1國(guó)家級(jí)精品課程

《微機(jī)系統(tǒng)與接口》MicrocomputerSystemsandInterfaces

同類課程微機(jī)原理及接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用計(jì)劃學(xué)時(shí)482新課程-技術(shù)類課程技術(shù)(Technology)?很難?

----會(huì)者不難,難者不會(huì)IT-InformationTechnology:人造,發(fā)展快技術(shù):人為設(shè)計(jì),自成體系,學(xué)習(xí)創(chuàng)新技術(shù):是需要積累的,一定基礎(chǔ)之上知識(shí)點(diǎn)之間相對(duì)獨(dú)立積累-差異性學(xué)習(xí)-不要放棄技術(shù):體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)思想,擴(kuò)展/改進(jìn)/革命(Vs.科學(xué))--需要學(xué)習(xí)-適應(yīng)-理解設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐的作用:加快理解,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,學(xué)會(huì)科學(xué)的方法3課程目標(biāo)掌握微機(jī)系統(tǒng)的基本組成、工作原理、接口電路及硬件的連接，建立微機(jī)系統(tǒng)的概念，具備初步開(kāi)發(fā)微機(jī)系統(tǒng)軟、硬件的能力。

使用者（USER）(系統(tǒng)）開(kāi)發(fā)者（Developer）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(Micro-ComputerSystemandApplications)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)（而非使用）的開(kāi)始--利用軟件(串行執(zhí)行的指令序列)實(shí)現(xiàn)硬件功能恭喜各位：Lucky一代，

計(jì)算機(jī)無(wú)所不能;娛樂(lè)享受工具;幾乎人手一臺(tái)筆記本,人手一臺(tái)智能機(jī)，使用自如,好方便啊

良好學(xué)習(xí)條件???能學(xué)好嗎?必要性？？4課程背景和重要性先修課程(軟件基礎(chǔ)):

計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)/程序設(shè)計(jì)與C語(yǔ)言／..JavaApp.

高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言如何實(shí)現(xiàn)的?—指令？

(面向過(guò)程,OO設(shè)計(jì)方法?)系統(tǒng)編程與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)？

內(nèi)部電路與邏輯？使用－計(jì)算－開(kāi)發(fā)軟件－硬件－結(jié)構(gòu)與組織（處理器／主存儲(chǔ)器／I/O（外設(shè)．．）—內(nèi)部電路（技術(shù)：孰先孰后?重要性差異?

）實(shí)例化:英特爾X86/Pentium系列微處理機(jī)匯編語(yǔ)言(機(jī)器語(yǔ)言)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)實(shí)時(shí)系統(tǒng)(RealtimeSystems)—控制5課程背景和重要性先修課程(硬件基礎(chǔ)):(CCC：數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)）數(shù)字邏輯電路/模擬電子線路(門電路、運(yùn)算放大器)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)與組成（Architecture&Organization）

機(jī)器級(jí)屬性-概念性結(jié)構(gòu)和功能特性

（內(nèi)部電路--部件）

體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)(數(shù)據(jù)流/控制流組成和邏輯設(shè)計(jì))

本質(zhì)

特殊的數(shù)字邏輯電路門--組合邏輯－時(shí)序邏輯－有限狀態(tài)機(jī)指令（軟件）時(shí)序/控制/運(yùn)算邏輯二者融合CPLD/FPGA軟核處理器(ALteraNiosII)問(wèn)題:計(jì)算機(jī)物理實(shí)現(xiàn)??連接應(yīng)用（外特性）實(shí)例化:英特爾架構(gòu)微處理器及系統(tǒng)Vs.EP-ARM多層次

最高級(jí)--運(yùn)行程序(功能)/最低級(jí)-晶體管和線路不涉及內(nèi)部邏輯電路/制造工藝6課程背景和重要性實(shí)例化:不同的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)IA:IntelArchitecture結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜,計(jì)算功能強(qiáng)大,人機(jī)交互,應(yīng)用廣泛32位/64位….硬件基礎(chǔ),軟件開(kāi)發(fā)1億臺(tái)（？）PC/年經(jīng)典CISC計(jì)算機(jī)／CPULaptop/Notebook/DeskTop/ServerTechnology7課程背景和重要性實(shí)例化:不同的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)IA:結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜,計(jì)算功能強(qiáng)大,人機(jī)交互,應(yīng)用廣泛32位/64位….面臨的挑戰(zhàn)：嵌入式系統(tǒng)技術(shù)（EmbeddedSystems)單片機(jī)/微控制器--DSP/DSP控制器-嵌入式處理器

