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微机原理与接口技术ThePrincipleofMicrocomputer:ProgrammingandInterfacing主讲教师：沙爱军教研室:信息楼c2022课程介绍1、课程名称微机：微型的计算机。原理：8086CPU内部结构，引脚功能、中断以及与硬件结构密切相关的指令以及汇编编程。接口：CPU与外设的连接以及相应的接口编程（如存储器、串口、并口、显示器、键盘等）。即，两个方面的内容：硬件:接口电路连接和原理软件：接口编程方法本门课程有时也叫微机原理及应用。3课程介绍2、课程体系结构64学时（52理论+6个实验）43、课程目标结合Intel80x86系列CPU，掌握计算机组成、CPU内部结构、存储器、常用的I/O接口、指令系统、汇编语言等基本原理培养应用计算机硬件和软件基础知识的能力，达到能够利用外围芯片设计开发小规模的计算机应用系统的目的，为将计算机运用到现代通讯、信息处理、自动控制与检测等领域打下坚实的基础。为嵌入式、和单片机学习打下基础。课程介绍4、课程难点–涉及知识面广，内容抽象、整体概念建立困难–指令较多，难记难用–外围芯片多，容易混淆55、课程学习方法–态度决定一切。要勤奋，要珍惜青春，珍惜大学的机会，珍惜父母的辛劳。下定决心，刻苦钻研。天道酬勤，收获与时间成正比。–要进行研究型、探索性学习由单纯听讲、被动接受灌输的转化为：主动参与、发现、探究。课后要利用和图书馆和网络查找疑难点，利用实验室积极实践，独立完成作业。6、成绩组成课程总评成绩由平时成绩（占10%）、实验成绩（20%）、期末考试成绩（70%）三部分构成。请大家保证出勤。课程介绍6课程介绍7、参考材料（1）«微型计算机技术及应用»第三版戴梅萼，清华大学出版社（2）《微型计算机原理与接口技术》第四版周荷琴吴秀清编著中国科学技术大学出版社2008（3）《新编16/32位微型计算机原理及应用》李继灿，清华大学出版社，2004（4）《微型计算机系统原理及应用》周明德，清华大学出版社，2002。（5）《微型计算机原理及接口技术》钱晓捷陈涛，清华大学出版社。（6）精品课程、以及网上流传的视频教程，如石油大学，吉林大学的视频。7第1章微型计算机概述1.1微型计算机的发展概况1.2微型计算机系统1.3微型计算机工作过程1.4微型计算机分类和性能指标1.5计算机中数和字符的表示81.1微型计算机的发展概况引言微型计算机在各行各业得到了广泛的应用。电子计算机是20世纪人类杰出的发明与贡献之一，尤其在20世纪70年代初期，微型计算机的出现为计算机的广泛应用开拓了极其广阔的前景，给人类社会带来了巨大变化。特别是随着微型计算机技术和网络技术的高速发展，计算机走进了家庭，改变了人们的生活方式。91.1微型计算机的发展概况1、计算机发展简介世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的ENIAC，状况：有18,800个电子管，重30吨，占地150m2，耗电150kw，5000次/秒的加法。101.1微型计算机的发展概况计算机发展经历了四代：第一代：电子管计算机1946年电子管科学计算第二代：晶体管计算机1954年晶体管科学计算，数据处理和过程控制。第三代：集成电路计算机1964年，中、小规模集成电路实时系统和计算机通信网络有了一定的发展。第四代：大规模集成电路计算机1970年大规模集成电路体积缩小，性能提高，微型化的同时，实现了巨型化计算机网络、分布式处理技术、数据库管理等。第五代：智能计算机（非冯.罗依曼机）正在研制。在系统结构上类似人脑的神经网络，在材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上采用超并行的数据流计算等。111.1微型计算机的发展概况2、微型计算机的发展微型计算机是第四代计算机，伴随1970年大规模集成电路和微处理器发展。微处理器：将传统计算机的运算器和控制器等集成在一起。第一代：1971年（4位和8位低档微处理器）典型产品是Intel4004Intel8008微处理器。第二代微处理器：1973年（8位中高档微处理器）典型产品是Intel公司的8080/8085等微处理器。第三代微处理器：1978年（16位微处理器）典型产品是Intel公司的8086/8088及80286等微处理器。第四代微处理器：1983年（32位微处理器）典型产品是Intel公司的80386/80486等微处理器。第五代微处理器：1992年（高档的32位及64位微处理）典型产品是Intel公司的Pentium、PentiumII、PentiumIII、Pentium4（安腾）、core（酷睿）。121.1微型计算机的发展概况4004微处理器（1971，2250晶体管，4.2mmx3.2mm，世界上第一个微处理器）ITANIUM2(2000，2.14亿晶体管，1GHZ主频，0.18微米线宽，328个寄存器，…….）131.1微型计算机的发展概况摩尔定律（Moor‘sLaw）1965年集成电路内芯片的晶体管数目，每隔18－24个月，其集成度就要翻一番。（特定大小的芯片内晶体管数加倍。）四大定律主导网络时代：–贝尔定律（Bell‘sLaw）：性能相同的计算机价格将持续下降。–吉尔德定律（Gilder’slaw）：网络的带宽每６个月翻一番。–麦特卡夫定律（Metcalfe'sLaw）：对网络投入N,可以收到的回报是N的平方。141.1微型计算机的发展概况3、微型计算机特点–体积小、重量轻、耗电少。–可靠性高，使用环境要求低–系统外部芯片配套，系统设计灵活。–性能优良，价格低廉4、微型计算机应用领域两个主要应用方向：（1）高性能、多功能：功能越强越好、使用越方便越好用于数值计算、数据处理及信息管理方向如通用微机，例如：PC微机、因特网上大量信息检索、处理。（2）价格低廉、功能专一：可靠性高、实时性强、程序相对简单、处理数据量小的生产领域、服务领域、生活领域、用于过程控制及嵌入应用方向专用微机，例如：工控机、单片机、数字信号处理器、仪器仪表、自动空调15第1章微型计算机概述1.1微型计算机的发展概况1.2微型计算机系统1.3微型计算机工作过程1.4微型计算机分类和性能指标1.5计算机中数和字符的表示161.2微型计算机系统简介冯.诺依曼原理：存储程序，程序控制哈佛结构双存储器.指令存储器.数据存储器冯.