微机系统与接口技术概述
微机原理与接口技术课件PPT
汇编语言的优点
汇编语言具有高效、可移植性、 可维护性等优点，适用于编写操 作系统、编译器等关键软件。
汇编语言的缺点
汇编语言编写复杂，容易出错， 且可移植性较差，需要针对不同 的计算机体系结构进行修改。
高级语言
01
高级语言的定义
高级语言是一种抽象程度更高的 编程语言，它使用更接近自然语 言的语法和语义。
实验提供参考。
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串行接口的数据传输速率比并行 接口慢，但只需要一根数据线， 因此成本较低。
03
串行接口的常见标准包括RS-232 、RS-422和USB。
04
中断控制器
中断控制器是微机中的一 种重要组件，它负责管理 计算机系统中断的处理。
中断控制器可以管理硬件 设备的中断请求，例如键 盘、鼠标和计时器等。
ABCD
并行接口通常用于连接打印机、磁盘驱动器等高速设备， 因为这些设备需要快速传输大量数据。
并行接口的常见标准包括ECP、EPP和USB。
串行接口
01
串行接口是一种数据传输方式， 它通过单个数据线逐位传输数据 。
02
串行接口通常用于连接鼠标、调 制解调器等低速设备，因为这些 设备不需要快速传输大量数据。
语音识别和图像处理
利用微机原理与接口技术，可以实现语音识 别和图像处理等功能，提高办公自动化水平 。
在家用电器中的应用
1 2 3
智能家居控制
微机原理与接口技术可以用于智能家居控制，实 现家用电器的远程控制和自动化控制。
电视和音响设备控制
通过微机原理与接口技术，可以实现电视和音响 设备的智能控制，提供更加便捷和智能的娱乐体 验。
微机原理与接口技术
微机原理与接口技术1.系统总线是连接计算机CPU、内存、辅存、各种输入输出部件的一组物理信号线及相关的控制电路。
2.若操作数由指令中指定的寄存器给出，则采用的寻址方式是寄存器直接寻址。
3.总线性能的重要指标是总线宽带，它定义了为总线本身所能达到的最高传输速率。
4.CISC指令的特点是指令长度固定、指令种类少、寻址方式少。
5.半导体静态存储器SRAM的存储原理是依靠双稳态电路保存信息，不需要刷新。
6.异步串行通信的主要特点是通信双方不需要同步，没有专门的同步字。
7.计算机外部中断分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两类。
8.运算器完成的主要运算是算术运算和逻辑运算。
9.8251A工作在异步方式时最大波特率19.2Kbit/s；工作在同步方式时最大波特率64Kbit/s。
10.8255A的端口A有3种工作方式，端口B有2种工作方式。
11.同步串行通信规程规定，传送数据的基本单位是bit，其中最先传送的是同步字。
12.8259A对中断优先级的管理，可概括为完全嵌套方式，自动循环方式和特殊全嵌套方式。
13.子程序的属性可以分为near 或Far14.在中断驱动I/O方式中，当外设要和CPU交换数据时，它就通过硬件电路给CPU一个信号，这个信号叫做中断请求。
15.系统总线通常包含地址总线、数据总线和控制总线，其中地址总线的位数确定了总线的寻址能力。
16.Pentium系列微机主要采用南北桥结构和两个中心结构。
17.8259A内部主要有中断请求寄存器，中断屏蔽寄存器和中断服务寄存器。
18.DMA数据传送有2种方式：字节方式和数据块。
19.常用的主存到Cache的地址映像方式有直接映像、全相联映像和组相联映像。
20.奇偶校验法只能发现奇数个错，不能发现无错或偶数个错。
21.Cache存储器主要作用是解决协调主存和CPU的速度不匹配问题。
22.RISC指令系统中最大特点是长度固定，指令条数少，寻址种类少。
23.主机与I/O设备传送数据时，CPU的效率最低的是查询方式，较高的是中断方式。
微机原理与接口技术知识点总结
微机原理与接口技术第一章概述二、计算机中的码制(重点 ）P51、对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。
注意:对正数，三种表示法均相同。
它们的差别在于对负数的表示。
(1）原码定义：符号位:0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值.注意：数0的原码不唯一（2）反码定义：若X<0，则[X］反= 对应原码的符号位不变，数值部分按位求反（3）补码定义:若X〈0，则[X］补= ［X]反+12、8位二进制的表示范围:原码：—127~+127反码：—127~+127补码:—128~+1273、特殊数10000000●该数在原码中定义为: —0●在反码中定义为：-127●在补码中定义为：-128●对无符号数：（10000000）２= 128三、信息的编码1、字符的编码P8计算机采用7位二进制代码对字符进行编码(1)数字0～9的编码是0110000~0111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码(BCD码）相符。
(2）英文字母A~Z的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母a~z的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增,这样的排列对信息检索十分有利。
