微机原理第1章概述课件

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1、参考教材,微型计算机系统原理及应用 （第五版）,周明德 主编,从过时的8086芯片学起的原因,IA-32结构是完全兼容的 8088/8086是Intel 80 x86系列芯片的基础 构造一个小型系统,要采用8086(8088) PC机的存储器容量已经很大,但是基本存储单元的工作原理没有变,构成存储器的原理没有变,存储器与CPU的接口原理、接口方法也没有变 PC机的外设越来越丰富，但是PC机与外设的接口方法并没有变，中断的工作原理及中断处理方法也没有变 PC机主板上已用两块专用芯片代替以前大量的接口芯片和中小规模集成电路，但是它们仍然具有8255A、8250、8353（8254）、8259和82

2、37等芯片的作用。并且在自行构造系统时，仍然要使用这些通用的接口芯片,第一章 概 述,1.0 80X86系统结构的概要历史,微型计算机的发展,微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的 微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍 -摩尔定律,1971年1977年是微处理器发展的早期阶段: 字长为4位或8位，集成度约为300010000晶体管/片，微处理器的主频为0.15MHz。 1971年：Intel 4004，是世界上第一片单片微处理器 4位微处理器，寻址空间为4096个半字节, 指令系统包括45条指令 1972年：Intel 8008，是世界上第一片8位微处理器。 8

3、008采用了10m生产工艺，集成度为3500个晶体管，工作频率为200KHz。,1974年：Intel 8080 采用了6m生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频为2MHz。 1975年4月，MITS公司推出了以8080为CPU的世界上第一台个人计算机Altair 8800。值得一提的是，Altair 8800的BASIC语言解释器是Bill Gates编写的 1976年： Intel 8080 Intel公司生产的最后一种8位通用微处理器， 8085的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上升到246条。,微型计算机的发展,第一代：8086/8088（1978年-1981年） 1978年

4、-8086 采用了3m工艺，集成了29,000个晶体管，工作频率为4.77 MHz。它的寄存器和数据总线均为16位，地址总线为20位，从而使寻址空间达1MB。同时，CPU的内部结构也有很大的改进，采用了流水线结构，并设置了6字节的指令预取队列 1979年-8088 除了它的数据总线为8位以外，其余均与8086相同。8088采用8位数据总线是为了利用当时现有的8位设备控制芯片。由于8088内部支持16位运算，而与I/O之间传输为8位，故8088称为准16位微处理器。 1981年8月，IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微型计算机IBM 5150 Personal Computer

5、，即著名的IMB PC。,X86系列微型计算机的发展,第二代：80286（1982年-1984年） 采用1.5m工艺，集成了134,000个晶体管，工作频率为6MHz。80286的数据总线仍然为16位，但是地址总线增加到24位，使存储器寻址空间达到16MB。 1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算机IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的工业标准结构（ISA）。该结构提供了一个16位、高性能的I/O扩展总线。 80年代中期到90年代初，80286一直是微型计算机的主流CPU。在这一时期，还诞生了世界上最早的芯片组（chipsets）。,X86系列微型计算机

6、的发展,第三代：80386（1985年-1988年） 第一个实用的32位微处理器，采用了1.5m工艺，集成了275,000个晶体管，工作频率达到16MHz。80386的内部寄存器、数据总线和地址总线都是32位的。通过32位的地址总线，80386的可寻址空间达到4GB。这时由32位微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型机的水平。 80386的其他一些版本：80386SX，包含16位数据总线和24位地址总线，寻址空间为16MB；80386SL80386SLC，包含 l6位数据总线和25位地址总线，寻址空间为32MB。由于这些微处理器由于与I/O之间传输为16位，故也称为准32位微处理器。,X86

7、系列微型计算机的发展,第四代：80486（1989年-1992年） 采用1m工艺，集成了120万个晶体管，工作频率为25MHz。80486微处理器由三个部件组成：一个80386体系结构的主处理器，一个与80387相兼容的数学协处理器和一个8KB容量的高速缓冲存储器。80486把80386的内部结构做了修改，大约有一半的指令在一个时钟周期内完成，而不是原来的两个，这样80486的处理速度一般比80386快2到3倍。 Intel公司还生产过80486的其他一些版本：80486SX，工作频率20MHz，不包含数学协处理器；80486DX2，采用双倍时钟，内部执行速度达到66MHZ，内存存取速度为33

8、MHz；80486DX4，采用三倍时钟，内部执行速度达到100MHZ，内存存取速度为33MHz。,X86系列微型计算机的发展,第五代：Pentium（1993年-1997年） Pentium处理器的发展分成三代 第一代Pentium处理器（以P5代称，1993年）采用0.8m工艺技术，集成了310万个晶体管，工作频率为60MHz/66MHz。 第二代Pentium处理器（以P54C代称，1994年）采用0.6m工艺，工作频率为90MHz/100MHz。 第三代Pentium MMX（以P55C代称1997年）增加了57条多媒体指令 在体系结构上， Pentium在内核中采用了RISC技术，可以

