微機(jī)原理接口與技術(shù)

1、主講人主講人 秦沿海秦沿海 及及 課程課程介紹介紹典型機(jī)型：典型機(jī)型：IBM PCIBM PC系列機(jī)系列機(jī)基本系統(tǒng)：基本系統(tǒng)：8088CPU8088CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/OI/O接口電路及與外設(shè)的連接接口電路及與外設(shè)的連接硬件接口電路原理硬件接口電路原理軟件接口編程方法軟件接口編程方法專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課硬件系列課程之一硬件系列課程之一計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及接口技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指定選修課指定選修課以技術(shù)為主以技術(shù)為主面向應(yīng)用面向應(yīng)用軟硬件相結(jié)合軟硬件相結(jié)合課程課程特點(diǎn)特點(diǎn)區(qū)別區(qū)別先修課程先修課程數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯提供硬件基

2、礎(chǔ)提供硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理確立計(jì)算機(jī)部件功能確立計(jì)算機(jī)部件功能掌握計(jì)算機(jī)工作原理掌握計(jì)算機(jī)工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)建立必備軟件基礎(chǔ)建立必備軟件基礎(chǔ)掌握指令系統(tǒng)、程序格式掌握指令系統(tǒng)、程序格式先修先修課程課程學(xué)習(xí)方法很重要學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂課堂：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記課后課后：認(rèn)真讀書(shū)、完成作業(yè)：認(rèn)真讀書(shū)、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績(jī)總成績(jī)考試成績(jī)考試成績(jī) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)方法方法學(xué)習(xí)資源要利用學(xué)習(xí)資源要利用n錢(qián)曉捷之微輔網(wǎng)錢(qián)曉捷之微輔

3、網(wǎng)http:/ 陳濤，微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)，陳濤，微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.1uBarry B.Brey著著 金惠華等譯，金惠華等譯，Intel微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口（第六版）微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口（第六版）北京：電子工業(yè)出版社，北京：電子工業(yè)出版社，2004.1學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)資源資源第第1 1章章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)重點(diǎn)n 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成n IBM PC系列機(jī)的主機(jī)板系列機(jī)的主機(jī)板1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用n1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)計(jì)算

4、機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）n發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)n1971年，年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片個(gè)微處理器芯片Intel4004，開(kāi)創(chuàng)了一，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展n第第1代代：4位和低檔位和低檔8位微機(jī)位微機(jī)400440408008n第第2代代：中高檔：中高檔8位微機(jī)位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)微機(jī)n第第3代代：16位微機(jī)位微機(jī)8086808880286，IBM

5、 PC系列機(jī)系列機(jī)1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（續(xù)）n第第4代代：32位微機(jī)位微機(jī)n8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 4n32位位PC機(jī)、機(jī)、Macintosh機(jī)、機(jī)、PS/2機(jī)機(jī)n第第5代代：64位微機(jī)位微機(jī)Itanium、64位位RISC微處理器芯片微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用n計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域n科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制n計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能，n

6、由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)n體積小、價(jià)格低體積小、價(jià)格低n工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng)工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng)n所以，可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向所以，可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用n用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向n通用微機(jī)，例如：通用微機(jī)，例如：PC微機(jī)微機(jī)n功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好n用于過(guò)程控制及嵌入應(yīng)用方向用于過(guò)程控制及嵌入應(yīng)用方向n專(zhuān)用微機(jī)，例如：工控機(jī)、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)專(zhuān)用微機(jī)，例如：工控機(jī)、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器處理器n可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)n程序

7、相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小1.2 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 寄存器組寄存器組 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器 總線(xiàn)總線(xiàn)輸入輸出輸入輸出接口電路接口電路外部設(shè)備外部設(shè)備 軟件軟件微處理器微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)區(qū)別區(qū)別圖圖1.1 1.1 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)CB數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)AB系系統(tǒng)統(tǒng)總總線(xiàn)線(xiàn)形形成成處處理理器器子子系系統(tǒng)統(tǒng)I/O設(shè)備設(shè)備I/O接口接口存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)BUS1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件組成n微處理器子系統(tǒng)微處理器子系統(tǒng)n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器nI/O設(shè)備和設(shè)

8、備和I/O接口接口n系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)n總線(xiàn)是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線(xiàn)總線(xiàn)是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線(xiàn)n總線(xiàn)是傳送信息的公共通道總線(xiàn)是傳送信息的公共通道n微機(jī)系統(tǒng)采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件微機(jī)系統(tǒng)采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件n總線(xiàn)信號(hào)可分成三組總線(xiàn)信號(hào)可分成三組n地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)AB：傳送地址信息：傳送地址信息n數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB ：傳送數(shù)據(jù)信息：傳送數(shù)據(jù)信息n控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)CB ：傳送控制信息：傳送控制信息總線(xiàn)信號(hào)n地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)ABn輸出將要訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存單元或輸出將要訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O端口的地址端口的地址n地址線(xiàn)的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍地址線(xiàn)的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋

