微機原理及接口技術主講人

錢曉捷微機

原理及接口

技術課程

介紹典型機型：IBMPC系列機基本系統：8088CPU和半導體存儲器I/O接口電路及與外設的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法章節目錄計劃學時第1章微型計算機系統概述 3.52.1節微處理器的內部結構 0.5第4章微處理器外部特性 6第5章半導體存儲器及其接口 6第6章基本輸入輸出接口 6課程

內容章節目錄（續）計劃學時第7章中斷控制接口 8第8章定時計數控制接口 4第9章DMA控制接口 6第10章并行接口 12第11章串行通信接口 6第12章模擬接口 6課程

內容專業技術基礎課硬件系列課程之一計算機組成原理微機原理及接口技術計算機體系結構指定選修課以技術為主面向應用軟硬件相結合課程

特點區別先修課程數字邏輯提供硬件基礎計算機組成原理確立計算機部件功能掌握計算機工作原理匯編語言程序設計建立必備軟件基礎掌握指令系統、程序格式先修

課程學習方法很重要復習并掌握先修課的有關內容課堂：聽講與理解、適當筆記課后：認真讀書、完成作業實驗：充分準備、勇于實踐總成績＝考試成績＋實驗成績＋平時成績學習

方法學習資源要利用錢曉捷之微服網/qwfw微機原理遠程教學0/caicomputer/錢曉捷陳濤，微型計算機原理及接口技術，北京：機械工業出版社，1999.1BarryB.Brey著陳誼等譯，Intel系列微處理器結構、編程和接口技術大全——80X86、Pentium和PentiumPro，北京：機械工業出版社，1998.1學習

資源第1章第1章微型計算機系統概述教學重點

微型計算機的系統組成

IBMPC系列機的主機板1.1微型計算機的發展和應用1946年，世界上出現第一臺數字式電子計算機ENIAC（電子數據和計算器）發展到以大規模集成電路為主要部件的第四代，產生了微型計算機1971年，Intel公司設計了世界上第一個微處理器芯片Intel4004，開創了一個全新的計算機時代1.1.1微型計算機的發展第1代：4位和低檔8位微機4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機Z80、I8085、M6800，Apple-II微機第3代：16位微機8086→8088→80286，IBMPC系列機1.1.1微型計算機的發展（續）第4代：32位微機80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機、Macintosh機、PS/2機第5代：64位微機Itanium、64位RISC微處理器芯片微機服務器、工程工作站、圖形工作站1.1.2微型計算機的應用計算機應用通常分成如下各個領域科學計算，數據處理，實時控制計算機輔助設計，人工智能，……由于微型計算機具有如下特點體積小、價格低工作可靠、使用方便、通用性強……所以，可以分為兩個主要應用方向1.1.2微型計算機的應用用于數值計算、數據處理及信息管理方向通用微機，例如：PC微機功能越強越好、使用越方便越好用于過程控制及智能化儀器儀表方向專用微機，例如：單片機、工控機可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數據量小

將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一個微處理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-961.2微型計算機的系統組成運算器

控制器寄存器組

內存儲器總線輸入輸出接口電路外部設備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統區別圖1.1微型計算機的系統組成控制總線CB數據總線DB地址總線AB系統總線形成處理器子系統I/O設備I/O接口存儲器系統總線BUS1.2.1微型計算機的硬件組成微處理器子系統存儲器I/O設備和I/O接口系統總線系統總線總線是指傳遞信息的一組公用導線總線是傳送信息的公共通道微機系統采用總線結構連接系統功能部件總線信號可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數據總線DB：傳送數據信息控制總線CB

：傳送控制信息總線信號地址總線AB輸出將要訪問的內存單元或I/O端口的地址地址線的多少決定了系統直接尋址存儲器的范圍數據總線DBCPU讀操作時，外部數據通過數據總線送往CPUCPU寫操作時，CPU數據通過數據總線送往外部數據線的多少決定了一次能夠傳送數據的位數控制總線CB協調系統中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態等信號控制總線決定了系統總線的特點，例如功能、適應性等舉例舉例特點1.2.2微型計算機的軟件系統

操作系統MS-DOS

匯編程序MASM和LINK

文本編輯程序EDIT.COM

調試程序DEBUG.EXE為什么采用匯編語言？1.3IBMPC系列機系統16位IBMPC系列機是32位微機的基礎8088CPUIBMPC機IBMPC/AT機IBMPC/XT機1.3.1硬件基本組成16位和32位PC機的基本部件相同8088微處理器8087協處理器8288總線控制器I/O通道8259中斷控制器隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM8253定時控制器8237DMA控制器8255并行接口控制總線數據總線地址總線地址鎖存器數據收發器揚聲器接口8284時鐘發生器鍵盤接口系統配置開關1.3.2主機板組成微處理器子系統8088：16位內部結構、8位數據總線、20位地址總線、4.77MHz主頻存儲器ROM-BIOS、主體為RAMI/O接口控制電路8259A、8253、8237A、8255等I/O通道62線的IBMPC總線圖1.5存儲空間的分配保留ROM64KB基本ROM64KB擴展RAM≈15MB基本ROM64KB保留ROM64KB擴展ROM128KB顯示RAM128KB系統RAM640KB000000H0A0000H0C0000H0E0000H0F0000H100000HFE0000HFFFFFFH常規內存1MB擴展內存15MB1.3.3存儲空間的分配常規內存：1MB基本RAM區：640KB保留RAM區：128KB擴展ROM區：128KB基本ROM區：64KB擴展內存：用作RAM區

