微机原理基本输入输出接口
微机原理及接口技术实验
微机原理及接口技术实验一、实验目的本实验旨在通过学习微机原理和接口技术，了解和掌握微机系统的基本原理和接口技术的应用，培养学生对微机系统的认识和实践操作能力。
二、实验内容1. 微型计算机系统设计与搭建2. 微机输入输出接口技术应用实验3. 微机总线技术应用实验4. 微机存储器技术应用实验5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验三、实验原理1. 微型计算机系统设计与搭建微型计算机主要由中央处理器、存储器、输入输出设备和总线组成。
本实验通过选择适当的芯片、电路连接和控制程序设计，实现一个基本的微型计算机系统。
2. 微机输入输出接口技术应用实验输入输出是微型计算机的重要组成部分，通过实验学习各种输入输出接口的原理和使用方法，并进行实际应用。
3. 微机总线技术应用实验总线是微型计算机各个部件之间传送数据和控制信息的公共通信路径。
通过实验学习总线的分类、结构和时序要求，掌握总线的实际应用。
4. 微机存储器技术应用实验存储器是微型计算机中存储数据和程序的重要设备。
通过实验学习不同类型存储器的原理和应用，掌握存储器的选择和使用。
5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验中断和直接存储器访问（DMA）是微型计算机连接外部设备的重要技术。
通过实验学习中断和DMA的工作原理，掌握中断和DMA的应用方法。
四、实验步骤1. 根据实验要求，设计并搭建微型计算机系统；2. 连接输入输出设备，并编写控制程序；3. 进行输入输出接口技术应用实验，如串行通信、并行通信等；4. 进行总线技术应用实验，如总线传输数据测试等；5. 进行存储器技术应用实验，如读写存储器数据等；6. 进行中断和DMA技术应用实验，如中断服务程序编写等；7. 完成相关实验报告并进行总结。
五、实验设备和材料1. 微型计算机实验箱、电源适配器；2. 8051单片机、存储器芯片、输入输出芯片，如74HC164等；3. LED数码管、LCD液晶显示器、键盘、计算器等输入输出设备；4. 可编程芯片编程器、逻辑分析仪等实验设备。
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。
微机原理及接口技术
微机原理及接口技术一、前言随着信息时代的到来，计算机技术的不断发展，微机技术已经得到了广泛的应用和发展。
微机原理及接口技术作为微机技术的重要基础，对于了解微机的结构和工作原理，以及实现微机与外部设备的通信具有十分重要的意义。
本文将围绕着微机的结构、工作原理以及微机与外部设备的接口技术进行详细的介绍和分析。
二、微机的结构微机是由中央处理器(CPU)、内存(MEM)、输入/输出(I/O)接口电路、总线(BUS)等部分组成的。
CPU是微机的核心部分，它能对数据进行处理、控制微机的运作；内存是储存数据和指令的地方，CPU可以直接对内存进行读取和写入操作；I/O接口电路是微机与外部设备之间进行数据交换的桥梁；总线则是将CPU、内存和I/O接口电路连接在一起，并传递数据和控制信息。
三、微机的工作原理微机的工作过程主要由指令执行和数据存取两个部分组成。
当CPU需要执行下一条指令时，会从内存中读取这条指令，然后进行解析并执行相应的操作。
当CPU需要访问数据时，会从内存中读取数据，并将数据写入内存中。
而CPU与输入/输出设备之间的通信也是通过I/O接口电路完成的。
CPU可以根据需要对内存进行读写操作，这是因为内存与CPU的速度非常接近，对内存的操作是非常快速的。
而CPU与外设之间通过I/O接口电路进行通信，则是因为I/O接口电路需要实现对不同类型的设备接口进行适配，对设备的操作速度也受到限制。
四、微机的接口技术为了实现微机与外部设备的通信，需要通过不同的接口技术来实现对不同类型设备的连接。
常用的接口技术有串行接口(Serial Interface)、并行接口(Parallel Interface)、通用串行总线(USB)、蓝牙接口(Bluetooth Interface)等。
其中，USB接口已经成为目前最为普遍的接口技术之一。
串行接口技术和并行接口技术是早期应用比较广泛的接口技术，它们的主要区别在于对数据的传输方式不同。
微机原理与接口技术课件全 (9)
（2）键的识别 通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法； 一种是“反转”法。 1）行扫描法 依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它 所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。 若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。 继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则 被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值 （即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表 法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式
