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1、微机原理,中北大学计算机科学与技术系,（微机原理及接口技术） （微机原理与汇编语言）,课程教学和考核情况,1.教 学：54学时 (64学时) 2.实 验：10学时 (10学时) 3.学 分： 4 学分 (4 .5学分) 4.考 试：平时作业 10%；实验 10% 期末考试 80% 5、选课代表 姓名：徐志永 联系电话：13934514936 ,微机 原理 及 接口 技术,课程 介绍,典型机型：IBM PC系列机,基本系统：8086/8088CPU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,先修课程数字逻辑（数字电路） 提供硬件基础 计算机组成原理 确立计算
2、机部件功能 掌握计算机工作原理,先修 课程,微机原理课程目标,1.在总体上建立起微机系统的整体概念； 2.掌握微型机硬件系统各部分的构成及工作原理； 3.掌握Intel 8086基本指令系统； 4.掌握微型机的输入输出技术及常用接口电路； 5.掌握基本的汇编语言编程方法； 最终目标：要求学生通过课堂教学和实验训练后，初步具有微机应用系统硬件、软件的开发能力。,课程 介绍,第一章 微型计算机概述 第二章 计算机中的数制与码制 第三章 8086/8088 微处理器 第四章 8086/8088 指令系统 第五章 汇编语言程序设计 第六章 半导体存储器 第七章 输入输出接口(包括微机应用系统举例 )I
3、/O接口、中断、定时器/计数器并行口8255A、A/D和D/A转换,微机原理教学内容,教学 内容,课程特点与学习方法,1.综合性强：涉及电子电路、计算机原理、程序设计等课程内容。 2.实践性强：软硬件结合，需重视实验环节。 3.理解性强：需灵活学习、应用。不能死记硬背、临时突击。 4.联系实际：注意平时学习，不断积累知识。,学习 方法,学习资源要利用微服网 http:/ 钱晓捷 陈涛，微型计算机原理及接口技术，北京：机械工业出版社，1999.1 Barry B.Brey著 陈谊等译，Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全80X86、Pentium和Pentium Pro，北京：机械工业
4、出版社，1998.1 QQ： 1024006280 空间有一些习题和解答,学习 资源,第 1 章,微型计算机系统概述,第1章 微型计算机系统概述,本章的重点：了解计算机的基本概念、特点和分类；理解微型计算机系统的基本组成和各模块的功能以及计算机的常用术语。 本章的难点：理解微型计算机的硬件和软件是如何协调工作。,世界上第一个微处理器(微型机的核心部件)是美国Intel公司1971年生产的Intel4004，从那时到现在，微型计算机已经历了五个发展时代。,1.1.1 微型计算机的发展,1.1 微型计算机的发展和特点,第一代(19711973) 4位和低档8位微处理器时代400440408008
5、（示例） 第二代(19741977) 8位微处理器时代Z80、I8085、M6800，Apple-II微机 (示例） 第三代(19781984) 16位微处理器时代8086808880286，IBM PC系列机 （示例）,1.1.1 微型计算机的发展,1.1 微型计算机的发展和特点,第四代(19851999) 32位微处理器时代8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 4 （示例）32位PC机、Macintosh机、PS/2机 第五代(2000年至今) 64位高档微处理器时代Itanium、64位RISC微处理器芯片微机服务器、工程工作站、
6、图形工作站,1.1.1 微型计算机的发展,1.1 微型计算机的发展和特点,微型计算机广泛采用了大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路，除了具有一般计算机的运算速度快，计算精度高，记忆功能和逻辑判断力强，自动工作等常规功能外，还具有独特的优点。,1.1.2 微型计算机的特点,1.1 微型计算机的发展和特点,1. 体积小、质量轻 功耗低 2. 可靠性高、使用环境条件要求低 3. 结构简单灵活、系统设计方便、适应性强 4. 性能价格比高,1.1.2 微型计算机的特点,1.1 微型计算机的发展和特点,微型计算机可以从不同角度对其进行分类。按微处理器的位数可分为1位、4位、8位、16位、32位和
7、64位机等。按功能和结构可分为单片机和多片机。按组装方式可分为单板机和多板机。,1.2 微型计算机分类,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,Intel 4004,1972年：Intel 8008，是世界上第一片8位微处理器。8008采用了10m生产工艺，集成度为3500个晶体管，工作频率为200KHz。,Intel 8008,Intel4004和采用4004的计算
