單片微型計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì) 1章

微機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用1教材參考教材《單片微型計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)》閆玉德葛龍俞紅編中國電力出版社《MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用》閆玉德俞紅編著機(jī)械工業(yè)出版社《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》王建寧戴躍偉候曉霞編著化學(xué)工業(yè)出版社《單片機(jī)原理及應(yīng)用》李建忠主編西安電子科技大學(xué)出版社2微機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用課程安排總共4.5學(xué)分，其中：理論授課，3學(xué)分；實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，1.5學(xué)分理論內(nèi)容：

1、微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第一章）

2、單片機(jī)硬件系統(tǒng)

3、單片機(jī)指令系統(tǒng)

4、單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)

5、單片機(jī)功能部件

6、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展3微機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用考核：

筆試（70%）+實(shí)驗(yàn)（20%）+平時（10%）要重視平時及實(shí)驗(yàn)課程！以下情況之一者，視情況，取消考試資格：

1、無故曠課>=3次

2、作業(yè)不上交>=4次4什么是單片機(jī)硬件：主機(jī)，鍵盤，鼠標(biāo)，顯示器，打印機(jī)5什么是單片機(jī)6什么是單片機(jī)7什么是單片機(jī)在同一個集成芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，即構(gòu)成單片機(jī)。8單片機(jī)學(xué)什么？1、了解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)；2、學(xué)會合理分配單片機(jī)的資源；3、學(xué)會合理分配單片機(jī)的管腳；4、掌握軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本技能；9學(xué)習(xí)單片機(jī)需要哪些基礎(chǔ)知識1、與以前所學(xué)知識關(guān)聯(lián)較少；2、掌握基本的數(shù)、模電知識，如二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換，與或非的邏輯關(guān)系等。3、具備簡單的C語言編程；4、所有人站在同一起跑線上10單片機(jī)作用家用

11單片機(jī)作用智能儀器儀表

12單片機(jī)作用工業(yè)控制

13單片機(jī)作用汽車設(shè)備

14會用的軟件：Keil軟件

KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)15會用的軟件：Proteus軟件

Protues軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。16單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)方法1、提出要求2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；單片機(jī)系統(tǒng)太陽能穩(wěn)壓步進(jìn)電機(jī)光電傳感3、確定硬件17單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)方法1、提出要求2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；3、確定硬件4、程序設(shè)計(jì)5、軟件仿真18單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)方法1、提出要求2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；3、確定硬件4、程序設(shè)計(jì)5、軟件仿真6、硬件制作與測試19單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)方法1、提出要求2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；3、確定硬件4、程序設(shè)計(jì)5、軟件仿真6、硬件制作與測試20第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1微型計(jì)算機(jī)概述1.2微處理器1.3存儲器1.4微機(jī)工作原理1.5輸入輸入接口21第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1微型計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生是20世紀(jì)重大的科技成果之一。微型機(jī)的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)已應(yīng)用于社會的各行各業(yè)，已進(jìn)入到我們的家庭與生活。計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展大大促進(jìn)了知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會信息化的進(jìn)程，引起了社會的深刻變革。也改變了人們的知識結(jié)構(gòu)，不會使用計(jì)算機(jī)將無法面對21世紀(jì)的工作、學(xué)習(xí)與生活。

22

1946年2月，世界上第一臺計(jì)算機(jī)在美國賓西法尼亞大學(xué)研制成功。體積：占地170平方米，長30m，寬1m，高3m，重30噸元件：18000個電子管，70000個電阻，10000個電容，60000個繼電器容量：

ROM16Kbit，RAM為1Kbit功耗：功耗174KW，平均工作時間2.5小時速度：每秒只能進(jìn)行5000次加減法運(yùn)算。在性能方面與今天的計(jì)算機(jī)無法相比，但是它的問世標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時代的到來，它用電子的快速運(yùn)動代替了機(jī)械的運(yùn)動。

23<第一代計(jì)算機(jī)的核心部件，真空電子管>

24第一代計(jì)算機(jī)（1946-1958）:

缺點(diǎn)：1、體積大、耗電多、重量重、性能低。

2、沒有操作系統(tǒng)：用戶在這些計(jì)器上的操作和編程，完全由手工進(jìn)行，以絕對的機(jī)器語言形式（二進(jìn)制代碼形式）編程，采用接插板或開關(guān)板控制計(jì)算機(jī)操作；3、沒有顯示設(shè)備，由氖燈或數(shù)碼顯示。4、在這一階段，幾乎沒有程序設(shè)計(jì)語言，用戶面對的也是一個很不方便的操作環(huán)境。在這類早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有了程序，但沒有操作系統(tǒng)。25第二代計(jì)算機(jī)（1958－1964年）：使用晶體管作為主要電子器件。在晶體管時代，由于有了計(jì)算機(jī)語言和相應(yīng)的程序，就產(chǎn)生了對用戶所提交的程序進(jìn)行管理的程序，這就是監(jiān)控程序（monitor）的雛形。第二代計(jì)算機(jī)的重要貢獻(xiàn)：

（1）開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)處理文字和圖形的新階段；

（2）高級語言已投入使用；

（3）開始有了通用機(jī)和專用機(jī)之分；

（4）開始使用鼠標(biāo)作為輸入設(shè)備。

26<貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的世界上第一臺全晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC>

27第三代計(jì)算機(jī)（1965－1971年）：使用小規(guī)模集成電路SSI(smallscaleintegration)和中規(guī)模額的集成電路MIS（mediumscaleintegration）作為主要電子元件。

應(yīng)用：科學(xué)計(jì)算，文字處理、企業(yè)管理、自動控制等領(lǐng)域，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的信息管理系統(tǒng)，可用于生產(chǎn)管理、交通管理、情報檢索等領(lǐng)域。