当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址， 其寻址方式有如下两种： 此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操 作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写 命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存 储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。 这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。 采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软 磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键 盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口
返回
在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由 数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。
键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭 合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些 硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可 见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬 件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电 路简单，成本低，但占用CPU时间较长。
微机原理及接口技术知识点总结
微机原理及接口技术知识点总结微机原理和接口技术是计算机科学与技术专业中非常重要的一门课程，主要涉及到计算机的基本构造、工作原理和外部接口的设计与应用。
下面将对微机原理和接口技术的知识点进行总结，包括计算机的基本构成、计算机的工作原理、外部接口的设计与应用方面的内容。
一、计算机的基本构成1.主机和外部设备：计算机由CPU、内存、I/O设备组成。
外部设备包括输入设备（如键盘、鼠标）、输出设备（如显示器、打印机）和存储设备（如硬盘、光盘）等。
2.总线系统：计算机的内部通信系统，用于传输数据、地址和控制信号。
3.存储器：包括主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、光盘等），主要用于存储指令和数据。
4.CPU：计算机的核心部件，包括控制单元和算术逻辑单元，负责执行指令和进行数据处理。
二、计算机的工作原理1.运行过程：计算机的运行过程分为取指令、译码、执行和访存四个阶段，其中取指令和访存是主存和CPU之间的数据交换，译码和执行是CPU对指令的操作过程。
2.指令周期：指令在计算机中的执行单位。
包括取指令周期、译码周期、执行周期和访存周期。
3.指令集结构：计算机支持的指令集合，分为精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）。
4.中断和异常处理：当计算机发生中断事件（如外部设备请求）或异常情况（如除零错误）时，会中断当前指令的执行，并跳转到相应的中断处理程序或异常处理程序。
三、外部接口的设计与应用1.并行接口：通过多根信号线同时传输数据和控制信号，如并行打印接口（LPT）和辅助存储器接口（IDE）等。
2.串行接口：通过单根信号线逐位传输数据和控制信号，如串行通信接口（COM）和USB接口等。
3.总线接口：用于连接主机和外部设备之间的数据传输，如PCI总线和USB总线等。
4.DMA控制器：直接内存存取控制器，用于实现主存和外设之间的数据直接传输，减轻CPU的负担。
5.中断控制器：用于管理和处理外设的中断信号，实现中断的优先级和响应。
微机原理与接口技术输入输出接口技术
2021
2023
本章重点
O1
I/O接口的基本概念
O2
输入输出IN/OUT指令
O3
程序查询输入输出方式
O4
中断输入输出方式
O5
DMA输入输出方式
O6
I/O端口地址分配
6.1 接口技术基本概念
计算机系统的I/O接口
为什么输入输出设备不能像存储器一样直接连在总线上？
4
无条件方式 CPU认为外设的输入数据始终有效，随时可以输入；或外设的状态始终就绪，随时可以输出。
程序查询方式
CPU 和 I/O 串行工作
踏步等待
从I/O接口中读 一个字到CPU
从CPU向主存 写入一个字
CPU向I/O发 读指令
CPU读I/O状态
检查状态
Байду номын сангаас
完成否
未准备就绪
现行程序
问题的关键在于：输入时究竟什么时候输入设备数据成为就绪? 输出时什么时候输出设备的状态才成为就绪。很显然由于输入输出设备本身的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。