8、器,返回,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。 1976年： Intel 8085Intel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。,Intel 8085,Apple微型计算机,Apple-I,Apple-II,返回,1978年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。,Int
9、el 8086,1979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。,Intel 8088,80286（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。,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）。,IBM PC
10、系列机,8088CPU,IBM PC机,IBM PC/AT机,IBM PC/XT机,IBM PC系列机,IBM PC/XT 是美国国际商用机器公司(IBM)与1983年3月8日发布了PC的改进型，因为它带有一个容量为10MB的硬盘，这是硬盘第一次成为PC的标准配置。XT预装了DOS 2.0系统，支持“文件”的概念并以“目录树”存储文件 。 IBM PC/AT 是美国国际商用机器公司(IBM)于1984年发布、1987年停产的个人电脑产品，正式名称是IBM 5170 PC AT。“AT”是英文“先进技术”（Advanced Technology）的缩写，这是由于它引入了标准的16位ISA总线以及
11、采用了当时最新的英特尔80286处理器。,IBM PC/XT/AT机主机板组成,返回,微处理器子系统8088：16位内部结构、8位数据总线、20位地址总线、4.77MHz主频 存储器ROM-BIOS、主体为RAM I/O接口控制电路8259A、8253、8237A、8255等 I/O通道62线的IBM PC总线,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
12、已经达到超级小型机的水平。,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。,英特尔微处理器芯片,80386,Pentium,Pentium 4,返回,利用大规模集成电路工艺将微型计算机的三大组成部分CPU、内存和I/O接口集成在一片硅片上，这就是单片计算机(Si
13、ngle-Chip Computer)。例如：常用的MCS-51、MCS-96若将微型计算机的CPU、内存、I/O接口电路安装在一块印刷电路板上就组成了单板计算机 。,单片机和单板机,微处理器主要由运算器和控制器、少量存储器组成，是微型计算机的核心，具有运算和控制功能。具有以下功能：可以进行算术和逻辑运算；可保存少量数据；能对指令进行译码并执行规定的动作；能和存储器，外设交换数据；提供整个系统所需要的定时和控制；可以响应其它部件发来的中断请求。,1.3 微型计算机系统的构成,1.3.1 微处理器,掌握,微处理器通常称为CPU，但是严格的说 CPU微处理器,1.3 微型计算机系统的构成,1.3.
14、1 微处理器,为什么这么说呢？,微处理器 CPU,CPU 在内部结构上主要包含算术逻辑部件(ALU)；累加器和通用寄存器组；程序计数器(指令指针)、指令寄存器和译码器；时序和控制部件等部分。 微处理器除算术逻辑部件和控制部件以外，还包含一组寄存器（Registers）以及高速缓冲存储器（Cache）等特殊的存储器。将这些部件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，这个器件被称为微处理器。,微型计算机由CPU、存储器、输入/输出接口电路和系统总线构成。微型计算机的基本结构如图所示,1.3 微型计算机系统的构成,1.3.2 微型计算机,掌握,系统总线,系统总线,总线是指传递信息的一组公
15、用导线 总线是传送信息的公共通道 微机系统采用总线结构连接系统功能部件 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,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 数据总线DB CPU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 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,举例,举例,特点,Intel 80x86C
16、PU的地址线条数,Intel80x86 地址条数 存储容量 8086 20 1MB 8088 20 1MB 80286 24 16MB 80386 Pentium4 32 4GB,返回,Intel 80x86CPU的数据线条数,Intel 80x86 数据位数 8086 16 8088 8 80286 16 80386Pentium 4 32,返回,系统总线的使用特点,除了CPU外，还有DMA控制器和协处理器都具有控制系统总线的能力。它们被称为“总线主控设备”在某一个时刻，只能由一个总线主控设备来控制系统总线在连接系统总线的各个设备中，某一个时刻只能有一个发送者向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获得信号,
