微机原理与接口技术.ppt

1、1,微机原理与接口技术,主讲：黄立森,2,课程介绍,内容： 微机原理 接口技术 前导课程：汇编语言、数字电路等 与组成原理的关系： 使用教材： 微机原理与接口技术 刘峰 董秀 机械工业出版社,3,“微机原理与接口技术”是计算机科学与技术专业的核心课程，同时也是精密仪器、工业控制与自动化、机电一体化等专业的核心课程；随着微型计算机（简称微机）应用的日益广泛，其已渗透到国防、工业、农业、企事业和人们生活的方方面面，并且发挥着越来越重要的作用，因而，掌握微机原理及其接口技术就显得十分的重要。,前言,4,本课程的学习不但涉及到多学科的知识以及很多的新技术，而且还特别强调软件与硬件的结合，强调学生的动手

2、实践能力，所以不但要求学生掌握一定的理论知识、汇编语言程序设计的基本思路与方法，还要求学生对计算机硬件知识有比较系统的掌握，如80X86系列（重点是8086）CPU的基本功能结构及其外部引脚功能的掌握，微机应用中常用的各种接口芯片，如8255A、8259A、8253/8254、8237、0809、0832、74LS138等各种芯片的内部逻辑及其外部引脚功能等。这些知识，有的部分是比较抽象的，而有的部分又是十分枯燥乏味的，但是，只要你循序渐进，课前做好预习，上课注意听讲，课后独立完成作业，这些困难都是可以克服的。,5,我们所使用的教材包含以下三个部分的内容： 16章, 微机原理、汇编语言程序设计

3、 （其中34两章为汇编语言程序设计） 713章，接口技术及应用 在教学的过程当中,我们会根据我校的实际情况,对相关章节作一些删减或增加一些内容。这会体现在我的课件中。,6,第1章 微型计算机基础,本章要掌握的三个重点问题 1.掌握微机系统各概念的定义。 2.掌握微型计算机的工作原理，微型计算机的主要构件及组装原理。 3.掌握微机各主要性能指标,学会对微机系统进行评估. 当然，本章还包含了计算机的发展、微处理器的发展过程及计算机的社会应用等方面的知识。,7,1.1 微型计算机的发展,1946年美国宾夕法尼亚大学设计出了用于弹道设计的第一台电子计算机，ENIAC。它体形巨大，当然不能称之为微机计算

4、机，它占地300平方米，使用1800个电子管和1500个继电器，重30吨，用电功率50KW，价值48万美金。它是世界公认的第一台电子数字计算机。 同样是在1946年，美籍匈牙利科学家冯诺伊曼设计出了第一台通用电子计算机，被称为冯诺伊曼机，冯诺伊曼机的体系结构一直沿用至今。 随着集成电路技术的不断发展，现在的通用电子计算机已进入了微型化的时代，这其间经历了四代的发展，微机的高速发展及互联网技术的出现及发展，标志着信息时代的到来。,8,根据组成计算机的器件不同，计算机的发展经历了四代。 第一代（1946一1957年），电子管时代。计算机以电子管作为逻辑元件，主要使用机器语言，主要应用于军事和税收方

5、面的计算。 第二代（1958一1964年），晶体管时代。计算机以晶体管作为逻辑元件，磁芯存储器作为主存储器，主要使用汇编语言，也使用FORTRAN, ALGOL和COBOL等算法语言（高级语言），主要应用于科学计算和过程控制。 第三代（1965一1970年），计算机以（中、小规模）集成电路作为主要逻辑元件，半导体存储器作为主存储器，主要使用汇编语言，也使用FORTRAN, BASIC和ALGOL等算法语言，主要应用于科学计算和过程控制。,9,第四代（1970年一至今），大规模集成电路（LSI)和超大规模集成电路（VLSI )时代。计算机以LSI和VLSI作为主要逻辑元件，使用高级语言（如PAS

6、CAL, C等），以后又使用面向对象语言（如C+、VB, VC等），应用遍及军事、科研、工业控制和社会生活的方方面面。,10,现在的计算机仍采用冯诺伊曼体系: 二进制、存储程序并顺序执行； 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这五个部件组成，以运算器为中心； 存储器采用线性编址，按地址访问，每存储单元位数固定。 指令由操作码与地址码购成。 即指令格式： 操作码 地址码 如： MOV AX，1000H A10010 1010 0001 0000 0000 0001 0000,11,2。微处理器的发展及一些名称的界定,（1）与之相关的几个称呼 微处理器 （MPU） 中央处理器（CPU

