第1章微機(jī)基礎(chǔ)知識

微機(jī)控制與接口技能訓(xùn)練2課程介紹教材與學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)計(jì)劃總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)，課堂講授學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16學(xué)時(shí)！學(xué)分3.0

3參考書籍課程目標(biāo)1．了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類；2．熟悉8086CPU的結(jié)構(gòu)原理及存儲器結(jié)構(gòu)；3．掌握匯編語言的格式，定義及編程方法；4．熟練掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253，能編制應(yīng)用程序；了解中斷系統(tǒng)；5.掌握并行接口8255的功能及使用；了解串行接口；6.了解常用接口PCI、PCIE；掌握ISA并行接口；7.掌握常用驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)。4

電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)必修課，為微機(jī)自動(dòng)控制、單片機(jī)和PLC控制奠定基礎(chǔ)。設(shè)置4項(xiàng)目1.學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（理論16學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)學(xué)2時(shí))2.電子琴的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（理論8學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)學(xué)2時(shí))3.打包稱輸入輸出接口板的設(shè)計(jì)（理論12學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)學(xué)6時(shí))4.打包稱驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)

（理論12學(xué)時(shí)實(shí)訓(xùn)學(xué)6時(shí))5《計(jì)算機(jī)接口板制作與調(diào)試》理論基礎(chǔ)使用2種軟件6MASM項(xiàng)目1、27ALTIUMDESIGNER項(xiàng)目3、48考核方式平時(shí)成績20%（包括出勤率、作業(yè)完成情況，課堂紀(jì)律等）（以平時(shí)成績總分100分計(jì)，曠課一次扣10分，早退一次扣10分，遲到一次扣5分，看手機(jī)一次每人扣20分，作業(yè)未交一次扣5分）實(shí)訓(xùn)成績30%（實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等）期末考試成績（50%）9學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)本科最有效的方法是理論與實(shí)踐并重，邊學(xué)邊練。學(xué)習(xí)本科要合理安排學(xué)習(xí)時(shí)間持之以恒。學(xué)習(xí)本科有條件的話進(jìn)行適當(dāng)投資購買實(shí)驗(yàn)器材及書籍資料效果更佳。本科技術(shù)是一門含金量高的技術(shù)，無論是應(yīng)聘求職還是創(chuàng)業(yè)，其前景光明。項(xiàng)目1學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1011單元1：基礎(chǔ)知識、數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存放形式1.1概述1.1.1微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展

1946年世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。盡管它重達(dá)30噸，占地170平方米，耗電140千瓦，用了18800多個(gè)電子管，每秒鐘僅能做5000次加法--ENIAC.12這臺計(jì)算機(jī)有五個(gè)基本部件：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成，奠定了當(dāng)代電子數(shù)字計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。131.1.2、計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展與電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切相關(guān)。通常按照構(gòu)成計(jì)算機(jī)的電子器件及其電路的變革，把計(jì)算機(jī)劃分為若干“代”來標(biāo)志計(jì)算機(jī)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了哪幾代?電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）、晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）、中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-至今）。

目前，各國正研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計(jì)算機(jī)和第六代“神經(jīng)”計(jì)算機(jī)。14

20世紀(jì)70年代初期，由于微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)的誕生。微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)，它和其他計(jì)算機(jī)的主要區(qū)別在于：它的中央處理器CPU采用了超大規(guī)模集成電路技術(shù)，將CPU的各功能部件集成在一塊硅片上。微處理器(MicroprocessorUnit，MPU)，是微計(jì)算機(jī)中的中央處理單元(CentralProcessingUnit)，簡稱CPU。它是將計(jì)算機(jī)的控制邏輯和運(yùn)算單元集成在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)的。通常，微處理器中不包含內(nèi)存儲器及輸入/輸出接口電路。內(nèi)存儲器是獨(dú)立于CPU之外的芯片或芯片組；輸入/輸出接口電路也常獨(dú)立地做在一個(gè)芯片上。由于輸入/輸出設(shè)備的多樣性，使得接口電路各有特色。15從外表看，微型計(jì)算機(jī)的CPU是矩形或方形的塊狀物，通過眾多管腳與主板相連。不過這是CPU的外衣——CPU的封裝。而內(nèi)部，CPU的核心是一片不到1/4英寸的薄硅晶片(英文名稱為die，核心)

在這小小的硅片上，密布著數(shù)以百萬計(jì)的晶體管，它們好像大腦的神經(jīng)元，相互配合協(xié)調(diào)，完成著各種復(fù)雜的運(yùn)算和操作。16微處理器和微機(jī)發(fā)展極快，幾乎每兩年集成度翻一番，每1-2年更新?lián)Q代一次。

