微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)第1章

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,主要內(nèi)容,本課程緊密結(jié)合電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，以微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用為主題，以,Intel8086CPU,為主線，系統(tǒng)介紹了,微處理器,(,第二章）、,指令系統(tǒng)（匯編語(yǔ)言）,(,第三、四章）,、,存儲(chǔ)器,（第五章）、,接口技術(shù),（第六至十二章）、,總線結(jié)構(gòu),（第六章）一系列技術(shù)，從而使大家能較清楚的了解微機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作流程，建立起系統(tǒng)的概念本課程系統(tǒng)介紹了微機(jī)中的常用接口原理和應(yīng)用技術(shù)，包括,七大,可編程,接口芯片：中斷控制器,8259A,、計(jì)數(shù)器,/,定時(shí)器,8253,、并行接口,8255A,、串行接口,8251A,、,D/A A/D,轉(zhuǎn)換器、,DMA,控制器,8237,A,、人機(jī)接口第,1,章 緒論,本章重點(diǎn)：,1,、,微處理器（,CPU,）,、微型計(jì)算機(jī)和,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別,2,、,CPU,的功能和組成部件,3,、,微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),1-1,微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況,電子計(jì)算機(jī)分為巨型機(jī)（第一代）、大型機(jī)（第二代）、中小型機(jī)（第三代）和,微型機(jī),（第四代）微型計(jì)算機(jī)采用大規(guī)模集成電路（,LSI,）、超大規(guī)模集成電路（,VLSI,）為主要部件，以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤(pán)為內(nèi)、外存儲(chǔ)器；在軟件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想。

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以微處理器的發(fā)展為主要標(biāo)志1981-1992）,（,1993,后）,第一代,4,位和低檔,8,位機(jī),Intel 4004,第二代,中高檔,8,位機(jī),8080/8085、Z80、MC6800,第三代,16,位機(jī),Intel 8086、Z8000、MC6800,第四代,32,位機(jī),80386、80486,第五代,64,位機(jī),Intel Pentium,（,1971-1973,）,（1974-1978）,（1978-1981）,特點(diǎn)：,1,、速度越來(lái)越快2,、容量越來(lái)越大3,、功能越來(lái)越強(qiáng)微處理器的發(fā)展概況,將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡(jiǎn)稱(chēng)為微處理器字長(zhǎng),第五代微處理器：,1993,年,3,月,Intel,公司制造出,Pentium,（,奔騰）微處理器；,1995,年,11,月，推出了,Pentium Pro,，,接著又推出了含有,MMX,（,多媒體擴(kuò)展指令集）功能的,Pentium,處理器,P55C,；,1999,年,11,月推出,P,微處理器；,2000,年,11,月，,Intel,推出更新的微處理器芯片,P4,目前市場(chǎng)上,P4,的集成度為：,4200,萬(wàn)管,/,片，時(shí)鐘頻率為：,3GHz,）,Motorola,、,Zilog,等公司也推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。

1-2,微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),*,微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別,1.2.1,微處理器,*,CPU,的,功能：,取指,譯碼,執(zhí)行,*,CPU,的,內(nèi)部結(jié)構(gòu)：,算術(shù)邏輯單元（,ALU),；,累加器和通用寄存器組；,程序計(jì)數(shù)器,(,指令指針,),、,指令寄存器和譯碼器；,時(shí)序和控制部件1.2.2,微型計(jì)算機(jī),*,微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：,由,CPU,、,存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成存儲(chǔ)器,一、功能：,存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)二、分類(lèi)：,內(nèi)部存儲(chǔ)器（內(nèi)存或主存）、外部存儲(chǔ)器CPU,超,高,速,緩,存,主,存,輔,助,存,儲(chǔ),器,外,存,內(nèi)部存儲(chǔ)器,外部存儲(chǔ)器,1.,內(nèi)部存儲(chǔ)器,是,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)部件，用于存放,正在運(yùn)行,的程序、程序所使用的,原始,數(shù)據(jù),、中間結(jié)果和最終結(jié)果等各種信息,，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)中心內(nèi)存,（,Memory,）,直接,和,CPU,交換信息1,）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（,RAM,）：,SRAM,、,DRAM,（,2,）,只讀存儲(chǔ)器（,ROM,）：,掩膜,ROM,、,PROM,、,EPROM,、,E,2,PROM,3,）,超高速緩存,Cache,Cache,技術(shù)的采用是為解決微處理器速度不斷提高而,DRAM,速度不能與之匹配的問(wèn)題。

