微机原理01

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1、微机原理及接口技术,主讲人 李彩霞,2009,1课程名称：微机原理及接口技术 2学时学分：周4学时4学分 3先修课程：大学计算机基础、C语言程序设计、电工与电子技术 4教材： 冯博琴 吴宁，微机原理及接口技术 5教学方法讲授法为主，讨论法、练习法(习题课)这几种教学方法的综合运用。 6考核方式期终闭卷考试，结合课堂发言，平时作业，课堂表现，考勤要求，加以评定。,课程的总体要求,参考书目,1、戴梅萼,史嘉权.微型计算机技术及应用.北京:清华大学出版社(第四版),2006 2、杨素行等编著 . 微型计算机系统原理及应用 . 北京:清华大学出版社,1995 3、沈美明，温冬婵 . IBM-PC汇编语

2、言程序设计 . 北京:清华大学出版社,1991 4、王永山等编著 . 微型计算机原理与应用 . 陕西:西安电子科技大学出版社，1998 5、李顺增，吴国东等，微机原理及接口技术. 机械工业出版社, 2006,课程的目的,本课程是工科类专业的硬件技术基础课程，主要讲解微型计算机系统内部各部分的逻辑结构、组成原理及其外部的接口技术，初步掌握汇编语言程序设计技术。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。,课程的课时安排,学习方法很重要 复习并掌握先修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践 总成绩考试成绩实验成绩

3、平时成绩,微机 原理 及 接口 技术,典型机型：IBM PC系列机,基本系统：8086CPU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,第1章 微型计算机基础概论,本章教学时间：计4学时，周4学时 本章主要内容微型机的历史、组成部分及其功用；常用的数制、数制编码、数制转换、二进制的运算。 本章的重点： 微型计算机组成部分及其功用；数制编码、转换、二进制的运算。 本章的难点：微型硬件和软件是如何协调工作，带符号数之间的数制转换。,1、微型机的发展 按采用的物理器件将计算机发展分成5代：电子管时代晶体管时代中小规模集成电路时代大规模集成电路时代超大规模集成电路

4、时代人工智能是微型计算机的一个分支。,1.1.1 微型计算机的发展,1.1 微型计算机系统,计算机发展的5代,2、计算机的分类 按用途不同分为：专用机：功能单一，解决特定问题通用机：通用性强，综合处理能力强 按综合指标不同分为：体积、性能、价格巨型机大型机中型机小型机微型机：与前四型的区别在于采用了高度集成的器件和部件,3、计算机的发展过程从1946年2月第一台计算机ENIAC诞生至今计算机逐渐渗透到国民经济的各个领域，并极大地改变着我们的工作方式和生活方式，并成为推动社会发展的巨大生产力。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

5、现在，微型计算机已经历了六个发展时代。每18个月微处理器的集成速度和处理速度提高近一倍。,世界上第一台计算机ENIAC,4、微型计算机发展的6代 第1代： 4位和低档8位微处理器时代(19711973) 400440408008第2代：中高档8位微处理器(19741977)Z80、I8085、M6800，Apple-II微机第3代：16位微处理器(19781984) 8086808880286，IBM PC系列机,第4代：32位微处理器(19851993) 8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 4 32位PC机、Macintosh机、P

6、S/2机第5代：32位高档微处理器(19931996) Pentium 5（54）第6代：64位微处理器(1996年至今) 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,Intel4004和采用4004的计算器,Apple-I,Apple-II,Apple微型计算机,8088CPU,IBM PC机,IBM PC/AT机,IBM PC/XT机,IBM PC系列机,1.1.2 微型计算机的发展、特点和分类,1、发展过程：1）在结构体系上不断改进优化2）集成度、功能不断提高3）性价比不断增长 2、发展特点微型计算机广泛采用了大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成

7、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）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,3、微型机分类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。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，这就是单片机(Single-Chip Computer)。若将微型计算机的CPU、内存、I/

8、O接口电路安装在一块印刷电路板上就组成了单板机 。,1.1.3 微型计算机系统的构成,1、微型计算机通常指微型计算机的硬件系统还有一般的说法：微机、微型机。 以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统2、微处理器（Microprocessor）一个大规模集成电路芯片，内含控制器、运算器和寄存器等，微机中的核心芯片3、微型计算机系统（Microcomputer system） 指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统,4、微型计算机结构框图微型计算机由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

9、,5、硬件系统 1）微处理器 组成：微处理器主要由运算器和控制器组成，是微型计算机的核心，具有运算和控制功能。运算器是一个“信息加工厂”。数据的运算和处理工作就是在运算器中进行的。这里的“运算”，不仅是加、减、乘、除等基本算术运算，还包括若干基本逻辑运算。控制器是整个计算机的指挥中心，它取出程序中的控制信息，经分析后，便按要求发出操作控制信号，使各部分协调一致地工作。寄存器组是CPU内部的存储单元，按名字访问。,功能：微处理器还具有以下功能：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

