介绍第1章微型计算机基础知识讲义教材

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1、1,微型计算机原理与接口技术 中国水利水电出版社 主 编：杨 立 欢 迎 使 用,21世纪高等院校规划教材,2,微型计算机原理与接口技术 课程简介,1. 课程性质及教学目的 微型计算机原理与接口技术是学习微型计算机基本知识和应用技能的重要课程。本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计；熟悉各种典型的接口芯片和接口技术及其具体应用，为后继计算机课程的学习及工程实际应用打好基础。,3,2. 课程教学安排 总学时：8090；其中实验学时：2030 考试形式：笔试+实践操作 3. 教材特点 注重学科体系的完整和前后内容的有机衔接，突出应用特色，理论联系实际，

2、并与工程实践相结合； 注入案例的介绍，加大实践教学内容的比重，增加计算机发展的新技术和新知识；,微型计算机原理与接口技术 课程简介,5,3. 教材的主要模块 对微型计算机基础知识和典型微处理器的介绍； 以典型指令讲解指令系统和汇编语言； 介绍汇编语言程序的基本结构和典型的顺序、分支、循环、子程序设计； 介绍半导体存储器及其接口技术； 从PC/ XT、PC/ AT、EISA、VESA到目前常用的PCI、AGP和外设总线等微机总线接口；,微型计算机原理与接口技术 课程简介,6,介绍基本输入/输出接口技术； 以常用的8259A中断控制器介绍中断控制接口技术； 介绍8237A可编程DMA控制器与定时/

3、计数器接口8253芯片； 介绍8255A并行接口和8250、USB串行通信接口； 介绍常用的键盘、鼠标、CRT、打印机、扫描仪等人机交互接口技术； 以A/D、D/A转换器来分析模拟量输入/输出接口技术等有关知识。,微型计算机原理与接口技术 课程简介,7,本章主要教学内容 微处理器的产生和发展、微处理器系统 微型计算机的特点、分类及性能指标 微型计算机系统的软、硬件组成情况 计算机中的数制及其转换 无符号数和带符号数的表示方法 ASCII码、BCD码的相关概念和应用,第1章,微型计算机基础知识,8,本章教学目的及要求 熟悉微处理器的产生和发展，掌握微型计算机的分类、性能指标； 掌握计算机的基本结

4、构及工作原理； 掌握计算机中常用的数制及其转换、带符号数的表示、字符编码和汉字编码的基本知识 。,第1章,微型计算机基础知识,9,1.1 微型计算机概述 1946年2月15日研制出世界上第一台电子数字计算机：ENIAC（电子数字积分计算机）。 1946年6月，美籍匈牙利科学家冯诺依曼（Johe Von Neumman）提出了“存储程序”和“程序控制”的计算机设计方案，其特点是： （1）采用二进制数的形式来表示数据和指令； （2）把指令和数据存储在计算机内部的存储器中，按照在存储器中存放的顺序自动依次执行指令；,第1章,微型计算机基础知识,10,（3）由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备

5、5大部件组成计算机的基本硬件系统； （4）由控制器来控制程序和数据的存取以及程序的执行； （5）以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。,第1章,微型计算机基础知识,11,从第一台电子计算机面世到现在，计算机按照其逻辑部件的组成来化分，经历了4个时代的发展。 第一代（1946年1958年）：电子管阶段 第二代（1959年1964年）：晶体管阶段 第三代（1965年1970年）：集成电路阶段 第四代（1971年现在）：大规模/超大规模集成电路阶段,第1章,微型计算机基础知识,12,进入20世纪70年代以后，美国Intel公司研制并推出了微处理器，诞生了微型计算机，使计算机的存储容量、运算速度、可

