微机接口第1章概述(2011.02)

微机接口技术与应用主讲教师:李朝纯[e-mail]《接口技术》主讲：李朝纯《微机原理与接口技术》彭虎等编著电子工业出版社参考教材《微型计算机原理及接口技术》刘乐善等主编华中科技大学出版社教材《接口技术》主讲：李朝纯第1章计算机基本知识教学基本要求：知识点基本要求备注微机的三个层次正确理解熟练掌握三者之间熟练掌握的联系和区别微机各大组成部分熟练掌握重点是微机各大部分的基本结构及功能的功能和MPU中几种（微处理器、专用寄存器的作用存储器、I/O设备及接口）《接口技术》主讲：李朝纯1.1绪论什么是微机接口技术？微处理机系统与外设间联系的技术注意其软硬结合的特点根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备《接口技术》主讲：李朝纯I/O接口的主要功能⑴对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节实际的电路常见：输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节⑵对信号的形式和数据的格式进行变换微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量⑶与CPU和I/O设备进行联络⑷对I/O端口进行寻址《接口技术》主讲：李朝纯什么是I/O接口（电路）？*I/O接口是位于系统与外设间，用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路*PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板(适配器)都是接口电路CPU接口电路I/O设备《接口技术》主讲：李朝纯在微型计算机系统设计中，根据需要选用不同的外部设备，配置相应的接口。CPU内存接口内存电源用户交互接口外存接口通信接口测控接口键盘、鼠标、显示器、打印机、图形输入/输出、视频输入/输出、音频输入/输出磁盘机磁带机光盘机终端调制解调器、电传机ADCDAC数字化仪器图微型计算机应用系统接口示意图《接口技术》主讲：李朝纯接口电路通常包含若干个寄存器，能够用IN/OUT指令对其进行读/写操作，通常把这些寄存器称作端口。按照端口所存信息的物理意义，端口可分为三类。（1）数据口数据口存放数据信息（2）状态口状态口存放状态信息（3）控制口CPU通过控制口对外设发布控制命令《接口技术》主讲：李朝纯微机原理及接口技术突出应用，详细讲述微处理器芯片CPU的外部特性、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）《接口技术》主讲：李朝纯1.2微型计算机的发展和特点1.2.1发展：1.第一代（1971〜1973）4位和低档8位微处理器时代4004、80082.第二代（1974〜1977）8位微处理器时代8080/8085、Z80等3.第三代（1978〜1982）16位微处理器时代8086/8088、80286等4.第四代（1983〜1999）32位微处理器时代80386/80486、Pentium等5.第五代（2000年至今）64位高档微处理器时代1.2.2特点：1.体积小、重量轻、功耗低2.可靠性高、使用环境条件要求低3.结构简单灵活、系统设计方便、适应性强4.性能价格比高《接口技术》主讲：李朝纯1.3微型计算机的基本构成和工作原理1.3.1微处理器（MPUMicroprocessor）CPU(CentralProcessingUnit)：运算器和控制器称为中央处理器一.中央处理器的功能（1）指令执行顺序的控制（2）指令操作的控制（对指令进行译码并执行规定的动作）（3）操作时间的控制（提供系统的定时和控制）（4）数据的加工处理（能和存储器、外设交换数据进行算术和逻辑运算）（5）可以响应其他部件发来的中断请求《接口技术》主讲：李朝纯二.CPU结构：运算器：包含算术逻辑部件ALU，累加器和通用寄存器组，程序状态寄存器PSW，锁存器LA、LB,移位寄存器等。功能：运算器接受控制器送来的命令而动作,负责对数据进行加工处理。控制器：由程序计数器PC，指令寄存器IR，指令译码器、地址译码器，微操作产生部件，时序发生器等。功能:从内存中取指令，计算下一条指令的地址；对指令进行译码，产生操作控制信号；控制指令执行的步骤和数据流动的方向。控制器接收从主存取来的指令，将其解释成一组具有时间标志的控制信号，指挥运算器，主存和外设动作。完成指令所指定的操作（即解释指令、发布控制命令）。《接口技术》主讲：李朝纯微处理器内部主要由四部分组成：《接口技术》主讲：李朝纯1.累加器和内部寄存器阵列用来寄存参与运算的数据（8位），经常可以连成寄存器对（16位）用来存放16位操作数或操作数地址。