微机接口第1章概述(2011.02)

1、,微机接口技术与应用,主讲教师: 李朝纯 licaoc,接口技术主讲：李朝纯,微机原理与接口技术 彭 虎 等 编著 电子工业出版社 参考教材 微型计算机原理及接口技术 刘乐善等 主编 华中科技大学出版社,教材,接口技术主讲：李朝纯,第1章 计算机基本知识 教学基本要求： 知识点 基本要求 备注 微机的三个层次 正确理解 熟练掌握三者之间 熟练掌握 的联系和区别 微机各大组成部分 熟练掌握 重点是微机各大部分 的基本结构及功能 的功能和MPU中几种 （微处理器、 专用寄存器的作用 存储器、 I/O设备及接口）,接口技术主讲：李朝纯,1.1 绪论 什么是微机接口技术？ 微处理机系统与外设间联系的技

2、术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路， 编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备,接口技术主讲：李朝纯,I/O 接口的主要功能, 对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 与CPU和I/O设备进行联络 对I/O端口进行寻址,接口技术主讲：李朝纯,什么是I/O 接口（电路）？ * I/O接口是位于系统与外设间，用来协助完成数据传送和控制 任务的逻辑电路 * PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板(适

3、配器) 都是接口电路,接口技术主讲：李朝纯,在微型计算机系统设计中，根据需要选用不同的外部设备，配置相应的接口。,接口技术主讲：李朝纯,接口电路通常包含若干个寄存器，能够用IN/OUT指令对 其进行读/写操作，通常把这些寄存器称作端口。按照端口 所存信息的物理意义，端口可分为三类。 （1）数据口 数据口存放数据信息 （2）状态口 状态口存放状态信息 （3）控制口 CPU通过控制口对外设发布控制命令,接口技术主讲：李朝纯,微机原理及接口技术 突出应用，详细讲述微处理器芯片CPU的外部特性、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）,接口技术主讲：李朝

4、纯,1.2 微型计算机的发展和特点 1.2.1 发展： 1.第一代（19711973） 4位和低档8位微处理器时代4004、8008 2.第二代（19741977） 8位微处理器时代 8080/8085、Z80等 3.第三代（19781982） 16位微处理器时代 8086/8088、80286等 4.第四代（19831999） 32位微处理器时代 80386/80486、Pentium等 5.第五代（2000年至今）64位高档微处理器时代 1.2.2 特点： 1.体积小、重量轻、功耗低 2.可靠性高、使用环境条件要求低 3.结构简单灵活、系统设计方便、适应性强 4.性能价格比高,接口技术主讲

5、：李朝纯,1.3 微型计算机的基本构成和工作原理 1.3.1 微处理器（MPU Microprocessor） CPU(Central Processing Unit)： 运算器和控制器称为中央处理器 一. 中央处理器的功能 （1）指令执行顺序的控制 （2）指令操作的控制（对指令进行译码并执行规定的动作） （3）操作时间的控制（提供系统的定时和控制） （4）数据的加工处理 （能和存储器、外设交换数据进行算术和逻辑运算） （5）可以响应其他部件发来的中断请求,接口技术主讲：李朝纯,二. CPU结构： 运算器：包含算术逻辑部件ALU，累加器和通用寄存器 组，程序状态寄存器PSW，锁存器LA、LB,

6、 移 位寄存器等。 功能：运算器接受控制器送来的命令而动作, 负责对数 据进行加工处理。 控制器：由程序计数器PC，指令寄存器IR，指令译码器、 地址译码器，微操作产生部件，时序发生器等。 功能: 从内存中取指令，计算下一条指令的地址； 对指令进行译码，产生操作控制信号； 控制指令执行的步骤和数据流动的方向。 控制器接收从主存取来的指令，将其解释成一组 具有时间标志的控制信号，指挥运算器，主存和 外设动作。完成指令所指定的操作（即解释指令、 发布控制命令）。,接口技术主讲：李朝纯,微处理器内部主要由四部分组成：,接口技术主讲：李朝纯,1.累加器和内部寄存器阵列 用来寄存参与运算的数据（8位），