CPU与外围设备的定时有三种情况：
CPU和这类设备的数据交换不需要定时，CPU认为它们始终处于就绪状态，例如：机械开关，CPU认为输入设备的数据一定就绪，因为只要根据开关的闭/合就可以输入0/1信号；例如:显示二极管，CPU认为输出设备的状态一定就绪，因为只要CPU输出0/1信号，显示二级就可以灭/亮。
I/O接口的作用相当与一个转换器,它可以保证外围设备用计算机所要求的形式发送或接受信息。
I/O接口的功能
进行译码选址——在具有多台外设的系统中，外设接口必须能够进行地址译码，确定本设备是否被选中 转换信息格式——接口电路完成串／并转换、并／串转换 协调定时差异——为了缓解主机与外设之间的速度差异，对传输的数据或地址加以缓冲或锁存 提供联络信号——接口电路向主机提供外部设备“就绪”、“忙”，数据缓冲器“满”、“空”等状态信号 中断管理功能——接口电路有产生并管理中断请求和DMA请求的能力，以满足实时系统以及大批量数据传送的能力 可编程——对一些通用的接口电路，应该具有通过软件编程控制外设工作方式的能力 错误检测功能——对通信过程中的传输错误或者溢出错误能够进行实时检测
微机原理与接口技术输入输出实验
实验一：输入输出实验实验环境PC机＋Win 2010＋emu8086 实验日期2016.6.3 一．实验内容1.熟悉emu8086仿真系统，清楚调试环境，能熟练的查看8086仿真系统的寄存器、内存、堆栈等相关内容。
2.设计并单步调试实现一位十进制数的加法运算。
例如：屏幕显示效果为3+2=5,其中，加数和被加数为键盘输入，其他为屏幕自动输出。
3.在实现了一位十进制数加法运算的基础上，尝试实现两位十进制加法运算、一位十进制数的四则运算以及十进制多位数运算等扩展要求。
二．理论分析或算法分析1、Emu8086的使用（1）打开桌面上的云端软件，选择微机原理分类，点击Emu8086的图标，，选择【新建】。
（2）选择COM模板，点击【确定】，软件出现源代码编辑器的界面在源代码编辑器的空白区域，编写如下一段小程序：代码编写结束，点击菜单【文件】【另存为……】，将源代码换名保存。
本例将源代码保存为.asm。
：（3）如果源程序无错误，则编译通过单击【单步运行】可以单步调试，程序将每执行一条指令便产生一次中断（建议使用）。
单击【后退一步】可以返回到上一条指令（这个功能也是一般调试器没有的）。
单击【运行】，程序将从第一句直接运行到最后一句。
2、设计并单步调试实现一位十进制数的加法运算。
（1）选择新建一个.COM类型的文件。
（2）在编辑界面中，键入代码。
（3）点击工具栏的【模拟】按钮，进入调试窗口，单步调试并观察寄存器的变化情况。
3、进一步完善上述程序，实现一位十进制数的加法运算。
4、在实现了一位十进制数加法运算的基础上，选择完成如下题目：两位十进制加法运算、一位十进制数的四则运算、十进制多位数运算等。
三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）一位加法：org 100hmov ah, 1int 21hmov bl, al mov ah, 2 mov dl, '+' int 21hmov ah, 1int 21hand bl, 0fh and ax, 0fh add al, bl aaaor ax, 3030h mov bx, ax mov ah, 2 mov dl, '=' int 21h cmp bh, 30hje j1mov ah, 2 mov dl, bhint 21hj1:mov ah, 2 mov dl, blint 21hret 多位加法：org 100hmov ah, 1int 21hmov bh, al int 21hmov bl, al mov ah, 2mov dl, '+'int 21hmov ah, 1int 21hmov ch, al int 21hmov cl, aland bx, 0f0fh and cx, 0f0fh mov ax, cxadd ax, bxaaaor ax, 3030h mov bx, ax mov ah, 2mov dl, '='int 21h cmp bh, 30hje j1mov ah, 2mov dl, bhint 21hj1:mov ah, 2mov dl, blint 21hret一位减、乘、除：mov ah, 1int 21hand al, 0fhmov bl, al mov ah, 1int 21hmov dl, alint 21hand al, 0fhxor ah, ahcmp dl, '+'jne jp1add al, blaaajmp short jp4jp1:cmp dl, '-'jne jp2xchg al, blsub al, blaasjmp short jp4jp2:cmp dl, '*'jne jp3mul blaamjmp short jp4jp3:xchg al, bldiv blaam jp4:mov bx, axmov ah, 2mov dl, '='int 21hor bx, 3030h cmp bh, '1'jc j1mov dl, bhint 21hj1:mov dl, blint 21h四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）一位数加法：多位数加法：一位数减、乘、除法五．结论通过这次实验，我对EMU8086实验模拟环境有相应的了解，熟悉了基本的EMU8086的使用方法，同时也对mov这个指令有了深入的理解，并且知道了各个存储器里面的值得存储过程，为以后的的学习打下了坚实的基础。
