微機(jī)接口第一章 緒論

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微機(jī)的應(yīng)用

①、科學(xué)計(jì)算②、信息處理、事務(wù)管理③、生產(chǎn)過程控制④、計(jì)算機(jī)通信⑤、智能儀器⑥、家用電氣⑦、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造（CAD／CAM）⑧、人工智能微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

本課程是高等學(xué)校理工科學(xué)生的一門重要的硬件教學(xué)(區(qū)別于計(jì)算機(jī)軟件教學(xué))中最重要的一環(huán)。是學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用的最重要的課程，對(duì)提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力至關(guān)重要，已成為學(xué)生學(xué)習(xí)部分后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)和今后工作的最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

課程目標(biāo)１、較深入地了解微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及基本工作原理。２、掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)方法。３、掌握微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)典型接口（包括軟硬件）的方法。建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)硬件開發(fā)的初步能力。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)參考書１、劉樂善主編．微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用．武漢：華中理工大學(xué)出版社，2004年２、吳秀清等編著．微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)．合肥：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2002年3、吳寧主編.8086/pentium微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006年微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)第1章緒論

§1.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法§1.2計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

§1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)

§1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)§1.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.1.2二進(jìn)制編碼1.1.3帶符號(hào)數(shù)的表示方法微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制用一組固定的數(shù)字符號(hào)和特定的規(guī)則來表示數(shù)的方法，稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。

平時(shí),人們習(xí)慣上使用10進(jìn)制，也可用其它進(jìn)制，如：60進(jìn)制(時(shí)/分/秒)

24進(jìn)制(天/小時(shí))計(jì)算機(jī)中，采用0和1來表示數(shù)字、字母、符號(hào)、圖形等。

原因：計(jì)算機(jī)是電子設(shè)備，只能識(shí)別電平高低、開關(guān)通斷、晶體管導(dǎo)通和截止，即兩種狀態(tài)0和1

缺點(diǎn)：二進(jìn)制太長，不便書寫和記憶因此，計(jì)算機(jī)中也采用10進(jìn)制和16進(jìn)制表示數(shù)，但最終都要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，才能使機(jī)器運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)10個(gè)數(shù)字符號(hào)：0，1，2，……，9；“逢十進(jìn)一”；小數(shù)點(diǎn)向左各數(shù)字的“權(quán)”是100，101，102，103，……小數(shù)點(diǎn)向右各數(shù)字的“權(quán)”是10-1，10-2，10-3，……。[例]：323.31=3×102+2×101+3×100+3×10-1+1×10-2。十進(jìn)制數(shù)用它原來的形式表示，如123，-36等，也可以在數(shù)值后面加上字母“D”或“d”，如123D，-36d等。1.

十進(jìn)制計(jì)數(shù)法微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用“二進(jìn)制”表示數(shù)據(jù)。

2個(gè)數(shù)字符號(hào)：0，1；

“逢二進(jìn)一”：用“進(jìn)位”的方法表示大于1的數(shù)；

“權(quán)展開式”：

小數(shù)點(diǎn)向左各數(shù)字的“權(quán)”是20，21，22，23，……。

小數(shù)點(diǎn)向右各數(shù)字的“權(quán)”是2-1，2-2，2-3，……。

二進(jìn)制數(shù)必須在數(shù)字的后面加上字母B。例：10110111B2.

二進(jìn)制計(jì)數(shù)法

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)11011.101B=1×24+1×23+0×22+1×21+ 1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=27.625D微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)3.八進(jìn)制和十六進(jìn)制計(jì)數(shù)法八進(jìn)制：八進(jìn)制使用的數(shù)字符號(hào)：0，1，2，3，4，5，6，7。八進(jìn)制數(shù)必須加后綴O或Q。在70-80年代的小型機(jī)上，常用8進(jìn)制數(shù)編寫匯編語言程序和打印程序清單。當(dāng)代計(jì)算機(jī)采用16進(jìn)制計(jì)數(shù)法，通常不再使用8進(jìn)制數(shù)。