第三代計(jì)算機(jī)的主要貢獻(xiàn)：

（1）運(yùn)算速度已達(dá)到100萬次/秒以上；

（2）操作系統(tǒng)更完善；

（3）序列機(jī)的推出，較好地解決了“硬件不斷更新，而軟件相對穩(wěn)定”的矛盾；

（4）機(jī)器可根據(jù)其性能分為巨型機(jī)、大型機(jī)和小型機(jī)。

28〈第三代計(jì)算機(jī)的標(biāo)志性產(chǎn)品，IBM360大型機(jī)的局部圖〉

29第四代計(jì)算機(jī)（20世紀(jì)70年代以后）：使用大規(guī)模集成電路LSI（largescaleintegration）和超大規(guī)模集成電路VLSI（verylargescaleintegrtion）作為主要的電子器件。各種性能上都得到了大幅度的提高，對應(yīng)的軟件也越來越豐富，其應(yīng)用涉及到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，已經(jīng)在辦公自動化、數(shù)據(jù)庫管理、圖象識別、專家系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并且以不可阻礙的勢頭大量進(jìn)入家庭。<早期的第四代計(jì)算機(jī)，由DEC公司生產(chǎn)>

30作為第四代計(jì)算機(jī)的典型代表——微型計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。微型計(jì)算機(jī)由微處理器、半導(dǎo)體存儲器和輸入輸出接口組成。微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，掀起了計(jì)算機(jī)大普及的浪潮，微型機(jī)比小型機(jī)體積更小、價格更低廉，且通用性強(qiáng)、靈活性好、可靠性高、使用方便。

31計(jì)算機(jī)的發(fā)展核心部件為CPU，它的發(fā)展經(jīng)歷以下過程：1971年，Intel推出第一片4位微處理器4004。1978年，Intel首次推出16位處理器8086，1979年，Intel又推出8088。1982-1990年，相繼推出16位80286，32位80386，80486等1993年，Intel推出了新一代高性能微處理器Pentium（奔騰）。

……….1981年IBMPC的正式推出，一個全新的個人計(jì)算機(jī)時代開始了。計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢：巨型化，微型化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化和多功能化32Intel公司CPU圖標(biāo)33計(jì)算機(jī)的分類按照綜合性能指標(biāo)，通用電子計(jì)算機(jī)可以分為：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)主要區(qū)別是在于運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)存儲容量、輸入/輸出能力、指令系統(tǒng)規(guī)模和價格等因素。34第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的硬件

1.計(jì)算機(jī)的組成圖1.1計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)3536第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)2.計(jì)算機(jī)的字長計(jì)算機(jī)內(nèi)所有的信息都是以二進(jìn)制代碼的形式表示的。計(jì)算機(jī)的字長：一臺計(jì)算機(jī)所用的二進(jìn)制代碼的位數(shù)

或者CPU在單位時間內(nèi)(同一時間)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長

微型計(jì)算機(jī)的字長有4位、8位、16位、32位、64位等。目前最為廣泛學(xué)習(xí)的主要是8位微機(jī)和16位微機(jī)，而當(dāng)前在市場上購買的主流產(chǎn)品是32位微機(jī)和64位微機(jī)。37第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3.微型計(jì)算機(jī)的組成微處理器：運(yùn)算器、控制器、寄存器集成在一塊硅片上，成為獨(dú)立的芯片，稱為微處理器(MicroProcessor)，也稱CPU或MPU。

計(jì)算機(jī)的字長越長，它能代表的數(shù)值就越大，能表示的數(shù)值的有效位數(shù)也越多，計(jì)算的精度就越高。但是位數(shù)越長，用來表示進(jìn)制代碼的邏輯電路也越多，使得計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)變得越龐大，電路變得越復(fù)雜，造價也越高。用戶通常要根據(jù)不同的任務(wù)選擇不同字長的計(jì)算機(jī)。38第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)：微處理器芯片、存儲器芯片、輸入/輸出接口芯片(Input/OutputInterface，簡稱I/O接口)之間由總線(Bus)連接，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)(MicroComputer)圖1.2微型計(jì)數(shù)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)3.微型計(jì)算機(jī)的組成39微處理器(CPU)CPU是微型計(jì)算機(jī)的核心，它由運(yùn)算器、控制器和寄存器三大部分組成。運(yùn)算器：ALU(ArithmeticLogicUnit)構(gòu)成。作用：ALU是對傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算的部件，能夠執(zhí)行加法、減法運(yùn)算，邏輯與、邏輯或等運(yùn)算?？刂破鳎褐饕〞r鐘電路和控制電路。作用：時鐘電路產(chǎn)生時鐘脈沖，用于微機(jī)各部分電路的同步定時?？刂齐娐樊a(chǎn)生完成各種操作所需的控制信號。寄存器：CPU中有多個寄存器，用來存放操作數(shù)、地址和運(yùn)算的中間結(jié)果等。40第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(2)存儲器計(jì)算機(jī)有了存儲器才具備記憶功能。

存儲器由許多存儲單元組成，在8位微機(jī)中，每個存儲單元存放8位二進(jìn)制代碼，8位二進(jìn)制代碼稱為一個字節(jié)，即8位微機(jī)的每個存儲單元能存放一個字節(jié)(Byte)的代碼。

410000000001101100000000011010001100000010111001010000001100000100……1111111011111111圖1.3存儲器單元地址容量:假如存儲器有256個單元，每個單元存放一個字節(jié)代碼，那么該存儲器容量為256字節(jié)，或256×8位。在容量較大的存儲器中，存儲容量以KB或MB為單位，1KB=210B=1024個存儲單元，1MB=220B=1024KB。

42存儲器“寫”：微機(jī)工作時，CPU將數(shù)碼存入存儲器的過程稱為“寫”操作；寫入存儲單元的數(shù)碼取代了原有的數(shù)碼，而且在下一個新的數(shù)碼寫入之前一直保留著，即存儲器具有記憶數(shù)碼的功能。存儲器“讀”：CPU從存儲器中取數(shù)碼的過程為“讀”操作。在執(zhí)行讀操作后，存儲單元中原有的內(nèi)容不變，即存儲器的讀出是非破壞性的。