8/16/32位嵌入式處理器，ARM架構(gòu)（+Cortex)手機(jī)／數(shù)碼相機(jī)／….moreandmoreRISCMPU

年３０億顆出貨量面向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用/開(kāi)發(fā):硬件/軟件開(kāi)發(fā)固件FirmWareEngineer,RTSEngineerLaptop/Notebook/DeskTop/Server/Embeddedtechnology8課程內(nèi)容微處理器結(jié)構(gòu)指令與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)微機(jī)系統(tǒng)常用接口及控制應(yīng)用以IA16為主,IA-32為輔

提供計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)9教材和教學(xué)參考書教材楊素行，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用(第3版)，清華大學(xué)出版社,2009(偏系統(tǒng))參考書吳寧編.《80X86/Pentium微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》(第3版).電子工業(yè)出版社,2011(偏電路)戴梅萼，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社錢曉捷·匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)·電子工業(yè)出版社，2003戴先中等，微機(jī)硬件應(yīng)用實(shí)踐—原理與接口,東南大學(xué)出版社,199910其他參考書謝瑞和等，32位微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)，高等教育出版社，2004.7李繼燦等，新編16/32微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用（第2版），清華大學(xué)出版社，2001年唐袆玲,毛月東，32位微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程，西安電子科技大學(xué)出版社，2003

張懷蓮，IBM-PC宏匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社張昆藏，

IBM-PC/XT微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)講義：微機(jī)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)教程（3.0/2.0)11第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)重點(diǎn)

1.補(bǔ)碼的概念與運(yùn)算2.微型機(jī)基本結(jié)構(gòu)(概念復(fù)習(xí)）3．系統(tǒng)組成（術(shù)語(yǔ)）及各部分之間關(guān)系4.了解8086/8088工作方式與存儲(chǔ)器的管理機(jī)制（1/0：電路狀態(tài)/輸出軟件表示）12計(jì)算機(jī)中常用數(shù)制—機(jī)器層面無(wú)符號(hào)整型(Unsigned,Integer)

n位二進(jìn)制數(shù)據(jù)：位序號(hào)Di（1/0）

Dn-1*2n-1+……D1*21+D0*20(MSB/LSB（Most/LeastSignificantBit）Dn/D0)

表示(代表)不同的含義不同含義的內(nèi)容的表示方法(大小/物理意義)擴(kuò)展到小數(shù)n=8/16:

10100100B/1011101000110001B本課程:n=8/16/32位:0A4H(8位）=0xA4

0BA31H（16位），0BA31A4A4H（32位）基2(Base)13數(shù)制：數(shù)的表示和運(yùn)算不同的基(Base):十進(jìn)制（Decimal)Di=0~9

八進(jìn)制（OctalQ)Di=0~7二進(jìn)制（Binary)Di=0,1十六進(jìn)制（Hexdecimal)Di=0~9,A~F

45340(D)=130434Q=1011000100011100B=0B11CH14模、字長(zhǎng)與補(bǔ)碼字長(zhǎng)：運(yùn)算器（ALU)位數(shù)（寬度）－－電路運(yùn)算：二進(jìn)制（模2）十六進(jìn)制(模16）加運(yùn)算

1011000100011100BB11CH

+1010101101010110B+AB56H10101110001110010B15C72H

減運(yùn)算

1011000100011100BB11CH

-1010101101010110B-AB56H0000010111000110B

05C6H十六位模10000H(65536),正負(fù)數(shù)補(bǔ)碼(Complement)15互補(bǔ)（Complement)A+B=M(A=M-B)(M)-B=+A??意義?A與B以M為?；パa(bǔ)（互為補(bǔ)碼）字長(zhǎng)有限!