一位8進(jìn)制數(shù)可以方便地轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制數(shù)

1101100.0101B=1

101

100.010

1B

=

001

101

100.010

100B=

154.24Q微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)十六進(jìn)制十六進(jìn)制使用的數(shù)字符號(hào)：0～9，A～F。書寫十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，在它各位數(shù)字的后面加上“H”。如果十六進(jìn)制數(shù)以字母A～F開始，還要在前面添加0。 例：3AFH,0FF3DH一位十六進(jìn)制數(shù)可以方便地轉(zhuǎn)換成4位二進(jìn)制數(shù)1101100.0101B=110

1100.0101

B

=0110

1100.0101B=6C.5H16進(jìn)制數(shù)的長度只有二進(jìn)制數(shù)的1/4，兩者轉(zhuǎn)換方便。編寫匯編語言程序（如表示存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)）以及打印程序清單時(shí)，常用16進(jìn)制數(shù)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)數(shù)據(jù)組織計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息按一定的規(guī)則組織存放。（1）位（bit）--最小信息表示單位（2）字節(jié)（Byte）--最小信息存儲(chǔ)單位（3）字（Word）和雙字（DoubleWord）計(jì)算機(jī)中的信息單位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)位（bit）：計(jì)算機(jī)處理的最小數(shù)據(jù)單位，只能為“０”或“１”千位（Kilobit）：代表210位，即1024位，縮寫Kb。兆位（Megabit）：代表220位，即1024*1024位，縮寫Mb。千兆位（Gigabit）：代表230位，即1024Mb，縮寫Gb兆兆位（Terabit）：代表240位，即1024Gb，縮寫Tb

字節(jié)（Byte）：計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器容量的基本單元，一個(gè)字節(jié)由８位二進(jìn)制數(shù)據(jù)組成，Byte通常縮寫Ｂ，同樣有KB、MB、GB、TB。1KB=210=1024B;1MB=210.210=1024KB;1GB=210.210.210=1024MB;1TB=210.210.210.210=1024GB計(jì)算機(jī)中的信息單位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)字長：

CPU的字長是計(jì)算機(jī)一次能處理的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)。它決定于計(jì)算機(jī)的通用寄存器、加法器、數(shù)據(jù)總線等部件位數(shù)，因此，直接影響硬件成本。字長愈長，計(jì)算機(jī)的處理能力愈強(qiáng)，指令功能就愈強(qiáng),運(yùn)算精度愈高,但制造工藝也越復(fù)雜。一般有１位、４位、８位、１６位、３２位、64位。計(jì)算機(jī)中的信息單位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)CPU運(yùn)算速度：1、主頻：CPU主時(shí)鐘的頻率，它在很大程度上決定了計(jì)算運(yùn)算速度，在同類CPU中，主頻愈高，微型計(jì)算機(jī)的速度愈快。比如8086的主頻為10MHz，80486時(shí)鐘頻率為33---66MHz，PentiumIV的主頻高達(dá)3.06GHz。2、指令執(zhí)行時(shí)間的長短反應(yīng)CPU運(yùn)算速度的快慢。因?yàn)閳?zhí)行不同指令所需的時(shí)間不同，根據(jù)不同類型指令在計(jì)算過程中出現(xiàn)的頻率乘上不同系數(shù)，求得統(tǒng)計(jì)平均值。這理所指的運(yùn)算速度為平均速度MIPS(MillionsofInstructionPerSecond)即百萬條指令/秒作單位，

計(jì)算機(jī)中的信息單位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)§1.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.1.2二進(jìn)制編碼1.1.3帶符號(hào)數(shù)的表示方法微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.1.2二進(jìn)制編碼計(jì)算機(jī)中，數(shù)都用二進(jìn)制表示，因此各種數(shù)字、英文字母、運(yùn)算符號(hào)等，都要用特定的二進(jìn)制碼的組合來表示，即二進(jìn)制編碼。最常用的編碼有BCD碼和ASCII碼兩種。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)“ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)編碼）”。P513附錄B7位二進(jìn)制表示一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)，包含128個(gè)不同的編碼。一個(gè)字符的ASCII碼占用一個(gè)字節(jié)，低7位是它的ASCII碼，最高位置“0”，或者用作“校驗(yàn)位”。字符編碼計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)ASCII編碼的前32個(gè)（編碼00H~1FH）用來表示“控制字符”，例如CR（“回車”，編碼0DH），LF（“換行”，編碼0AH）。