第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)43第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)存儲單元的地址：對存儲器所有單元按順序進(jìn)行的編號，這種編號就是是存儲的地址。每個單元都有唯一的地址。地址用二進(jìn)制數(shù)表示，地址的二進(jìn)制位數(shù)N與存儲容量Q的關(guān)系是Q=

。

例如：在8086微機(jī)系統(tǒng)中，地址的位數(shù)是20，則存儲器的容量為220B=1MB。

44第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(3)輸入/輸出接口

I/O接口是溝通CPU與外部設(shè)備的重要部件。外部設(shè)備種類繁多，其運(yùn)行速度、數(shù)據(jù)形式、電平等可能存在差異，常常與CPU不一致，所以要用I/O接口作為橋梁，起到信息轉(zhuǎn)換與協(xié)調(diào)的作用。例如：

打印機(jī)打印一行字符需1s左右，而微機(jī)輸出一行字符只需1ms左右，要使打印機(jī)與微機(jī)同步工作，必須采用相應(yīng)的接口芯片來協(xié)調(diào)連接。45第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(4)總線總線：是在微型計(jì)算機(jī)各芯片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共線路。

前者稱為系統(tǒng)總線(片間總線)，后者稱為片內(nèi)總線。

46圖1.48位系統(tǒng)總線如圖1.4所示，為芯片之間的一組系統(tǒng)總線，該總線由8根導(dǎo)線組成，可以在芯片之間并行傳送8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

47常見的微機(jī)采用三總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)在芯片之間傳送數(shù)據(jù)信息；地址總線AB(AddressBus)傳送地址信息；控制總線CB(ControlBus)傳送控制信息。有的微機(jī)則采用一組總線分時傳送地址和數(shù)據(jù)信息，稱為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線。

48與微機(jī)相關(guān)的幾個概念：單板機(jī)：若將微處理器、存儲器、I/O接口以及簡單的I/O設(shè)備組裝在一塊印制電路板(PCB)上，則稱為單板微型計(jì)算機(jī)，簡稱單板機(jī)。例如，如SDK-86、Z-80等都是常用的單板機(jī)單片機(jī)：若將微處理器、存儲器和I/O接口集成在一塊芯片上，則稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。例如MCS-51、MCS-96系列等都是常見的單片機(jī)。

49微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：微型計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備、電源構(gòu)成了硬件總體，配合軟件一起則構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如圖1.6所示，概括了微處理器、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。

圖1.6微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1.2微型計(jì)算機(jī)的軟件軟件是使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序(Program)，而程序是由一條條的指令(Instruction)組成的。1．指令指令是指控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作的命令。指令主要由操作碼和操作數(shù)兩大部分組成。操作碼表示該指令執(zhí)行何種操作，操作數(shù)表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在存儲器單元的地址。51書寫形式為MOVA,#29;(A)29

其中“(A)29”是用符號表示的該指令功能。將寄存器A的內(nèi)容與數(shù)38相加的指令稱為加法(Additive)指令，書寫形式為ADDA,#38;(A)(A)+38該指令將運(yùn)算結(jié)果送回累加器A保存。小知識：累加器是專門存放算術(shù)或邏輯運(yùn)算的一個操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果的寄存器。能進(jìn)行加、減、讀出、移位、循環(huán)移位和求補(bǔ)等操作。是運(yùn)算器的主要部分。例如，將立即數(shù)29傳送(Move)到累加器A的指令稱為傳送指令，52例如，計(jì)算63+56+36+14=?編制的程序如下。MOVA,#63;數(shù)63送入累加器A。ADDA,#56;A的內(nèi)容63與數(shù)56相加，其和119送回A。ADDA,#36;A的內(nèi)容119與數(shù)36相加，其和155送回A。ADDA,#14;A的內(nèi)容155與數(shù)14相加，運(yùn)算結(jié)果169保存在A中。2．程序?yàn)榱擞?jì)算一個數(shù)學(xué)式，或者要控制一個生產(chǎn)過程，需要事先制定計(jì)算機(jī)的計(jì)算步驟或操作步驟。計(jì)算步驟或操作步驟是由一條條指令來實(shí)現(xiàn)的。這種一系列指令的有序集合稱為程序。53匯編語言

匯編指令：用助記符(通常是指令功能的英文縮寫)表示操作碼，用字符(字母、數(shù)字、符號)表示操作數(shù)的指令。用匯編指令編制的程序稱為匯編語言程序。

特點(diǎn)：占用存儲器單元較少、執(zhí)行速度較快、能夠準(zhǔn)確掌握執(zhí)行時間，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制，因此特別適用于實(shí)時控制。缺點(diǎn)：匯編語言是面向機(jī)器的語言，各種計(jì)算機(jī)的匯編語言是不同的，必須對所用機(jī)器的結(jié)構(gòu)、原理和指令系統(tǒng)比較清楚才能編寫出匯編語言程序，而且不能通用于其它機(jī)器。3．編程語言編制程序可以采用的程序設(shè)計(jì)語言分為三類：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。54特點(diǎn)：用高級語言編寫程序時主要著眼于算法，而不必了解計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，因此易學(xué)易用。適用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等方面。高級語言是獨(dú)立于機(jī)器的，同一個程序可在其它機(jī)器中使用。高級語言高級語言是面向過程的語言，常用的高級語言有BASIC，F(xiàn)ORTRAN，PASCAL，C等等。機(jī)器語言

