《计算机原理》课程教学资源：机械工业出版社《编码的奥秘》参考书籍（PDF电子书）第21章总线连接.pdf_大学文库

Cbia°dcow 下载第21章总线连接处理器无疑是计算机中最重要的部件,但并不是唯一的部件。一台计算机也需要随机访问存储器(RAM)来存放机器码指令以便让处理器执行。计算机还必须有一些方法使这些指令进入RAM(输入设备)以及一些方法使程序执行结果得以看见(输出设备)。前面讲过, RAM是易失性的,当断电时,它的内容就会丢失。所以计算机中另一个有用的部件是永久存储设备,当计算机断电的时候,它们可以保存代码和数据。组成一台完整计算机的所有集成电路必须安装在电路板上。在一些小型机器上,所有的集成电路可以安装在一块板上,但更常见的是,不同的部件分开安装在两块或更多的板上这些板之间通过总线互相通信。简单地说,总线是提供给计算机中每块电路板的数字信号的集合,这些信号可以分为4类: ·地址信号。这些信号由微处理器提供,常用来寻址RAM单元,也可用来寻址连接到计算机上的其他部件。 ·数据输出信号。也由微处理器提供,用来写入数据到RAM或其他设备。要仔细推敲输入( Input)和输出( output)的含义。数据输出信号是从微处理器输出,变成RAM和其他设备的数据输入信号。数据输入信号。是由计算机的其余部分提供,由微处理器读入的信号。数据输入信号通常来自于RAM的输出,也即表示微处理器读入存储器内容。但是其他部件也提供数据输入信号给处理器。 ·控制信号。由各种各样的信号组成,通常与计算机的特定处理器的控制信号一致。控制信号可来自于微处理器或从其他部件传送到微处理器。例如,微处理器可用一个控制信号来指示它要写一些数据到某一存储器地址另外,总线给计算机中的各个电路板提供电源。早期家用计算机流行的一种总线是S-100总线,该总线1975年在第一台家用计算机MITS Altair上首先采用。尽管这种总线以8080微处理器为基础,但后来它也被其他一些处理器,如 800采用。S-100的电路板的规格是5.3×10英寸,电路板的一边有100个接头可插在插槽里 (这就是S-100的来源)。 S-100计算机有一块较大的板称为母板或主板,上面有若干个(如:12个)互相连接起来的 S-100总线插槽,这些插槽有时也叫 S-100电路板(也叫扩展板)插到插槽里。8080 微处理器及支持芯片(第19章曾提到过)在此S-100板上。RAM在另一个或更多的其他S-100 电路板上 S-100总线是为8080芯片设计的,它有16个地址信号,8个数据输入信号,8个数据输出信号(前面讲过,8080自身是把数据输入、输出信号混合在一起的,由8080所在电路板上的另个芯片来把这些信号分开成单独的输入、输出信号)。总线上还有8个中断信号,这些信号由那些需要CPU立即做出响应的部件产生。例如(在本章后面将要讲到),当在键盘上敲一个键时,键盘会产生中断信号,8080执行一个小程序确定是哪一个键并做出相应反应。包含

下载第21章总线连接处理器无疑是计算机中最重要的部件，但并不是唯一的部件。一台计算机也需要随机访问存储器（R A M）来存放机器码指令以便让处理器执行。计算机还必须有一些方法使这些指令进入R A M（输入设备）以及一些方法使程序执行结果得以看见（输出设备）。前面讲过， R A M是易失性的，当断电时，它的内容就会丢失。所以计算机中另一个有用的部件是永久存储设备，当计算机断电的时候，它们可以保存代码和数据。组成一台完整计算机的所有集成电路必须安装在电路板上。在一些小型机器上，所有的集成电路可以安装在一块板上，但更常见的是，不同的部件分开安装在两块或更多的板上，这些板之间通过总线互相通信。简单地说，总线是提供给计算机中每块电路板的数字信号的集合，这些信号可以分为4类： • 地址信号。这些信号由微处理器提供，常用来寻址 R A M单元，也可用来寻址连接到计算机上的其他部件。 • 数据输出信号。也由微处理器提供，用来写入数据到 R A M或其他设备。要仔细推敲输入（i n p u t）和输出（o u t p u t）的含义。数据输出信号是从微处理器输出，变成 R A M和其他设备的数据输入信号。 • 数据输入信号。是由计算机的其余部分提供，由微处理器读入的信号。数据输入信号通常来自于R A M的输出，也即表示微处理器读入存储器内容。但是其他部件也提供数据输入信号给处理器。 • 控制信号。由各种各样的信号组成，通常与计算机的特定处理器的控制信号一致。控制信号可来自于微处理器或从其他部件传送到微处理器。例如，微处理器可用一个控制信号来指示它要写一些数据到某一存储器地址。另外，总线给计算机中的各个电路板提供电源。早期家用计算机流行的一种总线是 S - 1 0 0总线，该总线 1 9 7 5年在第一台家用计算机 M I T S A l t a i r上首先采用。尽管这种总线以 8 0 8 0微处理器为基础，但后来它也被其他一些处理器，如 6 8 0 0采用。S - 1 0 0的电路板的规格是 5 . 3×1 0英寸，电路板的一边有 1 0 0个接头可插在插槽里（这就是S - 1 0 0的来源）。 S - 1 0 0计算机有一块较大的板称为母板或主板，上面有若干个 (如：1 2个)互相连接起来的 S - 1 0 0总线插槽，这些插槽有时也叫扩展槽， S - 1 0 0电路板（也叫扩展板）插到插槽里。 8 0 8 0 微处理器及支持芯片（第 1 9章曾提到过）在此S - 1 0 0板上。RAM 在另一个或更多的其他S - 1 0 0 电路板上。 S - 1 0 0总线是为8 0 8 0芯片设计的，它有1 6个地址信号，8个数据输入信号，8个数据输出信号（前面讲过， 8 0 8 0自身是把数据输入、输出信号混合在一起的，由 8 0 8 0所在电路板上的另一个芯片来把这些信号分开成单独的输入、输出信号）。总线上还有 8个中断信号，这些信号由那些需要C P U立即做出响应的部件产生。例如（在本章后面将要讲到），当在键盘上敲一个键时，键盘会产生中断信号， 8 0 8 0执行一个小程序确定是哪一个键并做出相应反应。包含

