微型计算机原理与接口技术
微机原理与接口技术pdf
微机原理与接口技术pdf微机原理与接口技术是计算机专业的一门重要课程，它涉及到计算机硬件的基本原理和接口技术的应用。
本文将从微机原理和接口技术两个方面进行介绍和讨论，希望能够对读者有所帮助。
首先，我们来谈谈微机原理。
微机原理是指微型计算机的基本工作原理，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等各个部分的工作原理。
CPU是微型计算机的核心部件，它负责执行指令、进行运算和控制数据传输。
存储器用于存储数据和程序，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
输入输出设备用于与外部环境进行信息交换，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
了解微机原理对于理解计算机的工作原理和进行系统调试都非常重要。
其次，我们来谈谈接口技术。
接口技术是指计算机与外部设备进行数据交换的技术，包括串行接口、并行接口、通信接口等。
串行接口是一种逐位传输数据的接口，适用于远距离传输和低速设备。
并行接口是一种同时传输多位数据的接口，适用于短距离传输和高速设备。
通信接口是一种用于计算机与通信设备进行数据交换的接口，包括网卡、调制解调器等。
了解接口技术对于设计外部设备、进行通信协议的开发都非常重要。
在实际应用中，微机原理和接口技术经常是相互结合的。
例如，我们在设计一个外部设备时，需要了解计算机的工作原理，选择合适的接口技术进行数据交换。
又如，在进行系统调试时，需要了解接口技术，进行数据的采集和分析。
因此，微机原理与接口技术的学习是非常重要的。
总之，微机原理与接口技术是计算机专业的一门重要课程，它涉及到计算机硬件的基本原理和接口技术的应用。
通过本文的介绍，希望读者能够对微机原理和接口技术有所了解，并能够在实际应用中灵活运用。
希望本文能够对读者有所帮助。
微型计算机原理与接口技术第四版
是指体积小、功耗低、成本低、可靠性高的计算机，广泛应用于工业控 制、智能仪表、智能家居等领域。
03
接口技术
是指计算机与外部设备之间的连接和通信技术，包括串行接口、并行接
口、USB接口、网络接口等。
课程目标
掌握微型计算机的基本原理和 体系结构，了解指令系统、汇 编语言程序设计等基础知识。
熟悉存储器系统的组成和工作 原理，了解不同类型存储器的
中央处理器的组成
中央处理器由寄存器、指令集、控制单元、算术逻辑单元 等组成。
中央处理器的性能指标
中央处理器的性能指标包括时钟频率、指令集、缓存大小 等。
存储器
存储器的分类
存储器是计算机中用于存储数据的部件，根据存储介质的不同， 可分为半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器等。
存储器的层次结构
存储器的层次结构包括寄存器、缓存、主存和外存，每个层次都有 不同的容量和访问速度。
中央处理器的组成
中央处理器由寄存器、指令集、控制单元、算术逻辑单元 等组成。
中央处理器的性能指标
中央处理器的性能指标包括时钟频率、指令集、缓存大小 等。
中央处理器
中央处理器的功能
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数 据。它包括运算器和控制器，运算器负责算术运算和逻辑 运算，控制器负责控制指令的执行顺序。
04
微型计算机应用
04
微型计算机应用
嵌入式系统
嵌入式系统特点
嵌入式系统具有实时性、可靠性和精简性 等特点，广泛应用于工业控制、智能家居、
医疗设备等领域。
A 嵌入式系统定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系 统，主要用于控制、监视或帮助操
作机器设备。
微型计算机原理-第4章(4)微机原理与接口技术(第三版)(王忠民)
第四章 80x86 指令系统—累加器专用指令
⑴ 输入指令 ①直接寻址的输入指令 指令格式及操作：
IN acc, port ;(acc) ←(port)
②间接寻址的输入指令
指令格式及操作：
IN acc, DX
;(acc) ←((DX))
第四章 80x86 指令系统—累加器专用指令
⑵ 输出指令
①直接寻址的输出指令 指令格式及操作：
第四章 80x86 指令系统—通用数据传送指令
说明： *堆栈按后进先出原则组织。 *堆栈操作以字为单位进行。 *目的操作数dst不可以是CS。 *指令中的操作数不能是立即数。
第四章 80x86 指令系统—通用数据传送指令
例：已知（AX）=1234H，（BX）=5678H，分析下面程序段的执 行过程。
REG <=> REG/MEM • 段寄存器的内容不能参加交换