計(jì)算機(jī)中只能存放和處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，這種二進(jìn)制代碼形式的程序就是機(jī)器語言程序。相應(yīng)的二進(jìn)制代碼形式的指令稱為機(jī)器指令或機(jī)器碼。缺點(diǎn)：機(jī)器語言直接編寫程序十分困難。55采用匯編語言或高級語言編寫的程序又稱為源程序，而機(jī)器語言程序則稱為目標(biāo)程序。源程序（匯編語言/高級語言）人工匯編機(jī)器匯編目標(biāo)程序（機(jī)器語言）實(shí)現(xiàn)“匯編”的兩種方式由于計(jì)算機(jī)只能執(zhí)行機(jī)器語言，往往先用匯編語言或高級語言編寫源程序，然后再轉(zhuǎn)換成目標(biāo)程序。將語言程序翻譯成目標(biāo)程序的過程稱為匯編。564．軟件軟件是指根據(jù)解決問題的思想、方法和過程而編寫的程序的有序集合。軟件按其功能分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。應(yīng)用軟件是用戶為解決某種具體問題而編制的程序，如科學(xué)計(jì)算程序、自動控制程序、數(shù)據(jù)處理程序等。系統(tǒng)軟件用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理、調(diào)度、監(jiān)視和服務(wù)等，系統(tǒng)軟件分成以下幾類：(1)操作系統(tǒng)(2)語言處理程序(3)標(biāo)準(zhǔn)庫程序(4)服務(wù)性程序總之，軟件系統(tǒng)是在硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為有效地使用計(jì)算機(jī)而配備的。沒有系統(tǒng)軟件，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就無法正常地、有效地運(yùn)行。沒有應(yīng)用軟件，計(jì)算機(jī)就不能發(fā)揮效能。571.1.3微型計(jì)算機(jī)的數(shù)制第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)定義：數(shù)制是指利用符號來計(jì)數(shù)的科學(xué)方法。

分類：在微型計(jì)算機(jī)中經(jīng)常使用的是十進(jìn)制（D）、二進(jìn)制（B）十六進(jìn)制（H）。581．?dāng)?shù)制的種類數(shù)制所使用的數(shù)碼的個數(shù)稱為基，數(shù)制每一位所具有的值稱為權(quán)。(1)十進(jìn)制十進(jìn)制的基為“10”，每位數(shù)字的值都是以該位數(shù)字乘以基數(shù)的冪次來表示，通常將基數(shù)的冪次稱為權(quán)，(2)二進(jìn)制二進(jìn)制的基為“2”，即其使用的數(shù)碼為0、1共2個。二進(jìn)制各位的權(quán)是以2為底的冪。(3)十六進(jìn)制十六進(jìn)制的基為“16”，即其使用的數(shù)碼為0～9、A～F共16個，其中A～F相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的10～15。十六進(jìn)制的權(quán)是以16為底的冪。59(4)二-十進(jìn)制二-十進(jìn)制數(shù)稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)(BinaryCodedDecimal)，簡稱BCD碼。在BCD碼中是用四位二進(jìn)制數(shù)給0~9這十個數(shù)字編碼。*數(shù)制表示：為了區(qū)別以上四種數(shù)制，在數(shù)的后面加寫英文字母來區(qū)別，B、D、H、BCD分別表示為二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)、二-十進(jìn)制數(shù)，通常對十進(jìn)制可不加標(biāo)志。若十六進(jìn)制數(shù)是字母A～F打頭，則前面需加一個0。2．?dāng)?shù)制的轉(zhuǎn)換(1)二進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)只需將二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加即可。例如，十六進(jìn)制的7BDH轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，表示為=1792+176+13=1981D。60(2)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)通常采用除基取余法。例如，十進(jìn)制數(shù)45678D轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)，表示為0B26EH。(3)二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換

1位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為4位二進(jìn)制數(shù)。(4)BCD碼與十進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換按照BCD的十位編碼與十進(jìn)制的關(guān)系，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。613．常用的編碼(1)BCD碼BCD碼是一種具有十進(jìn)制權(quán)的二進(jìn)制編碼，即它是一種既能為計(jì)算機(jī)所接受，又基本上符合人的十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算習(xí)慣的二進(jìn)制編碼。BCD碼的種類較多，常用的有8421碼、2421碼、余3碼和格雷碼等，其中最為常用的是8421BCD編碼。62表1.18421BCD碼表十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421BCD碼00000B50101B10001B60110B20010B70111B30011B81000B40100B91001B63(2)ASCII編碼ASCII碼是一種較完善的字符編碼，現(xiàn)已成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼，廣泛用于微型計(jì)算機(jī)與外設(shè)的通信。它是用七位二進(jìn)制數(shù)碼來表示的，七位二進(jìn)制數(shù)碼共有128種組合，包括圖形字符96個和控制字符32個。

96個圖形字符包括十進(jìn)制數(shù)字符10個、大小寫英文字母52個和其它字符34個，這類字符有特定形狀，可以顯示在顯示器上或打印出來。

32個控制字符包括回車符、換行符、退格符、設(shè)備控制符和信息分隔符等，這類字符沒有特定形狀，字符本身不能在顯示器上顯示或打印。644．?dāng)?shù)在計(jì)算機(jī)中的表示數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式統(tǒng)稱為機(jī)器數(shù)，機(jī)器數(shù)有兩個基本特點(diǎn)，一是數(shù)的符號數(shù)值化，通常以“0”代表“+”號，以“1”代表“一”號。二是機(jī)器數(shù)的位數(shù)受計(jì)算機(jī)硬件(字長)的限制。(1)無符號數(shù)

把計(jì)算機(jī)字長的所有二進(jìn)制位都用來表示數(shù)值，稱為無符號數(shù)。例如8位機(jī)中的無符號數(shù)

00001001B=

=9

10001001B==13765(2)有符號數(shù)有符號數(shù)一般有三種表示方法，即源碼、反碼和補(bǔ)碼，8位二進(jìn)制的數(shù)表示如表1.2所示。原碼:就是用符號為“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)，后面再加上數(shù)值位的二進(jìn)制數(shù)。

例如：+4的8位原碼表示為[+4]原=00000100B—4的8位原碼表示為[—4]原=10000100B反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是原碼符號位不變、數(shù)值位取反。例如：+4的8位反碼表示為[+4]反=00000100B—4的8位反碼表示為[—4]反=11111011B66補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是反碼加1，即原碼符號位不變、數(shù)值位取反加1。例如：

