微型机系统与内部接口
微机系统及其接口设计原理 课后习题

第二章、练习
1. 8086 CPU由哪两部分组成?它们的主要功能 是什么?8086与8088的主要区别是什么?
8086/8088微处理器的内部组成结构按照功能可分成
总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和指令执行部件 EU(Execution Unit)两大部分。 BIU的主要作用是实现CPU对外部三总线的控制并 与外部进行数据交换。具体的操作主要是根据指令 的要求合成20位的地址信号及产生与外部总线数据 传输需要的控制信号时序,最终实现与外部的数据 交换。
2. 8086/8088 CPU内部有哪些 寄存器?其主要作用是什么?
通用寄存器:AX,BX,CX,DX
AX(AH+AL):累加器(Accumulator)。是寄存器中
最忙的一个。大多数的算术和逻辑运算以及输入/输 出都必须经由它进行。 BX(BH+BL):基地址寄存器(Base)。在间接寻址 中作为偏移地址寄存器;在基址寻址中作为基地址寄 存器。 CX(CH+CL):计数寄存器(Count)。在块传送和 循环等指令中固定的充当计数器。 DX(DH+DL):数据寄存器(Data)。在乘除法指 令中固定充当辅助的操作数寄存器;在输入/输出指 令中固定作为外设口地址寄存器。
3.试述8086/8088 CPU中的SP, BP,SI,DI有何种特殊用途。
SP:堆栈指针(Stack Pointer)。 固定配合SS来指定
(寻址)内存中的堆栈区栈顶的当前偏移地址。当 执行完入栈/出栈指令后,SP的值会自动减2/加2。 其值将始终指向栈顶位置。 BP:基数指针(Base Pointer)。 用于提供多种寻址 方式中的偏移地址或基地址,还用于配合SS提供堆 栈区的非栈顶单元偏移地址。
微型计算机原理与接口技术(第4版)___题解及实验指导

微型计算机原理与接口技术(第4版)___题解及实验指导这份大纲旨在为《微型计算机原理与接口技术(第4版)吴宁题解及实验指导》给出一个概览,请参考以下内容。
概述介绍微型计算机原理与接口技术的基本概念引言微型计算机的发展和应用阐述微型计算机系统的组成和层次结构计算机硬件描述计算机硬件的基本组成包括中央处理器、存储器和输入输出设备讨论硬件的功能和特点计算机软件介绍计算机软件的概念和分类强调操作系统的作用和功能讨论软件的开发和应用微型计算机接口研究计算机与外部设备之间的连接和通信介绍接口的原理和技术分析接口的设计和实现实验指导实验准备介绍进行实验所需的基本准备工作包括实验器材、软件环境和实验原理的研究实验内容提供各章节相关实验的具体内容和步骤引导学生逐步完成实验任务强调实验中的关键点和注意事项实验总结总结每个实验的目的和结果分析实验过程中遇到的问题和解决方法提供实验的评价和改进建议通过这份《微型计算机原理与接口技术(第4版)吴宁题解及实验指导》大纲,学生可以了解该教材的内容和结构,对于研究和实验有一个整体的认识和预期。
本章介绍微型计算机原理与接口技术的基本概念和背景。
首先,讲解了计算机系统的组成和发展历程,帮助读者了解计算机系统的基本结构和演化过程。
其次,介绍了微型计算机的特点和分类。
通过本章的研究,读者能够建立起对微型计算机原理与接口技术的整体认识和理解。
本章将深入探讨微型计算机的结构和各个功能部件的作用。
首先,介绍了微型计算机的总线结构和数据流动方式,帮助读者了解信息在计算机系统中的传输过程。
然后,讨论了微型计算机的存储器层次结构和主要存储器的特点。
随后,讲解了微型计算机的中央处理器(CPU)的功能和内部结构。
最后,介绍了微型计算机的输入输出系统,包括输入设备和输出设备的种类和原理。
通过本章的研究,读者能够全面了解微型计算机的内部结构和各个功能部件的作用。
本章重点介绍微型计算机的编程技术,包括指令系统和汇编语言编程。
3.2机电一体化中的微型计算机系统

