微機(jī)維護(hù)講義2(圖)1

1、 微機(jī)微機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用接口技術(shù)與應(yīng)用 主講教師主講教師: : 李朝純李朝純 接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純n微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù)n彭彭 虎虎 等等 編著編著n電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 參考教材參考教材n微型計算機(jī)原理及接口技術(shù)微型計算機(jī)原理及接口技術(shù)n 劉樂善等劉樂善等 主編主編n 華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 教材教材接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 第第1 1章章 計算機(jī)基本知識計算機(jī)基本知識 教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求： 知識點知識點 基本要求基本要求 備注備注 微機(jī)的三個層次微機(jī)的三個層次 正確理解正確理解 熟練掌握三者之間熟練掌握三者之

2、間 熟練掌握熟練掌握 的聯(lián)系和區(qū)別的聯(lián)系和區(qū)別微機(jī)各大組成部分微機(jī)各大組成部分 熟練掌握熟練掌握 重點是微機(jī)各大部分重點是微機(jī)各大部分的基本結(jié)構(gòu)及功能的基本結(jié)構(gòu)及功能 的功能和的功能和MPU中幾種中幾種（微處理器、（微處理器、 專用寄存器的作用專用寄存器的作用 存儲器、存儲器、I/OI/O設(shè)備及接口）設(shè)備及接口） 接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 1.1 緒論 什么是微機(jī)接口技術(shù)？n 微處理機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)間聯(lián)系的技術(shù)微處理機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)間聯(lián)系的技術(shù)n 注意其軟硬結(jié)合的特點注意其軟硬結(jié)合的特點n 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，使用和構(gòu)造相應(yīng)的接口電路，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，使用和構(gòu)造相應(yīng)的接口電路， 編

3、制配套的接口程序，支持和連接有關(guān)的設(shè)備編制配套的接口程序，支持和連接有關(guān)的設(shè)備接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 I I/ /O O 接口的主要功能 對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和鎖存對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和鎖存輸出接口有輸出接口有鎖存環(huán)節(jié)鎖存環(huán)節(jié)；輸入接口有；輸入接口有緩沖環(huán)節(jié)緩沖環(huán)節(jié)實際的電路常見：實際的電路常見：輸出鎖存緩沖環(huán)節(jié)輸出鎖存緩沖環(huán)節(jié)、輸入鎖存緩沖環(huán)節(jié)輸入鎖存緩沖環(huán)節(jié) 對信號的形式和數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行變換對信號的形式和數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行變換微機(jī)直接處理：微機(jī)直接處理：數(shù)字量、開關(guān)量、脈沖量數(shù)字量、開關(guān)量、脈沖量 與與CPU和和I/O設(shè)備進(jìn)行聯(lián)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)絡(luò) 對對I/O端口端口進(jìn)行尋址進(jìn)

4、行尋址接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 什么是什么是I/O I/O 接口（電路）？接口（電路）？ * * I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間，用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間，用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制 任務(wù)的邏輯電路任務(wù)的邏輯電路 * * PC機(jī)系統(tǒng)板的可編程接口芯片、機(jī)系統(tǒng)板的可編程接口芯片、I/O總線槽的電路板總線槽的電路板(適配器適配器) 都是接口電路都是接口電路CPU接口接口電路電路I/O設(shè)備設(shè)備接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 在微型計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)需要選用不同的外部設(shè)備，配置相應(yīng)的接口。在微型計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)需要選用不同的外部設(shè)備，配置相應(yīng)的

5、接口。 CPU內(nèi)存接口內(nèi)存接口內(nèi)存內(nèi)存電源電源用戶交互接口用戶交互接口外存接口外存接口通信接口通信接口測控接口測控接口鍵盤、鼠標(biāo)、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印顯示器、打印機(jī)、圖形輸入機(jī)、圖形輸入/輸出、視頻輸輸出、視頻輸入入/輸出、音頻輸出、音頻輸入輸入/輸出輸出磁盤機(jī)磁盤機(jī)磁帶機(jī)磁帶機(jī)光盤機(jī)光盤機(jī)終 端 調(diào)終 端 調(diào)制 解 調(diào)制 解 調(diào)器 、 電器 、 電傳機(jī)傳機(jī)ADCDAC數(shù)字化儀數(shù)字化儀器器圖圖 微型計算機(jī)微型計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)接口示意圖應(yīng)用系統(tǒng)接口示意圖接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 接口電路通常包含若干個接口電路通常包含若干個寄存器，能夠用寄存器，能夠用IN/ /OUT指令對指令對