10、中断请求。 结构：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；指令寄存器和译码器；时序和控制部件。 2）存储器第5章具体讲解 3）输入输出接口和设备第6章具体讲解,80386,Pentium,Pentium 4,8088CPU,微处理器芯片,4）系统总线总线是指传递信息的一组公用导线，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Intel 80x86CPU的数据线、地址线条数，容量 Intel 80x86 数据位数地址条数存储容量 8086 1

11、6 20 1MB 8088 8 20 1MB 80286 16 24 16MB 80386Pentium 4 32 32 4GB,6、软件系统以微型计算机为主体，配上系统软件和外设之后，就构成了微型计算机系统，微型计算机系统的基本组成如图所示。,7、软硬件之间的关系一个完整的微型计算机系统由硬件和软件两大部分组成，计算机的硬件和软件是密不可分但又相对独立的。硬件是计算机工作的基础，没有硬件的支持，软件将无法正常工作；软件是计算机的灵魂，没有软件，硬件就是一个空壳，不能做任何工作。只有把二者有机地结合起来，才能充分发挥计算机的作用。,1、微型计算机的应用微型计算机在工业、农业、国防、科学技术和国

12、民经济各个领域得到广泛应用，主要有以下几方面： 1）科学计算 2）数据处理和信息管理 3）CAD、CAM、CAA和CAI中的应用 4）过程控制和仪器仪表智能化 5）军事领域中的应用 6）多媒体系统和信息高速公路 7）家用电器和家庭自动化,1.1.4 微型计算机的应用及发展趋势,2、现代微型计算机技术的发展趋势 随着微电子技术和计算机技术的发展，一些新思想和新技术被陆续应用于微型计算机领域。微处理器技术发展的一些趋势。1. 多级流水线结构2. 芯片上存储管理技术3. 虚拟存储技术4. 并行处理的哈佛结构5. RISC结构6. 整片集成技术,1.2 计算机中的数制和编码,在人们应用各种数字符号表示

13、事物个数的长期过程中，形成了各种计数制。进位计数制就是一种常用的计数方法，微机中常用的进位计数制有十进制、二进制和十六进制三种，八进制也是应用中的一种。计算机是一个典型的数字化设备，只能识别0、1，所有计算机都是以二进制的形式进行数学运算和逻辑运算操作的，如果想要把生活中的各种数制变成计算机能识别的东西就需要把数制进行换算。,1.2.1 常用计数制,1、十进制 （Decimal）十进制后缀D或无后缀a、基数为10。b、特点：它有09十个不同的数码它是逢十进位的。c、一个十进制数N的多项式表示：,其中：10k权10 基数i 任意位，变量ai 第i位上的数码，可取09n 整数部分的位数m 小数部分

14、的位数,2、二进制 （Binary）二进制后缀Ba、基数为2。b、特点：它有0、1两个不同的数码它是逢二进位的。c、一个二进制数N的多项式表示：,其中：各个为的表示同十进制,3、十六进制 （Hexadecimal）十六进制后缀Ha、基数为16。b、特点：它有09，A、B、C、D、E、F十六个不同的数码它是逢十六进位的。c、一个十六进制数N的多项式表示：,其中：各个为的表示同十进制,4、八进制 （Octal）八进制后缀O或Qa、基数为8。b、特点：它有07八个不同的数码它是逢八进位的。c、一个八进制数N的多项式表示：,其中：各个为的表示同十进制,1.2.2各种数制的相互转换,1、B D 之间的相

15、互转换 a、B D：幂级数求和 b、 D B：整数部分 “除2取余” 逆序小数部分 “乘2取整” 顺序,2、H D 之间的相互转换 a、H D：幂级数求和 b、 D H：整数部分 “除16取余” 逆序小数部分 “乘16取整” 顺序,1.2.2各种数制的相互转换,3、O D 之间的相互转换 a、O D：幂级数求和 b、 D O：整数部分 “除8取余” 逆序小数部分 “乘8取整” 顺序,1.2.2各种数制的相互转换,4、B H 之间的相互转换 a、B H：四位合一 b、 H B：一分为四,1.2.2各种数制的相互转换,5、B O 之间的相互转换 a、B O：三位合一 b、 O B：一分为三,1.2.2各种数制的相互转换,6、H O 之间的相互转换 a、H O：H B OH D O b、 O H：O B HO D H,1.2.2各种数制的相互转换,1.2.3 计算机中的二进制数表示,1、定点小数的表示1）定义：规定小数点固定在最高数值位之前，符号位之后定点小数，纯小数。2）表示法：N=NsN-1N-2 N-(m-1)N-mn位小数N的范围：|N|1-2m3）比例因子将非小数、非整数通过多次调整比例因子使之变成定点小数或整数。,