微機(jī)原理與接口技術(shù)期末講課1概述

微機(jī)

原理及接口

技術(shù)典型機(jī)型：IBMPC系列機(jī)基本系統(tǒng)：8086（8088）CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法教材與參考資料何宏主編.清華大學(xué)出版社出版.微機(jī)原理與接口技術(shù).2015年5月第一版毛六平主編.清華大學(xué)出版社北方交大出版社出版.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).2002.9第1版2002.9印錢(qián)曉捷主編.機(jī)械工業(yè)出版社出版.微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)1999年1月第一版考核方法總成績(jī)＝考試成績(jī)70%

＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%＋平時(shí)成績(jī)10%第一章概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微機(jī)原理的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微機(jī)原理課程學(xué)習(xí)內(nèi)容是一門(mén)研究微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理以及微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)（如中斷控制接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制接口、DMA控制接口、并行/串行通信接口、模擬接口等）的課程。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)能把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)中。（輸入）必須具有長(zhǎng)期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運(yùn)

算結(jié)果的能力。（存儲(chǔ)）能夠完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加

工處理的能力。（運(yùn)算）能夠根據(jù)需要控制程序走向，并能根據(jù)指令控制機(jī)

器的各部件協(xié)調(diào)操作。（控制）能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶(hù)。（輸出）簡(jiǎn)單地講，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作過(guò)程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)

→執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)的五大基本組成部件運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備（接口）微機(jī)原理課程學(xué)習(xí)目的通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能掌握微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件基本知識(shí)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)技能，具有一定的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)分析能力，并且也為后繼課程的學(xué)習(xí)，打下微型機(jī)系統(tǒng)硬件方面的基礎(chǔ)知識(shí)。第一章概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)人工智能計(jì)算機(jī)（尚在研制）1946年第一代電子計(jì)算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer，電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī))在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。使用了18800個(gè)電子管，重30噸，占地150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運(yùn)算。1958年第二代晶體管計(jì)算機(jī)推出，用晶體管代替了電子管，大大降低了計(jì)算機(jī)的成本和體積，運(yùn)算速度成百倍提高。1965年中小規(guī)模集成電路為主體的計(jì)算機(jī)問(wèn)世，使計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步縮小，配上各類(lèi)操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)性能極大提高。1970年大規(guī)模集成電路（LSI）研制成功，計(jì)算機(jī)發(fā)展到第四代，微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)的典型代表。1971年在美國(guó)硅谷第一塊通用微處理器Intel4004誕生，從而開(kāi)創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機(jī)4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)第3代：16位微機(jī)8086→8088→80286，IBMPC系列機(jī)微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（續(xù)）第4代：32位微機(jī)80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī)第5代：64位微機(jī)酷睿、Itanium、64位RISC微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站微處理器的發(fā)展Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentium

IIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV微處理器飛速發(fā)展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代802868086奔騰3代4004安騰酷睿摩爾定律

歌登.摩爾（GordonMoore）是Intel公司奠基者之一，他在1964年提出一個(gè)摩爾定率，摩爾定律說(shuō)每18個(gè)月半導(dǎo)體集成電路里面晶體管的個(gè)數(shù)會(huì)翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔18個(gè)月其性能會(huì)提升一倍。這個(gè)非常著名的摩爾定率，從1964年提出以來(lái)（盡管當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)集成電路芯片還沒(méi)有出現(xiàn)），到1971年Intel公司首次做出第一塊CPU4004芯片，再到現(xiàn)在，發(fā)展了大概四十多年?？梢园l(fā)現(xiàn)，CPU一直是遵循摩爾定理在發(fā)展的，后來(lái)到1995年歌登·摩爾對(duì)摩爾定理稍微修改了一下，原來(lái)是每一年半（18個(gè)月）后來(lái)改成兩年，也就是說(shuō)每?jī)赡晷酒募啥葧?huì)提升一倍，特性提升一倍，但價(jià)格不變。第一章概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成個(gè)人微型計(jì)算機(jī)，從外觀(guān)上看，它的主要組成部分是主機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，如圖所示。再進(jìn)一步細(xì)分，它的主機(jī)主要由主板、CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、軟驅(qū)（盤(pán)）、顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡、光驅(qū)等部分組成。

個(gè)人計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成——主機(jī)箱電源光驅(qū)硬盤(pán)內(nèi)存CPU主板擴(kuò)展卡微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲(chǔ)器總線(xiàn)輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)區(qū)別微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過(guò)程控制I/O通道A/D,D/A轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)量等外部設(shè)備鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤(pán)及磁帶等外存儲(chǔ)器主機(jī)輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運(yùn)算器(算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內(nèi)存儲(chǔ)器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統(tǒng)軟件軟件用戶(hù)（應(yīng)用）軟件微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線(xiàn)CB數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB地址總線(xiàn)AB系統(tǒng)總線(xiàn)形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線(xiàn)BUS微型計(jì)算機(jī)的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲(chǔ)器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)總線(xiàn)是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線(xiàn)總線(xiàn)是傳送信息的公共通道微機(jī)系統(tǒng)采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件總線(xiàn)信號(hào)可分成三組地址總線(xiàn)AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線(xiàn)CB