Chinaopub.com 第1章线连接219 8080的电路板上通常还有一个芯片称作 Intel8214优先级中断控制单元,它用来处理这些中断。当中断产生时,该芯片产生一个中断信号给8080,8080响应中断。该芯片提供RST( Restart) 指令使得微处理器保存当前的程序计数器,并根据具体的中断信号转移到地址0000h、0008h、 0010h、0018h、0020h、0028h、0030h或0038h处去执行如果正在设计一个具有新的总线类型的新计算机,你可以选择公开你的总线规范或者保如果一个总线规范是公开的,其他厂商一称为第三方厂商一可以设计并销售与这种总线相配套的扩展板。这些附加的扩展板使得计算机更有用且更令人满意,计算机的大量销售为扩展板提供了更大的市场。这种现象刺激许多小的计算机系统设计者坚持开放体系结构的原则,允许其他厂商生产计算机的外围设备。这样总有一种总线最终可以认为是工业界的标准。标准已成为个人计算机工业的重要组成部分。最著名的开放式体系结构个人计算机起源于 IBM PC。1981年秋季,IBM公开了包括整个计算机完整电路图的PC机技术参考手册,其中还包括IBM为它制造的所有扩展板。这个手册是很重要的工具,它使得许多制造商可以生产自己的PC机扩展板并且事实上产生了PC机的 “克隆”体一—兼容PC机,兼容PC机与 IBMPC机几乎完全相同且运行相同的软件源于 IBM PC的更新换代产品现在已占到桌面计算机系统大约90%的份额。尽管IBM自身只有很少的市场份额,但它毕竟要比最初的PC机采用专有设计的封闭式体系结构所占的份额要大。苹果公司的 Macintosh机开始就采用封闭式体系结构,根本不考虑开放其体系结构,这当初的决定可以用来解释为什么在目前的桌面计算机市场上 Macintosh只占有不到10%的份额。 (记住一点,无论一个计算机系统是在开放体系结构还是封闭体系结构下设计,都不会影响到其他公司开发在该计算机系统上运行的软件。只有那些特定的视频游戏软件开发商才会限制其他公司开发用于他们系统的软件。最初的 IBM PC使用 Intel8088微处理器,可寻址1M存储空间。尽管8088处理器内部是16 位,但在外部按照8位来寻址存储器。IBM为最初的PC机设计的总线现在称作ISA( industry standard architecture,工业标准体系结构)总线。扩展板上有一个62针的插头,信号包括20个地址信号,8个组合(复用)数据输入/输出信号,6个中断请求信号和3个DMA( direct memory access’,直接存储器访问)请求信号。DMA允许存储设备(本章最后将要讲到)比采用别的方法更快地进行操作。通常,微处理器处理所有的内存读/写操作,但通过DMA,其他设备可绕过微处理器通过总线直接进行内存读/写操作。在S-100系统里,所有的部件都安装在扩展板上。在 IBM PC机里,微处理器、一些支持芯片及一些RAM安装在IBM所称的系统板上,系统板也常称作主板或母板 1984年,IBM推出了 Personal Computer AT(先进技术型个人计算机),它采用16位的 Intel 80286微处理器,可寻址16M存储器。IBM保留了已有的总线,但另加了一个36针的插槽,其中包括新增的7个地址信号(尽管只需要4个),8个数据输入/输出信号,5个中断请求信号和4 个DMA请求信号。无论是数据宽度(从8位到16位到32位)还是输出的地址信号数目,当处理器在这些方面的增长超出总线能力时,就需要对总线进行更新换代:当处理器达到较高的速度时,它也会超出总线的能力。早期的总线是为时钟频率是几兆赫而不是几百兆赫的处理器设计的。如果总线的设计不能适应高速传输,则可能引起射频干扰(RFI),从而引起收音机或电视机附近