第六章_基本输入输出接口技术
20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路
编程并行接口芯片8255A
二、 8255的内部结构
编程并行接口芯片8255A
三、8255的引脚功能
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
8251可编程通信接口
二、8251的结构和引脚特性
数据总线缓冲器
状态 缓冲器
发送数据/命 令缓冲器
接收数 据缓冲 器
RESET CLK C/D RD WR CS DTR DSR RTS CTS
读/写 控制电 路
发送器 P S
TxD
发送 控制 接收 控制 接收器 S P
TxRDY TxE TxC RxRDY SYN DET RxC RxD
输入/输出接口概述
五、 I/O接口的分类 通用接口 专用接口 串行接口 并行接口
编程并行接口芯片8255A
一、 8255A的主要特性
有3个8位并行数据I/O口PA、PB和PC口及1个8位控 制口CWR。 可编程设置方式0、方式1、方式2三种不同的工作方 式，用于无条件传送、查询传送和中断传送。 有两个控制字决定8255A的工作方式，通过编制初始 化程序，使用OUT指令从控制寄存器端口写入。有 一个状态字可供查询，使用IN指令从C端口读出。 提供兼容的TTL电平接口，原则上适用于需并行输入 输出的I/O设备。
微机原理 第6章 输入和输出
14
⒈无条件传送的输入方式
数据 三 来自 外设 态 缓冲器 8 数据总线DB 数据总线 地址译码器 地址总线
当执行： 当执行： IN AL , n
IO/M RD 图6-2 无条件传送的输入方式
15
⒉无条件传送的输出方式
74LS273 锁存器 到外设 CLK n IO/M WR 无条件传送的输出方式 8 数据总线DB 数据总线 地址译码器 地址总线
第6章 输入和输出
6.1 概述 6.2 输入和输出的寻址方式 6.3 CPU与I/O之间的接口信号 与 之间的接口信号 6.4 CPU与外设之间数据的传送方式 与外设之间数据的传送方式
1
6.1 概 述
输入和输出设备是计算机系统的重要 输入和输出设备是计算机系统的重要 组成部分。 组成部分。
程序 原始 数据 信息
25
1. 查询输入方式
数据口 • o 输 数据 入 > 装 +5V • oR
D 数据 M / IO
o
o o
CS
RD 地址译码
A7~ A0
数据端口
去DB 状态信息
Q
状态端口 地址 译码
Ready(D4) o 状态口 o CS o o
选通 信号
›
M / IO
RD
图6-5 查询式输入接口电路
26
当输入装置数据准备好① 当输入装置数据准备好①发出一个选通信 一面把数据锁存起来,一面送 号,一面把数据锁存起来 一面送 触发器的 一面把数据锁存起来 一面送D触发器的 CLK端,将D=1打入 端,使Q=1；②CPU读入状 打入Q端 使 端将 打入 ； 读入状 态信息READY(D4) ；③当READY=1,输入数据； 输入数据； 态信息 输入数据 读入数据同时,将状态信号清零 将状态信号清零。 ④读入数据同时 将状态信号清零。 程序段如下： 程序段如下：
32位微机原理上机实验报告：基本IO接口电路设计实验
西北工业大学明德学院实验报告实验项目微机原理及应用班级 121204姓名田家豪王辰硕学号 ****** ******指导老师伍明高时间 2015-4-14实验题目基本I/O接口电路设计实验实验目的(1) 掌握基本I/O接口电路的设计方法。
(2) 熟练汇编语言I/O端口操作指令的使用。
实验内容利用三态缓冲器74LS245、锁存器74LS374设计微机总线和外部设备的数据通道，实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。
用开关及LED显示单元的开关和数据灯作为输入和输出显示设备，将读到开关的数据显示在数据灯上。
实验原理1．输入接口设计输入接口一般用三态缓冲器实现，外部设备输入数据通过三态缓冲器，通过数据总线传送给微机系统。
74LS245是一种8通道双向的三态缓冲器。
DIR引脚控制缓冲器数据方向，DIR为1表示数据由A[7:0]至B[7:0]，DIR为0表示数据由B[7:0]至A[7:0]。
G引脚为缓冲器的片选信号，低电平有效。
2．输出接口设计输出接口一般用锁存器实现，从总线送出的数据可以暂存在锁存器中。
74LS374是一种8通道上沿触发锁存器。
D[7:0]为输入数据线，Q[7:0]为输出数据线。
CLK引脚为锁存控制信号，上升沿有效。
当上升沿到时，输出数据线锁存输入数据线上的数据。
OE引脚为锁存器的片选信号，低电平有效。
3．输入输出接口设计用74LS245和74LS374可以组成一个输入输出接口电路，既实现数据的输入又实现数据的输出，输入输出可以占用同一个端口。
是输入还是输出用总线读写信号来区分。
总线读信号IOR 和片选信号CS相“或”来控制输入接口74LS245的使能信号G。