ASCII編碼30H~39H用來表示數(shù)字字符“0”~“9”。ASCII編碼41H~5AH用來表示大寫字母“A”~“Z”。ASCII編碼61H~7AH用來表示小寫字母“a”~“z”。小寫字母的編碼比對(duì)應(yīng)的大寫字母編碼大20H。計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)用一組四位二進(jìn)制來表述一位十進(jìn)制數(shù)，組間仍然按照“逢十進(jìn)一”的規(guī)則進(jìn)行，稱為“BCD碼（BinaryCodedDecimal）”。二進(jìn)制碼的BCD數(shù)，4位二進(jìn)制，取0000～1111中的前10個(gè)碼表示0～9，各位的權(quán)值是8、4、2、1，也稱8421

BCD碼。BCD數(shù)與10進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

例:

用8421BCD碼表示10進(jìn)制數(shù)327。327=（001100100111）BCD碼

例:

求BCD碼的10進(jìn)制數(shù)。

（100101011000）BCD碼

=958BCD碼計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示BCD碼微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)壓縮的BCD碼用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)2位十進(jìn)制數(shù)，高4位二進(jìn)制表示高位十進(jìn)制數(shù)，低4位二進(jìn)制表示低位十進(jìn)制數(shù)?？梢杂孟嗤瑪?shù)字的十六進(jìn)制數(shù)表述。非壓縮的BCD碼用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)1位十進(jìn)制數(shù)，低4位二進(jìn)制表示該位十進(jìn)制數(shù)，對(duì)高4位的內(nèi)容不作規(guī)定。十進(jìn)制數(shù)25的壓縮BCD碼用25H表示。數(shù)字字符‘7’的ASCII碼37H就是數(shù)7的非壓縮BCD碼計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示BCD碼微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)10進(jìn)制、二進(jìn)制、16進(jìn)制、BCD碼的關(guān)系見表1.1BCD碼既照顧了人們使用10進(jìn)制數(shù)的習(xí)慣，又考慮了計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，確實(shí)很好。但運(yùn)算后需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。由于計(jì)算機(jī)中有專門的調(diào)整電路，只要執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)整指令，就能自動(dòng)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示BCD碼微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.1.2二進(jìn)制編碼1.1.3帶符號(hào)數(shù)的表示方法§1.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.無符號(hào)數(shù)的表示

用字節(jié)、字、雙字或者更多的字節(jié)來存儲(chǔ)和表示。用N位二進(jìn)制表示一個(gè)無符號(hào)數(shù)時(shí)，最小的數(shù)是0，最大的數(shù)是2N-1（N位二進(jìn)制111……111）。無符號(hào)數(shù)需要增加它的位數(shù)時(shí)，在它的左側(cè)添加若干個(gè)“0”，稱為“零擴(kuò)展”?！斑M(jìn)位標(biāo)志（CarryoutFlag，CF）”表示二個(gè)無符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果的特征。如果CF=1，表示它們的加法有“進(jìn)位”，或者它們的減法有“借位”。CF=0，則沒有產(chǎn)生進(jìn)位或借位。-----正數(shù)和零的集合計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)2.有符號(hào)數(shù)的表示（1）原碼最左邊一位二進(jìn)制表示這個(gè)數(shù)的符號(hào):“0”代表正，“1”代表負(fù)

后面是它的“有效數(shù)字”一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)有符號(hào)數(shù)原碼，有127個(gè)正數(shù)（1～127），127個(gè)負(fù)數(shù)（-1～-127）和2個(gè)“0”，“正”0：00000000，“負(fù)”0：10000000。原碼的表示規(guī)則簡單，但是運(yùn)算規(guī)則比較復(fù)雜，不利于計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)。---原碼、補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)（2）補(bǔ)碼

計(jì)算機(jī)內(nèi)用補(bǔ)碼來表示一個(gè)有符號(hào)數(shù).

