微型计算机原理与接口技术

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,微型计算机原理与接口技术,杨 立 邓振杰 荆淑霞等 制作,欢迎使用,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,1.课程性质及教学目的,微型计算机原理与接口技术是学习微型计算机基本知识和应用技能的重要课程。本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；熟悉各种类型的接口及其应用，树立起微型计算机体系结构的基本概念，为后继计算机课程的学习及应用打好基础。,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,2.课程教学安排,教学参考学时：8090学时,其中实,验学时：1620学时,考试形式：笔试+实践操作,3.教材主体内容结构,基本知识与基本概念,计算机的基本结构与工作原理,微处理器与微型计算机的概念,微型计算机系统组成及其应用,计算机中的数据表示、数制与编码的应用,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,80,86,微处理器,微处理器内部结构,存储器和,I/O,组织,总线周期与操作时序,高档微处理器简介,指令系统与汇编语言,指令的概念与寻址方式,8086指令系统介绍,汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍,汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,汇编语言程序设计及其应用,程序设计的方法和步骤,顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计,DOS,和,BIOS,中断调用,DOS,功能调用,BIOS,中断调用,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,微型计算机的总线技术,STD、ISA、EISA,系统总线,VESA,、,PCI,、,AGP,局部总线,USB、IEEE1394、I,2,C,总线介绍,存储器系统,随机存取存储器,RAM,只读存储器,ROM,存储器扩展接口,辅助存储器及新型存储器技术,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,输入输出接口技术,输入输出接口概述,输入/输出控制方式,可编程,DMA,控制器8237,A,中断技术,中断技术概述,8086的中断结构,微机系统的中断处理过程,可编程中断控制器8259,A,及其应用,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,通用可编程接口芯片,并行接口芯片8255,A,可编程串行输入/输出接口芯片8251,可编程定时器/计数器接口芯片8253,人机交互设备及接口,键盘与鼠标,视频显示接口,打印机接口,其它外设简介,微型计算机原理与接口技术,课程简介及要求,D/A,及,A/D,转换器,典型,D/A,转换器芯片,典型,A/D,转换器芯片,DAC,及,ADC,应用实例,本章主要教学内容,l,微处理器的产生和发展、微处理器系统,l,微型计算机分类、性能指标、微型计算机的应用,l,微型计算机系统的组成情况,l,计算机中数制的基本概念、数制之间的相互转换,l,无符号数和带符号数的表示方法,l,计算机中常用的ASCII码、BCD码、汉字编码,第1章 微型计算机概述,第1章 微型计算机概述,本章教学目的及要求,l,熟悉,微处理器的产生和发展，掌握微型计算机的分类、性能指标,l,掌握计算机的基本结构及工作原理,l,掌握,计算机中常用的数制及其转换、带符号数的表示、字符编码和汉字编码的基本知识,1.1,微型计算机的发展与应用,第1章 微型计算机概述,1.2,微型计算机的系统组成,1.3,计算机中的信息表示,1.1,微型计算机的发展与应用,1.1.1,微处理器的产生和发展,自从1946年推出世界上第一台电子数字计算机以来，计算机共经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路5个时代的发展。而在50多年的发展历程中，计算机技术突飞猛进，特别是进入20世纪70年代以后，微型计算机的出现为计算机的广泛应用开拓了更加广阔的前景。,随着大规模集成电路的发展，其作为计算机的主要功能部件，为计算机的微型化打下了良好的物质基础，20世纪70年代初在美国硅谷诞生了第一片微处理器。这种将计算机的运算器和控制器等部件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（Microprocessor）。微型计算机就是以微处理器为核心，再配上存储器、接口电路等芯片构成的。,微型计算机的特点是体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强和应用面广。,按照微型计算机的CPU字长和功能划分，它经历了6代的演变。,1.第一代（1971年1973年）：4位和8位低档微处理器,2.第二代（1974年1977年）：8位中高档微处理器,3.第三代（1978年1984年）：16位微处理器,4.第四代（1985年1992年）：32位微处理器,5.第五代（1993年1999年）：超级32位Pentium微处理器,6.第六代（2000年以后）：新一代64位微处理器Merced,1.1.2,微型计算机的分类,1.按照CPU的字长来分类,可分为4位、8位、16位、32位、64位微型计算机。,2.按照微型计算机的利用形态来分类,可分为单片微型计算机、单板微型计算机、位片式微型计算机、微型计算机系统。,1,.,1,.,3 微型计算机的应用,1.,办公自动化,办公自动化简称为OA（Office Automation）。是计算机、通信与自动化技术相结合的产物，也是当前最为广泛的一类应用。如：电子数据处理系统EDP（Electronic Data Process）；管理信息系统MIS（Management Information System）；决策支持系统DSS（Decision Supporting System）等。