微機(jī)原理及接口技術(shù)概述

微機(jī)原理及接口技術(shù)主講：brook微機(jī)

原理及接口

技術(shù)課程

介紹典型機(jī)型：IBMPC系列機(jī)基本系統(tǒng)：8088CPU和半導(dǎo)體存儲器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法課程

內(nèi)容章節(jié)目錄計(jì)劃學(xué)時(shí)第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 4第2章微處理器指令系統(tǒng) 8第3章匯編語言程序設(shè)計(jì)6第4章微處理器外部特性 6第5章存儲器系統(tǒng) 6第6章輸入輸出及接口 6第7章總線及總線接口2課程

內(nèi)容章節(jié)目錄（續(xù)）計(jì)劃學(xué)時(shí)第8章中斷控制接口 8第9章定時(shí)計(jì)數(shù)控制接口 4第10章DMA控制接口 6第11章并行接口 12第12章串行通信接口 6第13章模擬接口 6第14章32位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)0課程

特點(diǎn)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課硬件系列課程之一計(jì)算機(jī)組成原理微機(jī)原理及接口技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指定選修課以技術(shù)為主面向應(yīng)用軟硬件相結(jié)合先修課程數(shù)字邏輯提供硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組成原理確立計(jì)算機(jī)部件功能掌握計(jì)算機(jī)工作原理先修

課程學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握選修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績＝考試成績＋實(shí)驗(yàn)成績＋平時(shí)成績學(xué)習(xí)

要求第1章第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)重點(diǎn)

微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用1946年，世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)1971年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片Intel4004，開創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機(jī)4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)第3代：16位微機(jī)8086→8088→80286，IBMPC系列機(jī)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（續(xù)）第4代：32位微機(jī)80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī)第5代：64位微機(jī)Itanium、64位RISC微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站1.1.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機(jī)，例如：PC微機(jī)功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好用于過程控制及智能化儀器儀表方向?qū)Ｓ梦C(jī)，例如：單片機(jī)、工控機(jī)可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小

將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一個(gè)微處理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-961.2微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲器總線輸入輸出輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖1.1微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線總線是指傳遞信息的一組公用導(dǎo)線總線是傳送信息的公共通道微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件總線信號可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線CB

：傳送控制信息總線信號地址總線AB輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍數(shù)據(jù)總線DBCPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPUCPU寫操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線CB協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等1.2.2微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)MS-DOS匯編程序MASM和LINK文本編輯程序EDIT.COM調(diào)試程序DEBUG.EXE1.3IBMPC系列機(jī)系統(tǒng)16位IBMPC系列機(jī)是32位微機(jī)的基礎(chǔ)8088CPUIBMPC機(jī)IBMPC/AT機(jī)IBMPC/XT機(jī)1.3.1硬件基本組成16位和32位PC機(jī)的基本部件相同8088微處理器8087協(xié)處理器8288總線控制器I/O通道8259中斷控制器隨機(jī)存儲器RAM只讀存儲器ROM8253定時(shí)控制器8237DMA控制器8255并行接口控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚(yáng)聲器接口8284時(shí)鐘發(fā)生器鍵盤接口系統(tǒng)配置開關(guān)1.3.2主機(jī)板組成微處理器子系統(tǒng)8088：16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、8位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線、4.77MHz主頻存儲器ROM-BIOS、主體為RAMI/O接口控制電路8259A、8253、8237A、8255等I/O通道62線的IBMPC總線圖1.5存儲空間的分配保留ROM64KB基本ROM64KB擴(kuò)展RAM≈15MB基本ROM64KB保留ROM64KB擴(kuò)展ROM128KB顯示RAM128KB系統(tǒng)RAM640KB000000H0A0000H0C0000H0E0000H0F0000H100000HFE0000HFFFFFFH常規(guī)內(nèi)存1MB擴(kuò)展內(nèi)存15MB1.3.3存儲空間的分配常規(guī)內(nèi)存：1MB基本RAM區(qū)：640KB保留RAM區(qū)：128KB擴(kuò)展ROM區(qū)：128KB基本ROM區(qū)：64KB擴(kuò)展內(nèi)存：用作RAM區(qū)