第三章 微机控制系统及接口技术
8位机有单片和多片之分,主要用于控 制和计算。 16位机功能更强、性能更好,用于比较 复杂的控制系统,可以使小型机微型化。
32位和64位机是比小型机更有竞争力的 产品。人们把这些产品称为超级微机。它具大 提高了软件的生产效率。
第三章 微机控制系统及接口技术
第三章 微机控制系统及接口技术
在单板机的印制电路板上装有一个 十六进制的小键盘和数字显示器,可完 成一些简单的数据处理和编辑功能。 用单板机实现机电产品的机电一体 化成本低,在机械设备的简易数控、检 测设备、工业机器人的控制等领域中得 到广泛应用。
第三章 微机控制系统及接口技术
3) 微型计算机系统
根据需要,将微型计算机、ROM、RAM、 I/O接口电路、电源等组装在不同的印制电路 板上, 然后组装在一个机箱内,再配上键盘、 CRT显示器、打印机、硬盘和软盘驱动器等多 种外围设备和足够的系统软件,就构成了一个 完整的微机系统。
第三章 微机控制系统及接口技术
(2)按微处理机位数分类
按微处理机位数可将微型计算机分为 位片、4位、8位、16位、32位和64位等机 种。所谓位数是指微处理机并行处理的数 据位数,即可同时传送数据的总线宽度。 4位机目前多做成单片机。即把微处理 机、1~2KB的ROM、64~128KB的RAM、I/O接 口做在一个芯片上,主要用于单机控制、 仪器仪表、家用电器、游戏机等中。
第三章 微机控制系统及接口技术
2)操作系统 所谓操作系统(OS-Operating System),就 是计算机系统的管理程序库。它是用于提高计 算机利用率、方便用户使用计算机及提高计算 机响应速度而配备的一种软件 。操作系统可以 看成是用户与计算机的接口,用户通过它而使 用计算机。它属于在数据处理监控程序控制之 下工作的一组基本程序,或者是用于计算机管 理程序操作及处理操作的一组服务程序集合。
微机原理及接口技术

2. 什么是机器码?什么是真值?解:把符号数值化的数码称为机器数或机器码,原来的数值叫做机器数的真值。
3. 8位和16位二进制数的原码 、补码和反码可表示的数的范围分别是多少? 解:原码(-127~+127)、(-32767~+32767)补码 (-128~+127)、(-32768~+32767) 反码(-127~+127)、(-32767~+32767)4.一般来说,其内部基本结构大都由 算数逻辑单元、控制单元、寄存器阵列、总线和总线缓冲器 四个部分组成。
高性能微处理器内部还有指令预取部件、地址形成部件、指令译码部件和存储器管理部件等。
二 1.总线接口单元BIU (Bus Interface Unit )包括段寄存器、指令指针寄存器、20位地址加法寄存器和先入先出的指令队列、总线控制逻辑。
负责与存储器、I/O 设备传送数据,即BIU 管理在存储器中获取程序和数据的实际处理过程。
20位地址加法器将16位段地址和16位偏移量相加,产生20位物理地址。
总线控制逻辑产生总线控制信号对存贮器和I/O 端口进行控制。
IP 指针由BIU 自动修改,平时IP 内存储下条要取指令的偏移地址;遇到跳转指令后,8086将IP 压栈,并调整其内容为下条要执行指令地址。
2.执行单元EU (Execution Unit )包括ALU 、状态标志寄存器、通用寄存器、暂存器、队列控制逻辑与时序控制逻辑等。
负责指令的执行。
将指令译码并利用内部的ALU 和寄存器对其进行所需的处理。
3.EU 和BIU 的动作管理—流水线技术原则控制器运算器 寄存器输入/输出接口存储器 CPU主机外部设备应用软件系统软件微型机软件微型机系统 微型机硬件(1)每当8086的指令队列中有2个空字节且EU 未向BIU 申请读写存储器操作时,BIU 就会自动把指令取到指令队列中。
(2)每当EU 要执行一条指令时,它会先从BIU 的指令队列前部取出指令代码,然后执行指令。
微机原理接口

微机原理接口
微机原理接口是计算机系统中用于连接外部设备的接口,用于实现数据和控制信号的传递。
接口通常由硬件和软件组成,硬件部分包括物理接口和逻辑接口。
物理接口是指连接计算机与外部设备之间的电缆、插座、连接器等物理连接部分。
不同的外部设备需要的物理接口类型各不相同,常见的物理接口有USB接口、HDMI接口、VGA接口等。
物理接口的设计需要考虑带宽、传输速率、信号噪声等因素。
逻辑接口是指连接计算机与外部设备之间的软件接口,通过逻辑接口可以实现数据的读写、设备的控制等功能。
逻辑接口通常由驱动程序提供,驱动程序负责将计算机的指令转换为硬件操作,使计算机与外部设备进行有效的交互。
在计算机系统中,各个设备的接口需要进行标准化,以确保不同厂商生产的设备可以互相兼容。
例如,USB接口就是一种标准接口,使得不同品牌的计算机可以连接同一种类型的USB设备。
接口的设计需要考虑可靠性、易用性、扩展性等因素。
良好的接口设计能够提高系统的稳定性和性能,使得不同外部设备能够方便地连接到计算机系统中,为用户带来更好的使用体验。
微型计算机原理与接口技术第7章