8 0 8 0的电路板上通常还有一个芯片称作 Intel 8214优先级中断控制单元，它用来处理这些中断。当中断产生时，该芯片产生一个中断信号给 8 0 8 0，8 0 8 0响应中断。该芯片提供 R S T（R e s t a r t）指令使得微处理器保存当前的程序计数器，并根据具体的中断信号转移到地址 0 0 0 0 h、0 0 0 8 h、 0 0 1 0 h、0 0 1 8 h、0 0 2 0 h、0 0 2 8 h、0 0 3 0 h或0 0 3 8 h处去执行。如果正在设计一个具有新的总线类型的新计算机，你可以选择公开你的总线规范或者保密。如果一个总线规范是公开的，其他厂商—称为第三方厂商—可以设计并销售与这种总线相配套的扩展板。这些附加的扩展板使得计算机更有用且更令人满意，计算机的大量销售为扩展板提供了更大的市场。这种现象刺激许多小的计算机系统设计者坚持开放体系结构的原则，允许其他厂商生产计算机的外围设备。这样总有一种总线最终可以认为是工业界的标准。标准已成为个人计算机工业的重要组成部分。最著名的开放式体系结构个人计算机起源于 IBM PC。1 9 8 1年秋季，I B M公开了包括整个计算机完整电路图的 P C机技术参考手册，其中还包括 I B M为它制造的所有扩展板。这个手册是很重要的工具，它使得许多制造商可以生产自己的 P C机扩展板并且事实上产生了 P C机的 “克隆”体—兼容P C机，兼容P C机与I B M P C机几乎完全相同且运行相同的软件。源于IBM PC的更新换代产品现在已占到桌面计算机系统大约 9 0 %的份额。尽管I B M自身只有很少的市场份额，但它毕竟要比最初的 P C机采用专有设计的封闭式体系结构所占的份额要大。苹果公司的M a c i n t o s h机开始就采用封闭式体系结构，根本不考虑开放其体系结构，这当初的决定可以用来解释为什么在目前的桌面计算机市场上 M a c i n t o s h只占有不到1 0 %的份额。（记住一点，无论一个计算机系统是在开放体系结构还是封闭体系结构下设计，都不会影响到其他公司开发在该计算机系统上运行的软件。只有那些特定的视频游戏软件开发商才会限制其他公司开发用于他们系统的软件。）最初的IBM PC使用Intel 8088微处理器，可寻址1 M存储空间。尽管8 0 8 8处理器内部是1 6 位，但在外部按照 8位来寻址存储器。 I B M为最初的P C机设计的总线现在称作 I S A（i n d u s t r y standard architecture, 工业标准体系结构）总线。扩展板上有一个 6 2针的插头，信号包括2 0个地址信号， 8个组合（复用）数据输入 /输出信号， 6个中断请求信号和 3个D M A（d i r e c t memory access，直接存储器访问）请求信号。 D M A允许存储设备（本章最后将要讲到）比采用别的方法更快地进行操作。通常，微处理器处理所有的内存读 /写操作，但通过D M A，其他设备可绕过微处理器通过总线直接进行内存读 /写操作。在S - 1 0 0系统里，所有的部件都安装在扩展板上。在 IBM PC机里，微处理器、一些支持芯片及一些R A M安装在I B M所称的系统板上，系统板也常称作主板或母板。 1 9 8 4年，I B M推出了Personal Computer AT (先进技术型个人计算机 )，它采用1 6位的I n t e l 8 0 2 8 6微处理器，可寻址1 6 M存储器。I B M保留了已有的总线，但另加了一个 3 6针的插槽，其中包括新增的7个地址信号（尽管只需要 4个），8个数据输入/输出信号，5个中断请求信号和4 个D M A请求信号。无论是数据宽度（从8位到1 6位到3 2位）还是输出的地址信号数目，当处理器在这些方面的增长超出总线能力时，就需要对总线进行更新换代；当处理器达到较高的速度时，它也会超出总线的能力。早期的总线是为时钟频率是几兆赫而不是几百兆赫的处理器设计的。如果总线的设计不能适应高速传输，则可能引起射频干扰（ R F I），从而引起收音机或电视机附近第21章总线连接 219 下载

220编的奥 Chinapub.com 下载的静态或其他噪声干扰。 1987年,IBM推出了微通道体系结构( micro channel architecture,MCA)总线,这种总线的某些方面IBM已申请了专利,这样IBM就可以从其他使用这种总线的公司收到授权费用。可能也正因为如此,MAC总线没有成为工业标准。取而代之的是1988年9家公司(不包括IBM) 联合推出的32位EISA( Extended Industry Standard Architecture,扩展的工业标准体系结构)总线。近年来, Intel公司设计的外围部件互联( peripheral component interconnect,PCI)总线在PC兼容机上已普遍采用。为理解计算机中各种不同部件是如何工作的,让我们再重新回到70年代中期较质朴的年代。假想我们正在为 Altair或者为我们自己设计的8080、6800计算机设计电路板,我们可能打算为计算机设计一些存储器,用一个键盘作输入,一个电视机作输出,此外还有一些方法用来保存关闭计算机电源时存储器中的内容。现在来看一看我们所设计的把这些部件添加到计算机中所用的各种各样的接口第16章讲过,RAM阵列有地址输入、数据输入、数据输出信号,并且有一个控制信号来写入数据到存储器。地址输入信号的个数决定了RAM阵列中可以存放的数值的个数 RAM阵列中数值的个数=2地址输入信号个数数据输入输出信号的数目表明了存放的数值的位数 70年代中期家用计算机中常用的存储器芯片是2102 CS DO DI 5V 2345678 A As R/W A, A2 A3 A4 Ao 2102是MOS( metal_ oxide semiconductor,金属氧化物半导体)家族的成员,与8080、6800 中使用的MOS技术一样,MOS半导体器件很容易与TTL芯片连接,但前者通常比TTL器件的晶体管密度高但速度较慢。通过统计地址信号(A。~A)、数据输出信号(DO)和数据输入信号(DI),可以算出这种芯片可以存放1024位。根据采用的2102芯片的类型,访问时间—即从一个地址提供给芯片到数据输出成为有效所需要的时间—从350~1000纳秒不等。R/W(读/写)信号在读存储器时是1。当向芯片写数据时,RW必须在至少为170~550纳秒的时间段内为0,这也取决于所选用的2102芯片类型。特别要提到的是CS信号,它表示片选。当信号为1时,片子不被选中,意味着片子对R/W 信号不做响应。然而,CS信号对芯片还有一种重要作用,我们下面将简单描述一下。当然,如果要为一个8位的微处理器组织存储器,则肯定希望存储器按8位而不是1位存放按最少计算,需要把8个这样的2102芯片连接在一起用来存放整个字节。可以把所有8个芯片对应的地址信号、R/W和CS信号连接起来达到此目的,结果如下图所示:

