微机原理ch1 绪论1

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1、微机原理及应用,信控学院电子信息工程系,课程内容,第一章 绪论 第二章 8086系统结构 第三章 8086的寻址方式和指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 存储器 第六章 IO接口和总线 第七章 可编程接口芯片8255A及应用 第八章 可编程计数器/定时器8253及应用 第九章 微型计算机中断系统,学习要求,做好课前准备工作 提高课堂效率 独立完成作业 课堂提问作为部分平时成绩 认真做好实验 实验单列课程，32学时,第一章 绪论,1.1 微型计算机发展概况 1.2 微型计算机系统 1.3 相关术语 1.4 数制和码制 1.5 小结,1.1 微型计算机发展概况,世界上第一台现代意义 的电子

2、计算机是1946年 美国宾夕法尼亚大学设 计制造的“ENIAC” 占地上百平方米 重量几十吨 功耗几十千瓦,这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。,电子计算机的发展： 第一代：电子管计算机（1946-1956） 第二代：晶体管计算机（1957-1964） 第三代：中小规模集成电路计算机（1965-1970） 第四代：超大规模集成电路计算机（1971-今）摩尔定律（1965）：集成电路内芯片的晶体管数目每隔18-24个月其集成度翻一番。,计算机的分类（综合性能） 1.微机：单用户，也可以执行几个用户指令PC机 2.小型机：同时执

3、行数百用户的指令学校、中小企业服务器 3.大型机：同时执行数万用户的指令大型网站服务器 4.巨型机：同时执行数百万用户的指令 国家新闻中心、国防、军事 目前性能最好的超级计算机： 美国：“走娟”，美洲豹（1.76千万亿次/秒 ） 中国：“曙光-星云”，天河一号（2.5千万亿次/秒） 日本的K-Computer （10千万亿次/秒）,微处理器发展概况 第一代：4、8位机 Intel公司4004 1971年 第二代：8位 Intel公司8080 1974年 第三代：16位机 Intel公司8086 1978年 第四代：32位机 Intel公司80386/486 1983年 第五代：64位机 PEN

4、TIUM PIII等 1993年注：INTEL 微处理器的发展见教材P4：表1-1,微处理器的发展,80386,80486,奔腾,奔腾2代,奔腾4代,80286,8086,奔腾3代,IA-64 （安腾）,4004,不是我不明白， 这世界变化太快。 扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！,Core酷睿,特性： 全新的Core架构 全部采用65nm制造工艺 全线产品为单核心，双核心, 四核心，目前为止L2缓存容量存在2MB和4MB两个版本,上市时曾出现过2MB缓存容量 性能提升40% 能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦特 前端总线提升至1066Mhz(Conroe)，1333Mhz(Woodc

5、rest)，667Mhz（Merom）,“酷睿”是一款领先节能的新型微架构， 设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效， 提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。 早期的酷睿是基于笔记本处理器的。,双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来，从而提高计算能力。 “双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架构的高端服务器厂商提出的，主要运用于服务器上。而台式机上的应用则是在Intel和AMD的推广下，才得以普及。,酷睿系列CPU型号前字母的含义,酷睿2双核中，CPU类型还分E系，Q系，T系，X系，P系，L系，U系，S系 E系就是普通的台机的双核CP

6、U，功率65W左右 Q系就是四核CPU，功率会在100W-150W T系是普通的笔记本CPU，功率在35W或者31W X系是酷睿2双核至尊版，笔记本的X系CPU的功率是45W，台机的X系的CPU功率是100W左右 P系是迅驰5的低电压CPU，功率25W L系是迅驰4的低电压CPU，功率17W U系是迅驰4的超低电压CPU，功率5.5W 2010Intel酷睿双核处理器新家族：i3 530，i5 750，i7 930超线程技术、睿频加速，高清画质,迅驰技术,迅驰是英特尔公司针对手提电脑提出的无线移动计算技术解决方案。 2003年3月英特尔正式发布了迅驰移动计算技术，英特尔的迅驰移动计算技术并非以

7、往的处理器、芯片组等单一产品形式，其代表了一整套移动计算解决方案，迅驰的构成分为三个部分：奔腾M处理器、855/915系列芯片组和英特尔PRO无线网上，三项缺一不可共同组成了迅驰移动计算技术。Intel发布的第四代迅驰移动平台Santa Rosa，比之前的迅驰平台来说，最大的优势在于其更好的多任务处理能力，清晰的视频播放能力，更好的可管理性和安全性，而这些使的intel移动平台的优势进一步扩大 。由酷睿处理器、芯片组、无线网卡。,1.2 微型计算机系统,一、计算机基本结构,冯.诺依曼原理：存储程序，程序控制,冯.诺依曼计算机的工作原理： “存储程序” + “程序控制” 以二进制表示数据和指令(

8、程序) 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行,计算机之父：约翰冯诺依曼（John Von Nouma，19031957），美藉匈牙利人，世界著名数学家，最大贡献是对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工作。,早期的冯诺依曼结构上以运算器和控制器为中心，随着计算机系统的发展，现在已演化为已存储器为中心的结构。,微型计算机系统的三个层次： 微处理器(Microprocessor) 微型计算机(Microcomputer) 微型计算机系统(Microcomputer System),二、微型计算机系统的组成,微处理器,微型计算机,微型计算机系统,微型计算机系统组成,微处理器 存储器 I