6、 其進(jìn)行讀其進(jìn)行讀/寫操作，通常把這些寄存器稱作寫操作，通常把這些寄存器稱作端口端口。按照端口。按照端口 所存信息的物理意義，端口可分為三類。所存信息的物理意義，端口可分為三類。 （1 1）數(shù)據(jù)口）數(shù)據(jù)口 數(shù)據(jù)口存放數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)口存放數(shù)據(jù)信息 （2 2）狀態(tài)口）狀態(tài)口 狀態(tài)口存放狀態(tài)信息狀態(tài)口存放狀態(tài)信息 （3 3）控制口）控制口 CPU通過通過控制口控制口對外設(shè)發(fā)布控制命令對外設(shè)發(fā)布控制命令接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 微機(jī)原理及接口技術(shù)u突出應(yīng)用，詳細(xì)講述微處理器芯片突出應(yīng)用，詳細(xì)講述微處理器芯片CPUCPU的外部特性、微的外部特性、微 機(jī)主板，與通用外設(shè)的接口電路及應(yīng)用編程技

7、術(shù)機(jī)主板，與通用外設(shè)的接口電路及應(yīng)用編程技術(shù)u側(cè)重各模塊外部的連接和應(yīng)用技術(shù)（芯片外）側(cè)重各模塊外部的連接和應(yīng)用技術(shù)（芯片外）接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純1.2 1.2 微型計算機(jī)的發(fā)展和特點微型計算機(jī)的發(fā)展和特點1.2.11.2.1 發(fā)展：發(fā)展： 1. 1.第一代（第一代（1971197119731973） 4 4位和低檔位和低檔8 8位位微處理器時代微處理器時代4004、8008 2. 2.第二代（第二代（1974197419771977） 8 8位位微處理器時代微處理器時代 8080/8085、Z80等等 3.3.第三代（第三代（1978197819821982） 16 16

8、位位微處理器時代微處理器時代 8086/8088、80286等等 4. 4.第四代（第四代（1983198319991999） 32 32位位微處理器時代微處理器時代 80386/80486、Pentium等等 5. 5.第五代（第五代（20002000年至今）年至今）6464位高檔位高檔微處理器時代微處理器時代1.2.21.2.2 特點：特點： 1. 1.體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低 2. 2.可靠性高、使用環(huán)境條件要求低可靠性高、使用環(huán)境條件要求低 3. 3.結(jié)構(gòu)簡單靈活、系統(tǒng)設(shè)計方便、適應(yīng)性強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單靈活、系統(tǒng)設(shè)計方便、適應(yīng)性強(qiáng) 4. 4.性能價格比高性能價格比高接口技術(shù)

9、接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純1.3 1.3 微型計算機(jī)的基本構(gòu)成和工作原理微型計算機(jī)的基本構(gòu)成和工作原理1.3.11.3.1 微處理器微處理器（MPU Microprocessoricroprocessor） CPU(Central Processing Unit)： 運算器和控制器稱為中央處理器運算器和控制器稱為中央處理器 一一. 中央處理器的功能中央處理器的功能 （1）指令執(zhí)行順序的控制）指令執(zhí)行順序的控制 （2）指令操作的控制（）指令操作的控制（對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作） （3）操作時間的控制（）操作時間的控制（提供系統(tǒng)的定時和控制提供系統(tǒng)的定時和

10、控制） （4）數(shù)據(jù)的加工處理）數(shù)據(jù)的加工處理 （能和存儲器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算能和存儲器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算） （5）可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請求可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請求接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 二二. CPU結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 運算器：運算器：包含算術(shù)邏輯部件包含算術(shù)邏輯部件ALU，累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器 組組，程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSW，鎖存器鎖存器LA、LB, 移移 位寄存器等。位寄存器等。 功能：功能：運算器接受控制器送來的命令而動作運算器接受控制器送來的命令而動作, 負(fù)責(zé)對數(shù)負(fù)責(zé)對數(shù) 據(jù)進(jìn)行加工處理。據(jù)進(jìn)行加工處理。 控

11、制器：控制器：由程序計數(shù)器由程序計數(shù)器PC，指令寄存器指令寄存器IR，指令譯碼器、指令譯碼器、 地址譯碼器，微操作產(chǎn)生部件，時序發(fā)生器等。地址譯碼器，微操作產(chǎn)生部件，時序發(fā)生器等。 功能功能: 從內(nèi)存中取指令，計算下一條指令的地址；從內(nèi)存中取指令，計算下一條指令的地址； 對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生操作控制信號；對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生操作控制信號； 控制指令執(zhí)行的步驟和數(shù)據(jù)流動的方向?？刂浦噶顖?zhí)行的步驟和數(shù)據(jù)流動的方向。 控制器接收從主存取來的指令，將其解釋成一組控制器接收從主存取來的指令，將其解釋成一組 具有時間標(biāo)志的控制信號，指揮運算器，主存和具有時間標(biāo)志的控制信號，指揮運算器，主存和 外設(shè)動作。完