220 编码的奥秘下载的静态或其他噪声干扰。 1 9 8 7年，I B M推出了微通道体系结构（ micro channel architecture，M C A）总线，这种总线的某些方面I B M已申请了专利，这样 I B M就可以从其他使用这种总线的公司收到授权费用。可能也正因为如此， M A C总线没有成为工业标准。取而代之的是 1 9 8 8年9家公司(不包括I B M ) 联合推出的3 2位E I S A（Extended Industry Standard Architecture,扩展的工业标准体系结构）总线。近年来，I n t e l公司设计的外围部件互联（ peripheral component interconnect，P C I）总线在P C兼容机上已普遍采用。为理解计算机中各种不同部件是如何工作的，让我们再重新回到 7 0年代中期较质朴的年代。假想我们正在为A l t a i r或者为我们自己设计的 8 0 8 0、6 8 0 0计算机设计电路板，我们可能打算为计算机设计一些存储器，用一个键盘作输入，一个电视机作输出，此外还有一些方法用来保存关闭计算机电源时存储器中的内容。现在来看一看我们所设计的把这些部件添加到计算机中所用的各种各样的接口。第1 6章讲过，R A M阵列有地址输入、数据输入、数据输出信号，并且有一个控制信号用来写入数据到存储器。地址输入信号的个数决定了 R A M阵列中可以存放的数值的个数： R A M阵列中数值的个数 = 2 地址输入信号个数数据输入/输出信号的数目表明了存放的数值的位数。 7 0年代中期家用计算机中常用的存储器芯片是 2 1 0 2： 2 1 0 2是MOS(metal_oxide semiconductor, 金属氧化物半导体)家族的成员，与8 0 8 0、6 8 0 0 中使用的M O S技术一样，M O S半导体器件很容易与 T T L芯片连接，但前者通常比 T T L器件的晶体管密度高但速度较慢。通过统计地址信号（A0～A9）、数据输出信号（D O）和数据输入信号（ D I），可以算出这种芯片可以存放 1 0 2 4位。根据采用的 2 1 0 2芯片的类型，访问时间—即从一个地址提供给芯片到数据输出成为有效所需要的时间—从3 5 0～1 0 0 0纳秒不等。R /－W（读/写）信号在读存储器时是1。当向芯片写数据时， R /－W必须在至少为1 7 0～5 5 0纳秒的时间段内为0，这也取决于所选用的2 1 0 2芯片类型。特别要提到的是－C S信号，它表示片选。当信号为1时，片子不被选中，意味着片子对R /－ W 信号不做响应。然而，－C S信号对芯片还有一种重要作用，我们下面将简单描述一下。当然，如果要为一个8位的微处理器组织存储器，则肯定希望存储器按 8位而不是1位存放。按最少计算，需要把 8个这样的2 1 0 2芯片连接在一起用来存放整个字节。可以把所有 8个芯片对应的地址信号、R /－ W和－C S信号连接起来达到此目的，结果如下图所示：

Chinaopub.com 第1章线连接223 CS第1个存储体 CS第2个存储体 CS第3个存储体 CS第4个存储体 A 例如A=0,A1=1,则选择第3个存储体如果回忆一下第16章所讲的组织RAM阵列的繁琐细节,可能会认为还需要8个4-1选择器从4个存储体中选择正确的数据输入信号。但是,这并不需要。通常,TTL兼容集成电路的输出信号或者大于2.2伏(逻辑1)或者小于0.4伏(逻辑0)。如果试着把输出信号连接起来,会出现什么情况呢?如果一个集成电路的输出为1,另一个输出为0,把这两个输出连接到一起后,结果会是什么呢?你是无法回答的。那么为什么集成电路的输出信号不能连接在一起呢? 2102芯片的数据输出信号是三态输出。除了逻辑0和逻辑1外,数据输出信号还可以是第三种状态,这种状态就是什么都不是,就好像芯片的引脚什么都没有连接。当CS输入为1的时候,2102芯片就进入第三种状态,这意味着可以把4个存储体对应的数据输出信号连接到起,并用这8个组合输出作为总线的8个数据输入信号需要强调一下三态输出的概念,因为它对总线的操作至关重要。连到总线上的所有芯片都可以使用总线上的数据输入信号向处理器传送数据。任何时候,连到总线上的众多电路板中只有一个用来确定总线上的数据输入信号是什么。其他电路板不被选中,输出为第三态。 2102芯片是一个静态随机访问存储芯片,即SRAM,与动态RAM(DRAM)不同。 SRAM每存储1位需要4个晶体管(与第16章讲到的用触发器作存储器所需要的晶体管数不完全相同),而DRAM每位只需要一个晶体管。DRAM的缺点是它的外围支持电路较复杂只要芯片有电,SRAM芯片如2102就会保持已存储的内容:如果断电,则内容会丢失在这方面,DRAM也是如此。但DRAM还需要周期性地对存储器进行访问,即使这些内容是不需要的。这称之为刷新,1秒钟内含有好几百次刷新,就好像隔一段时间就推一下某个人使他不要入睡一样。抛开在使用DRAM上的争论,过去几年DRAM芯片容量的不断增长使得DRAM得到广泛的应用。1975年, Intel公司首创了DRAM芯片,它可以存储16384位。与摩尔法则一致, )RAM芯片的容量基本上是每三年增长4倍。现在的计算机通常在系统板上有存储器槽,可以插上若干个DRAM芯片组成称为单行直插存储体(SIMM)或双行直插存储体(DIMM)的小电路板。现在128MB的DMM售价在$300以下即然已经知道了如何组织存储器,因此可不必把微处理器的存储空间都分配给存储器, 可以留一部分存储空间给输出设备阴极射线管(CRT)——外观上有些像在家里看到的电视机——已成为计算机最普通的输

