微机原理及接口技术

1. 微机原理及接口技术

2. 课程介绍 典型机型：IBM PC系列机 微机原理 及 接口技术 基本系统：8088CPU和半导体存储器 I/O接口电路及与外设的连接 硬件－－接口电路原理 软件－－接口编程方法

3. 课程内容 章节目录 计划学时 第1章 微型计算机系统概述 4 第2章 微处理器指令系统 8 第3章 汇编语言程序设计 6 第4章 微处理器外部特性 6 第5章 存储器系统 6 第6章 输入输出及接口 6 第7章 总线及总线接口 2

4. 课程内容 章节目录（续） 计划学时 第8章 中断控制接口 8 第9章 定时计数控制接口 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 模拟接口 6 第14章 32位微型计算机系统 0

5. 课程特点 专业技术基础课 硬件系列课程之一 计算机组成原理 微机原理及接口技术 计算机体系结构 指定选修课 以技术为主 面向应用 软硬件相结合

6. 先修课程 先修课程 数字逻辑 提供硬件基础 计算机组成原理 确立计算机部件功能 掌握计算机工作原理

7. 学习要求 学习方法很重要 复习并掌握选修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践 总成绩＝考试成绩 ＋实验成绩＋平时成绩

8. 第 1 章

9. 第1章 微型计算机系统概述 教学重点 微型计算机的系统组成 计算机中数据的表示

10. 1.1 微型计算机的发展和应用 • 1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（电子数据和计算器） • 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机 • 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机时代

11. 1.1.1 微型计算机的发展 • 第1代：4位和低档8位微机 4004→4040→8008 • 第2代：中高档8位微机 Z80、I8085、M6800，Apple-II微机 • 第3代：16位微机 8086→8088→80286，IBM PC系列机

12. 1.1.1 微型计算机的发展（续） • 第4代：32位微机 • 80386→80486→Pentium→Pentium II →Pentium III →Pentium 4 • 32位PC机、Macintosh机、PS/2机 • 第5代：64位微机 Itanium、64位RISC微处理器芯片 微机服务器、工程工作站、图形工作站

13. 1.1.2 微型计算机的应用 将CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一个微处理器芯片中 例如：常用的MCS-51、MCS-96 • 用于数值计算、数据处理及信息管理方向 • 通用微机，例如：PC微机 • 功能越强越好、使用越方便越好 • 用于过程控制及智能化仪器仪表方向 • 专用微机，例如：单片机、工控机 • 可靠性高、实时性强 • 程序相对简单、处理数据量小

14. 微型计算机系统 微处理器 微型计算机 运算器控制器 寄存器组 内存储器 总线 输入输出输出 接口电路 外部设备 软件 1.2 微型计算机的系统组成

15. 系统总线BUS 地址总线AB 系 统 总 线 形 成 处 理 器 子 系 统 数据总线DB 控制总线CB 存储器 I/O接口 I/O设备 图1.1 微型计算机的系统组成 1.2.1 微型计算机的硬件组成 • 微处理器子系统 • 存储器 • I/O设备和I/O接口 • 系统总线

16. 系统总线 • 总线是指传递信息的一组公用导线 • 总线是传送信息的公共通道 • 微机系统采用总线结构连接系统功能部件 • 总线信号可分成三组 • 地址总线AB：传送地址信息 • 数据总线DB ：传送数据信息 • 控制总线CB：传送控制信息

17. 总线信号 • 地址总线AB • 输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址 • 地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围 • 数据总线DB • CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU • CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部 • 数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数 • 控制总线CB • 协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号 • 控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等

18. 1.2.2 微型计算机的软件系统

19. 1.3 IBM PC系列机系统 16位IBM PC系列机是32位微机的基础 8088CPU IBM PC机 IBM PC/XT机 IBM PC/AT机

20. 1.3.1 硬件基本组成 16位和 32位PC机的基本部件相同

21. 8259 中断控制器 只读存储器ROM 随机存储器 RAM 地址总线 I/O 通 道 地址锁存器 8087 协 处 理 器 8088 微 处 理 器 数据总线 数据收发器 控制总线 8288 总线控制器 8237 DMA控制器 8253 定时控制器 8255 并行接口 8284 时钟发生器 系统配置开关 键盘 接口 扬声器 接口 1.3.2 主机板组成 • 微处理器子系统 8088：16位内部结构、8位数据总线、20位地址总线、4.77MHz主频 • 存储器 ROM-BIOS、主体为RAM • I/O接口控制电路 8259A、8253、8237A、8255等 • I/O通道 62线的IBM PC总线

