微机原理与接口技术ppt1

1微机原理与应用教师姓名：姚楠联系电话：[phone]办公室：A3-302东邮箱：[e-mail]234微机原理与应用课特点：内容多,难度大，应用广。讲课内容:汇编语言、接口技术.讲课学时:理论课时(56)课程性质：专业技术必修课程课程的特点：偏重硬件，软硬件结合先修课程：导论、数字逻辑等后续课程：系统结构、计算机综合技术等课程简介5参考书籍《微型计算机技术》清华大学出版社田艾平/王力生/卜艳萍/6参考书籍《微机原理与接口技术习题与解析》清华大学出版社温阳东,鲍远慧编著7本课程的教学目标：主要是使学生获得计算机硬件技术方面的基础知识、基本思想、基本方法和基本技能，为学习后续课程和以后跟踪计算机技术的新发展，进一步学习和应用相关方面的新知识、新技术打下必要基础。本课程以IBMPC系列微机作为主要背景机进行教学。“冯·诺依曼结构”，存储程序计算机。8本课程分为以下五个知识模块：一、Intelx86CPU的结构特点、基本组成和体系结构内容包括微型计算机的基本知识、基本组成；Intelx86CPU的结构特点；其引脚功能、体系结构、工作时序等。这部分内容比较简单，但由于它是课程的基础，因此必须完全掌握相关内容。9内容包括Intelx86CPU的寻址方式和指令格式；指令系统和伪指令语句；汇编源程序框架结构；程序设计方法和技巧等。学生须掌握11种寻址方式及各种指令的功能、使用方法。一定要重视实验，通过编程上机加深对伪指令、指令的理解，培养汇编语言程序设计的能力。二、Intelx86CPU的指令系统和汇编程序设计10三、存储器的组成及其与微处理器的连接内容包括各类存储器的组成及特点；存储器连接与扩充；8086/8088与存储器连接等。理解各类存储器的组成特点是选择存储器芯片的基础，而存储器与微处理器的连接更是配置系统的存储器的关键问题，控制信号和译码信号的正确连接既是重点也是这部分的难点。11内容包括I/O接口的一般组成；输入和输出的传送方式；微机的中断结构、工作过程和8259A的编程与应用；中断程序设计举例等。一定要通过认真做习题和实验加深对Intelx86CPU中断系统的理解，培养微机应用系统的中断子程序设计和调试的能力。四、中断系统和中断程序设计12五、微机中的常用接口原理和应用内容包括计数器/定时器8253的结构和应用；并行接口8255A的工作原理及编程应用方法；A/D、D/A的基本工作原理及应用方法等。这部分是本课程学习的重点和难点，也是考查学生综合运用能力的部分。一定要通过认真做习题和实验来加深对接口电路的原理与应用的理解，树立系统的概念，培养微机应用系统的接口电路设计和调试的能力。13第一章微型计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语三、计算机发展简史四、微型计算机概述14一、计算机的基本组成和工作原理按性能可分为：巨型机，大型机，中型机，小型机，微机▲现代计算机的结构基础：存储程序控制结构1945年，美籍匈牙利数学家JohnVonNeumann提出,冯诺依曼计算机ENIAC(1946)掌上电脑(2000)15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输入设备控制器输出设备CPU存储器运算器ALU16二、有关术语1.位(bit)2.字节(Byte)3.字和字长(word)4.位编号5.指令、指令系统和程序6.寄存器7.译码器171.位(bit)指计算机能表示的最基本最小的单位在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，“0”和“1”2.字节(Byte)相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte=8bit如：11000011010101113．字和字长字长是每一个字所包含的二进制位数。常与CPU内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致字是CPU内部进行数据处理的基本单位。18例某CPU内含8位运算器，则：参加运算的数及结果均以8位表示,最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中10110101被加数8位+10001111加数8位进位111111101000100和8位PSW标志寄存器运算器标志寄存器运算器被加数加数和进位19▲字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有不同的字长。如:Intel4004是4位8080是8位8088/8086/80286是16位80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加数+11000011110000110001010101011000加数进位11111111111101110000001010001010110110011011和4位8次8位4次16位2次32位1次20位1或01位字节110000118位字110000110011110016位双字1100001100111100110000110011110032位高字节低字节高字低字把一个字定为16位，1Word=2Byte一个双字定为32位1DWord=2Word=4Byte214.位编号为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为0、1、2．．．←编号7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字节数据Data地址Address22D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的编号为15~0双字的编号依此类推，为31~0235.指令、指令系统和程序一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数等指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令的序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。246．寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。