微型计算机总线系统

【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了，然而微 型计算机在1971年才问世，它具有众多优点，其应用更 加广泛。微型计算机（见图1-1）具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点，其 应用深入到社会生活中的各个领域，并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算，而且还可以进行逻 辑运算，同时还具有推理判断的能力。因此，人们又称 它为电脑。现在，科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展，人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX （System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等）、Windows系列（现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等）等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器（CPU）的一些基本概念介绍 如下： 中央处理器（CPU）是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片，这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器（CPU）配上一定容量的 存储器（或内存）、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上，并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数（A/D）和 数模（D/A）转换器。

(6) 技术综合性要求高
工业控制计算机应用是系统工程问题。除了要解决计 算机的基本部分以外，还需要解决它如何与被测控对象的 接口，如何适应复杂的工业环境，如何与工艺过程与企业 管理相结合等一系列问题。


以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别
5.1.2 微型计算机系统总线的概念

总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定 信息的公共通道，有时亦称数据公路，通过它可以把各种 数据和命令传送到各自要去的地方。 在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式 数据总线、地址总线和控制总线。

为了和 Intel 80286等高性能16位微处理器兼容， IBM公司在 PC总线基础上增加了一个36个引脚的 AT扩展插座而形成16位的AT总线，IBM／AT及其 兼容机机箱中，通常在母板上分别设置几个AT插 槽和PC插槽，这种结构也称之为IBM公司的ISA (Industrial Standard Architecture)结构，即工业标准 结构。
4 CompactPCI 工业控制计算机
第五章 工业控制计算机及其接口技术
5.1 概述 5.1.1 工业控制计算机的概念与特点
机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位，它往往代表着系统 的先进性和智能特征。因而，把机电一体化系统中的微机软、硬件称之为智能组成 要素。一般微型机往往在实验室、办公室或在家庭中使用，而机电一体化系统中的 微型机通常在条件不比较恶劣的条件下使用，必须采用工业控制机或按工业环境要 求设计的微型机、其要求是可靠性高、抗干扰能力强、环境适应能力好。
1. 工业控制计算机的概念
一般的把适合于工业环境使用的微型计算机系统称之为工业控制计算机。一 般也叫IPC[Industry Personal Computer]。严格说来，所谓工业控制计算机，是指那 些满足下述条件的计算机系统： · 能够提供各种数据采集和控制功能。 · 能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。 · 能够在苛刻的工业环境下可靠运行。

微处理器:简称μP或MP(Microprocessor)是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件，又称为微处理机。

微型计算机:简称μC或MC，是指以微处理器为核心，配上存储器、输入／输出接口电路及系统总线所组成的计算机(又称主机或微电脑)。

微型计算机系统（主机+外设+软件配置）(Microcomputer system) 简称μCS或MCS，是指以微型计算机为中心, 以相应的外围设备、电源和辅助电路(统称硬件) 以及指挥微型计算机工作的系统软件所构成的系统。

2.微机系统结构（三种总线结构）：数据总线，地址总线，控制总线3.8086cup内部结构由两部分组成：总线接口单元BIU; 执行单元EU.(1).总线接口单元BIU组成：4个16位的段寄存器（CS、DS、ES、SS）；1个16位的指令指针寄存器IP；1个20位的地址加法器；1个指令队列（长度为6个字节）; I/O控制电路（总线控制逻辑）；内部暂存器。

BIU的功能：根据EU的请求负责CPU与内存或I/O端口传送指令或数据。

①BIU从内存取指令送到指令队列②当EU执行指令时，BIU要配合EU从指定的内存单元或I/O端口中读取数据，或者把EU的操作结果送到指定的内存单元或I/O端口去。

（2）执行单元EU 组成：①ALU（算术逻辑单元）；②通用寄存器组AX,BX,CX,DX（4个数据寄存器）,BP(基址指针寄存器),SP(堆栈指针寄存器), SI(源变址寄存器), DI(目的变址寄存器),③数据暂存寄存④标志寄存器FR ⑤EU控制电路作用：负责执行指令，执行的指令从BIU的指令队列中取得；运算结果和所需数据，则由EU向BIU发出请求，经总线访问内存或I/O端口进行存取。

4．物理地址与逻辑地址有什么区别？答：逻辑地址是指未定位之前在程序中存在的地址，由段地址和偏移地址组成。

物理地址是实际访问存储器时的地址（通过20位地址总线传递）。

总结：输入输出接口电路是为了解决计算机和外部 设备之间的信息变换问题而提出来的，是计算机 和外设之间传送信息的部件，每个外设都要通过 接口和主机系统相连。接口技术专门研究 CPU 和 外设之间的数据传送方式、接口电路的工作原理 和使用方法。
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5.2 CPU和输入输出设备之间的信号
（1）数据信息 在微型机系统中，CPU通过接口与外 设交换信息时，数据信息、状态信息 数字量 和控制信息都被看做一种数据信息， 模拟量 通过数据总线传输。它们对应三种不 开关量 同的寄存器：数据寄存器、状态寄存 （2）状态信息 （输入） 器和控制寄存器。 外设通过接口送往CPU 对输入设备来讲，一般是用READY表示数据准备就绪 对输出设备来讲，一般是用BUSY表示设备是否空闲 （3）控制信息 （输出） CPU通过接口送给外设，控制外设的工作
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为什么要用接口电路？
微机的外部设备多种多样 , 例如打印机、扫描 仪、硬盘等，它们的功能、工作原理、信息格式、 以及工作速度等方面彼此差别很大，因此不能与 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。
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接口的用途
对于输入设备来说，接口通常起信息转换和缓冲 的功能，将输入设备送来的信息变换成 CPU 能够 接收的格式，并将其放在缓冲器中让 CPU 来接收； 对输出设备来说，接口起信息变换和锁存的功能， 将CPU输出的信息转换成设备需要的格式。
微型计算机系统的硬件结构
系统总线BUS 系 统 总 线 形 成
地址总线AB
数据总线DB 控制总线CB 主存
I/O接口
CPU
主机
I/O设备
外设
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第五章 微型计算机和外设的数据传输