系統(tǒng)板

000－01F020－03F040－05F060－07F080－09F0A0－0BF0C0－0DF0E0－0FFDMA控制器1中斷控制器1定時(shí)計(jì)數(shù)器并行接口電路DMA頁面寄存器中斷控制器2DMA控制器2協(xié)處理器

I/O

通

道1F0－1F8200－207278－27F2F8－2FF378－37F380－38F3A0－3AF3B0－3BF3D0－3DF3F0－3F73F8－3FF硬盤適配器游戲接口并行打印機(jī)接口LPT2串行通信接口COM2并行打印機(jī)接口LPT1SDLC通信接口BSC通信接口單色顯示/打印機(jī)適配器彩色圖形適配器CGA軟盤適配器串行通信接口COM11.3.4I/O空間的分配

80x86訪問外設(shè)時(shí)，只使用低16位A0～A15，尋址64K個(gè)8位I/O端口PC機(jī)僅使用低10位A0～A9，尋址1024個(gè)8位I/O端口1.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)處理的對象是各種數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制形式。從使用角度來看，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)可分為兩大類：

（1）數(shù)—用來直接表征量的多少，它們有大小之分，可進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算。（2）碼—用來指代某個(gè)事物或事物的狀態(tài)屬性。計(jì)算機(jī)對碼主要是做管理、編輯、判斷、檢索、轉(zhuǎn)換、存儲及傳輸?shù)裙ぷ鳌?.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)在討論計(jì)算機(jī)中的數(shù)時(shí)，需要說明幾個(gè)基本概念:

(1)進(jìn)位計(jì)數(shù)制---即采用進(jìn)位的計(jì)數(shù)方法。采用這種計(jì)數(shù)方法后人們可以用有限的數(shù)碼符號來表示無窮大或無窮小的數(shù)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制有二進(jìn)制、十進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制（因本課程不使用八進(jìn)制數(shù)據(jù)，故以下從略）。例如，二進(jìn)制中有兩個(gè)數(shù)碼符號，即0和1,執(zhí)行逢2進(jìn)1的運(yùn)算規(guī)則；十進(jìn)制中有10個(gè)數(shù)碼符號0-9，執(zhí)行逢10進(jìn)1的運(yùn)算規(guī)則；十六進(jìn)制中有16個(gè)數(shù)碼符號0一9及A一F，執(zhí)行逢16進(jìn)1的運(yùn)算規(guī)則。注意，在十六進(jìn)制中，數(shù)碼A表示十進(jìn)制的10，但決不能記作10，因?yàn)?和0是兩個(gè)十六進(jìn)制符號。

(2)基數(shù)---某種進(jìn)位計(jì)數(shù)制中所包含的數(shù)碼個(gè)數(shù)就是該數(shù)制的基數(shù)（Base），如二進(jìn)制的基數(shù)為2，N進(jìn)制的基數(shù)為N?；鶖?shù)體現(xiàn)了該數(shù)制中進(jìn)位和借位的原則：當(dāng)我們在某個(gè)數(shù)位上計(jì)夠一個(gè)基數(shù)時(shí)需要向前進(jìn)1；反之，從前一位借1可在后一位上當(dāng)一個(gè)完整的基數(shù)來使用。

(3)權(quán)—也稱權(quán)重（Weight），表示進(jìn)位計(jì)數(shù)制中各數(shù)位的單位值（可形象地理解為每個(gè)數(shù)位的單位“重量”）。權(quán)可以用基數(shù)冪的形式來表示，例如在十進(jìn)制數(shù)1111.11中，各個(gè)“1”具有不同的權(quán)重，從左到右分別為：103、102、101、100、10-1和10-2。還可進(jìn)一步推廣到N進(jìn)制數(shù)(1111．11）N，從左到右各數(shù)位上的權(quán)重分別是：N3、N2、N1、N0,N-1和N-2。1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)