第21章总线连接 223 下载例如A1 0 = 0，A11 = 1，则选择第3个存储体。如果回忆一下第 1 6章所讲的组织R A M阵列的繁琐细节，可能会认为还需要 8个4 - 1选择器从4个存储体中选择正确的数据输入信号。但是，这并不需要。通常，T T L兼容集成电路的输出信号或者大于 2 . 2伏（逻辑1）或者小于 0 . 4伏（逻辑0）。如果试着把输出信号连接起来，会出现什么情况呢？如果一个集成电路的输出为 1，另一个输出为0，把这两个输出连接到一起后，结果会是什么呢？你是无法回答的。那么为什么集成电路的输出信号不能连接在一起呢？ 2 1 0 2芯片的数据输出信号是三态输出。除了逻辑0和逻辑1外，数据输出信号还可以是第三种状态，这种状态就是什么都不是，就好像芯片的引脚什么都没有连接。当－C S输入为1的时候，2 1 0 2芯片就进入第三种状态，这意味着可以把 4个存储体对应的数据输出信号连接到一起，并用这8个组合输出作为总线的8个数据输入信号。需要强调一下三态输出的概念，因为它对总线的操作至关重要。连到总线上的所有芯片都可以使用总线上的数据输入信号向处理器传送数据。任何时候，连到总线上的众多电路板中只有一个用来确定总线上的数据输入信号是什么。其他电路板不被选中，输出为第三态。 2 1 0 2芯片是一个静态随机访问存储芯片，即 S R A M，与动态 R A M（D R A M）不同。 S R A M每存储1位需要4个晶体管（与第1 6章讲到的用触发器作存储器所需要的晶体管数不完全相同），而D R A M每位只需要一个晶体管。D R A M的缺点是它的外围支持电路较复杂。只要芯片有电， S R A M芯片如2 1 0 2就会保持已存储的内容；如果断电，则内容会丢失。在这方面，D R A M也是如此。但D R A M还需要周期性地对存储器进行访问，即使这些内容是不需要的。这称之为刷新， 1秒钟内含有好几百次刷新，就好像隔一段时间就推一下某个人使他不要入睡一样。抛开在使用D R A M上的争论，过去几年 DRAM 芯片容量的不断增长使得 D R A M得到广泛的应用。 1 9 7 5年，I n t e l公司首创了 D R A M芯片，它可以存储 16 384位。与摩尔法则一致， D R A M芯片的容量基本上是每三年增长 4倍。现在的计算机通常在系统板上有存储器槽，可以插上若干个D R A M芯片组成称为单行直插存储体（ S I M M）或双行直插存储体（ D I M M）的小电路板。现在1 2 8 M B的D I M M售价在$ 300以下。即然已经知道了如何组织存储器，因此可不必把微处理器的存储空间都分配给存储器，可以留一部分存储空间给输出设备。阴极射线管（C RT）—外观上有些像在家里看到的电视机—已成为计算机最普通的输－CS第1个存储体－CS第2个存储体－CS第3个存储体－CS第4个存储体

224编的奥 Ca°pup数出设备。连到计算机上的CRT通常称为视频显示器或监视器,提供信号给显示器的电子部件称为视频适配器。视频适配器是计算机中的一块电路板,通常称为视频卡。虽然视频显示器或电视机的二维图像看起来似乎很复杂,但它实际上是由一束连续的射线很快扫过屏幕而形成的。射线从左上角开始,从左到右扫过屏幕,然后很快回到左边,开始第2行。每个水平行称为扫描行,每次回到下一行的开始称为水平回扫。当射线扫描完最后一行后,就从屏幕右下角回到左上角(垂直回扫),并不断重复这一过程。以美国的电视信号为例,这种扫描每秒进行60次,称之为场频。由于扫描速度很快,图像在屏幕不会出现闪烁由于采用隔行扫描,电视的情况有点儿复杂。两个场需要用来形成一个单独的帧,帧是个完整的静态视频图像。每个场完成整个帧的一半扫描线一—第一个场完成偶数扫描线, 第二个场完成奇数扫描线。水平扫描频率,即扫描每个水平行的频率,为15750赫兹。把它除以60赫兹,为262.5行,这就是一个场的扫描线数。整个帧是它的两倍,即525条扫描线不考虑隔行扫描技术的细节,生成视频图像的连续射线由一个连续信号来控制的电视节目在进行广播或通过有线电视系统传送的时候是音频和视频的混和,但最终还是分开的。这里讲到的视频信号与从ⅤCR、摄像机和电视机的视频插口上输入/输出的信号是一致的。对黑白电视来说,视频信号很简单也容易理解(彩色电视则要麻烦一些)。每秒60次场扫描,同时扫描信号中包含有用来标明一个场开始的垂直同步脉冲,脉冲电压为0伏(地),宽度为400毫秒。水平同步脉冲用来标明每个扫描行的开始,它的信号为0伏,宽度为5毫秒,每秒出现15750次。在两次水平同步脉冲之间,信号从0.5伏(黑)~2伏(白)变化,0.5伏~2 伏之间的电压用来表示灰度。因而电视图像部分是数字的,部分是模拟的。图像在垂直方向上分成525行,但每一个扫描线的电压是连续变化的——一用来模拟图像的可视强度。但是电压并不是无限制地变化,电视机能响应的信号变化频率有上限,称为电视机带宽。带宽是通信中很重要的概念,它关系到某个传输媒体上能够传输的信息量。在电视机中, 带宽限制了视频信号变化的速率。美国的广播电视带宽为42MHz。如果把视频显示器连接到计算机,则很难把显示器想像成是模拟和数字混合的设备,它很容易看成是一个地地道道的数字设备。从计算机的观点来看,视频图像很容易想像成是由离散的点组成的矩形网格,这些离散的点称之为像素视频带宽限制了水平扫描行上像素的个数。我们定义带宽为视频信号变化(从黑到白,再从白到黑)的速率。具有42MH带宽的电视机允许每秒420万次2个像素或者一—用水平扫描频率15750去除2×4200000——每个水平扫描行533个像素。但是大约1/3的像素是不可用的因为它们被隐藏了一—或者在图像的远端或者在射线水平回扫中。水平扫描行上剩下大约有 320个像素是有用的过程中都会有损失。计算机在用电视机显示时不采用隔行扫描,垂直方向上的像素数同样,在垂直方向上也不是525个像素都有用。实际上,在屏幕的上、下部和在垂直回 20 因此,最初连到普通电视机上的视频适配器的分辨率为320×200,即水平方向320个像素垂直方向200个像素