例： XCHG BX，[BP+SI]
第四章 80x86 指令系统—累加器专用指令
(二) 累加器专用指令 这类指令中的一个操作数必须是累加器。累加器操作数可以 是8位的，也可以是16位的。
第四章 80x86 指令系统—累加器专用指令 1.输入/输出指令
DI 1234H DS 4000H
DM
34H 2130H 12H 00H 2132H 40H
第四章 80x86 指令系统—地址传送指令
3. 地址指针装入ES指令 指令格式：
LES reg16, mem32 此指令的功能是将源操作数所对应的双字长的内存单元中的高 字内容（一般为16位段基址）送入ES，低字内容（一般为偏移地址） 送入指令所指定的寄存器中。例如：
LES DI, [2130H]
DI 1234H ES 4000H
微型计算机原理与接口技术(第4版)___题解及实验指导
微型计算机原理与接口技术（第4版）___题解及实验指导这份大纲旨在为《微型计算机原理与接口技术（第4版）吴宁题解及实验指导》给出一个概览，请参考以下内容。
概述介绍微型计算机原理与接口技术的基本概念引言微型计算机的发展和应用阐述微型计算机系统的组成和层次结构计算机硬件描述计算机硬件的基本组成包括中央处理器、存储器和输入输出设备讨论硬件的功能和特点计算机软件介绍计算机软件的概念和分类强调操作系统的作用和功能讨论软件的开发和应用微型计算机接口研究计算机与外部设备之间的连接和通信介绍接口的原理和技术分析接口的设计和实现实验指导实验准备介绍进行实验所需的基本准备工作包括实验器材、软件环境和实验原理的研究实验内容提供各章节相关实验的具体内容和步骤引导学生逐步完成实验任务强调实验中的关键点和注意事项实验总结总结每个实验的目的和结果分析实验过程中遇到的问题和解决方法提供实验的评价和改进建议通过这份《微型计算机原理与接口技术（第4版）吴宁题解及实验指导》大纲，学生可以了解该教材的内容和结构，对于研究和实验有一个整体的认识和预期。
本章介绍微型计算机原理与接口技术的基本概念和背景。
首先，讲解了计算机系统的组成和发展历程，帮助读者了解计算机系统的基本结构和演化过程。
其次，介绍了微型计算机的特点和分类。
通过本章的研究，读者能够建立起对微型计算机原理与接口技术的整体认识和理解。
本章将深入探讨微型计算机的结构和各个功能部件的作用。
首先，介绍了微型计算机的总线结构和数据流动方式，帮助读者了解信息在计算机系统中的传输过程。
然后，讨论了微型计算机的存储器层次结构和主要存储器的特点。
随后，讲解了微型计算机的中央处理器（CPU）的功能和内部结构。
最后，介绍了微型计算机的输入输出系统，包括输入设备和输出设备的种类和原理。
通过本章的研究，读者能够全面了解微型计算机的内部结构和各个功能部件的作用。
本章重点介绍微型计算机的编程技术，包括指令系统和汇编语言编程。
单片微型计算机原理及接口技术
单片微型计算机原理及接口技术在现代科技领域中，计算机技术的发展日新月异，而单片微型计算机无疑是其中的重要一环。
本文将介绍单片微型计算机的原理以及接口技术，以帮助读者更好地理解和运用这一领域的知识。
一、单片微型计算机的原理1.1 数据表示和处理在单片微型计算机中，数据的表示和处理是非常重要的。
计算机所处理的数据通常以二进制形式表示，通过位(bit)来表示数据的最小单元。
在微型计算机中，通常使用八位(bit)的字节(byte)作为数据的基本单位。
此外，计算机还可以通过不同的数据类型来表示和处理不同类型的数据，如整数、浮点数、字符等。
1.2 CPU和内存在单片微型计算机中，中央处理器(CPU)被视为计算机的大脑。
CPU负责执行指令、进行算术和逻辑运算等操作。
而内存则用于存储数据和指令，供CPU读取和写入。
常见的内存分类有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，其中RAM用于临时存储数据，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
1.3 控制单元和指令控制单元是CPU的一个核心组成部分，它负责解析和执行指令。
指令是计算机执行操作的命令，可以进行数据的读取、写入、运算等操作。
常见的指令集结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
RISC的指令集相对较简单，执行速度快，而CISC的指令集相对较复杂，但可以实现更多功能。
二、单片微型计算机的接口技术2.1 输入输出接口在单片微型计算机中，输入输出（I/O）设备起着连接计算机与外部设备的重要作用。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，而输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
