微機(jī)系統(tǒng)與接口概論完整版

《微機(jī)系統(tǒng)與接口》

又名：微機(jī)原理及接口技術(shù)微機(jī)原理及應(yīng)用

對計算機(jī)、微型計算機(jī)本身，你了解多少？1、運算速度——每秒運算多少次？主頻多少？2、內(nèi)存——多大？進(jìn)一步：1、CPU字長——多少位？2、接口——種類、多少？本課程將深入學(xué)習(xí)。知其然，知其所以然對微處理器、微型計算機(jī)應(yīng)用，你又了解多少？1、科學(xué)計算2、信息處理、事務(wù)管理進(jìn)一步：1、生產(chǎn)過程控制2、儀器、儀表控制3、民用產(chǎn)品控制對硬件必須深入了解。知其然，知其所以然生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

過程對象︵被控對象︶

傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)

傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感、執(zhí)行檢測/控制微機(jī)主機(jī)操作臺電平變換功放驅(qū)動I/O接口I/O接口I/O接口I/O接口A/DD/ADI

DO輸入調(diào)理V/I變換I/O通道信號調(diào)理打印機(jī)顯示器I/O接口變換信號處理模擬量數(shù)字量頻率、其他課程地位與重要性計算機(jī)硬件在計算機(jī)應(yīng)用（而非簡單使用）中的重要位置本課程是工科非計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)硬件教學(xué)（區(qū)分于計算機(jī)軟件教學(xué)）中最重要的一環(huán)，是非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)運用計算機(jī)硬件應(yīng)用的最主要課程，對提高學(xué)生的計算機(jī)硬件應(yīng)用能力至關(guān)重要。已成為學(xué)生學(xué)習(xí)部分后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計和今后工作的最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。計算機(jī)系列課程關(guān)系圖計算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)計算機(jī)結(jié)構(gòu)與邏輯設(shè)計微機(jī)系統(tǒng)與接口DSP系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微機(jī)綜合課程設(shè)計計算機(jī)軟件類課程課程體系與主要內(nèi)容從微機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)談起存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU…

概念與基本知識微處理器——核心

Ｐ或ＭＰ（Microprocessor）

=CＰＵ（中央處理單元）微型計算機(jī)——簡稱微機(jī)

C

或MC（Microcomputer）微型計算機(jī)系統(tǒng)——簡稱微機(jī)系統(tǒng)

CS

或MCS

（Microcomputersystem）微型計算機(jī)系統(tǒng)的三個層次微處理器存儲器I/O接口總線硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU寄存器控制器鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)硬件

軟件

與一般計算機(jī)系統(tǒng)一樣，微型計算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成微型計算機(jī)硬件CPU運算器控制器寄存器存儲器IO接口外部設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器…）主機(jī)CPUCPU運算器控制器寄存器運算器也稱為算術(shù)邏輯單元ALU，完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運算控制器由指令寄存器、指令譯碼器和控制電路組成，對微型計算機(jī)各部件發(fā)出控制信息寄存器用于存放經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)CPUALU寄存器指令寄存器指令譯碼器控制電路組控制器存儲器內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存的操作：讀，寫內(nèi)存的分類：

RAM和ROM地址內(nèi)容00000H00001H00002H00006HFFFFFH……11001111……RAM可以隨機(jī)讀寫，ROM只能被CPU讀取，用于存放固定程序存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖存儲器地址線位數(shù)n，存儲單元數(shù)為N，他們之間的關(guān)系為N=2n。...N位地址總線控制信號線N位數(shù)據(jù)總線地址譯碼驅(qū)動存儲體時序控制線路讀寫放大電路靜態(tài)存儲器SRAM工作原理示意圖

(Select=1選中單元)Select=1&/Read=

鎖存輸入數(shù)據(jù)Select=1&/RD=0三態(tài)門開(輸出允許)存儲器讀操作數(shù)據(jù)總線SelectReadDQCLK內(nèi)存單元內(nèi)存包含有很多存儲單元(每個內(nèi)存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，計算機(jī)對每個內(nèi)存單元進(jìn)行編號，內(nèi)存單元的編號就稱為內(nèi)存單元的地址1011011038F04H內(nèi)存單元地址內(nèi)存單元內(nèi)容......76543210表示:(38F04H)=B6H存儲器的讀操作1001011100000100AB讀地址DB10010111地址譯碼器控制0004FF…………存儲器讀操作過程存儲器的寫操作0010011000000100AB寫DB00100110地址譯碼器控制0008FF…………存儲器寫操作過程地址IO設(shè)備IO設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備，如：鍵盤、鼠標(biāo)顯示器輸入/輸出接口簡寫為I/O接口，是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)總線連接各部件的總線：