用最高有效位（MSB）表示一個(gè)有符號(hào)數(shù)的符號(hào)：“1”表示負(fù)，“0”表示正。其他二進(jìn)制位用來存儲(chǔ)這個(gè)數(shù)的有效數(shù)字：正數(shù)的有效數(shù)字不變，負(fù)數(shù)的有效數(shù)字取反后最低位加1。一字節(jié)存儲(chǔ)有符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼時(shí)，有127個(gè)正數(shù)（1~127），128個(gè)負(fù)數(shù)（-1~-128），1個(gè)“0”（00000000）。

其中，[-1]補(bǔ)=11111111，[-128]補(bǔ)=10000000。計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)一個(gè)補(bǔ)碼需要增加它的位數(shù)時(shí)，對(duì)于正數(shù)，需要在它的左側(cè)添加若干個(gè)“0”，對(duì)于負(fù)數(shù)，需要在它的左側(cè)添加若干個(gè)“1”，

用它的符號(hào)位來填充增加的“高位”，稱為“符號(hào)擴(kuò)展”。(4)補(bǔ)碼的擴(kuò)展[例]：[-5]補(bǔ)=11111011（8位）=1111111111111011（16位）

[+5]補(bǔ)=00000101（8位）=0000000000000101（16位）計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算遵循以下規(guī)則： [X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ) [X－Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)＋[-Y]補(bǔ)一、補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí),參加運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)均為補(bǔ)碼,結(jié)果也是補(bǔ)碼,欲得真值,還需轉(zhuǎn)換.二、運(yùn)算時(shí),1、符號(hào)位與數(shù)值位一起參加運(yùn)算;2、符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位舍掉不管;3、要保證運(yùn)算結(jié)果不超過補(bǔ)碼所能表示的最大范圍，，否則將產(chǎn)生“溢出”錯(cuò)誤。(5)補(bǔ)碼的運(yùn)算計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)“溢出標(biāo)志（OverflowFlag,OF）”表示有符號(hào)數(shù)運(yùn)算特征。OF=1，表示運(yùn)算結(jié)果超過了表示范圍，稱為“溢出”，

OF=0，沒有產(chǎn)生溢出。計(jì)算機(jī)自身用“雙進(jìn)位法”判斷是否產(chǎn)生“溢出”：補(bǔ)碼最左邊2個(gè)位上的進(jìn)位相等，沒有溢出，反之有溢出。

計(jì)算機(jī)內(nèi)的有符號(hào)數(shù)一般都用補(bǔ)碼表示，除非特別說明。

計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)例:要做減法7?19，可用7+[?19]補(bǔ)來完成。 [7]補(bǔ)=00000111B[+19]補(bǔ)=00010011B [?19]補(bǔ)=11101101B

00000111B --------[7]補(bǔ)

+

11101101B --------[?19]補(bǔ)

11110100B=F4H --------和的補(bǔ)碼 和的補(bǔ)碼=F4H=11110100B 和的反碼=F3H=11110011B 和的原碼=10001100B，其真值為-12 可見，7+（?19）=?12，答案正確。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)例:要做加法127+1[127]補(bǔ)=0111

1111B

[+1]補(bǔ)=00000001B

0111

1111B --------[127]補(bǔ)

+00000001B --------[+1]補(bǔ)

