微機原理及接口技術主講：brook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－－接口編程方法課程

內容章節目錄計劃學時第1章微型計算機系統概述 4第2章微處理器指令系統 8第3章匯編語言程序設計6第4章微處理器外部特性 6第5章存儲器系統 6第6章輸入輸出及接口 6第7章總線及總線接口2課程

內容章節目錄（續）計劃學時第8章中斷控制接口 8第9章定時計數控制接口 4第10章DMA控制接口 6第11章并行接口 12第12章串行通信接口 6第13章模擬接口 6第14章32位微型計算機系統0課程

特點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先修

課程學習方法很重要復習并掌握選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

要求第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計算機中數據的表示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.EXE1.3IBMPC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1.4計算機中的數據表示計算機處理的對象是各種數據，計算機中的數據均采用二進制形式。從使用角度來看，計算機中的數據可分為兩大類：

（1）數—用來直接表征量的多少，它們有大小之分，可進行各種數學運算。（2）碼—用來指代某個事物或事物的狀態屬性。計算機對碼主要是做管理、編輯、判斷、檢索、轉換、存儲及傳輸等工作。1.4.1計算機中的數在討論計算機中的數時，需要說明幾個基本概念:

(1)進位計數制---即采用進位的計數方法。采用這種計數方法后人們可以用有限的數碼符號來表示無窮大或無窮小的數。在計算機領域，常用的進位計數制有二進制、十進制、八進制和十六進制（因本課程不使用八進制數據，故以下從略）。例如，二進制中有兩個數碼符號，即0和1,執行逢2進1的運算規則；十進制中有10個數碼符號0-9，執行逢10進1的運算規則；十六進制中有16個數碼符號0一9及A一F，執行逢16進1的運算規則。注意，在十六進制中，數碼A表示十進制的10，但決不能記作10，因為1和0是兩個十六進制符號。

(2)基數---某種進位計數制中所包含的數碼個數就是該數制的基數（Base），如二進制的基數為2，N進制的基數為N。基數體現了該數制中進位和借位的原則：當我們在某個數位上計夠一個基數時需要向前進1；反之，從前一位借1可在后一位上當一個完整的基數來使用。

(3)權—也稱權重（Weight），表示進位計數制中各數位的單位值（可形象地理解為每個數位的單位“重量”）。權可以用基數冪的形式來表示，例如在十進制數1111.11中，各個“1”具有不同的權重，從左到右分別為：103、102、101、100、10-1和10-2。還可進一步推廣到N進制數(1111．11）N，從左到右各數位上的權重分別是：N3、N2、N1、N0,N-1和N-2。1.4.1計算機中的數

1.不同數制間的轉換

（1）十進制N進制的轉換——整數部分不斷除以N（基數）取余，直到被除數為0為止，小數部分不斷乘N（基數）取整直到被乘數為0為止。（2）N進制到十講制的轉換——按權展開。（3）二進制與十六進制間的轉換——二者間有一個簡單的對應關系：以小數點為中心，側每4位（不足4位時在外側補0)二進制數對應1位十六進制數，反向操作時亦然。1.4.1計算機中的數2.數的定點表示

真值：指符合人們使用習慣的數的原始表示形式。機器數：指數據在機器中的實際表示形式。定點數：是指小數點位置默認并固定資產的機器數。浮點數：是指這樣一種數據的表示方法，它的小數點位置表面上被固定，但通過指數的變化，小數點的實際位置是浮動的，其目的正是通過小數點的浮動來保持它的有效數字、即精度維持不變，浮點數在機器內部對應著NX2n組織形式，其中N稱為尾數，取二進制定點小數的形式，n稱為階碼或指數，取二進制定點整數的形式。

1.4.2計算機中的碼ASCII碼１．ASCII碼（AmericanStandardCodedforInformationInterchange）是“美國信息交換標準代碼”的簡稱。ASCII碼誕生于1963年，是一種比較完整的字符編碼，已成為國際通用的標準編碼，現已廣泛用于微型計算機中。２．通常，ASCII碼由7位二進制數碼構成，可為128個字符編碼。這128個字符共分兩類：一類是圖形字符，共9４個；另一類是控制字符，共3４個。96個圖形字符包括十進制數符10個、大小寫英文字母52個和其他字符3２個，這類字符有特定形狀，可以顯示在CRT上和打印在紙上，其編碼可以存儲、傳送和處理。3４個控制字符包括回車符、換行符、退格符、設備控制符和信息分隔符等等，這類字符沒有特定形狀，其編碼雖然可以存儲、傳送和起某種控制作用，但字符本身是不能在CRT上顯示和打印機上打印的。３．ASCII碼的一般形式是以一個字節來表示，它的低7位是ASCII值，最高有效位用來作為奇偶校驗位，用以檢測在字符的傳送過程中是否發生了錯誤。

1.4.2計算機中的碼BCD碼１．BCD碼(BinaryCodedDecimal)是十進制數的編碼表示法，由于機器中只能用二進制數，所以BCD碼是二進制編碼的十進制數，用四位二進制數來表示一位十進制數。BCD碼的種類較多，常用的有8421碼、2421碼、余3碼和格雷碼等。現以8421碼為例進行討論。２．8421碼是BCD碼中的一種，因組成它的4位二進制數碼的權為8、4、2、1而得名。在這種編碼系統中，十組4位二進制數編碼分別代表了0~9十個數碼。如下表所示

8421碼和十進制數碼的關系表十進制數碼8421BCD碼十進制數碼8421BCD碼000005010110001601102001070111300118100040100910011.4.2計算機中的碼BCD碼３．BCD碼有壓縮和非壓縮之分，壓縮的BCD碼就是用相應的4位的BCD碼代替十進制數的數碼所得的二進制數。非壓縮的BCD碼是指用8位的二進制數來表示一位十進制的數碼，在這個字節（8位的二進制數）中，低4位就是如上表所示的BCD碼，而高4位沒有意義，一般用“0000”來表示。

1.4.2計算機中的碼漢字的編碼１．只要能給每個