X-A=X-(M-B)=X+B-M=X+B(模M運(yùn)算角度）2的補(bǔ)碼（2‘sComplement)位：模2；1+1=10B八位：模256（100H)80+176=256（50H+B0H=100H)十六位:模65536（10000H)456+65080=655361C8H+FE38H=10000H技術(shù)設(shè)計(jì)？發(fā)現(xiàn)？16無(wú)/有符號(hào)數(shù)(Signed)與機(jī)器數(shù)機(jī)器碼0/1組合不同的數(shù)值/物理含義-表示法數(shù)及其符號(hào)被數(shù)值化帶符號(hào)數(shù)稱為機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)：常用原碼、反碼和補(bǔ)碼表示（理解）[例]對(duì)于帶符號(hào)數(shù)（二進(jìn)制表示），計(jì)算機(jī)用最高位(MSB)表示符號(hào)：0-正，1-負(fù)

11111111B微機(jī)中用補(bǔ)碼表示帶符號(hào)數(shù)例：(真值）456（D)=1C8H1C8H+FE38H=10000H-456(D)=0FE38H=1111111000111000B原碼和反碼是人為定義，補(bǔ)碼是機(jī)器特性??17有符號(hào)數(shù)的表示：真值與補(bǔ)碼16位有符號(hào)數(shù)：

-32768~+32767,8000H~0FFFFH~0~7FFFH

無(wú)符號(hào)數(shù)：0~65535（0~0FFFFH)8位有符號(hào)數(shù)：（不連續(xù)表示偏置碼)-128~+127,10000000B~11111111B~0~01111111B

無(wú)符號(hào)數(shù)：0~255（0~0FFH)

[x]補(bǔ)=

x2n-|x|

(x<0)x>=0n位二進(jìn)制數(shù)18有符號(hào)數(shù)：原碼、反碼與(2的)補(bǔ)碼若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]反=(2n-1)-|x|;[X]原的絕對(duì)值按位求反。[X]補(bǔ)==2n-|x|=[X]反+1(?)[x]補(bǔ)=x2n-|x|

(x<0)x>=0特性:例：X=–72=–01001000B[X]原=11001000B[X]反=10110111B[X]補(bǔ)=[X]反+1=10111000B問(wèn)題:X=-200怎么辦?19有符號(hào)數(shù)：原碼、反碼與補(bǔ)碼特例:位數(shù)0的原碼8位：+0=00000000-0=10000000

即：數(shù)0的原碼不唯一

補(bǔ)碼:不對(duì)稱,非線性

8位:–128~10000000B=80H,-127~10000001B+127~01111111B=7FH16位:–32768~1000000000000000B=8000H+32767~0111111111111111B=7FFFH與字長(zhǎng)/位數(shù)密切相關(guān)0+Max-MaxnS-n20三位整數(shù)補(bǔ)碼運(yùn)算

溢出點(diǎn)（進(jìn)/借位點(diǎn)）21三位有符號(hào)整數(shù)表示

十進(jìn)制無(wú)符號(hào)原碼反碼補(bǔ)碼偏置碼228位有符號(hào)數(shù)整數(shù)表示列表8位二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)原碼補(bǔ)碼反碼0000000000H0+0+0+00000000101H1+1+1+10000001002H2+2+2+2····································011111017DH125+125+125+125011111107EH126+126+126+126011111117FH127+127+127+1271000000080H128-0-128-1271000000181H129-1-127-1261000001082H130-2-126-125····································11111101FDH253-125-3-211111110FEH254-126-2-111111111FFH255-127-1-023二進(jìn)制編碼數(shù)值表示（約定）DEC的編碼（表示）：BCD（BinaryCodedDecimal）<==>CompactBCD10010110B代表96D(1Byte代表2位DEC)；UncompactBCD（1Byte=1位DEC）00-09H非數(shù)值表示7位：字母與符號(hào)：ASCII

（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）00-7FH（7位）P409A1.1為擴(kuò)展ASCII表；8位：EBCDICExtendedBCDinterchangeCode8BitKeyboard；16位：UNICODE（2.0版本38885個(gè)）；32位：ISO10646（UniversalCodeSet-----UCS-4）0000~007F=ASCII,0000~00FF=UNICODE2.124字符編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼(P459）NUL空SOH標(biāo)題開(kāi)始STX正文結(jié)束ETX本文結(jié)束EOT傳輸結(jié)束ENQ詢問(wèn)ACK承認(rèn)BEL報(bào)警符BS退格HT橫向列表LF換行VT垂直制表FF走紙控制CR回車SO移位輸出SI移位輸入SP空格

