微型计算机原理及接口技术课件

1、1、微机原理和接口技术，2、内容第1章微机基础第2章英特尔系列微处理器。第3章80486微处理器指令系统。第五章汇编语言编程。第5章存储系统171第6章输入/输出模式和中断系统210第7章可编程接口芯片251第8章外围接口技术374第9章总线440。3.第一章微型计算机基础，4.1.1微型计算机的组成1.1.2微型计算机软件系统的组成1.2微型计算机的硬件结构和基本工作过程1.2.1数据总线、地址总线和控制总线1.2.2微型计算机的主要部件和功能1.2.3微型计算机的基本工作过程，5 . 1.3微型计算机的计算基础1.3.1计算机中数字的表示1.3.2计算机的基本计算方法1.4典型微型计算机1

2、.4.1主要性能指标1.4.2PC系列微型计算机1.4.3主要计算机技术1.4.4微型计算机类型1.4.5微型计算机的应用与发展6.1.1微型计算机的组成1.1.1微型计算机的硬件系统组成，图1-1微型计算机的基本硬件组成，1.1.2微型计算机的软件系统组成计算机的软件系统由系统软件组成微机的硬件结构和基本工作过程目前，各种微机的硬件由微处理器、存储器、输入输出接口和输入输出设备组成，如图1-2所示。根据总线结构，微机的硬件结构可分为单总线结构、双总线结构和双层总线结构。图1-2微机硬件结构框图，8，1 .单总线结构2 .双总线结构，图1-3单总线结构微机，图1-4双总线结构微机，9，3 .双

3、总线结构，图1-5双总线结构微机，10，1.2.1数据总线，地址总线和控制总线数据总线数据库地址总线地址总线是一种单向总线，用于传输中央处理器发送的地址信息。地址信息用于查找内存或外设，AB总线的位数决定了外部内存的最大存储容量。控制总线CB是微处理器发送给各部件的控制信息和定时信息以及外部设备发送给微处理器的请求信息的总称。控制总线中每条线的方向是确定的和单向的，但总体上是双向的。11，1.2.2微型计算机1的主要部件和功能。微处理器，图1-6微处理器的基本组件，12。微处理器是微机的操作和控制指挥中心，主要由运算单元、控制器、寄存器组(阵列)和内部总线组成。(1)算术单元算术单元是执行算术

4、和逻辑运算的部件，由累加器Acc、寄存器TMP、算术逻辑单元ALU、标志寄存器FR和一些逻辑电路组成。(2)控制器是指令执行部件，包括指令提取、指令分析(指令解码)和指令执行，由指令寄存器红外、指令解码器标识和操作控制电路三部分组成。(3)寄存器组主要由微处理器内部寄存器组中的通用寄存器和专用寄存器组成。13，通用寄存器通用寄存器用于临时存储算术逻辑单元所需的数据，便于完成各种数据运算。特殊寄存器在程序执行期间具有特殊功能，如程序计数器、堆栈指示器等。程序计数器个人计算机程序计数器个人计算机用于在内存中存储下一条要执行的指令的地址，通常称为个人计算机指针。一旦堆栈和堆栈指示器SP堆栈形成，它必

5、须遵循FILO(先进先出)的原则来操作堆栈区域中的数据。如图1-7所示，堆栈区示意图如图1-7、14、2所示。内存是计算机中存储程序和数据的一部分。内存性能通常用存储容量和访问速度来描述。参见图1-8。3.输入输出接口这个接口是中央处理器和外部设备之间交换信息的连接电路，外部设备通过总线与中央处理器相连，简称为输入输出接口。4.使用微机时，输入输出设备必须相互作用，向微机传输外部信息称为输入操作；传送微机的运行结果称为输出。能够输入或输出信息的设备称为输入输出设备，也称为外部设备。图1-8存储单元与地址的关系15，1.2.3微机的基本工作过程计算机的核心是中央处理器，了解中央处理器的工作过程对

