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1、 自动化与电气工程学院自动化与电气工程学院6/11/2022 微机原理及应用微机原理及应用6/11/20221课程介绍l课程名称：课程名称： 微机原理及应用微机原理及应用l适应专业适应专业: : 机自，机设机自，机设l课程性质课程性质: : 专业基础课专业基础课l学学 时：时： 4040学时（讲课：学时（讲课：3232，实验，实验8 8）l教教 材材： l微计算机系统原理及应用微计算机系统原理及应用 (第五版第五版)， 周明德周明德,清华清华大学出版社大学出版社o参考书：参考书：1.1.微型计算机技术及应用微型计算机技术及应用 , ,戴梅萼编戴梅萼编, ,清华大学出版清华大学出版, 1995.
2、, 1995.2.2.微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用, ,郑学坚编郑学坚编, ,清华大学出版清华大学出版3.3.微型计算机原理及接口技术微型计算机原理及接口技术, , 钱晓捷钱晓捷, ,机械工业出版社机械工业出版社,1999,19994.IBM PC 4.IBM PC 汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社6/11/20222注意事项1.1.作业：作业： 周一交作业周一交作业( (每周交一次）每周交一次）2.2.成绩组成：成绩组成：考试成绩考试成绩70% + 70% + 平时成绩平时成绩15% + 15% + 实验成绩实验成绩15% 15%
3、。3.3.期末考核期末考核: : 闭卷考试闭卷考试 4.4.答疑：随堂答疑答疑：随堂答疑 5.5.联系方式：联系方式：1 1教教12011201室室, , cse_ 6/11/20223课程简介o是计算机及相关专业的专业基础课，掌握是计算机及相关专业的专业基础课，掌握微机硬件技术的入门课程之一。微机硬件技术的入门课程之一。o着重培养学生着重培养学生有关微机应用系统设计的思有关微机应用系统设计的思维能力、实际动手能力，独立分析问题和维能力、实际动手能力，独立分析问题和解决问题的能力等解决问题的能力等。oIntel80 x86 CPUIntel80 x86 CPU为主线，围绕微机原理及为主线，围绕
4、微机原理及应用的主题，内容涉及应用的主题，内容涉及微处理器结构、存微处理器结构、存储器、储器、I/OI/O接口、中断系统、汇编语言设计接口、中断系统、汇编语言设计等基本知识。等基本知识。6/11/20224课程目标课程目标o认识微机系统的基本工作原理和组成认识微机系统的基本工作原理和组成o掌握常用接口电路设计技术及基本应用程掌握常用接口电路设计技术及基本应用程序设计方法序设计方法o认识微机接口技术在工程中的实际应用认识微机接口技术在工程中的实际应用o了解微机及其接口技术的最新发展了解微机及其接口技术的最新发展o建立微型计算机系统的整体概念建立微型计算机系统的整体概念o形成微机系统软硬件开发的初
5、步能力形成微机系统软硬件开发的初步能力6/11/20225学习方法o充分的课前预习准备；o注重课堂的学习成效，牢固掌握基本概念、基本原理等基础知识；o理论联系实际，重视实验操作和程序设计的实践；o课后复习巩固，做好习题，及时发现并改正学习中存在的问题和不足。6/11/20226课程主要内容课程主要内容1. 1. 概述概述( (微机的发展）微机的发展）2. 80862. 8086微处理器微处理器(80X86(80X86结构微处理器结构微处理器) ) （重点）（重点）3. 80863. 8086指令系统（重点）指令系统（重点）4. 4. 汇编语言程序设计（重点）汇编语言程序设计（重点）5.5. 处
6、理器总线时序和系统总线处理器总线时序和系统总线6.6. 存储器存储器7.7. 输入输出接口输入输出接口（重点）（重点）8.8. 中断控制器中断控制器9.9. 计数器和定时器计数器和定时器10.10.并行接口芯片并行接口芯片8255825511.11.串行通信及接口电路串行通信及接口电路12.12.数模转换与模数转换接口数模转换与模数转换接口6/11/20227第1章 概述o微型计算机发展概述微型计算机发展概述o80 x8680 x86系列结构的概要历史系列结构的概要历史o计算机基础计算机基础o计算机的硬件和软件计算机的硬件和软件o微型计算机的结构微型计算机的结构o多媒体计算机多媒体计算机6/1
7、1/20228本节课要求：o了解了解80 x8680 x86系列微处理器的发展历史系列微处理器的发展历史o掌握计算机的基本结构、常用术语等。掌握计算机的基本结构、常用术语等。o掌握微处理器的工作原理掌握微处理器的工作原理o掌握地址、数据、控制总线的概念掌握地址、数据、控制总线的概念o理解计算机执行过程理解计算机执行过程o理解理解模型机模型机的工作原理的工作原理6/11/202291.1 80X86微型计算机发展概述（仅了解）世界上第一台现代意义的电子计算机是世界上第一台现代意义的电子计算机是19461946年美国年美国宾夕法尼亚大学设计制造的宾夕法尼亚大学设计制造的ENIACENIACENIA
8、C= Electronic Numerical Integrator and Computer（电子数字积分电子数字积分机和计算机机和计算机）这一庞然大物装有这一庞然大物装有18,000个个电子管电子管，总重量达，总重量达30吨，吨，耗资近耗资近50万美元，不过它万美元，不过它还没有引入还没有引入CPU的概念的概念6/11/202210电子计算机的发展：电子计算机的发展：1、电子管计算机（、电子管计算机（1946-1956）2、晶体管计算机（、晶体管计算机（1957-1964）3、中小规模集成电路计算机（、中小规模集成电路计算机（1965-1970）4、超大规模集成电路计算机（、超大规模集成电
9、路计算机（1971-今）今）电子计算机按其性能分类：电子计算机按其性能分类：1、大型计算机、大型计算机2、中型计算机、中型计算机3、小型计算机、小型计算机4、微型计算机、微型计算机微型计算机微型计算机是第四代计算机的典型代表是第四代计算机的典型代表6/11/202211o微处理器的生产工艺微处理器的生产工艺n指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以连接线的宽度，一般以nmnm为单位，数值越小，为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越小。目前微处理器的生产工艺已经达到小。目前微处
