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微机原理与接口技术

微机原理与接口技术. 设计：微机原理课程组. 课程 介绍. 微机 原理 及 接口 技术. 典型机型： IBM PC 系列机. 基本系统： 8086CPU 和半导体存储器. I/O 接口电路及与外设的连接. 硬件－－接口电路原理 软件－－接口编程方法. 主要教学内容：. （ 1 ）微型计算机系统概述 （ 2 ）计算机中的数制和码制及基本组成电路 （ 3 ）微型计算机的基本工作原理 （ 4 ） 16 位微处理器 （ 5 ） 86 系列微型计算机的指令系统 （ 6 ）微型计算机的程序设计 （ 7 ）微型计算机汇编语言及汇编程序 （ 8 ）输入 / 输出接口

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微机原理与接口技术

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Presentation Transcript

  1. 微机原理与接口技术 设计：微机原理课程组

  2. 课程介绍 微机原理 及 接口技术 典型机型：IBM PC系列机 基本系统：8086CPU和半导体存储器 I/O接口电路及与外设的连接 硬件－－接口电路原理 软件－－接口编程方法

  3. 主要教学内容： • （1）微型计算机系统概述 • （2）计算机中的数制和码制及基本组成电路 • （3）微型计算机的基本工作原理 • （4）16位微处理器 • （5）86系列微型计算机的指令系统 • （6）微型计算机的程序设计 • （7）微型计算机汇编语言及汇编程序 • （8）输入/输出接口 • （9）中断控制器、计数/定时器及DMA控制器 • （10）A/D及D/A转换器

  4. 学习资料 • （1）微型计算机技术及应用（第4版） ，戴梅萼、史嘉权 ，清华大学出版社 • （2）钱晓捷之微服网http://www2.zzu.edu.cn/qwfw

  5. 学习方法 学习方法很重要 复习并掌握先修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践 总成绩＝考试成绩 ＋实验成绩＋平时成绩

  6. 第0章 绪 论 • 计算机的诞生和发展 • 微型计算机系统组成 • 微型计算机的概念结构

  7. 0.1 计算机的诞生背景 • 第二次世界大战 • 诞生时间：1946.2.15 • 第一台全数字电子计算机，名字：ENIAC • Electronic Numerical Integrator And Computer（电子数字积分计算机）

  8. 该计算机的情况： • （1）ENIAC共用18000多个电子管，6000多个继电器，耗电140KW，占地170平米，重30吨，运算速度5000次 /秒。当时价值48万美元。 • （2）数据表示——十进制 • （3）工作存储器——只有20个单元，用于存放数据 • （4）编程——先要人工对面板上的6000多个电子开关进行机械定位，然后都转插线插头，插入与拔出方式来编程

  9. 0.1.2 按性能、价格、体积的不同分为六类： • 巨型机 • 大型机 • 中型机 • 小型机 • 微型机 • 单片机

  10. 0.1.3 计算机发展年代 • 计算机发展年代的划分依据其硬件特征和软件特征： • 硬件特征：计算机所采用的物理器件； • 软件特征：计算机所使用的软件环境。

  11. （1）第一代：电子管计算机时代 • （2）第二代：晶体管计算机时代 • （3）第三代：集成电路计算机时代 • （4）第四代：大规模集成电路计算机时代

  12. 计算机发展方向 • （5）第五代：非“冯.诺伊曼”计算机时代 • （6）第六代：神经计算机时代 • 光计算机时代 • 生物计算机时代

  13. 0.1.4 微型计算机的诞生： • 微机诞生于20世纪70年代 • 微机特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富 • 核心是微处理器 • 划分阶段的标志：以字长和微处理器型号。

  14. 第一代 第二代 4位和低档8位机 中高档8位机 Intel 4004 8080/8085、Z80、MC6800 第四代 32位机 80386、80486 第三代 第五代 16位机 64位机 Intel 8086、Z8000、MC6800 Itanium,Core2 （1971-1973） （1974-1978） （1978-1981） 特点： 1、芯片的发展遵循 摩尔定律 2、速度越来越快。 3、容量越来越大。 4、功能越来越强。 （1981-2000） （2001后）

  15. 0.2 微型计算机系统组成 • 微型计算机的三个层次： • 微处理器（Microprocessor）：简称CPU，是计算机的核心 • 微型计算机（Microcomputer） • 微型计算机系统（MicroComputer System

  16. 0.3 微型计算机的概念结构

  17. 0.3.3 I/O接口： • 是CPU与外部设备之间的桥梁

  18. 为什要用I/O接口： • （1）外设的速度比CPU慢 • （2）外设提供的信号未必是CPU需要的信号，没有I/O接口，CPU可能无法与外设打交道。

  19. 0.3.4 总线BUS： • （1）地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址总线的根数决定了CPU的寻址范围。 • （2）数据总线DB：CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定了CPU一次最多可以传递的数据宽度。 • （3）控制总线CB：用来传送各种控制信号

  20. 本章小结 • 了解微型计算机的发展及其分类 • 掌握微型计算机的概念结构 • 明确3个概念的区别：微处理器、微型计算机、微型计算机系统

  21. 第1章 计算机基础知识 • 1.1 数 制 • 1.2 逻辑电路 • 1.3 布尔代数 • 1.4 二进制数的运算及其加法电路

  22. 1.1 数 制 • 数制是人们利用符号来计数的科学方法 • 掌握各种数制的表示方法以及它们之间的相互转换关系 • 基——数制所使用数码的个数 • 权——每一位所具有的值

