微型计算机原理及接口技术第1章

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要内容,本课程紧密结合电子类专业的特点，以微型计算机原理和应用为主题，以,Intel8086CPU,为主线，系统介绍了,微处理器,(,第二章）、,指令系统（汇编语言）,(,第三、四章）,、,存储器,（第五章）、,接口技术,（第六至十二章）、,总线结构,（第六章）一系列技术，从而使大家能较清楚的了解微机的结构与工作流程，建立起系统的概念。,本课程系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括,七大,可编程,接口芯片：中断控制器,8259A,、计数器,/,定时器,8253,、并行接口,8255A,、串行接口,

2、8251A,、,D/A A/D,转换器、,DMA,控制器,8237,A,、人机接口。,第,1,章 绪论,本章重点：,1,、,微处理器（,CPU,）,、微型计算机和,微型计算机系统的差别,2,、,CPU,的功能和组成部件,3,、,微型计算机的基本结构,1-1,微型计算机的发展概况,电子计算机分为巨型机（第一代）、大型机（第二代）、中小型机（第三代）和,微型机,（第四代）。,微型计算机采用大规模集成电路（,LSI,）、超大规模集成电路（,VLSI,）为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器；在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计思想。,微型计算机的发展以微处理器的发展为主要标志。

3、,（1981-1992）,（,1993,后）,第一代,4,位和低档,8,位机,Intel 4004,第二代,中高档,8,位机,8080/8085、Z80、MC6800,第三代,16,位机,Intel 8086、Z8000、MC6800,第四代,32,位机,80386、80486,第五代,64,位机,Intel Pentium,（,1971-1973,）,（1974-1978）,（1978-1981）,特点：,1,、速度越来越快。,2,、容量越来越大。,3,、功能越来越强。,微处理器的发展概况,将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微处理器。,字长,第

4、五代微处理器：,1993,年,3,月,Intel,公司制造出,Pentium,（,奔腾）微处理器；,1995,年,11,月，推出了,Pentium Pro,，,接着又推出了含有,MMX,（,多媒体扩展指令集）功能的,Pentium,处理器,P55C,；,1999,年,11,月推出,P,微处理器；,2000,年,11,月，,Intel,推出更新的微处理器芯片,P4,。（,目前市场上,P4,的集成度为：,4200,万管,/,片，时钟频率为：,3GHz,）,Motorola,、,Zilog,等公司也推出了相应的产品。,1-2,微处理器、微型计算机和微型计算机系统,*,微处理器、微型计算机和微型计算机

5、系统的区别,1.2.1,微处理器,*,CPU,的,功能：,取指,译码,执行,*,CPU,的,内部结构：,算术逻辑单元（,ALU),；,累加器和通用寄存器组；,程序计数器,(,指令指针,),、,指令寄存器和译码器；,时序和控制部件。,1.2.2,微型计算机,*,微型计算机的基本结构：,由,CPU,、,存储器、输入输出接口电路和系统总线构成。,存储器,一、功能：,存储程序和数据。,二、分类：,内部存储器（内存或主存）、外部存储器。,CPU,超,高,速,缓,存,主,存,辅,助,存,储,器,外,存,内部存储器,外部存储器,1.,内部存储器,是,计算机系统的内部存储部件，用于存放,正在运行,的程序、程序

6、所使用的,原始,数据,、中间结果和最终结果等各种信息,，是计算机系统的存储中心。,内存,（,Memory,）,直接,和,CPU,交换信息。,（,1,）随机存取存储器（,RAM,）：,SRAM,、,DRAM,（,2,）,只读存储器（,ROM,）：,掩膜,ROM,、,PROM,、,EPROM,、,E,2,PROM,。,（,3,）,超高速缓存,Cache,Cache,技术的采用是为解决微处理器速度不断提高而,DRAM,速度不能与之匹配的问题。出发点就是用,SRAM,和,DRAM,构成一个组合地存储系统，使它既有,SRAM,和,DRAM,的优点。具体就是在主存和高速,CPU,之间设置一个小容量的,SR

7、AM,作为高速缓存，其中存放,CPU,常用的指令和数据。,随机存取存储器，用来暂时存储用户输入的数据与程序。可随机地读出与写入。,只读存储器，用来存储微机系统管理程序,BIOS,等,(,芯片制造时写入,),。只能读出，不能写入。,2.,外部存储器,用于存放暂不运行的程序和输入处理的数据。,磁存储器：,硬磁盘、软盘。,一般,1.44MB,软盘的磁道为双面、每面有,80,个磁道，每个磁道为,18,个扇区，每个扇区有,512,个字节，存储容量为：,2,面,80,磁道,/,面,18,扇区,/,磁道,512,字节,/,扇区,=1.44MB,硬磁盘一般为,120GB,，,7200,转,/,分。典型的硬盘接

8、口有：,IDE,（,PC,机系统接口）、,SCSI,（,小型计算机系统接口,）、,ESDI,（,增强型小型外设接口）、,IPI,（,智能外设接口）。,三、有关内存储器的几个概念,1,、内存单元,内存由许多存储单元组成，每个内存单元可存放一组二进数。在微机中规定每个内存单元可存放,8,位二进制数，即一个内存单元存放一个字节的内容。,2,、内存单元的地址,为了区分各个不同的内存单元，就给每个存储单元编上不同的号码，即内存地址。,CPU,要访问某个单元时，先要通过地址总线送出该单元的地址号。内存的,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,1 0 1 1 0 1 1 0,38F04H,内存单

