微机系统与接口：第一讲 概论

1、微机系统与接口,又名： 微机原理及接口技术 微机原理及应用,对计算机、 微型计算机本身，你了解多少,1、运算速度每秒运算多少次？ 主频多少？ 2、内存多大？ 进一步： 1、CPU字长多少位？ 2、接口种类、多少？ 本课程将深入学习。知其然，知其所以然,对微处理器、 微型计算机应用，你又了解多少,1、科学计算 2、信息处理、事务管理 进一步： 1、生产过程控制 2、仪器、仪表控制 3、民用产品控制 对硬件必须深入了解。知其然，知其所以然,生产过程控制系统结构示意图,过程对象被控对象,传感器 变送器,执行机构,传感器,执行机构,传感、执行,检测/控制,微机主机,操作台,电平变换,功放驱动,I/O接

2、口,I/O接口,I/O接口,I/O接口,A/D,D/A,DI,DO,输入调理,V/I变换,I/O通道,信号调理,打印机,显示器,I/O接口,变换,信号处理,模拟量,数字量,频率、其他,课程地位与重要性,计算机硬件在计算机应用（而非简单使用）中的重要位置 本课程是工科非计算机专业计算机硬件教学（区分于计算机软件教学）中最重要的一环，是非计算机专业学生学习运用计算机硬件应用的最主要课程，对提高学生的计算机硬件应用能力至关重要。已成为学生学习部分后续课程、毕业设计和今后工作的最重要的技术基础,计算机系列课程关系图,计算机 科学基础,计算机结构 与逻辑设计,微机系统 与接口,DSP 系统,单片机 系统

3、,嵌入式 系统,微机 综合课 程设计,计算机 软件类 课程,课程体系与主要内容,从微机系统的结构谈起,存 储 器,I/O 接 口,输 入 设 备,I/O 接 口,数据总线 DB,控制总线 CB,地址总线 AB,输 出 设 备,CPU,课程主要内容,第一单元（6学时） 概念与基本知识,第二单元（12学时） 指令与汇编程序设计,第三单元（2学时） 存储器,第四单元（6学时） 基本I/O,第六单元（16学时） 数字I/O,第七单元（4学时） 模拟I/O,中断系统,定时/计数器,串行接口,DMA,并行接口,先修课程及其相互关系,先修课程 ：数字电路-模拟电路 计算机硬件构成数字逻辑电路 特殊的数字逻辑

4、电路 门-组合逻辑时序逻辑有限状态机,先修课程及其相互关系,先修课程：程序设计 掌握好，对汇编语言程序设计很有帮助 C程序(与机型无关 ） 汇编语言(与机型有关) int A； A EQU AL A=5； MOV A, 5 A=A+8； ADD A, 8,课程对硬件学习的要求,原理图（读图、规范） 时序图（设计用动态时序）-总线 常用接口方法/逻辑电路：工作原理/一般时序/常用方法 寄存（器）、缓冲(器)、锁存(器)、触发(器)、编码(器)、译码(器)、放大(器); RAM，ROM，T/C，PIO，SIO，DMA； 硬件术语,课程对软件学习的要求,原理-MC系统软件与硬件有关的部分； 编辑ED

5、ITOR、编译/汇编（Compiler/Assembler）、链接Linker(器） 编程语言功能，语法（Syntex） 实时系统事件中断/时间中断（控制） 软硬件结合：存储访问输入输出访问的软件实现，软替硬-充分发挥硬件功能 KEY： 基础性概念,教材: 杨素行,微型计算机系统原理及应用， 清华大学出版社,教学参考书,郁慧娣，微机系统及其接口技术， 东南大学出版社 吴宁，80X86/Pentium微型计算机原理及应用， 电子工业出版社； 戴梅萼,微型计算机技术及应用， 清华大学出版社 张怀莲,IBM-PC宏汇编语言程序设计， 电子工业出版社,概念与基本知识,微处理器核心 或（Micropro

6、cessor） = C（中央处理单元） 微型计算机简称微机 C 或MC（ Microcomputer） 微型计算机系统简称微机系统 CS 或MCS （ Microcomputer system,微型计算机系统的三个层次,微型计算机系统,微型计算机系统,硬件,软件,与一般计算机系统一样，微型计算机系统由硬件和软件组成,微型计算机硬件,CPU,运算器,控制器,寄存器,存储器,IO接口,外部设备（如键盘、鼠标、显示器,主机,CPU,CPU,运算器,控制器,寄存器,运算器也称为算术逻辑单元ALU，完成数据的算术和逻辑运算,控制器由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成，对微型计算机各部件发出控制信息,寄