地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線CPU存儲器IO接口IO設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線總線總線BUS：一組性質(zhì)相似的各部件共用的信息線 的集合。

地址總線AB：用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。

CPU的尋址范圍=2(n=地址線根數(shù))數(shù)據(jù)總線DB：在CPU與存儲器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度?？刂瓶偩€CB：用來傳送各種控制信號nI/O總線作用I/O總線的作用是通過公用的信號線可把計算機(jī)或測控系統(tǒng)中的模板或各種設(shè)備聯(lián)成一體，以便進(jìn)行彼此之間的信息交換。采用總線技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)、使用和維護(hù)上具有很多優(yōu)越性。

I/O接口設(shè)計原則之一：輸入三態(tài)，輸出鎖存單向三態(tài)緩沖器TABABT為低平時：輸出為高阻抗（三態(tài)）T為高電平時：輸出為輸入的反相表示反相或低電平有效TABTABT雙向三態(tài)緩沖器ABDIROE*OE*＝0，導(dǎo)通

DIR＝1A→BDIR＝0A←BOE*＝1，不導(dǎo)通三態(tài)門輸出電路（MOS）結(jié)構(gòu)示意三態(tài)門輸出電路（TTL）結(jié)構(gòu)示意總線連接各部件的總線：

地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線CPU存儲器IO接口IO設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線微機(jī)的最基本部分DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列總線接口控制電路運算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29Ah、、、地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器存儲器總線CPU（微處理器）計算機(jī)、微型計算機(jī)是如何實現(xiàn)科學(xué)計算的？科學(xué)計算：5+8=?計算機(jī)內(nèi)部是如何完成以上程序執(zhí)行的？C程序intA；

A=5；

A=A+8CPU——只能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)！AH

ALBH

BLCH

CLDH

DLSPBPDISI通用寄存器AXBXCXDXALU數(shù)據(jù)總線（16位）運算寄存器ALU標(biāo)志寄存器EU控制系統(tǒng)執(zhí)行單元EUCSDSSSESIP內(nèi)部暫存器123456數(shù)據(jù)總線8088:8位8086:16位總線控制邏輯地址總線20位指令隊列80888086Q總線（8位）指令指針段寄存器外部總線總線接口單元BIUSCLK第一步：從程序到指令編輯器（Editor）

程序設(shè)計（流程圖）編譯器（Compiler）高級語言程序(與機(jī)型無關(guān))

匯編器（Assembler）匯編語言(與機(jī)型有關(guān))

鏈接器（Linker）

待裝配的指令代碼(二進(jìn)制BIN)

可執(zhí)行指令代碼(二進(jìn)制BIN)

(軟件)SOFTWARE—FIRMWARE(固件)C語言與匯編語言對應(yīng)關(guān)系C程序(與機(jī)型無關(guān)）匯編語言(與機(jī)型有關(guān))intA；——————AEQUALA=5；——————MOVA,5A=A+8；——————ADDA,8注：A是變量注：A是寄存器匯編語言與二進(jìn)制機(jī)器碼對應(yīng)關(guān)系10110000000001010000010000001000存儲器指令內(nèi)容助記符內(nèi)容MOVA,5ADDA,8……第一步：從程序到指令編輯器（Editor）

程序設(shè)計（流程圖）編譯器（Compiler）高級語言程序(與機(jī)型無關(guān))

匯編器（Assembler）匯編語言(與機(jī)型有關(guān))

鏈接器（Linker）

待裝配的指令代碼(二進(jìn)制BIN)

可執(zhí)行指令代碼(二進(jìn)制BIN)

(軟件)SOFTWARE—FIRMWARE(固件)第二步：指令存入存儲器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列總線接口控制電路運算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29Ah、、、地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器存儲器總線CPU（微處理器）第三步：CPU從存儲器讀取指令并執(zhí)行開始程序結(jié)束指令1指令2指令i指令n存儲器操作碼操作數(shù)取出指令指令譯碼操作數(shù)讀出指令執(zhí)行(地址碼)取指與執(zhí)行取指執(zhí)行…………指令格式執(zhí)行MOVA,5和ADDA,8CLKDSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列總線接口控制電路運算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29Ah、、、地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器存儲器總線CPU（微處理器）微型計算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)CPU字長——精度：4,8,16,32,64位指CPU與I/O設(shè)備、存儲器之間一次傳 送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)（總線字長）。內(nèi)存容量——字節(jié)（8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)）單片機(jī)：128字節(jié)以上微機(jī)：128兆字節(jié)以上指令系統(tǒng)——指令的構(gòu)成及多少運算速度——CPU的主頻，奔騰4—2G

或每秒百萬條指令——MIPS