微機接口第一章 緒論

微型計算機原理與接口技術(shù)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微機的應用

①、科學計算②、信息處理、事務管理③、生產(chǎn)過程控制④、計算機通信⑤、智能儀器⑥、家用電氣⑦、計算機輔助設計／制造（CAD／CAM）⑧、人工智能微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

本課程是高等學校理工科學生的一門重要的硬件教學(區(qū)別于計算機軟件教學)中最重要的一環(huán)。是學生學習運用計算機硬件應用的最重要的課程，對提高學生的計算機應用能力至關(guān)重要，已成為學生學習部分后續(xù)課程、畢業(yè)設計和今后工作的最重要的技術(shù)基礎。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

課程目標１、較深入地了解微型計算機系統(tǒng)的組成及基本工作原理。２、掌握匯編語言程序設計方法。３、掌握微型計算機接口技術(shù)，學會分析和設計典型接口（包括軟硬件）的方法。建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)硬件開發(fā)的初步能力。

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)參考書１、劉樂善主編．微型計算機接口技術(shù)及應用．武漢：華中理工大學出版社，2004年２、吳秀清等編著．微型計算機原理與接口技術(shù)．合肥：中國科學技術(shù)出版社，2002年3、吳寧主編.8086/pentium微型計算機原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，2006年微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)第1章緒論

§1.1計算機中數(shù)的表示方法§1.2計算機的基本結(jié)構(gòu)

§1.3微型計算機結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)

§1.4微型計算機的發(fā)展概況微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)§1.1計算機中數(shù)的表示方法1.1.1進位計數(shù)制1.1.2二進制編碼1.1.3帶符號數(shù)的表示方法微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.1.1進位計數(shù)制用一組固定的數(shù)字符號和特定的規(guī)則來表示數(shù)的方法，稱為進位計數(shù)制。

平時,人們習慣上使用10進制，也可用其它進制，如：60進制(時/分/秒)

24進制(天/小時)計算機中，采用0和1來表示數(shù)字、字母、符號、圖形等。

原因：計算機是電子設備，只能識別電平高低、開關(guān)通斷、晶體管導通和截止，即兩種狀態(tài)0和1

缺點：二進制太長，不便書寫和記憶因此，計算機中也采用10進制和16進制表示數(shù)，但最終都要轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)輸入計算機，才能使機器運行。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)10個數(shù)字符號：0，1，2，……，9；“逢十進一”；小數(shù)點向左各數(shù)字的“權(quán)”是100，101，102，103，……小數(shù)點向右各數(shù)字的“權(quán)”是10-1，10-2，10-3，……。[例]：323.31=3×102+2×101+3×100+3×10-1+1×10-2。十進制數(shù)用它原來的形式表示，如123，-36等，也可以在數(shù)值后面加上字母“D”或“d”，如123D，-36d等。1.

十進制計數(shù)法微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)計算機內(nèi)部采用“二進制”表示數(shù)據(jù)。

2個數(shù)字符號：0，1；

“逢二進一”：用“進位”的方法表示大于1的數(shù)；

“權(quán)展開式”：

小數(shù)點向左各數(shù)字的“權(quán)”是20，21，22，23，……。

小數(shù)點向右各數(shù)字的“權(quán)”是2-1，2-2，2-3，……。

二進制數(shù)必須在數(shù)字的后面加上字母B。例：10110111B2.

二進制計數(shù)法

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)11011.101B=1×24+1×23+0×22+1×21+ 1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=27.625D微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)3.八進制和十六進制計數(shù)法八進制：八進制使用的數(shù)字符號：0，1，2，3，4，5，6，7。八進制數(shù)必須加后綴O或Q。在70-80年代的小型機上，常用8進制數(shù)編寫匯編語言程序和打印程序清單。當代計算機采用16進制計數(shù)法，通常不再使用8進制數(shù)。

一位8進制數(shù)可以方便地轉(zhuǎn)換成3位二進制數(shù)