16位专用寄存器如：程序计数器PC，堆栈指针SP2．算术逻辑单元ALU（ArithmeticalLogicUnit）对数据进行算术运算、逻辑运算，根据运算结果置标志寄存器状态等等。3．指令寄存器、指令译码器、定时及各种控制信号产生电路取指令，分析指令（对指令进行译码），配合时序发出相应的控制信号。4．内部采用单总线结构微处理器内部各部件分时使用内部总线，进行信息传送。《接口技术》主讲：李朝纯1.3.2微型计算机微型计算机是以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成。其结构如图所示：图微型计算机的基本结构《接口技术》主讲：李朝纯存储器：存放程序和数据输入/输出接口：是微型计算机连接外部输入/输出设备及各种控制对象并与外界进行信息交换的逻辑控制电路。总线：为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信号的传输通道。微型计算机各功能部件之间通过总线连接。系统总线可分成三种功能不同的总线，即地址、数据和控制信号。*数据信号是通过总线传送的,CPU发出的控制信号，经控制总线送到存储器和输入输出设备，控制这些部件完成指定的操作。与此同时，CPU（或其他设备）经地址总线向存储器或输入输出设备发送地址，使得计算机各个部件中的数据能根据需要互相传送。《接口技术》主讲：李朝纯1.3.3微型计算机微型计算机系统（MicrocomputerSystem）一台完整的计算机应包括硬件和软件部分，硬件与软件的结合，才能使计算机正常运行，发挥作用。因此，计算机系统是以微型计算机为主体，配上输入/输出设备及软件系统就构成了微型计算机系统。其结构如图所示：《接口技术》主讲：李朝纯微处理器、微型计算机、微型计算机系统系统软件：DOS、Windows2000/2003语言处理程序、支持软件应用软件：WPS、Word、Photoshop工程计算软件、字符处理软件、微处理器CPU存储器(RAM,ROM)I/O接口系统总线和局部总线硬件软件微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制部件键盘、鼠标、扫描仪（输入设备）软驱、硬盘、光驱（外存）显示器、打印机（输出设备）其他设备电源等过程控制软件、辅助设计软件《接口技术》主讲：李朝纯明确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（Microcomputersystem）指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统《接口技术》主讲：李朝纯微型计算机的工作原理冯诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序”+“程序控制”要点：1.以二进制表示数据和指令(程序)2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行《接口技术》主讲：李朝纯1.4微型计算机的应用及发展趋势1.4.1微型计算机的应用微型计算机问世30多年以来，从IBMPC微型计算机投入市场以来，经历了从Intel8086、Intel80286、Intel80386、Intel80486﹑Pentium586﹑PentiumⅡ﹑PentiumⅢ﹑PentiumⅣ的发展历程。微型计算机由于它具有独特的优点，已被广泛地应用到以下各个领域中。1.科学计算2.数据处理和信息管理3.计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）、计算机辅助装配（CAA）和计算机辅助教学（CAI）4.过程控制和仪器、仪表智能化5.军事领域中的应用6.多媒体系统和信息高速公路7.家用电器和家庭自动化《接口技术》主讲：李朝纯1.4.2现代微型计算机技术的发展趋势1.多级流水线结构2.芯片上存储管理技术3.虚拟存储技术4.并行处理的哈佛结构5.RISC结构6.整片集成技术微型计算机的发展方向：•研制价格低廉的超小型机和微型机。•网络化、智能化。《接口技术》主讲：李朝纯1.5微型计算机的主要性能指标1.5.1字长字长就是计算机一次能处理的二进制数的位数;字长标志着计算机的计算精度。1.5.2存储器容量存储容量是衡量存储器存放二进制信息大小的一个重要指标，通常用该内存储器所能存储的字数及其字长的乘积来表示，即:存储容量＝字数×字长存储容量一般是以字节为单位来表示的1.5.3运算速度运算速度是微型计算机结构性能的综合表现，它是指微处理器执行指令的速率。1.5.4外设扩展能力1.5.5软件配置《接口技术》主讲：李朝纯习题一1.微型计算机由哪几部分组成？各部分的作用是什么？2.什么是微处理器？什么是微型计算机？什么是微型计算机系统？3.微型计算机的主要性能指标