微机接囗与通信 主讲:任国林
1 微机接口与通信 主讲：任国林
引言 、专业相关问题 1、计算机系统对我们来说是什么? 计算机系统是研究目标,非应用工具。 2、如何保持教育的长期有效性? 强化基础:掌握基本的理论、知识、技能与方法; 面向系统:硬件、软件、理论、实践四条线; 兼顾应用:应用→设计→研究
2 引 言 一、专业相关问题 1、计算机系统对我们来说是什么？ 计算机系统是研究目标，非应用工具。 2、如何保持教育的长期有效性？ 强化基础：掌握基本的理论、知识、技能与方法； 面向系统：硬件、软件、理论、实践四条线； 兼顾应用：应用→设计→研究
二、本课程在系统中的位置 软件工程 程序设计基础及语言 数据库原理 应用 离散数学、数值分析 系统 应用语言级 数据结构 编译钿高级语言级 C++、Java 汇编语言级 汇编语言 软件体系结构 计算机微型机与 操作系统级 操作系统 网络接口技术 系统结构 传统机器级 外部 组成原理 设备 微程序机器级 匚电子线路」 模拟与数字逻辑电路 信号与系统
3 二、本课程在系统中的位置 应用语言级 高级语言级 汇编语言级 操作系统级 传统机器级 微程序机器级 电子线路 组成原理 模拟与数字逻辑电路 系统结构 微型机与 接口技术 信号与系统 计算机 网络 外部 设备 离散数学、数值分析 编译原理 C++、Java 汇编语言 操作系统 软件工程 应用 系统 程序设计基础及语言 数据结构 数据库原理 软件体系结构
三、本课程目标 1、课程目标 掌握计算机及各种接口的工作原理; 掌握计算机与外设的通信原理; 利用计算机接口进行应用编程; 培养各种接口的分析、设计能力 2、学习方法 建立计算机整机概念,并以此为所有学习基础; 从软件功能→硬件实现出发,掌握接口工作原理; 根据I/0接口工作原理,应用接口实现具体功能; 从接口原理中归纳出接口设计的一般方法; 从应用环境出发,掌握通信原理并进行编程
4 三、本课程目标 1、课程目标 掌握计算机及各种接口的工作原理； 掌握计算机与外设的通信原理； 利用计算机接口进行应用编程； 培养各种接口的分析、设计能力。 2、学习方法 建立计算机整机概念，并以此为所有学习基础； 从软件功能→硬件实现出发，掌握接口工作原理； 根据I/O接口工作原理，应用接口实现具体功能； 从接口原理中归纳出接口设计的一般方法； 从应用环境出发，掌握通信原理并进行编程
第一章微机结构的发展
5 第一章 微机结构的发展
第一节微机系统整机结构 、微机系统的组成 1、微机系统组成 由硬件和软件两部分组成。 用户软件 用户程序、用户程序库 系统软件 操作系统、系统应用软件 硬件 运算器、控制器、存储器、IO设备 思考1:用户软件、系统软件与硬件三者的关系? 思考2:硬件与软件的接口?
6 第一节 微机系统整机结构 一、微机系统的组成 1、微机系统组成 由硬件和软件两部分组成。 硬件 系统软件 用户软件 用户程序、用户程序库 操作系统、系统应用软件 运算器、控制器、存储器、I/O设备 思考1：用户软件、系统软件与硬件三者的关系？ 思考2：硬件与软件的接口？
2、程序员与微机系统 使用不同语言编程的程序员所见微机系统的属性不 同。 应用语言级系 应用语言和集成环境 高级语言级系 统统 高级语言和集成环境 汇编语言级系统 汇编语言和集成环境 操作系统级系统 操作系统平台和机器语言指令系统环境 硬件系统 机器语言指令系统和相关资源环境
7 2、程序员与微机系统 使用不同语言编程的程序员所见微机系统的属性不 同。 硬 件 系 统 应用语言级系统 高级语言级系统 汇编语言级系统 操作系统级系统 应用语言和集成环境 高级语言和集成环境 汇编语言和集成环境 操作系统平台和机器语言指令系统环境 机器语言指令系统和相关资源环境
3、用户软件功能的实现过程 所有功能均基于机器语言指令系统而实现。 编程集成环境,便于编程 应用语言级程序 说明 ①--源程序 高级语言级程序 ②--编译过程 ③执行程序 ②2 汇编语言级程序 操作系统平台的功能调用 作为软件中断处理 机器语言级程序 操作系统控制与调度 系统硬件执行机器语言程序 思考:用户程序如何才能由系统硬件执行?
8 3、用户软件功能的实现过程 所有功能均基于机器语言指令系统而实现。 机器语言级程序 应用语言级程序 高级语言级程序 汇编语言级程序 操作系统平台的功能调用 作为软件中断处理 ② ② ② ② ② ① ① ① ① 说明： ①--源程序 ②--编译过程 ③--执行程序 编程集成环境，便于编程 系统硬件执行机器语言程序 ③ 操作系统控制与调度 思考：用户程序如何才能由系统硬件执行？
二、微机硬件结构 1、硬件结构 地址总线(AB 数据总线CDB) CPU 控制总线CB RAM ROM IO接口 IO设备 用户软件功能的实现途径cPU CPU与外部通信途径一总线 思考1:为什么要采用总线结构? 总线与1/0设备通信途径/0接口 思考2:为什么需要I/0接口连接/0设备? 返回13页返回14页返回16页返回17页
9 二、微机硬件结构 1、硬件结构 CPU 地址总线(AB) RAM ROM I/O接口 I/O设备 数据总线(DB) 控制总线(CB) 用户软件功能的实现途径—CPU CPU与外部通信途径—总线 思考1：为什么要采用总线结构？ 总线与I/O设备通信途径—I/O接口 思考2：为什么需要I/O接口连接I/O设备？ 返回13页 返回14页 返回16页 返回17页
2、CPU实现软件功能 段寄存器组 地址生 ALU 通用寄存器组指令指针 成逻辑 寄存器 内部暂存器 总线控外部 ALU内部总线 制逻辑总线 EU控 指令译 指令队列 制部件码部件指令缓冲器 执行单元EU 总线接口单元BIU (1)机器语言程序如何执行? 用户启动程序执行一通过I/0设备要求0S执行程序; 0S启动程序执行一将程序调入CPU指令队列; CPU执行程序一执行指令队列中的指令 返回下页返回12页
10 2、CPU实现软件功能 ALU内部总线 EU 控 制部件 执行单元EU 总线 控 制逻辑 外部 总线 总线接口单元BIU ALU 通用寄存器组 段寄存器组 指令指针 寄存器 指令队列/ 指令缓冲器 地址生 成逻辑 指令译 码部件 内部暂存器 （1）机器语言程序如何执行？ 用户启动程序执行--通过I/O设备要求OS执行程序； OS启动程序执行—将程序调入CPU指令队列； CPU执行程序—执行指令队列中的指令。 返回下页 返回12页