1101100.0101B=1

101

100.010

1B

=

001

101

100.010

100B=

154.24Q微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)十六進制十六進制使用的數(shù)字符號：0～9，A～F。書寫十六進制數(shù)時，在它各位數(shù)字的后面加上“H”。如果十六進制數(shù)以字母A～F開始，還要在前面添加0。 例：3AFH,0FF3DH一位十六進制數(shù)可以方便地轉(zhuǎn)換成4位二進制數(shù)1101100.0101B=110

1100.0101

B

=0110

1100.0101B=6C.5H16進制數(shù)的長度只有二進制數(shù)的1/4，兩者轉(zhuǎn)換方便。編寫匯編語言程序（如表示存儲器地址和數(shù)據(jù)）以及打印程序清單時，常用16進制數(shù)。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)數(shù)據(jù)組織計算機內(nèi)的信息按一定的規(guī)則組織存放。（1）位（bit）--最小信息表示單位（2）字節(jié)（Byte）--最小信息存儲單位（3）字（Word）和雙字（DoubleWord）計算機中的信息單位微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)位（bit）：計算機處理的最小數(shù)據(jù)單位，只能為“０”或“１”千位（Kilobit）：代表210位，即1024位，縮寫Kb。兆位（Megabit）：代表220位，即1024*1024位，縮寫Mb。千兆位（Gigabit）：代表230位，即1024Mb，縮寫Gb兆兆位（Terabit）：代表240位，即1024Gb，縮寫Tb

字節(jié)（Byte）：計算機中存儲器容量的基本單元，一個字節(jié)由８位二進制數(shù)據(jù)組成，Byte通?？s寫Ｂ，同樣有KB、MB、GB、TB。1KB=210=1024B;1MB=210.210=1024KB;1GB=210.210.210=1024MB;1TB=210.210.210.210=1024GB計算機中的信息單位微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)字長：

CPU的字長是計算機一次能處理的二進制數(shù)位數(shù)。它決定于計算機的通用寄存器、加法器、數(shù)據(jù)總線等部件位數(shù)，因此，直接影響硬件成本。字長愈長，計算機的處理能力愈強，指令功能就愈強,運算精度愈高,但制造工藝也越復雜。一般有１位、４位、８位、１６位、３２位、64位。計算機中的信息單位微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)CPU運算速度：1、主頻：CPU主時鐘的頻率，它在很大程度上決定了計算運算速度，在同類CPU中，主頻愈高，微型計算機的速度愈快。比如8086的主頻為10MHz，80486時鐘頻率為33---66MHz，PentiumIV的主頻高達3.06GHz。2、指令執(zhí)行時間的長短反應CPU運算速度的快慢。因為執(zhí)行不同指令所需的時間不同，根據(jù)不同類型指令在計算過程中出現(xiàn)的頻率乘上不同系數(shù)，求得統(tǒng)計平均值。這理所指的運算速度為平均速度MIPS(MillionsofInstructionPerSecond)即百萬條指令/秒作單位，

計算機中的信息單位微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)§1.1計算機中數(shù)的表示方法1.1.1進位計數(shù)制1.1.2二進制編碼1.1.3帶符號數(shù)的表示方法微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.1.2二進制編碼計算機中，數(shù)都用二進制表示，因此各種數(shù)字、英文字母、運算符號等，都要用特定的二進制碼的組合來表示，即二進制編碼。最常用的編碼有BCD碼和ASCII碼兩種。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)“ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標準編碼）”。P513附錄B7位二進制表示一個字母、數(shù)字或符號，包含128個不同的編碼。一個字符的ASCII碼占用一個字節(jié)，低7位是它的ASCII碼，最高位置“0”，或者用作“校驗位”。字符編碼計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)ASCII編碼的前32個（編碼00H~1FH）用來表示“控制字符”，例如CR（“回車”，編碼0DH），LF（“換行”，編碼0AH）。

ASCII編碼30H~39H用來表示數(shù)字字符“0”~“9”。ASCII編碼41H~5AH用來表示大寫字母“A”~“Z”。ASCII編碼61H~7AH用來表示小寫字母“a”~“z”。小寫字母的編碼比對應的大寫字母編碼大20H。計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)用一組四位二進制來表述一位十進制數(shù)，組間仍然按照“逢十進一”的規(guī)則進行，稱為“BCD碼（BinaryCodedDecimal）”。二進制碼的BCD數(shù)，4位二進制，取0000～1111中的前10個碼表示0～9，各位的權(quán)值是8、4、2、1，也稱8421

