1、微机原理及接口技术,主讲:,蒲海波,P,微机原理及接口技术-课程介绍,微机：IBM-PC系列机,原理：8088 CPU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
2、 http:/ 罗云彬的编程乐园 http:/ Art of Assembly Language Programming http:/webster.cs.ucr.edu,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8255 8 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
3、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IMB PC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
4、用技术。,微机原理及接口技术-讲实比,课堂讲授：38学时（19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
5、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Intel 8051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
6、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 400440408008 第2代：中高档8位微机 Z80、I8085、M6800，Apple-II微机 第3代：16位微机 8086808880286，IBM PC系列机 第4代：32位微机 8038
7、680486PentiumPentium II / III / 4 32位PC机、Macintosh机、PS/2机 第5代：64位微机 Itanium、AMD 64、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P2 266 0.18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
8、 “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：Byte B （二进制8位） 1KB210B1024B 1MB220B、1GB230B 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
9、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：1.2.2 BCD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 (0100 1001 0111 1000.0001 0100 1001)BCD ( 4 9 7 8 . 1 4 9 )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 （American Standard Code for Information Interchange），现已成为计算机
10、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IBM PC系列机是32位微机的基础,8088CPU,IBM PC机,IBM PC/AT机,I
11、BM PC/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
12、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DB CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU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
13、）：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
14、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
15、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。,IN AL, 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：
16、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A9A5直接参加3-8译码器的译码，而A3A0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02003FH，8237的地址范围是0001FH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2F82FFH； 当跳线开关置于J12时，所得的端口地址（范围）为3F83FFH；,补充内容：计算机中如何实现译码-跳线式可选端口译码,补
17、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A9A3作为比较器的输入端，而A2A0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0008H。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？
18、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
19、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,IBM PC系列机,8088CPU,IBM PC机,IBM PC/AT机,IBM PC/XT机,返回,Intel 微处理器芯片,2005/02/21：P4 6XX发布 起跳频率为3.2GHz，L2 Cache 2MB，售价为215欧元,返回,Intel 386,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,返回,Intel 80x86CPU的地址线条数,Intel 80x86 地址条数 存储容量 8086 20 1MB 8088 20 1MB 80286 24 16MB 80386Pentium 4 32 4GB,返回,Intel 80x86CPU的数据线位数,Intel 80x86 数据位数 8086 16 8088 8 80286 16 80386Pentium 4 32,返回,返回,8088的指令执行过程,