出设备。连到计算机上的 C RT通常称为视频显示器或监视器，提供信号给显示器的电子部件称为视频适配器。视频适配器是计算机中的一块电路板，通常称为视频卡。虽然视频显示器或电视机的二维图像看起来似乎很复杂，但它实际上是由一束连续的射线很快扫过屏幕而形成的。射线从左上角开始，从左到右扫过屏幕，然后很快回到左边，开始第2行。每个水平行称为扫描行，每次回到下一行的开始称为水平回扫。当射线扫描完最后一行后，就从屏幕右下角回到左上角（垂直回扫），并不断重复这一过程。以美国的电视信号为例，这种扫描每秒进行 6 0次，称之为场频。由于扫描速度很快，图像在屏幕不会出现闪烁。由于采用隔行扫描，电视的情况有点儿复杂。两个场需要用来形成一个单独的帧，帧是一个完整的静态视频图像。每个场完成整个帧的一半扫描线—第一个场完成偶数扫描线，第二个场完成奇数扫描线。水平扫描频率，即扫描每个水平行的频率，为 15 750赫兹。把它除以6 0赫兹，为2 6 2 . 5行，这就是一个场的扫描线数。整个帧是它的两倍，即 5 2 5条扫描线。不考虑隔行扫描技术的细节，生成视频图像的连续射线由一个连续信号来控制的。尽管电视节目在进行广播或通过有线电视系统传送的时候是音频和视频的混和，但最终还是分开的。这里讲到的视频信号与从 V C R、摄像机和电视机的视频插口上输入 /输出的信号是一致的。对黑白电视来说，视频信号很简单也容易理解（彩色电视则要麻烦一些）。每秒6 0次场扫描，同时扫描信号中包含有用来标明一个场开始的垂直同步脉冲，脉冲电压为 0伏（地），宽度为4 0 0毫秒。水平同步脉冲用来标明每个扫描行的开始，它的信号为 0伏，宽度为5毫秒，每秒出现15 750次。在两次水平同步脉冲之间，信号从 0 . 5伏（黑）～2伏（白）变化，0 . 5伏～2 伏之间的电压用来表示灰度。因而电视图像部分是数字的，部分是模拟的。图像在垂直方向上分成 5 2 5行，但每一个扫描线的电压是连续变化的—用来模拟图像的可视强度。但是电压并不是无限制地变化，电视机能响应的信号变化频率有上限，称为电视机带宽。带宽是通信中很重要的概念，它关系到某个传输媒体上能够传输的信息量。在电视机中，带宽限制了视频信号变化的速率。美国的广播电视带宽为 4 . 2 M H z。如果把视频显示器连接到计算机，则很难把显示器想像成是模拟和数字混合的设备，它很容易看成是一个地地道道的数字设备。从计算机的观点来看，视频图像很容易想像成是由离散的点组成的矩形网格，这些离散的点称之为像素。视频带宽限制了水平扫描行上像素的个数。我们定义带宽为视频信号变化 (从黑到白，再从白到黑)的速率。具有4 . 2 M H z带宽的电视机允许每秒 4 2 0万次2个像素或者—用水平扫描频率15 750去除2×4 200 000—每个水平扫描行 5 3 3个像素。但是大约 1 / 3的像素是不可用的，因为它们被隐藏了—或者在图像的远端或者在射线水平回扫中。水平扫描行上剩下大约有 3 2 0个像素是有用的。同样，在垂直方向上也不是 5 2 5个像素都有用。实际上，在屏幕的上、下部和在垂直回扫过程中都会有损失。计算机在用电视机显示时不采用隔行扫描，垂直方向上的像素数目是 2 0 0。因此，最初连到普通电视机上的视频适配器的分辨率为 3 2 0×2 0 0，即水平方向3 2 0个像素，垂直方向2 0 0个像素： 224 编码的奥秘下载

226编的肉 China°dC 下载 T by AMy Lowell ew1是号= from. you henI ened druM call out for you against the ut ted seaet into the ridges of the wind amps of the ci ty prick eges Nhy should longer see your face To wound My the night upon the sharp edges o￡视频适配器需要一些RAM来存储所显示的信息,微处理器可以向这个RAM写入信息用来改变屏幕显示的信息。更为方便的是,这个RAM可以是微处理器存储空间的一部分。上面讲到的显示适配器需要多少RAM呢? 这并不是一个简单的问题,结果可能的范围是从1KB~192KB 从最低估计开始,减少视频适配器所需存储器的方法之一就是限制适配器只显示字符。我们已知一屏可以显示25行,每行40个字符,即总共1000个字符。这样视频适配器上的RAM 只需存储这1000个字符的7位ASCI码。这1000个7位值大约是1024字节即1KB 视频适配器还需要有包含所有ASCI码字符点阵的字符生成器,这些字符生成器通常是只读存储器,即ROM。ROM是一种集成电路,特定的地址下得到特定的数据输出。不像RAM, ROM没有数据输入信号也可把ROM看成是把一种代码转换成另一种代码的转换电路。存储128个ASCI码字符的 8×8点阵的ROM需要7个地址信号(代表ASCI码)和64个数据输出信号。这样,ROM就把7 位ASCI码转换成可确定字符显示结果的64位代码。然而64位的输出信号会使得芯片过大!如果有10个地址信号、8个输出信号就会变得很方便,其中7位地址信号确定某一ASCI码字符 (这7位地址信号来自于视频适配器的数据输出),其余3个地址信号用来标识字符中的一行如:地址000标识最高行:111标识最低行。8位输出是每一行的8个像素。例如,假设ASC码为4h。这是大写字母A,且有8行,每行8位。下表显示了字符A的10 位地址(空格分开了ASCI码和行代码)和数据输出信号地址数据输出 1000001000 0110000 100000100 01111000 1000001010 l1001100 100000l10l1 000001100 1000001 l10010 1000001111

