微机原理与接口技术第01章(XP).ppt

微机原理及接口技术 主讲 蒲海波 Puhb 微机原理及接口技术 课程介绍 微机 IBM PC系列机 原理 8088CPU和半导体存储器 接口 I O接口电路及其与外设连接 硬件 接口电路原理软件 接口编程方法 技术 课程介绍 微机原理及接口技术 参考教材 郑学坚周斌 微型计算机原理及应用 第三版 清华大学出版社吴秀清周荷琴 微型计算机原理与接口技术中国科学技术大学出版社冯博琴微型计算机原理与接口技术清华大学出版社钱晓捷陈涛 微型计算机原理及接口技术 北京 机械工业出版社 洪志全洪学海 现代计算机接口技术 第二版 电子工业出版社 微机原理及接口技术 网站资源 钱晓捷之微辅网 微机原理及接口技术 课程内容 章节目录计划学时第1章微型计算机系统概述4第2章IA 32结构处理器2第5章处理器总线时序和系统总线4第6章半导体存储器及其接口4第7章基本输入输出接口 不含DMA 2第8章中断6第9章定时计数器控制接口4第10章并行接口82558第11章串行通信接口4第12章模拟接口6第13章DMA控制接口6 微机原理及接口技术 先修课程 数字逻辑 数字电路 提供硬件基础计算机组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理汇编语言程序设计建立必备软件基础掌握指令系统 程序格式 先修课程 微机原理及接口技术 课程特点 专业技术基础课硬件系列课程之一计算机组成原理微机原理及接口技术计算机体系结构特点以技术为主面向应用软硬件相结合 课程特点 区别 微机原理及接口技术 预期目标 本课程以Intel8088CPU和典型机IMBPC系列机为蓝本展开微型计算机系统的基本原理 学习并熟悉CPU外部特性及其与半导体存贮器 I O接口电路的连接方法 以及与外设进行数据传送的方式 掌握微机基本接口的工作原理及应用技术 微机原理及接口技术 讲实比 课堂讲授 38学时 1 9周 实验学时 16学时 第三周起 总成绩 考试成绩 60 70 实验成绩 20 30 平时成绩 10 纪律 旷课1次扣10 第1章 第1章 微型计算机系统概述 教学重点微型计算机的概念微型计算机的系统组成微型计算机的数字电路基础 第1章 微型计算机系统概述 微机的概念 什么是微机 即微型计算机 它是以大规模 超大规模集成电路为主要部件 以集成了计算机主要部件 控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统 其核心是微处理器 Microprocessor 简称MPU 微机就是PC机吗 PC机只是微机中的一种 是我们最熟悉 最典型的微机产品微机的覆盖范围任何电子产品 只要包含了CPU 存储器及I O 且价格不高 都可以看作是微机典型例子电子词典 电视机 全自动洗衣机 手机 mp3 第1章 1 1微型计算机的系统组成 区别3个概念 第1章 微型计算机系统概述 微机的概念 相关概念 单板机 将整个微型计算机的硬件集成在一块印刷电路板上 即为单板计算机 单片机 整个计算机的硬件 包括存储器 输入输出设备等 都集成在一个芯片上 即称为单片机 典型的如Intel8051以及现在流行的ARM芯片 嵌入式系统任何电子产品 只要包含了CPU 存储器及I O 都可以看作是嵌入式系统 也包括了PC机 发展趋势 功能强大的计算机无处不在的计算机 第1章 1 1微型计算机的发展 1946年 世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC 电子数据和计算器 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代 产生了微型计算机1971年 Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004 开创了一个全新的计算机时代 第1章 1 1 1微型计算机的发展 第1代 4位和低档8位微机4004 4040 8008第2代 中高档8位微机Z80 I8085 M6800 Apple II微机第3代 16位微机8086 8088 80286 IBMPC系列机第4代 32位微机80386 80486 Pentium PentiumII III 432位PC机 Macintosh机 PS 2机第5代 64位微机Itanium