诺依曼结构二进制信息表示指令和数据。五大组成部分。先将程序存入存储器，再由控制器自动读取并执行。单存储器计算机之父：约翰·冯·诺依曼（JohnVonNouma，1903－1957），美藉匈牙利人，世界著名数学家，最大贡献是对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工作。171.2微型计算机系统简介---微型计算机系统的组成一、微型计算机系统的组成1、微型计算机的组成：CPU(核心)存储器（RAM、ROM）输入／输出接口电路系统总线（CPU和其他部件之间提供数据、地址、控制信息的传输通道。181.2微型计算机系统简介---微型计算机系统的组成微型计算机（主机，此处为主板）191.2微型计算机系统简介---微型计算机系统的组成2、微型计算机系统组成微型计算机＋外部输入／输出设备＋系统软件/应用软件201.2微型计算机系统用户（应用）软件硬件微型机系统外围设备过程控制I/O通道A/D,D/A转换器开关量等外部设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备软驱、硬盘及磁带等外存储器主机输入输出(I/O)接口电路微处理器(CPU)运算器(算术逻辑运算单元ALU)控制器(控制单元CU)寄存器阵列(RA)内存储器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系统软件（操作系统、监控、编辑、编译、解释、诊断程序等）软件总线微型机系统框架图1.2微型计算机系统简介---微型计算机系统的组成211.2微型计算机系统1、微处理器组成：–运算器：即算术逻辑部件(ALU)。–寄存器组：用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。–控制器：控制逻辑部件。负责对整机的控制，使CPU内部、外部协调工作。–内部总线：总线用来传送CPU内部的数据及控制信号。二、微处理器1.2微型计算机系统简介---微处理器221.2微型计算机系统简介---微处理器1、微处理器组成：外部DB微处理器(CPU)AARPLAPC标志寄存器IDIRDRRA至外部CB外部AB4001HE7H4002H34H4003HA5H4004H62H4005H38H存储器地址单元内容ALU内部数据总线DB231.2微型计算机系统简介---微处理器1、微处理器组成：（1）运算器ALU(ArithmeticLogicUnit)进行算术或逻辑运算。一个数来自于累加器A(Accumulator)另一个来自于内部数据总线，可以是数据缓冲寄存器DR(DataRegister)中的内容，也可以是寄存器阵列RA(RegisterArray)中某个寄存器的内容。结果送回累加器A暂存。241.2微型计算机系统简介---微处理器（2）控制器CU(ControlUnit)是全机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。–指令寄存器IR(InstructionRegister)：存放从存储器取出的将要执行的指令码。–指令译码器ID(InstructionDecoder)：用来对指令寄存器IR中的指令操作码字段（指令中用来说明指令功能的字段）进行译码，以确定该指令应执行什么操作。–可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)：用来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制信号，并经过控制总线CB送往有关部件，从而使计算机完成相应的操作。253、内部寄存器阵列包括：程序计数器PC、地址寄存器AR、数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、累加器A、标志寄存器FLAGS。（1）程序计数器PC(ProgramCounter)也称为指令指针IP(InstructionPointer)。用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址。在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的第一条指令所在的存储单元地址送入PC。当执行指令时，CPU将自动修改PC内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。大多数指令是按顺序执行的，所以修改的办法通常只是对PC加1。但遇到跳转等改变程序执行顺序的指令时，后继指令的地址（即PC的内容）将从指令寄存器IR中的地址字段得到。1.2微型计算机系统简介---微处理器26（2）地址寄存器AR(AddressRegister)地址寄存器用来存放正要取出的指令的地址或操作数的地址。由于在内存单元和CPU之间存在着操作速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。在取指令时，PC中存放的指令地址送到AR，根据此地址从存储器中取出指令。在取操作数时，将操作数地址通过内部数据总线送到AR，再根据此地址从存储器中取出操作数；在向存储器存入数据时，也要先将待写入数据的地址送到AR，再根据此地址向存储器写入数据。1.2微型计算机系统简介---微处理器271.2微型计算机系统简介---微处理器（3）数据缓冲寄存器DR(DataRegister)数据缓冲寄存器用来暂时存放指令或数据。从存储器读出时，若读出的是指令，经DR暂存的指令经过内部数据总线送到指令寄存器IR；若读出的是数据，则通过内部数据总线送到运算器或有关的寄存器。同样，当向存储器写入数据时，也首先将其存放在数据缓冲寄存器DR中，然后再经数据总线送入存储器。数据缓冲寄存器DR是CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站，用来补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上存在的差异。281.2微型计算机系统简介---微处理器（4）指令寄存器IR(InstructionRegister)指令寄存器用来保存从存储器取出的将要执行的指令码，以便指令译码器对其操作码字段进行译码，产生执行该指令所需的微操作命令。（5）累加