出發(fā)點(diǎn)就是用,SRAM,和,DRAM,構(gòu)成一個(gè)組合地存儲(chǔ)系統(tǒng)，使它既有,SRAM,和,DRAM,的優(yōu)點(diǎn)具體就是在主存和高速,CPU,之間設(shè)置一個(gè)小容量的,SRAM,作為高速緩存，其中存放,CPU,常用的指令和數(shù)據(jù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，用來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)用戶輸入的數(shù)據(jù)與程序可隨機(jī)地讀出與寫(xiě)入只讀存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)微機(jī)系統(tǒng)管理程序,BIOS,等,(,芯片制造時(shí)寫(xiě)入,),只能讀出，不能寫(xiě)入2.,外部存儲(chǔ)器,用于存放暫不運(yùn)行的程序和輸入處理的數(shù)據(jù)磁存儲(chǔ)器：,硬磁盤(pán)、軟盤(pán)一般,1.44MB,軟盤(pán)的磁道為雙面、每面有,80,個(gè)磁道，每個(gè)磁道為,18,個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有,512,個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)容量為：,2,面,80,磁道,/,面,18,扇區(qū),/,磁道,512,字節(jié),/,扇區(qū),=1.44MB,硬磁盤(pán)一般為,120GB,，,7200,轉(zhuǎn),/,分典型的硬盤(pán)接口有：,IDE,（,PC,機(jī)系統(tǒng)接口）、,SCSI,（,小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口,）、,ESDI,（,增強(qiáng)型小型外設(shè)接口）、,IPI,（,智能外設(shè)接口）三、有關(guān)內(nèi)存儲(chǔ)器的幾個(gè)概念,1,、內(nèi)存單元,內(nèi)存由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)內(nèi)存單元可存放一組二進(jìn)數(shù)在微機(jī)中規(guī)定每個(gè)內(nèi)存單元可存放,8,位二進(jìn)制數(shù)，即一個(gè)內(nèi)存單元存放一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。

2,、內(nèi)存單元的地址,為了區(qū)分各個(gè)不同的內(nèi)存單元，就給每個(gè)存儲(chǔ)單元編上不同的號(hào)碼，即內(nèi)存地址CPU,要訪問(wèn)某個(gè)單元時(shí)，先要通過(guò)地址總線送出該單元的地址號(hào)內(nèi)存的,每個(gè)單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單元內(nèi)容的尋址1 0 1 1 0 1 1 0,38F04H,內(nèi)存單元地址,內(nèi)存單元內(nèi)容,.,.,.,.,.,.,7 6 5 4 3 2 1 0,3,、內(nèi)存容量,內(nèi)存所含存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量：,某微機(jī)配置,2,條,128MB,的,DRAM,內(nèi)存條，其內(nèi)存容量為,256MB,4,、內(nèi)存操作,讀：,將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入,CPU,，,原單元內(nèi)容不改變；,寫(xiě)：,CPU,將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來(lái)的內(nèi)容被覆蓋刷新：,重寫(xiě)存儲(chǔ)單元，僅動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器有此操作地址,存放內(nèi)容二進(jìn)制表示,十六進(jìn)制表示,FFFFFH,11000010,11000010,FFFFEH,C2H,18H,00010010,00009H,12H,00110100,00008H,34H,01110000,00000H,70H,內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容示意圖,工作過(guò)程：,為了解決存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本之間的矛盾，在主存和,CPU,之間設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器,Cache,，,在主存和外存之間設(shè)置輔存。

把正在執(zhí)行的指令代碼單元附近的一部分指令代碼或數(shù)據(jù)從主存裝入,Cache,中，供,CPU,在一段時(shí)間內(nèi)使用其特點(diǎn)是整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量及單位成本能夠主存相當(dāng)，而存取速度可以與,Cache,的讀寫(xiě)速度相當(dāng)，這就很好地解決了存儲(chǔ)器系統(tǒng)的上述三個(gè)方面性能之間的矛盾主存,-,輔存結(jié)構(gòu)解決了存儲(chǔ)器的大容量要求和低成本之間的矛盾，從整體看，其速度接近于主存的速度，其容量則接近于輔存的容量，而每位平均價(jià)格也接近于廉價(jià)的慢速的輔存平均價(jià)格這種系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，就逐步形成了現(xiàn)在廣泛使用的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)輸入,/,輸出接口電路,輸入,/,輸出接口電路也稱(chēng)為,I/O,（,Input/Output,）,電路，即通常所說(shuō)的適配器、適配卡或接口卡它是微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁主要用于,CPU,與外設(shè)之間的,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、速度匹配、電平匹配,等舉例來(lái)說(shuō)，顯示器連接到總線上需要顯卡，音箱連接到總線上需要聲卡，鍵盤(pán)連接到總線上需要鍵盤(pán)接口（現(xiàn)在的鍵盤(pán)接口是固化到主板上了，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單）主要接口芯片有：鎖存器（,273,、,373,），數(shù)據(jù)緩沖器（,244,、,245,），可編程中斷控制器,8259A,，,可編程定時(shí)器,/,計(jì)數(shù)器,8253,，可編程并行接口（,8255,、,8155,），可編程串行接口,8251,，,DMA,控制器,8237A,，數(shù),/,模轉(zhuǎn)換器（,ADC0809,、,ICL7135,），,模數(shù)轉(zhuǎn)換器（,DAC0832,）,等。