+4的8位補(bǔ)碼表示為[+4]反=00000100B—4的8位補(bǔ)碼表示為[—4]反=11111100B67二進(jìn)制數(shù)碼無符號數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼000000000+0+0+0000000011+1+1+1000000102+2+2+2……01111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-12710000010130-2-125-126……11111101253-125-2-311111110254-126-1-211111111255-127-0-1表1.28位二進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼表示681.2微處理器微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，不同型號微處理器的結(jié)構(gòu)有所不同。圖1.8是典型的8位微處理器的結(jié)構(gòu)框圖，包括運(yùn)算器、控制器、寄存器三部分。該微處理器的外部采用三總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是單總線結(jié)構(gòu)。69圖1.8微處理器的結(jié)構(gòu)運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元ALU、累加器A、暫存寄存器TR、標(biāo)志寄存器F等部分組成。算術(shù)邏輯單元ALU是微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的主要部件。累加器A是一個8位寄存器。很多8位雙操作數(shù)運(yùn)算一個操作數(shù)來自A，運(yùn)算結(jié)果又送回A，所以累加器A是使用最頻繁的寄存器。

另一個操作數(shù)可以來自CPU內(nèi)部的寄存器，也可以來自存儲器或I/O接口，它總是通過內(nèi)部總線送來的，由于總線只能分時傳送數(shù)據(jù)，故用暫存寄存器在內(nèi)部總線與ALU之間起緩沖作用。

微機(jī)的運(yùn)算器可執(zhí)行加法、減法等算術(shù)運(yùn)算，有些微機(jī)還可以執(zhí)行乘法、除法運(yùn)算，運(yùn)算器執(zhí)行的邏輯運(yùn)算有與、或、求反、異或、清零、移位等。701.2.1運(yùn)算器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元ALU、累加器A、暫存寄存器TR、標(biāo)志寄存器F等部分組成。1.2.2控制器控制器由指令寄存器IR、指令譯碼器ID及時序與控制電路三部分組成。71控制器由指令寄存器IR、指令譯碼器ID及時序與控制電路三部分組成。微機(jī)工作時，由時序與控制電路按照一定的時間順序發(fā)出一系列控制信號，使微機(jī)各部件能按一定的時間節(jié)拍協(xié)調(diào)一致地工作，從而使指令得以執(zhí)行。一條指令的執(zhí)行分成取指令和執(zhí)行指令兩個階段。具體步驟如下：(1)從存儲器中取回該指令的機(jī)器碼，送指令寄存器IR寄存，直至該指令執(zhí)行完畢。(2)由指令譯碼器ID譯碼，以識別該指令需要執(zhí)行何種操作。(3)由時序與控制電路產(chǎn)生一系列控制信號，送到計(jì)算機(jī)各部件以完成這一指令。時序與控制電路除了接收譯碼器送來的信號外，還接收CPU外部送來的信號，如中斷請求信號、復(fù)位信號等，這些信號由控制總線送入。時序與控制電路產(chǎn)生的控制信號一部分用于CPU內(nèi)部，控制CPU各部件的工作，另一部分通過控制總線輸出，用于控制存儲器和I/O接口的工作。

721.2.3寄存器寄存器用于暫存數(shù)據(jù)，暫存存儲器或I/O端口的地址，暫存程序運(yùn)行中的狀態(tài)信息。

通常寄存器分為三大類：數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器和狀態(tài)寄存器。

1．?dāng)?shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器用于存放經(jīng)常操作的數(shù)據(jù)、變量和中間結(jié)果。2．地址寄存器地址寄存器用于存放存儲器或I/O端口地址，以縮短指令長度，加快指令運(yùn)行速度，并能靈活修改地址，以便循環(huán)程序處理。其中較為重要的如程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)，也稱指令指針I(yè)P(InstructionPointer)是管理程序執(zhí)行次序的特殊功能寄存器。

73程序的執(zhí)行有兩種情況，即順序執(zhí)行和跳轉(zhuǎn)，程序計(jì)數(shù)器具有以下功能：(1)復(fù)位功能。微機(jī)通電時有上電復(fù)位，運(yùn)行時有操作復(fù)位。復(fù)位時微機(jī)進(jìn)入初始狀態(tài)，PC的內(nèi)容將自動清零。程序計(jì)數(shù)器0002H0001H0000HPC程序存儲器PC始終指示下一條將要執(zhí)行指令的地址74(2)計(jì)數(shù)功能。微處理器讀取一條指令時，總是將PC的內(nèi)容作為指令地址，每取回指令代碼的一個字節(jié)，PC的內(nèi)容自動加1。因此，在執(zhí)行指令的階段，PC的內(nèi)容已是按順序排列的下一條指令的地址。(3)置位功能。PC能直接接收內(nèi)部總線送來的數(shù)據(jù)，并用該數(shù)據(jù)取代其原有的內(nèi)容，程序發(fā)生跳轉(zhuǎn)必須借助這一功能來實(shí)現(xiàn)。程序計(jì)數(shù)器作用0002H0001H0000H00C2H753．狀態(tài)寄存器

狀態(tài)寄存器用于存放指令(處理器)的運(yùn)行狀態(tài)，如：微處理器工作狀態(tài)(監(jiān)控態(tài)或用戶態(tài))、存儲器工作狀態(tài)(或管理模式)、指令執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)(比如是否溢出等)、中斷狀態(tài)(如是否允許中斷)等。各微機(jī)其狀態(tài)寄存器的內(nèi)容不同。其中較為重要的標(biāo)志寄存器F(Flag)又稱處理器狀態(tài)字PSW(ProcessorStatusWord)，用來存放ALU運(yùn)算結(jié)果的一些特征，如溢出(OV)、進(jìn)位(C)、輔助進(jìn)位(AC)、奇偶(P)、結(jié)果為零(Z)等。761.3存儲器

存儲器是微機(jī)的重要組成部分。由于存儲器存儲了需要處理的數(shù)據(jù)和程序，使微機(jī)具有了“記憶功能”，微機(jī)才能脫離人的直接干預(yù)而自動地工作。衡量存儲器的性能指標(biāo)主要有三個，即容量、速度和成本。

第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)77

為了在一個存儲器系統(tǒng)中兼顧以上三個方面的指標(biāo)，目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級存儲器結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和輔助存儲器，由這三者構(gòu)成一個統(tǒng)一的存儲系統(tǒng)。781.3.1存儲器分類

