江西農(nóng)業(yè)大學(xué)微機(jī)原理第16章

江西農(nóng)業(yè)大學(xué)微機(jī)原理第16章目錄微機(jī)系統(tǒng)總線與接口概述并行通信接口技術(shù)串行通信接口技術(shù)中斷系統(tǒng)與DMA技術(shù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)與I/O擴(kuò)展技術(shù)章節(jié)小結(jié)與復(fù)習(xí)指導(dǎo)contents目錄01目錄本章主要介紹微型計(jì)算機(jī)的基本原理和組成結(jié)構(gòu)；涵蓋微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等關(guān)鍵部件；闡述微型計(jì)算機(jī)的工作過程和性能指標(biāo)。章節(jié)概述02030401學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理；了解微處理器的結(jié)構(gòu)和功能，熟悉常用指令系統(tǒng)；理解存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)和訪問方式；了解輸入輸出接口的作用和實(shí)現(xiàn)方法。微型計(jì)算機(jī)的基本組成和工作原理，微處理器的結(jié)構(gòu)和功能，存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)和訪問方式；重點(diǎn)微處理器的指令系統(tǒng)，輸入輸出接口的實(shí)現(xiàn)方法，微型計(jì)算機(jī)的性能優(yōu)化。難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)方法與手段采用講授、演示、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方法；利用多媒體教學(xué)資源，如課件、視頻等輔助教學(xué)；通過案例分析、小組討論等方式加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；安排適當(dāng)?shù)恼n后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，鞏固所學(xué)知識(shí)。02微機(jī)系統(tǒng)總線與接口概述03總線操作總線操作包括總線請(qǐng)求、總線仲裁、數(shù)據(jù)傳輸和總線釋放等階段。01總線定義總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質(zhì)。02總線分類根據(jù)總線所處位置和作用，可分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。總線基本概念及分類接口定義接口是連接兩個(gè)不同系統(tǒng)或部件的橋梁，是實(shí)現(xiàn)信息傳輸和控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。接口功能接口具有數(shù)據(jù)緩沖、信號(hào)轉(zhuǎn)換、信息格式轉(zhuǎn)換、聯(lián)絡(luò)控制等功能。接口類型根據(jù)傳輸方式，接口可分為并行接口和串行接口；根據(jù)功能，可分為專用接口和通用接口。接口基本概念及功能總線是接口連接的基礎(chǔ)，接口是總線功能的擴(kuò)展。總線與接口聯(lián)系總線側(cè)重于傳輸，接口側(cè)重于轉(zhuǎn)換和控制?？偩€與接口區(qū)別在實(shí)際應(yīng)用中，總線與接口相互配合，共同完成數(shù)據(jù)傳輸和控制任務(wù)?？偩€與接口應(yīng)用總線與接口關(guān)系PCI總線、USB總線、SATA總線等。常見總線標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口、并行接口、USB接口、HDMI接口等。常見接口標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，選用合適的總線與接口標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行?？偩€與接口標(biāo)準(zhǔn)選用常見總線與接口標(biāo)準(zhǔn)03并行通信接口技術(shù)并行通信基本概念及特點(diǎn)并行通信定義同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位，適用于近距離、高速率數(shù)據(jù)傳輸。并行通信特點(diǎn)傳輸速度快，但傳輸線多、成本高、抗干擾能力差。與串行通信比較串行通信逐位傳輸，適用于遠(yuǎn)距離、低速率通信；并行通信則適用于近距離、高速率數(shù)據(jù)傳輸。123具有3個(gè)8位并行I/O端口，可通過編程實(shí)現(xiàn)多種工作方式。8255A并行接口芯片具有2個(gè)8位并行I/O端口和1個(gè)6位并行I/O端口，內(nèi)置RAM和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8155并行接口芯片如MC6821、Z80-PIO等，各具特色，可根據(jù)需求選擇。其他并行接口芯片典型并行接口芯片介紹8255A與CPU連接電路01介紹8255A與CPU的連接方式，包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制線的連接。8255A控制LED顯示電路02通過8255A控制LED數(shù)碼管顯示，介紹顯示原理及電路設(shè)計(jì)。8255A與打印機(jī)接口電路03介紹8255A與打印機(jī)的連接方式，實(shí)現(xiàn)并行打印輸出。并行接口電路設(shè)計(jì)實(shí)例計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件之間采用并行通信方式，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。如打印機(jī)、掃描儀等外部設(shè)備，通過并行接口與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)采集多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，采用并行通信方式可提高數(shù)據(jù)傳輸速度和效率。