总线写信号IOW和片选信号CS 相“或”来控制输出接口74LS374的锁存信号CLK。
实验系统中基本输入输出单元就实现了两组这种的电路。
实验说明及步骤本实验实现的是将开关K[7:0]的数据通过输入数据通道读入CPU的寄存器，然后再通过输出数据通道将该数据输出到数据灯显示，该程序循环运行，直到按动键盘上任意按键再退出程序。
微机原理及接口技术实验
接口技术简介
接口技术
接口技术是微型计算机中用于实现主机和外部设备之间数据传输和控制的技术。 它主要介绍各种常用接口电路和数据传输方式，以及如何实现数据的高速传输和 控制。
接口技术的应用领域
接口技术的应用领域同样非常广泛，包括打印机、显示器、硬盘、鼠标、键盘等 外部设备的控制和数据传输。通过接口技术的学习，可以掌握各种常用接口电路 和数据传输方式，为后续的嵌入式系统设计和应用打下基础。
问题解决能力增强
在实验过程中遇到问题时，我们 积极寻找解决方案，问题解决能 力得到了增强。
对未来实验的展望
增加实验难度和广度
希望未来实验能够增加难度和广度，涵盖更多的微机原理及接口技 术知识，以提升我们的专业技能。
加强实验与实际应用的结合
希望未来实验能够更多地与实际应用相结合，提高我们解决实际问 题的能力。
培养问题解决能力
在实验过程中，学生将遇到各种问题，需要通过 分析和解决这些问题，培养他们的问题解决能力。
实验内容
01
02
03
微机硬件结构实验
学生将学习如何拆解和组 装微机硬件，了解微机的 基本构成和工作原理。
存储器管理实验
学生将学习如何对微机的 存储器进行管理，包括内 存的分配、数据的读写等。
输入输出接口实验
完善实验指导和教材
希望实验指导和教材能够更加完善，提供更丰富的学习资源，帮助 我们更好地进行实验学习。
THANKS
感谢观看
注意事项与安全提示
注意事项
01
02
确保电源安全，避免短路或过载。
操作过程中避免用力过度，以免损坏设备 。
03
04
安全提示
如遇电源故障或设备异常，应立即切断电 源，保持安全距离。
微机原理与接口技术
微机原理与接口技术一、微机原理1.1. 微机的概念与发展微机是现代计算机的一种，通常包括中央处理器、存储器、输入/输出设备等部分，以及操作系统、应用软件等方面。
它是一种小型化的，具有高度自主、灵活性和可扩展性的计算机设备。
微机的发展源于计算机科学技术，始于19世纪60年代，经历了五十多年的演化发展，逐渐成为现代计算机的一个主要系列之一。
1.2. 微机的工作原理微机是一个高速度的计算机设备，它包括硬件和软件两个方面。
从硬件上看，微机包括中央处理器、内存、输入/输出设备等；软件方面主要包括操作系统和各种软件、程序。
微机的工作原理就是这两个方面的协同作用，首先通过输入设备将数据输入微机中，并与处理器和存储器进行交互，由操作系统控制各种资源，最后通过输出设备将结果反馈给使用者。
1.3. 微机的组成微机由中央处理器、存储器、输入/输出设备和操作系统等部分组成。
具体包括：中央处理器：是微型计算机最重要的组成部分，主要负责控制计算机运行、处理各种运算、指令执行等。
存储器：微机中的存储器由各种存储器构成，丰富的存储器可保证微计算机运行数据的高速存取、临时数据缓冲、预测等结果处理。
输入/输出设备：微机的输入设备主要包括键盘、鼠标等，输出设备主要包括显示器、打印机等。
操作系统：微机所使用的操作系统主要有Windows、Linux等，不同操作系统的功能、应用、兼容性也存在差别。
1.4. 微机的分类与应用微机根据不同的功能和应用可以分为不同的类别，如个人计算机（PC）、工作站、小型机、超级计算机等。
在应用方面，微机主要应用于办公、生产、控制、娱乐、医疗等广泛领域，其使用普及也是世界各地的各种行业、企业和机构。
二、接口技术2.1. 接口的定义与分类接口是指连接两个或多个系统、设备、技术等的一种机制，可以使它们之间进行数据传输和控制交互等。
接口按照数据传输的方向分为输入、输出或双向接口；按照数据传输的方式分为并行接口、串行接口等多种类型；按照物理连接方式，则分为USB、RS232、SCSI、IDE等种类。
微机原理Comp9.1资料
1.直接地址译码
直接地址译码是一种局部译码方法，按照系统分 配给某接口的地址区域，对地址总线的某些位进行译 码，产生对该接口包含的缓冲器和寄存器的组选信号， 再由低位地址线对组内缓冲器和寄存器译码寻址。
下图所示的直接地址译码电路的输出线分别用于输 入和输出。
A9A8 A7A6A5A4 A3A2A1A0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2F8H-2FFH
第九章 输入输出和接口技术
1. 接口的基本概念
2. I/O指令和I/O地址译码
3. 简单的I/O接口
9.1 接口的基本概念
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信 息交换，即通信(communication)。微型计算机 与外界的通信，是通过输入输出设备进行的， 通常一种I/O设备与微型机连接，就需要一个连 接电路，我们称之为I/O接口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系 统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。
2.