9、/O接口 总线,硬件系统软件系统,微 型 计算机 系 统,微 型 计算机 (主板),外 设,ALU 寄存器 控制器,键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪,系统软件 应用软件,三、微型计算机的组成,地址总线AB,数据总线DB,控制总线CB,微机组成框图,1、CPU（也称微处理器、中央处理器）计算机的控制中心，提供运算、判断能力 构成：运算器：完成算术、逻辑运算控制器：协调整机工作寄存器组：暂存数据等 例：Intel 8086、PIII、P4 CPU的位数：4位、 8位、 16位、 32位、64位 是指一次能处理的二进制数据的位数,2、存储器,存储器用来存储程序和数据。存储器一般分

10、为两大类：内部存储器（内存或主存）和外部存储器（外存）。,内存存放当前正在使用或者经常使用的数据，CPU 可以直接访问；外存存放“海量”数据，相对访问较少，使用时调入内存。,存放程序和数据的记忆装置 内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小 外存：磁盘、光盘、半导体盘、特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大 内存操作：读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；,3、I/O接口（输入/输出接口）CPU与外部设备间的桥梁。实现CPU与外设之间的速度匹配，信号电平匹配，信号格式匹配，时序控制，终端控制等。,CPU,I/O 接口,外设

11、,主要接口芯片：锁存器74LS373；缓冲器74LS245；可编程中断控制器8259A ；可编程计数/定时器8253 ；可编程并行接口8255A ； A/D，D/A等。,4、总线各部件之间传送信息的公共通路。总线标准的特性：（有4 个特性）物理特性；功能特性；电气特性；时间特性总线分类：（从不同层次看有4类）内部总线；元件级总线；系统总线；外部总线总线结构（有3种）单总线结构；面向CPU的双总线结构；面向主存储器的双总线结构,内部总线,元件级总线根据传送信息的类型不同分为三种： （1）地址总线AB：传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。

12、CPU的寻址范围 = 2n ， n-地址线根数8086CPU寻址范围 = 220 = 1MB （2）数据总线DB：决定CPU一次最多传送数据宽度。8086CPUDB 16位 （3）控制总线CB：用来传送各种控制信号,3）系统总线微机机箱内的底板总线，用来连接各个插件板，包括：ISA总线：工业标准体系结构总线EISA总线：扩展工业标准体系结构总线VESA总线：视频电子标准协会总线PCI总线：外设互连局部总线PCI-E总线：最新的总线和接口标准AGP总线：加速图形接口总线,4）外部总线用于微机系统与系统之间，系统与外部设备之间的信息通路。,并行：IEEE-488并行标准,串行：RS232、485，

13、USB，IEEE-1394标准,总线结构 1）单总线结构CPU、存储器和I/O接口均挂在一组总线上。优点：控制简单，易扩充。 缺点：总线只能分时工作，数据传输受限。,2）面向CPU的双总线结构CPU与存储器和I/O接口分别有一组总线。优点：提高了数据传送的效率。 缺点：降低了CPU的效率。,3）面向存储器的双总线结构CPU与存储器和I/O接口均挂在一组总线上，同时存储器与CPU之间增加一组高速存储总线。优点：提高了数据传送的效率，且不降低CPU效率,1、主频：指CPU的时钟频率，与运行速度有关； 2、字长：能够直接处理的二进制数的位数； 3、内存容量：存储器能存储信息的字节数； 4、存取周期：

14、主存储器完成一次读写所需要的时间 5、运算速度：是指微机每秒所能执行的指令条数。,四、微机的性能指标,1.3 相关术语,位、字节、字和字长、位编号、内存单元的地址和内容、内容容量及常用单位、内存中字数据的存储格式,一、位,二、字节,三、字和字长,字长：CPU一次能够处理的二进制数据的位数,四、位编号,五、内存单元的地址和内容,地址：内存单元唯一的编号 内容：内存单元存储的数据项,1 0 1 1 0 1 1 0,38F04H,内存单 元地址,内存单 元内容,. . .,. . .,六、内容容量及常用单位,内存容量：内存单元的个数（或存储的信息量）通常：512MB常用单位：位(bit)b字节(By

15、te)B字(Word)WKBMBGB,转换关系： b：一位二进制数字 1B=8b 1W=2B 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB,一个字（16位）由两个字节的数据来组成。 它在存储器中的存储格式通常有： 小地址格式：低字节总是存储在低地址单元中，高字节存储在高地址单元中。这在Intel 家族的CPU中采用。 大地址格式：低字节存储在高地址中，高字节存储在低地址中。这在Motorola家族的CPU中使用。,七、内存中字数据的存储格式,例如：1234H以不同格式的存储时的情况。,2FFFH 3000H 3001H 3002H 3003H,34 12,小地址格式,12 3

16、4,大地址格式,2FFFH 3000H 3001H 3002H 3003H,1.4 数制和码制,为了表示方便，使用后缀表明数的进制 十进制，后缀D或省略符合人们习惯 例：17.34 二进制，后缀B便于物理实现 例：1101.1010B 十六进制，后缀H便于识别书写 例：3A.B2H 八进制，后缀Q或O 例：625.71Q,1.4.1 数制,一、常用数制,1、十进制 特点：以10为基数，逢10进一；共有0-9十个数字符号 表示：,例：267.85,2、二进制 特点：以2为基数，逢2进一；只有0和1两个符号。 表示：,例：1101.1B,1101.1B,3、十六进制 特点：以16为基数，逢16进一；有0-9及A-F共16个数字符号。 表示：,例：1A.8H,1、非十进制数到十进制数的转换 每位数字与其对应的权值相乘，再按十进制求和 即：按权展开，再按十进制求和 例：将1110.101B转换为十进制 数码 1 1 1 0 . 1 0 1 权值 23 22 21 20 . 2-1 2-2 2-3 数值 8 + 4 + 2 + 0 + 0.5 + 0 + 0.125 =14.625,