BCD碼。BCD數(shù)與10進制數(shù)的轉(zhuǎn)換

例:

用8421BCD碼表示10進制數(shù)327。327=（001100100111）BCD碼

例:

求BCD碼的10進制數(shù)。

（100101011000）BCD碼

=958BCD碼計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示BCD碼微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)壓縮的BCD碼用一個字節(jié)存儲2位十進制數(shù)，高4位二進制表示高位十進制數(shù)，低4位二進制表示低位十進制數(shù)。可以用相同數(shù)字的十六進制數(shù)表述。非壓縮的BCD碼用一個字節(jié)存儲1位十進制數(shù)，低4位二進制表示該位十進制數(shù)，對高4位的內(nèi)容不作規(guī)定。十進制數(shù)25的壓縮BCD碼用25H表示。數(shù)字字符‘7’的ASCII碼37H就是數(shù)7的非壓縮BCD碼計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示BCD碼微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)10進制、二進制、16進制、BCD碼的關(guān)系見表1.1BCD碼既照顧了人們使用10進制數(shù)的習慣，又考慮了計算機的特點，確實很好。但運算后需要對結(jié)果進行調(diào)整。由于計算機中有專門的調(diào)整電路，只要執(zhí)行相應的調(diào)整指令，就能自動進行處理。計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示BCD碼微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.1.1進位計數(shù)制1.1.2二進制編碼1.1.3帶符號數(shù)的表示方法§1.1計算機中數(shù)的表示方法1.無符號數(shù)的表示

用字節(jié)、字、雙字或者更多的字節(jié)來存儲和表示。用N位二進制表示一個無符號數(shù)時，最小的數(shù)是0，最大的數(shù)是2N-1（N位二進制111……111）。無符號數(shù)需要增加它的位數(shù)時，在它的左側(cè)添加若干個“0”，稱為“零擴展”?！斑M位標志（CarryoutFlag，CF）”表示二個無符號數(shù)運算結(jié)果的特征。如果CF=1，表示它們的加法有“進位”，或者它們的減法有“借位”。CF=0，則沒有產(chǎn)生進位或借位。-----正數(shù)和零的集合計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)2.有符號數(shù)的表示（1）原碼最左邊一位二進制表示這個數(shù)的符號:“0”代表正，“1”代表負

后面是它的“有效數(shù)字”一個字節(jié)存儲有符號數(shù)原碼，有127個正數(shù)（1～127），127個負數(shù)（-1～-127）和2個“0”，“正”0：00000000，“負”0：10000000。原碼的表示規(guī)則簡單，但是運算規(guī)則比較復雜，不利于計算機高速運算的實現(xiàn)。---原碼、補碼計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)（2）補碼

計算機內(nèi)用補碼來表示一個有符號數(shù).

用最高有效位（MSB）表示一個有符號數(shù)的符號：“1”表示負，“0”表示正。其他二進制位用來存儲這個數(shù)的有效數(shù)字：正數(shù)的有效數(shù)字不變，負數(shù)的有效數(shù)字取反后最低位加1。一字節(jié)存儲有符號數(shù)補碼時，有127個正數(shù)（1~127），128個負數(shù)（-1~-128），1個“0”（00000000）。

其中，[-1]補=11111111，[-128]補=10000000。計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)一個補碼需要增加它的位數(shù)時，對于正數(shù)，需要在它的左側(cè)添加若干個“0”，對于負數(shù)，需要在它的左側(cè)添加若干個“1”，

用它的符號位來填充增加的“高位”，稱為“符號擴展”。(4)補碼的擴展[例]：[-5]補=11111011（8位）=1111111111111011（16位）

[+5]補=00000101（8位）=0000000000000101（16位）計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)補碼的運算遵循以下規(guī)則： [X+Y]補=[X]補+[Y]補 [X－Y]補=[X]補＋[-Y]補一、補碼運算時,參加運算的兩個數(shù)均為補碼,結(jié)果也是補碼,欲得真值,還需轉(zhuǎn)換.二、運算時,1、符號位與數(shù)值位一起參加運算;2、符號位產(chǎn)生的進位舍掉不管;3、要保證運算結(jié)果不超過補碼所能表示的最大范圍，，否則將產(chǎn)生“溢出”錯誤。(5)補碼的運算計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)“溢出標志（OverflowFlag,OF）”表示有符號數(shù)運算特征。OF=1，表示運算結(jié)果超過了表示范圍，稱為“溢出”，