接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号 传送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过 接口传回外部设备。所以，接口的基本功能就是对数 据传送实现控制，具体包括以下功能： 地址译码 数据缓冲 信息转换 提供命令译码 状态信息 定时和控制。
3.接口电路的基本结构
数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 状态设置和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 控制命令逻辑电路一般由命令字寄存器和控制 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 执行逻辑组成，这一部分是接口电路的“中央处理 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 协调动作的。 器”，用来完成全部接口操作的控制。 工作。
接口控制信号图
微机原理与接口实验
微机原理与接口实验实验目的：通过实验，掌握微机系统原理和接口的基本知识，能够正确使用各种接口设备进行输入输出操作。
实验器材：8086微机系统、键盘、数码管、LED灯、示波器等。
实验一：键盘输入实验实验内容：1.连接键盘到8086微机系统。
2.编写汇编程序，实现用户输入字符，并在数码管上显示用户输入的字符。
3.将程序加载到存储器中，并运行程序，进行输入测试。
实验步骤：1.将键盘接口与8086微机系统相连接。
键盘的数据引脚接到8086微机系统的8位数据总线，键盘的控制引脚接到8086微机系统的地址总线和控制总线上。
2.编写汇编程序，初始化键盘接口并循环接收键盘输入的字符。
将键盘输入的字符加载到寄存器中，并将其数字值转换为对应的ASCII码值，再将其显示在数码管上。
3.将汇编程序加载到存储器中，并运行程序进行测试。
实验结果：通过实验，可以实现键盘输入功能，并能够在数码管上显示用户输入的字符。
实验二：LED灯输出实验实验内容：1.连接LED灯到8086微机系统。
2.编写汇编程序，实现控制LED灯的亮灭。
3.将程序加载到存储器中，并运行程序，观察LED灯的亮灭情况。
实验步骤：1.将LED灯接口与8086微机系统相连接。
LED灯的引脚接到8086微机系统的8位数据总线上。
2.编写汇编程序，初始化LED灯接口并循环控制LED灯的亮灭状态。
3.将汇编程序加载到存储器中，并运行程序观察LED灯的亮灭情况。
实验结果：通过实验，可以实现LED灯的亮灭控制，根据程序中的指令可以控制LED灯的闪烁频率和顺序。
实验三：外设输入输出实验实验内容：1.连接外设设备（如温湿度传感器等）到8086微机系统。
2.编写汇编程序，读取外设设备的输入信息，并控制外设设备的输出。
3.将程序加载到存储器中，并运行程序，观察外设设备的输入输出情况。
实验步骤：1.将外设设备接口与8086微机系统相连接。
外设设备的输入引脚接到8086微机系统的数据总线上，外设设备的输出引脚接到8086微机系统的控制总线上。
微机原理第六章 输入输出和中断技术 part 2 (2)
中断处理的一般过程
6.4.3 8088/8086中断系统
8086/8088为每个中断源分配 一个中断类型码（中断向量码），其取值范围为 0~255，实际可处理56种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断，已经开放 给用户使用的中断。所有中断又可分为两大类：内部中断和外部中断。
内部中断
6.4.2 中断处理的一般过程
1. 中断请求 2. 中断源识别及中断判优 3. 中断响应 4. 中断处理（服务） 5. 中断返回
1. 中断请求 ➢ INTR中断请求信号应保持到中断被处理为止 ➢ CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销
2. 中断源识别 ➢ 软件判优：由软件来安排中断源的优先级别。顺序查询中断请求，先查询的
➢ （4）能向存储器或外设发出读/写命令。 ➢ （5）能决定传送的字节数，并判断DMA传送是否结束。 ➢ （6）在DMA过程结束后，能向CPU发出DMA结束信号，将总线控制权交
还给CPU。
2. DMA控制器的工作过程 ➢ （1）当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向DMA控制器发出
“DMA传送请求”信号DRQ ➢ （2）DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD ➢ （3）CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA信号，对HOLD信号进
➢ （2）单步中断——1型中断，标志寄存器中有一位陷阱标志TF。 ➢ （3）断点中断——3型中断，专用于设置断点的指令INT 3，用于程序中设
置断点来调试程序。
➢ （4）溢出中断——4型中断，在算数指令的执行过程发出溢出 ➢ （5）用户自定义的软件中断——n型中断，执行中断指令INT n引起内部中
断。
需要时，CPU回到原来被中断的地方继续执行自己的程序。 优点： ➢ CPU效率高，实时性好 缺点 ➢ 程序编制相对较为复杂
微机原理与接口技术第6章_IO接口和总线
6.1、 I/O接口
查询式输入代码片段
6.1、 I/O接口
查询式输出
6.1、 I/O接口
查询式输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空 闲。
外设
数据线
状态线
6.1、 I/O接口
查询式输出工作过程
当输出设备将数据输出后，会发出一个ACK信号，使D触 发器翻转为0。
CPU查询到这个状态信息后，便知道外设空闲，可以执行 输出指令，将新的输出数据发送到数据总线上，同时 把数据口地址发送到地址总线上。
由地址译码器产生的译码信号和WR相“与”后，发出选 通信号，将输出数据送至8位锁存器。同时，将D触发 器置为1，并通知外设进行数据输出操作。
6.1、 I/O接口 查询式输出流程图
6.1、 I/O接口
常用的状态线有empty，busy 功能： 1、输出设备空闲，BUSY无效； 2、CPU写数据端口，输出设备输出数据，
