微机原理及接口技术概述

微机原理及接口技术主讲：brook微机

原理及接口

技术课程

介绍典型机型：IBMPC系列机基本系统：8088CPU和半导体存储器I/O接口电路及与外设的连接硬件－－接口电路原理软件－－接口编程方法课程

内容章节目录计划学时第1章微型计算机系统概述 4第2章微处理器指令系统 8第3章汇编语言程序设计6第4章微处理器外部特性 6第5章存储器系统 6第6章输入输出及接口 6第7章总线及总线接口2课程

内容章节目录（续）计划学时第8章中断控制接口 8第9章定时计数控制接口 4第10章DMA控制接口 6第11章并行接口 12第12章串行通信接口 6第13章模拟接口 6第14章32位微型计算机系统0课程

特点专业技术基础课硬件系列课程之一计算机组成原理微机原理及接口技术计算机体系结构指定选修课以技术为主面向应用软硬件相结合先修课程数字逻辑提供硬件基础计算机组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理先修

课程学习方法很重要复习并掌握选修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记课后：认真读书、完成作业实验：充分准备、勇于实践总成绩＝考试成绩＋实验成绩＋平时成绩学习

要求第1章第1章微型计算机系统概述教学重点

微型计算机的系统组成计算机中数据的表示1.1微型计算机的发展和应用1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（电子数据和计算器）发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机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1.1.1微型计算机的发展第1代：4位和低档8位微机4004→4040→8008第2代：中高档8位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机第3代：16位微机8086→8088→80286，IBMPC系列机1.1.1微型计算机的发展（续）第4代：32位微机80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC机、Macintosh机、PS/2机第5代：64位微机Itanium、64位RISC微处理器芯片微机服务器、工程工作站、图形工作站1.1.2微型计算机的应用用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好用于过程控制及智能化仪器仪表方向专用微机，例如：单片机、工控机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小

将CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一个微处理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-961.2微型计算机的系统组成运算器

控制器寄存器组

内存储器总线输入输出输出接口电路外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统图1.1微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系统总线形成处理器子系统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS1.2.1微型计算机的硬件组成微处理器子系统存储器I/O设备和I/O接口系统总线系统总线总线是指传递信息的一组公用导线总线是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线信号可分成三组地址总线AB：传送地址信息数据总线DB：传送数据信息控制总线CB

：传送控制信息总线信号地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等1.2.2微型计算机的软件系统操作系统MS-DOS汇编程序MASM和LINK文本编辑程序EDIT.COM调试程序DEBUG.EXE1.3IBMPC系列机系统16位IBMPC系列机是32位微机的基础8088CPUIBMPC机IBMPC/AT机IBMPC/XT机1.3.1硬件基本组成16位和32位PC机的基本部件相同8088微处理器8087协处理器8288总线控制器I/O通道8259中断控制器随机存储器RAM只读存储器ROM8253定时控制器8237DMA控制器8255并行接口控制总线数据总线地址总线地址锁存器数据收发器扬声器接口8284时钟发生器键盘接口系统配置开关1.3.2主机板组成微处理器子系统8088：16位内部结构、8位数据总线、20位地址总线、4.77MHz主频存储器ROM-BIOS、主体为RAMI/O接口控制电路8259A、8253、8237A、8255等I/O通道62线的IBMPC总线图1.5存储空间的分配保留ROM64KB基本ROM64KB扩展RAM≈15MB基本ROM64KB保留ROM64KB扩展ROM128KB显示RAM128KB系统RAM640KB000000H0A0000H0C0000H0E0000H0F0000H100000HFE0000HFFFFFFH常规内存1MB扩展内存15MB1.3.3存储空间的分配常规内存：1MB基本RAM区：640KB保留RAM区：128KB扩展ROM区：128KB基本ROM区：64KB扩展内存：用作RAM区

系统板

000－01F020－03F040－05F060－07F080－09F0A0－0BF0C0－0DF0E0－0FFDMA控制器1中断控制器1定时计数器并行接口电路DMA页面寄存器中断控制器2DMA控制器2协处理器

I/O

通

道1F0－1F8200－207278－27F2F8－2FF378－37F380－38F3A0－3AF3B0－3BF3D0－3DF3F0－3F73F8－3FF硬盘适配器游戏接口并行打印机接口LPT2串行通信接口COM2并行打印机接口LPT1SDLC通信接口BSC通信接口单色显示/打印机适配器彩色图形适配器CGA软盘适配器串行通信接口COM11.3.4I/O空间的分配

80x86访问外设时，只使用低16位A0～A15，寻址64K个8位I/O端口PC机仅使用低10位A0～A9，寻址1024个8位I/O端口1.4计算机中的数据表示计算机处理的对象是各种数据，计算机中的数据均采用二进制形式。从使用角度来看，计算机中的数据可分为两大类：