10000000B=80H --------和的補(bǔ)碼正確嗎?C7⊕C6=1則OF=1表示運(yùn)算結(jié)果超過了表示范圍，稱為“溢出”，C7⊕C6=0則OF=0，沒有產(chǎn)生溢出。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)8位二進(jìn)制數(shù)能表示的補(bǔ)碼范圍為?128～+12716位二進(jìn)制數(shù)能表示的補(bǔ)碼范圍為?32768～+32767帶符號(hào)數(shù)用補(bǔ)碼表示時(shí)，最高位是符號(hào)位當(dāng)符號(hào)位=0，表示正數(shù)，后7位為其真正的數(shù)；當(dāng)符號(hào)位=1，表示負(fù)數(shù)，要將后7位的最低位減1，求得反碼，再按位取反，才能得到真正的數(shù)（真數(shù)）。例若已知[X]補(bǔ)=10010100B，求X的反碼和原碼。[X]反=[X]補(bǔ)?1=10010100B?1=10010011B[X]原=11101100B因此,X=?1101100B=?(64+32+8+4)10=?108微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)41H： 有符號(hào)數(shù)+65的補(bǔ)碼 無符號(hào)數(shù)65 大寫字母‘A’的ASCII碼 十進(jìn)制數(shù)41D的壓縮BCD碼計(jì)算機(jī)內(nèi)的一組二進(jìn)制編碼和它們的“原型”之間存在著

“一對(duì)多”的關(guān)系：知情者：定義、使用該數(shù)據(jù)的程序員計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)§1.2計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功第一臺(tái)通用可編程計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）17000個(gè)電子管500英里導(dǎo)線重量超過30噸運(yùn)算速度10萬次/秒電子管的功耗大，壽命低，維護(hù)難。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)ENIAC推動(dòng)世界進(jìn)入了電子計(jì)算機(jī)時(shí)代。編程方法：重新連接線路來實(shí)現(xiàn)編程。

許多工人化幾天，對(duì)6000多個(gè)開關(guān)定位，再用轉(zhuǎn)插線連接各控制部件以構(gòu)成程序序列，很像電話總機(jī)的接線。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)后來采用機(jī)器語言（MachineLanguage）編程由1和0組成的代碼構(gòu)成指令（Instruction）,告訴計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的運(yùn)算和操作。提高了編程的效率，但用到很多代碼，仍很費(fèi)時(shí)。馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)家馮諾依曼（JohnVonNeumann）開發(fā)出了能接收指令，并將指令保存在存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)。為紀(jì)念他，常將計(jì)算機(jī)稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)的機(jī)器。半個(gè)多世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了各種類型的計(jì)算機(jī)，就其結(jié)構(gòu)而言，都是馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的延續(xù)和發(fā)展。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的基本框圖，包含5個(gè)部分：運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備讀/寫指令程序和數(shù)據(jù)處理結(jié)果微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)運(yùn)算器和控制器稱為中央處理單元

（CentralProcessingUnit，CPU）CPU+存儲(chǔ)器稱為主機(jī)輸入設(shè)備+輸出設(shè)備稱為外部設(shè)備（外設(shè)）（Peripherals）或I/O設(shè)備運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備讀/寫指令程序和數(shù)據(jù)處理結(jié)果微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)CPU由門電路、寄存器和觸發(fā)器等高速電子電路組成，經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路(IC)、大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)等幾代。IC技術(shù)發(fā)展,把整個(gè)CPU做在一塊芯片上，稱為微處理器（Microprocessor），習(xí)慣稱為CPU。典型微處理器：Intel:8086、80286、80386、80486、Pentium等，Zilog:Z80、Z8000等。用微處理器設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)（Micro-computer）。早期的微型計(jì)算機(jī)，如20世紀(jì)80年代初推出的IBMPC機(jī)以8086/8088為CPU。由于速度較低，外設(shè)種類較少，處理能力有限，主要處理個(gè)人事務(wù)，故稱之為個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer，PC）。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次微處理器（Microprocessor）微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MicrocomputerSystem）

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微處理器―――核心級(jí)中央處理器-CPUCPU:CentralProcessingUnit功能：是微機(jī)系統(tǒng)的核心部件，主要完成計(jì)算與控制功能。組成：主要包括控制器、運(yùn)算器、指令執(zhí)行器和寄存器。CPU是把上述部件集成在大規(guī)模集成電路芯片上，尺寸很小，稱作微處理器(Micro-Processor)。1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微處理器典型結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)