Intel發(fā)布的第一顆處理器4004僅包含2千多個(gè)晶體管，發(fā)布的Pentium8400EE處理器包含超過2.3億萬個(gè)晶體管，集成度提高了十萬倍.單個(gè)CPU的核心硅片大小沒有增大，甚至更小了，這要求不斷改進(jìn)制造工藝，以便能生產(chǎn)出更精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。最新的處理器采用的是0.065微米技術(shù)制造，即常說的0.065微米線寬。

目前Intel正設(shè)計(jì)8核心處理器Dunnington來替代目前的45nm四核心處理器Harpertown。Dunnington在一塊郵票大小的芯片內(nèi)部封裝了4個(gè)雙核處理器核心。17

1.第一代--4位或低檔8位微處理器典型產(chǎn)品是Intel公司1971年研制成功的4004（4位CPU）及1972年推出的低檔8位CPU8008。集成度約為2300只晶體管/片。指令系統(tǒng)較簡單，運(yùn)算能力差，速度慢。軟件主要用機(jī)器語言及簡單的匯編語言編寫。182.第二代中高檔8位微處理器

1974年Intel公司生產(chǎn)的8080，Zilog公司生產(chǎn)的Z80、Motorola公司生產(chǎn)的MC6800以及Intel公司1976年推出的8085。它們均具有16位地址總線。集成度為9千余只晶體管/片，指令的平均執(zhí)行時(shí)間為12s,速度比第一代快10倍,指令系統(tǒng)相對較完善，已具有典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能?？墒褂脜R編語言及BASIC、FORTRAN等高級語言編程。193．第三代——16位微處理器典型產(chǎn)品是1978年Intel公司的8086

、Zilog公司的Z8000和Motorola公司的MC6800。它們均具有20位地址總線集成度為29000個(gè)晶體管/片,可用時(shí)鐘頻率為4.77、8、10MHz,每秒可執(zhí)行80萬條指令,尋址范圍1M,有近300條指令。具有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘除法器等。80286為CPU組成IBMPC/AT高檔16位微機(jī).204．第四代——32位高檔微處理器1985年，Intel推出32位微處理器80386，集成了275000個(gè)晶體管，每秒可執(zhí)行6百萬條指令,32位地址總線,指令系統(tǒng)與80286兼容215.第五代——64位高檔微處理器典型產(chǎn)品是1993年Intel推出的Pentium(奔騰，Intel586)以及IBM、Apple和Motorola三家公司聯(lián)合生產(chǎn)的PowerPC,

Pentium集成了300多萬個(gè)晶體管，數(shù)據(jù)總線64位，地址總線36位，其主頻有50MHz、66MHz、133MHz、和166MHz等，指令執(zhí)行速度可達(dá)100MIPS(每秒1億條)以上。2223酷睿處理器采用800MHz-1333Mhz的前端總線速率，45nm/65nm制程工藝，2M/4M/8M/12M/16ML2緩存，雙核酷睿處理器通過SmartCache技術(shù)兩個(gè)核心共享12ML2資源。推出“Core2Duo”和“Core2Quad”品牌，以及最新出的Corei7,corei5,corei3三個(gè)品牌的CPU。分雙核、四核、八核三種。6.現(xiàn)代CPU24酷睿i7是由Intel（英特爾公司）生產(chǎn)的面向中高端用戶的CPU家族標(biāo)識，包含Bloomfield(2008年）、Lynnfield(2009年)、Clarksfield(2009年)、Arrandale(2010年)、Gulftown(2010年)、SandyBridge(2011年)、IvyBridge(2012年)、Haswell(2013年)、

Broadwell（2014）-

14nm制程工藝，Intel?Core?i7-5550UProcessor。2525（1）當(dāng)今計(jì)算機(jī)正朝著微型化和巨型化兩級方向發(fā)展；（2）未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的總趨勢是網(wǎng)絡(luò)化和智能化。1.1.4微機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)1.微機(jī)的主要特點(diǎn)◆形小、體輕、功耗低◆性能可靠◆價(jià)格便宜◆結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)◆應(yīng)用面廣

1.1.3.計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢26補(bǔ)充知識二進(jìn)制位：在計(jì)算機(jī)中，二進(jìn)制中的每個(gè)0或1。它是表示信息的最小單位。位（Bit）：二進(jìn)制代碼只有“0”和“1”，在CPU中占1位。字節(jié)（Byte）：通常把8位二進(jìn)制數(shù)定義為一個(gè)字（Byte），它是數(shù)據(jù)處理的基本單位。字（Word）：1個(gè)字為2個(gè)字節(jié)。271.1.4微機(jī)的特點(diǎn)與性能指標(biāo)

