微机原理及应用第五版

微机在控制系统中的应用实例分析
工业自动化控制
微机作为控制器，通过采集传感器信号和执行器控制指令，实现 对生产过程的自动化控制。
智能家居系统
微机作为家庭控制中心，通过接收各种传感器的信号和用户的操作 指令，控制家居设备的运行。
交通信号控制
微机作为交通信号控制器，根据交通流量和路况信息，实时调整交 通信号灯的配时方案。
利用微机实现自动化生 产线的控制、监测和管
理。
信息技术
利用微机进行信息处理 、信息存储和信息传输
等。
人工智能
利用微机实现机器学习 、自然语言处理、图像 识别等人工智能技术。
02
微处理器结构与工作原理
典型微处理器结构
寄存器组：包括通用寄存 器、专用寄存器和控制寄 存器，用于暂存数据和指 令。
控制单元：负责指令的取 指、译码和执行控制。
USB总线
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种串行数据传输的总线标准，具有即插即用、热插拔 等特点，被广泛应用于计算机外部设备连接。
通信接口电路及数据传输方式
通信接口电路
通信接口电路是实现计算机与外部设 备之间数据传输的硬件电路，包括并 行接口电路和串行接口电路两种类型 。
06
总线与通信接口技术
总线概述及分类
01
总线定义
总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。
02
总线分类
根据总线所处位置的不同，总线可分为内部总线和外部总线；根据总线
上传输信息类型的不同，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。
03
总线标准
为了解决不同设备之间的兼容性问题，计算机中采用了标准化的总线，
掌握循环嵌套和多重循环的设计方法，实现复杂问题 的求解。
循环优化策略
通过循环展开、循环合并等技术，提高循环程序的执 行效率。
子程序设计方法
子程序概念与调用
了解子程序的概念、作用及调用方法，包括 参数传递和返回值处理。
子程序设计与实现
掌握子程序的设计方法，包括模块化设计、 局部变量使用等。
子程序调试与测试
微机原理及应用第五版
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目录
• 微机系统概述 • 微处理器结构与工作原理 • 存储器与I/O接口技术 • 汇编语言程序设计实践 • 输入输出设备及其接口技术 • 总线与通信接口技术 • 微机系统扩展与应用实例分析
01
微机系统概述
微机发展历程
第一代微机
以电子管为主要元件，采用机 器语言或汇编语言编程，体积
寻址方式与数据表示
立即寻址
操作数直接跟在操作码后面，作为指令的一 部分存放在内存代码中。
直接寻址
操作数的有效地址直接由指令给出。
间接寻址
操作数的有效地址通过访问存储器间接得到 。
寄存器寻址
操作数包含在寄存器中，寄存器的名称由指 令指定。
汇编语言程序设计基础
伪指令
用于定义数据、分配存储空间和指示程序结 束等。
宏指令
用一条指令代替一段程序，实现程序模块化 。
子程序
可被其他程序调用的独立程序段，实现代码 重用。
程序结构与设计方法
包括顺序结构、分支结构和循环结构等，以 及自顶向下和逐步细化的设计方法。
03
存储器与I/O接口技术
存储器类型及特点
随机存取存储器（RAM ）
可读可写，断电后数据丢失， 包括静态RAM（SRAM）和动 态RAM（DRAM）。
显示接口技术
计算机与显示器之间的连接通 常采用VGA、DVI、HDMI等 接口技术。其中，VGA是一种 模拟信号接口，而DVI和HDMI 则是数字信号接口，具有更高 的图像清晰度和更丰富的色彩 表现。
显示控制卡（显卡 ）
显卡是计算机内部专门负责图 像处理的硬件设备，它将CPU 处理后的图像数据转换为显示 器可以识别的信号，并通过显 示接口传输到显示器上。
03
打印控制语言
打印控制语言是计算机与打印机之间 进行通信的标准语言，用于描述打印 任务的具体内容和格式。常见的打印 控制语言包括ESC/POS、PCL、 PostScript等。