：傳送控制信息總線(xiàn)信號(hào)地址總線(xiàn)AB輸出將要訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線(xiàn)的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍數(shù)據(jù)總線(xiàn)DBCPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往CPUCPU寫(xiě)操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往外部數(shù)據(jù)線(xiàn)的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線(xiàn)CB協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號(hào)控制總線(xiàn)決定了系統(tǒng)總線(xiàn)的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等舉例舉例特點(diǎn)返回微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件硬件應(yīng)用軟件用戶(hù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)示意圖微機(jī)的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是面向所有用戶(hù)的軟件，其著眼點(diǎn)是方便用戶(hù)的使用和維護(hù)，提高機(jī)器的工作效率。包括：操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、診斷調(diào)試程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及為提高機(jī)器工作效率的各種應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)的基本功能是：負(fù)責(zé)管理、調(diào)度整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件資源。包括：CPU、存儲(chǔ)器、各種I/O設(shè)備和硬件資源，以及文件、目錄、進(jìn)程、任務(wù)等軟件資源向用戶(hù)提供最基本的交互界面。方便用戶(hù)的使用，提高系統(tǒng)的工作效率。以上各項(xiàng)任務(wù)中文件管理和磁盤(pán)管理比較突出。應(yīng)用軟件是圍繞某項(xiàng)應(yīng)用、面向某些用戶(hù)的一大類(lèi)軟件。從大的方面來(lái)講，它可以是面向數(shù)據(jù)庫(kù)管理、面向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件或軟件包；從小的方面來(lái)講，它可以是為某個(gè)單位、某項(xiàng)工程的具體需要開(kāi)發(fā)的軟件。什么是微型計(jì)算機(jī)以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計(jì)算機(jī)主要部件——控制器和運(yùn)算器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器（Microprocessor）微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）返回明確3個(gè)概念的區(qū)別微處理器（Microprocessor）一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等微機(jī)中的核心芯片微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說(shuō)法：微機(jī)、微型機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)返回Intel80x86CPU的地址線(xiàn)條數(shù)Intel80x86 地址條數(shù) 存儲(chǔ)容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386 32 4GB~Pentium4返回Intel80x86CPU的數(shù)據(jù)線(xiàn)條數(shù)Intel80x86 數(shù)據(jù)位數(shù)8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回第一章概述微機(jī)原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能，……由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)體積小、價(jià)格低工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng)……所以，可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用（續(xù)）用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機(jī)，例如：PC微機(jī)功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好用于過(guò)程控制及嵌入應(yīng)用方向?qū)Ｓ梦C(jī)，例如：工控機(jī)、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小系統(tǒng)總線(xiàn)的使用特點(diǎn)除了CPU外，還有DMA控制器和協(xié)處理器都具有控制系統(tǒng)總線(xiàn)的能力。它們被稱(chēng)為“總線(xiàn)主控設(shè)備”在某一個(gè)時(shí)刻，只能由一個(gè)總線(xiàn)主控設(shè)備來(lái)控制系統(tǒng)總線(xiàn)在連接系統(tǒng)總線(xiàn)的各個(gè)設(shè)備中，某一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送者向總線(xiàn)發(fā)送信號(hào)；但可以有多個(gè)設(shè)備從總線(xiàn)上同時(shí)獲得信號(hào)返回計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示計(jì)算機(jī)中的數(shù)制1.二進(jìn)制數(shù)，用B或b結(jié)尾具有兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，即0和1；逢2進(jìn)位；2.十進(jìn)制數(shù)，可不用結(jié)尾字母，也可用D或d結(jié)尾具有10個(gè)數(shù)字符號(hào)即0~9；逢10進(jìn)位3.十六進(jìn)制數(shù)，十六進(jìn)制數(shù)用H或h結(jié)尾具有16個(gè)數(shù)字符號(hào)即0~9和A~F；逢16進(jìn)位；4.數(shù)制的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換；與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換5.二進(jìn)制的運(yùn)算加、減、乘、除計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示方法1.帶符號(hào)數(shù)的表示方法原碼：正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼表示為它的正數(shù)“按位取反”（連同符號(hào)位）補(bǔ)碼：8位二進(jìn)制補(bǔ)碼所能表示的范圍為+127~-128最高位為符號(hào)位，符號(hào)位為0，表示為正數(shù)，其余位為此數(shù)的二進(jìn)制值；符號(hào)位為1，其余位不是此數(shù)的二