226 编码的奥秘下载视频适配器需要一些R A M来存储所显示的信息，微处理器可以向这个 R A M写入信息用来改变屏幕显示的信息。更为方便的是，这个 R A M可以是微处理器存储空间的一部分。上面讲到的显示适配器需要多少R A M呢？这并不是一个简单的问题，结果可能的范围是从 1 K B～1 9 2 K B。从最低估计开始，减少视频适配器所需存储器的方法之一就是限制适配器只显示字符。我们已知一屏可以显示 2 5行，每行4 0个字符，即总共1 0 0 0个字符。这样视频适配器上的 R A M 只需存储这1 0 0 0个字符的7位A S C I I码。这1 0 0 0个7位值大约是1 0 2 4字节即1 K B。视频适配器还需要有包含所有 A S C I I码字符点阵的字符生成器，这些字符生成器通常是只读存储器，即R O M。R O M是一种集成电路，特定的地址下得到特定的数据输出。不像 R A M， R O M没有数据输入信号。也可把R O M看成是把一种代码转换成另一种代码的转换电路。存储 1 2 8个A S C I I码字符的 8×8点阵的R O M需要7个地址信号（代表A S C I I码）和6 4个数据输出信号。这样， R O M就把7 位A S C I I码转换成可确定字符显示结果的 6 4位代码。然而6 4位的输出信号会使得芯片过大！如果有1 0个地址信号、 8个输出信号就会变得很方便，其中 7位地址信号确定某一 A S C I I码字符（这7位地址信号来自于视频适配器的数据输出），其余3个地址信号用来标识字符中的一行。如：地址0 0 0标识最高行；111标识最低行。8位输出是每一行的8个像素。例如，假设A S C I I码为4 1 h。这是大写字母A，且有8行，每行8位。下表显示了字符A的1 0 位地址（空格分开了A S C I I码和行代码）和数据输出信号：地址数据输出 1000001 000 0 0 11 0 0 0 0 1000001 001 0 1111 0 0 0 1000001 010 11 0 0 11 0 0 1000001 011 11 0 0 11 0 0 1000001 100 111111 0 0 1000001 101 11 0 0 11 0 0 1000001 11 0 11 0 0 11 0 0 1000001 111 0 0 0 0 0 0 0 0

Chinaopub.com 第1线连接227 从中你是否看见了以0构成的背景上显示1来画出的A? 显示字符的视频显示适配器必须还要有一个光标逻辑电路。光标是一个小下划线用来表明键盘中输入的下一个字符将要显示的位置。光标字符的行,列位置值通常存在视频卡的两个8位寄存器中,微处理器可向其中写入数据。如果显示适配器并非只限于显示文本,则称为图像适配器。微处理器通过写入信息到图像视频卡上的RAM而在屏幕上显示图像,其中包括各种大小和模式的字符。图像视频卡比仅显示字符的视频卡所需的存储器容量要大。显示320×200像素的图像视频卡有64000个像素如果一个像素对应于1位RAM,则该视频卡需要64000位RAM,即8000字节。但是,这是最低的要求。1位对应于1个像素只能表示两种颜色一—如,黑和白。0可能对应于黑色像素,1 可能对应于白色像素。当然,黑白电视机显示的不仅仅是黑、白两种颜色,还可以显示出不同的灰度。为了在图像视频卡上显示灰度,通常一个像素对应于一个字节的RAM。00h对应于黑色,FFh对应于白色,中间的数据对应于不同的灰度。显示256种不同灰度的320×200视频卡需要64000字节的RAM,与一直在讲的8位微处理器的整个地址空间非常接近如果要达到很好的色彩效果,则每个像素需要3个字节。仔细观察彩色电视机或计算机的视频显示器,可以看到每种颜色是三原色,即红、绿和蓝的不同混合。为了获得各种颜色, 需要一个字节来标明三原色每种颜色的强度。这样需要192000字节的RAM。(本书最后一章将会讲到更多有关彩色图形的内容。) 视频适配器能够显示的颜色的多少与每个像素所用的位数有关。这种关系与本书中讲到的许多编码很相似,也牵涉到2的幂颜色数=2每个像素使用的位数 320×200分辨率是标准电视机所能达到的最大分辨率,正因为如此,为计算机特制的显示器比电视机具有更高的带宽。1981年 IBM PC所用的显示器可以显示25行,每行80个字符, 这是IBM巨大且昂贵的大型机的CRT显示器上的字符数目。对IBM来说,80是一个很特殊的数字,因为它正好是IBM穿孔卡片上的字符数。的确,早期连到主机上的CRT显示器主要用来显示穿孔卡片的内容。偶尔你会听到一种过时的叫法,把仅显示字符的视频显示器的所有行称为卡片。多年来,视频显示适配器的分辨率及显示的颜色不断增加。一个重要的里程碑是1987年 IBM PS/个人计算机系列和苹果公司的 Macintosh ll都采用了水平640像素,垂直480像素的视频适配器。这是从那时起就已保持的最低标准的视频分辨率了 640×480分辨率是一个具有重要意义的里程碑。也许你不会相信,它之所以重要的原因还要追溯到托尔斯·爱迪生!大约在1889年,当爱迪生和工程师 William Kennedy Laurie Dickson研究电影摄影机和电影放影机的时候,他们决定使电影画面的宽比高要多出1/3。宽和高的比例称为长宽比。 Edison和 Dickson确定的这个比例通常表示为1.33:1或4:3;在60多年的时间里,这个长宽比为许多电影所采用,并且电视上也采用了这个长宽比。直到1950年的早期,好莱坞引入宽银幕技术来与电视竞争才打破了4:3的长宽比。像电视一样,许多计算机监视器的长宽比也是4:3,这很容易用尺子测量一下来验证 640×480分辨率的比例也是4:3,这意味着水平方向上100个像素的物理长度与垂直方向上 100个像素的物理长度是一样的。这是计算机图像的重要特征,称之为正方形像素。现在的视频适配器和监视器都能实现640×480的分辨率,但也存在其他各种各样的显示