1．按存儲介質(zhì)分類半導(dǎo)體存儲器、光電存儲器以及光盤存儲器等。

2．按存取方式分類隨機(jī)存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）(1)隨機(jī)訪問存儲器RAM

隨機(jī)訪問存儲器(RandomAccessMemory)又稱讀寫存儲器，指通過指令可以隨機(jī)地對各個存儲單元進(jìn)行訪問。

(2)只讀存儲器ROM

只讀存儲器(ReadOnlyMemory)指在微機(jī)系統(tǒng)在線工作過程中，對其內(nèi)容只能讀出不能寫入的存儲器。它通常用來存放固定不變的程序，漢字字型庫、字符等不變的數(shù)據(jù)。

79隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，只讀存儲器也出現(xiàn)了不同的種類，1）可擦除可編程只讀存儲器EPROM(ErasablePROM)，2）電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM(ElectricalEPROM)，3）快擦寫型存儲器(F1ashMemory)。803．按在微機(jī)中的作用分類1)主存儲器(內(nèi)存)、2)輔助存儲器(外存)、3)緩沖存儲器等。主存儲器速度快，但容量較小，位價格較高。輔存速度慢，容量大，位價格較低。緩沖存儲器用在兩個不同工作速度的部件之間，在交換信息過程中起緩沖作用。

81存儲器分類如下圖所示821.3.2存儲器結(jié)構(gòu)地址譯碼器831.3.2存儲器結(jié)構(gòu)通常一個存儲器系統(tǒng)由以下幾部分組成。1．基本存儲單元一個基本存儲單元可以存放一位二進(jìn)制信息，其內(nèi)部具有兩個穩(wěn)定的且相互對立的狀態(tài)，并能夠在外部對其狀態(tài)進(jìn)行識別和改變。2．存儲體

M表示M個存儲單元，N表示每個存儲單元存放的數(shù)據(jù)，故M×N個表示能存儲的總的二進(jìn)制信息，843．地址譯碼器作用:就是用來接收CPU送來的地址信號并對它進(jìn)行譯碼，選擇與此地址碼相對應(yīng)的存儲單元，以便對該單元進(jìn)行讀/寫操作。

854．片選與讀/寫控制片選信號用以實(shí)現(xiàn)芯片的選擇。對于一個芯片來講，只有當(dāng)片選信號有效時，CPU才能對其進(jìn)行讀/寫操作。865．I/O及其它外圍電路

I/O電路位于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與被選中的存儲單元之間，用來控制數(shù)據(jù)的讀出與寫入。87靜態(tài)RAM存儲器芯片Intel2114Intel2114是一種1K×4的靜態(tài)RAM芯片，其最基本的存儲單元就是如上所述的六管存儲電路。另外常用的靜態(tài)RAM芯片還有Intel6116、6264、62256等。

Intel2114的外部管腳881.3.5堆棧微型計(jì)算機(jī)中的堆棧是RAM中的一個特殊區(qū)域，是一組按照“后進(jìn)先出”的方式工作的、用于暫存數(shù)據(jù)的存儲單元。1．堆棧的作用調(diào)用常用子程序。

注意：保護(hù)斷點(diǎn)地址和保護(hù)現(xiàn)場。2．堆棧操作

入棧：將數(shù)據(jù)送入堆棧；PUSHA；

出棧：堆棧中內(nèi)容取出來的操作；POPA

893．堆棧指針

堆棧指針SP(StackPointer)是一個專用地址寄存器，它指明棧頂?shù)奈恢茫?fù)責(zé)管理堆棧工作。根據(jù)SP變化規(guī)律的不同，堆棧分為兩種類型，即向上生長型和向下生長型，如下圖所示。

MCS-51:進(jìn)棧：SP先加1，后寫數(shù)據(jù)出棧：后讀數(shù)據(jù)，SP后減1，901.4微機(jī)工作流程計(jì)算機(jī)之所以能在沒有人干預(yù)的情況下自動地完成各種工作任務(wù)，是因?yàn)槿耸孪葹樗幹屏送瓿蛇@些任務(wù)所需的工作程序，并把程序存放到存儲器中，這就是程序存儲。計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，控制器按照預(yù)先規(guī)定好的順序，從存儲器中一條一條地取出指令，分析指令，根據(jù)不同的指令向各個部件發(fā)出完成該指令所規(guī)定操作的控制信號，這就是程序控制。91

下面以“10+20求和運(yùn)算，結(jié)果送30單元”的操作過程為例，分析微機(jī)的工作流程。匯編語言源程序如下。MOVAL,10;AL=10ADDAL,20;AL=AL+20=10+20=30MOV[30],AL;AL送30單元

HLT;系統(tǒng)暫停功能助記符機(jī)器碼說明立即數(shù)m送ALMOVAL,m01110100m雙字節(jié)指令A(yù)L內(nèi)容加立即數(shù)nADDAL,n00110100n結(jié)果在AL中AL內(nèi)容送M為地址的存儲單元MOV[M],AL01010011M雙字節(jié)指令停止操作HLT01000011單字節(jié)指令92

對上述匯編語言源程序進(jìn)行匯編，將其翻譯成機(jī)器碼。MOVAL,10;0111010000001010740AHADDAL,20;00110100000101003414HMOV[30],AL;

0101001100011110

531EHHLT;

01000011

43H93將機(jī)器碼存入從00單元開始的存儲器中，即程序存儲。如下圖所示。94微機(jī)自動的運(yùn)行，實(shí)施程序控制，步驟如下。1．取指令階段微機(jī)接通電源，復(fù)位電路使程序計(jì)數(shù)器PC(也稱指令指針I(yè)P)的內(nèi)容自動置0，不同型號微機(jī)的PC初值可能不同，即程序的起始地址不同，它指出了第一條指令所在的存儲單元地址，在時鐘脈沖作用下，CPU開始取指令。