（1）数—用来直接表征量的多少，它们有大小之分，可进行各种数学运算。（2）码—用来指代某个事物或事物的状态属性。计算机对码主要是做管理、编辑、判断、检索、转换、存储及传输等工作。1.4.1计算机中的数在讨论计算机中的数时，需要说明几个基本概念:

(1)进位计数制---即采用进位的计数方法。采用这种计数方法后人们可以用有限的数码符号来表示无穷大或无穷小的数。在计算机领域，常用的进位计数制有二进制、十进制、八进制和十六进制（因本课程不使用八进制数据，故以下从略）。例如，二进制中有两个数码符号，即0和1,执行逢2进1的运算规则；十进制中有10个数码符号0-9，执行逢10进1的运算规则；十六进制中有16个数码符号0一9及A一F，执行逢16进1的运算规则。注意，在十六进制中，数码A表示十进制的10，但决不能记作10，因为1和0是两个十六进制符号。

(2)基数---某种进位计数制中所包含的数码个数就是该数制的基数（Base），如二进制的基数为2，N进制的基数为N。基数体现了该数制中进位和借位的原则：当我们在某个数位上计够一个基数时需要向前进1；反之，从前一位借1可在后一位上当一个完整的基数来使用。

(3)权—也称权重（Weight），表示进位计数制中各数位的单位值（可形象地理解为每个数位的单位“重量”）。权可以用基数幂的形式来表示，例如在十进制数1111.11中，各个“1”具有不同的权重，从左到右分别为：103、102、101、100、10-1和10-2。还可进一步推广到N进制数(1111．11）N，从左到右各数位上的权重分别是：N3、N2、N1、N0,N-1和N-2。1.4.1计算机中的数

1.不同数制间的转换

（1）十进制N进制的转换——整数部分不断除以N（基数）取余，直到被除数为0为止，小数部分不断乘N（基数）取整直到被乘数为0为止。（2）N进制到十讲制的转换——按权展开。（3）二进制与十六进制间的转换——二者间有一个简单的对应关系：以小数点为中心，侧每4位（不足4位时在外侧补0)二进制数对应1位十六进制数，反向操作时亦然。1.4.1计算机中的数2.数的定点表示

真值：指符合人们使用习惯的数的原始表示形式。机器数：指数据在机器中的实际表示形式。定点数：是指小数点位置默认并固定资产的机器数。浮点数：是指这样一种数据的表示方法，它的小数点位置表面上被固定，但通过指数的变化，小数点的实际位置是浮动的，其目的正是通过小数点的浮动来保持它的有效数字、即精度维持不变，浮点数在机器内部对应着NX2n组织形式，其中N称为尾数，取二进制定点小数的形式，n称为阶码或指数，取二进制定点整数的形式。

1.4.2计算机中的码ASCII码１．ASCII码（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）是“美国信息交换标准代码”的简称。ASCII码诞生于1963年，是一种比较完整的字符编码，已成为国际通用的标准编码，现已广泛用于微型计算机中。２．通常，ASCII码由7位二进制数码构成，可为128个字符编码。这128个字符共分两类：一类是图形字符，共9４个；另一类是控制字符，共3４个。96个图形字符包括十进制数符10个、大小写英文字母52个和其他字符3２个，这类字符有特定形状，可以显示在CRT上和打印在纸上，其编码可以存储、传送和处理。3４个控制字符包括回车符、换行符、退格符、设备控制符和信息分隔符等等，这类字符没有特定形状，其编码虽然可以存储、传送和起某种控制作用，但字符本身是不能在CRT上显示和打印机上打印的。３．ASCII码的一般形式是以一个字节来表示，它的低7位是ASCII值，最高有效位用来作为奇偶校验位，用以检测在字符的传送过程中是否发生了错误。

1.4.2计算机中的码BCD码１．BCD码(BinaryCodedDecimal)是十进制数的编码表示法，由于机器中只能用二进制数，所以BCD码是二进制编码的十进制数，用四位二进制数来表示一位十进制数。BCD码的种类较多，常用的有8421码、2421码、余3码和格雷码等。现以8421码为例进行讨论。２．8421码是BCD码中的一种，因组成它的4位二进制数码的权为8、4、2、1而得名。在这种编码系统中，十组4位二进制数编码分别代表了0~9十个数码。如下表所示

8421码和十进制数码的关系表十进制数码8421BCD码十进制数码8421BCD码000005010110001601102001070111300118100040100910011.4.2计算机中的码BCD码３．BCD码有压缩和非压缩之分，压缩的BCD码就是用相应的4位的BCD码代替十进制数的数码所得的二进制数。非压缩的BCD码是指用8位的二进制数来表示一位十进制的数码，在这个字节（8位的二进制数）中，低4位就是如上表所示的BCD码，而高4位没有意义，一般用“0000”来表示。

1.4.2计算机中的码汉字的编码１．只要能给每个