9、元地址,内存单元内容,.,.,.,.,.,.,7 6 5 4 3 2 1 0,3,、内存容量,内存所含存储单元的个数，以字节为单位。,内存容量：,某微机配置,2,条,128MB,的,DRAM,内存条，其内存容量为,256MB,。,4,、内存操作,读：,将内存单元的内容取入,CPU,，,原单元内容不改变；,写：,CPU,将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。,刷新：,重写存储单元，仅动态存储器有此操作。,地址,存放内容二进制表示,十六进制表示,FFFFFH,11000010,11000010,FFFFEH,C2H,18H,00010010,00009H,12H,00110100,00008

10、H,34H,01110000,00000H,70H,内存单元的地址和内容示意图,工作过程：,为了解决存储器系统的容量、存取速度及单位成本之间的矛盾，在主存和,CPU,之间设置高速缓冲存储器,Cache,，,在主存和外存之间设置辅存。,把正在执行的指令代码单元附近的一部分指令代码或数据从主存装入,Cache,中，供,CPU,在一段时间内使用。其特点是整个存储器系统的容量及单位成本能够主存相当，而存取速度可以与,Cache,的读写速度相当，这就很好地解决了存储器系统的上述三个方面性能之间的矛盾。,主存,-,辅存结构解决了存储器的大容量要求和低成本之间的矛盾，从整体看，其速度接近于主存的速度，其容量

11、则接近于辅存的容量，而每位平均价格也接近于廉价的慢速的辅存平均价格。这种系统不断发展和完善，就逐步形成了现在广泛使用的虚拟存储系统。,输入,/,输出接口电路,输入,/,输出接口电路也称为,I/O,（,Input/Output,）,电路，即通常所说的适配器、适配卡或接口卡。它是微型计算机与外部设备交换信息的桥梁。,主要用于,CPU,与外设之间的,数据转换、数据传输、速度匹配、电平匹配,等。,举例来说，显示器连接到总线上需要显卡，音箱连接到总线上需要声卡，键盘连接到总线上需要键盘接口（现在的键盘接口是固化到主板上了，因为其结构较简单）。,主要接口芯片有：锁存器（,273,、,373,），数据缓冲器

12、（,244,、,245,），可编程中断控制器,8259A,，,可编程定时器,/,计数器,8253,，可编程并行接口（,8255,、,8155,），可编程串行接口,8251,，,DMA,控制器,8237A,，数,/,模转换器（,ADC0809,、,ICL7135,），,模数转换器（,DAC0832,）,等。,传送控制信息的总线。其中，有些信号,线将,CPU,的控制信号和状态信号送往外设，,外设请求或联络信号送往,CPU,，,个别信号线,兼有以上两种情况。所以在讨论控制总线的,传送方向时要具体到某一个信号，它们可能,是输出、输入或者双向的。,传送数据信息的总线。在,CPU,进行读,操作时，内存或外

13、设的数据通过,DB,总线送,往,CPU,；在,CPU,进行写操作时，,CPU,数据,通过,DB,总线送往内存或外设，所以该总线,为双向总线。,总线,连接计算机系统中其他主要功能部件的桥梁，是计算机系统中信息输送的枢纽，只有通过总线，计算机系统的各部件才能实现相互通信。,总线标准：,物理特性：,根数、插头、插座的形状、引脚排列；,功能特性：,每根线的功能；,电器特性：,每根线上信号的传送方向及电平规定；,时间特性：,时序，每根线上信号何时有效。,总线的分类：,（,1,）内部总线：,微处理器内部各个器件之间传送信息的通路。,（,2,）元件级总线：,连接计算机系统中连各主要部件的总线。可分为：,（,

14、3,）系统总线：,微处理机机箱内的底板总线。可分为：,ISA,、,EISA,、,VESA,局部总线、,PCI,局部总线等。,（,4,）外部总线：,微机系统与系统之间、系统与外设之间的总线。,常用的有：,USB,、,EIA RS-232,、,IEEE-488,、,1394,、,RS485,等。,数据总线：,DB(Data Bus),地址总线：,AB(Address Bus),控制总线：,CB(Control Bus),传送地址信息、,CPU,在,AB,总线上输出,将要访问的内存单元或,I/O,端口地址、该总,线为单向，地址总线的位数决定了,CPU,可,以直接寻址的内存单元范围。,1.3.3,微型

15、计算机系统,微型计算机系统是由硬件和软件两部分组成。它以微型计算机为核心，配有软件和外部设备。,硬件,微机,外设,微处理器,存储器,I/O,接口电路,总线,键盘,硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实体。硬件的基本功能是接受计算机程序，并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。,显示器等,微型计算机系统的硬件结构如下图所示。,微处理器,CPU,存储器,RAM,接口电路,时钟,外存,I/O,设备,接口电路,存储器,ROM,数据总线（双向）,地址总线（单向）,控制总线,软件,系统软件,程序设计语言,应用软件：软件包，数据库,机器语言,汇编语言,高级语言,监控程序,操作系统,编

16、辑程序,解释程序,编译程序,诊断程序,软件系统是指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序。软件系统基本功能保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。,计算机的硬件和软件二者缺一不可，否则不能正常工作,。,计算机的性能指标,计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。,1.,主频,（时钟频率）：是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。单位,MHz,。微机的运行速度与主频有关。,2,、字长,：是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度。,3.,内存容量,：是指内部存储器中能存储的信息总字节数。以字节（,Byte,）,为单位。,4.,存取周期,：主存储器完成一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的存取周期（或读,/,写时间）。单位为纳秒（,ns,）。存取周期越短，计算机的运行速度就越快。,5.,运算速度,：微机每秒所能执行的指令数。这是个综合性的指标，单位为,MIPS,（,百万条指令,/,秒）。影响运算速度的因素，主要是主频和存取周期，字长和存储容量也有影响。,1.4,微型计算机的应用,科学