  23. 1.1.1 十进制 • 特点：以十为底，逢十进一； • 基：0——9共十个数字符号； • 权：以10为底的幂 • 例如：将1234.56展开

  24. 1.1.2 二进制 • 特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号； • 计算机使用二进制计数的原因： • 利用电路的两种稳态进行计数

  25. 1.1.3 十六进制 • 特点：以16为底，逢16进位；有0——9及A——F共16个字符； • 使用十六进制的原因： • 简化书写，便于记忆 • 如 1101B = DH • 1111 1001B = F9H

  26. 1.1.4 各进制数间的转换 • 非十进制数到十进制数间的转换 • 按相应进位计数制的权表达式展开，在按十进制求和。 • 如：1011 0111B=（183）D； • 14FBH=（5371）D

  27. 十进制数到非十进制数的转换 • （1）十进制到二进制 • 整数部分：除2取余 • 小数部分：乘2取整 • 例如：12.125D=（1100.001）B • （2）十进制到十六进制的转换 • 整数部分：除16取余 • 小数部分：乘16取整

  28. 二进制与十六进制间的转换 • 用4位二进制数表示1位十六进制数 • 例如：（0101 1000 1001.1100）B • =（5 8 9.C）H • 划分的时候以小数点位分界线，整数部分从最低位开始划，前面不够补零，不影响大小 • 小数部分从最高位开始，后面不够补零，也不影响大小 • 练习：P17 1.2

  29. 1.2 逻辑电路 5V 1.三个基本门电路： • 非门（反相器）： • Y = A • 或门： • Y=A+B • 与门： • Y=AB A A 1 Y A Y A >1 Y B B 5V A A & Y B B

  30. 2.更复杂的逻辑电路： A >1 Y 或非门: Y=A+B 与非门: Y=A B 异或门: Y=A + B 异或非门: Y=A + B 缓冲器: Y=A B A & Y B A =1 Y B 同则为0，不同为1 A =1 Y B 同则为1，不同为0 A 1 1 Y

  31. 1.3 布尔代数 • 又称逻辑代数（开关代数），表达式如下： • Y=f（A, B, C, D） • 特点： • （1）变量只有两种数值：0，1 • （2）只有三种基本运算：与、或、非

  32. 1.3.1 或运算 • 运算表达式：Y=A+B • 运算规律：“遇1则1，全0为0” • 例：A=11110000 • B=10001011 • 则Y=A+B=?

  33. 1.3.2 与运算 • 运算表达式：Y=AB • 运算规律：“遇0则0，全1为1” • 例：A=0000 1111 • B=1000 1011 • 则Y=AB=?

  34. 1.3.4 布尔代数的基本运算规律 • 恒等式： • A×0=0 A×1=A A×A=A • A+ 0=A A + 1=1 A +A=A • A+ A=1 A×A=0 A=A • 布尔代数运算满足交换律、结合律、分配率 • 例：A+AB=? A+AB=?

  35. 1.3.5 摩根定理 • 公式：A+B=A B • A B=A+B • 规律：头上切一刀，下面变个号 • 用途：解决逻辑电路设计时的元器件互换问题 • 例：A B=A+B

  36. 1.3.6 真值表及布尔代数式的关系 • 定义：表征逻辑事件输入和输出之间全部可能状态的表格 • 例：考虑两个一位的二进制数A和B相加，则和值S及进位值C的结果。 • 写成逻辑表达式： • S=? • C=?

  37. 1.4二进制数的运算及其加法电路 １．二进制数相加的电路要求 　　例：A=A3A2A1A0 B=B3B2B1B0 S=S3S2S1S0 S0=A0+B0Ｃ１　　　　　S1=A1+B1 +C1Ｃ2 S3=A3+B3 +C3Ｃ4 Ｃ４S3S2S1S0＝Ａ＋Ｂ 半加器完成S0=A0+B0 全加器完成其余运算

  38. 二进制数的运算及其加法电路2 半加器：两个输入　　两个输出 C1=A0×B0 S0=A0 B0

  39. 二进制数的运算及其加法电路3 • 全加器电路的要求是：有3个输入端，以输入Ai，Bi和Ci，有两个输出端，即Si及Ci+1。

  40. 二进制数的运算及其加法电路4 • 半加器及全加器符号

  41. 二进制数的运算及其加法电路5 4位二进制数的加法电路 A=1010 B=1011 S=10101

  42. 二进制数的运算及其加法电路6 二进制数的减法运算 在微型计算机中，没有专用的减法器，而是将减法运算改变为加法运算。其原理是：将减数B变成其补码后，再与被减数A相加，其和(如有进位的话，则舍去进位)就是两数之差。

  43. 二进制数补码：补码=反码+1 • 减法运算A-B=A+B’，其中B’是补码，B’=B+1 • 例：求Y=FH – AH=？ • A=FH=1111 • B=AH=1010，则B’=0101+1=0110 • 所以，Y=1111+0110=1 0101=5H 进位，舍去

  44. 二进制数的减法运算 可控反相器 可控反相器就是为了使原码变为反码而设计的。这实际上是一个异或门(异门)，两输入端的异或门的特点是：两者相同则输出为0，两者不同则输出为1。 当SUB=0时，Y与B0同相 当SUB=1时，Y与B0反相

  45. 二进制数的运算及其加法电路8 可控反相器及加法／减法电路

  46. 本章小结 • 掌握 • 数制及其转换 • 布尔代数运算和真值表 • 二进制运算的加法/减法电路

  47. 习题 1.9 做出101011(2)+011110(2)的门电路图并求其相加的结果。 1.10 做出1.9题中两数相减的门电路图并求其相减的结果。

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