微機(jī)原理與接口技術(shù)

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),*,微機(jī)原理與接口技術(shù),主講：黃立森,1,課程介紹,內(nèi)容：,微機(jī)原理,接口技術(shù),前導(dǎo)課程：,匯編語(yǔ)言、數(shù)字電路等,與組成原理的關(guān)系：,使用教材：,微機(jī)原理與接口技術(shù),劉峰 董秀 機(jī)械工業(yè)出版社,2,“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的核心課程，同時(shí)也是精密儀器、工業(yè)控制與自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)的核心課程；隨著微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī)）應(yīng)用的日益廣泛，其已滲透到國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、企事業(yè)和人們生活的方方面面，并且發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，因而，掌握微機(jī)原理及其接口技術(shù)就顯得十分的重要前言,3,本課程的學(xué)習(xí)不但涉及到多學(xué)科的知識(shí)以及很多的新技術(shù)，而且還特別強(qiáng)調(diào)軟件與硬件的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，所以不但要求學(xué)生掌握一定的理論知識(shí)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本思路與方法，還要求學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)有比較系統(tǒng)的掌握，如,80X86,系列（重點(diǎn)是,8086,）,CPU,的基本功能結(jié)構(gòu)及其外部引腳功能的掌握，微機(jī)應(yīng)用中常用的各種接口芯片，如,8255A,、,8259A,、,8253/8254,、,8237,、,0809,、,0832,、,74LS138,等各種芯片的內(nèi)部邏輯及其外部引腳功能等。

這些知識(shí)，有的部分是比較抽象的，而有的部分又是十分枯燥乏味的，但是，只要你循序漸進(jìn)，課前做好預(yù)習(xí)，上課注意聽(tīng)講，課后獨(dú)立完成作業(yè)，這些困難都是可以克服的4,我們所使用的教材包含以下三個(gè)部分的內(nèi)容：,1,6,章,微機(jī)原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì),（其中,3,4,兩章為匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)）,7,13,章，接口技術(shù)及應(yīng)用,在教學(xué)的過(guò)程當(dāng)中,我們會(huì)根據(jù)我校的實(shí)際情況,對(duì)相關(guān)章節(jié)作一些刪減或增加一些內(nèi)容這會(huì)體現(xiàn)在我的課件中5,第,1,章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),本章要掌握的三個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題,1.,掌握微機(jī)系統(tǒng)各概念的定義2.,掌握微型計(jì)算機(jī)的工作原理，微型計(jì)算機(jī)的主要構(gòu)件及組裝原理3.,掌握微機(jī)各主要性能指標(biāo),學(xué)會(huì)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估,.,當(dāng)然，本章還包含了計(jì)算機(jī)的發(fā)展、微處理器的發(fā)展過(guò)程及計(jì)算機(jī)的社會(huì)應(yīng)用等方面的知識(shí)6,1.1,微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,1946,年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)出了用于彈道設(shè)計(jì)的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，,ENIAC,它體形巨大，當(dāng)然不能稱(chēng)之為微機(jī)計(jì)算機(jī)，它占地,300,平方米，使用,1800,個(gè)電子管和,1500,個(gè)繼電器，重,30,噸，用電功率,50KW,，價(jià)值,48,萬(wàn)美金它是世界公認(rèn)的第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。

同樣是在,1946,年，美籍匈牙利科學(xué)家,馮,諾伊曼設(shè)計(jì)出了第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)，被稱(chēng)為馮,諾伊曼機(jī)，馮,諾伊曼機(jī)的體系結(jié)構(gòu)一直沿用至今隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的通用電子計(jì)算機(jī)已進(jìn)入了微型化的時(shí)代，這其間經(jīng)歷了四代的發(fā)展，微機(jī)的高速發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，標(biāo)志著信息時(shí)代的到來(lái)7,根據(jù)組成計(jì)算機(jī)的器件不同，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四代第一代（,1946,一,1957,年），電子管時(shí)代計(jì)算機(jī)以電子管作為邏輯元件，主要使用機(jī)器語(yǔ)言，主要應(yīng)用于軍事和稅收方面的計(jì)算第二代（,1958,一,1964,年），晶體管時(shí)代計(jì)算機(jī)以晶體管作為邏輯元件，磁芯存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，主要使用匯編語(yǔ)言，也使用,FORTRAN,ALGOL,和,COBOL,等算法語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言），主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算和過(guò)程控制第三代（,1965,一,1970,年），計(jì)算機(jī)以（中、小規(guī)模）集成電路作為主要邏輯元件，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，主要使用匯編語(yǔ)言，也使用,FORTRAN,BASIC,和,ALGOL,等算法語(yǔ)言，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算和過(guò)程控制8,第四代（,1970,年一至今），大規(guī)模集成電路（,LSI),和超大規(guī)模集成電路（,VLSI),時(shí)代。