6、了解计算机的内部工作原理非常重要。为了便于理解，以模型机执行的简单程序为例说明程序的执行过程：16。本段中的程序已经放在内存中的指定位置，内部结构如图1-9所示：图1-9。假想模型机器和程序执行的例子，17，1.3。微机的计算基础1.3.1计算机1中数字的表示。机器的数量和真值都在计算机里，不管是数值还是符号。通常，最高位用作符号位，0表示正数，1表示负数。2.带符号数的表示法原始码：在机器数中，最高位作为符号位，其余二进制位表示数的绝对值的表示法称为原始码表示法。反码：正数的反码与原始码相同，负数的反码是将相应正数的每一位反转，符号位是负数。补码：正数的补码与原码相同，负数的补码是将相应正数

7、的每一位取反后加1，符号位仍为负数。编码是一种在特定场合下为方便而制作的数字代码。计算机中通常使用两种代码(BCD代码和ASCII代码)，它们是为便于特定计算而制定的编码规则。(1)二进制编码十进制数(BCD码)用四个二进制数表示一个十进制数的编码方法称为BCD码。见表1-1。在计算机中有两种方法来表示BCD码：分离的BCD码和组合的BCD码。表1-1十进制数和BCD码之间的对照表，19。独立的BCD码用1个字节表示1个十进制数，低4位是BCD码，高4位用0填充。以这种方式表示的BCD码称为分离BCD码，如表1-2所示。组合1字节的BCD码，低4位表示1位BCD码，而高4位也表示1位BCD码，

8、即两个十进制数同时表示在1字节。(2)字母和符号的编码(ASCII码)ASCII码表示类似于BCD表示，低4位是相同的，都用0001001来表示09，区别只在高4位，而ASCII码是0011而不是0000。详见附录1-1。表1-2十进制数和分离BCD码对照表，20，1.3.2计算机的基本运算方法计算机的中央处理器可直接提供的运算包括算术运算和逻辑运算。1.补码运算和溢出判断(1)如果对补码的加减规则进行X-Y运算，可以直接由中央处理器内部的加法器计算。如果进行了X-Y运算，需要转换成X (-Y)，此时只需要将-Y转换成补码，这仍然可以通过加法器实现。(2)溢出判断在计算有符号数时，如果计算结果

9、超出了二进制有符号数的表达式范围，称为溢出。通过“双进位”方法可以判断运算结果是否溢出。BCD码运算和十进制调整由于计算机总是将数据作为二进制数进行运算，当使用指令进行算术运算时，它们是按照“每16进一”的规则进行的，而日常生活中使用的十进制运算是按照“每10进一”的规则进行的，所以这两种计算方法的区别是6。因此，需要“小数调整”。十进制调整的规则如下：如果BCD码加法结果中出现无效码或进位，则在相应位置加6。如果BCD码减法结果中有无效码或借用位，(1)和操作和0相得到0，而1相保持不变。可以通过“与”操作清除指定位。(2)或操作和1相或得到1，0相或保持不变。可以使用或操作将指定位置设置为

10、1。23，(3)异或运算不同于1或等于取反，而不同于0或保持不变。异或运算可用于否定指定位。(4)非操作否定每个位，并且所有位都可以被非操作否定。24，1.4典型微机1.4.1主要性能指标1。字长字长是指计算机可以向外传输数据和在内部处理数据的最大二进制数的位数。2.运行速度计算机的运行速度通常用每秒可执行的指令数来表示。3.内存容量内存的性能指标主要包括存储容量和访问速度。4.外部存储器容量外部存储器容量通常指硬盘容量(包括内置硬盘和移动硬盘)。5.外围设备扩展能力将各种外部设备连接到微型计算机系统的可能性、灵活性和适应性。6.软件组态软件是微机系统的重要组成部分。微机系统的软件配置是否完整