其他输入输出设备简介
鼠标
鼠标是计算机最常用的输入设备之一，通过鼠标的移动和点击操作， 可以实现光标定位、选择、拖拽等功能。
学习子程序的调试技巧和测试方法，确保子 程序的正确性和可靠性。
05
输入输出设备及键盘的基本工作原理
键盘是计算机最基本的输入设备之一，通过按键的按下与 释放，产生相应的扫描码或键码，实现字符、数字、控制 命令的输入。
键盘接口技术
键盘接口通常采用PS/2接口或USB接口与计算机连接。其 中，PS/2接口是一种传统的键盘鼠标接口，而USB接口则 具有更高的传输速度和更广泛的设备兼容性。
只读存储器（ROM）
只读不写，断电后数据保留， 包括掩模ROM、可编程ROM （PROM）、可擦除可编程 ROM（EPROM）和电可擦除 可编程ROM（EEPROM）。
高速缓冲存储器（Cache ）
位于CPU与主存之间，存取速 度快，用于缓解CPU与主存速 度不匹配的问题。
虚拟存储器
将内存与外存结合使用，为用 户提供一个比实际内存空间大 得多的逻辑地址空间。
ABCD
算术逻辑单元（ALU）： 执行算术和逻辑运算。
总线接口单元：与存储器 和I/O设备通信。
指令系统概述
指令格式
包括操作码、地址码等部分，用于表示指令的操 作和操作数地址。
寻址方式
直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等，用于确定 操作数的有效地址。
指令周期
取指周期、间址周期、执行周期和中断周期等， 描述指令执行过程。
07
微机系统扩展与应用实例分析
微机系统扩展方法
存储器扩展
通过增加内存条或硬盘等存储设 备，提高微机系统的存储容量和 数据处理能力。
I/O接口扩展
利用扩展卡或外部设备接口，增 加微机的输入输出功能，如USB 、串口、并口等。
总线扩展
采用总线技术，将多个设备或子 系统连接起来，实现数据的高速 传输和共享。
微机在智能仪器仪表中的应用实例分析
智能电表
微机作为电表的核心部件，实现电能计量、数据传输和远程控制等 功能，提高电表的智能化水平。
智能医疗仪器
微机应用于医疗仪器中，如心电图机、血压计等，实现数据采集、 处理和分析等功能，提高医疗仪器的准确性和便捷性。
智能传感器
微机与传感器相结合，实现传感器信号的采集、转换和处理等功能， 提高传感器的智能化程度和测量精度。
扫描仪
扫描仪是将纸质文档或图片转换为计算机可以处理的数字图像的设备 。扫描仪的种类有很多，包括平板扫描仪、馈纸式扫描仪等。
投影仪
投影仪是一种将计算机内部的图像或视频投射到大屏幕上的设备，通 常用于会议、教学等场合。
触摸屏
触摸屏是一种集成了显示和输入功能的设备，用户可以直接在屏幕上 进行触摸操作，实现与计算机的交互。
大、功耗高、可靠性差。
第二代微机
以晶体管为主要元件，采用磁 芯存储器，高级语言开始出现 ，运算速度提高，体积减小。
第三代微机
以中小规模集成电路为主要元 件，出现微处理器和半导体存 储器，操作系统和高级语言得 到广泛应用。
第四代微机
以大规模和超大规模集成电路 为主要元件，微处理器性能不 断提高，出现微型计算机和便
打印输出设备及其接口技术
01
打印机的基本工作原 理
打印机是将计算机内部的文字、图像 等信息输出到纸张上的设备。根据打 印原理的不同，打印机可分为针式打 印机、喷墨打印机、激光打印机等多 种类型。
02
打印接口技术
计算机与打印机之间的连接通常采用 并口、USB口等接口技术。其中，并 口是一种传统的打印机接口，而USB 口则具有更高的传输速度和更广泛的 设备兼容性。
键盘扫描码与键码
键盘扫描码是按键按下时产生的原始编码，而键码则是经 过转换后的标准编码，用于表示特定的字符或控制命令。
显示输出设备及其接口技术
显示器的基本工作 原理
显示器是计算机最重要的输出 设备之一，通过显示屏幕将计 算机内部的数据、图像等信息 呈现出来。显示器的显示原理 包括液晶显示、LED显示等多 种。