6位数码管接口电路
7FH
位 锁 存 器 ( 段 选 ) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 1 1 1 1 1 h g f e d c b a 8 D7-D0
CS (201H选中)
20H 位
D7-D0 锁 存 器 ( 位 选 )
D0 0 0 0 0 0 D 1
5
位 反 相 驱 动 器
DMA写传送: I/O端口信息 系统RAM某单元。 存储单元读 / 写传送: 在DMAC控制下, 实现系统 RAM RAM。 注意:在PC系列机中禁止RAM RAM传送。 4. DMA传送的过程
AB DB CB
HRQ DREQ
HOLD
总线保持请求
总线响应
DMA 请求 DMA 响应
注意: I/O 指令只能在端口和AL, AX, EAX之间 交换信息, 用DX间址, 但不能使用方括号, 即不能写成: IN AL, [DX]。
7.2 微机系统与外设交换信息的方式
微机系统与 I/O 端口的信息交换有四种方式: 无条件传送 中断方式 查询方式 DMA方式
采用何种方式与接口的硬件电路有直接关系
查询式输出接口示意图 数据 锁 数据总线 存 器 数据口选中 (8) 状态标志
Q D
输 出 设 备
IOW 地址译码器 地址总线
+5V
IOR
状态口选中
ACK
R
―0‖为空闲
接数据线D0位
查询式数据输出核心程序 设状态口地址=200H=数据口地址
TSCAN: MOV IN TEST JNZ MOV MOV OUT
HOLD
总线请求 总线响应
HRQ
DREQ
微型计算机接口技术第一章接口的基本概念

③Windows中访问I/O设备的方法:
可以象DOS下的程序一样直接访问I/O设备,这是为了兼容DOS应用程序 而提供的,但是缺乏好的安全性,而且有些设备是不能直接访问的(如 硬盘); 另外一种方法是利用VxD访问I/O设备。VxD是32位的程序,用来支持 Windows操作系统中的VMM(Virtual Machine Manager,虚拟设备管理) 管理计算机硬件及I/O设备,它具有很高的特权级。对于每一个应用程序 来说,VxD是一个虚拟的设备。特定设备的VxD可以接收很多个应用程 序的请求。利用VxD同外部设备通信,提高了多任务下资源的利用率; 同时也避免了设备访问冲突。
§3 总线技术
总线:就是计算机与计算机之间、模块与模块之间传递信息的信 号线的集合。 一、总线的结构 ①面向处理器的总线结构:
是将需要交换信息的模块通过总线建立点对点的连接。如下图所示:
②面向总线的总线结构:
以总线为中心,而将计算机中的所有设备(包括CPU)均看作是总线上 挂接的外设。如下图所示:
四、总线的传输方式
①同步式传输:传输周期是固定的,在传输周期内严格地按规定的时间发出 信号和进行相应的动作。有如齐步走。在微机中的典型实例是CPU与内存之 间的数据传输。
CPU为了对某一外设的端口进行读写操作,就需要在众多的I/O端口 中按选定该端口地址。如何通过CPU发出的地址编码来识别确认这 个端口,就是所谓的地址译码。
CPU
60#
50#
60#
70#
80#
第一章
六、I/O口地址的译码方法
接口基本知识
§1 微机接口中的基本概念
在接口芯片中,负责将CPU发出的地址信号转换成为唯一的片选信 号的电路,称之为译码电路。常见的译码电路有以下几种: ①固定式端口地址译码 :
微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)

第6章 输入/输出接口技术
2.端口编址方式 既然端口可被微处理器访问,如同存储单元,那么每个端口 也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中,对I/O接口 的端口编址有两种办法,即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器,如6800、68000系列构成的微型机采用 前一种方法;而用Zilog和Intel 公司的微处理器,如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的 微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上,这样短的时间用于向低速 外围设备传送是不可能的,因此,要在接口电路中设置数据锁存 器,将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存,再由外设进行处理, 以解决双方的速度匹配问题。
第6章 输入/输出接口技术
2.缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的,系统不 允许外设长期占用数据总线,而仅允许被选中的设备在读周期(或 写周期)占用数据总线。通过接口电路,就可以实现外围设备信息 在CPU允许期内传递到CPU数据总线上,其他时间对CPU总线呈高阻 状态,这样,设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入 三态缓冲器满足上述要求。 3.转换功能 通过接口电路,可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外 设电平幅度不符合CPU要求,则通过接口电路进行电平匹配,也可 以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1.数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据,数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息,或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等 输出设备的信息,它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的 数据及字符,通常为8位。
微机原理与接口技术

“微机原理与接口技术” 1. 微机系统的硬件由哪几部分组成?答:三部分:微型计算机(微处理器,存储器,I/0接口,系统总线),外围设备,电源。
2. 什么是微机的总线,分为哪三组?答:是传递信息的一组公用导线。
分三组:地址总线,数据总线,控制总线。
3. 8086/8088CPU的内部结构分为哪两大模块,各自的主要功能是什么?答:总线接口部件(BIU)功能:根据执行单元EU的请求完成CPU与存储器或IO设备之间的数据传送。
执行部件(EU),作用:从指令对列中取出指令,对指令进行译码,发出相应的传送数据或算术的控制信号接受由总线接口部件传送来的数据或把数据传送到总线接口部件进行算术运算。
4. 8086指令队列的作用是什么?答:作用是:在执行指令的同时从内存中取了一条指令或下几条指令,取来的指令放在指令队列中这样它就不需要象以往的计算机那样让CPU轮番进行取指和执行的工作,从而提高CPU的利用率。
5. 8086的存储器空间最大可以为多少?怎样用16位寄存器实现对20位地址的寻址?完成逻辑地址到物理地址转换的部件是什么?答:8086的存储器空间最大可以为2^20(1MB);8086计算机引入了分段管理机制,当CPU寻址某个存储单元时,先将段寄存器内的内容左移4位,然后加上指令中提供的16位偏移地址形成20位物理地址。
6. 段寄存器CS=1200H,指令指针寄存器IP=FF00H,此时,指令的物理地址为多少?指向这一物理地址的CS值和IP值是唯一的吗? 答:指令的物理地址为21F00H;CS值和IP值不是唯一的,例如:CS=2100H,IP=0F00H。
7. 设存储器的段地址是4ABFH,物理地址为50000H,其偏移地址为多少?答:偏移地址为54100H。
(物理地址=段地址*16+偏移地址) 8. 8086/8088CPU有哪几个状态标志位,有哪几个控制标志位?其意义各是什么?答:状态标志位有6个: ZF,SF,CF,OF,AF,PF。
微机原理与嵌入式接口技术(刘显荣)课件章 (10)