在某些高速網(wǎng)絡(luò)通信中，也可采用并行通信方式以提高傳輸速度。但需要注意的是，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和傳輸距離的增加，串行通信已逐漸成為主流。外部設(shè)備接口工業(yè)控制領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域并行通信應(yīng)用場(chǎng)景04串行通信接口技術(shù)123串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，大大降低了成本。串行通信的傳輸速度相對(duì)較低，但由于其線路簡(jiǎn)單、成本低廉，因此在許多場(chǎng)合仍被廣泛使用。串行通信的傳輸距離可以從幾米到幾千米，甚至更遠(yuǎn)，這使得它在遠(yuǎn)程通信和分布式系統(tǒng)中具有重要地位。串行通信基本概念及特點(diǎn)8250這是8250的增強(qiáng)版本，具有更高的性能和更多的功能，如自動(dòng)波特率檢測(cè)、FIFO緩沖等。16C550MAX232這是一種用于RS-232串行通信的接口芯片，它提供了電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)功能，使得微機(jī)可以與RS-232設(shè)備進(jìn)行通信。這是一種常見的串行接口芯片，它提供了基本的串行通信功能，包括數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和控制等。典型串行接口芯片介紹串行接口電路設(shè)計(jì)實(shí)例該設(shè)計(jì)使用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)RS-232串行通信功能，包括電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)等?；贛AX232的RS-232串行接口電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)使用8250芯片實(shí)現(xiàn)基本的串行通信功能，包括數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和控制等。基于8250的串行接口電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)使用16C550芯片實(shí)現(xiàn)更高性能的串行通信功能，如自動(dòng)波特率檢測(cè)、FIFO緩沖等。基于16C550的串行接口電路設(shè)計(jì)ABCD遠(yuǎn)程通信串行通信由于其線路簡(jiǎn)單、成本低廉，因此在遠(yuǎn)程通信中具有重要地位，如電話線、光纖等遠(yuǎn)程通信方式。工業(yè)控制在工業(yè)控制系統(tǒng)中，各種傳感器和執(zhí)行器需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和控制，串行通信由于其簡(jiǎn)單可靠而被廣泛使用。嵌入式系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中，串行通信是一種常用的與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信的方式。分布式系統(tǒng)在分布式系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信，串行通信是一種常用的通信方式。串行通信應(yīng)用場(chǎng)景05中斷系統(tǒng)與DMA技術(shù)中斷系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)，能夠暫停當(dāng)前程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理異常情況或特殊請(qǐng)求，處理完畢后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的機(jī)制。中斷系統(tǒng)定義中斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多任務(wù)處理，提高CPU的利用率；同時(shí)能夠及時(shí)處理外部設(shè)備的請(qǐng)求和異常情況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。中斷系統(tǒng)功能中斷系統(tǒng)基本概念及功能DMA（DirectMemoryAccess）技術(shù)是指外部設(shè)備不通過CPU而直接與系統(tǒng)內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的技術(shù)。DMA技術(shù)能夠減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率；同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的批量傳輸和高速傳輸，適用于需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合。DMA技術(shù)基本概念及功能DMA技術(shù)功能DMA技術(shù)定義典型中斷系統(tǒng)典型的中斷系統(tǒng)包括8086中斷系統(tǒng)、ARM中斷系統(tǒng)等，它們具有不同的中斷處理方式和中斷優(yōu)先級(jí)管理方式，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。DMA控制器DMA控制器是DMA技術(shù)的核心部件，它能夠控制外部設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括傳輸方向、傳輸長(zhǎng)度、傳輸速度等參數(shù)的設(shè)置和控制。典型中斷系統(tǒng)與DMA控制器介紹中斷系統(tǒng)與DMA技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景中斷系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景中斷系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于多任務(wù)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)的切換和處理異常情況。