AMD64 64位RISC微处理器芯片微机服务器 工程工作站 图形工作站 第1章 1 1 2我国的微型计算机 方舟 1 2001年4月由中芯公司推出0 25微米工艺 166MHz时钟 32位字长我国首枚具有自主知识产权的实用化CPU应用 网络计算机 嵌入式设备等 龙芯1号 32位字长 2002年9月问世达到国际97年前后水平 等同于P22660 18微米 400万集成度 2亿次 秒速度应用 曙光龙腾服务器 无线PDA等 龙芯2号 2004年问世64位字长 时钟500MHz性能接近P4 与国外差距缩小为3年 第1章 1 1 3微型计算机的发展方向 更宽 更快 更强总线更宽 8位 16 32 64速度更快 功能更强 微型化无处不在 第1章 1 2计算机基础 计算机的基本结构 冯 诺依曼结构 原始数据和指令 输入设备 输出设备 计算结果 第1章 1 2 1计算机中的数据表示 存储容量的表达位 比特b 二进制1位 字节 ByteB 二进制8位 1KB 210B 1024B1MB 220B 1GB 230B字 Word 2B常用的进制的及其表示二进制数用B或b结尾十进制数可不用结尾字母 也可用D或d结尾十六进制数用H或h结尾 第1章 1 2 2BCD码及ASCII码 二 十进制编码 BCD编码 用二进制编码表示十进制数称为BCD码 一位十进制数需要用4位二进制编码表示 例如 0100100101111000 000101001001 BCD 4978 149 D压缩BCD码 一个字节表示两位十进制数非压缩BCD码 一个字节表示一位十进制数 只用低四位 ASCII码ASCII全称是美国国家信息交换标准代码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 现已成为计算机字符编码的国际标准 第1章 1 2 3汉字编码 中文字符用二个字节表示 每个字节的最高位置1 余下的14位表示字符 构成汉字内码 GB2312 80 汉字内码是对汉字的唯一标识 汉字内码 输入的汉字在机器中必须转换为统一的机内码汉字输入码 各种输入法所采用的汉字编码统称为输入码汉字输出码 又叫汉字的字模 用于输出汉字字型的点阵编码 第1章 1 2 4初级计算机 计算机基本结构计算机如何工作 如何寻找操作数 寻址方式 参见汇编语言 演示 第1章 1 3微型计算机的硬件组成 16位IBMPC系列机是32位微机的基础 8088CPU IBMPC机 IBMPC AT机 IBMPC XT机 第1章 1 3微型计算机的硬件组成 16位PC机32位PC机的基本部件相同 第1章 1 3微型计算机的硬件组成 第1章 1 3微型计算机的硬件组成 带制冷机的微电脑 第1章 1 4微型计算机的结构 图早期的 直接连接 的体系结构 第1章 1 4微型计算机的结构 第1章 系统总线 总线是指传递信息的一组公用导线 是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线信号可分成三组地址总线AB 传送地址信息数据总线DB 传送数据信息控制总线CB 传送控制信息总线中还包括电源 地线等其他辅助信号 第1章 总线信号 地址总线AB输出将要访问的内存单元或I O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时 外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时 CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作 有输出控制 输入状态等控制总线决定了系统总线的特点 例如功能 适应性等 举例 举例 第1章 总线使用特点 在某一时刻 只能由一个总线主控设备 例如CPU 来控制总线在连接系统总线的各个设备中 某时刻只能有一个发送者向总线发送信号 但可以有多个设备从总线上同时获取信号微机系统采用 总线结构 具有组态灵活 扩展方便的优势 补充内容 一 计算机中的数字电路基础 与 或 非门 最基本的门电路 将它们适当地连接 可得到任意复杂的逻辑功能 补充内容 一 计算机中的数字电路基础 与非 或非 异或门与非门 是数字集成电路中构成其它器件的基础异或门 是构成运算器的关键 补充内容 一 计算机中的数字电路基础 三态门 具有单向导通和三态的特性器件共用总线时 