浅出微机原理与接口技术（第2版）	开本：	16开
作者：	何超	定价：	59.80
ISBN号：	9787302442578	出版时间：	2017-01-01
出版社：	清华大学出版社	印刷时间：	2016-12-01
版次：	2	印次：	1