四种基本的扩展方法: 专用接口芯片扩展、 I/O模拟时序接 口扩展、 时序可编程芯片扩展和通信扩展。
1. 专用接口芯片扩展 在通用计算机领域, 对 CPU和相应的接口芯片的需求比 较大, 可以大批量生产以降低成本。 另外由于是通用的, CPU和接口芯片的种类不是太多。
第10章 嵌入式接口技术
SPI时序的总体要求是: 确保数据位在前一个时钟沿输出, 接收方在后一个时钟沿读取数据, 这样是最稳定的通信方式。
第10章 嵌入式接口技术 图10.6 SPI总线的环形结构
第10章 嵌入式接口技术
10.3.2 SPI从机选择 由于不具备总线仲裁能力,SPI总线上只能有一个主机,
第10章 嵌入式接口术 图 10.3 1602 字符液晶模块操作时序
第10章 嵌入式接口技术
第10章 嵌入式接口技术
第10章 嵌入式接口技术
10.2.3 STM32扩展1602 1. 硬件设计
STM32扩展 1602 的具体电路如图 10.4 所示。 虽然 1602 的工作电压是 5 V, 但是其数据、 状态和控制引脚为 TTL 电平, 和STM32的输出电平兼容, 引脚可以直接相连。 另外, 还可以用上拉电阻配合 MCU 的 OC 输出实现电平匹配, 不过 此时应该选择 5 V 兼容的STM32 接口线与 1602 液晶相连。
第10章 嵌入式接口技术
如图 10.1 所示,8086CPU与8255A的数据总线、 控制总 线直接相连, 地址总线基本也直接相连, 只有地址总线高位 上有译码电路, 这是因为在总线上往往挂有多个芯片, 在某 个时刻 CPU只能选中一个芯片, 与之建立联系。 因此必须利 用高位地址总线的译码结果选择芯片, 即高位地址 完成芯片选择, 低位地址完成片内寄存器/ 数据单元的选择。 数据与控制总线直连, 是专用接口芯片与CPU相连的一般规律。
微机原理与接口技术

微机原理与接口技术第一章 微型计算机基础1、试说明微处理器、微型计算机和微机系统的概念。
答:微型处理器: ①大规模核心芯片;②由运算器、控制器、寄存器组 组成。
微型计算机是由微型处理器、内存储器、总线、输入输出接口电路组成。
微型计算机系统:①微型计算机;②外部设备和软件组成。
2、两个数1234H 和9ABCH 分别存储在10000H 和21000H 开始的存储单元中,试画图表示存储情况。
3、现代计算机与冯诺依曼计算机的区别?答:①从存储器的结构来讲:冯诺依曼式计算机是单一的,现代计算机的存储器是由内存和外存组成的。
内存储器有主存、高速缓存、寄存器组;外存储器有硬盘、光盘、磁带等光驱。
②从控制器方面来讲:冯诺依曼式计算机通过CPU 集中控制来工作;现代计算机是由分散控制来实现。
③从通信方面来讲:冯诺依曼式计算机是通过CPU 通信;现代计算机通过总线通信。
4、微机系统的工作过程?以一个模型为例如来说明微机的工作过和,假设计算12H + 34 H ,程序如下:MOV AL , 12H ; 将12H 送到累加器中ADD AL , 34H ; 计算12H +34H ,结果送回累加器,编绎后丙坤指令对应的机器指令为:10110000 00010010 “ MOV AL ,12H ”, 00000100 00110100 ; “ ADD AL ,34H “PC :程序计数器 AR : 地址寄存器 AB :地址总线 M:存储器 RD:读 WR:写DB:数据总线 DR:数据缓存器 IR :指令寄存器 ID :指令译码器 PLA:控制信号ALU :运算器34H 12H ... BCH 9AH 10000H 10001H ... 21000H 21001H BOH 12H 04H 34H 10000H 10001H 10002H 10003H①首址在程序计数器PC中,首址送到地址寄存器AR中,PC -> AR,程序计数器加1,PC+1 -> PC,(PC)=10001H,AR -> AB找到存储器M,CPU发读信号,BOH -> DB -> DR -> IR -> ID -> 发出各种控制信号;② PC -> AR,程序计数器加1,PC+1 -> PC,(PC)=10002H,AR -> AB找到存储器M,CPU发读信号,12H -> DB -> DR ->AL;③ PC -> AR,程序计数器加1,PC+1 -> PC,(PC)=10003H,AR -> AB找到存储器M,CPU发读信号,04H -> DB -> DR -> IR -> ID -> 发出各种控制信号;④ PC -> AR,程序计数器加1,PC+1 -> PC,(PC)=10004H,AR -> AB找到存储器M,CPU发读信号,34H -> DB -> DR -> ALU IN1; AL -> ALU IN2ALU IN1 + ALU IN2 = 46H -> AL第二章8086/8088微处理器1、微型计算机的硬件主要由哪里几部分组成?运算器、控制器、存储器、寄存器、输入输出设备。
微机原理与接口技术(田辉)第一章