标志寄存器地址总线AB数据总线DB控制总线CB指令寄存器数据寄存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IPCPU结构示意图根据存放信息的不同，有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。257．译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令是CPU能执行的一个基本操作;CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码;用户用编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中;CPU从内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号26CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP根据译码内容的不同，可分为：指令译码器:将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器:将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。27三、计算机发展简史1.根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：电子管计算机(1946—1956)晶体管计算机(1957—1964)集成电路计算机(1965—1970)超大规模集成电路计算机(1971—至今)用机器语言、汇编语言编写程用于军事和国防尖端技术开始使用高级语言开始用于工程技术、数据处理和其它科学领域采用微程序、流水线等技术，提高运行速度出现操作系统、诊断程序等软件采用半导体存储器采用图形界面操作系统器件速度更快,软件、外设更加丰富主要特点282．计算机的两个方向发展：研制高速度、强功能的巨型机和大型机适应军事和尖端科学的需要。研制价格低廉的超小型机和微型机开拓应用领域和占领更广大的市场。微型计算机是第四代计算机的典型代表。29四、微型计算机概述1.微型计算机的基本结构2.微处理器、微型计算机、微型计算机系统3.微型计算机的特点4.微型计算机的性能指标5.微型计算机的应用301.微型计算机的基本结构简介1)构成部件;2)工作过程存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU31存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；(输入/输出接口简称I/O接口)各部件通过总线连接。构成部件1）微机的构成部件32(1)中央处理器CPU计算机的核心部件用来实现指令的自动装入和自动执行，实现计算机本身的自动化。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU33CPU结构示意图地址信号标志寄存器指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地址寄存器指令指针寄存器R1R2R3R4寄存器组运算器IP数据信号控制信号ALUALU控制器34(2)存储器计算机的存储器由内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两部分组成。这里讲的存储器是指内存储器，它用来存放计算机的指令和数据。存储器以存储单元为单位线性编址,CPU按地址读/写存储单元中的内容,通常一个存储单元可存放8位二进制数(即一个字节)。CPU只能直接访问内存。35(3)外设和输入/输出接口（I/O接口）外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不能与CPU直接相连，必须通过I/O接口与CPU相连。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU36I/O接口结构示意图CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU键盘→键盘接口显示器→显示卡鼠标→串行接口网络→网卡打印机→并行接口音箱、麦可风→声卡37(4)总线总线是连接多个功能部件的一组公共信号线微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线BUS存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPU38ISA插槽PCI插槽AGP插槽北桥芯片组南桥芯片组内存插槽CPU插槽IDE接口软驱接口并口连接器串口连接器ROMBIOS鼠标键盘USB接口主板电源插座39按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU40地址总线AB(AddressBus)：单向用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU41地址总线的条数决定CPU的寻址能力。10根→21010241K20根→2201024K1M32根→23222×2304G36根→23626×23064G42数据总线DB(DataBus)：双向用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU43数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8根→一次传送8位16根→一次传送16位32根→一次传送32位64根→一次传送64位44控制总线CB(ControlBus)：用于传送各种控制信号。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；有的是发向CPU，如外设向CPU发出的中断申请信号。452）微机的工作过程计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”CPU总线内存标志寄存器地址总线AB程序数据数据总线DB控制总线CB地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、数据1数据2数据3、、、指令寄存器数据暂存器控