DMA技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景DMA技術(shù)適用于需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，如高速數(shù)據(jù)采集、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸速率和效率。06存儲(chǔ)器系統(tǒng)與I/O擴(kuò)展技術(shù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)中由存放程序和數(shù)據(jù)的各種存儲(chǔ)設(shè)備、控制部件及管理信息調(diào)度的設(shè)備（硬件）和算法（軟件）所組成的系統(tǒng)。存儲(chǔ)器系統(tǒng)定義按存儲(chǔ)介質(zhì)可分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器等；按存儲(chǔ)方式可分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）；按存儲(chǔ)性質(zhì)可分為易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器系統(tǒng)基本概念及分類I/O擴(kuò)展技術(shù)定義I/O擴(kuò)展技術(shù)是指通過硬件和軟件手段，將計(jì)算機(jī)的輸入輸出端口進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足更多外部設(shè)備的連接需求。I/O擴(kuò)展方法常見的I/O擴(kuò)展方法包括并行接口擴(kuò)展、串行接口擴(kuò)展、總線接口擴(kuò)展等。其中，并行接口擴(kuò)展可以同時(shí)傳輸多位數(shù)據(jù)，適用于數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高的場(chǎng)合；串行接口擴(kuò)展則逐位傳輸數(shù)據(jù)，適用于遠(yuǎn)距離通信；總線接口擴(kuò)展則通過總線連接多個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備共享。I/O擴(kuò)展技術(shù)基本概念及方法典型存儲(chǔ)器芯片和I/O擴(kuò)展芯片介紹典型的存儲(chǔ)器芯片包括DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、FlashMemory（閃存）等。其中，DRAM具有容量大、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但需要不斷刷新以保持?jǐn)?shù)據(jù)；SRAM則具有速度快、不需要刷新等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較高；FlashMemory則結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有容量大、速度快、可擦寫等特點(diǎn)。存儲(chǔ)器芯片介紹常見的I/O擴(kuò)展芯片包括8255A、8253、8259等。其中，8255A是一個(gè)并行I/O接口芯片，具有3個(gè)8位并行I/O口；8253是一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和延時(shí)等功能；8259則是一個(gè)中斷控制器芯片，可以對(duì)多個(gè)外部中斷進(jìn)行管理和優(yōu)先級(jí)控制。I/O擴(kuò)展芯片介紹VS存儲(chǔ)器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，包括個(gè)人電腦、服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)等。在這些系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理程序和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要組成部分。I/O擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景I/O擴(kuò)展技術(shù)主要應(yīng)用于需要連接多個(gè)外部設(shè)備的場(chǎng)合，如工業(yè)自動(dòng)化控制、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。通過I/O擴(kuò)展技術(shù)，可以將各種傳感器、執(zhí)行器、通信設(shè)備等連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理和控制等功能。存儲(chǔ)器系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景存儲(chǔ)器系統(tǒng)與I/O擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景07章節(jié)小結(jié)與復(fù)習(xí)指導(dǎo)章節(jié)小結(jié)本章主要介紹了微機(jī)原理的基本概念、微機(jī)系統(tǒng)的組成、存儲(chǔ)器的組織與結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)與尋址方式、輸入輸出接口等內(nèi)容。重點(diǎn)講解了8086/8088微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作時(shí)序以及匯編語言程序設(shè)計(jì)等知識(shí)。介紹了中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口等常用接口電路的原理及應(yīng)用。01熟練掌握8086/8088微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作時(shí)序以及指令系統(tǒng)，理解尋址方式和存儲(chǔ)器組織。掌握常用接口電路的原理及應(yīng)用，了解輸入輸出接口的設(shè)計(jì)方法。多做練習(xí)題