微型计算机原理概述及基础知识

微机原理及接口技术,教材:微机系统与接口 冶金工业出版社,要求和目的:,通过本课程的学习，较全面地掌握计算机的基本工作原理，学会分析计算机系统，掌握汇编语言程序设计基本方法，为开发计算机系统打好基础，提高计算机应用和开发能力。为后续课程的学习打下基础，并在今后有关工程设计中加以灵活应用,学习成绩: 小测验(15%) 期末统考(70%) 考勤、作业(15%),重点与难点： 硬件、软件及应用,体会：繁、杂，规定多、约定多,参考书目： 三级偏硬考试教程(东南大学出版社) 三级考试试卷汇编(苏州大学出版社) 微机原理与接口技术(陈光军主编 北京大学出版社) 微机原理与接口技术(周明德主编 人民邮电出版社),课时计划,●计算机和微机的发展及分类 ●微机系统组成 ●接口及其编址方式 ●CPU与外设间的数据传送方式 ●进制转换和基本逻辑运算,第1章 概述及基础知识,主要内容,1.1 微机简介,计算机系统是能够自动地、快速地、准确地进行信息处理的电子工具，其工作过程的实质是电子器件状态的快速变化。,1.1.1 计算机的发展,第一代计算机是电子管计算机。,1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator & Computer)研制成功。,1945年3月，冯·诺伊曼起草了一份关于“离散变量自动电子算机EDVAC的设计报告，对ENIAC作了两项重大的改进：,一是在计算机内采用二进制，大大简化了计算机的结构和运算过程；,二是把程序和数据一起存贮在计算机内，使得计算机的全部运算成为真正的自动过程。,1956年，美国贝尔实验室用晶体管代替真空管，制成了世界上第一台全晶体管计算机Lepreachaun。,第二代计算机是晶体管计算机。,第三代计算机是中小规模集成电路计算机。,第四代计算机是大规模集成电路计算机。,第五代计算机是人工智能计算机。,这一代的核心设计思想是突破冯·诺伊曼体系结构。遗憾的是，迄今为止，还没有出现一台真正意义上的第五代计算机。,1.1.2 微机的发展与分类,1. 微机的分类,(1)按结构分可以把微机分成单片机和多片机,单片机是把中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、输入/输出端口等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。,多片机是指将中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、输入/输出端口、总线等主要计算机功能部件，采用微焊接、封装等工艺分别用一块芯片集成，然后再组装起来的微型计算机。,(2)按组装方式可以把微机分为单板机和多板机,单板机是指将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上，包括微处理器、存储器、输入\输出接口，还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等其他外部设备。,多板机是指将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板(即微机主板)上，再通过系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显示器、打印机、软/硬盘驱动器及光驱等设备。,(3)按外形可以把微机分为台式机、笔记本,(4)按CPU的数据总线位数分,把微机分为4位机、8位机、16位机、32位机、64位机等。,2. 微机的发展,(1)第一代：4位及低档8位微处理器,(2)第二代：中、高档8位微处理器,(3)第三代：16位微处理器,(4)第四代：32位微处理器,(5)第五代：高档32位微处理器,(6)第六代：64位微处理器,1.1.3 微机应用领域,1. 科学计算和编制程序,2. 过程自动控制,3. 信息处理和事务管理,4. 网络应用和辅助工程,1.2 微机系统基本组成,1.2.1 硬件(Hardware)及外围设备(Peripheral),1. 微处理器(CPU),2. 存储器(Memory),主要由算术逻辑部件ALU、控制部件CU和寄存器组三者组成。,由半导体或其他磁性材料的存储器芯片组成，主要用来存放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据。,3. 系统总线(System Bus),尽管各种微机的总线类型和标准有所不同，但是大体上都包含三种不同功能的总线，这就是数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)。,４．输入/输出设备(I/O设备即外围设备)及其接口电路,输入设备是将程序、数据、信息和询问信号送给微机的一类设备。,输出设备是将微机的计算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来的一类设备。,５. 输入/输出接口电路,输入/输出接口电路是CPU和I/O设备打交道的必经之路，具有协调和转换功能，通常又简称为接口。,1.2.2 软件(Software),计算机软件可以分为系统软件和应用软件两大类。,1.2.3 微机结构,1. 冯·诺伊曼结构,2. 现代微机结构,控 制 总 线,1.3 接口基础,1.3.1 接口电路的必要性,存储器具有以下四个特点：,(1)功能单一,(2)外部设备的传送方式复杂,(3)种类有限,(4)速度匹配,外部设备却不具备以上存储器的这四个特点。,(1)外部设备的功能各式各样,(3)外部设备的种类繁多,(4)外部设备的速度缓慢,(2)传送方式单一,例：某火灾报警系统的部分接口电路如图所示。该系统 具有温度和烟雾浓度超限报警和自动灭火功能。当温度或烟雾浓度超限时，进行光报警；两者同时超限时，进行光、声报警，并开启电磁阀，进行喷淋灭火。按键A为手动报警按钮，按键B为解除报警按钮。半导体温度传感器的温度测量范围为0℃~127℃，对应输出电压为0V~5V。ADC0809输入电压范围为0V~5V。开关式集成烟雾传感器报警时输出高电平，正常工作时输出低电平。8253的通道0、通道1、通道2均工作于方式3(方波发生器)，按BCD码计数。扬声器的报警声音频率为2kHz。8253、8255的方式控制字及8255的置位/复位控制字格式如图所示。,GATE0 A0 CLK0 A1 OUT0 RD CLK1 WR 8253 GATE1 CS GATE2 OUT1 D7~D0 CLK2 OUT2,,,,IOW IOR A1 A0,PA7~PA0 D7~D0 PB0 PB1 CS PB2 WR PC0 RD A1 PC4 A0 8255 PC1 PC5 PC6 PC7,D7~D0 IN0 ADDA ADDB ADDC EOC IN7 OE START ALE ADC 0809,