7、 经常可以连成寄存器对（16位）用来存放16位操作数或操 作数地址。 16位专用寄存器 如：程序计数器PC，堆栈指针SP 2算术逻辑单元ALU（Arithmetical Logic Unit） 对数据进行算术运算、逻辑运算， 根据运算结果置标志寄存器状态等等。 3指令寄存器、指令译码器、定时及各种控制信号产生电路 取指令，分析指令（对指令进行译码），配合时序发出相 应的控制信号。 4内部采用单总线结构 微处理器内部各部件分时使用内部总线，进行信息传送。,接口技术主讲：李朝纯,1.3.2 微型计算机 微型计算机是以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出 接口电路及系统总线所组成。其结构如图所示：

8、,图 微型计算机的基本结构,接口技术主讲：李朝纯,存储器：存放程序和数据 输入/输出接口：是微型计算机连接外部输入/输出设备及各种 控制对象并与外界进行信息交换的逻辑控制 电路。 总线：为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信号的传 输通道。微型计算机各功能部件之间通过总线连接。 系统总线可分成三种功能不同的总线，即地址、数据和 控制信号。 * 数据信号是通过总线传送的, CPU发出的控制信号，经 控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完 成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址 总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各 个部件中的数据能根据需要互相传送。,接口技

9、术主讲：李朝纯,1.3.3 微型计算机微型计算机系统（Microcomputer System） 一台完整的计算机应包括硬件和软件部分，硬件与软件的 结合，才能使计算机正常运行，发挥作用。因此，计算机 系统是以微型计算机为主体，配上输入/输出设备及软件系 统就构成了微型计算机系统。其结构如图所示：,接口技术主讲：李朝纯,微处理器、微型计算机、微型计算机系统,电源等,过程控制软件、辅助设计软件,接口技术主讲：李朝纯,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 微机中的核心芯片 微型计算机（Microcomputer） 通常

10、指微型计算机的硬件系统 还有一般的说法：微机、微型机 微型计算机系统（Microcomputer system） 指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统,接口技术主讲：李朝纯,微型计算机的工作原理 冯诺依曼计算机的工作原理可概述为： “存储程序” + “程序控制” 要点：1.以二进制表示数据和指令(程序) 2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行,接口技术主讲：李朝纯,1.4 微型计算机的应用及发展趋势 1.4.1 微型计算机的应用 微型计算机问世30多年以来，从IBM PC微型计算机投入市场 以来，经历了从Intel8086、Intel80286、Intel80386、Intel

11、80486Pentium586PentiumPentium Pentium的发展历程。微型计算机由于它具有独特的优点， 已被广泛地应用到以下各个领域中。 1. 科学计算 2. 数据处理和信息管理 3. 计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）、计算机辅助装配（CAA） 和计算机辅助教学（CAI） 4. 过程控制和仪器、仪表智能化 5. 军事领域中的应用 6. 多媒体系统和信息高速公路 7. 家用电器和家庭自动化,接口技术主讲：李朝纯,1.4.2 现代微型计算机技术的发展趋势 1. 多级流水线结构 2. 芯片上存储管理技术 3. 虚拟存储技术 4. 并行处理的哈佛结构 5. RISC结构 6. 整片集成技术 微型计算机的发展方向： 研制价格低廉的超小型机和微型机。 网络化、智能化。,接口技术主讲：李朝纯,1.5 微型计算机的主要性能指标 1.5.1 字长 字长就是计算机一次能处理的二进制数的位数; 字长标志着计算机的计算精度。 1.5.2 存储器容量 存储容量是衡量存储器存放二进制信息大小的一个重要指标， 通常用该内存储器所能存储的字数及其字长的乘积来表示， 即 : 存储容量字数字长