《微機系統(tǒng)與接口》

又名：微機原理及接口技術微機原理及應用

對計算機、微型計算機本身，你了解多少？1、運算速度——每秒運算多少次？主頻多少？2、內存——多大？進一步：1、CPU字長——多少位？2、接口——種類、多少？本課程將深入學習。知其然，知其所以然對微處理器、微型計算機應用，你又了解多少？1、科學計算2、信息處理、事務管理進一步：1、生產(chǎn)過程控制2、儀器、儀表控制3、民用產(chǎn)品控制對硬件必須深入了解。知其然，知其所以然生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)結構示意圖

過程對象︵被控對象︶

傳感器變送器執(zhí)行機構

傳感器執(zhí)行機構傳感、執(zhí)行檢測/控制微機主機操作臺電平變換功放驅動I/O接口I/O接口I/O接口I/O接口A/DD/ADI

DO輸入調理V/I變換I/O通道信號調理打印機顯示器I/O接口變換信號處理模擬量數(shù)字量頻率、其他課程地位與重要性計算機硬件在計算機應用（而非簡單使用）中的重要位置本課程是工科非計算機專業(yè)計算機硬件教學（區(qū)分于計算機軟件教學）中最重要的一環(huán)，是非計算機專業(yè)學生學習運用計算機硬件應用的最主要課程，對提高學生的計算機硬件應用能力至關重要。已成為學生學習部分后續(xù)課程、畢業(yè)設計和今后工作的最重要的技術基礎。計算機系列課程關系圖計算機科學基礎計算機結構與邏輯設計微機系統(tǒng)與接口DSP系統(tǒng)單片機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)微機綜合課程設計計算機軟件類課程課程體系與主要內容從微機系統(tǒng)的結構談起存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU…

概念與基本知識微處理器——核心

Ｐ或ＭＰ（Microprocessor）

=CＰＵ（中央處理單元）微型計算機——簡稱微機

C

或MC（Microcomputer）微型計算機系統(tǒng)——簡稱微機系統(tǒng)

CS

或MCS

（Microcomputersystem）微型計算機系統(tǒng)的三個層次微處理器存儲器I/O接口總線硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)外設ALU寄存器控制器鍵盤、鼠標顯示器軟驅、硬盤、光驅打印機、掃描儀系統(tǒng)軟件應用軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)硬件

軟件

與一般計算機系統(tǒng)一樣，微型計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成微型計算機硬件CPU運算器控制器寄存器存儲器IO接口外部設備（如鍵盤、鼠標、顯示器…）主機CPUCPU運算器控制器寄存器運算器也稱為算術邏輯單元ALU，完成數(shù)據(jù)的算術和邏輯運算控制器由指令寄存器、指令譯碼器和控制電路組成，對微型計算機各部件發(fā)出控制信息寄存器用于存放經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)CPUALU寄存器指令寄存器指令譯碼器控制電路組控制器存儲器內存單元的地址和內容內存的操作：讀，寫內存的分類：

RAM和ROM地址內容00000H00001H00002H00006HFFFFFH……11001111……RAM可以隨機讀寫，ROM只能被CPU讀取，用于存放固定程序存儲器的結構示意圖存儲器地址線位數(shù)n，存儲單元數(shù)為N，他們之間的關系為N=2n。...N位地址總線控制信號線N位數(shù)據(jù)總線地址譯碼驅動存儲體時序控制線路讀寫放大電路靜態(tài)存儲器SRAM工作原理示意圖

(Select=1選中單元)Select=1&/Read=

鎖存輸入數(shù)據(jù)Select=1&/RD=0三態(tài)門開(輸出允許)存儲器讀操作數(shù)據(jù)總線SelectReadDQCLK內存單元內存包含有很多存儲單元(每個內存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內存單元，計算機對每個內存單元進行編號，內存單元的編號就稱為內存單元的地址1011011038F04H內存單元地址內存單元內容......76543210表示:(38F04H)=B6H存儲器的讀操作1001011100000100AB讀地址DB10010111地址譯碼器控制0004FF…………存儲器讀操作過程存儲器的寫操作0010011000000100AB寫DB00100110地址譯碼器控制0008FF…………存儲器寫操作過程地址IO設備IO設備，即輸入輸出設備，如：鍵盤、鼠標顯示器輸入/輸出接口簡寫為I/O接口，是CPU與外部設備間的橋梁CPUI/O接口外設總線連接各部件的總線：