1-3-1 微型计算机
2、微型计算机分类
从微型计算机的结构形式来分,为单片机、单板 机和多板机。
单片微型计算机(即单片机)。把微型计算机的主要部件CPU、一 定容量的存储器、I/O接口及时钟发生器集成在一块芯片上的单 芯片式微型计算机。具有体积小、指令系统简单、性价比高等优 点,广泛应用于工业控制、智能仪器仪表等领域。 单板微型计算机,即单板机。是将微处理器、一定容量的存储器、 输入/输出接口、简单的外部设备、辅助设备通过总线装配在一 块印刷电路板上的微型计算机。主要用于实验室以及简单的控制 场合。
变集中处理为分级处理,浮点运算、高级语言
第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970) 存储容量大,运算速度快,几十至几百万次/秒
第四代 大规模、超大规模集成电路时代(1971至今)
向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化,微型化,网络化,智能化,多媒体化
微型计算机的发展
• 十进制数转换为R进制数:整数和小数部分分 别进行转换
1、整数部分 “除R取余”:十进制整数不断除以转换进制基数,直至商 为 0。每除一次取一个余数,从低位排向高位。
二. 进位计数制之间的转换
例:39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 2 19 1 ( b0) 2 9 1 ( b1) 2 4 1 ( b2) 2 2 0 ( b3) 2 1 0 ( b4) 0 1 ( b5 )
1-2 微处理器--- CISC与RISC
精简指令集计算机
提出背景:使用指令的80%,只占处理器指令集的20% RISC的基本思想 简化指令功能,指令集中只包含使用频度高、功能简单、能够 在一个节拍内执行完成的指令 将较复杂的功能用一段子程序来实现 大量使用寄存器,优化 CPU的控制逻辑,提高程序执行的速度
微机原理与接口技术

微机原理与接口技术微机原理与接口技术是计算机科学与技术领域中的重要内容,它涉及到计算机硬件、软件以及二者之间的协同工作。
微机原理是指微型计算机的基本工作原理,包括CPU、内存、输入输出设备等组成部分的工作原理;而接口技术则是指计算机与外部设备之间的连接方式和通信协议,它对计算机系统的扩展和应用起着至关重要的作用。
首先,微机原理是微型计算机系统中最基本的部分。
微型计算机由中央处理器(CPU)、存储器(内存和外存)、输入设备和输出设备等组成。
CPU是微型计算机的核心部分,它负责执行程序指令和控制各个部件的工作。
内存用于存储程序和数据,而外存则用于长期存储大量数据。
输入设备包括键盘、鼠标等,输出设备包括显示器、打印机等。
微机原理研究的重点是各个部件的工作原理、相互之间的协作关系以及计算机系统的整体结构。
其次,接口技术是微型计算机与外部设备之间的桥梁。
计算机系统通常需要与各种外部设备进行交互,比如打印机、扫描仪、摄像头等。
而这些外部设备往往采用不同的通信协议和接口标准,因此需要通过接口技术来实现它们与计算机系统的连接和数据交换。
接口技术涉及到物理接口、逻辑接口、通信协议等多个方面,它的设计和实现直接影响着计算机系统的扩展性、兼容性和性能。
微机原理与接口技术的研究对于计算机科学与技术领域具有重要意义。
首先,它有助于深入理解计算机系统的工作原理和内部结构,为计算机系统的设计、优化和调试提供理论基础和技术支持。
其次,它对于扩展和应用计算机系统具有重要的指导意义,比如在嵌入式系统、网络通信、图像处理等领域的应用。
此外,微机原理与接口技术的研究还为计算机硬件和软件的教学提供了丰富的案例和实践基础。
总的来说,微机原理与接口技术是计算机科学与技术领域中的重要内容,它涉及到计算机系统的基本工作原理和与外部设备的连接方式。
深入研究微机原理与接口技术,有助于理解计算机系统的内部结构和工作原理,为计算机系统的设计、优化和应用提供理论基础和技术支持。
《单片机微型计算机原理与接口技术》第八章 80C51单片微机的系统扩展原理与接口技术