95①PC的內(nèi)容00H送地址寄存器AR，然后它的內(nèi)容自動加1變?yōu)?1H，指向下一個字節(jié)。AR把地址碼00H通過地址總線送至存儲器，經(jīng)存儲器內(nèi)部的地址譯碼器譯碼后，選中00單元。②CPU內(nèi)的控制電路發(fā)出存儲器讀命令，并施加存儲器的輸出允許端。③存儲器00單元的內(nèi)容74H輸出到數(shù)據(jù)總線上，并把它送至數(shù)據(jù)寄存器DR。④由于指令的第一個字節(jié)必然是操作碼，故CPU發(fā)出有關(guān)控制信號，將其送到指令譯碼器進(jìn)行譯碼，準(zhǔn)備進(jìn)入執(zhí)行階段。

962．執(zhí)行指令經(jīng)指令譯碼后，CPU知道操作碼74H的功能是將緊跟其后的操作數(shù)送累加器AL，故發(fā)出相關(guān)控制信號，以執(zhí)行這條指令。①PC的內(nèi)容01H送地址寄存器AR，然后它的內(nèi)容自動加1變?yōu)?2H，指向下一個字節(jié)。AR把地址碼01H通過地址總線送至存儲器，經(jīng)存儲器內(nèi)部的地址譯碼器譯碼后，選中01單元。②CPU內(nèi)的控制電路發(fā)出存儲器讀命令，并施加到存儲器的輸出允許端。③存儲器01單元的內(nèi)容0AH輸出到數(shù)據(jù)總線上，并把它送至數(shù)據(jù)寄存器DR。④通過前面的指令譯碼，CPU已經(jīng)知道這是送往累加器AL的操作數(shù)，故把它送到累加器AL。

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CPU緊接著取第二條指令，過程與前面的分析類似。1.5輸入輸出接口對于不同的應(yīng)用場合，可為微機(jī)配置不同的外部設(shè)備，以擴(kuò)展系統(tǒng)功能。然而，外部設(shè)備的差異很大，各自的功能不同，工作速度不同。因此，外部設(shè)備與CPU聯(lián)接時，不像CPU與存儲器相連那樣簡單。存儲器功能單一，品種有限，其存取速度基本上可以和CPU的工作速度相匹配，這些就決定了存儲器可以通過總線和CPU相連，即直接將存儲器掛在系統(tǒng)總線上。

98外部設(shè)備的功能卻是多種多樣的?？梢允菃我坏妮斎朐O(shè)備或輸出設(shè)備，也可以既作為輸入設(shè)備又作為輸出設(shè)備，還可作為檢測設(shè)備或控制設(shè)備。從信息傳輸?shù)男问絹砜?，一個具體的設(shè)備，它所使用的信息可能是數(shù)字式的，也可能是模擬式的。從信息傳輸?shù)姆绞絹砜?，有些外設(shè)的信息傳輸是并行的，有些外設(shè)的信息傳輸是串行的。

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為了使CPU能適應(yīng)各種各樣的外設(shè)，就需要在CPU與外設(shè)之間增加一個接口電路，由它完成相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換、速度匹配、數(shù)據(jù)緩沖等功能，以實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)的連接，完成相應(yīng)的輸入輸出操作。值得注意的是，加入I/O接口以后，CPU就不再直接對外設(shè)進(jìn)行操作，而是通過接口來完成。1001.5.1I/O接口的功能1．CPU與I/O設(shè)備之間的信號

CPU和外部設(shè)備之間傳輸?shù)男畔⒂幸韵聨最悺?1)數(shù)據(jù)信息

CPU和外部設(shè)備交換的基本信息就是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)信息大致分為數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量等三種形式。數(shù)字量：是指由鍵盤、磁盤機(jī)等輸入的信息，或者主機(jī)送給打印機(jī)、顯示器及繪圖儀的信息，是以二進(jìn)制數(shù)、BCD碼或ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符，通常是8位或16位。

101模擬量：當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時控制，多數(shù)情況下的輸入信息就是現(xiàn)場的連續(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信號，再經(jīng)過模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，才能送入微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，處理之后，微機(jī)輸出的數(shù)字量要經(jīng)過數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換，變?yōu)槟M信號后經(jīng)功率放大才能用于控制現(xiàn)場。開關(guān)量：是指二狀態(tài)量，如開關(guān)的閉合和斷開，閥門的打開和關(guān)閉，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止，LED燈的亮與滅等，可以用一位二進(jìn)制數(shù)來表示這兩個不同的狀態(tài)。上述這些數(shù)據(jù)信息，其傳輸方向通常是雙向的，可以由外設(shè)通過接口傳遞給微機(jī)系統(tǒng)，或由微機(jī)系統(tǒng)通過接口傳遞給外設(shè)。102(2)狀態(tài)信息狀態(tài)信息反映了當(dāng)前外設(shè)所處的工作狀態(tài)，是由外設(shè)通過接口傳往CPU供其查詢。如用“準(zhǔn)備好”(READY)信號來表明輸入設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒，用“忙”(BUSY)信號表示輸出設(shè)備是否處于空閑狀態(tài)等。(3)控制信息控制信息是CPU通過接口發(fā)送給外設(shè)的，用于控制外設(shè)的工作。常見的有啟動(START)信號，用于啟動一個外設(shè)工作，選通(STROBE)信號，往外設(shè)送入一個數(shù)據(jù)等。控制信息往往隨著外設(shè)的具體工作和電路原理的不同而有不同的含義。1032．接口電路的功能接口的作用是在系統(tǒng)總線和外部設(shè)備之間架起一座橋梁，以實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備之間的信息傳輸。為完成以上任務(wù)，接口應(yīng)具備的常用功能如下。(1)端口尋址功能微機(jī)系統(tǒng)中往往接有多個外設(shè)，一個外設(shè)中也可能與CPU傳送多種信息(如數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息)，而CPU在同一時間里只能與一個端口交換信息，因此需要通過接口的地址譯碼電路對端口進(jìn)行尋址。一般來說，通過高位地址產(chǎn)生外設(shè)的片選信號，低位地址作為芯片內(nèi)部寄存器或鎖存器尋址，以選定所需的端口，只有被選中的端口才能與CPU交換信息。104(2)輸入/輸出功能接口要根據(jù)送來的讀/寫信號決定當(dāng)前進(jìn)行的是輸入操作還是輸出操作，并且隨之能從總線上接收從CPU送來的數(shù)據(jù)和控制信息，或者將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送到總線上。(3)數(shù)據(jù)緩沖功能輸入/輸出接口是掛在系統(tǒng)總線上的，應(yīng)具備緩沖的功能。接口中一般都設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器或鎖存器，以解決高速的主機(jī)與低速的外設(shè)之間的速度匹配問題，避免因主機(jī)與外設(shè)的速度不匹配而丟失數(shù)據(jù)。輸入時要緩沖，輸出時要鎖存、驅(qū)動等。105(4)信號轉(zhuǎn)換功能外設(shè)提供的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信號可能與微機(jī)的總線信號不兼容，所以接口電路應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換。信號轉(zhuǎn)換包括CPU信號與外設(shè)信號間的邏輯關(guān)系、時序匹配、并串轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換等。微機(jī)輸入/輸出的信號大多采用TTL電平，高電平+5V代表邏輯“1”，低電平0V代表邏輯“0”。如果外設(shè)的信號不是TTL電平，那么在這些外設(shè)與微機(jī)連接時，I/O接口電路要完成電平轉(zhuǎn)換的工作。(5)可編程功能接口電路大多由可編程接口芯片組成，可以在不改變硬件電路的情況下，只要修改接口程序就可以改變接口的工作方式，提高了接口的靈活性和可擴(kuò)充性。

