微机接口第1章-1

微机原理与接口技术电气工程学院魏建新2024/1/141教学安排一、教材与学时二、课程简述2024/1/142教材：微型计算机原理与接口技术

冯博琴主编，清华大学出版社，2011年(第三版）；实验指导书：微机原理与接口实验指导书陈文革主编，西安交大出版社；主要参考书：《微机原理与接口技术》

龚尚福主编，西安电子科技大学出版第一版2003.8

。

一、教材与学时2024/1/143

教学：总学时，56学时；

教学，40学时；实验，16学时；考试：平时，15%；实验，15%；期末，70%。学分:3.5分。2024/1/144

《微机原理与接口技术》是计算机、工业自动化、电子信息工程、通信工程等专业的重要专业基础课（必修）。该课程包含《微机原理》与《接口的技术》两个主要部分。以INTEL8086CPU为核心介绍了微型计算机的基本工作原理与接口技术，并适时地介绍相关新技术及发展。二、课程简述2024/1/145（一）教学内容（三部分）第一部分：微型计算机系统微型计算机组成微处理器存储器第二部分：汇编语言及程序设计指令系统和寻址方式汇编语言汇编语言程序设计第三部分：微机接口技术中断控制输入输出接口技术接口芯片应用2024/1/146

微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术目的：建立微型计算机系统的整体概念，基本具备微机系统软、硬件开发和应用的能力。（二）教学目标2024/1/147第一章微型计算机基础概论第二章微处理器与总线第三章8086/8088

CPU的指令系统第四章汇编语言程序设计第五章存储器系统第六章输入输出和中断技术第七章常用数字接口电路

（三）总目录2024/1/148第一章微型计算机基础概论

1.1微型计算机系统

1.2

计算机中的数制及编码

1.3无符号二进制数的算术运算和逻辑运算

1.4有符号二进制数的表示和运算2024/1/149

§1.1微型计算机系统

1.1.1计算机的发展历史

第一代计算机：1946年-1957年，电子管时代，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer电子数字积分计算机）：使用：18000只晶体管；占地：170平方米；重量：30吨；耗电：140千瓦；每秒：5000次加法运算。2024/1/1410第一台数字式电子计算机照片2024/1/1411第二代计算机：1958-1964，晶体管时代；第三代计算机：1965-1971，集成电路时代，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计算机产生了微型计算机。第四代计算机：1972-至今，超大规模集成电路时代。第五代计算机：将来世界各国利用超大规模集成电路，研制智能计算机。

1.1.1

计算机的发展历史2024/1/1412第1代：（1971-1972）4位机4004→4040→8008（低档8位机）第2代：（1973-1978）

8位机Z80、I8085、M6800，Apple--II机（单板机）第3代：（1978-1982）16位机8086→8088→80286，IBMPC系列机微处理器2024/1/1413

微处理器发展史第4代：（1985-1992）32位机80386→80486第5代：

（1993-2003）高档32位机PentiumPro、PentiumII、PentiumIII….PentiumM32位PC机、PS/2机、笔记本第6代：（2005-至今）32位-64位机PentiumD双核、intelcore

Duo

酷睿双核32-64位微机、

2024/1/1414第一代4位和低档8位机Intel40048008第二代中高档8位机Intel8080/8085Z80、MC6800第三代16位机Intel8086/808880286Z8000、MC68000第四代32位机Intel80386、80486MC68020（1971-1972）（1973-1978）（1977-1981）（1985-1992）（1993-1995）特点：1、速度越来越快。2、容量越来越大。3、功能越来越强。第五代32位机IntelPentiumAMDK5第五代32位机PentiumPROⅡⅢⅣ

（1996-2004）（2004-）微处理器发展历史

第六代64位机

双核

IntelPentiumDIntelcoreduo2024/1/14152024/1/1416微处理器图片Intel4004Intel8008Intel8086Intel80286Intel80386Intel804862024/1/1417微处理器图片PentiumPentiumMMXPentiumProPentiumⅡPentiumⅢPentiumⅣ2024/1/1418AMDK7AthlonAMDK7AthlonIntelcorei7Intelceleron2024/1/1419计算机的发展趋势微型化─便携式、低功耗；巨型化─尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、高速度；智能化─模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能力；系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级；网络化─网络计算机和信息高速公路；多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)。2024/1/14201.1.2计算机的工作过程存储程序计算机—又称为冯•诺依曼型计算机以运算器为核心、以存储程序原理为基础将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序是由多条有逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为1～4字节）数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行指令驱动2024/1/1421计算机之父──冯·诺依曼1945年6月美国数学家冯·诺依曼在一篇论文中第一次提出了计算机三个主要思想：1.计算机的基本组成2.采用二进制进行信息表示3.存储程序原理从而形成了目前的计算机体系结构JohnvonNeumann2024/1/1422计算机的两个基本能力

一是能够存储程序；二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。2024/1/1423冯.诺依曼计算机结构示意图控制器按预先存放在存储器中的指令流程自动地连续取出指令并执行之。运算器输出设备控制器输入设备存储器指令流控制命令数据流2024/1/1424程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令译码取操作数执行指令存结果指令周期操作码操作数执行1、CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？——操作系统2、CPU如何按程序控制流执行指令？——程序计数器3、CPU如何知道从哪里取操作数？——地址、寻址方式2024/1/1425例：计算5+8汇编语言程序 对应的机器指令对应的操作---------------------------------------------------------------MOVAL,5

10110000

;将立即数1传送到累加寄存器AL中

00000101

ADDAL,8

00000100

;计算两个数的和，结果存放到AL中

00001000

HLT 11110100 ;停机 指令执行过程见下页图2024/1/1426指令执行过程(取指/译码/执行)累加器A加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时序控制信号（控制命令）1011000000000101000001000000100011110100内部总线存储器01234程序计数器PC地址MOVAL,5ADDAL,8HLT地址总线+1③地址译码器读写控制电路④输出地址10110000⑦锁存指令锁存数据⑥置初值①②输出指令地址锁存地址②读写命令⑤⑧指令译码锁存输出地址寄存器AR2024/1/14271.1.3

微型机的构成掌握：

微型计算机系统的三个层次：1.微型计算机系统(MicrocomputerSystem)2.微型计算机(Microcomputer)3.微处理器(Microprocessor)2024/1/1428微型计算机系统微处理器存储器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2024/1/14292024/1/1430(1)微处理器（CPU）(2)存储器(3)输入/输出接口(4)总线1.硬件系统2024/1/1431(1)微处理器CPUCPU:计算机的控制中心，提供运算、判断能力。构成：运算器ALU、控制器CU、寄存器

Registers例：Intel8088/8086、PIII、P4、CeleronAMDK7CPU的位数：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的数据的位数。2024/1/1432

(2)存储器存放程序和数据的记忆装置；用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、。。。）；内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、…特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大2024/1/1433(3)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2024/1/1434接口的功能提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。2024/1/1435（4）总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线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=0--

2n-1，

n

地址线根数数据总线DB：在CPU与