微机原理与接口技术_

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1、2018年10月21日星期日,微机原理与接口技术,康钦马山东大学威海分校计算机系,07:57:01,2,使用教材,微型计算机原理与接口技术 周荷琴 吴秀清 编著 中国科学技术大学出版社,07:57:01,3,教学要求,课堂上注意听讲、重要的是理解 课堂外一定要看书复习或预习、完成作业 充分利用上机时间、多编程练习,07:57:01,4,考核要求,考试成绩（课堂教学内容）70 出勤成绩（出勤情况） 15 平时成绩（作业等学习情况）15,07:57,5,内 容 提 要,微型计算机的发展概况 微型计算机的特点和应用 微型计算机系统简介,第一章 绪论,07:57,6,1-1 微型计算机的发展概况,19

2、46年电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）在美国（宾夕法尼亚大学）诞生。,一、计算机的发展简史,它装有 18800个电子管、7万个电阻器。1万个电容器和6000个开关，重达30吨，占地面积150多平方米，耗电150千瓦 。,1-1 微型计算机的发展概况 计算机的发展简史,1944年，Howard H Aiken(1900-1973)研制出了全电子计算器，为美国海军绘制弹道图，该机简称Mark I 。运算速度1次/35秒，通过电磁信号移动机械部件完成，用于专门领域做基本算术运算。,07:57,7,1-1 微型计算机的

3、发展概况 计算机的发展简史,第一代计算机：电子管计算机 1946年 以电子管为逻辑元件 操作指令为特定任务而编制，各不相同的机器语言，功能受限，速度慢； 使用真空管和磁鼓储存数据； 可完成5000次/秒的加法运算，比MARK I 快几千倍；,计算机发展经历四代:,第二代计算机：晶体管计算机 1958年 以晶体管为逻辑元件 降低了成本和体积； 提供了运算速度；,第三代计算机：集成电路计算机 1965年 以中、小规模集成电路为逻辑元件 体积进一步缩小； 配有各类操作系统，性能极大提高；,第四代计算机：大规模集成电路计算机 1970年 以超大规模集成电路为逻辑元件 微型机代表； 1974年，第一台微

4、型计算机诞生,第五代计算机：智能 计算机（非冯 诺依曼机） 人工智能、神经网络； 运算理论及系统结构的变革；,07:57,8,二、微型计算机的发展,第一代微处理器：1971年 （4位和8位微处理器）,计算机发展经历五代。,第二代微处理器：1974年 （8位微处理器）,第三代微处理器：1978年 （16位微处理器）,第四代微处理器：1983年 （32位微处理器）,第五代微处理器：1993年 （32位微处理器）,1-1 微型计算机的发展概况 微型计算机的发展,07:57,9,第一代微处理器：1971年 （4位和8位微处理器）,典型产品：Intel 4004（71年，4位微处理器），Intel 80

5、08（72年，8位微处理器） 特点： 工艺 ：PMOS 集成度： 2000只晶体管片 时钟频率：小于lMHz 平均指令执行时间：10-15s 采用机器语言编程。,1-1 微型计算机的发展概况 微型计算机的发展,07:57,10,第二代微处理器：1974年 （8位微处理器）,典型产品：Intel 8080（74年），Motorola MC6800（74年），Zilog Z80（75年），Intel 8085（76年） 特点： 工艺 ：NMOS 集成度： 9000只晶体管片 时钟频率：l-4MHz 平均指令执行时间：1-2s 有中断和DMA等功能，指令系统相对完善，并具有汇编语言和高级语言（BAS

6、IC、FORTRAN语言）的操作系统。,1-1 微型计算机的发展概况 微型计算机的发展,07:57,11,第三代微处理器：1978年 （16位微处理器）,典型产品：Intel 8086（78年） Zilog Z8000（79年）Motorola 68000（79年） Intel 80286（83年）Motorola 68010（83年） 特点： 工艺 ：HMOS 集成度： 2万-7万只晶体管片 时钟频率：4-25MHz 平均指令执行时间：0.5s 具有丰富的指令系统，采用多级中断，多重寻址方式，有段寄存器结构，配有磁盘操作系统，数据库管理系统和多种高级语言，性能超过了70年代的中低档小型机水平

7、。,1-1 微型计算机的发展概况 微型计算机的发展,07:57,12,第四代微处理器：1983年 （32位微处理器）,典型产品：Zilog Z80000（83年） Motorola 68020（84年）Intel 80386（85年） Intel 80486（89年）Motorola 68040（89年） 特点： 工艺 ：CHMOS 集成度： 15万-50万只晶体管片 时钟频率：16-40MHz 平均指令执行时间：0.1s 其中，80386CPU数据总线和地址总线均为32位，寻址能力高达4G字节，采用段页式存储器管理机制，提供带有存储器保护的虚拟存储。采用6级流水线，即取指令，译码，内存管理，

8、执行指令和总线访问并行操作。有快速局部总线，有一套支持的配件。,1-1 微型计算机的发展概况 微型计算机的发展,07:57,13,第五代微处理器：1993年 （32位微处理器）,典型产品：Intel：Pentium 586（93年）， Intel：pentium Pro P6（96年），Power PC（96年） 第五代微处理器使人们对图形图象，实时视频处理，语音识别，CAD/CAM，大规模财务分析，大流量客户机服务器应用等成为可能。,1-1 微型计算机的发展概况 微型计算机的发展,07:57,14,1-2 微型计算机的特点和应用,一、微型计算机的特点,体积小，功耗低 可靠性高，使用环境要求低