以微處理器為核心，配上只讀存儲(chǔ)器（ＲＯＭ），讀寫存儲(chǔ)器（ＲＡＭ），輸入／輸出（Ｉ／Ｏ）接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。這些相互獨(dú)立的部件需要一個(gè)公共載體把它們連接起來，這就是主板（ＭainBoard）。主機(jī)：主板+CPU+內(nèi)存+接口+電源1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)IBM-PC/XT機(jī)主板體系結(jié)構(gòu)主板上主要有：CPU8086；內(nèi)存SRAM；系統(tǒng)時(shí)鐘8284；?地址鎖存器8282；數(shù)據(jù)緩沖器8286；總線控制器8288；?定時(shí)/計(jì)數(shù)器8254A；中斷控制器8259A；DMA控制器8237A；?這些部件一般是獨(dú)立存在、直接焊接在主板上的。uIBM-PC/XT機(jī)主板的體系結(jié)構(gòu)主要分為三層：?CPU層、系統(tǒng)層和擴(kuò)展層。?CPU層：主要由CPU和總線生成部件（8284/8282/8286/8288）組成，CPU的地址總線經(jīng)8282鎖存形成系統(tǒng)地址總線，CPU的數(shù)據(jù)總線經(jīng)8286緩沖形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，CPU的控制總線經(jīng)8288譯碼形成系統(tǒng)控制總線；系統(tǒng)層：是建立在系統(tǒng)總線基礎(chǔ)上，主要由內(nèi)存、接口器件（8254A/8237A/8259A/8255A）和PC總線插槽組成，并且都直接與系統(tǒng)總線連接，作為板內(nèi)接口。擴(kuò)展層：主要是指通過PC總線插槽對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展，外部接口卡通過PC總線插槽與系統(tǒng)連接，用戶擴(kuò)展微機(jī)系統(tǒng)的功能，如多功能卡、音頻卡等。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)Pentium4機(jī)主板體系結(jié)構(gòu)Pentium4微機(jī)主板體系結(jié)構(gòu)，采用Intel875P芯片組。Intel875P芯片組由82875PMCH和82801EBICH5芯片組成。

Pentium4微機(jī)主板體系結(jié)構(gòu)與IBM-PC/XT機(jī)主板體系結(jié)構(gòu)相比，可以如下簡單理解：把內(nèi)存和顯示移近了CPU（進(jìn)入CPU層），由一片芯片（MCH）控制器工作，提高了數(shù)據(jù)交換速度并生成系統(tǒng)總線層；而其它的功能部件（如中斷控制、DMA控制、IDE控制、總線接口插槽、音頻控制等等）統(tǒng)一地由一片芯片（ICH）控制其工作，掛接在總線層上；擴(kuò)展層仍然由總線插槽（ISA、PCI、PCI-EX16插槽等）對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者之間的關(guān)系

微處理器：計(jì)算/控制中心微型計(jì)算機(jī)與微處理器：微處理器是微型計(jì)算機(jī)核心微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)：微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)器:存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序，原始數(shù)據(jù)，中間結(jié)果及運(yùn)算結(jié)果。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，程序中的指令和數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制代碼形式出現(xiàn)的。兩種基本的操作：讀操作、寫操作。存儲(chǔ)器中若干個(gè)二進(jìn)制位組成一個(gè)存儲(chǔ)單元，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器中的每一個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編號(hào)，這個(gè)編號(hào)稱為該存儲(chǔ)單元的地址。1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)存儲(chǔ)器

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

1.內(nèi)存由許多單元組成。

2.每個(gè)單元存放８位二進(jìn)制數(shù)，

3.內(nèi)存單元從０開始編址。

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)器讀寫操作圖

1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

?