2.微機(jī)的性能指標(biāo)◆字長：計(jì)算機(jī)一次可處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。微處理器并行處理的最大位數(shù)，字長是微機(jī)的重要性能指標(biāo)，也是微機(jī)分類的主要依據(jù)之一。4、8、16、32、64字長◆存儲容量：微機(jī)系統(tǒng)能夠直接訪問的存儲單元數(shù)目，即主/內(nèi)存儲器能夠存放的最大字節(jié)數(shù)。存儲單元/字節(jié)數(shù)目是由傳送存儲器地址的傳輸線條數(shù)決定的，以B、KB、MB、GB、TB為單位。1024進(jìn)制。28◆運(yùn)算速度：以每秒執(zhí)行基本指令的條數(shù)，百萬條/秒（MIP/s）為單位，或以計(jì)算機(jī)的主頻，GHz（106Hz）為單位Hz、KHz、MHz、GHz、THz.1000進(jìn)制。smsum

nm.1000進(jìn)制◆系統(tǒng)配置：微機(jī)的外設(shè)配置越高檔，軟件配置越豐富，則使用越便利，工作效率也就越高?！粜阅?價(jià)格比：性能/價(jià)格高比值的微機(jī)系統(tǒng)。29采購舉例第五代智能英特爾?酷睿?i7-5500U處理器(4M緩存,最高至3.00GHz)Windows8.1中文版(64位)8GB雙通道DDR3L-RS1600Mhz(板載)256GB固態(tài)硬盤；Intel?HD顯卡550013.3英寸FHD(1920x1080)微邊框顯示器DW1560+BT4.0[802.11ac+藍(lán)牙4.0,雙頻2.4&5GHz,2x2]寬屏高清(720p)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，帶雙陣列數(shù)字麥克風(fēng)USB3.0端口（2個(gè)，支持PowerShare功能）

MiniDisplayPort端口（1個(gè)）

SD卡讀卡器耳機(jī)插孔（1個(gè)）

Noble安全鎖（1個(gè)）

3合1讀卡器（SD、SDHC、SDXC）高精度觸摸板，帶無縫集成的玻璃按鈕30311.5計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼(1).數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(2).數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示32(1).數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

進(jìn)位計(jì)數(shù)制是采用位置表示法，即處于不同位置的同一數(shù)字符號，所表示的數(shù)字不同。一般說來，如果數(shù)制只采用R個(gè)基本符號，則稱為基R數(shù)制，R稱為數(shù)制的“基數(shù)”或簡稱“基”；而數(shù)制中每一固定位置對應(yīng)的單位值稱為“權(quán)”。十進(jìn)制數(shù)（D）DecimalSystem是人們習(xí)慣使用的進(jìn)制。計(jì)算機(jī)只能“識別”二進(jìn)制數(shù)(B)BinarySystem。為了書寫和識讀方便，計(jì)算機(jī)程序需要用十六進(jìn)制數(shù)(H)HexadecimalSystem表示。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系、相互轉(zhuǎn)換和運(yùn)算方法，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)必備的基礎(chǔ)知識。33(1).數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制

R=2基本符號0，1八進(jìn)制

R=8基本符號0，1，2，3，4，5，6，7十進(jìn)制

R=10基本符號0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六進(jìn)制

R=16基本符號0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)說明：在數(shù)后面加H標(biāo)明該數(shù)是十六進(jìn)制的數(shù)，同理，二進(jìn)制數(shù)尾加B作標(biāo)識，十進(jìn)制數(shù)尾加D或省略，八進(jìn)制數(shù)尾加Q，十六進(jìn)制數(shù)尾則加H。使用四種進(jìn)制必然產(chǎn)生各種數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換問題。例：1001B=09H=9D34計(jì)算機(jī)上采用二進(jìn)制編碼的好處（1）物理上容易實(shí)現(xiàn)（狀態(tài)分明），可靠性強(qiáng)；（2）運(yùn)算簡單，通用性強(qiáng)；（3）二進(jìn)制的0、1數(shù)碼與邏輯量“真”和“假”的0、1吻合。35二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算1.邏輯與運(yùn)算基本規(guī)則0·0=01·0=0·1=01·1=12.邏輯或運(yùn)算基本規(guī)則0+0=01+0=0+1=11+1=13.邏輯非運(yùn)算基本規(guī)則/0=1/1=04.邏輯異或運(yùn)算基本規(guī)則0⊕0=1⊕1=01⊕0=0⊕1=1‘1’表示真，‘0’表示假，三種基本運(yùn)算：與、或、非36

方法：除2取余

余數(shù)操作：2251最低位

2120260231

211最高位

0

結(jié)果：(25)D=(11001)B數(shù)制的轉(zhuǎn)換（十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制）