通过适当的接口技术，计算机可以与这些设备进行数据的输入和输出，并实现与用户的交互。
2.2 存储器接口技术存储器接口技术用于连接CPU和内存之间的数据传输。
根据不同的芯片架构和规范，存储器接口技术有所不同。
常见的接口技术包括地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指定内存的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线则用于传输控制信号。
微机原理与接口技术课本
第1章微型计算机基础1.1 计算机中数的表示和运算1.1.1 计算机中的数制及转换在微型计算机中，常见和常使用的数制♦十进制♦二进制♦八进制♦十六进制等。
1.十进制十进制计数特征如下：♦使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9♦基数为10♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢十进一决定其实际数值。
任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：(D)10＝D n-l³10 n-1 +D n-2³10 n-2 +…+D l³101+D0³100+D—l³10 -1+D-2³10-2+²²+D-n³10-n2.二进制在二进制计数制中，基数是2，计数的原则是“逢2进1”。
特征如下：♦使用两个不同的数码符号0和l♦基数为2♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢二进一决定其实际数值。
任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：(B)2＝B n—l³2 n-1 +B n—2³2 n-2+…+B l³21+B0³20+B—l³2 -1+B-2³1-2+²²+B-n³1-n十进制TO二进制把十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除以2取余数”。
把十进制小数转换成二进制小数所采用的规则是“乘2取整”。
在计算机中，数的存储、运算、传输都使用二进制。
[例 1-2] 将十进制小数0.6875转换成二进制小数3．八进制在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。
特征如下：♦使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7♦基数为8♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢八进一来决定其实际数值。
任意一个八进制正数S，可表示为：(S)8＝S n—l³8 n-1+S n—2³8 n-2+²²+S1³8 1+S0³8 0 +S—l³8–1+²²+S-m³8-m转换: 将十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余数”。
微机原理与接口技术课程标准
《微机原理与接口技术》课程标准一、课程概述《微型原理与接口技术》是计算机硬件与软件衔接及综合应用的课程。
尤其微处理器大量开展和计算机渗透嵌入各种仪表和控制系统后，“微机原理与应用〃成为组构系统的根本技术。
《微型原理与接口技术》是通信工程专业的必修课程，其课程着重介绍微型计算机根本构成及应用方法。
该课程的先修课程有：《电路与电子学》、《数字电路与逻辑设计》、《汇编语言程序设计》，并为《单片计算机技术》、《计算机控制技术》等课程打下根底。
它是一门理论性、实践性和应用性较强的课程。
这门学科的重点是培养学生在微型计算机根本构成与外界联系（广义输入/输出）的应用方面的知识和技能，对学生的专业开展和计算机的深入研究具有极其重要的意义。
通过本课程，使学生学习微处理器芯片根本功能、指令系统、构成微型计算机的外围芯片，以及构成微型计算机系统的接口芯片。
掌握微型计算机结构特点，以及实现微型计算机与外部连接的软、硬件根底知识和根本技能；掌握和了解各种典型环境下接口设计原那么；熟悉和正确选择常用的儿种大规模集成接口电路。
本课程具有较强的实践能力。
二、课程目标1 .知道《计算机接口技术》这门课程的性质、地位和价值；知道该课程的研究领域和技术前景；知道这门学科的研究范围、分析框架、研究方法、学科进展和未来方向。
2 .理解这门课程的主要概念、根本原理利技术要点，拓宽计算机应用的领域和范围的思路和概念。