OF=0，沒有產(chǎn)生溢出。計算機自身用“雙進位法”判斷是否產(chǎn)生“溢出”：補碼最左邊2個位上的進位相等，沒有溢出，反之有溢出。

計算機內(nèi)的有符號數(shù)一般都用補碼表示，除非特別說明。

計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)例:要做減法7?19，可用7+[?19]補來完成。 [7]補=00000111B[+19]補=00010011B [?19]補=11101101B

00000111B --------[7]補

+

11101101B --------[?19]補

11110100B=F4H --------和的補碼 和的補碼=F4H=11110100B 和的反碼=F3H=11110011B 和的原碼=10001100B，其真值為-12 可見，7+（?19）=?12，答案正確。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)例:要做加法127+1[127]補=0111

1111B

[+1]補=00000001B

0111

1111B --------[127]補

+00000001B --------[+1]補

10000000B=80H --------和的補碼正確嗎?C7⊕C6=1則OF=1表示運算結(jié)果超過了表示范圍，稱為“溢出”，C7⊕C6=0則OF=0，沒有產(chǎn)生溢出。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)8位二進制數(shù)能表示的補碼范圍為?128～+12716位二進制數(shù)能表示的補碼范圍為?32768～+32767帶符號數(shù)用補碼表示時，最高位是符號位當符號位=0，表示正數(shù)，后7位為其真正的數(shù)；當符號位=1，表示負數(shù)，要將后7位的最低位減1，求得反碼，再按位取反，才能得到真正的數(shù)（真數(shù)）。例若已知[X]補=10010100B，求X的反碼和原碼。[X]反=[X]補?1=10010100B?1=10010011B[X]原=11101100B因此,X=?1101100B=?(64+32+8+4)10=?108微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)41H： 有符號數(shù)+65的補碼 無符號數(shù)65 大寫字母‘A’的ASCII碼 十進制數(shù)41D的壓縮BCD碼計算機內(nèi)的一組二進制編碼和它們的“原型”之間存在著

“一對多”的關(guān)系：知情者：定義、使用該數(shù)據(jù)的程序員計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)§1.2計算機的基本結(jié)構(gòu)1946年，美國賓夕法尼亞大學研制成功第一臺通用可編程計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）17000個電子管500英里導線重量超過30噸運算速度10萬次/秒電子管的功耗大，壽命低，維護難。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)ENIAC推動世界進入了電子計算機時代。編程方法：重新連接線路來實現(xiàn)編程。

許多工人化幾天，對6000多個開關(guān)定位，再用轉(zhuǎn)插線連接各控制部件以構(gòu)成程序序列，很像電話總機的接線。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)后來采用機器語言（MachineLanguage）編程由1和0組成的代碼構(gòu)成指令（Instruction）,告訴計算機要執(zhí)行的運算和操作。提高了編程的效率，但用到很多代碼，仍很費時。馮諾依曼結(jié)構(gòu)計算機數(shù)學家馮諾依曼（JohnVonNeumann）開發(fā)出了能接收指令，并將指令保存在存儲器中的系統(tǒng)。為紀念他，常將計算機稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)的機器。半個多世紀以來，計算機技術(shù)不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了各種類型的計算機，就其結(jié)構(gòu)而言，都是馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu)的延續(xù)和發(fā)展。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)馮.諾依曼計算機的基本框圖，包含5個部分：運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備讀/寫指令程序和數(shù)據(jù)處理結(jié)果微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)運算器和控制器稱為中央處理單元