第21章总线连接 227 下载从中你是否看见了以0构成的背景上显示1来画出的A？显示字符的视频显示适配器必须还要有一个光标逻辑电路。光标是一个小下划线用来表明键盘中输入的下一个字符将要显示的位置。光标字符的行，列位置值通常存在视频卡的两个8位寄存器中，微处理器可向其中写入数据。如果显示适配器并非只限于显示文本，则称为图像适配器。微处理器通过写入信息到图像视频卡上的R A M而在屏幕上显示图像，其中包括各种大小和模式的字符。图像视频卡比仅显示字符的视频卡所需的存储器容量要大。显示 3 2 0×2 0 0像素的图像视频卡有64 000个像素。如果一个像素对应于 1位R A M，则该视频卡需要 64 000位R A M，即8 0 0 0字节。但是，这是最低的要求。 1位对应于1个像素只能表示两种颜色—如，黑和白。 0可能对应于黑色像素， 1 可能对应于白色像素。当然，黑白电视机显示的不仅仅是黑、白两种颜色，还可以显示出不同的灰度。为了在图像视频卡上显示灰度，通常一个像素对应于一个字节的 R A M。00h 对应于黑色，F F h对应于白色，中间的数据对应于不同的灰度。显示 2 5 6种不同灰度的3 2 0×2 0 0视频卡需要64 000字节的R A M，与一直在讲的8位微处理器的整个地址空间非常接近。如果要达到很好的色彩效果，则每个像素需要 3个字节。仔细观察彩色电视机或计算机的视频显示器，可以看到每种颜色是三原色，即红、绿和蓝的不同混合。为了获得各种颜色，需要一个字节来标明三原色每种颜色的强度。这样需要 192 000字节的R A M。（本书最后一章将会讲到更多有关彩色图形的内容。）视频适配器能够显示的颜色的多少与每个像素所用的位数有关。这种关系与本书中讲到的许多编码很相似，也牵涉到 2的幂：颜色数 = 2每个像素使用的位数 3 2 0×2 0 0分辨率是标准电视机所能达到的最大分辨率，正因为如此，为计算机特制的显示器比电视机具有更高的带宽。 1 9 8 1年IBM PC所用的显示器可以显示 2 5行，每行8 0个字符，这是I B M巨大且昂贵的大型机的 C RT显示器上的字符数目。对 I B M来说，8 0是一个很特殊的数字，因为它正好是 I B M穿孔卡片上的字符数。的确，早期连到主机上的 C RT显示器主要用来显示穿孔卡片的内容。偶尔你会听到一种过时的叫法，把仅显示字符的视频显示器的所有行称为卡片。多年来，视频显示适配器的分辨率及显示的颜色不断增加。一个重要的里程碑是 1 9 8 7年 IBM PS/2个人计算机系列和苹果公司的 Macintosh II都采用了水平6 4 0像素，垂直4 8 0像素的视频适配器。这是从那时起就已保持的最低标准的视频分辨率了。 6 4 0×4 8 0分辨率是一个具有重要意义的里程碑。也许你不会相信，它之所以重要的原因还要追溯到托尔斯·爱迪生！大约在 1 8 8 9年，当爱迪生和工程师 William Kennedy Laurie D i c k s o n研究电影摄影机和电影放影机的时候，他们决定使电影画面的宽比高要多出 1 / 3。宽和高的比例称为长宽比。E d i s o n和D i c k s o n确定的这个比例通常表示为 1 . 3 3∶1或4∶3；在6 0多年的时间里，这个长宽比为许多电影所采用，并且电视上也采用了这个长宽比。直到 1 9 5 0年的早期，好莱坞引入宽银幕技术来与电视竞争才打破了 4∶3的长宽比。像电视一样，许多计算机监视器的长宽比也是 4∶3，这很容易用尺子测量一下来验证。 6 4 0×4 8 0分辨率的比例也是 4∶3，这意味着水平方向上 1 0 0个像素的物理长度与垂直方向上 1 0 0个像素的物理长度是一样的。这是计算机图像的重要特征，称之为正方形像素。现在的视频适配器和监视器都能实现 6 4 0×4 8 0的分辨率，但也存在其他各种各样的显示

《计算机原理》课程教学资源：机械工业出版社《编码的奥秘》参考书籍（PDF电子书）第21章 总线连接

《计算机原理》课程教学资源：机械工业出版社《编码的奥秘》参考书籍（PDF电子书）第21章总线连接