22. 000000H 系统RAM 640KB 0A0000H 显示RAM 128KB 0C0000H 常规内存 1MB 扩展ROM 128KB 0E0000H 保留ROM 64KB 0F0000H 基本ROM 64KB 100000H 扩展RAM ≈15MB 扩展内存 15MB FE0000H 保留ROM 64KB 基本ROM 64KB FFFFFFH 图1.5 存储空间的分配 1.3.3 存储空间的分配 常规内存：1MB • 基本RAM区：640KB • 保留RAM区：128KB • 扩展ROM区：128KB • 基本ROM区：64KB 扩展内存：用作RAM区

23. 系 统 板 000－01F 020－03F 040－05F 060－07F 080－09F 0A0－0BF 0C0－0DF 0E0－0FF DMA控制器1 中断控制器1 定时计数器 并行接口电路 DMA页面寄存器 中断控制器2 DMA控制器2 协处理器 I/O 通 道 1F0－1F8 200－207 278－27F 2F8－2FF 378－37F 380－38F 3A0－3AF 3B0－3BF 3D0－3DF 3F0－3F7 3F8－3FF 硬盘适配器 游戏接口 并行打印机接口LPT2 串行通信接口COM2 并行打印机接口LPT1 SDLC通信接口 BSC通信接口 单色显示/打印机适配器 彩色图形适配器CGA 软盘适配器 串行通信接口COM1 1.3.4 I/O空间的分配 • 80x86访问外设时，只使用低16位A0～A15，寻址64K个8位I/O端口 • PC机仅使用低10位A0～A9，寻址1024个8位I/O端口

24. 1.4 计算机中的数据表示 • 计算机处理的对象是各种数据，计算机中的数据均采用二进制形式。 • 从使用角度来看，计算机中的数据可分为两大类： （1）数—用来直接表征量的多少，它们有大小之分，可进行各种数学运算。 （2）码—用来指代某个事物或事物的状态属性。计算机对码主要是做管理、编辑、判断、检索、转换、存储及传输等工作。

25. 1.4.1 计算机中的数 • 在讨论计算机中的数时，需要说明几个基本概念: (1)进位计数制---即采用进位的计数方法。采用这种计数方法后人们可以用有限的数码符号来表示无穷大或无穷小的数。在计算机领域，常用的进位计数制有二进制、十进制、八进制和十六进制（因本课程不使用八进制数据，故以下从略）。例如，二进制中有两个数码符号，即0和1,执行逢2进1的运算规则；十进制中有10个数码符号0-9，执行逢10进1的运算规则；十六进制中有16个数码符号0一9及A一F，执行逢16进1的运算规则。注意，在十六进制中，数码A表示十进制的10，但决不能记作10，因为1和0是两个十六进制符号。 (2)基数---某种进位计数制中所包含的数码个数就是该数制的基数（Base），如二进制的基数为2，N进制的基数为N。基数体现了该数制中进位和借位的原则：当我们在某个数位上计够一个基数时需要向前进1；反之，从前一位借1可在后一位上当一个完整的基数来使用。 (3)权—也称权重（Weight），表示进位计数制中各数位的单位值（可形象地理解为每个数位的单位“重量”）。权可以用基数幂的形式来表示，例如在十进制数1111.11中，各个“1”具有不同的权重，从左到右分别为：103、102、101、100、10-1和10-2。还可进一步推广到N进制数(1111．11）N，从左到右各数位上的权重分别是：N3、N2、 N1、N0, N-1和N-2。