（CentralProcessingUnit，CPU）CPU+存儲器稱為主機輸入設備+輸出設備稱為外部設備（外設）（Peripherals）或I/O設備運算器存儲器控制器輸入設備輸出設備讀/寫指令程序和數(shù)據(jù)處理結(jié)果微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)CPU由門電路、寄存器和觸發(fā)器等高速電子電路組成，經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路(IC)、大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)等幾代。IC技術(shù)發(fā)展,把整個CPU做在一塊芯片上，稱為微處理器（Microprocessor），習慣稱為CPU。典型微處理器：Intel:8086、80286、80386、80486、Pentium等，Zilog:Z80、Z8000等。用微處理器設計的計算機稱為微型計算機（Micro-computer）。早期的微型計算機，如20世紀80年代初推出的IBMPC機以8086/8088為CPU。由于速度較低，外設種類較少，處理能力有限，主要處理個人事務，故稱之為個人計算機（PersonalComputer，PC）。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)的三個層次微處理器（Microprocessor）微型計算機（Microcomputer）微型計算機系統(tǒng)（MicrocomputerSystem）

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微處理器―――核心級中央處理器-CPUCPU:CentralProcessingUnit功能：是微機系統(tǒng)的核心部件，主要完成計算與控制功能。組成：主要包括控制器、運算器、指令執(zhí)行器和寄存器。CPU是把上述部件集成在大規(guī)模集成電路芯片上，尺寸很小，稱作微處理器(Micro-Processor)。1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微處理器典型結(jié)構(gòu)

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機

以微處理器為核心，配上只讀存儲器（ＲＯＭ），讀寫存儲器（ＲＡＭ），輸入／輸出（Ｉ／Ｏ）接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構(gòu)成了微型計算機。這些相互獨立的部件需要一個公共載體把它們連接起來，這就是主板（ＭainBoard）。主機：主板+CPU+內(nèi)存+接口+電源1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)IBM-PC/XT機主板體系結(jié)構(gòu)主板上主要有：CPU8086；內(nèi)存SRAM；系統(tǒng)時鐘8284；?地址鎖存器8282；數(shù)據(jù)緩沖器8286；總線控制器8288；?定時/計數(shù)器8254A；中斷控制器8259A；DMA控制器8237A；?這些部件一般是獨立存在、直接焊接在主板上的。uIBM-PC/XT機主板的體系結(jié)構(gòu)主要分為三層：?CPU層、系統(tǒng)層和擴展層。?CPU層：主要由CPU和總線生成部件（8284/8282/8286/8288）組成，CPU的地址總線經(jīng)8282鎖存形成系統(tǒng)地址總線，CPU的數(shù)據(jù)總線經(jīng)8286緩沖形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，CPU的控制總線經(jīng)8288譯碼形成系統(tǒng)控制總線；系統(tǒng)層：是建立在系統(tǒng)總線基礎上，主要由內(nèi)存、接口器件（8254A/8237A/8259A/8255A）和PC總線插槽組成，并且都直接與系統(tǒng)總線連接，作為板內(nèi)接口。擴展層：主要是指通過PC總線插槽對系統(tǒng)擴展，外部接口卡通過PC總線插槽與系統(tǒng)連接，用戶擴展微機系統(tǒng)的功能，如多功能卡、音頻卡等。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)Pentium4機主板體系結(jié)構(gòu)Pentium4微機主板體系結(jié)構(gòu)，采用Intel875P芯片組。Intel875P芯片組由82875PMCH和82801EBICH5芯片組成。

Pentium4微機主板體系結(jié)構(gòu)與IBM-PC/XT機主板體系結(jié)構(gòu)相比，可以如下簡單理解：把內(nèi)存和顯示移近了CPU（進入CPU層），由一片芯片（MCH）控制器工作，提高了數(shù)據(jù)交換速度并生成系統(tǒng)總線層；而其它的功能部件（如中斷控制、DMA控制、IDE控制、總線接口插槽、音頻控制等等）統(tǒng)一地由一片芯片（ICH）控制其工作，掛接在總線層上；擴展層仍然由總線插槽（ISA、PCI、PCI-EX16插槽等）對系統(tǒng)擴展。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型計算機系統(tǒng)以微型計算機為中心，配以相應的外圍設備以及控制微型計算機工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計算機系統(tǒng)。微型計算機如果不配有軟件，通常稱為裸機軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)三者之間的關(guān)系