9、址存儲(chǔ)器的范圍n數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DBnCPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往CPU nCPU寫(xiě)操作時(shí)，寫(xiě)操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送往外部n數(shù)據(jù)線(xiàn)的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)數(shù)據(jù)線(xiàn)的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)n控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)CBn協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號(hào)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號(hào)n控制總線(xiàn)決定了系統(tǒng)總線(xiàn)的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等控制總線(xiàn)決定了系統(tǒng)總線(xiàn)的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等舉例舉例舉例舉例特點(diǎn)特點(diǎn)1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng) 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) MS-DOS 匯編

10、程序匯編程序 MASM和和LINK 文本編輯程序文本編輯程序 EDIT.COM 調(diào)試程序調(diào)試程序 DEBUG.EXE為什么采用匯編語(yǔ)言？為什么采用匯編語(yǔ)言？1.3 IBM PC系列機(jī)系統(tǒng)16位位IBM PC系列機(jī)是系列機(jī)是32位微機(jī)的基礎(chǔ)位微機(jī)的基礎(chǔ)8088CPUIBM PC機(jī)機(jī)IBM PC/AT機(jī)機(jī)IBM PC/XT機(jī)機(jī)1.3.1 硬件基本組成16位和位和32位位PC機(jī)的基本部件相同機(jī)的基本部件相同8088微微處處理理器器8087協(xié)協(xié)處處理理器器8288總線(xiàn)控制器總線(xiàn)控制器I/O通通道道8259中斷控制中斷控制器器隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM8253定時(shí)控制器定時(shí)控制

11、器8237DMA控制器控制器8255并行接口并行接口控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)地址鎖存器地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器接口接口8284時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器鍵盤(pán)鍵盤(pán)接口接口系統(tǒng)系統(tǒng)配置配置開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)1.3.2 主機(jī)板組成n微處理器子系統(tǒng)微處理器子系統(tǒng)n8088：16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)、位數(shù)據(jù)總線(xiàn)、20位地址總線(xiàn)、位地址總線(xiàn)、4.77MHz主頻主頻n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器nROM-BIOS、主體為、主體為RAMnI/O接口控制電路接口控制電路n8259A、8253、8237A、8255等等nI/O通道通道62線(xiàn)的線(xiàn)的IBM PC總線(xiàn)總線(xiàn)圖圖1.5 1.5 存

12、儲(chǔ)空間的分配存儲(chǔ)空間的分配擴(kuò)展擴(kuò)展RAM15MB基本基本ROM64KB擴(kuò)展擴(kuò)展ROM128KB顯示顯示RAM128KB系統(tǒng)系統(tǒng)RAM640KB000000H0A0000H0C0000H0E0000H100000HFFFFFFH常規(guī)內(nèi)存常規(guī)內(nèi)存1MB擴(kuò)展內(nèi)存擴(kuò)展內(nèi)存15MB1.3.3 存儲(chǔ)空間的分配常規(guī)內(nèi)存：常規(guī)內(nèi)存：1MBn基本基本RAM區(qū)：區(qū)：640KBn保留保留RAM區(qū)：區(qū)：128KBn擴(kuò)展擴(kuò)展ROM區(qū)：區(qū)：128KBn基本基本ROM區(qū)：區(qū)：128KB擴(kuò)展內(nèi)存：用作擴(kuò)展內(nèi)存：用作RAM區(qū)區(qū) 系系統(tǒng)統(tǒng)板板 00001F02003F04005F06007F08009F0A00BF0C00DF0

13、E00FFDMA控制器控制器1中斷控制器中斷控制器1定時(shí)計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)器并行接口電路并行接口電路DMA頁(yè)面寄存器頁(yè)面寄存器中斷控制器中斷控制器2DMA控制器控制器2協(xié)處理器協(xié)處理器 I/O 通通 道道1F01F820020727827F2F82FF37837F38038F3A03AF3B03BF3D03DF3F03F73F83FF硬盤(pán)適配器硬盤(pán)適配器游戲接口游戲接口并行打印機(jī)接口并行打印機(jī)接口LPT2串行通信接口串行通信接口COM2并行打印機(jī)接口并行打印機(jī)接口LPT1SDLC通信接口通信接口BSC通信接口通信接口單色顯示單色顯示/打印機(jī)適配器打印機(jī)適配器彩色圖形適配器彩色圖形適配器CGA軟盤(pán)適