缓冲器74LS244和74LS245 锁存器74LS373
6.1、 I/O接口 二、简单的输入输出接口芯片 1. 缓冲器74LS244和74LS245
连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力。 在CPU或I/O接口电路需要输入输出数据时，在它 的使能控制端EN（或G）作用一个低电平脉冲，使它的 内部的各缓冲单元接通，即处在输出0或1的透明状态。 数据被送上总线。 当使能脉冲撤除后，它处于高阻态。这时，各缓冲单元 像一个断开的开关，等于将它所连接的电路从总线脱开。 74LS244和74LS245就是最常用的数据缓冲。除缓冲作用 外，它们还能提高总线的驱动能力。
微机原理与接口技术总结
微机原理与接口技术总结第一章1、总线是计算机系统中互连各部件的一组公用信号线，负责在CPU与存贮器和输入输出设备之间传送地址、数据和控制信息，是计算机系统的神经中枢。
总线包括数据总线DB：双向，用来传递数据信息。
地址总线AB：单向，用于传送CPU发出的地址信息。
控制总线CB：用来传送CPU与存储器和I/O设备之间的读、写控制信号，时序信号和状态信号。
2、进位计数制十进制：数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9权：10的幂。
逢十进一，借一当十（245.25)10=2×102 +4×101 +5×100 +2×10-1 +5×10-2二进制：数：0、1权：2的幂。
逢二进一，借一当二（1101.01)2 =1×23 +1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2 =（13.25）10十六进制：数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F权：16的幂。
即逢十六进一，借一当十六（F5.4)16 =F×161+5×160 +4×16-1 =（）103、进位计数制之间的转换第二章1、通用寄存器：存放数据或地址AX：累加器BX：基址寄存器CX：计数器DX：寄存器SI ：源变址寄存器DI：目标变址寄存器BP：基址寄存器SP：堆栈指针2.段寄存器（16位）：存放存储器逻辑段的起始地址CS：代码段寄存器DS：数据段寄存器SS：堆栈段寄存器ES：附加段寄存器3.标志寄存器（FR）运算结果标志：CF：最高位向前有进位（或借位）CF=1 PF：偶数个1 PF=1 AF：低四位向前有进位（或借位）AF=1ZF：结果为零ZF=1 SF：结果为负SF=1OF；结果溢出OF=1 控制标志：TF：单步标志IF：中断标志DF：方向标志5、实模式下，物理地址=段基址×16+偏移地址第三章指令系统一、数据类型类型所占位数字节8位字16位双字32位单字符8位（ASCII码）例：‘A’存储形式为01000001（65），‘a’为01100001（97）近指针32位远指针48位BCD码压缩BCD码；1字节存放两位BCD码例：25 存储形式为00100101非压缩BCD码：1字节存放一位BCD码（低4位）例：25存储形式为00000010 00000101二、寻址方式1、立即数方式：立即数位于操作码之后，存放在代码段中。
微机原理 第九章 面向系统的输入 输出接口
青岛理工大学琴岛学院
9.2 Intel 可编程中断控制器8259A
中断控制器8259A的功能：
可管理8个中断源电路的中断，并能对其进行 优先级管理。 用9片8259A可组成主从式中断系统，管理64 个中断源电路的中断，并能对其进行优先级管 理。 对中断源有屏蔽或允许申请中断的操作。 能自动送出中断类型号，使CPU迅速找到中断 服务程序的入口地址。
专用 中断向量 （5 个）
00008H 00004H
0 号向量（除法错）
00000H
CS IP
16 位
青岛理工大学琴岛学院
硬件中断
非屏蔽中断的类型号为2，所以非屏蔽中断的入 口地址放在0段的0008H、0009H、000AH和 000BH四个单元中； 非屏蔽中断一般用来处理系统的重大故障，比如 系统掉电处理常常通过非屏蔽中断处理程序执 行； 非屏蔽中断子程序一般采用的措施：
青岛理工大学琴岛学院
9.2.1 8259A结构及引脚功能
28条引脚，双列直插式 封装 分为四组使用
8259A
青岛理工大学琴岛学院
结构框图
INTA INT D7～D0 数据总线 缓冲器 控制电路
RD WR A0 CS
/写 读读 /写 控制 控制逻辑 电路 中断 服务 寄存器 ISR 优先权 判别 电路 PR 中断 请求 寄存器 IRR
第9章 面向系统的输入/输出接口
青岛理工大学琴岛学院
中断系统
中断：是指CPU在执行当前程序的过程中，由 于某种随机出现的外围设备的请求，使得CPU 暂时停止正在执行的程序（即中断），转去执 行为外围设备服务的程序。当为外围设备服务 的程序执行完后，CPU再返回到暂时停止的程 序处（即断点），继续执行原来的程序，这就 是通常所说的外部中断。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微机原理基本输入输出接口
9
3. 接口电路芯片的分类
接口电路核心部分往往是一块或数块大规 模集成电路芯片（接口芯片）：
通用接口芯片
支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片
面向外设的专用接口芯片
针对某种外设设计、与该种外设接口
面向微机系统的专用接口芯片
与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能
的接口电路，编制配套的接口程序，支 持和连接有关的设备。
微机原理基本输入输出接口
4
常见接口插槽
串行口 PS2鼠标 10/100M网卡
并行口
MIDI/游戏接口
PS2键盘 千兆网
音箱/线入接 口/麦克风
USB
1394a 显示器接口
1394 微机原理基本输入输出接口
5
5.1.2 I/O接口 - I/O接口的主要功能
K8
地址 284H
译码
IN指令时序
0 与0 0
T1 T2 T3 Tw T4
非 CLK
执行:
MOV DX, 284H IN AL, DX
A15~A0 0000 0010 D0
P290图5.11 K2,K5,K8
IOR
闭合时DB=?, (AL)=?