一般使用三态电路 需要使用总线的时候打开三态门 不使用的时候关闭三态门 使之处于高阻 T为低电平时 输出为高阻抗 三态 T为高电平时 输出为输入的反相 补充内容 一 计算机中的数字电路基础 D触发器 信号保持 也可用作导通开关 电平锁存 高电平通过 低电平锁存上升沿锁存 通常用负脉冲触发锁存 负脉冲的上升沿 补充内容 一 计算机中的数字电路基础 译码器 n位输入 在2n位输出中只有对应于输入的一位才有有效输出 其典型应用如3 8译码器 74LS138即三八译码器 三个输入对应8个输出 当E1 E2 0 E3 1时 对三个输入A B C C为高位 进行译码 当CBA 000时 对应输出Y0 0 其它全为1 当CBA 001时 对应输出Y1 0 其它全为1 补充内容 二 计算机中如何实现译码 CPU为了对某一外设的端口进行读写操作 就需要在众多的I O端口中选定该端口地址 如何通过CPU发出的地址编码来识别确认这个端口 就是所谓的地址译码 译码是通过译码电路来实现的 外设 地址总线 补充内容 二 计算机中如何实现译码 最简单的译码电路 根据本译码电路 只有当地址线上的译码信号为1001111000B 即278H时 在输出端才能得到有效的输出 注 低电平有效 其它则不会 补充内容 计算机中如何实现寻址的 在上面的基础上 下图进一步说明了计算机是如何在众多的设备中对外设进行寻址的 INAL 21H 根据本译码电路 只有当地址线上的译码信号为1011100010B 即2E2H时 在输出端才能得到有效的输出 注 低电平有效 补充内容 计算机中如何实现译码 另一个例子 在本电路图中 另外还多了两根信号线 IOR和IOW 由此又得到两个有效输出 它表明当我们在地址线上送出一个端口地址时 操作对象可以是两个不同的寄存器 在本译码电路图中 地址线A9 A5直接参加3 8译码器的译码 而A3 A0作为芯片内部寄存器的访问地址 因此 对于本图中所确定出的端口地址是一个地址范围 如8259的地址范围是020 03FH 8237的地址范围是00 01FH等 补充内容 计算机中如何实现译码 3 8译码器的例子 在本译码电路图中 当跳线开关置于J10时 所得的端口地址 范围 为2F8 2FFH 当跳线开关置于J12时 所得的端口地址 范围 为3F8 3FFH 补充内容 计算机中如何实现译码 跳线式可选端口译码 补充内容 计算机中如何实现译码 开关式可选端口译码 在本译码电路图中 地址线A9 A3作为比较器的输入端 而A2 A0作为三八译码器的输入端 因此 对于本图中所确定出的端口地址为00 08H 当改变DIP开关状态 可得到不同的端口地址 微机原理及接口技术 第1章教学要求 1 了解微机发展概况 熟悉典型微处理器和微机系统2 了解微机的硬件组成 理解总线及其应用特点 掌握地址 数据 控制总线的概念3 复习并掌握整数2 10 16进制数相互转换和补码 BCD ASCII码的概念4 理解计算机中如何实现地址译码 并能够设计简单的译码电路 微机原理及接口技术 思考题 1 你想设计什么样的微机产品 2 微机的硬件包括哪几个部分 3 试设计一个接口译码电路 使其译码地址为200H 4 如果要接口地址为200H和300H可选 则译码电路如何设计 硬件系列课程 计算机组成原理侧重讨论计算机基本部件的构成和组成方式 基本运算的操作原理和单元的设计思想 操作方式及其实现方法和电路原理侧重内部各单元的工作原理和实现方法 芯片内 微机原理及接口技术突出应用 详细讲述微处理器芯片的指令系统及编程 CPU外部特性 微机主板 与通用外设的接口电路及应用编程技术侧重各模块外部的连接和应用技术 芯片外 计算机体系结构重点论述计算机系统的各种基本结构 设计技术和性能定量分析方法侧重整个系统的设计技术 芯片组合 返回 返回 世界上第一台计算机ENIAC Intel4004和采用4004的计算器 返回 Apple微型计算机 Apple I Apple II 返回 IBMPC系列机 8088CPU IBMPC机 IBMPC AT机 IBMPC XT机 返回 Intel微处理器芯片 2005 02 21 P46XX发布起跳频率为3 2GHz L2Cache2MB 售价为215欧元 返回 Intel386 明确3个概念的区别 微处理器 Microprocessor 一个大规模集成电路芯片内含控制器 运算器和寄存器等微机中的核心芯