計(jì)算機(jī)以,LSI,和,VLSI,作為主要邏輯元件，使用高級(jí)語(yǔ)言（如,PASCAL,C,等），以后又使用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言（如,C+,、,VB,VC,等），應(yīng)用遍及軍事、科研、工業(yè)控制和社會(huì)生活的方方面面9,現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)仍采用馮,諾伊曼體系,:,二進(jìn)制、存儲(chǔ)程序并順序執(zhí)行,；,計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備這五個(gè)部件組成，以運(yùn)算器為中心；,存儲(chǔ)器采用線(xiàn)性編址，按地址訪(fǎng)問(wèn)，每存儲(chǔ)單元位數(shù)固定指令由操作碼與地址碼購(gòu)成即指令格式：操作碼 地址碼,如：,MOV AX,，,1000H,A10010,1010 0001 0000,0000,0001 0000,10,2,微處理器的發(fā)展及一些名稱(chēng)的界定,（,1,）與之相關(guān)的幾個(gè)稱(chēng)呼,微處理器 （,MPU,）,中央處理器（,CPU,）,微控制器 （,MCU,）,CPU,和,MCU,都是微處理器（,MPU,），當(dāng)微處理器用于通用微型計(jì)算機(jī)時(shí)把它稱(chēng)為,CPU,，當(dāng)給微處理器加上一些必要的接口電路和存儲(chǔ)器后，我們把它叫做單片機(jī)或者叫微控制器（,MCU,）,微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，其中集成了計(jì)算機(jī)五大部件中的兩個(gè)部件：運(yùn)算器和控制器現(xiàn)在這些產(chǎn)品主要由,AMD,公司和,INTER,公司所壟斷。

11,2,微處理器的發(fā)展及一些名稱(chēng)的界定,（,2,）微處理器的發(fā)展,12,3.,微型計(jì)算機(jī)的分類(lèi),通常我們按微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi),微型計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、單板機(jī),A.,微型計(jì)算機(jī),又稱(chēng),PC,機(jī),它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,“,多板多片”,通常用于信息處理和科學(xué)計(jì)算,也可用于工業(yè)控制B.,單板機(jī),它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,一片主板上安裝了一臺(tái)微型機(jī)所有的主要功能部件，如,CPU,、存儲(chǔ)器、各種外設(shè)接口、鍵盤(pán)、顯示部件等，主要用于工業(yè)控制，其典型機(jī)種,Z80,、,M6800,、,INTER8080,等都曾在我國(guó)廣泛應(yīng)用過(guò)C.,單片機(jī),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,”,單片,”,即一個(gè)芯片上集成了上述單板機(jī)的所有器件,由于它體積小,重量輕,常被嵌入到各種控制對(duì)象中,所以又稱(chēng)為嵌入式計(jì)算機(jī),.,主要用于各種自動(dòng)化的儀器儀表和各種自動(dòng)控制裝備,.,13,1.2,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,從三個(gè)不同的角度對(duì)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行宏觀分析,從概念角度對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行界定,從計(jì)算機(jī)組成原理的角度分析微型計(jì)算機(jī)的組成,.,從組裝制造一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的角度來(lái)分析微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件,.,14,1.2.1,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念,微機(jī)系統(tǒng)、微機(jī)硬件系統(tǒng)、微機(jī)軟件系統(tǒng)的三者之間的關(guān)系,微型,計(jì)算機(jī),系統(tǒng),微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),外圍設(shè)備：,I/O,設(shè)備、輔助存儲(chǔ)器、電源,結(jié)構(gòu)件：機(jī)箱、面板、支架,微機(jī)的軟件系統(tǒng)：,系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件,微處理器,內(nèi)存儲(chǔ)器,接口電路,支持電路,運(yùn)算器,控制器,15,系統(tǒng)軟件指的是用于管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算,機(jī)資源的軟件，包括操作系統(tǒng)、編譯程序、各,種程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、故障檢查和診斷程,序等。