01101101B=6DH
1. 接口电路的内部结构
2. 接口电路的外部特性
3. 接口电路芯片的分类
4. 接口电路的可编程性
微机原理基本输入输出接口
7
1. 接口电路的内部结构
CPU与外设主要有数据、状态和控制信息 需要相互交换，于是从应用角度看内部：
⑴ 数据寄存器
保存外设给CPU和CPU发往外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
微机原理基本输入输出接口
10
4. 接口电路的可编程性
许多接口电路具有多种功能和工作方式， 可以通过编程的方法选定其中一种；
接口需要进行物理连接，还需要编写接口 软件；
接口软件有两类：
初始化程序段——设定芯片工作方式等； 数据交换程序段——管理、控制、驱动外设，
负责外设和系统间信息交换。
微机原理基本输入输出接口
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
专门的I/O指令使程序清晰易读 0 空间
缺点：
I/O指令没有存储器指令丰富
80x86采用I/O端口独立编址
微机原理基本输入输出接口
13
I/O端口与存储器统一编址
优点：
FFFFF
不需要专门的I/O指令
I/O数据存取与存储器数 据存取一样灵活
第5章-1 基本输入输出接口
教学重点:
I/O接口电路的典型结构
无条件传送方式
查询传送方式
中断工作过程
DMA传送
微机原理基本输入输出接口
1
5.1 I/O接口概述
为什么需要I/O接口（电路）？ 多种外设 微机的外部设备多种多样； 工作原理、驱动方式、信息格式以及工
作速度方面彼此差别很大； 它们不能与CPU直接相连； 必须经过中间电路再与系统相连； 这部分电路被称为I/O接口电路。
⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存；
输出接口有锁存、缓冲环节； 输入接口有锁存、缓冲环节；
⑵ 对信号的形式和数据的格式进行变换
微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量；
⑶ 对I/O端口进行寻址； ⑷ 与CPU和I/O设备进行联络。
微机原理基本输入输出接口
6
5.1.2 I/O接口 - I/O接口的典型结构
微机原理基本输入输出接口
17
例:一个输入设备的简单接口电路
D7
数据线
~
I O
D0 A15 地址线
总 线
~ A0
地址 284H
译码 0
IOR
0
三态 缓冲器
与0 非
输入 设备
MOV DX, 284H IN AL, DX
输入设备接口电路，即硬件上保证: 只在CPU执行从284H端口输入数据时，三态门处于工作状态，使输 入设备的数据送上总线侧，而CPU执行其它指令时，三态门均处于高 阻状态，使输入设备的数据线与总线侧断开。
微机原理基本输入输出接口
2
5.1 I/O接口概述（续1）
什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间，用来协助
完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线
槽的电路板（适配器）都是接口电路
微机原理基本输入输出接口
3
5.1 I/O接口概述（续2）
什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术； 注意其软硬结合的特点； 根据应用系统的需要，使用和构造相应
思考：其他的指令为什么不可以？
例：IN AL, 50H; MOV AL, [0284H] 微机原理基本输入输出接口
;字节输入 ;字输入
;字节输出 ;字输出
功能演示 功能演示
微机原理基本输入输出接口
15
例:一个输入设备的简单接口电路
IO总线
D7
DB
~
D0
三态 缓冲器
开关 状态
A15 AB ~ A0
IOR
地址 284H
译码 0 与0 0 非 图中译码电路的作用：
该电路在CPU执行指令
只当A15~A0上出现284H时，
11
5.1.3 I/O端口的编址
接口电路占用的I/O端口有两类编排形式 I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间； 如8086/8088；
I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间； 如M68000。
微机原理基本输入输出接口
12
I/O端口单独编址
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
理解端口
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
微机原理基本输入输出接口
8
2. 接口电路的外部特性
主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大
内存 部分
缺点：
存储器空间
I/O端口要占去部分存储 器地址空间
程序不易阅读（不易分清 访存和访问外设）
00000
I/O 部分
微机原理基本输入输出接口
14
8088/8086的输入输出指令
输入指令
IN AL, i8/DX IN AX, i8/DX
输出指令
OUT i8/DX, AL OUT i8/DX, AX
MOV DX, 284H IN AL, DX 将输入设备的数据读入
（即0000 0010 1000 0100B） 输出0，其他输出1。
CPU内AL中
微机原理基本输入输出接口
16
例:一个输入设备的简单接口电路
D7
数据线 D0
三态
开关 K1
~
I O
D0 A15 地址线
总 线
~ A0
IOR
D7 缓冲器
输入 :