012345670NULDLESP0@P`P1SOHDC1!1AQaQ2STXDC2“2BRbR3ETXDC3#3CScS4EOTDC4$4DTdT5ENQNAK%5EUeU6ACKSYN&6FVfV7BELETB‘7GWgW8BSCAN(8HXhX9HTEM)9IYiYALFSUB*:JZjZBVTESC+;K[k{CFFFS,<L\l|DCRGS-=M]m}ESORS.>N^n~FSIUS/?O_oDELDLE數(shù)據(jù)鏈換碼DC1設(shè)備控制1DC2

設(shè)備控制2DC3設(shè)備控制3DC4設(shè)備控制4NAK否定SYN空轉(zhuǎn)同步ETB信息組傳送結(jié)束CAN作廢EM紙盡SUB減ESC換碼FS分隔符GS組分隔符RS記錄分隔符US單元分隔符DEL作廢25常用ASCII碼舉例(常用)ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼,256字符含數(shù)字,字符和控制碼00NUL空白

02STX文本開(kāi)始03ETX文本結(jié)束07BEL報(bào)警符（可聽(tīng)見(jiàn)的信號(hào)）

BS退一格（并刪去該字符）

0DHCR回車,0AHLF換行,40H@字符：‘0’-‘9’：30-39H;‘A’-41H,‘B’-42H,‘Z’-5AH;‘a(chǎn)’-61H,‘z’-7AH26控制與計(jì)算:定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)(FixedPoint)—小數(shù)點(diǎn)位置固定（例如純整數(shù)和純小數(shù)）111001.01浮點(diǎn)數(shù)(FloatingPoint)—小數(shù)點(diǎn)位置不固定（充分利用有限位數(shù)，擴(kuò)大數(shù)的表示范圍和精度）階碼+尾數(shù)X=±2n*x0.1257F000000(MS)3E000000(IEEE)定點(diǎn)運(yùn)算:處理器整數(shù)處理功能浮點(diǎn)運(yùn)算:仿真運(yùn)算/協(xié)處理器運(yùn)算

相關(guān)內(nèi)容自學(xué)(含8087協(xié)處理器FPU)IEEE標(biāo)準(zhǔn)-FPMS-FP關(guān)鍵：聯(lián)想到電路（邏輯）位27

微型計(jì)算機(jī)及其發(fā)展（電子微型計(jì)算機(jī)及其發(fā)展數(shù)字）計(jì)算機(jī)

一種能自動(dòng)地、高速計(jì)算的電子設(shè)備發(fā)展歷史---1946年誕生;模擬計(jì)算機(jī)電子管、晶體管(分立元件）、IC、(V)LSI微型計(jì)算機(jī)

VLSI,CPU為單片集成（第4代）

4,8,16….64位,大眾化:PC字長(zhǎng)一般指CPU與I/O設(shè)備存儲(chǔ)器之間一次傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)（總線字長(zhǎng)）。運(yùn)算器（ALU)位數(shù)有限的字長(zhǎng)補(bǔ)碼,精度28

微型計(jì)算機(jī)及其發(fā)展8086/808880386PentiumPentium4

1978198519932001

Intel?Pentium?DualCore，Intel?Core?2Duo，Processor

IA64/單核/雙核/三核/四核..32+29

微型計(jì)算機(jī)及其發(fā)展IBMPC機(jī)（1981）現(xiàn)代PCAppleII(臺(tái)式/移動(dòng)/手持式）30微機(jī)基本概念傳統(tǒng):CPU（中央處理單元）？

外設(shè)(Peripherals)---終端(Terminals)MPU或Ｐ：LSI-CPU微處理器（ALU+CTRLER）MPC（微機(jī)）：MPU+MEM+I/O接口電路+輔助電路（裸機(jī)）MPCS（微機(jī)系統(tǒng)）：MPC+外部設(shè)備和其它專用電路、電源、面板、機(jī)架、系統(tǒng)軟件嵌入式處理器與嵌入式應(yīng)用

EmbeddedProcessor/Systems

硬核(MPU)--軟核處理器(FPGA/CPLD)NIOSII31微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器寄存器組控制器內(nèi)部總線總線接口緩存器

內(nèi)存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線輸入輸出輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)32系統(tǒng)的基本（原型）組成

(硬件+軟件）硬件=

主機(jī)