3 .掌握计算机结构特点，以及实现计算机与外部连接的软、硬件根底知识和根本技能。
4 .掌握和了解各种典型环境下接口设计原那么；熟悉和正确运用常用的儿种大规模集成接口电路。
5 .通过本课程的学习，到达提高学生的分析问题、解决问题的思维能力和动手能力。
三、课程内容和教学要求这门课程的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。
这四个层次的一般涵义表述如下：知道 ---- 是指对这门学科和教学现象的认知。
理解 ---- 是指对这门学科涉及到的概念、原理、策略与技术的说明和解释，能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。
微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)
第6章 输入/输出接口技术
2．端口编址方式 既然端口可被微处理器访问，如同存储单元，那么每个端口 也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中，对I/O接口 的端口编址有两种办法，即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器，如6800、68000系列构成的微型机采用 前一种方法；而用Zilog和Intel 公司的微处理器，如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的 微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速 外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存 器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理， 以解决双方的速度匹配问题。
第6章 输入/输出接口技术
2．缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不 允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或 写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息 在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻 状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入 三态缓冲器满足上述要求。 3．转换功能 通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外 设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可 以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等 输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的 数据及字符，通常为8位。
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4.2 80386/80486微处理器
1985年及1989年Intel公司推出了与8086、80286相兼容的32位 微处理器80386、80486，其主要特点如下：
• 针对多用户、多任务应用设计的32位CPU，其寻址能力：物理内存 4GB(32位)、虚拟存储器空间可达64TB(46位)； • 80486的指令流水线增加到5级：预取指令、译码1、译码2（地址生成）、 执行、回写结果；总线接口支持动态数据宽度控制； • 具备更为先进的存储器管理部件(MMU)，可实现段式和段页式存储管理； • 可按实地址、保护虚拟地址以及虚拟8086等三种工作方式对存储器进行管 理，兼容8086功能； • 80486在80386基础上，集成了数值协处理器80387、8KB Cache，其指令 系统中包含了80387浮点指令；（80486=80386+80387+Cache）
运算寄存器 EU 控制电路
指令队列缓冲器 8 位
ALU 标志寄存器
1 2 3 4 5 6
执行部件（ EU ）
总线接口部件（ BIU ）
指令的一般执行过程： 取指令 -> 指令译码 -> 读取操作数 -> 执行指令 -> 存放结果
Vcc
Vcc
MN/MX RD
CLK
8284
时钟 发生器
READY RESET
WR IO/M INTA INTR
BHE
地址总线
