微机系统与接口概论完整版

《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接口I/O接口I/O接口I/O接口A/DD/ADI

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…

概念与基本知识微处理器——核心

Ｐ或ＭＰ（Microprocessor）

=CＰＵ（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

（Microcomputersystem）微型计算机系统的三个层次微处理器存储器I/O接口总线硬件系统软件系统微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件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CPUCPU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存器用于存放经常使用的数据CPUALU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00000H00001H00002H00006HFFFFFH……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=

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SelectReadDQCLK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1011011038F04H内存单元地址内存单元内容......76543210表示:(38F04H)=B6H存储器的读操作1001011100000100AB读地址DB10010111地址译码器控制0004FF…………存储器读操作过程存储器的写操作0010011000000100AB写DB00100110地址译码器控制0008FF…………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CPUI/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)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nI/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TABABT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TABTABT双向三态缓冲器ABDIROE*OE*＝0，导通

DIR＝1A→BDIR＝0A←BOE*＝1，不导通三态门输出电路（MOS）结构示意三态门输出电路（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DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、数据1数据29Ah、、、地址总线AB数据总线DB控制总线CB地址译码器存储器总线CPU（微处理器）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intA；

A=5；

A=A+8CPU——只能处理二进制数据！AH

ALBH

BLCH

CLDH

DLSPBPDISI通用寄存器AXBXCXDXALU数据总线（16位）运算寄存器ALU标志寄存器EU控制系统执行单元EUCSDSSSESIP内部暂存器123456数据总线8088:8位8086:16位总线控制逻辑地址总线20位指令队列80888086Q总线（8位）指令指针段寄存器外部总线总线接口单元BIUSCLK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)SOFTWARE—FIRMWARE(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)intA；——————AEQUALA=5；——————MOVA,5A=A+8；——————ADDA,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10110000000001010000010000001000存储器指令内容助记符内容MOVA,5ADDA,8……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)SOFTWARE—FIRMWARE(固件)第二步：指令存入存储器DSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、数据1数据29Ah、、、地址总线AB数据总线DB控制总线CB地址译码器存储器总线CPU（微处理器）第三步：CPU从存储器读取指令并执行开始程序结束指令1指令2指令i指令n存储器操作码操作数取出指令指令译码操作数读出指令执行(地址码)取指与执行取指执行…………指令格式执行MOVA,5和ADDA,8CLKDSESSSCSIP数据暂存器PSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列总线接口控制电路运算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、数据1数据29Ah、、、地址总线AB数据总线DB控制总线CB地址译码器存储器总线CPU（微处理器）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4—2G

或每秒百万条指令——MIPS