10、理器的生产工艺已经达到2222纳米纳米的技术。的技术。o微处理器的集成度微处理器的集成度n指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。n最早最早Intel4004Intel4004的集成度为的集成度为22502250个晶体管，个晶体管，Pentium IIIPentium III的集成度已经达到的集成度已经达到950950万个晶体管万个晶体管以上，集成度提高了以上，集成度提高了30003000多倍。多倍。6/11/202212微型计算机的发展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Gordon E. Moore，Intel公司的创始
11、人之一微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征6/11/202213摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍420042002800280070070055055031031012012027.527.513.413.42.92.90.490.490 0500500100010001500150020002000250025003000300035003500400040004500450019731973 19781978 19821982 19851985 19891989 19931993 19951995 19971997 19991999 20002
12、000年万晶体管6/11/202214摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍 14004502662001338033165020040060080010001200140016001978 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1999 2000年MHz频率6/11/202215Intel 4004Intel 8008微型计算机的发展o微处理器发展的早期阶段（19711977）n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。n1971年：Intel 4004，是世界上第一片单片微处理器o4位微处理器，寻址空间为4096个半字节
13、, 指令系统包括45条指令n1972年：Intel 8008，是世界上第一片8位微处理器。o8008采用了10m生产工艺，集成度为3500个晶体管，工作频率为200KHz。6/11/202216o1974年：Intel 8080n采用了6m生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频为2MHz。o1975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。nAltair 8800的BASIC语言解释器是Bill Gates编写的o1976年： Intel 8085Intel公司生产的最后一种8位通用微处理器，n8085的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令
14、数上升到246条。微型计算机的发展6/11/202217第一代：8086/8088（1978年-1981年）o1978年-8086n3m工艺，29,000个晶体管，工作频率为4.77 MHz。n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。nCPU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o1979年-8088n数据总线为8位，其余均与8086相同。n8088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。o1981年8月，IBM公司推出以808
15、8为CPU的世界上第一台16位微型计算机IBM 5150 Personal Computer，即著名的IBM PC。X86系列微型计算机的发展6/11/202218X86系列微型计算机的发展代字长型号型号工艺集成度(万个)主频速度(MIPS)1168086334.77-103006/11/202219酷睿i7是面向高端发烧用户的CPU家族标识，包含Bloomfield(2008年)、Lynnfield(2009年)、Clarksfield(2009年)、Arrandale(2010年)、Gulftown(2010年)、Sandy Bridge(2011年)、Ivy Bridge(2012年)，
16、Haswell等多款子系列，并取代酷睿2系列处理器 。2-8颗核心 晶体管数量：7.74亿 45nm制程，32nm，22nm制程产品。 6/11/202220我国的微处理器发展我国的微处理器发展o“方舟方舟-1-1”：n20012001年年4 4月由中芯公司推出月由中芯公司推出 n0.250.25微米工艺，微米工艺，166MHz166MHz时钟，时钟，3232位字长位字长oo龙芯龙芯龙芯龙芯1 1 1 1号号号号”：n n32323232位字长，位字长，位字长，位字长，2002200220022002年年年年9 9 9 9月问世月问世月问世月问世 n n达到国际达到国际达到国际达到国际97979797年前后水平，等同于年前后水平，等同于年前后水平，等同于年前后水平，等同于P2 266 P2 266 P2 266 P2 266 n n0.180.180.180.18微米，微米，微米，微米，400400400400万集成度，万集成度，万集成度，万集成度，2 2 2 2亿次亿次亿次亿次/ / / /秒速度秒速度秒速度秒速度 n n应用：曙光龙腾服务器、无线应用：曙光龙腾服务器、无线应用：曙光