應(yīng)用軟件一般指的專(zhuān)用于某種行業(yè)或某個(gè)具,體任務(wù)軟件如財(cái)務(wù)管理軟件，人事管理軟件，,數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，自動(dòng)控制軟件等16,1.2.2,微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成,現(xiàn)在計(jì)算機(jī)幾乎都采用馮,諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)主要是由如下的五個(gè)部件組成17,圖,1-2,微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖,我們?cè)谟懻撐C(jī)原理時(shí)往往用的是如下的結(jié)構(gòu)圖，,從圖中可以看出，微機(jī)由,CPU,、存儲(chǔ)器、,I/O,子系統(tǒng)、,系統(tǒng)總線(xiàn)四個(gè)部件組成18,19,1.CPU,CPU,是一個(gè)微電子芯片,它內(nèi)部集成了計(jì)算機(jī)的五大部件中的運(yùn)算器和控制器這兩個(gè)部件,.,它的工作是執(zhí)行指令信息處理和數(shù)值運(yùn)算）,(1),運(yùn)算器它的工作是負(fù)責(zé)算術(shù)和邏輯運(yùn)算運(yùn)算器內(nèi)部主要是,ALU,（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元）、標(biāo)志寄存器（,FLAGS,）、通用數(shù)據(jù)寄存器組（,REGS,）、暫存寄存器（,A,和,B,）等組成20,（,2,）控制器,控制器的作用是控制和指揮計(jì)算機(jī)各個(gè)部件自動(dòng)、連續(xù)、協(xié)調(diào)的執(zhí)行每一條指令控制器主要是由指令部件、時(shí)序部件和操作控制單元組成指令部件中,程序計(jì)數(shù)器,PC,負(fù)責(zé)給出將要被執(zhí)行的下一個(gè)指令碼在內(nèi)存中的位置，而,指令寄存器,IR,用于保存正在被執(zhí)行的這條指令，,指令譯碼器,ID,用于對(duì)當(dāng)前正在被執(zhí)行的指令進(jìn)行分析譯碼，從而判斷這是一條什么指令。

操作控制單元,根據(jù),ID,送來(lái)的信息和時(shí)序部件發(fā)出的時(shí)間順序信號(hào)按照一定的順序發(fā)出一組一組的微操作控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)完成一條機(jī)器指令的執(zhí)行21,2.,存儲(chǔ)器,按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中位置,我們把存儲(chǔ)器分成內(nèi)存和外存兩類(lèi),在這里我們討論的是計(jì)算機(jī)的內(nèi)存,又稱(chēng)為主存,主存通常是由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,ROM,和,RAM,所組成主存的功能是存儲(chǔ)正在執(zhí)行的程序和這些程序所需用到的數(shù)據(jù)主存是由許多的存儲(chǔ)單元所組成，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)容量是一個(gè)字節(jié)（,8,位的的二進(jìn)制位）每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)唯一的物理地址與其一一對(duì)應(yīng)對(duì)主存的操作是讀與寫(xiě)，若計(jì)算機(jī)執(zhí)行主存寫(xiě)操作，則數(shù)據(jù)是由,CPU,流向存儲(chǔ)器，若計(jì)算機(jī)執(zhí)行主存讀操作，則數(shù)據(jù)是由存儲(chǔ)器流向,CPU,22,3.I/O,設(shè)備和,I/O,接口,（,1,）,I/O,設(shè)備,常用的輸入設(shè)備（略）,常用的輸出設(shè)備（略）,（,2,）,I/O,接口,通常,I/O,設(shè)備不能直接和微機(jī)的,CPU,交換數(shù)據(jù)，必須通過(guò),I/O,適配器（又稱(chēng),I/O,接口）作中介，,80X86,系列計(jì)算機(jī)通過(guò),IN,或,OUT,指令和,I/O,接口交換數(shù)據(jù)23,4.,系統(tǒng)總線(xiàn)（,BUS,）,系統(tǒng)總線(xiàn)是將,CPU,、存儲(chǔ)器、,I/O,接口連接成一個(gè)完,整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的一組公共通道。

系統(tǒng)總線(xiàn)負(fù)責(zé)在上述三者硬件之間傳送控制信息、,地址信息、數(shù)據(jù)信息，但這些信息各自使用系統(tǒng)總線(xiàn)中,的不同部分，所以，我們又把系統(tǒng)總線(xiàn)再細(xì)分成控制總,線(xiàn)、地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)三個(gè)部分常見(jiàn)的系統(tǒng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有：,PCI,、,ISA,、,EISA,、,MCA,等24,有的教材把“系統(tǒng)總線(xiàn)”說(shuō)成“總線(xiàn)”這容易給閱讀者造成,不必要的困擾，實(shí)際上計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)是有三個(gè)層次的，,它們分別是片內(nèi)總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和通訊總線(xiàn)片內(nèi)總線(xiàn)：連接,CPU,芯片內(nèi)各部分的信息通道系統(tǒng)總線(xiàn)：,CPU,、主存、,I/O,接口三個(gè)部件之間的信息通道,通信總線(xiàn)：不同計(jì)算機(jī)之間、同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的,I/O,接口與,I/O,設(shè)備之間的信息通道如現(xiàn)在大家常見(jiàn)的,USB,總線(xiàn)，就屬,于通信總線(xiàn)這一層次的片內(nèi)總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和通訊總線(xiàn),25,1.3,微型計(jì)算機(jī)的構(gòu)件,26,。