系統板

000－01F020－03F040－05F060－07F080－09F0A0－0BF0C0－0DF0E0－0FFDMA控制器1中斷控制器1定時計數器并行接口電路DMA頁面寄存器中斷控制器2DMA控制器2協處理器

I/O

通

道1F0－1F8200－207278－27F2F8－2FF378－37F380－38F3A0－3AF3B0－3BF3D0－3DF3F0－3F73F8－3FF硬盤適配器游戲接口并行打印機接口LPT2串行通信接口COM2并行打印機接口LPT1SDLC通信接口BSC通信接口單色顯示/打印機適配器彩色圖形適配器CGA軟盤適配器串行通信接口COM11.3.4I/O空間的分配

80x86訪問外設時，只使用低16位A0～A15，尋址64K個8位I/O端口PC機僅使用低10位A0～A9，尋址1024個8位I/O端口第2章內部數據總線控制總線數據總線地址總線暫存器累加器ALU標志寄存器指令寄存指令譯碼時序和控制邏輯通用寄存器組地址寄存器組地址總線控制數據總線控制2.1.1微處理器的基本結構算術邏輯單元（運算器）寄存器組指令處理單元（控制器）2.1.28088/8086的功能結構8088的內部結構從功能分成兩個單元總線接口單元BIU——管理8088與系統總線的接口，負責CPU對存儲器和外設進行訪問執行單元EU——負責指令的譯碼、執行和數據的運算兩個單元相互獨立，分別完成各自操作兩個單元可以并行執行，實現指令取指和執行的流水線操作第3章3.1匯編語言的源程序格式請復習源程序格式采用任何一種源程序格式均可簡化段定義格式完整段定義格式本課程是“匯編語言”的繼續加強程序設計能力實踐I/O程序設計第1章教學要求1.

了解微機發展概況、熟悉典型微處理器和微機系統；2.

明確微機兩個應用方向、區別通用微機（PC機）和控制專用微機（單片機）；3.

了解微機的硬件組成，理解總線及其應用特點、掌握地址、數據、控制總線的概念；第1章教學要求（續）4.

熟悉PC系列機的主機板、存儲空間分配和I/O空間分配；5.

了解微處理器基本結構、8088/8086的內部功能結構；6.復習匯編語言源程序格式。習題1（第18頁）——

1.21.41.51.8硬件系列課程計算機組成原理側重討論計算機基本部件的構成和組成方式，基本運算的操作原理和單元的設計思想、操作方式及其實現方法和電路原理側重內部各單元的工作原理和實現方法（芯片內）微機原理及接口技術突出應用，詳細講述微處理器芯片的指令系統及編程、CPU外部特性、微機主板，與通用外設的接口電路及應用編程技術側重各模塊外部的連接和應用技術（芯片外）計算機體系結構重點論述計算機系統的各種基本結構、設計技術和性能定量分析方法側重整個系統的設計技術（芯片組合）返回世界上第一臺計算機ENIAC返回什么是微型計算機以大規模、超大規模集成電路為主要部件，以集成了計算機主要部件——控制器和運算器的微處理器為核心所構造出的計算機系統微處理器（Microprocessor）微型計算機（Microcomputer）返回Intel4004和采用4004的計算器返回Apple微型計算機Apple-IApple-II返回IBMPC系列機8088CPUIBMPC機IBMPC/AT機IBMPC/XT機返回英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium4返回明確3個概念的區別微處理器（Microprocessor）一個大規模集成電路芯片內含控制器、運算器和寄存器等微機中的核心芯片微型計算機（Microcomputer）通常指微型計算機的硬件系統還有一般的說法：微機、微型機微型計算機系統（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機系統返回Intel80x86CPU的地址線條數Intel80x86 地址條數 存儲容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386 32 4GB~Pentium4返回Intel80x86CPU的數據線條數Intel80x86 數據位數8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回系統總線的使用特點除了CPU外，還有DMA控制器和協處理器都具有控制系統總線的能力。它們被稱為“總線主控設備”在某一個時刻，只能由一個總線主控設備來控制系統總線在連接系統總線的各個設備中，某一個時刻只能有一個發送者向總線發送信號；但可