微處理器：計算/控制中心微型計算機與微處理器：微處理器是微型計算機核心微型計算機系統(tǒng)與微型計算機：微型計算機是微型計算機系統(tǒng)的硬件基礎。1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

存儲器:存儲器用來存儲程序，原始數(shù)據(jù)，中間結(jié)果及運算結(jié)果。在計算機內(nèi)部，程序中的指令和數(shù)據(jù)都是二進制代碼形式出現(xiàn)的。兩種基本的操作：讀操作、寫操作。存儲器中若干個二進制位組成一個存儲單元，計算機系統(tǒng)對存儲器中的每一個存儲單元進行編號，這個編號稱為該存儲單元的地址。1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)存儲器

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

1.內(nèi)存由許多單元組成。

2.每個單元存放８位二進制數(shù)，

3.內(nèi)存單元從０開始編址。

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

存儲器讀寫操作圖

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輸入輸出接口電路

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介于計算機和外部設備之間的電路稱為輸入輸出接口電路。?微型計算機的接口普遍采用大規(guī)模集成電路芯片，大多數(shù)接口芯片是可編程的。1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路接口的的概念在微型計算機系統(tǒng)中，ＣＰＵ與外部設備之間的聯(lián)系，需要有特定的硬件連接和相應的軟件控制。完成這一任務的軟硬件綜合稱為接口。

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？要想回答這個問題，讓我們先來看看外部設備

外部設備是構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)的重要組成部分

1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？外部設備及其信號微型計算機使用的外部設備種類很多，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法各異，按照它們與ＣＰＵ數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，可以劃分為以下３類。輸入設備輸出設備復合輸入輸出設備1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設備傳輸信號有以下３種類型數(shù)據(jù)信號

狀態(tài)信號

控制信號

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設備傳輸信號之數(shù)據(jù)信號

數(shù)據(jù)信號是外部設備信號的主要部分。按照信號的物理形態(tài)，可分為以下幾種：數(shù)字量：這類是指由鍵盤、磁盤驅(qū)動器、等輸入的信息，或者主機送打印機、磁盤驅(qū)動器、顯示器及繪圖儀的信息，它們是二進制形式的數(shù)據(jù)或是以ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符。模擬量：如果一個微機系統(tǒng)是用于控制的，多數(shù)情況下的輸入信息是現(xiàn)場的連續(xù)變化的物理量，如溫度、濕度、位移、壓力、流量等，這些物理量一般通過傳感器先變成電壓或電流，再經(jīng)過放大。這樣的電壓電流仍然是連續(xù)變化的模擬量，而計算機無法直接接收和處理模擬量，要經(jīng)過（A/D）轉(zhuǎn)換，才能送入計算機。反之，計算機輸出的數(shù)字量，要經(jīng)過（D/A）轉(zhuǎn)換，才能去控制現(xiàn)場。

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設備傳輸信號之數(shù)據(jù)信號

開關(guān)量：開關(guān)量可表示兩個狀態(tài)，如開關(guān)的閉合和斷開，電機的運轉(zhuǎn)和停止、閥門的打開和關(guān)閉等。脈沖信號:計數(shù)脈沖,定時脈沖和控制脈沖在計算機控制系統(tǒng)中也很常見,它們統(tǒng)稱為脈沖量。對輸入設備,數(shù)據(jù)信號從外設送往CPU,對輸出設備信號從CPU發(fā)往外部設備.

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設備傳輸信號之狀態(tài)信號

狀態(tài)信號表明外部設備當前的工作狀態(tài)，用來協(xié)調(diào)ＣＰＵ與外部設備之間的操作。狀態(tài)信號總是從外部設備發(fā)往ＣＰＵ。

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設備傳輸信號之控制信號

控制信號是ＣＰＵ向外設發(fā)出的命令，它指定設備的工作方式，啟動或停止設備?？刂菩盘柕母袷揭蛟O備而異控制信號從ＣＰＵ發(fā)往外部設備。數(shù)據(jù)信號、狀態(tài)信號、控制信號都是以數(shù)據(jù)的形式通過數(shù)據(jù)總線與CPU進行傳輸?shù)摹?/p>