②开始数据传送 在串行时钟线(SCL)保持高电平的情况下,串行数据线(SDA )上发生一个由高电平到低电平的变化作为起始信号(START) ,启动I2C 总线。I2C总线所有命令必须在起始信号以后进行。 ③停止数据传送 在串行时钟线(SCL)保持高电平的情况下,串行数据线 (SDA)上发生一个由低电平到高电平的变化,称为停止信号( STOP)。这时将停止I2C 总线上的数据传送。 ④数据有效性 在开始信号以后,串行时钟线(SCL)保持高电平的周期 期间,当串行数据线(SDA)稳定时.串行数据线的状态表示数 据线是有效的。需要一个时钟脉冲。 每次数据传送在起始信号(START)下启动,在停止信号 (STOP)下结束。 在I2C总线上数据传送方式有两种,主发送到从接收和从发 送到主接收。它们由起始信号(START)后的第一个字节的最低 位(即方向位R/W)决定。
①串行数据线(MISO、MOSI) 主机输入/从机输出数据线(MISO)和主机输出/ 从机输入数据线(MOSI),用于串行数据的发送和接收。 数据发送时.先传送MSB(高位),后传送LSB(低位)。 在SPI设置为主机方式时,MISO线是从机数据输入线 ,MOSI是主机数据输出线;在SPI设置为从机方式时, MISO线是从机数据输出线,MOSI是从机数据输入线。
8.1.1外部并行扩展原理
单片微机是通过芯片的引脚进行系统扩展的。 80C51系列带总线的单片微机芯片引脚可以构成图8-1所 示的三总线结构.即地址总线(AB)数据总线(DB)和控制总 线(CB)。具有总线的外部芯片都通过这三组总线进行扩展。 (1)地址总线(AB) 地址总线由单片微机P0口提供 低8位地址A0~A7,P2口提 供高8位地址A8~A15。P0口是地址总线低8位和8位数据总线复 用口,只能分时用作地址线。故P0口输出的低8位地址A0~A7必 须用锁存器锁存。 锁存器的锁存控制信号为单片微机ALE引脚输出的控制信 号。在ALE的下降沿将P0口输出的地址A0~A7锁存。P0、P2口 在系统扩展中用做地址线后便不能作为一般I/O口使用。 由于地址总线宽度为16位,故可寻址范围为64 KB。 (2)数据总线(DB) 数据总线由P0口提供,用D0~D7表示。P0口为三态双向
微机原理与接口技术重点概念

1.什么是中断?什么是中断向量?中断向量表的地址范围?答:中断就是CPU在执行当前程序时由于内外部事件引起CPU暂时停止当前正在执行的程序而转向执行请求CPU暂时停止的内外部事件的服务程序,该程序处理完后又返回继续执行被停止的程序;中断向量是中断处理子程序的入口地址;地址范围是00000H-003FFH。
2.微机系统的硬件由哪几部分组成?答:微型计算机(微处理器,存储器,I/0接口,系统总线),外围设备,电源。
3.什么是微机的总线,分为哪三组?答:是传递信息的一组公用导线。
分三组:地址总线,数据总线,控制总线。
4.8086/8088CPU的内部结构分为哪两大模块,各自的主要功能是什么?答:总线接口部件(BIU)功能:根据执行单元EU的请求完成CPU与存储器或IO设备之间的数据传送。
执行部件(EU),作用:从指令对列中取出指令,对指令进行译码,发出相应的传送数据或算术的控制信号接受由总线接口部件传送来的数据或把数据传送到总线接口部件进行算术运算。
5.8086指令队列的作用是什么?答:作用是:在执行指令的同时从内存中取了一条指令或下几条指令,取来的指令放在指令队列中这样它就不需要象以往的计算机那样让CPU轮番进行取指和执行的工作,从而提高CPU的利用率。
6.8086的存储器空间最大可以为多少?怎样用16位寄存器实现对20位地址的寻址?完成逻辑地址到物理地址转换的部件是什么?答:8086的存储器空间最大可以为2^20(1MB);8086计算机引入了分段管理机制,当CPU寻址某个存储单元时,先将段寄存器内的内容左移4位,然后加上指令中提供的16位偏移地址形成20位物理地址。
7.段寄存器CS=1200H,指令指针寄存器IP=FF00H,此时,指令的物理地址为多少?指向这一物理地址的CS值和IP值是唯一的吗?答:指令的物理地址为21F00H;CS值和IP值不是唯一的,例如:CS=2100H,IP=0F00H。
微机原理与接口技术