傳送控制信息的總線其中，有些信號(hào),線將,CPU,的控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)送往外設(shè)，,外設(shè)請(qǐng)求或聯(lián)絡(luò)信號(hào)送往,CPU,，,個(gè)別信號(hào)線,兼有以上兩種情況所以在討論控制總線的,傳送方向時(shí)要具體到某一個(gè)信號(hào)，它們可能,是輸出、輸入或者雙向的傳送數(shù)據(jù)信息的總線在,CPU,進(jìn)行讀,操作時(shí)，內(nèi)存或外設(shè)的數(shù)據(jù)通過(guò),DB,總線送,往,CPU,；在,CPU,進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，,CPU,數(shù)據(jù),通過(guò),DB,總線送往內(nèi)存或外設(shè)，所以該總線,為雙向總線總線,連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他主要功能部件的橋梁，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信息輸送的樞紐，只有通過(guò)總線，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件才能實(shí)現(xiàn)相互通信總線標(biāo)準(zhǔn)：,物理特性：,根數(shù)、插頭、插座的形狀、引腳排列；,功能特性：,每根線的功能；,電器特性：,每根線上信號(hào)的傳送方向及電平規(guī)定；,時(shí)間特性：,時(shí)序，每根線上信號(hào)何時(shí)有效總線的分類(lèi)：,（,1,）內(nèi)部總線：,微處理器內(nèi)部各個(gè)器件之間傳送信息的通路2,）元件級(jí)總線：,連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連各主要部件的總線可分為：,（,3,）系統(tǒng)總線：,微處理機(jī)機(jī)箱內(nèi)的底板總線可分為：,ISA,、,EISA,、,VESA,局部總線、,PCI,局部總線等4,）外部總線：,微機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與外設(shè)之間的總線。

常用的有：,USB,、,EIA RS-232,、,IEEE-488,、,1394,、,RS485,等數(shù)據(jù)總線：,DB(Data Bus),地址總線：,AB(Address Bus),控制總線：,CB(Control Bus),傳送地址信息、,CPU,在,AB,總線上輸出,將要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或,I/O,端口地址、該總,線為單向，地址總線的位數(shù)決定了,CPU,可,以直接尋址的內(nèi)存單元范圍1.3.3,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成它以微型計(jì)算機(jī)為核心，配有軟件和外部設(shè)備硬件,微機(jī),外設(shè),微處理器,存儲(chǔ)器,I/O,接口電路,總線,鍵盤(pán),硬件系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體硬件的基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)顯示器等,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示微處理器,CPU,存儲(chǔ)器,RAM,接口電路,時(shí)鐘,外存,I/O,設(shè)備,接口電路,存儲(chǔ)器,ROM,數(shù)據(jù)總線（雙向）,地址總線（單向）,控制總線,軟件,系統(tǒng)軟件,程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫(kù),機(jī)器語(yǔ)言,匯編語(yǔ)言,高級(jí)語(yǔ)言,監(jiān)控程序,操作系統(tǒng),編輯程序,解釋程序,編譯程序,診斷程序,軟件系統(tǒng)是指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。

軟件系統(tǒng)基本功能保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境計(jì)算機(jī)的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能正常工作,計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo),計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)有主頻、字長(zhǎng)、內(nèi)存容量、存取周期、運(yùn)算速度及其他指標(biāo)1.,主頻,（時(shí)鐘頻率）：是指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率單位,MHz,微機(jī)的運(yùn)行速度與主頻有關(guān)2,、字長(zhǎng),：是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)字長(zhǎng)決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度3.,內(nèi)存容量,：是指內(nèi)部存儲(chǔ)器中能存儲(chǔ)的信息總字節(jié)數(shù)以字節(jié)（,Byte,）,為單位4.,存取周期,：主存儲(chǔ)器完成一次“讀”或“寫(xiě)”操作所需的時(shí)間稱(chēng)為存儲(chǔ)器的存取周期（或讀,/,寫(xiě)時(shí)間）單位為納秒（,ns,）存取周期越短，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度就越快5.,運(yùn)算速度,：微機(jī)每秒所能執(zhí)行的指令數(shù)這是個(gè)綜合性的指標(biāo)，單位為,MIPS,（,百萬(wàn)條指令,/,秒）影響運(yùn)算速度的因素，主要是主頻和存取周期，字長(zhǎng)和存儲(chǔ)容量也有影響1.4,微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,科學(xué)。