6、靠性、性能价格比等方面都有了较大的突破。在系统结构方面，发展了并行处理技术、多处理机系统、分布式计算机系统和计算机网络；在软件方面，推出了各种系统软件、支撑软件、应用软件，发展了分布式操作系统和软件工程标准化，并逐渐形成了软件产业。,第1章,微型计算机基础知识,13,目前，计算机的应用已经进入了以计算机网络为特点的信息社会时代，计算机已经成为人类社会活动中不可缺少的工具，从仪器仪表和家电的智能化，到科学计算、自动控制、办公自动化、生产自动化、数据和事务处理、计算机辅助设计、数据库应用、计算机网络应用、人工智能、计算机模拟、计算机辅助教育等各个领域均得到了广泛的应用。它已渗透到国民经济的各个领域

7、，极大地改变了人们的工作、学习、生活方式，成为信息时代的主要标志。,第1章,微型计算机基础知识,14,1.1.1 微处理器的产生与发展 20世纪70年代初美国硅谷诞生了第一片微处理器（Microprocessor）。微型计算机就是以微处理器为核心，配置相应的存储器、I/O接口电路和系统总线等构成。 微型计算机一经问世，就以其体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、结构灵活、适应性强和应用面广等一系列优点，占领了世界计算机市场并得到了广泛的运用，成为现代社会不可缺少的重要工具。,第1章,微型计算机基础知识,15,微型计算机如果按照CPU字长和功能进行划分，经历了6代的演变： 第一代（19711973

8、年）4位和8位低档微处理器 第二代（19741977年）8位中高档微处理器 第三代（19781984年）16位微处理器 第四代（19851992年）32位微处理器 第五代（19931999年）超级32位Pentium微处理器 第六代（2000年以后）64位微处理器Merced,第1章,微型计算机基础知识,16,未来计算机发展的总趋势是智能化计算机，它突出了人工智能方法和技术的应用，除了要具备现代计算机的功能之外，还要具有在某种程度上模仿人的推理、联想、学习等思维功能，并具有声音识别和图像识别能力。 此外，一些非冯诺依曼体系结构的新型计算机，例如“神经网络计算机”、“生物计算机”、“光子计算机”

9、等也在研究之中。,第1章,微型计算机基础知识,17,1.1.2 微型计算机的特点 微型计算机除具有运算速度快、计算精度高、有记忆能力和逻辑判断能力、可自动连续工作等特点以外，还具有以下几方面的明显特点： 功能强 可靠性高 价格低廉 结构灵活、适应性强 体积小、重量轻、功耗低 使用和维护方便,第1章,微型计算机基础知识,18,1.1.3 微型计算机的性能指标 位：指二进制位（Bit），由“0”和“1”两种状态构成。 字节：由8个二进制位组成。即8位二进制数组成一个字节。 字：是计算机内部进行数据处理的基本单位。 字长：是计算机在交换、加工和存放信息位的最基本的长度。 主频：是指计算机中时钟脉冲发

10、生器所产生的时钟信号的频率。,第1章,微型计算机基础知识,19,内存容量：是微处理器构成的系统所能访问的最大存储单元数。 指令数：是微型计算机能够完成某种操作功能的命令数目。 基本指令执行时间：指计算机执行基本指令所花的时间。 可靠性：指在规定的时间和条件下，正常工作不发生故障的概率。 兼容性：指计算机的硬件设备和软件程序可用于其他系统的性能。 性能价格比：主要指计算机的硬件和软件性能与售价的关系。,第1章,微型计算机基础知识,20,1.1.4 微型计算机的分类 按照微处理器器件的制造工艺来分类：MOS工艺和双极型TTL工艺微处理器。 按照微型计算机的组成结构来分类：单片机（在一个芯片上包括有

11、CPU、RAM、ROM及I/O接口电路等完整功能的微型计算机），单板机、位片式微型计算机等。 按照微处理器能够处理的数据字长来分类：4位、8位、16位、32位和64位微型计算机等。,第1章,微型计算机基础知识,21,1.2 微型计算机系统组成 一台完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。计算机硬件是指那些为组成计算机而有机连接在一起的电子、机械、光学等元部件或装置的总和，它是有形的物理实体；计算机软件是相对于硬件而言的，软件可包括计算机运行所需的各种程序、使用手册、说明书和文档等有关资料。,第1章,微型计算机基础知识,22,1.2.1 微型计算机的硬件结构及其功能 通用的微型计算机硬件一