8086 CPU
ALE A 16-A19 BHE 0 AD -AD15
STB
8282 OE
存储器
I/O接口
在最小模式系统 中，还需加入：
DEN
DT/R
T 8286 OE
数据总线
1片8284 3片8282
2片8286
图4-5 8086 CPU 最小方式下的系统配置
• • • • 流水线：执行部件(EU)、总线部件(BU)、指令部件(IU)、地址部件(AU)；4级 地址总线和数据总线完全分开，分别设置16条数据线和24条地址线； 片内集成了存储器管理和保护功能部件，增加了实内存和引入“虚拟存储器”和 “虚拟地址” 的概念； 可以同时运行多个任务，80286提供了4个等级的特权系统，以支持任务与任务、 操作系统与任务之间的隔离；
提示：理解386/486的关键是三条主线： 32位微处理器、虚拟存储器管理 和 三种工作方式。
4.2.1 80386/80486 CPU体系结构
Intel 80386 微处理器由三个部分组成。 • • 总线ห้องสมุดไป่ตู้口（指令流水线） ：总线接口部件、预取部件； 存储器管理（地址流水线）：分段部件（管理逻辑地址空间）、 分页部件（管理物理地址空间）； • 中央处理单元（执行部件）： 译码部件、数据处理部件（算术逻辑单元、 通用寄存器、专用乘/除法器、移位器）、控制逻辑部件、保护测试部件等； 其中，总线接口部件、指令译码部件、指令执行部件、存储器管理部件等 4个功能部件可以独立工作，从而加快指令执行速度（可以认为80386的指令 流水线为4级）。
• 采用RISC技术，降低了每条指令所需的时钟数； • 采用突发总线传输方式，有效解决了存储器之间数据交换；
回写结果 地址生成
执行指令 取指令
指令译码
五级流水的工作情形
4.2.2 80386/80486的内部寄存器
• 80386/486 CPU中共有8类寄存器，可以归为4大类。
(A0~A23)，有16MB (224=16MB)的内存寻址能力；引入虚拟存储器技术，利用外存 来模拟内存，可多达1GB (214· 216=1GB) ；在操作系统支持下利用片内存储管理功 能部件(段式存储器管理，段长216=64KB) ，将程序中设定的虚地址(30位)转换为 物理地址(24位)；在保护方式下实现多用户、多任务运行；
微型计算机原理与接口技术
（第八讲）
图4-2 8086/8088 CPU内部结构框图
20 位 地 址 运算器
通用寄 存器组
AH BH CH DH SP BP DI SI
AL BL CL DL
∑
16/8 位
专用 寄存 器组
CS DS SS ES IP
内部暂存器
总线 控制电路
外部 总线
16 位 ALU总线
地址部件AU
总线部件BU
执行部件EU
指令部件IU
80286 CPU的两种工作方式：
• 实地址方式(实方式) ：80286兼容了8086的全部功能，两者的软件目标代码是兼 容的；内存的物理地址仍为20位(A0~A19)，以分段的方式寻址1MB存储空间；(相 当于高速的8086)
• 保护虚拟地址方式(又称虚地址方式或保护方式) ：存储器物理地址为24位
偏移地址 段寄存器
段起始地址
C0180H
偏移地址 FE7FH
16位段基址
0000
C018H C0180H ＋ FE7FH CFFFFH
……
64KB
地 址 运算器
CFFFFH 20位物理地址
xx
……
段末地址 图4-14 物理地址的形成 D017FH
4.1.7 80286微处理器简介
80286是继8086、80186，于1982年推出的一种高性能的16位微处理器， 主要改进之处如下：
地址流水线部分 分段 分页
总线接口
执行
译码
取指 指令流水线部分
执行单元
Intel 80486在功能结构上与80386类似，
但更为合理、高效：
• 指令流水线增加到5级：取指令、译码1、译码2（地址生成）、 执行和回写结果；（平均每时钟周期执行一条指令）
• 内部集成浮点协处理器FPU（相当于增强型80387），专用于 所有浮点运算；
BHE - Byte High Enable
a) 8086系统存储器结构 b) 8088系统存储器结构
图4-13 8086/8088系统存储器结构
• •
逻辑地址(32位)换算为物理地址(20位)的计算方法： 物理地址＝段基地址×16＋偏移地址 同一个逻辑段内，偏移地址可取值 0～FFFFH。
16位段基址
80X86实地址方式是为了与8086 兼容而设置的方式
基号
段号
段内地址
段表
4.2 80386/80486微处理器
• • • • • 80386/80486 CPU体系结构 80386/80486的内部寄存器 80386/80486的工作方式 80386/80486的存储器管理 80386/80486的保护机制与任务装换