,2.,生产过程自动化,包括：计算机辅助设计,CAD,（,Computer Aided Design,）；计算机辅助制造,CAM,（,Computer Aided Manufacturing,）；计算机集成制造系统,CIMS,（,Computer Integrated Manufacturing System,）。,3.,数据库应用,数据库是在计算机存储设备中按照某种关联方式存放的一批数据。借助数据库管理系统DBMS（Database Management System），可对其中的数据实施控制、管理和使用。如科技情报检索系统、银行储户管理系统、飞机票订票系统等。,4.计算机网络应用,计算机网络是利用通信设备和线路等与不同的计算机系统互连起来，并在网络软件支持下实现资源共享和传递信息的系统。有局域网LAN、广域网WAN、城市网CAN和因特网。,5.人工智能,人工智能研究目前最具有代表性的两个领域是专家系统和机器人。,6.,计算机仿真,计算机仿真也称为模拟（Simulation），这是采用编制好的程序和配备相关环境在计算机上进行的模型试验，能够大大减少投资、避免风险。,7.,远程教育,远程教育是建立在互联网上的一种教学环境。它以现代化的信息技术为手段，以适合远程传输和交互式学习的教学资源为教材构成开放式教育网络。,1.2,微型计算机的系统组成,1.2.1,微型计算机的基本结构,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,各组成模块及其功能：,1中央处理单元,中央处理单元,CPU,（,Control Processing Unit,）是微型计算机的核心部件，是包含有运算器、控制器、寄存器组以及总线接口等部件的一块大规模集成电路芯片，俗称微处理器。,2主存储器,主存储器是微型计算机中存储程序、原始数据、中间结果和最终结果等各种信息的部件。,按其功能和性能，可以分为：,随机存储器,RAM,（,Random Access Memory,）,只读存储器,ROM,（,Read Only Memory,）,3系统总线,系统总线是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。根据传送内容可分成以下3种：,数据总线DB（Data Bus）：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送数据。,地址总线AB（Address Bus）：用于CPU访问主存储器和外部设备时，传送相关的地址。,控制总线CB（Control Bus）：用于传送CPU对主存储器和外部设备的控制信号。,4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。它是微型计算机外部设备交换信息的桥梁。,5主机板,主机板也称为系统主板或简称主板。主机板上有,CPU,芯片、内存槽、扩展槽、各种跳线和一些辅助电路。,6外存储器,分为软磁盘、硬磁盘、光盘存储器。,磁盘存储器由磁盘、磁盘驱动器和驱动器接口电路组成，统称为磁盘机。,光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。,7输入/输入设备,计算机最常用的输入设备是键盘和鼠标。,计算机最常用的输出设备是显示器和打印机。,1.2.2,微型计算机系统的组成,微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成：,硬件,微计算机,外围设备,微处理器,内存储器,I/O接口电路,系统总线,外部设备,过程I/O通道,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,编辑程序,解释程序,编译程序,诊断程序,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。,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,。,1.3,计算机中的信息表示,计算机的基本功能是对数据进行加工，在计算机内，不论是数字、字符、指令还是状态，都采用了二进制编码形式来表示，包括图形和声音等信息，也必须转换成二进制数的形式，才能存入计算机中。为了书写和使用方便，计算机中还采用了其它的数制，比如：八进制、十进制、十六进制等。,1.3.1,计算机中的数制及其转换,1.,数制的基本概念,对于任何一种数制表示的数，我们都可以写成按位权展开的多项式之和，其一般形式为：,N,d,n,1,b,n,1,d,n,2,b,n,2,d,n,3,b,n,3,d,m,b,m,式中：,n,整数的总位数。,m,小数的总位数。,d,下标,表示该位的数码。,b,表示进位制的基数。,b,上标,表示该位的位权。,为了区分各种计数制的数据，经常采用以下两种方法进行书写表达。,（1）在数字后面加写相应的英文字母作为标识。如：,B（Binary）表示二进制数；,O（Octonary）表示八进制数；,D（Decimal）表示十进制数，通常其后缀可以省略；,H（Hexadecimal）表示十六进制数。,（,2,）在括号外面加数字下标，此种方法比较直观。,如：二进制的,11010011,可以写成（,11010011,）,2,。,下表给出了计算机中不同计数制的基数、数码、进位关系和表示方法。,计数制,基数,数码,进位关系,表示方法,二进制,2,0、1,逢二进一,1010B或（1010）,2,八进制,8,0、1、2、3、4、5、6、7,逢八进一,247Q或（247）,8,十进制,10,0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,逢十进一,598D或（598）,10,十六进制,16,0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F,逢十六进一,7C2F H或（7C2F）,16,数制之间的转换,【例1.1】将十进制整数（103）,10,转换为二进制整数。按照转换规律，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：,2,103,2,51,余数为1,2,25,余数为1,2,12,余数为1,2,6,余数为0,2,3,余数为0,2,1,余数为1,0 余数为1,所以，（103）,10,（1100111）,2,【例1.2】将十进制小数（0.8125）,10,转换为二进制小数。按照转换规律，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：,