第二章微机组成原理第一节、微机的结构1、计算机的经典结构-—冯.诺依曼结构P11（1）微机由CPU（运算器和控制器)、存储器和I/O接口组成2、系统总线的分类（1）数据总线（Data Bus)，它决定了处理器的字长。
(2)地址总线（Address Bus）,它决定系统所能直接访问的存储器空间的容量。
（3）控制总线（Control Bus）第二节、8086微处理器1、8086，其内部数据总线的宽度是16位，16位CPU。
外部数据总线宽度也是16位8086地址线位20根,有1MB(220）寻址空间。
P272、8086CPU从功能上分成两部分:总线接口单元（BIU）、执行单元(EU）BIU:负责8086CPU与存储器之间的信息传送。
微机原理及接口技术
2. 什么是机器码？什么是真值？解：把符号数值化的数码称为机器数或机器码，原来的数值叫做机器数的真值。
3. 8位和16位二进制数的原码 、补码和反码可表示的数的范围分别是多少？ 解：原码（-127~+127）、（-32767~+32767）补码 (-128~+127）、（-32768~+32767） 反码（-127~+127）、（-32767~+32767）4.一般来说，其内部基本结构大都由 算数逻辑单元、控制单元、寄存器阵列、总线和总线缓冲器 四个部分组成。
高性能微处理器内部还有指令预取部件、地址形成部件、指令译码部件和存储器管理部件等。
二 1.总线接口单元BIU （Bus Interface Unit ）包括段寄存器、指令指针寄存器、20位地址加法寄存器和先入先出的指令队列、总线控制逻辑。
负责与存储器、I/O 设备传送数据，即BIU 管理在存储器中获取程序和数据的实际处理过程。
20位地址加法器将16位段地址和16位偏移量相加，产生20位物理地址。
总线控制逻辑产生总线控制信号对存贮器和I/O 端口进行控制。
IP 指针由BIU 自动修改，平时IP 内存储下条要取指令的偏移地址；遇到跳转指令后，8086将IP 压栈，并调整其内容为下条要执行指令地址。
2.执行单元EU （Execution Unit ）包括ALU 、状态标志寄存器、通用寄存器、暂存器、队列控制逻辑与时序控制逻辑等。
负责指令的执行。
将指令译码并利用内部的ALU 和寄存器对其进行所需的处理。
3.EU 和BIU 的动作管理—流水线技术原则控制器运算器 寄存器输入/输出接口存储器 CPU主机外部设备应用软件系统软件微型机软件微型机系统 微型机硬件（1）每当8086的指令队列中有2个空字节且EU 未向BIU 申请读写存储器操作时，BIU 就会自动把指令取到指令队列中。
（2）每当EU 要执行一条指令时，它会先从BIU 的指令队列前部取出指令代码，然后执行指令。
微机原理及接口技术第一章概述
三、微型计算机的分类
按处理器同时处理数据的位数或字长分：
8位机
按其结构分：
16位机
32位机
64位机
PC机、
单片微型机、 单板微型机
1.2
微型计算机组成
现代计算机结构仍然是在冯· 诺依曼提出 的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建 立起来的。
一、微型计算机的硬件结构
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输 出接口构成，它们之间由系统总线连接。
地址总线 (AB)
只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
I/O接口
I/O设备 数据总线 (DB) 控制总线 (CB)
CPU
1. 微处理器
整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也 称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组 及控制部件。
ALU ： 算术运算、逻辑运算
寄 存 器：存放操作数、中间结果、地址、标 志等信息 控制部件：整个机器控制中心，包括程序计 数器IP、指令寄存器IR、指令译 码器ID、控制信息产生电路。
外部设备
I/O接口电路
存储器 RAM ROM 总线
控制部件
算术逻辑部件
寄存器组
MPU
2. 存储器 微机的存储器分为：主存和辅存 主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正 待处理数据。(CPU内部cache，主 板上的内存, 造价高，速度快，存 储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的 数据，(主机箱内或主机箱外，造 价低，容量大，可长期保存，但 速度慢)
办公自动化
信息高速公路
仪器仪表
将传感器与计算机集 成于同一芯片上，智能
传感器不仅具有信号检
测、转换功能，同时还 具有记忆、存储、解析、 统计、处理及自诊断、 自校准、自适应等功能。
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
微机原理与接口技术
RTS：请求发送，输出、高电平有效。当终端要发送 数据时，使该信号有效（高电平），向MODEM或外 设请求发送。
CTS：允许发送，输入、高电平有效。是对请求发送 信号RTS的响应信号。当MODEM或外设已准备好接 收终端传来的数据，使CTS信号有效，通知终端开始 沿发送数据线TXD发送数据。
GND RESET DRV
+5V IRQ2
-5V DRQ2
-12V CARD SLCTD