26. 1.4.1 计算机中的数 • 1.不同数制间的转换 （1）十进制N进制的转换——整数部分不断除以N（基数）取余，直到被除数为0为止，小数部分不断乘N（基数）取整直到被乘数为0为止。 （2）N进制到十讲制的转换——按权展开。 （3）二进制与十六进制间的转换——二者间有一个简单的对应关系：以小数点为中心，侧每4位（不足4位时在外侧补0)二进制数对应1位十六进制数，反向操作时亦然。

27. 1.4.1 计算机中的数 • 2.数的定点表示 真值：指符合人们使用习惯的数的原始表示形式。 机器数：指数据在机器中的实际表示形式。 定点数：是指小数点位置默认并固定资产的机器数。 浮点数：是指这样一种数据的表示方法，它的小数点位置表面上被固定，但通过指数的变化，小数点的实际位置是浮动的，其目的正是通过小数点的浮动来保持它的有效数字、即精度维持不变，浮点数在机器内部对应着N X2n组织形式，其中N称为尾数，取二进制定点小数的形式，n称为阶码或指数，取二进制定点整数的形式。

28. 1.4.2 计算机中的码 • ASCII码 　　　１．ASCII码（American Standard Coded for Information Interchange）是“美国信息交换标准代码”的简称。ASCII码诞生于1963年，是一种比较完整的字符编码，已成为国际通用的标准编码，现已广泛用于微型计算机中。 　　　２．通常，ASCII码由7位二进制数码构成，可为128个字符编码。这128个字符共分两类：一类是图形字符，共9４个；另一类是控制字符，共3４个。96个图形字符包括十进制数符10个、大小写英文字母52个和其他字符3２个，这类字符有特定形状，可以显示在CRT上和打印在纸上，其编码可以存储、传送和处理。3４个控制字符包括回车符、换行符、退格符、设备控制符和信息分隔符等等，这类字符没有特定形状，其编码虽然可以存储、传送和起某种控制作用，但字符本身是不能在CRT上显示和打印机上打印的。 　　　３．ASCII码的一般形式是以一个字节来表示，它的低7位是ASCII值，最高有效位用来作为奇偶校验位，用以检测在字符的传送过程中是否发生了错误。

29. 1.4.2 计算机中的码 • BCD码 　　　１．BCD码(Binary Coded Decimal)是十进制数的编码表示法，由于机器中只能用二进制数，所以BCD码是二进制编码的十进制数，用四位二进制数来表示一位十进制数。BCD码的种类较多，常用的有8421码、2421码、余3码和格雷码等。现以8421码为例进行讨论。 　　　２． 8421码是BCD码中的一种，因组成它的4位二进制数码的权为8、4、2、1而得名。在这种编码系统中，十组4位二进制数编码分别代表了0~9十个数码。如下表所示

30. 8421码和十进制数码的关系表

31. 1.4.2 计算机中的码 • BCD码 　　　３． BCD码有压缩和非压缩之分，压缩的BCD码就是用相应的4位的BCD码代替十进制数的数码所得的二进制数。非压缩的BCD码是指用8位的二进制数来表示一位十进制的数码，在这个字节（8位的二进制数）中，低4位就是如上表所示的BCD码，而高4位没有意义，一般用“0000”来表示。

32. 1.4.2 计算机中的码 • 汉字的编码 　　　１．只要能给每个汉字分配唯一的一个16位的二进制数就可以来表示它了。其实这就是编码的首要的原则。 　　　２．当汉字输入到计算机中时，必须有一个唯一的16位的二进制数与其对应，这就需要一种特定的编码以存储和处理汉字信息，这种编码称为内部码。 　　　　　　

33. 第1章教学要求 1.了解微机发展概况、熟悉典型微处理器和微机系统； 2.明确微机两个应用方向、区别通用微机（PC机）和控制专用微机（单片机）； 3.了解微机的硬件组成，理解总线及其应用特点、掌握地址、数据、控制总线的概念；

34. 第1章教学要求（续） 4.熟悉PC系列机的主机板、存储空间分配和I/O空间分配； 5.了解微处理器基本结构、8088/8086的内部功能结构； 6. 复习汇编语言源程序格式。 习题1（第18页）—— 1.2 1.4 1.5 1.8