+外設(shè)（Peripherals）

CPU+MEMERY+I/O接口（三大組成）運(yùn)算器（ALU）+控制器+寄存器件軟件:控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的程序來(lái)工作軟件=系統(tǒng)軟件+應(yīng)用軟件（系統(tǒng)軟件：控制接口/系統(tǒng)管理類）OS(DOS/WIN/WIN9X/NT/XP--OS/2,UNIX,LINUX);RTOS—EOS+娛樂(lè)/CAD/CAI/CAT/SCADA/管理/33技術(shù)指標(biāo)與硬件組成*微機(jī)基本技術(shù)指標(biāo)：字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、主頻、指令系統(tǒng)、外設(shè)配置等總線是計(jì)算機(jī)中各類公共信號(hào)線的集合，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部分聯(lián)絡(luò)的規(guī)范通道。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU組成結(jié)構(gòu):

34硬件組成之一處理器CPU（MPU）：ALU/控制器/寄存器組工作過(guò)程:

取指令-執(zhí)行-取指令-執(zhí)行-…..

指令執(zhí)行:算術(shù)邏輯運(yùn)算(ALU)—基本功能信息交換(存儲(chǔ)器--I/O)--數(shù)據(jù)流控制處理器控制—系統(tǒng)管理算術(shù)邏輯運(yùn)算（數(shù)據(jù)信息處理）-程序流管理（指令R、指令譯碼器、控制電路）對(duì)各部件發(fā)出相應(yīng)的控制信息，使它們協(xié)調(diào)工作應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)流:

直接途徑（內(nèi)部處理信息）：寄存器：速度快

間接途徑(1)—(半導(dǎo)體,內(nèi)部)存儲(chǔ)器,大容量35硬件組成之二存儲(chǔ)器MEM:存儲(chǔ)記憶單元/裝置：MainStorage/Innermem;可直接處理-與外存的本質(zhì)區(qū)別內(nèi)容信息：程序/數(shù)據(jù)（數(shù)值—非數(shù)值A(chǔ)SCII（控制碼））術(shù)語(yǔ)：*(要記）位BIT：（BinaryDigit）0/1

半字節(jié)NIB(Nibble)字節(jié)Byte1024=210=1KB10242=220=1MB=1000KB

10243=230=1GB=1000M,1TB=1024GB36存儲(chǔ)器：數(shù)據(jù)類型與機(jī)器數(shù)存儲(chǔ)位1bit=1個(gè)二進(jìn)制位字節(jié)1Byte=8bit字1Word=2Byte雙字1Doubleword=2Word=4Byte四字1Quardword=4Word十字節(jié)TenByte=10Byte……0111011001101100101000111011000010010101位(1B)

字(0B095H)雙字(6CA3B095H)四字低字節(jié)高字節(jié)字節(jié)(85H)37數(shù)據(jù)在內(nèi)存的存儲(chǔ)方式低地址放低字節(jié)，高地址放高字節(jié)(Little-endian):

多數(shù)英特爾構(gòu)架(IA)微處理器(80X86/Pentium),自然連續(xù)訪問(wèn)多字節(jié)數(shù)(適于高精度)1234567890ABCDEFHEFH,CDH,ABH,90H,….12H低地址放高字節(jié)高地址放低字節(jié)(Big-endian):SPARC,IBM(iMCS-51,MCS-96)MSB符號(hào),易于內(nèi)存BINDEC12H,34H,56H,……,EFHARM:可選地址:存儲(chǔ)單元編號(hào),便于訪問(wèn)(Access)38數(shù)據(jù)在內(nèi)存的存儲(chǔ)方式雙字384A157EH（雙字）4AHABH89H7EH15H4AH38H72HC9HEDH65H0000H0001H0002H0003H0004H0005H0006H0007H0008H0009H000AH000BH000CH000DH157EH（字）4AH(字節(jié))字節(jié)地址89ABH（字)字地址65EDC972384A157EH(四字）四字地址字地址80X86存儲(chǔ)格式Little-endian39硬件組成之三輸入輸出接口I/ODevice/InterfaceMPU信息來(lái)源/輸出目標(biāo)（程序、數(shù)據(jù)、測(cè)控信息…）---接口電路外設(shè)：標(biāo)準(zhǔn)：KB,Pointdevice(MOUSE、TrackingBall、Touchscreen..),非標(biāo)：SCANNER,Digitalizer,DigitalCamera,ZIP,VideoCamera,ADC,DICRT、Printer、PlotterDAC,DOFDC/HDD/CD-ROM/R/RW/DVD，Tape,net-adaptor,SB,Microphone/SPK特點(diǎn)：（數(shù)字量轉(zhuǎn)換）多樣性，速度慢：接