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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,微機原理與接口技術,主講：黃立森,1,課程介紹,內容：,微機原理,接口技術,前導課程：,匯編語言、數字電路等,與組成原理的關系：,使用教材：,微機原理與接口技術,劉峰 董秀 機械工業出版社,2,“微機原理與接口技術”是計算機科學與技術專業的核心課程，同時也是精密儀器、工業控制與自動化、機電一體化等專業的核心課程；隨著微型計算機（簡稱微機）應用的日益廣泛，其已滲透到國防、工業、農業、企事業和人們生活的方方面面，并且發揮著越來越重要的作用，因而，掌握微機原理及其接口技術就顯得十分的重要。,前言,3,本課程的學
2、習不但涉及到多學科的知識以及很多的新技術，而且還特別強調軟件與硬件的結合，強調學生的動手實踐能力，所以不但要求學生掌握一定的理論知識、匯編語言程序設計的基本思路與方法，還要求學生對計算機硬件知識有比較系統的掌握，如,80X86,系列（重點是,8086,）,CPU,的基本功能結構及其外部引腳功能的掌握，微機應用中常用的各種接口芯片，如,8255A,、,8259A,、,8253/8254,、,8237,、,0809,、,0832,、,74LS138,等各種芯片的內部邏輯及其外部引腳功能等。這些知識，有的部分是比較抽象的，而有的部分又是十分枯燥乏味的，但是，只要你循序漸進，課前做好預習，上課注意聽講
3、，課后獨立完成作業，這些困難都是可以克服的。,4,我們所使用的教材包含以下三個部分的內容：,1,6,章,微機原理、匯編語言程序設計,（其中,3,4,兩章為匯編語言程序設計）,7,13,章，接口技術及應用,在教學的過程當中,我們會根據我校的實際情況,對相關章節作一些刪減或增加一些內容。這會體現在我的課件中。,5,第,1,章 微型計算機基礎,本章要掌握的三個重點問題,1.,掌握微機系統各概念的定義。,2.,掌握微型計算機的工作原理，微型計算機的主要構件及組裝原理。,3.,掌握微機各主要性能指標,學會對微機系統進行評估,.,當然，本章還包含了計算機的發展、微處理器的發展過程及計算機的社會應用等方面的
4、知識。,6,1.1,微型計算機的發展,1946,年美國賓夕法尼亞大學設計出了用于彈道設計的第一臺電子計算機，,ENIAC,。它體形巨大，當然不能稱之為微機計算機，它占地,300,平方米，使用,1800,個電子管和,1500,個繼電器，重,30,噸，用電功率,50KW,，價值,48,萬美金。它是世界公認的第一臺電子數字計算機。,同樣是在,1946,年，美籍匈牙利科學家,馮,諾伊曼設計出了第一臺通用電子計算機，被稱為馮,諾伊曼機，馮,諾伊曼機的體系結構一直沿用至今。,隨著集成電路技術的不斷發展，現在的通用電子計算機已進入了微型化的時代，這其間經歷了四代的發展，微機的高速發展及互聯網技術的出現及發展
5、，標志著信息時代的到來。,7,根據組成計算機的器件不同，計算機的發展經歷了四代。,第一代（,1946,一,1957,年），電子管時代。計算機以電子管作為邏輯元件，主要使用機器語言，主要應用于軍事和稅收方面的計算。,第二代（,1958,一,1964,年），晶體管時代。計算機以晶體管作為邏輯元件，磁芯存儲器作為主存儲器，主要使用匯編語言，也使用,FORTRAN,ALGOL,和,COBOL,等算法語言（高級語言），主要應用于科學計算和過程控制。,第三代（,1965,一,1970,年），計算機以（中、小規模）集成電路作為主要邏輯元件，半導體存儲器作為主存儲器，主要使用匯編語言，也使用,FORTRAN,
6、BASIC,和,ALGOL,等算法語言，主要應用于科學計算和過程控制。,8,第四代（,1970,年一至今），大規模集成電路（,LSI),和超大規模集成電路（,VLSI),時代。計算機以,LSI,和,VLSI,作為主要邏輯元件，使用高級語言（如,PASCAL,C,等），以后又使用面向對象語言（如,C+,、,VB,VC,等），應用遍及軍事、科研、工業控制和社會生活的方方面面。,9,現在的計算機仍采用馮,諾伊曼體系,:,二進制、存儲程序并順序執行,；,計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備這五個部件組成，以運算器為中心；,存儲器采用線性編址，按地址訪問，每存儲單元位數固定。,指令由操作碼
7、與地址碼購成。,即指令格式：操作碼 地址碼,如：,MOV AX,，,1000H,A10010,1010 0001 0000,0000,0001 0000,10,2,。微處理器的發展及一些名稱的界定,（,1,）與之相關的幾個稱呼,微處理器 （,MPU,）,中央處理器（,CPU,）,微控制器 （,MCU,）,CPU,和,MCU,都是微處理器（,MPU,），當微處理器用于通用微型計算機時把它稱為,CPU,，當給微處理器加上一些必要的接口電路和存儲器后，我們把它叫做單片機或者叫微控制器（,MCU,）,微處理器是微型計算機的核心，其中集成了計算機五大部件中的兩個部件：運算器和控制器。現在這些產品主要由,