106(6)聯(lián)絡(luò)功能當(dāng)接口從總線上接收一個數(shù)據(jù)或者把一個數(shù)據(jù)送到總線上以后，能發(fā)一個就緒信號，以通知CPU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成，從而準(zhǔn)備進(jìn)行下一次傳輸。在接口設(shè)計(jì)中，常常要考慮對錯誤的檢測問題。如傳輸錯誤和覆蓋錯誤等，如果發(fā)現(xiàn)有錯，則對狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)位進(jìn)行置位以便提供給CPU查詢。除此之外，一些接口還可根據(jù)具體情況設(shè)置其它的檢測信息。(7)中斷管理功能作為中斷控制器的接口應(yīng)該具有發(fā)送中斷請求信號和接收中斷響應(yīng)信號的功能，而且還有發(fā)送中斷類型碼的功能。此外，如果總線控制邏輯中沒有中斷優(yōu)先級管理電路，那么，接口還應(yīng)該具有中斷優(yōu)先級管理功能。1073．接口部件的I/O端口接口中通常包含一組寄存器，當(dāng)CPU與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，不同的信息進(jìn)入不同的寄存器。把I/O接口中能被CPU直接訪問的寄存器或某些特定器件稱為I/O端口(Port)。一個接口可能含有一個或幾個端口。其中，用來存放來自CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)或外設(shè)送往CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)的端口稱為數(shù)據(jù)端口，簡稱數(shù)據(jù)口。用來存放外設(shè)或接口本身當(dāng)前工作狀態(tài)的端口，稱為狀態(tài)口。CPU通過對狀態(tài)口的訪問可以檢測并了解外設(shè)或接口當(dāng)前的狀態(tài)。用來存放CPU發(fā)出的控制外設(shè)或接口執(zhí)行具體操作的命令的端口稱為控制口。一般來講。數(shù)據(jù)端口可讀可寫，狀態(tài)端口只讀，而控制端口是只寫。微機(jī)和外部設(shè)備通過接口的I/O端口進(jìn)行溝通。

108系統(tǒng)中每個I/O端口都有一個地址，稱為端口地址。CPU要訪問接口中的某一端口，需要先通過地址總線輸出端口地址，一般用高位地址經(jīng)地址譯碼選中接口芯片，用低位地址選擇具體要訪問的端口，在讀/寫命令的配合下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。I/O端口的編制方法有兩種，及統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址。(1)統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址又稱存儲器映像編址，把每一端口視為一個存儲單元，將它們和存儲單元聯(lián)合在一起編排地址，即I/O端口和存儲器使用統(tǒng)一的地址空間。這樣，可利用訪問內(nèi)存的指令去訪問I/O端口，而不需要專門的I/O指令。CPU采用存儲器讀寫控制信號，并經(jīng)地址譯碼控制來確定是訪問存儲器還是訪問I/O端口。109(2)獨(dú)立編址獨(dú)立編址方式是指I/O端口的地址空間和存儲器地址空間是獨(dú)立的、分開的，即端口地址不占用存儲器的地址空間。微機(jī)系統(tǒng)中I/O端口數(shù)較存儲單元數(shù)少很多，.所以I/O端口地址空間小于存儲器地址空間，CPU只需用地址總線的低位部分對I/O端口尋址，如PC機(jī)僅使用A9–A0對I/O端口進(jìn)行尋址。通過控制總線的/M或IO/來確定CPU到底要訪問內(nèi)存空間還是I/O空間。為確保控制總線發(fā)出正確的信號，系統(tǒng)提供了專用的輸入/輸出指令(IN和OUT)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。1101.5.2數(shù)據(jù)傳輸控制方式輸入/輸出操作對微機(jī)來講是必不可少的。由于外設(shè)的工作速度相差很大，對接口的要求也不盡相同，因此，對CPU來講，輸入/輸出數(shù)據(jù)的傳輸控制方式就是一個較復(fù)雜的問題，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)要求選擇不同的傳輸控制方式以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。一般來說，CPU與外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)的控制方式有三種，即程序方式、中斷方式和DMA方式。這三種控制方式控制傳輸?shù)臋C(jī)制各不相同，但要完成輸入輸出操作都需要有相應(yīng)的接口電路的支持。

1111.5.2.1程序方式程序方式就是指用程序來控制進(jìn)行輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健ｏ@然，這是一種軟件控制方式。根據(jù)程序控制的方法不同，又可分為無條件傳送方式和條件傳送方式，其中后者亦稱為查詢方式。1.5.2.2中斷方式中斷方式就是