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第8章微型计算机系统的发展微型计算机体系结构系统外部总线网络接口与网络协议80X86的多任务保护第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.1微型计算机体系结构8.1.1IBMPC/AT微机系统微处理器子系统形成24位的地址总线及16位的数据总线形成控制总线第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院PC/XT和PC/AT机存储空间分配第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.1.280386、80486微机系统微处理器80386、数值协同处理器80387、外部设备控制器82380和高速缓冲存储器Cache的控制器82385第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院82380是整个微机系统的核心，它集成了多个不同功能的接口组件。32位8通道DMA控制器20级可编程中断控制器4个16位可编程区间计时器可编程等待状态控制器内部总路线仲裁和控制器系统复位逻辑DRAM刷新控制器减少对微处理机的中断次数，加快多页传送的速度，为需要分页的环境提供极佳的性能除中断向量的程序设计外，其他与8259A的功能一样与8253可编程计时器的功能一样；4个计时器共享一个时钟输入，可在6种方式中的任一种方式下操作；这个时钟输入可以不受系统时钟的约束。通过软件复位和时钟发生器82384的硬件复位信号就能启动复位功能第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.1.3Pentium及以上微机系统控制主存、显存、L2cache和AGP/PCI显示器，提供电源管理和ECC数据纠错等功能，控制USB接口和PCI插槽；通过快速IDE接口控制硬盘和光盘驱动器；通过超级I/O接口控制键盘、鼠标、打印机和软驱等外设；控制声卡、LAN和BIOS固体等。有的芯片组的南桥芯片还支持形成ISA扩展总线。北桥芯片（主桥）起着主导作用，主要决定主板的规格、对硬件的支持以及系统的性能。南桥芯片（I/O控制中心）控制主要控制主板上的各种接口、PCI总线、IDE以及主板上的其他芯片等。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院PentiumPC中典型芯片组特性一览表第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.2系统外部总线总线的性能指标有很多方面，主要体现在以下几个方面：总线宽度：总线宽度指的是总线能同时传送二进制数据的位数。如16位总线等。总线频率：总线频率是总线实际工作的频率，是指一秒钟能够传输数据的次数。工作频率越高，速度越快。如100MHz、133MHz、400MHz以及800MHz等。总线带宽：总线带宽是指一秒钟内总线上可以传送的数据总量，单位为MB/s。总线带宽越宽，传输效率越高。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.2.1ISA总线ISA总线的数据传送率最高为8MB/s，地址总线宽度为24位，可支持达16MB的内存。ISA总线新增的36个引脚情况如下：①LA17~LA23：非锁存地址总线A17~A23，与系统地址总线SA0~SA19一起为系统提供16MB的寻址空间。LA17~LA19与原来PC总线的地址线是重复的，因为原先的XT地址线是利用锁存器提供的，锁存导致了传送速度降低，故ISA中定义了不锁存的地址线，在BALE高电平期间有效。为了和XT总线兼容，在XT总线的基础上，ISA总线延伸出一段插槽。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院②SD8~SD15：新增加的8位高位数据线。③：高字节允许信号，当其为低电平时表示数据总线正在传送高字节SD8~SD15，16位设备可以利用其控制SD8~SD15接到数据总线缓冲器上。④、：存储器读信号，MEMR在所有存储器读周期有效，SMEMR取自MEMR和存储器低1MB的译码，所以仅当读取存储器低1MB时才有效。⑤、：存储器写信号，MEMW在所有存储器写周期有效，SMEMW取自MEMW和存储器低1MB的译码，所以仅当写入存储器低1MB时才有效。⑥：通知CPU不必增加附加的等待状态就可以完成当前的总线周期。SBHEMEMRSMEMRMEMWSMEMWOWS第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院⑦：如果总线上的某一存储器卡要传送16位数据，则必须产生一个有效的（低电平）信号，该信号加到系统板上，通知主板实现16位数据的传送。此信号需利用三态门或集电极开路门驱动。⑧：如果某一I/O接口卡要传送16位数据，则必须产生一个有效的（低电平）信号，该信号加到系统板上，通知主板实现16位数据的传送。⑨：该信号与DRQ线一起用于获取对系统总线的控制权，使I/O通道上的处理器暂时控制系统总线并访问存储器和外设。⑩DRQ0~DRQ3、DRQ5~DRQ7：DMA请求信号，优先权从高到低的顺序为DRQ0、DRQ1…DRQ7。其中DRQ0~DRQ3用于8位DMA传送，DRQ5~DRQ7用于16位DMA传送。11IRQ3~IRQ7、IRQ9~IRQ12、IRQ14~IRQ15：可屏蔽中断请求信号，优先权从高到低的顺序为IRQ9~IRQ12、IRQ14、IRQ15、IRQ3~IRQ7。要注意的是，原PC总线的IRQ2引脚，在ISA总线上变为IRQ9。16/OCSIMASTER16MEMCS第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.2.2PCI局部总线1.PCI总线的特点（1）数据线：32位（可扩充到64位），传输速度为133MB/s（32位）或264MB/s（64位）。（2）与CPU异步工作：总线的工作频率固定为33MHz，与CPU的工作频率无关，可适合各种不同类型和频率的CPU。（3）支持多主控设备和并发工作，还支持无限读写突发方式。（4）具有即插即用功能。（5）PCI独立于处理器的结构形成一种独特的中间缓冲器设计，将中央处理器子系统与外围设备分开。