1.不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

（1）十進(jìn)制N進(jìn)制的轉(zhuǎn)換——整數(shù)部分不斷除以N（基數(shù)）取余，直到被除數(shù)為0為止，小數(shù)部分不斷乘N（基數(shù)）取整直到被乘數(shù)為0為止。（2）N進(jìn)制到十講制的轉(zhuǎn)換——按權(quán)展開。（3）二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換——二者間有一個(gè)簡單的對應(yīng)關(guān)系：以小數(shù)點(diǎn)為中心，側(cè)每4位（不足4位時(shí)在外側(cè)補(bǔ)0)二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)，反向操作時(shí)亦然。1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)2.數(shù)的定點(diǎn)表示

真值：指符合人們使用習(xí)慣的數(shù)的原始表示形式。機(jī)器數(shù)：指數(shù)據(jù)在機(jī)器中的實(shí)際表示形式。定點(diǎn)數(shù)：是指小數(shù)點(diǎn)位置默認(rèn)并固定資產(chǎn)的機(jī)器數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)：是指這樣一種數(shù)據(jù)的表示方法，它的小數(shù)點(diǎn)位置表面上被固定，但通過指數(shù)的變化，小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置是浮動的，其目的正是通過小數(shù)點(diǎn)的浮動來保持它的有效數(shù)字、即精度維持不變，浮點(diǎn)數(shù)在機(jī)器內(nèi)部對應(yīng)著NX2n組織形式，其中N稱為尾數(shù)，取二進(jìn)制定點(diǎn)小數(shù)的形式，n稱為階碼或指數(shù)，取二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)的形式。

1.4.2計(jì)算機(jī)中的碼ASCII碼１．ASCII碼（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡稱。ASCII碼誕生于1963年，是一種比較完整的字符編碼，已成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼，現(xiàn)已廣泛用于微型計(jì)算機(jī)中。２．通常，ASCII碼由7位二進(jìn)制數(shù)碼構(gòu)成，可為128個(gè)字符編碼。這128個(gè)字符共分兩類：一類是圖形字符，共9４個(gè)；另一類是控制字符，共3４個(gè)。96個(gè)圖形字符包括十進(jìn)制數(shù)符10個(gè)、大小寫英文字母52個(gè)和其他字符3２個(gè)，這類字符有特定形狀，可以顯示在CRT上和打印在紙上，其編碼可以存儲、傳送和處理。3４個(gè)控制字符包括回車符、換行符、退格符、設(shè)備控制符和信息分隔符等等，這類字符沒有特定形狀，其編碼雖然可以存儲、傳送和起某種控制作用，但字符本身是不能在CRT上顯示和打印機(jī)上打印的。３．ASCII碼的一般形式是以一個(gè)字節(jié)來表示，它的低7位是ASCII值，最高有效位用來作為奇偶校驗(yàn)位，用以檢測在字符的傳送過程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤。

1.4.2計(jì)算機(jī)中的碼BCD碼１．BCD碼(BinaryCodedDecimal)是十進(jìn)制數(shù)的編碼表示法，由于機(jī)器中只能用二進(jìn)制數(shù)，所以BCD碼是二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，用四位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)。BCD碼的種類較多，常用的有8421碼、2421碼、余3碼和格雷碼等。現(xiàn)以8421碼為例進(jìn)行討論。２．8421碼是BCD碼中的一種，因組成它的4位二進(jìn)制數(shù)碼的權(quán)為8、4、2、1而得名。在這種編碼系統(tǒng)中，十組4位二進(jìn)制數(shù)編碼分別代表了0~9十個(gè)數(shù)碼。如下表所示

8421碼和十進(jìn)制數(shù)碼的關(guān)系表十進(jìn)制數(shù)碼8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)碼8421BCD碼000005010110001601102001070111300118100040100910011.4.2計(jì)算機(jī)中的碼BCD碼３．BCD碼有壓縮和非壓縮之分，壓縮的BCD碼就是用相應(yīng)的4位的BCD碼代替十進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼所得的二進(jìn)制數(shù)。非壓縮的BCD碼是指用8位的二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制的數(shù)碼，在這個(gè)字節(jié)（8位的二進(jìn)制數(shù)）中，低4位就是如上表所示的BCD碼，而高4位沒有意義，一般用“0000”來表示。

1.4.2計(jì)算機(jī)中的碼漢字的編碼１．只要能給每個(gè)