9、 系统外部芯片配套，系统设计灵活 性能优良，价格低廉,1-2 微型计算机的特点和应用 微型计算机的特点,07:57,15,二、微型计算机的应用,科学计算 信息处理 计算机控制 智能仪器 计算机通信 家用电器 CADCAM / CAl,1-2 微型计算机的特点和应用 微型计算机应用,07:57,16,1-3 微型计算机系统,一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统,微处理器(Microprocessor)只是一个中央处理器(CPU)，由以下几部分组成：运算器，寄存器，控制器，内部总线。 运算器：即算术逻辑部件(ALU)。 寄存器组：用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。 控制器：控制逻辑部件。

10、负责对整机的控制，使CPU内部、外 部协调工作。 内部总线：总线用来传送CPU内部的数据及控制信号。 （如下图所示）,1-3 微型计算机系统 微处理器、微型计算机、微型计算机系统,07:57,17,微处理器只是一个中央处理器(CPU)，由以下几部分组成：运算器，寄存器，控制器，内部总线。,1-3 微型计算机系统 微处理器、微型计算机、微型计算机系统,注意：微处理器不能构成独立的工作系统，也不能独立执行程序。需配有存储器、输入/输出接口。,07:57,18,微型计算机,微型计算机的组成： CPU 存储器（RAM,ROM） 输入输出接口电路 系统总线,诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序”

11、+ “程序控制” 以二进制表示数据和指令(程序) 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行,1-3 微型计算机系统 微处理器、微型计算机、微型计算机系统,07:57,19,1-3 微型计算机系统 微处理器、微型计算机、微型计算机系统,注意：微型计算机具有运算功能，可独立执行程序。但若没有输入/输出设备，则数据无法输入，结果亦无法显示或输出，还是不能正常工作。,微型计算机框图及应用图：,07:57,20,1-3 微型计算机系统 微处理器、微型计算机、微型计算机系统,07:57,21,微型计算机系统,微型计算机系统的构成：微型计算机外部输入输出设备系统软件,1-3 微型计算机系统 微处理器、

12、微型计算机、微型计算机系统,07:57,22,微型计算机系统,1-3 微型计算机系统 微处理器、微型计算机、微型计算机系统,07:57,23,ALU 寄存器 控制部件,系统软件：DOS、Windows 95/98/2000 应用软件：WPS 、 Word、Photoshop,微 处 理 器 CPU 存储器(RAM,ROM)I/O接口总线,硬 件软 件,微型计算机系统,微 型 计算机 (主机),外 设,键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪,概念对照微处理器、微型计算机、微型计算机系统,1-3 微型计算机系统 概念总结,07:57,24,二、总线,总线：计算机系统中，各个部件之间传

13、送信息的公共通路。,总线分类：内部总线、元件级总线、系统总线、外部总线。,1-3 微型计算机系统 总线,07:57,25,内部总线,内部总线：是微处理器内部各个部件之间传送信息的通路。内部总线:单总线结构双总线三总线结构其中单总线结构有利于集成度的提高及成品率的提高，且由于面积和引脚所限，该类总线居多；双总线或三总线结构有利于内部数据传送速度加快。,1-3 微型计算机系统 总线,07:57,26,元件级总线,元件级总线：连接计算机系统中两个主要部件的总线。,1-3 微型计算机系统 总线,地址总线：CPU存储器、I/O端口，三态单向；地址总线的位数决定CPU可直接 寻址的内存容量，如：16位（2

14、16=64K）, 20位（220=1M）。 数据总线： CPU存储器、外设，三态双向； 控制总线：传输控制信号，方向随信号而变化； CPU存储器、I/O端口：读/写信号； 存储器、I/O端口 CPU：复位、中断信号。,07:57,27,系统总线（或板级总线）,系统总线是微处理机机箱内的底板总线，用来连接构成微处理机的各个插 件板。如ISA、EIASA、VESA、PCI等等,1-3 微型计算机系统 总线,07:57,28,系统总线实物图：,系统总线,1-3 微型计算机系统 总线,07:57,29,4.外部总线,外部总线用于微处理机系统与系统之间，系统与外部设备之间的信息通路。 如USB总线、IE

15、EE1394等。,1-3 微型计算机系统 总线,07:57,30,将CPU、存储器、I/O接口电路全部集成一块芯片上，构成具备基本功能的计算机，称单片机。特点：超小型、高可靠性、价廉应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等产品：Intel 的8051、8096/8098系列 Motorola 的6801、6805系列Hitachi (日立) 的 H8S、SH系列,三、单片机和单板机,单片机,1-3 微型计算机系统 单片机、单板机,07:57,31,单板机,将CPU、存储器、I/O接口及其少量的输入/输出设备（如键盘、显示等）等全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。特点：结构简单、价廉应用：过程控制、数据处理、教学实验产品：TP-801 以Z80CPU为核心的单板机,1-3 微型计算机系统 单片机、单板机,07:57,32,1.4.1 数制,1-4 微型计算机系统 计算机数据格式,1 几种数制的表示 在计算机内主要采用的是二进制（后缀B，Binary）、八进制（后缀O或Q，Octal，O易于0混淆，所以一般用Q替代O）、十进制（后缀D，Decimal，或不要后缀）和十六进制（后缀H，Hex）。r进制的每个数据位取值范围为0r1，进制算术运算规则同十进制，只不过是逢r进一、借一等于r而已。,