I/O接口电路及数据传输方式
I/O接口电路
包括端口地址译码电路、数据缓冲寄存器、控制逻辑电路等，用于实现CPU与外设之间 的数据交换。
数据传输方式
包括程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道方式等。程序查询方式需要CPU不断 查询外设状态，效率低下；中断方式允许CPU与外设并行工作，提高了效率；DMA方 式则允许外设直接与内存交换数据，进一步提高了数据传输效率；通道方式则通过专门
的通道控制器来管理多个外设的数据传输。
中断系统与DMA控制逻辑
中断系统
包括中断请求、中断响应、中断处理和中断返回等过程。中断请求由外设发出，中断响应由CPU响应并执行相应 的中断服务程序，中断处理完成后返回原程序继续执行。中断系统可以提高CPU的利用率和系统的实时性。
DMA控制逻辑
DMA控制器可以独立于CPU对内存和外设进行数据传输，包括DMA请求、DMA响应、DMA传输和DMA结束等 过程。DMA控制逻辑可以提高数据传输的效率和实时性，减轻CPU的负担。同时，DMA控制器还可以实现多种 数据传输模式，如单字节传输、块传输等。
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数据传输方式
数据传输方式分为并行传输和串行传 输两种。并行传输是将数据的各位同 时传送，而串行传输是将数据一位一 位地顺序传送。
串行通信协议及实现方法
串行通信协议
串行通信协议是指计算机与外部设备之间进行串行数据传输时所遵循的规则和约定，包括数据格式、 传输速率、传输方式等。
实现方法
实现串行通信协议的方法包括硬件实现和软件实现两种。硬件实现是通过专门的硬件电路来实现串行 通信协议；软件实现则是通过编程的方式来实现串行通信协议。
04
汇编语言程序设计实践
顺序程序设计方法
顺序结构程序设计
01
按照程序语句的书写顺序，逐条执行程序语句，完成相应的操
作。
数据传送与处理
02
通过汇编指令实现数据在寄存器、内存和I/O端口之间的传送和
处理。
指令执行流程
03
了解指令的执行过程，包括取指、译码、执行和写回等阶段。
分支程序设计方法
条件判断与分支控制
如ISA总线、PCI总线等。
常见总线标准介绍
ISA总线
ISA（Industry Standard Architecture，工业标准结构）总线是最早出现的微机总线标准，它采用并行数据传输方式 ，数据传输速率较低。
PCI总线
PCI（Peripheral Component Interconnect，外设部件互连）总线是一种高性能、高集成度的总线标准，采用并行 数据传输方式，数据传输速率较高。
微机在数据处理系统中的应用实例分析
1 2 3
数据库管理系统
微机作为数据库服务器，提供数据存储、查询、 更新和管理等功能，支持多个用户并发访问。
数据挖掘与分析
微机利用数据挖掘算法和统计分析工具，对大量 数据进行处理和分析，提取有价值的信息和知识 。
云计算平台
微机作为云计算节点，提供计算、存储和网络等 云服务，支持用户按需使用和弹性扩展。
根据条件判断的结果，选择不同的程序分支执 行。
分支指令与跳转表
使用分支指令（如JZ、JNZ等）实现程序流程 的跳转，构建跳转表实现多路分支控制。
分支结构的优化
通过减少冗余分支、合并分支等方法，优化分支结构的性能。
循环程序设计方法
循环控制结构
使用循环控制指令（如LOOP）实现循环结构的程序 设计。
循环嵌套与多重循环
携式计算机。
微机系统组成
微处理器
微机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
存储器
用于存储程序和数据，包括内存和外存。
输入输出设备
用于实现人机交互和数据传输，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
总线
用于连接各个部件，实现数据传输和通信。
微机应用领域
科学计算
利用微机进行数值计算 、数据处理和模拟仿真
等。
工业控制