介于計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的電路稱為輸入輸出接口電路。?微型計(jì)算機(jī)的接口普遍采用大規(guī)模集成電路芯片，大多數(shù)接口芯片是可編程的。1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路接口的的概念在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，ＣＰＵ與外部設(shè)備之間的聯(lián)系，需要有特定的硬件連接和相應(yīng)的軟件控制。完成這一任務(wù)的軟硬件綜合稱為接口。

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？要想回答這個(gè)問題，讓我們先來看看外部設(shè)備

外部設(shè)備是構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分

1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？外部設(shè)備及其信號(hào)微型計(jì)算機(jī)使用的外部設(shè)備種類很多，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法各異，按照它們與ＣＰＵ數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍梢詣澐譃橐韵拢愁?。輸入設(shè)備輸出設(shè)備復(fù)合輸入輸出設(shè)備1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設(shè)備傳輸信號(hào)有以下３種類型數(shù)據(jù)信號(hào)

狀態(tài)信號(hào)

控制信號(hào)

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設(shè)備傳輸信號(hào)之?dāng)?shù)據(jù)信號(hào)

數(shù)據(jù)信號(hào)是外部設(shè)備信號(hào)的主要部分。按照信號(hào)的物理形態(tài)，可分為以下幾種：數(shù)字量：這類是指由鍵盤、磁盤驅(qū)動(dòng)器、等輸入的信息，或者主機(jī)送打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、顯示器及繪圖儀的信息，它們是二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)或是以ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符。模擬量：如果一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)是用于控制的，多數(shù)情況下的輸入信息是現(xiàn)場(chǎng)的連續(xù)變化的物理量，如溫度、濕度、位移、壓力、流量等，這些物理量一般通過傳感器先變成電壓或電流，再經(jīng)過放大。這樣的電壓電流仍然是連續(xù)變化的模擬量，而計(jì)算機(jī)無法直接接收和處理模擬量，要經(jīng)過（A/D）轉(zhuǎn)換，才能送入計(jì)算機(jī)。反之，計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量，要經(jīng)過（D/A）轉(zhuǎn)換，才能去控制現(xiàn)場(chǎng)。

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設(shè)備傳輸信號(hào)之?dāng)?shù)據(jù)信號(hào)

開關(guān)量：開關(guān)量可表示兩個(gè)狀態(tài)，如開關(guān)的閉合和斷開，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止、閥門的打開和關(guān)閉等。脈沖信號(hào):計(jì)數(shù)脈沖,定時(shí)脈沖和控制脈沖在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中也很常見,它們統(tǒng)稱為脈沖量。對(duì)輸入設(shè)備,數(shù)據(jù)信號(hào)從外設(shè)送往CPU,對(duì)輸出設(shè)備信號(hào)從CPU發(fā)往外部設(shè)備.

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設(shè)備傳輸信號(hào)之狀態(tài)信號(hào)

狀態(tài)信號(hào)表明外部設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，用來協(xié)調(diào)ＣＰＵ與外部設(shè)備之間的操作。狀態(tài)信號(hào)總是從外部設(shè)備發(fā)往ＣＰＵ。

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)外部設(shè)備傳輸信號(hào)之控制信號(hào)

控制信號(hào)是ＣＰＵ向外設(shè)發(fā)出的命令，它指定設(shè)備的工作方式，啟動(dòng)或停止設(shè)備?？刂菩盘?hào)的格式因設(shè)備而異控制信號(hào)從ＣＰＵ發(fā)往外部設(shè)備。數(shù)據(jù)信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)、控制信號(hào)都是以數(shù)據(jù)的形式通過數(shù)據(jù)總線與CPU進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)綜上所述，外部設(shè)備種類繁多，從工作原理來講，可分為機(jī)械、電動(dòng)式和其它形式等幾類，它們所傳輸?shù)男畔⑷鐢?shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量要求也各不相同。這就給計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的信息交換帶來以下一些問題：＊

速度不匹配：＊

信號(hào)電平不匹配：＊

信號(hào)格式不匹配：＊

時(shí)序不匹配

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

所以各種外設(shè)都有自己的定時(shí)和控制邏輯，與計(jì)算機(jī)的ＣＰＵ時(shí)序不一致。因此，輸入／輸出設(shè)備不能直接與ＣＰＵ的系統(tǒng)總線相連，必須在ＣＰＵ與外設(shè)之間設(shè)置專門的接口（Interface）電路來解決這些問題。

