微机原理及接口技术

物理系电子科学技术教研室

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

微机微机 原理原理 及 接口接口 技术技术 典型机型： IBM PC 系列机

基本系统： 8088CPU 和半导体存储器

课程内容

硬件内容8086/8 微处理器功能结构8086/8 微处理器引脚功能功能模块及接口技术

软件内容8086 指令系统汇编语言程序设计

先修课程及学习要求

数字电路——硬件理解的基础熟练掌握微处理器的功能结构掌握微处理器的引脚功能熟记指令的格式 理解基本含义掌握汇编语言程序设计的基本方法掌握接口技术

学习方法与考核

复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、做好笔记课后：认真复习、完成作业实验：充分准备、做好实验写好报告总成绩＝期末考试 *75%+ 平时 *10%+ 实

验成绩 *15%

第 1 章 微型计算机系统概述

教学内容1 、 微型计算机的发展和应用2 、微型计算机的组成3 、 IBM PC 系列机系统4 、微机系统的工作过程

1.1 微型计算机的发展和应用

1 、 1946 年，世界上出现第一台数字式电子计算机，发展到了以大规模集成电路为主要部件的微型计算机

2 、 1971 年， Intel 公司设计了世界上第一个微处理器芯片 Intel4004 ，开创了一个全新的计算机时代

1.1.1 微型计算机的发展1 、第 1 代： 4 位和低档 8 位微机

4004→4040→8008

2 、第 2 代：中高档 8 位微机Z80 、 I8085 、 M6800 ， Apple-II 微机

3 、第 3 代： 1978 年， Intel 公司推出了 16 位处理器 8086 （时钟频率为 4 ～ 8MHz ），集成度为 2 万～ 6 万管 / 片。 8086 的内部和外部数据总线 16 位，地址总线 20 位，可直接访问 1MB内存单元。其简化芯片 8088

1.1.1 微型计算机的发展（续）

4 、第 4 代： 32 位微机Intel 推出了 32 位处理器 80386 （时钟频 20M

HZ ），其内外部数据线和地址总线都是 32 位，可访问 4GB 内存，支持分页机制。

5 、第 5 代： 64 位微机Itanium 、 64 位 RISC 微处理器芯片微机服务器、工程工作站、图形工作站

1.1.2 微型计算机的应用1 、用于数值计算、数据处理及信息管理方向

通用微机，例如： PC 微机功能越强越好、使用越方便越好

2 、用于过程控制及智能化仪器仪表方向专用微机，例如：单片机、专用微处理器可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小

图 1.1 微型计算机的系统组成

控制总线 CB

数据总线 DB

地址总线 AB

总线接口

处理器子系统

I/O设备

I/O接口存储器

系统总线 BUS

1.2 微型计算机的组成1.2.1 微型计算机的硬件组成

1 、微处理器子系统

2 、存储器3 、 I/O 设备和 I/

O 接口4 、系统总线

系统总线1 、总线是指传递信息的一组公用导线2 、总线是传送信息的公共通道3 、微机系统采用总线结构连接系统功

能部件4 、总线信号可分成三组

地址总线 AB ：传送地址信息数据总线 DB ：传送数据信息控制总线 CB ：传送控制信息

总线信号1 、地址总线 AB

输出将要访问的内存单元或 I/O 端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围

2 、数据总线 DBCPU 读操作时，外部数据通过数据总线送往 CPU CPU 写操作时， CPU 数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数

3 、控制总线 CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等

1.2.2 微型计算机的软件系统

操作系统 MS-DOS

汇编程序 MASM 和 LINK

文本编辑程序 EDIT.COM

调试程序 DEBUG.EXE

1.3 IBM PC 系列机系统

8088CPU

1.3.1 8088 微处理器

8088微处理器

8087协处理器

8288总线控制器

I/O通道

8259中断控制器

随机存储器RAM

只读存储器ROM

8253定时控制器

8237DMA控制器

8255并行接口

控制总线

数据总线

地址总线地址锁存器

数据收发器

扬声器接口

8284时钟发生器

键盘接口

系统配置开关

1.3.2 主机板组成

8086/8088微处理器：16 位内部结构、 16/8 位数据总20 位地址总线、 4.77MHz 主频

1 、存储器 ROM-BIOS 、主体为 RAM

2 、 I/O 接口控制电路 8259A 、 8253 、 8237A 、 8255 等

3 、 I/O 通道 62 线的 IBM PC 总线

1.3.3 典型 16 位微处理器结构

(1) 、累加器和算术逻辑运算部件

主要用来完成数据的算术和逻辑运算 。参加运算的操作数在 ALU 中进行规定的操作运算，运算结束后，将结果送至累加器的同时将操作结果的特征状态送标志寄存器。

累加器是一个特殊的寄存器，它的字长和微处理器的字长相同，累加器具有输入／输出和移位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某些逻辑运算。

(2) 、寄存器阵列① 通用寄存器组 ② 地址寄存器 ③ 指令指针 IP

④ 变址寄存器 SI ， DI

⑤ 堆栈指示器 SP

(3) 、 指令寄存器，指令译码器和定时及各种控制信号的产生电路

① 指令寄存器 (Instruction Register ， IR)

② 指令译码器 ID(Instruction Decoder)

③ 时序逻辑电路产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行当前命令所需的全部控制信号。

(4) 、 内部总线和总线缓冲器内部总线把 CPU 内各寄存器和 ALU 连接起

来，以实现各单元之间的信息传送。内部总线分为内部数据总线和地址总线，它们分别通过数据缓冲器和地址缓冲器与芯片外的系统总线相连

二、　微机系统的工作过程1 、程序存储及程序控制的基本概念(1) 、计算机工作过程的实质自动地完成各种信息处理任务的工作过程，是执行

程序的过程。(2) 、程序存储将程序代码，以字节为单位，按顺序存放在存储器

中的一段连续的存储区域内(3) 、程序控制控制器按照对指令代码的译码结果，分时地向各个

部件发出控制信号，完成各项功能

微型计算机系统的工作过程是取指令 ( 代码 )→ 分析指令 ( 译码 )→ 执行指令的不断循环的过程。

习题与思考：1 、说明程序存储及程序控制的概念。2 、说明微型计算机系统的工作过程。3 、说明微处理器字长的意义。4 、什么是微处理器？