9、说它是CISC和RISC技术相结合的产物,X86系列微型计算机的发展,第六代：P6（1996-今） Pentium Pro、Pentium II、Pentium III 采用0.6 m -0.18m工艺，集成度550万-750万晶体管，时钟频率166MHz-1GHz，采用二级高速缓存，2级超标量流水线结构，一个时钟周期可以执行3条指令,X86系列微型计算机的发展,第七代：未来-64位Mecerd（P7）,X86系列微型计算机的发展,1.2 计算机基础:计算机系统构成框图,输入信息,1.2.1 冯诺依曼结构：,控制器:负责控制并协调各部件的工作,使计算机能自动地执行程序。 控制器从存储器顺序地取

10、出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各部件发出相应的命令，使指令规定的操作得以执行。 因此，控制器是统一指挥和控制计算机各部件进行工作的中央机构。 输入设备：负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。 输出设备：负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，供用户查看。 存储器： 是实现记忆功能的部件。数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式运算器： 负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理。,微处理器 严格讲，微处理器 CPU CPU指的是计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术逻辑部件(ALU)和控制部件两大主要部分组成 把CPU

11、和一组称为寄存器（Registers）的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器,微型计算机系统的三个层次,微型计算机 以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。 将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。,微型计算机系统 以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。 微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 微型计算机系统组成： 微型计算机 外围设备 系

12、统软件 程序设计语言 应用程序,位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b 字节（byte）由8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作B,是衡量计算机所容纳信息量多少的单位。,1位和字节,例如：一张3.5英寸的软盘容量为1.44MB，即表示该软盘可存储： 1.4410241024812079595位二进制信息，或者说能存储： 1.44102410242752762个汉字。,例,2 数字编码,计算机内部处理,信息 二进制代码形式流通、处理 信息,转化,转化,计算机中为什么要采用二进制？ 在计算机中任

13、何信息均采用二进制，计算机内部存储、处理的只有0和1组成的代码。主要原因如下：,二进制在计算机中容易实现（只需二种状态）； 运算简单； 如：十进制的乘法运算，九九表有100条法则，而二进制只有4条法则：00=0，01=0，10=0，11=1。 便于计算机实现逻辑运算； “1、0”两种状态刚好与“真、假”、“是、非”对应,2、二进制编码,常用计数制的表示方法,可用右下角小数字来表示不同数制的数。 如：(100)2 (100)10 (100)16 (100)8 在计算机中，通常用数字后面跟一个英文字母来表示不同数制的数。 如：110B（二进制） 5A6H（十六进制） 685D（十进制） 235O（

14、八进制） 在计算机应用中引入十六进制数主要是为了书写和使用上的方便，在计算机内部信息处理仍是二进制数。 注意：因为23=8，24=16，所以，一位八进制数可以用3位二进制数来表示，一位十六进制数可以用4位二进制数来表示。,进位计数制及其相互转换,十进制、二进制、八进制和十六进制采用的都是进位计数制，进位计数制中用少量数码按次序排列成数位，并按由低到高的进位方式进行计数。基数和权是进位十进制的两个基本要素。 基数是进位计数制中所用数码的个数，基数为r的进位计数制中需要r个数码，每个数位计满r就向高位进一，即逢r进一。 在进位计数制表示的数中，同一数字处在不同位置表示不同的值，它所表示的值是该数字

15、乘以一个由它所处位置所决定的常数，这一常数就是该数位所具有的权。r进制数各位的权是以r为底的幂。,进制转换总结,进位计数制及其相互转换,任何一个r进制数N可以表示为：,若r=10，则十进制数，其各位的权是以10为底的幂； 若r=2，则是二进制数，其各位的权是以2为底的幂； 若r=8，则是八进制数，其各位的权是以8为底的幂，八进制中共有八个数码：0、1、2、3、4、5、6、7； 若r=16，则是十六进制数，其各位的权是以16为底的幂，十六进制中共有16个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。 为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可以该数的后面加上下标 (B)、(

16、O)、(D)、(H)，分别表示该数为二进制、八进制、十进制和十六进制,进位计数制及其相互转换,r进制数转换为十进制数,按照公式展开求和,例1. 分别把二进制数1011.01和十六进制数F0.C用十进制表示,十进制数转换为r进制数,整数部分和小数部分分别进行转换,整数部分的转换步骤： 把r写成十进制数； 将N除以r，记录商和余数，并用r进制表示余数，这余数便是用r进制表示的数的最低位数字； 把上次的商进行中所述除以r取余的运算，用r进制表示余数；重复这种运算直到商为0，这时的余数即为十进制数N用r进制表示时的最高位数字。,十进制数转换为r进制数,例2. 把十进制数103用二进制表示 例3. 把十进制数506用十六进制表示,小数部分的转换步骤： 把r写成十进制数； 将N乘以r，记录积的整数部分和小数部分，并用r进制表示整数部分，该整数即为转换后r进制小数的最高位； 把上次积的小数部分进行中所述乘以r取整的运算，用r进制表示积的整数部分；重复这种运算直到积的小数部分为0，或者达到所要求的位数，这时的整数部分