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

輸入輸出接口電路

為什么要在ＣＰＵ和外設(shè)之間設(shè)置接口？1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

簡單的輸入／輸出接口的組成把地址譯碼、數(shù)據(jù)鎖存與緩沖、狀態(tài)寄存器、命令寄存器各個(gè)電路組合起來，構(gòu)成簡單輸入／輸出接口接口連接的信號(hào)：＊與系統(tǒng)總線連接：地址總線A0～A15數(shù)據(jù)總線D0~D7控制總線(最小模式時(shí)）或（最大模式時(shí)）相連.＊與外部設(shè)備相連：數(shù)據(jù)口、狀態(tài)口、命令口。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

總線:總線是一組公共的信號(hào)傳輸線，用于連接計(jì)算機(jī)各個(gè)部件。內(nèi)部總線:位于芯片內(nèi)部的總線稱為內(nèi)部總線。系統(tǒng)總線:連接微處理器與存儲(chǔ)器、輸入輸出接口，用以構(gòu)成完整的微型計(jì)算機(jī)的總線稱為系統(tǒng)總線微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線分為:數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三組。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三組。數(shù)據(jù)總線：用于傳送數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)總線是雙向總線。地址總線：用于發(fā)送內(nèi)存地址和I/O接口的地址。控制總線：傳送各種控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，使微型計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。微型計(jì)算機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，提高了微機(jī)系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性。當(dāng)然這些優(yōu)點(diǎn)是以“分時(shí)”工作速度為代價(jià)而取得的?？偩€標(biāo)準(zhǔn)及典型總線總線標(biāo)準(zhǔn)指在計(jì)算機(jī)界承認(rèn)或推薦的系統(tǒng)中互連各個(gè)模塊的標(biāo)準(zhǔn)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)總線標(biāo)準(zhǔn)及典型總線

１、總線標(biāo)準(zhǔn)主要作以下幾個(gè)部分的規(guī)定：?機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范：模塊尺寸、總線插頭、邊沿聯(lián)接器插座等規(guī)格及位置。?性能規(guī)范：總線每根線（引腳）信號(hào)名稱與功能，它們相互作用的協(xié)議（例如定時(shí)關(guān)系）。?電氣規(guī)范：每根信號(hào)線工作時(shí)的有效電平、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間、負(fù)載能力、各電氣性能的額定值及最大值。

２、典型的標(biāo)準(zhǔn)總線有：PC總線、ISA總線（即AT總線）、EISA總線、VESA總線、PCI總線1.3微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型計(jì)算機(jī)延生于20世紀(jì)70年代，它的特點(diǎn)是體積小，重量輕，功耗低，可靠性高，價(jià)格便宜，使用方便，軟件豐富。微型計(jì)算機(jī)的核心是微處理器（CPU)，每出現(xiàn)一個(gè)新的微處理器，就會(huì)產(chǎn)生新一代的微型計(jì)算機(jī)。

1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微機(jī)CPU的發(fā)展方向

CPU種類：400480808086→486Pentium1→4

Core2DuoCPU速度：10Mhz4Ghz數(shù)據(jù)寬度：4位８位16位32位64位多核化：單核雙核四核加工工藝：130nm90nm65nm1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)展大致分為五代

第一代：4位機(jī)發(fā)展和8位機(jī)萌芽階段從1971年到1973年代表產(chǎn)品：Intel4004和MCS-4微型機(jī)Intel8008和MCS-8微型機(jī)字長：4位或8位特點(diǎn)：指令系統(tǒng)比較簡單，運(yùn)算功能較差，價(jià)格低謙。應(yīng)用：面向家電，計(jì)算機(jī)器等。1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)1.4微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況

Intel4004Intel8008微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理與接口技術(shù)

微型機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)展大致分為五代

第二代：8位機(jī)發(fā)展階段從197