12、般由微处理器、内存储器、外存储器、系统总线、接口电路、输入/输出设备等部件组成，图1-1所示为通用微型计算机的硬件系统结构。,第1章,微型计算机基础知识,23,图 1- 1 通用微型计算机系统结构,24,1.微处理器 处理器也称为中央处理器CPU（Control Processing Unit），是微型计算机的核心部件，由运算单元、控制单元、寄存器组以及总线接口部件等组成，其功能是负责统一协调、管理和控制系统中的各个部件有机地工作。,第1章,微型计算机基础知识,25,2. 内存储器 内存储器也称为主存储器，主要用来存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。 内存储器中存放的信息通常有两类：一类

13、是要处理的数据和运算结果；另一类是要处理的程序。 内存储器中的工作主要是读/写操作，“读”是指将指定内存单元的内容取入CPU，原存储单元的内容不改变；“写”是指CPU将信息放入指定的内存单元，内存单元中原来的内容被覆盖。,第1章,微型计算机基础知识,26,按照内存储器的功能和性能，可以分为随机存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）。 无论是RAM还是ROM，一般都按字节（Byte）组成存储体，每个字节有一个地址码与之对应，通过给定地址码可以随意访问该地址所对应的存储单元。 总体来看，计算机对内存储器的要求有三点：存取数据的

14、速度要快；存储容量要大；成本要低。,第1章,微型计算机基础知识,27,3. 系统总线 系统总线是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。各个部件直接用系统总线相连，信号通过总线相互传送。 根据总线传送内容的不同，可以分成以下3种： （1）数据总线DB（Data Bus）：传送数据。主要实现CPU与内存储器或I/O设备之间、内存储器与I/O设备或外存储器之间的数据传送。数据总线一般为双向总线，总线的宽度等于计算机的字长。,第1章,微型计算机基础知识,28,（2）地址总线AB（Address Bus）：传送地址。实现从CPU送地址至内存储器和I/O设备，或从外存储器传送地址至内存储

15、器等。 （3）控制总线CB（Control Bus）：传送控制信号、时序信号和状态信息等。控制总线是控制器发送控制信号的通道，控制信号通过控制总线通往各个设备，使这些设备完成指定的操作。,第1章,微型计算机基础知识,29,4. 输入/输出接口电路 输入/输出接口电路即I/O（Input /Output）电路，它的功能是完成微型计算机与外部设备之间的信息交换。 接口电路一般由寄存器组、专用存储器和控制电路等组成，当前计算机的控制指令、通信数据以及外部设备的状态信息等分别存放在专用存储器或寄存器组中。,第1章,微型计算机基础知识,30,5. 主机板 通常，我们将CPU、RAM、ROM、I/O接口电

16、路以及系统总线组成的计算机装置称为“主机”，主机的主体是系统主板或简称主板。 主板主要由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串行/并行接口、各种跳线和一些辅助电路等硬件组成。,微型计算机基础知识,第1章,31,6. 外存储器 外存储器的种类较多，目前使用最多的是磁盘存储器（包括软盘和硬盘）和光盘存储器。 （1）软磁盘：常用的是3.5英寸双面高密度软磁盘，容量为1.44MB。 （2）硬磁盘：用金属为基底，表面涂覆有磁性材料，刚性较强。目前在市场上使用较多的是2.5或3.5英寸的温切斯特硬盘机。一般硬盘存储器的存储容量为1080 GB。 （3）光盘：光盘存储器由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。,微型计算机基础知识,第1章,32,第1章,微型计算机基础知识,7. 输入/输入设备 输入/输出设备是微型计算机系统与外部进行通信联系的主要装置。 目前，微型计算机中最常用的输入/输出设备有键盘、鼠标、显示器、打印机和扫描仪等。,33,第1章,微型计算机基础知识,1.2.2 微型计算机的系统组成 1硬件系统 是由电子部