整數(shù)部分：37

小數(shù)部分：

方法：乘2取整操作：0.625×2

1.250

1

小數(shù)的高位

×2

0.500

0

×2

1.000

1

小數(shù)的低位

(0.625)D=(0.101)B說明：①非純小數(shù)的結(jié)果為整數(shù)和小數(shù)部分各自轉(zhuǎn)換結(jié)果的組合。②十進(jìn)制向八進(jìn)制和十六制的轉(zhuǎn)換依此類推。數(shù)制的轉(zhuǎn)換（十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制）38數(shù)制的轉(zhuǎn)換（十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制）(25.3125)D=(11001.0101)B(116.84375)D=(74.D8)H39數(shù)制的轉(zhuǎn)換（其它進(jìn)制間的互換）1、二進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制：將二、十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開相加即為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。如：1101B=1×23+1×22+0×21+1×20

=13D如：1FH=1×161+15×160

=31D2、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：將十進(jìn)制數(shù)除16取余，商為0止余數(shù)倒置。如：100D=64H3、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：將二進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界四位一分，不足補(bǔ)0，用一位十六進(jìn)制數(shù)代替四位二進(jìn)制數(shù)。如：100111100B=000100111100B=13CH4、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：將十六進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界，用四位二進(jìn)制數(shù)代替一位十六進(jìn)制數(shù)。如：D4EH=110101001110B16100余數(shù)

166406十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系數(shù)制轉(zhuǎn)換的另一種方法，以二進(jìn)制數(shù)為跳板相互轉(zhuǎn)換，針對整數(shù)簡單。40十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制012345678012345678000000010010001101000101011001111000十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制91011121314159ABCDEF1001101010111100110111101111412.計(jì)算機(jī)中的常用編碼（BCD碼）BCD碼是二進(jìn)制形式的十進(jìn)制碼，也稱為二—十進(jìn)制碼。BCD碼又稱為8421碼，它是用四位二進(jìn)制編碼來表示一位十進(jìn)制符號。例如：十進(jìn)制數(shù)124的BCD碼為0001

0010

0100。十進(jìn)制數(shù)4.56的BCD碼為0100.0101

0110。42計(jì)算機(jī)中的常用編碼（BCD碼）十進(jìn)制8421BCD碼二進(jìn)制00000000010001000120010001030011001140100010050101010160110011070111011181000100091001100110000100001010110001000110111200010010110013000100111101140001010011101500010101111143計(jì)算機(jī)中的常用編碼（ASCⅡ碼）ASCⅡ（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示：

高3位組低4位組

b7b6b5b4b3b2b144計(jì)算機(jī)中的常用編碼（ASCⅡ碼）b7b6b5b4b3b2b10000010100111001011101110000NULDLESP0@P、p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>NΩn～1111SIUS/?O―oDEL452.數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

在微機(jī)和單片機(jī)中，內(nèi)部運(yùn)算器通常只有一個(gè)補(bǔ)碼加法器，n位寄存器/計(jì)算器組和移位控制電路等組成（部分單片機(jī)帶硬件乘法器），但它恰能進(jìn)行各種算數(shù)運(yùn)算和邏輯操作。加法器既能做加法又能將減法運(yùn)算變?yōu)榧臃▉碜觯瑥亩蟠蠛喕\(yùn)算器內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)，這主要?dú)w功于人們長期來對計(jì)算機(jī)中碼制的研究。46計(jì)算機(jī)中的數(shù)通常有兩種：無符號數(shù)和有符號數(shù)。無符號數(shù)由于不帶符號，表示時(shí)比較簡單，直接用它對應(yīng)的二進(jìn)制形式表示，例如：假設(shè)機(jī)器字長為8位，123表示成01111011B。

有符號數(shù)帶有正負(fù)號，通常，在計(jì)算機(jī)中表示有符號數(shù)時(shí)，在數(shù)的前面加一位，作為符號位。正數(shù)表示為0，負(fù)數(shù)表示為1，其余的位用以表示數(shù)的大小。這種連同一個(gè)符號位在一起作為一個(gè)數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)，它的數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。

符號位數(shù)值位機(jī)器數(shù)在計(jì)算機(jī)中有三種表示法：原碼、反碼和補(bǔ)碼。

數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示47

原碼表示時(shí)，最高位為符號位，正數(shù)用0表示，負(fù)數(shù)用1表示，其余的位用于表示數(shù)的絕對值。

對于一個(gè)N位的二進(jìn)制，它的原碼表示范圍為-(2n-1-1)~+(2n-1-1)。例如：如果用8位二進(jìn)制表示原碼，則數(shù)的范圍為-127~+127。原碼表示時(shí)，假設(shè)機(jī)器字長為8位，-0的編碼為10000000，+0的編碼為00000000?！纠壳?67、-25的原碼（機(jī)器字長8位）。因?yàn)?67=67=1000011B -25=25=11001B所以

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