12、成指令所指定的操作（即解釋指令、外設(shè)動作。完成指令所指定的操作（即解釋指令、 發(fā)布控制命令）。發(fā)布控制命令）。接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 微處理器內(nèi)部主要由四部分組成：微處理器內(nèi)部主要由四部分組成：接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 1. 1.累加器和內(nèi)部寄存器陣列累加器和內(nèi)部寄存器陣列 用來寄存參與運算的數(shù)據(jù)（用來寄存參與運算的數(shù)據(jù)（8 8位），位）， 經(jīng)常可以連成寄存器對（經(jīng)?？梢赃B成寄存器對（1616位）用來存放位）用來存放1616位操作數(shù)或操位操作數(shù)或操 作數(shù)地址。作數(shù)地址。 16 16位專用寄存器位專用寄存器 如：程序計數(shù)器如：程序計數(shù)器PCPC，堆棧指針堆棧指針

13、SPSP 2 2算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALUALU（ArithmeticalArithmetical Logic Unit Logic Unit） 對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算、邏輯運算，對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算、邏輯運算， 根據(jù)運算結(jié)果置標(biāo)志寄存器狀態(tài)等等。根據(jù)運算結(jié)果置標(biāo)志寄存器狀態(tài)等等。 3 3指令寄存器、指令譯碼器、定時及各種控制信號產(chǎn)生電路指令寄存器、指令譯碼器、定時及各種控制信號產(chǎn)生電路 取指令，分析指令（對指令進(jìn)行譯碼），配合時序發(fā)出相取指令，分析指令（對指令進(jìn)行譯碼），配合時序發(fā)出相 應(yīng)的控制信號。應(yīng)的控制信號。 4 4內(nèi)部采用單總線結(jié)構(gòu)內(nèi)部采用單總線結(jié)構(gòu) 微處理器內(nèi)部各部件分時使用內(nèi)部總線

14、，進(jìn)行信息傳送。微處理器內(nèi)部各部件分時使用內(nèi)部總線，進(jìn)行信息傳送。 接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純1.3.21.3.2 微型計算機(jī)微型計算機(jī) 微型計算機(jī)是微型計算機(jī)是以微處理器為核心，配上存儲器、輸入以微處理器為核心，配上存儲器、輸入/ /輸出輸出 接口電路及系統(tǒng)總線所組成。接口電路及系統(tǒng)總線所組成。其結(jié)構(gòu)如圖所示：其結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖圖 微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)存儲器：存放程序和數(shù)據(jù) 輸入輸入/ /輸出接口：是微型計算機(jī)連接外部輸入輸出接口：是微型計算機(jī)連接外部輸入/ /輸出設(shè)備及各種輸出設(shè)備及各種

15、控制對象并與外界進(jìn)行信息交換的邏輯控制控制對象并與外界進(jìn)行信息交換的邏輯控制 電路。電路。 總線：總線：為為CPUCPU和其他部件之間提供數(shù)據(jù)、地址和控制信號的傳和其他部件之間提供數(shù)據(jù)、地址和控制信號的傳 輸通道。微型計算機(jī)各功能部件之間通過總線連接。輸通道。微型計算機(jī)各功能部件之間通過總線連接。 系統(tǒng)總線可分成三種功能不同的總線系統(tǒng)總線可分成三種功能不同的總線，即地址即地址、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)和 控制信號?？刂菩盘?。 * * 數(shù)據(jù)信號是通過總線傳送的數(shù)據(jù)信號是通過總線傳送的, , CPU發(fā)出的控制信號發(fā)出的控制信號，經(jīng)經(jīng) 控制總線送到存儲器和輸入輸出設(shè)備控制總線送到存儲器和輸入輸出設(shè)備，控制這些部件

16、完控制這些部件完 成指定的操作。與此同時成指定的操作。與此同時，CPU（或其他設(shè)備或其他設(shè)備）經(jīng)地址經(jīng)地址 總線向存儲器或輸入輸出設(shè)備發(fā)送地址總線向存儲器或輸入輸出設(shè)備發(fā)送地址，使得計算機(jī)各使得計算機(jī)各 個部件中的數(shù)據(jù)能根據(jù)需要互相傳送。個部件中的數(shù)據(jù)能根據(jù)需要互相傳送。接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 1.3.31.3.3 微型計算機(jī)微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)（微型計算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputer SystemMicrocomputer System） 一臺完整的計算機(jī)應(yīng)包括硬件和軟件部分，硬件與軟件的一臺完整的計算機(jī)應(yīng)包括硬件和軟件部分，硬件與軟件的 結(jié)合，才能使計算機(jī)正常運行