地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線CPU存儲器IO接口IO設備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線總線總線BUS：一組性質相似的各部件共用的信息線 的集合。

地址總線AB：用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。

CPU的尋址范圍=2(n=地址線根數(shù))數(shù)據(jù)總線DB：在CPU與存儲器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度?？刂瓶偩€CB：用來傳送各種控制信號nI/O總線作用I/O總線的作用是通過公用的信號線可把計算機或測控系統(tǒng)中的模板或各種設備聯(lián)成一體，以便進行彼此之間的信息交換。采用總線技術在系統(tǒng)設計、生產(chǎn)、使用和維護上具有很多優(yōu)越性。

I/O接口設計原則之一：輸入三態(tài)，輸出鎖存單向三態(tài)緩沖器TABABT為低平時：輸出為高阻抗（三態(tài)）T為高電平時：輸出為輸入的反相表示反相或低電平有效TABTABT雙向三態(tài)緩沖器ABDIROE*OE*＝0，導通

DIR＝1A→BDIR＝0A←BOE*＝1，不導通三態(tài)門輸出電路（MOS）結構示意三態(tài)門輸出電路（TTL）結構示意總線連接各部件的總線：

地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線CPU存儲器IO接口IO設備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線微機的最基本部分DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列總線接口控制電路運算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29Ah、、、地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器存儲器總線CPU（微處理器）計算機、微型計算機是如何實現(xiàn)科學計算的？科學計算：5+8=?計算機內部是如何完成以上程序執(zhí)行的？C程序intA；

A=5；

A=A+8CPU——只能處理二進制數(shù)據(jù)！AH

ALBH

BLCH

CLDH

DLSPBPDISI通用寄存器AXBXCXDXALU數(shù)據(jù)總線（16位）運算寄存器ALU標志寄存器EU控制系統(tǒng)執(zhí)行單元EUCSDSSSESIP內部暫存器123456數(shù)據(jù)總線8088:8位8086:16位總線控制邏輯地址總線20位指令隊列80888086Q總線（8位）指令指針段寄存器外部總線總線接口單元BIUSCLK第一步：從程序到指令編輯器（Editor）

程序設計（流程圖）編譯器（Compiler）高級語言程序(與機型無關)

匯編器（Assembler）匯編語言(與機型有關)

鏈接器（Linker）

待裝配的指令代碼(二進制BIN)

可執(zhí)行指令代碼(二進制BIN)

(軟件)SOFTWARE—FIRMWARE(固件)C語言與匯編語言對應關系C程序(與機型無關）匯編語言(與機型有關)intA；——————AEQUALA=5；——————MOVA,5A=A+8；——————ADDA,8注：A是變量注：A是寄存器匯編語言與二進制機器碼對應關系10110000000001010000010000001000存儲器指令內容助記符內容MOVA,5ADDA,8……第一步：從程序到指令編輯器（Editor）

程序設計（流程圖）編譯器（Compiler）高級語言程序(與機型無關)

匯編器（Assembler）匯編語言(與機型有關)

鏈接器（Linker）

待裝配的指令代碼(二進制BIN)

可執(zhí)行指令代碼(二進制BIN)

(軟件)SOFTWARE—FIRMWARE(固件)第二步：指令存入存儲器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列總線接口控制電路運算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29Ah、、、地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器存儲器總線CPU（微處理器）第三步：CPU從存儲器讀取指令并執(zhí)行開始程序結束指令1指令2指令i指令n存儲器操作碼操作數(shù)取出指令指令譯碼操作數(shù)讀出指令執(zhí)行(地址碼)取指與執(zhí)行取指執(zhí)行…………指令格式執(zhí)行MOVA,5和ADDA,8CLKDSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器PSW標志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列總線接口控制電路運算器地址加法器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29Ah、、、地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器存儲器總線CPU（微處理器）微型計算機的主要技術指標CPU字長——精度：4,8,16,32,64位指CPU與I/O設備、存儲器之間一次傳 送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)（總線字長）。內存容量——字節(jié)（8位二進制數(shù)據(jù)）單片機：128字節(jié)以上微機：128兆字節(jié)以上指令系統(tǒng)——指令的構成及多少運算速度——CPU的主頻，奔騰4—2G

或每秒百萬條指令——MIPS