7、） 微控制器 （MCU） CPU 和MCU都是微处理器（MPU），当微处理器用于通用微型计算机时把它称为CPU，当给微处理器加上一些必要的接口电路和存储器后，我们把它叫做单片机或者叫微控制器（MCU）,微处理器是微型计算机的核心，其中集成了计算机五大部件中的两个部件：运算器和控制器。现在这些产品主要由AMD公司和INTER公司所垄断。,12,2。微处理器的发展及一些名称的界定,（2）微处理器的发展,13,3.微型计算机的分类,通常我们按微型计算机的结构对它们进行分类 微型计算机、单片机、单板机 A. 微型计算机,又称PC机,它的结构特点是“多板多片”, 通常用于信息处理和科学计算,也可用于工业

8、控制。 B. 单板机,它的结构特点是,一片主板上安装了一台微型机所有的主要功能部件，如CPU、存储器、各种外设接口、键盘、显示部件等，主要用于工业控制，其典型机种Z80、M6800、INTER8080等都曾在我国广泛应用过。 C. 单片机, 其结构特点是”单片”,即一个芯片上集成了上述单板机的所有器件,由于它体积小,重量轻,常被嵌入到各种控制对象中,所以又称为嵌入式计算机.主要用于各种自动化的仪器仪表和各种自动控制装备.,14,1.2 微型计算机系统组成,从三个不同的角度对微型计算机进行宏观分析 从概念角度对微型计算机系统进行界定 从计算机组成原理的角度分析微型计算机的组成. 从组装制造一台微

9、型计算机的角度来分析微型计算机的各个部件.,15,1.2.1 微型计算机系统概念,微机系统、微机硬件系统、微机软件系统的三者之间的关系,16,系统软件指的是用于管理、监控和维护计算 机资源的软件，包括操作系统、编译程序、各 种程序设计程序设计语言、故障检查和诊断程 序等。 应用软件一般指的专用于某种行业或某个具 体任务软件。如财务管理软件，人事管理软件， 数据库管理软件，自动控制软件等。,17,1.2.2 微型计算机结构与组成,现在计算机几乎都采用冯诺伊曼体系结构，这个结构主要是由如下的五个部件组成。,18,图1-2微型计算机结构图,我们在讨论微机原理时往往用的是如下的结构图， 从图中可以看出

10、，微机由CPU、存储器、I/O子系统、 系统总线四个部件组成。,19,20,1.CPU CPU是一个微电子芯片,它内部集成了计算机的五大部件中的运算器和控制器这两个部件.它的工作是执行指令。（信息处理和数值运算） (1)运算器。 它的工作是负责算术和逻辑运算。运算器内部主要是ALU（算术逻辑运算单元）、标志寄存器（FLAGS）、通用数据寄存器组（REGS）、暂存寄存器（A和B）等组成。,21,（2）控制器 控制器的作用是控制和指挥计算机各个部件自动、连续、协调的执行每一条指令。 控制器主要是由指令部件、时序部件和操作控制单元组成。 指令部件中程序计数器PC负责给出将要被执行的下一个指令码在内存

11、中的位置，而指令寄存器IR用于保存正在被执行的这条指令，指令译码器ID用于对当前正在被执行的指令进行分析译码，从而判断这是一条什么指令。操作控制单元根据ID送来的信息和时序部件发出的时间顺序信号按照一定的顺序发出一组一组的微操作控制信号，控制计算机完成一条机器指令的执行。,22,2.存储器,按存储器在计算机中位置,我们把存储器分成内存和外存两类,在这里我们讨论的是计算机的内存,又称为主存,主存通常是由半导体存储器ROM和RAM所组成。 主存的功能是存储正在执行的程序和这些程序所需用到的数据。 主存是由许多的存储单元所组成，每个基本存储单元的存储容量是一个字节（8位的的二进制位）每个存储单元都有

12、一个唯一的物理地址与其一一对应。 对主存的操作是读与写，若计算机执行主存写操作，则数据是由CPU流向存储器，若计算机执行主存读操作，则数据是由存储器流向CPU。,23,3.I/O设备和I/O接口,（1）I/O设备 常用的输入设备（略） 常用的输出设备（略） （2）I/O接口 通常I/O设备不能直接和微机的CPU交换数据，必须通过I/O适配器（又称I/O接口）作中介，80X86系列计算机通过IN或OUT指令和I/O接口交换数据。,24,4.系统总线（BUS）,系统总线是将CPU、存储器、I/O接口连接成一个完 整的计算机硬件系统的一组公共通道。 系统总线负责在上述三者硬件之间传送控制信息、 地址信息、数据信息，但这些信息各自使用系统总线中 的不同部分，所以，我们又把系统总线再细分成控制总 线、地址总线、数据总线三个部分。 常见的系统总线标准有：PCI、ISA、EISA、MCA等。,25,有的教材把“系统总线”说成“总线”这容易给阅读者造成 不必要