+12V GND MEMW MEMR IOW
IOR DACK3
DRQ3 DACK1
DRQ1 DACK0 CLOCK
IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 +IRQ3 -DACK2
T/C ALE
-5V OSC GND
7.2.2 RS-232总线
目前最常用的一种串行通信接口标准
电气特性
逻辑电平定义为负逻辑 1:低于-3V 0:高于3V
机械特性
RS-232C常用25线或9线D型插件作为数据终端设 备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间通信电缆 的连接器。
名称
次信道发送数据 发送时钟
次信道接收数据 接收时钟 未用
8位ISA
GND RESET DRV
+5V IRQ2
-5V DRQ2
-12V CARD SLCTD
+12V GND MEMW MEMR IOW IOR DACK3 DRQ3 DACK1 DRQ1 DACK0 CLOCK IRQ7 IRQ6 IRQ5 IRQ4 +IRQ3 -DACK2
T/C ALE -5V OSC GND
外总线的种类也很多，常用的有三种
微机原理与接口技术(田辉)第一章
1-3-1 微型计算机
2、微型计算机分类
从微型计算机的结构形式来分，为单片机、单板 机和多板机。
单片微型计算机（即单片机）。把微型计算机的主要部件CPU、一 定容量的存储器、I／O接口及时钟发生器集成在一块芯片上的单 芯片式微型计算机。具有体积小、指令系统简单、性价比高等优 点，广泛应用于工业控制、智能仪器仪表等领域。 单板微型计算机，即单板机。是将微处理器、一定容量的存储器、 输入／输出接口、简单的外部设备、辅助设备通过总线装配在一 块印刷电路板上的微型计算机。主要用于实验室以及简单的控制 场合。
变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言
第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970) 存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒
第四代 大规模、超大规模集成电路时代(1971至今)
向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化
微型计算机的发展
• 十进制数转换为R进制数：整数和小数部分分 别进行转换
1、整数部分 “除R取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商 为 0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。
二. 进位计数制之间的转换
例：39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 2 19 1 （ b0） 2 9 1 （ b1） 2 4 1 （ b2） 2 2 0 （ b3） 2 1 0 （ b4） 0 1 （ b5 ）
1-2 微处理器--- CISC与RISC
精简指令集计算机
提出背景：使用指令的80％，只占处理器指令集的20％ RISC的基本思想 简化指令功能，指令集中只包含使用频度高、功能简单、能够 在一个节拍内执行完成的指令 将较复杂的功能用一段子程序来实现 大量使用寄存器，优化 CPU的控制逻辑，提高程序执行的速度
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片选信号
U2
图1.5 使用跳线开关选择I/O口译码地址
• 4．数据传输的控制方式
（1）程序查询方式：由CPU主动通过I/O指令 询问指定设备的当前状态。程序查询方式流程 图如图1.6所示。
（2）中断处理方式：由I/O设备主动提出服务 请求（即中断申请）。
（3）DMA控制方式：DMA即直接存储器存取。 可以满足高速I/O设备与RAM进行数据传送的 需要（如图1.7所示）。
（2）可选式地址译码：可选式地址译码常用 的是开关式可选端口地址译码。如图1.5所示 为使用跳线开关选择I/O端口译码地址。
图1.4 IBM-PC系统板I/O地址译码电路
AEN A3 A4 A5 A6 A7 A9 A8
74LS04 U3
1
U3
1
2 跳线 4 U15 开关
6
8
74LS30
&
8250
程序查询开始
读输入状态寄存器 N
准备就绪？ Y
对接口进行控制
与接口交换数Y据
置正常标志值
返回状态结束
N 超时？
Y 置超时错标志
Y
图1.6 程序查询方式流程图
外设通过 DMAC 向 CPU 提出 DMA 申请 CPU 响应 DMA 请求交出总线控制权 从端口地址中读取数据 将数据写到目标口
修改地址指针
一个I/O端口总要包括若干个端口，如数 据端口、命令端口、状态端口、方式端口、 操作结果端口、地址索引端口等。
I/O端口也必须进行编址以便能被主机访 问。在微机系统中，对I/O接口的端口编址有 两种方法：端口统一编址和端口独立编址。
• 3．I/O端口地址的译码
如图1.4所示为IBM-PC系统板I/O地址译码电路。 （1）固定式端口地址译码：所谓固定式端口 地址译码是指接口中用到的端口地址不能更 改。
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1.1.3 存储器
