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

過(guò)程對(duì)象︵被控對(duì)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(cè)/控制微機(jī)主機(jī)操作臺(tái)電平變換功放驅(qū)動(dòng)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(hào)調(diào)理打印機(jī)顯示器I/O接口變換信號(hào)處理模擬量數(shù)字量頻率、其他課程地位與重要性計(jì)算機(jī)硬件在計(jì)算機(jī)應(yīng)用（而非簡(jiǎn)單使用）中的重要位置本課程是工科非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)（區(qū)分于計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)）中最重要的一環(huán)，是非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用的最主要課程，對(duì)提高學(xué)生的計(jì)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(jì)和今后工作的最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)系列課程關(guān)系圖計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與邏輯設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算機(jī)軟件類(lèi)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(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU…

概念與基本知識(shí)微處理器——核心

Ｐ或ＭＰ（Microprocessor）

=CＰＵ（中央處理單元）微型計(jì)算機(jī)——簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī)

C

或MC（Microcomputer）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī)系統(tǒng)

CS

或MCS

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

軟件

與一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成微型計(jì)算機(jī)硬件CPU運(yùn)算器控制器寄存器存儲(chǔ)器IO接口外部設(shè)備（如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器…）主機(jī)CPUCPU運(yùn)算器控制器寄存器運(yùn)算器也稱(chēng)為算術(shù)邏輯單元ALU，完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算控制器由指令寄存器、指令譯碼器和控制電路組成，對(duì)微型計(jì)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(chǔ)器內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存的操作：讀，寫(xiě)內(nèi)存的分類(lèi)：

RAM和ROM地址內(nèi)容00000H00001H00002H00006HFFFFFH……11001111……RAM可以隨機(jī)讀寫(xiě)，ROM只能被CPU讀取，用于存放固定程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖存儲(chǔ)器地址線(xiàn)位數(shù)n，存儲(chǔ)單元數(shù)為N，他們之間的關(guān)系為N=2n。...N位地址總線(xiàn)控制信號(hào)線(xiàn)N位數(shù)據(jù)總線(xiàn)地址譯碼驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)體時(shí)序控制線(xiàn)路讀寫(xiě)放大電路靜態(tài)存儲(chǔ)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(mén)開(kāi)(輸出允許)存儲(chǔ)器讀操作數(shù)據(jù)總線(xiàn)SelectReadDQCLK內(nèi)存單元內(nèi)存包含有很多存儲(chǔ)單元(每個(gè)內(nèi)存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)內(nèi)存單元進(jìn)行編號(hào)，內(nèi)存單元的編號(hào)就稱(chēng)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(chǔ)器的讀操作1001011100000100AB讀地址DB10010111地址譯碼器控制0004FF…………存儲(chǔ)器讀操作過(guò)程存儲(chǔ)器的寫(xiě)操作0010011000000100AB寫(xiě)DB00100110地址譯碼器控制0008FF…………存儲(chǔ)器寫(xiě)操作過(guò)程地址IO設(shè)備IO設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備，如：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)顯示器輸入/輸出接口簡(jiǎn)寫(xiě)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(xiàn)連接各部件的總線(xiàn)：

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

地址總線(xiàn)AB：用來(lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。地址線(xiàn)的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。

CPU的尋址范圍=2(n=地址線(xiàn)根數(shù))數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB：在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線(xiàn)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€(xiàn)CB：用來(lái)傳送各種控制信號(hào)nI/O總線(xiàn)作用I/O總線(xiàn)的作用是通過(guò)公用的信號(hào)線(xiàn)可把計(jì)算機(jī)或測(cè)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(xiàn)技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(jì)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(shí)：輸出為高阻抗（三態(tài)）T為高電平時(shí)：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(mén)輸出電路（MOS）結(jié)構(gòu)示意三態(tài)門(mén)輸出電路（TTL）結(jié)構(gòu)示意總線(xiàn)連接各部件的總線(xiàn)：

地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)CPU存儲(chǔ)器IO接口IO設(shè)備地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)控制總線(xiàn)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(duì)列總線(xiàn)接口控制電路運(yùn)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(xiàn)AB數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器存儲(chǔ)器總線(xiàn)CPU（微處理器）計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算的？科學(xué)計(jì)算：5+8=?計(jì)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(xiàn)（16位）運(yùn)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(xiàn)8088:8位8086:16位總線(xiàn)控制邏輯地址總線(xiàn)20位指令隊(duì)列80888086Q總線(xiàn)（8位）指令指針段寄存器外部總線(xiàn)總線(xiàn)接口單元BIUSCLK第一步：從程序到指令編輯器（Editor）

程序設(shè)計(jì)（流程圖）編譯器（Compiler）高級(jí)語(yǔ)言程序(與機(jī)型無(wú)關(guān))

匯編器（Assembler）匯編語(yǔ)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(yǔ)言與匯編語(yǔ)言對(duì)應(yīng)關(guān)系C程序(與機(jī)型無(wú)關(guān)）匯編語(yǔ)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(yǔ)言與二進(jìn)制機(jī)器碼對(duì)應(yīng)關(guān)系10110000000001010000010000001000存儲(chǔ)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(jì)（流程圖）編譯器（Compiler）高級(jí)語(yǔ)言程序(與機(jī)型無(wú)關(guān))

匯編器（Assembler）匯編語(yǔ)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(chǔ)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(duì)列總線(xiàn)接口控制電路運(yùn)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(xiàn)AB數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器存儲(chǔ)器總線(xiàn)CPU（微處理器）第三步：CPU從存儲(chǔ)器讀取指令并執(zhí)行開(kāi)始程序結(jié)束指令1指令2指令i指令n存儲(chǔ)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(duì)列總線(xiàn)接口控制電路運(yùn)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(xiàn)AB數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器存儲(chǔ)器總線(xiàn)CPU（微處理器）微型計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)CPU字長(zhǎng)——精度：4,8,16,32,64位指CPU與I/O設(shè)備、存儲(chǔ)器之間一次傳 送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)（總線(xiàn)字長(zhǎng)）。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(yùn)算速度——CPU的主頻，奔騰4—2G

或每秒百萬(wàn)條指令——MIPS