7、存器用于存放经常使用的数据,CPU,ALU,寄存器,指令寄存器,指令译码器,控制电路组,控制器,存储器,内存单元的地址和内容 内存的操作：读，写 内存的分类：RAM和ROM,地址内容,00000H 00001H 00002H 00006H FFFFFH,11001111,RAM可以随机读写，ROM只能被CPU读取，用于存放固定程序,存储器的结构示意图,存储器地址线位数n，存储单元数为N， 他们之间的关系为N=2n,N位地址总线,控制信号线,N位数据总线,地址译码驱动,存储体,时序控制线路,读写放大电路,静态存储器SRAM工作原理示意图,Select=1选中单元,Select=1&/Read=

8、锁存输入数据 Select=1& /RD =0 三态门开(输出允许) 存储器读操作,数据总线,Select,内存单元,内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，计算机对每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址,1 0 1 1 0 1 1 0,38F04H,内存单 元地址,内存单 元内容,.,.,7 6 5 4 3 2 1 0,表示: (38F04H)=B6H,存储器的读操作,10010111,00000100,AB,读,地址,DB,10010111,地址译码器,控制,00,04,FF,存储器读操作过程,存储器的写操作,00100110,00000

9、100,AB,写,DB,00100110,地址译码器,控制,00,08,FF,存储器写操作过程,地址,IO设备,IO设备，即输入输出设备，如,键盘、鼠标,显示器,输入/输出接口,简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁,CPU,I/O 接口,外设,总线,连接各部件的总线：地址总线、数据总线、控制总线,CPU,存储器,IO接口,IO设备,地址总线 数据总线 控制总线,总线,总线BUS ： 一组性质相似的各部件共用的信息线 的集合。 地址总线AB： 用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。 CPU的寻址范围 = 2 (n=地址线根数)

10、 数据总线DB： 在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。 控制总线CB：用来传送各种控制信号,n,I/O总线作用,I/O总线的作用是通过公用的信号线可把计算机或测控系统中的模板或各种设备联成一体，以便进行彼此之间的信息交换。采用总线技术在系统设计、生产、使用和维护上具有很多优越性。 I/O接口设计原则之一： 输入三态，输出锁存,单向三态缓冲器,T,A,B,A,B,T为低平时： 输出为高阻抗（三态） T为高电平时： 输出为输入的反相,表示反相或低电平有效,T,A,B,T,A,B,T,双向三态缓冲器,三态门输出电路（MOS）结构示意

11、,三态门输出电路（TTL）结构示意,总线,连接各部件的总线：地址总线、数据总线、控制总线,CPU,存储器,IO接口,IO设备,地址总线 数据总线 控制总线,微机的最基本部分,计算机、微型计算机是如何实现科学计算的,科学计算：5+8=,计算机内部是如何完成以上程序执行的,C程序 int A； A=5； A=A+8,CPU只能处理二进制数据,SCLK,第一步： 从程序到指令,编辑器（Editor）程序设计（流程图） 编译器（Compiler）高级语言程序(与机型无关) 汇编器（Assembler）汇编语言(与机型有关) 链接器（Linker）待装配的指令代码(二进制BIN) 可执行指令代码(二进制

12、BIN) (软件) SOFTWAREFIRMWARE(固件,C语言与汇编语言对应关系,C程序(与机型无关 ） 汇编语言(与机型有关) int A； A EQU AL A=5； MOV A, 5 A=A+8； ADD A, 8 注： A是变量 注： A是寄存器,汇编语言与二进制机器码对应关系,第一步： 从程序到指令,编辑器（Editor）程序设计（流程图） 编译器（Compiler）高级语言程序(与机型无关) 汇编器（Assembler）汇编语言(与机型有关) 链接器（Linker）待装配的指令代码(二进制BIN) 可执行指令代码(二进制BIN) (软件) SOFTWAREFIRMWARE(固件

13、,第二步：指令存入存储器,第三步：CPU从存储器读取指令并执行,执行 MOV A, 5 和 ADD A, 8,微型计算机的主要技术指标,CPU字长 精度：4, 8, 16, 32, 64位 指CPU与I/O设备、存储器之间一次传 送二进制数据的位数（总线字长）。 内存容量字节（8位二进制数据） 单片机：128字节以上 微机：128兆字节以上 指令系统指令的构成及多少 运算速度CPU的主频，奔腾42G 或每秒百万条指令MIPS （Million of Instruction Per Second,8031单片机结构示意图,ETR328 嵌入式网络模块(56mm43mm,集抄电路单元嵌入到现有的电表中方案 (成都英创,ETR186 嵌入式网络模块,PCI总线- ISA总线,PCI 总线,CH365 接口芯片,本地 8位 总线,PCI_AD31-0,PCI_CBE3-0,D7-0,A15-0,PCI_PAR PCI_IDSEL PCI_FRAME PCI_IRDY PCI_TRDY PCI_DEVSEL PCI_INTA PCI_CLK PCI_RST,IOP_RD IOP_WR MEM_RD MEM_WR SYS_EX,