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)綜上所述，外部設備種類繁多，從工作原理來講，可分為機械、電動式和其它形式等幾類，它們所傳輸?shù)男畔⑷鐢?shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量要求也各不相同。這就給計算機和外設之間的信息交換帶來以下一些問題：＊

速度不匹配：＊

信號電平不匹配：＊

信號格式不匹配：＊

時序不匹配

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

所以各種外設都有自己的定時和控制邏輯，與計算機的ＣＰＵ時序不一致。因此，輸入／輸出設備不能直接與ＣＰＵ的系統(tǒng)總線相連，必須在ＣＰＵ與外設之間設置專門的接口（Interface）電路來解決這些問題。

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設之間設置接口？1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

簡單的輸入／輸出接口的組成把地址譯碼、數(shù)據(jù)鎖存與緩沖、狀態(tài)寄存器、命令寄存器各個電路組合起來，構(gòu)成簡單輸入／輸出接口接口連接的信號：＊與系統(tǒng)總線連接：地址總線A0～A15數(shù)據(jù)總線D0~D7控制總線(最小模式時）或（最大模式時）相連.＊與外部設備相連：數(shù)據(jù)口、狀態(tài)口、命令口。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

總線:總線是一組公共的信號傳輸線，用于連接計算機各個部件。內(nèi)部總線:位于芯片內(nèi)部的總線稱為內(nèi)部總線。系統(tǒng)總線:連接微處理器與存儲器、輸入輸出接口，用以構(gòu)成完整的微型計算機的總線稱為系統(tǒng)總線微型計算機的系統(tǒng)總線分為:數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三組。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

微型計算機的系統(tǒng)總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三組。數(shù)據(jù)總線：用于傳送數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)總線是雙向總線。地址總線：用于發(fā)送內(nèi)存地址和I/O接口的地址。控制總線：傳送各種控制信號和狀態(tài)信號，使微型計算機各部件協(xié)調(diào)工作。微型計算機采用標準總線結(jié)構(gòu)，提高了微機系統(tǒng)的通用性和可擴展性。當然這些優(yōu)點是以“分時”工作速度為代價而取得的。總線標準及典型總線總線標準指在計算機界承認或推薦的系統(tǒng)中互連各個模塊的標準。微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)總線標準及典型總線

１、總線標準主要作以下幾個部分的規(guī)定：?機械結(jié)構(gòu)規(guī)范：模塊尺寸、總線插頭、邊沿聯(lián)接器插座等規(guī)格及位置。?性能規(guī)范：總線每根線（引腳）信號名稱與功能，它們相互作用的協(xié)議（例如定時關(guān)系）。?電氣規(guī)范：每根信號線工作時的有效電平、動態(tài)轉(zhuǎn)換時間、負載能力、各電氣性能的額定值及最大值。

２、典型的標準總線有：PC總線、ISA總線（即AT總線）、EISA總線、VESA總線、PCI總線1.3微型計算機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

微型計算機的概念結(jié)構(gòu)

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型計算機延生于20世紀70年代，它的特點是體積小，重量輕，功耗低，可靠性高，價格便宜，使用方便，軟件豐富。微型計算機的核心是微處理器（CPU)，每出現(xiàn)一個新的微處理器，就會產(chǎn)生新一代的微型計算機。

1.4微型計算機的發(fā)展概況

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微機CPU的發(fā)展方向

CPU種類：400480808086→486Pentium1→4

Core2DuoCPU速度：10Mhz4Ghz數(shù)據(jù)寬度：4位８位16位32位64位多核化：單核雙核四核加工工藝：130nm90nm65nm1.4微型計算機的發(fā)展概況微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型機計算機發(fā)展大致分為五代

第一代：4位機發(fā)展和8位機萌芽階段從1971年到1973年代表產(chǎn)品：Intel4004和MCS-4微型機Intel8008和MCS-8微型機字長：4位或8位特點：指令系統(tǒng)比較簡單，運算功能較差，價格低謙。應用：面向家電，計算機器等。1.4微型計算機的發(fā)展概況

微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.4微型計算機的發(fā)展概況

Intel4004Intel8008微型計算機系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型機計算機發(fā)展大致分為五代

第二代：8位機發(fā)展階段從197