17、，發(fā)揮作用。因此，計算機(jī)結(jié)合，才能使計算機(jī)正常運行，發(fā)揮作用。因此，計算機(jī) 系統(tǒng)是以微型計算機(jī)為主體，配上輸入系統(tǒng)是以微型計算機(jī)為主體，配上輸入/ /輸出設(shè)備及軟件系輸出設(shè)備及軟件系 統(tǒng)就構(gòu)成了微型計算機(jī)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖所示：統(tǒng)就構(gòu)成了微型計算機(jī)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖所示： 接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件：DOSDOS、WindowsWindows 2000/2003/2003 語言處理程序、支持軟件語言處理程序、支持軟件應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件：WPS WPS 、 WordWord、PhotoshopP

18、hotoshop 工程計算軟件工程計算軟件、字符處理軟件字符處理軟件、微微 處處 理理 器器 CPUCPU 存儲器存儲器( (RAM,ROM)RAM,ROM) I/O I/O接口接口系統(tǒng)總線和局部總線系統(tǒng)總線和局部總線硬硬 件件軟軟 件件微 型 計微 型 計算機(jī)系算機(jī)系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計算機(jī)計算機(jī)( (主機(jī)主機(jī)) )外外 設(shè)設(shè)ALU寄存器寄存器控制部件控制部件鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀（輸入設(shè)備）（輸入設(shè)備）軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)（外存）軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)（外存） 顯示器、打印機(jī)顯示器、打印機(jī)（輸出設(shè)備）（輸出設(shè)備）其他設(shè)備其他設(shè)備電源等電源等 過程控制軟件、輔助設(shè)計軟件過程控制軟件、輔助設(shè)

19、計軟件 接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純明確明確3個概念的區(qū)別：個概念的區(qū)別：n微處理器（微處理器（MicroprocessorMicroprocessor）u一個大規(guī)模集成電路芯片一個大規(guī)模集成電路芯片u內(nèi)含控制器、運算器和寄存器等內(nèi)含控制器、運算器和寄存器等u微機(jī)中的核心芯片微機(jī)中的核心芯片n微型計算機(jī)（微型計算機(jī)（MicrocomputerMicrocomputer）u通常指微型計算機(jī)的硬件系統(tǒng)通常指微型計算機(jī)的硬件系統(tǒng)u還有一般的說法：還有一般的說法：微機(jī)微機(jī)、微型機(jī)微型機(jī)n微型計算機(jī)系統(tǒng)（微型計算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputer systemMicrocomputer sy

20、stem）u指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機(jī)系統(tǒng)指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機(jī)系統(tǒng)接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 微型計算機(jī)的工作原理微型計算機(jī)的工作原理 馮諾依曼計算機(jī)的工作原理可概述為：馮諾依曼計算機(jī)的工作原理可概述為： “ “存儲程序存儲程序” + “” + “程序控制程序控制” 要點：要點：1.1.以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令( (程序程序) ) 2. 2.先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)行先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)行接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 1.4 微型計算機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢微型計算機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

21、1.4.1 微型計算機(jī)的應(yīng)用微型計算機(jī)的應(yīng)用 微型計算機(jī)問世微型計算機(jī)問世3030多年以來，從多年以來，從IBM PCIBM PC微型計算機(jī)投入市場微型計算機(jī)投入市場 以來以來，經(jīng)歷了從經(jīng)歷了從Intel8086Intel8086、Intel80286Intel80286、Intel80386Intel80386、Intel80486Intel80486Pentium586Pentium586PentiumPentiumPentiumPentium Pentium Pentium的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程。微型計算機(jī)由于它具有獨特的優(yōu)點，微型計算機(jī)由于它具有獨特的優(yōu)點， 已被廣泛地應(yīng)用到以下各個領(lǐng)域

22、中。已被廣泛地應(yīng)用到以下各個領(lǐng)域中。1. 科學(xué)計算科學(xué)計算 2. 數(shù)據(jù)處理和信息管理數(shù)據(jù)處理和信息管理3. 計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助設(shè)計/ /制造制造（CAD/CAMCAD/CAM）、）、計算機(jī)輔助裝配計算機(jī)輔助裝配（CAACAA） 和計算機(jī)輔助教學(xué)（和計算機(jī)輔助教學(xué)（CAICAI）4. 過程過程控制和儀器、儀表智能化控制和儀器、儀表智能化5. 軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用6. 多媒體系統(tǒng)和多媒體系統(tǒng)和信息高速公路信息高速公路7. 家用電器和家庭自動化家用電器和家庭自動化接口技術(shù)接口技術(shù)主講：李朝純主講：李朝純 1.4.2 現(xiàn)代微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢 1. 多級流水線結(jié)構(gòu)多級流水線結(jié)構(gòu) 2. 芯片上存儲管理技術(shù)芯片上存儲管理技術(shù) 3.