2.PCI总线的主要信号线地址线、数据线、接口控制线、仲裁线、系统线、中断请求线、高速缓存支持和出错报告等信号线，共188根。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院CLK信号是PCI总线上所有设备的一个输入信号，为所有PCI总线上设备的I/O操作提供同步定时。RST#使各信号线的初始状态处于系统规定的初始状态或高阻态。地址/数据总线AD0~AD31是分时复用的信号线。C/BE#0~C/BE#3（命令/字节使能），为复用线。在传输数据阶段，指明所传输数据的各个字节的通路；在传送地址阶段，决定了总线操作的类型：I/O读、I/O写、存储器读、存储器写、存储器多重写、中断响应、配置读、配置写和双地址周期等。PAR信号用于对AD0~AD31和C/BE#0~C/BE#3的偶校验。接口控制信号：成帧信号FRAME#、停止传输STOP#、目标设备就绪信号TDRY#、始发设备就绪信号IRDY#、初始化设备选择IDSEL、资源封锁LOCK#和设备选择DEVSEL#。PCI总线采用独立请求的仲裁方式：每一个PCI始发设备都有一对总线仲裁线REQ#和GNT#直接连到PCI总线仲裁器，各始发设备使用总线时，分别独立的向PCI总线仲裁器发出总线请求信号REQ#，由总线仲裁器决定把总线使用权赋给哪一个设备。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.2.3AGP总线AGP是AcceleratedGraphicsPort（图形加速端口）的缩写，是显卡的专用扩展插槽，它是在PCI图形接口的基础上发展而来的。是一种显卡专用的局部总线。AGP标准的发展经历了AGP1.0(AGP1X、AGP2X)、AGP2.0(AGPPro、AGP4X)和AGP3.0(AGP8X)等阶段AGP有多种工作模式第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.2.4PCIExpress总线PCIExpress的连接是建立在一个双向的序列的点对点连接基础之上，称之为“传输通道”。PCIExpress总线的传输依赖于多层协议，由物理层，数据链接层和交换层构成。1.物理层：PCIExpress采用串行方式传输数据，每组点对点数据传输通道使用两个单向的低电压差分信号（LVDS）进行传输。2.数据链接层：采用按序的交换层数据包（TransactionLayerPackets,TLPs），按32位循环冗余校验码进行数据保护，采用检错重传机制（AckandNaksignaling）保证传输的正确性，无应答或等待超时的数据包会被重新传输。3.交换层：PCIExpress采用分离交换（数据提交和应答在时间上分离），以保证传输通道在目标端设备等待发送回应信息传送其它数据信息。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.3网络接口与网络协议8.3.1网络基本知识1.计算机网络概念2.计算机网络的分类3.传输介质（1）双绞线电缆：它由一对或多对有绝缘保护的铜线按一定密度互相缠绕而成，这样可减少各线之间的电磁干扰。（2）同轴电缆：典型的同轴电缆中央（轴心）是一根单股实芯或多股绞合铜导线，用作传输信号，它由绝缘层包裹。在绝缘体外又有第二层呈网状的导体，最后电缆表面由硬绝缘塑料包封。（3）光缆：光纤由光导玻璃和塑料芯构成，光纤利用光全反射原理来传递光信号。局域网LAN城域网MAN广域网WAN第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.3.2网络层次结构1.OSI开发系统互连参考模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层应用表示会话传输网络数据链路物理应用表示会话传输网络数据链路物理物理通道1应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议324567第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.3.3网络适配器RTL8019AS是REALTEK公司生产的一种高集成度的以太网控制器，适用于即插即用NE2000可兼容适配器，并具有全双工和省电特点。与微机总线相连接，完成16位数据总线的读写、地址总线的驱动、中断控制信号的产生、存储器读写信号以及I/O读写信号的引入等分为接收逻辑、地址识别逻辑、发送逻辑和CRC产生校验逻辑四个部分。曼彻斯特代码转换，用于对收发的数据进行编码/译码。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院8.3.4802.3协议CSMA/CD协议：具有碰撞检测的载波侦听式多址控制，控制规则如下：（1）“边说边听”：任一发送方在发送数据帧期间要保持侦听帧的碰撞情况。一旦检测到碰撞发生，应立即中止发送，不管所发送的这一帧是否发完。（2）“强化干扰”：发送方在检测到碰撞并停止发送后，立即改为发送一小段“强化干扰信号”，以加强碰撞检测效果。（3）“碰撞检测窗口”：任一发送方若能完整地发完一个数据帧，则停顿一段时间并侦听信道情况。若在此期间未发生碰撞，则可确认该帧已发送成功。此时间区间即称“碰撞检测窗口”，其值为总线的最大传播时延。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院IEEE802.3协议所定义的数据帧格式包含7个8位位组的码组合：10101010，被接收器用来建立位同步。10101011序列，指示一帧的实际开始，以使接收器能对帧的第一位进行定位。2或6个字节，10Mbps的基带系统使用6个字节地址。目的地址规定该帧发送的站，有单地址（最高比特位为“0”）、组地址（最高比特位为“1”，且其余比特位不全为“1”）和广播地址（所有比特位均为“1”）之分。源地址规定发送该帧的站，其长度必须与DA的长度相同。第8章微型计算机系统的发展南京航空航天大学电子信息工程学院0～1500个字节，用于携带逻辑链路控制PDU。2个字节，用于指明数据域的字节数。0～46个字节，必要时用于填充帧，使帧长度达到最短有效长度，来适合碰撞检测的需要。帧长应满足发送时间至少不小于一个间歇时间。最小帧长为512位，最大帧长度为1518个字节。4个字节，使用32位的CRC校验。校验范围包括除前导码、SD和