微机原理与接口技术(单片机)1.计算机的基本结构:1946年美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出的。
由运算器、控制器、存储器、输出设备和输出设备五部分构成。
2.两个基本能力:(1)能够存储程序(2)能够自动的执行程序3.技术机系统的组成(1)硬件系统、主要指物理设备(2)软件系统、是指管理计算机系统资源,控制计算机系统运行的程序、命令、指令和数据等。
4.硬件系统的组成:(1)主机:包括①中央处理器CP U又包括控制器又称逻辑运算和运算器又称数字运算。
②内存包括只读存储器ROM不可修改(程序)和随机存储器RAM可修改(数据)(2)外部设备:①输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、和光笔等②输出设备:显示器、打印机和绘图仪等。
③外存储器:磁盘、光盘和U盘等④通信设备:网卡和调制解调器5.软件系统(1)系统软件①操作系统②服务软件③编译和解释系统(2)a.信息管理软件b.辅助设计软件c.文字处理软件d.图形软件e.各种程序包6.计算机的分类:(1)巨型机(2)小巨型机(3)大型机(4)小型机(5)微型机(6)工作站7.计算机的特点:(1)运算速度快(2)计算精度高(3)记忆能力强(4)具有复杂的逻辑判断能力(5)具有执行程序的能力8.计算机的运算基础十进制二进制八进制十六进制0 0000 0 01 0001 1 12 0002 2 28 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D14 1110 16 E15 1111 17 F9.数值转换——安全展开求和10简易微处理器由控制器、运算器、寄存器组成(1)控制器由指令寄存器IR,指令译码器ID,可编程序逻辑阵列PLA(2)运算器算术逻辑部件ALU和标志位寄存器F(3)寄存机组需画出AL、BL/AR/DR/和IP.11.微处理器主要由ALU、寄存器组、指令处理单元、数据总线和地址总线控制等组成。
微机原理与接口技术总结