8、AMD,公司和,INTER,公司所壟斷。,11,2,。微處理器的發展及一些名稱的界定,（,2,）微處理器的發展,12,3.,微型計算機的分類,通常我們按微型計算機的結構對它們進行分類,微型計算機、單片機、單板機,A.,微型計算機,又稱,PC,機,它的結構特點是,“,多板多片”,通常用于信息處理和科學計算,也可用于工業控制。,B.,單板機,它的結構特點是,一片主板上安裝了一臺微型機所有的主要功能部件，如,CPU,、存儲器、各種外設接口、鍵盤、顯示部件等，主要用于工業控制，其典型機種,Z80,、,M6800,、,INTER8080,等都曾在我國廣泛應用過。,C.,單片機,其結構特點是,”,單片,”
9、,即一個芯片上集成了上述單板機的所有器件,由于它體積小,重量輕,常被嵌入到各種控制對象中,所以又稱為嵌入式計算機,.,主要用于各種自動化的儀器儀表和各種自動控制裝備,.,13,1.2,微型計算機系統組成,從三個不同的角度對微型計算機進行宏觀分析,從概念角度對微型計算機系統進行界定,從計算機組成原理的角度分析微型計算機的組成,.,從組裝制造一臺微型計算機的角度來分析微型計算機的各個部件,.,14,1.2.1,微型計算機系統概念,微機系統、微機硬件系統、微機軟件系統的三者之間的關系,微型,計算機,系統,微型計算機硬件系統,外圍設備：,I/O,設備、輔助存儲器、電源,結構件：機箱、面板、支架,微機的
10、軟件系統：,系統軟件、應用軟件,微處理器,內存儲器,接口電路,支持電路,運算器,控制器,15,系統軟件指的是用于管理、監控和維護計算,機資源的軟件，包括操作系統、編譯程序、各,種程序設計程序設計語言、故障檢查和診斷程,序等。,應用軟件一般指的專用于某種行業或某個具,體任務軟件。如財務管理軟件，人事管理軟件，,數據庫管理軟件，自動控制軟件等。,16,1.2.2,微型計算機結構與組成,現在計算機幾乎都采用馮,諾伊曼體系結構，這個結構主要是由如下的五個部件組成。,17,圖,1-2,微型計算機結構圖,我們在討論微機原理時往往用的是如下的結構圖，,從圖中可以看出，微機由,CPU,、存儲器、,I/O,子系
11、統、,系統總線四個部件組成。,18,19,1.CPU,CPU,是一個微電子芯片,它內部集成了計算機的五大部件中的運算器和控制器這兩個部件,.,它的工作是執行指令。（信息處理和數值運算）,(1),運算器。,它的工作是負責算術和邏輯運算。運算器內部主要是,ALU,（算術邏輯運算單元）、標志寄存器（,FLAGS,）、通用數據寄存器組（,REGS,）、暫存寄存器（,A,和,B,）等組成。,20,（,2,）控制器,控制器的作用是控制和指揮計算機各個部件自動、連續、協調的執行每一條指令。,控制器主要是由指令部件、時序部件和操作控制單元組成。,指令部件中,程序計數器,PC,負責給出將要被執行的下一個指令碼在
12、內存中的位置，而,指令寄存器,IR,用于保存正在被執行的這條指令，,指令譯碼器,ID,用于對當前正在被執行的指令進行分析譯碼，從而判斷這是一條什么指令。,操作控制單元,根據,ID,送來的信息和時序部件發出的時間順序信號按照一定的順序發出一組一組的微操作控制信號，控制計算機完成一條機器指令的執行。,21,2.,存儲器,按存儲器在計算機中位置,我們把存儲器分成內存和外存兩類,在這里我們討論的是計算機的內存,又稱為主存,主存通常是由半導體存儲器,ROM,和,RAM,所組成。,主存的功能是存儲正在執行的程序和這些程序所需用到的數據。,主存是由許多的存儲單元所組成，每個基本存儲單元的存儲容量是一個字節（
13、,8,位的的二進制位）每個存儲單元都有一個唯一的物理地址與其一一對應。,對主存的操作是讀與寫，若計算機執行主存寫操作，則數據是由,CPU,流向存儲器，若計算機執行主存讀操作，則數據是由存儲器流向,CPU,。,22,3.I/O,設備和,I/O,接口,（,1,）,I/O,設備,常用的輸入設備（略）,常用的輸出設備（略）,（,2,）,I/O,接口,通常,I/O,設備不能直接和微機的,CPU,交換數據，必須通過,I/O,適配器（又稱,I/O,接口）作中介，,80X86,系列計算機通過,IN,或,OUT,指令和,I/O,接口交換數據。,23,4.,系統總線（,BUS,）,系統總線是將,CPU,、存儲器、
14、,I/O,接口連接成一個完,整的計算機硬件系統的一組公共通道。,系統總線負責在上述三者硬件之間傳送控制信息、,地址信息、數據信息，但這些信息各自使用系統總線中,的不同部分，所以，我們又把系統總線再細分成控制總,線、地址總線、數據總線三個部分。,常見的系統總線標準有：,PCI,、,ISA,、,EISA,、,MCA,等。,24,有的教材把“系統總線”說成“總線”這容易給閱讀者造成,不必要的困擾，實際上計算機的總線是有三個層次的，,它們分別是片內總線、系統總線和通訊總線。,片內總線：連接,CPU,芯片內各部分的信息通道。,系統總線：,CPU,、主存、,I/O,接口三個部件之間的信息通道,通信總線：不同計算機之間、同一臺計算機的,I/O,接口與,I/O,設備之間的信息通道。如現在大家常見的,USB,總線，就屬,于通信總線這一層次的。,*片內總線、系統總線和通訊總線,25,1.3,微型計算機的構件,26,
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