11、，直接关系到计算机的性能和效率。25、1.4.2微机系列由主机和外部外围设备组成。主板硬件结构主板，也称为系统板或主板。图1-10。(1)中央处理器插槽(2)内存插槽(3)基本输入输出系统(4)芯片组(5)总线扩展槽(6)外围接口系统，图1-10主板示意图，26，2。通用输入/输出适配器(1)显示适配器(2)声卡(3)网络适配器(4 4)。输入输出设备(1)输入设备键盘鼠标摄像头(2)输出设备输出设备的功能是接收微机输出的信息。显示器(类型和重要技术指标)打印机(类型)，27，1.4.3微型计算机中的主要计算机技术1。管道技术2。无序执行技术3。推测执行技术。缓存技术5。虚拟内存技术。基于核心

12、微体系结构的技术，28，1.4.4类型的微型计算机1。按结构分类(1)台式计算机(2)便携式个人计算机(3)平板计算机(4)单片机2。按微处理器、8位微机、16位微机、32位微机和64位微机等的数量分类。3.按用途分类(1)专用机器(2)通用机器4。按原理分类(1)模拟计算机(2)数字计算机(3)混合计算机，29，1.4.5微机1的应用与发展。计算机应用领域(1)科学计算(或数值计算)(2)检测和控制(3)数据处理(4)计算机辅助设计(5)人工智能(6)计算机模拟(7)办公自动化和信息管理(2)计算机发展趋势(1)超大规模(2)小型化(2)第2章英特尔系列微处理器，31， 2.1英特尔系列微处

13、理器概述2.1.1 8086/8088微处理器2.1.2 80286微处理器2.1.3 80386/80486微处理器2.1.4 64位微处理器和多核技术2.2 80486微处理器体系结构2.2.1 80486微处理器体系结构2.2.2 80486微处理器内部结构2.2.3 80486工作模式2.2.4 80486公共引脚1.8086/8088微处理器的内部结构在8位微处理器中，微处理器通常按照以下步骤执行程序：从内部存储器中取出一条指令，并分析该指令的操作码。从内部存储器或寄存器获取操作数(如果指令需要操作数)。执行指令。将结果存储在内部存储器或寄存器中(如果指令需要)。为了提高效率，808

14、6/8088微处理器改进了其内部结构设计，其内部结构如图2-1所示。(1)执行单元EU执行单元主要完成指令的分析和执行任务，由8个16位通用寄存器、1个16位标志寄存器、1个16位运算数据寄存器、1个16位算术逻辑单元ALU和EU控制电路组成。(2)总线接口单元BIU总线接口单元主要用于从外部获取指令和访问数据。它由四个16位段寄存器(CS、DS、SS、ES)、一个16位指令指针寄存器IP、一个与EU通信的内部寄存器、一个指令队列、一个20位地址加法器和一个总线控制电路组成。35，2。指令流水线和内存分段模式，指令流水线，由于两个独立的功能部件EU和BIU可以并行工作，它改变了以前8位微处理器

15、在执行程序时的串行工作模式，使得提取指令操作码和分析执行操作的操作重叠，从而形成两级指令流水线结构，提高了微处理器的运行速度。照片。36，(2)存储器分段模式8086/8088引入了“分段”的概念。也就是说，1MB的物理存储空间被分成几个逻辑段，每个逻辑段可以高达64KB。每个段的起始单元地址称为该段的第一个地址，它由一个20位二进制数表示，该数可被16整除；段的第一个地址的高16位地址称为段的基址。段中存储单元相对于段基址的偏移(16位)称为段内偏移地址，也称为段内偏移。段基址和段内偏移也称为逻辑地址。1MB内存空间中内存位置的实际地址也称为物理地址，它由20位地址信息表示。将逻辑地址转换为物理地址的关系表达式为：物理地址l6段内的偏移地址，BIU的4个16位段寄存器CS、Ss、DS和es分别存储4个当前段(代码段、堆栈段、数据段和附加段)的段基址。37，2.1.2 80286微处理器80286是8086之后推出的增强型标准16位微处理器。与8086/8088相比，它在结构和性能上有了很大的改进。主要特点如下：(1)内部系统由执行单元EU(Execuring Unit)、总线单元BU(Bus Unit)、指令单元IU(Instruction Unit)和地址单元Au (address unit)四部分组成，可实现4级流水线操作，大大提高了数据吞吐量，加快了