• 存储器是指微型计算机的内存储器。有随机存储器（RAM）和只读存 储器（ROM）。 ROM中的信息一般只能读不能写，其容量一般为几KB到几 MB。如BIOS。而RAM则既可以读出信息，又可以写入信息。通常作为微机 系统的主存储器，其容量从早期的几十KB到现在的高达几GB。
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1.2 微机接口技术概述
• 1.2.1 I/O接口概述 • 1.2.2 微机系统的I/O接口配置及I/O端口布局
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1.2.1 I/O接口概述
1.3 •介于主机和外设之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路（1.2 、
所
示）。
• 1．I/O接口的功能及其组成
（1）速度的不匹配。 （2）信息格式的不匹配。 （3）信息类型与信号电平的不匹配。 （4）时序的不匹配。
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1.1.5 总线
• 总线按其传输的信号分为 ： • 1．数据总线DB（Data Bus）数据总线用于CPU与
其他部件之间传送信息，具有三态控制功能，且 是双向的。
• 2．地址总线AB（Address Bus）地址总线用于传送 CPU要访问的存储单元或I/O接口的地址信号。
• 3．控制总线CB（Control Bus）控制总线是连接 CPU的控制部件和内存、I/O设备等，用来控制内 存和I/O设备的全部工作。
• 1.1.1 微型计算机系统结构 • 1.1.2 中央处理器 • 1.1.3 存储器 • 1.1.4 I/O设备及其接口电路 • 1.1.5 总线
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1.1.1 微型计算机系统结构
• 通用的微型计算机硬件系统是由中央处理器（CPU或MPU）、存储 器、I/O（输入/输出）设备及其接口电路组成（如图1.1所示）。
微处 理机
接口 电路
外部 设备
图1.2 微处理机通过接口与外设交换信息数控地 据制址 总源自总 线线线DB CB AB
数据输入寄存器 数据输出寄存器
控制寄存器 状态寄存器 地址择码器
接口模块
数据线 外
部
数据线
输
入
或
输
状态线
出
设
备
图 1.3 外部设备通过接口与系统的连接
• 2．I/O接口的端口及其寻址方式
• 2．I/O端口的布局
（1）I/O端口的寻址特点 ① 端口地址空间为1KB ； ② 使用专门的
第1章 微机系统与接口技术概 述
• 1.1 微型计算机系统结构 • 1.2 微机接口技术概述 • 1.3 微机系统的I/O通道与总线概述
本章学习目标
微机计算机系统组成结构 微机系统中接口电路的组成与作用 微机系统I/O通道与总线的类型和功能 了解现代微型计算机系统的基本组成
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1.1 微型计算机系统结构
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1.1.4 I/O设备及其接口电路
• I/O设备的种类很多，有电子式、电磁式、机械式等，I/O接口电路 的种类最基本的接口电路有8255可编程并行接口电路、8253可编程定时/ 计数器、8251可编程串行接口电路、8237直接存储器存取电路（DMA）、 82380多功能接口电路以及现代微型计算机系统中的系统控制逻辑芯片 等。
中央 处理器
CPU
内存储器
I/O 接口
数据总线（DB）
控制部线（CB）
I/O 接口
地址总线（AB）
I/O 设备
I/O 设备
图1.1 微机系统结构示意图
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1.1.2 中央处理器
• 中央处理器（机）简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部件。 由运算器、控制器和寄存器三部分组成。CPU通过数据总线、地址总线 和控制总线与其他部件之间进行联系。在PC系列微机中所使用的CPU主 要有Intel系列、AMD系列、CY系列 。
数据传送结束否？
DMA 结束 图 1.7 典型的 DMA 传送流程图
图1.7 典型的DMA传送流程图
N
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1.2.2 微机系统的I/O接口配置及I/O端口布局
• 1．I/O接口配置
●（1）接口芯片 ① 中断控制器8259A ② 定时器8254-2 ③ DMA控制器8237A-5 ④ 键盘控制器8042 ⑤ 实时钟/CMOS RAM芯片 ●（2）接口控制卡的配置 一般常见的I/O接口卡有VGA显示卡、网络连 接控制卡、声卡等。
总线又分为： （1）内部总线：由CPU送出的地址、数据、控 制信号称为内部总线。 （2）系统总线：由于负载和控制的需要，内 部总线信号通过总线驱动器、地址锁存器或数 据缓冲器以及总线控制器后，所形成的新的信 号线称为系统总线。 （3）外部总线：是微机系统相互之间或微机 系统与其他电子系统之间实现通讯连接的总线。