14、配器軟盤(pán)適配器串行通信接口串行通信接口COM11.3.4 I/O空間的分配 n80 x86訪(fǎng)問(wèn)外設(shè)時(shí)，只使用低訪(fǎng)問(wèn)外設(shè)時(shí)，只使用低16位位A0A15，尋址，尋址64K個(gè)個(gè)8位位I/O端口端口nPC機(jī)僅使用低機(jī)僅使用低10位位A0A9，尋址，尋址1024個(gè)個(gè)8位位I/O端口端口第第1 1章教學(xué)要求章教學(xué)要求1. 了解微機(jī)發(fā)展概況、熟悉典型微處理器了解微機(jī)發(fā)展概況、熟悉典型微處理器和微機(jī)系統(tǒng)；和微機(jī)系統(tǒng)；2. 明確微機(jī)兩個(gè)應(yīng)用方向、區(qū)別通用微機(jī)明確微機(jī)兩個(gè)應(yīng)用方向、區(qū)別通用微機(jī)（PC機(jī)）和控制專(zhuān)用微機(jī)（單片機(jī)）；機(jī)）和控制專(zhuān)用微機(jī)（單片機(jī)）；3. 了解微機(jī)的硬件組成，理解總線(xiàn)及其應(yīng)了解微機(jī)的硬件組

15、成，理解總線(xiàn)及其應(yīng)用特點(diǎn)、掌握地址、數(shù)據(jù)、控制總線(xiàn)的概用特點(diǎn)、掌握地址、數(shù)據(jù)、控制總線(xiàn)的概念；念；第第1 1章教學(xué)要求章教學(xué)要求（續(xù)）（續(xù)）4. 熟悉熟悉PC系列機(jī)的主機(jī)板、存儲(chǔ)空間分系列機(jī)的主機(jī)板、存儲(chǔ)空間分配和配和I/O空間分配；空間分配；5. 了解微處理器基本結(jié)構(gòu)、了解微處理器基本結(jié)構(gòu)、8088/8086的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)；的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)；6. 復(fù)習(xí)匯編語(yǔ)言源程序格式。復(fù)習(xí)匯編語(yǔ)言源程序格式。習(xí)題習(xí)題1（第（第 23 頁(yè)）頁(yè)） 1.2 1.4 1.5 1.8硬件系列課程計(jì)算機(jī)組成原理n側(cè)重討論計(jì)算機(jī)基本部件的構(gòu)成和組成方式，基本運(yùn)算側(cè)重討論計(jì)算機(jī)基本部件的構(gòu)成和組成方式，基本運(yùn)算的操作原理和

16、單元的設(shè)計(jì)思想、操作方式及其實(shí)現(xiàn)方法的操作原理和單元的設(shè)計(jì)思想、操作方式及其實(shí)現(xiàn)方法和電路原理和電路原理n側(cè)重內(nèi)部各單元的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法（芯片內(nèi)）側(cè)重內(nèi)部各單元的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法（芯片內(nèi)）微機(jī)原理及接口技術(shù)n突出應(yīng)用，詳細(xì)講述微處理器芯片的指令系統(tǒng)及編程、突出應(yīng)用，詳細(xì)講述微處理器芯片的指令系統(tǒng)及編程、CPUCPU外部特性、微機(jī)主板，與通用外設(shè)的接口電路及應(yīng)用外部特性、微機(jī)主板，與通用外設(shè)的接口電路及應(yīng)用編程技術(shù)編程技術(shù)n側(cè)重各模塊外部的連接和應(yīng)用技術(shù)（芯片外）側(cè)重各模塊外部的連接和應(yīng)用技術(shù)（芯片外）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)n重點(diǎn)論述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)技術(shù)和性能重點(diǎn)論述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種

17、基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)技術(shù)和性能定量分析方法定量分析方法n側(cè)重整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)（芯片組合）側(cè)重整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)（芯片組合）返回返回世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC返回返回什么是微型計(jì)算機(jī)n以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計(jì)算機(jī)主要部件以集成了計(jì)算機(jī)主要部件控制器和運(yùn)算控制器和運(yùn)算器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)n微處理器（微處理器（Microprocessor）n微型計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）返回返回Intel4004和采用4004的計(jì)算器返回返回Apple微型計(jì)算機(jī)Apple-IAp

18、ple-II返回返回IBM PC系列機(jī)8088CPUIBM PC機(jī)機(jī)IBM PC/AT機(jī)機(jī)IBM PC/XT機(jī)機(jī)返回返回英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium 4返回返回明確3個(gè)概念的區(qū)別n微處理器（微處理器（Microprocessor）n一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片n內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等n微機(jī)中的核心芯片微機(jī)中的核心芯片n微型計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）n通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)n還有一般的說(shuō)法：還有一般的說(shuō)法：微機(jī)微機(jī)、微型機(jī)微型機(jī)n微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputer system）n指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)返回返回Intel 80 x86CPU的地址線(xiàn)條數(shù)Intel80 x86地址條數(shù)地址條數(shù)存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量n8086