第一章微型计算机基础1、几个关键字:时钟频率、字长、寻址范围、地址总线、数据总线2、冯诺依曼结构中微型计算机的四大组成部分:CPU、内存、I/O接口、系统总线3、微处理器(CPU)包含:运算器(ALU):算数逻辑运算控制器(CU):指令译码,根据指令要求发挥出相应控制信息寄存器(Registers):存放数据4、存储单元是存放信息(程序和数据)的最小单位,用地址标识。
单位:位、字节、字5、三总线:地址总线(AB):输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址数据总线(DB):数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线(CB):协调系统中各部件的操作,决定系统总线的特点6、“裸机”指未装备任何软件的计算机所有物理装备的集合=硬件系统=裸机:CPU、I/O接口电路和半导体存储器(ROM和RAM)7、字长是指计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数8、时钟周期<总线周期<指令周期9、任意进位制数→十进制数:按位权展开十进制数→任意进位制数:辗转相除第二章8086/8088微处理器1、8086 CPU有两个独立逻辑部件组成(内部功能结构):总线接口部件(BIU):与内存或I/O端口传送指令或数据、产生20位的物理地址指令执行部件(EU):负责执行指令2、BIU负责取指令,EU负责执行指令,重叠执行大大减少了等待指令所需的时间,提高了CPU的利用率和整个系统的执行速度3、段寄存器:代码CS、数据DS、堆栈SS、附加ES通用寄存器:数据寄存器:AX、BX、CX、DX变址寄存器:源DI、目的SI指针寄存器:基址BP、栈SP标志寄存器:FLAGS指令指针寄存器:IP4、8086 CPU通过CS寄存器和IP寄存器能准确找到指令代码5、8086/8088段寄存器的功能是用于存放段起始地址及计算物理地址6、指针寄存器和变址寄存器:只能按16位存取。
7、可以用于寄存器间接寻址、基址变址等寻址方式的寄存器有BX、BP、SI、DI。
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程丹松 计算机硬件教研室
要点
1. 微型机接口系统构成 2. CPU内部结构与工作原理 3. CPU引脚信号与工作模式 4. CPU对接口的操作时序和总线周期 5. 8086的存储器和IO组织 6. X86接口系统架构及其发展
一、微型机接口系统构成
总线(原理课已讲 第四章)
溢 出 标 志 ( O v e rflow F lag ) 位 。 它 反 映 有 符 号 数 的 运 算 结 果 是 否 超 出 其 所 能 表 示 的 范 围 ; 字 运 算 的 范 围 为 -3 2 7 6 8 ~ + 3 2 7 6 7 , 字 节 运 算 的 范 围 为 -128~+127。 若 O F = 1, 则 表 示 结 果 溢 出 ; O F= 0, 表 示 结 果 未 溢 出 。 注 意 , O F标 志 主 要 针 对 有 符 号 运算。
通 用 寄 存 器
指 针 和 变 址 寄 存 器
控 制 寄 存 器
段 寄 存 器
通用寄存器的特殊用途和隐含性质
寄存器
特殊用途
名
在输入输出指令中作数据寄存器用 AX, AL 在乘法指令中存放被乘数或乘积,在除法指令中存放被除数或商
AH 在LAHF指令中,作目标寄存器用
在十进制运算指令中作累加器用 AL 在XLAT指令中作累加器用
PC /XT 系统主 板结构框图
486 /586 系统 主板结构框图
二、 CPU内部结构与工作原理
• 两级流水结构; • 总线分时复用; • 存储空间分段
管理;
• 指令集丰富; • 寄存器组丰富。
1.内 部 结 构 图
2.BIU与EU
各自组成、各自功能、并行工作过程
BIU: CPU与外部(m I/O)接口
符 号 标 志 ( S ign F lag ) 位 。 它 反 映 运 算 结 果 的 最 高 有 效 位 ( M SB) 为 0、 还 是 为 1; 对 有 符 号 运 算 来 说 , 它 反 映 了 运 算 结 果 为 正 、 还 是 为 负 。 若 SF= 1, 反 映 运 算 结 果 的 最 高 有 效 位 为 1( 或 结 果 为 负 ) ; 若 SF= 0, 则 表 示 最 高 有 效 位 为 0( 或 结 果 不为负)。
中 断 允 许 控 制 ( In te rru pt En able F lag) 位 。 若 设 置 IF= 1, 则 允 许 C PU响 应 可 屏 蔽 中 断 ( 开 中 断 ) ; 若 IF= 0, 则 不 允 许 C PU响 应 可 屏 蔽 中 断 ( 关 中 断 ) 。
陷 井 控 制 ( Trap F lag ) 位 。 若 设 置 TF = 1, 则 将 在 C P U运 行 中 设 置 陷 井 , 此 时 , CPU每 执 行 一 条 指 令 就 产 生 一 个 单 步 中 断 , 用 户 可 以 在 中 断 服 务 中 对 当 前 指 令 的 执 行 情 况 进 行 调 试 ; 若 TF= 0, 表 示 不 设 置 陷 井 。 该 标 志 主 要 用 于 程 序 的 单 步 调 试。
零 标 志 ( Ze ro F la g ) 位 。 反 映 运 算 结 果 是 否 为 全 0。 若 ZF= 1, 则 表 示 运 算 结 果 为 全 0( 各 位 均 为 0) ; 若 ZF= 0, 表 示 运 算 结 果 非 全 0( 各 位 不 全 为 0) 。
辅 助 标 志 ( A u xiliary F lag ) 位 。 该 标 志 主 要 用 于 BC D 码 运 算 后 的 调 整 。 它 反 映 运 算 中 低 四 位 向 前 ( 即 D3向 D4) 有 无 进 位 ( 针 对 加 运 算 ) 或 借 位 ( 针 对 减 运 算 ) 。 若 AF= 1, 表 示 有 进 位 或 借 位 ; 若 AF= 0, 表 示 无 进 位 或 借 位 。
O F D FI FT FS FZ F A F
P F
0 C F
PSW
序
)
状 态
字
标志位 DF IF TF
OF
SF ZF AF PF CF
表 ( 3.3
PSW 中 标 志 位 的 用 法 及 含 义 用法及含义
方 向 控 制 ( D ir e c t io n F lag ) 位 。 若 设 置 D F = 1, 则 串 操 作 后 , 源 和 目 的 操 作 数 的 地 址 均 向 增 址 方 向 调 整 ; 若 设 置 DF= 0, 则 向 减 址 方 向 调 整 。
提供总线信号 完成所有总线操作 功能: 地址形成(逻辑→物理地址) 取指令(CS:IP)、指令排队 读/写操作数 总线控制容量:k-m EU: 负责全部指令的译码和执行 向BIU提供数据和地址 管理寄存器及标志
386的组成和工作原理
3.内部寄存器
15 A H
87 A L
BH
BL
C H
C L
D H
总线定义,意义,实际上由多种总线结构:单、双、三、多 数据总线:
– 双向 – 宽度 – 内容:数据、状态、控制信息、命令
地址总线:
– 单向 – 位数--〉内存容量
控制总线:
– CPU发出的读、写、中断相应信号等 – 接口发给CPU:时钟信号、中断请求、DMA请求、准备就绪等
接口与外设间的信号
– 数据信号,地址信号、控制信号 – 不像CPU与接口那么统一规范。根据接口和外设类型不同而不同
在间接寻址中作基址寄存器用 BX 在XLAT指令中作基址寄存器用
CX 在串操作指令和LOOP指令中作计数器用
CL 在移位/循环移位指令中作移位次数计数器用
DX
在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数 在间接寻址的输入输出指令中作地址寄存器用
在字符串运算指令中作源变址寄存器用 SI 在间接寻址中作变址寄存器用
15
SP
D L
B P
SI D I
1 5
I P
F RLeabharlann 15C SD S SS E S
0 累 加 器 基 址 寄 存 器
计 数 器 数 据 寄 存 器
0 堆 栈 指 示 器 基 址 指 示 器 源 变 址 器 目 的 变 址 器
0 指 令 指 示 器
标 志 寄 存 器
0 代 码 段 寄 存 器
数 据 段 寄 存 器 堆 栈 段 寄 存 器 附 加 段 寄 存 器
在字符串运算指令中作目标变址寄存器用 DI 在间接寻址中作变址寄存器用
BP 在间接寻址中作基址指针用
SP 在堆栈操作中作堆栈指针用
隐含性质
不能隐含 隐含 隐含 隐含 隐含 不能隐含 隐含 隐含 不能隐含 隐含 不能隐含 隐含 不能隐含 隐含 不能隐含 不能隐含 隐含
1 5
(程
表 ( 3 .2
P S W )