第1章微型计算机系统概述.

2019年12月20日星期五1微机原理课程目标微机原理是学习和掌握微机硬件知识与汇编语言程序设计的入门课程：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术2019年12月20日星期五2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Intel8086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。2019年12月20日星期五3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/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2019年12月20日星期五4教材及主要参考书1.教材:《微机原理与接口技术》冯博琴等主编，清华大学出版社，2007.082.参考书:《微机原理及接口技术》李顺增等主编，机械工业出版社，2006.013.实验指导书：《微机原理与接口实验指导书》陈够喜编，20062019年12月20日星期五5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。2019年12月20日星期五6课程教学和考核情况1.教学：54学时2.实验：10学时3.学分：4学分4.考试：平时作业10%；实验10%期末考试80%任课教师：尹建平联系电话：[e-mail]2019年12月20日星期五7CPU存储器译码时钟控制电路并行接口串行接口键盘接口显示器接口DMA打印机鼠标显示器键盘磁盘驱动器主板2019年12月20日星期五8传感器A/D转换器CPU存储器并行接口打印机键盘显示一个典型的应用系统第一章微型计算机系统概述/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》10第1章微型机系统概述主要内容：1.1微型计算机概述1.2微型计算机的组成和结构1.3微型计算机的工作原理1.4微型计算机的应用学时分配：2学时第一节微型计算机概述movax,12hcalldisplayJmp1234h/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》121.1微型计算机概述1.1.1微型计算机的发展1.1.2微型计算机系统的三个层次1.1.3微型计算机的常用术语和指标/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》13计算机技术是20世纪发展最为迅速、普及程度最高、应用最为广泛的科学技术之一。经过六十多年的发展，计算机已渗透到国民经济和社会生活的各个领域，极大地改变着人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。1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》18世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的“ENIAC”。占地150平方米重量30吨功耗150千瓦运算速度每秒5000次1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》191.1.1微型计算机的发展电子计算机的发展：电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）电子计算机按其性能分类：大中型计算机/巨型计算机（MainframeComputer）小型计算机（Minicomputer）微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）微型计算机的核心：微处理器(中央处理器CPU)/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》20Intel微处理器的发展简况代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-2011-2四198519893280386804861-227.512012-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP4P4E0.60.60.35.25-.13.18-.130.095504507508503K-5.5K12.5133-200166-233233-450450-12001300-32003200-4000300七200464Itanium0.08CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/CLOCK)3000/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》21微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的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(Moore'sLaw)GordonE.Moore，Intel公司的创始人之一1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》221.第一代微处理器•Intel4004、Intel4040—4位微处理器•Intel8008—低档8位微处理器1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》231971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3000～10000晶体管/片，微处理器的主频为0.1～5MHz。1971年：Intel4004，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。Intel40041.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》241972年：Intel8008，是世界上第一片8位微处理器。8008采用了10m生产工艺，集成度为3500个晶体管，工作频率为200KHz。Intel80081.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》252.第二代微处理器Intel8080、MC6800、6501、6502—8位微处理器Intel8085、Z80、MC6809—高档8位微处理器指令比较完善，有了中断与DMA汇编、BASIC，FORTRAN、PL/M后期配备CP/M操作系统1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》261974年：Intel8080采用了6m生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频为2MHz。1976年：Intel8085——Intel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。Intel80851.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》27Intel8086、Z8000、MC68000—16位-8086数据总线16位、地址总线20位Intel8088—准16位-外部数据总线8位，内部数据总线16位-IBMPC、IBMPC/XT1.1.1微型计算机的发展3.第三代微处理器/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》281978年—Intel8086采用了3m工艺，集成了29,000个晶体管，工作频率为4.77MHz。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。1.1.1微型计算机的发展Intel8086/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》291979年—Intel8088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。1.1.1微型计算机的发展Intel8088/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》301981年8月，IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微型计算机IBM5150PersonalComputer，即著名的IMBPC。4.77MHzIntel8088CPU16KB~256KBRAM,40KBROM5.25“floppydrive,PC-DOS1.0(MS-DOS)$3000baseprice$6000fullyexpanded1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》31Intel80286、MC68010—高档16位数据总线16位，地址总线24位IBMPC/AT实地址模式、虚地址保护模式虚地址模式可寻址16MB物理地址和1GB的虚拟地址空间1.1.1微型计算机的发展3.第三代微处理器/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》3280286（1982年-1984年）采用1.5m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）。1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》331985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算机IBMPC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的工业标准结构（ISA）。该结构提供了一个16位、高性能的I/O扩展总线。1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》34Intel80386—32位微处理器-数据总线32位，地址总线32位-实地址模式、虚地址保护模式、虚拟8086模式-虚地址模式可寻址4GB(232)物理地址和64TB(246)的虚拟地址空间Intel80486—32位微处理器-80386+80387+8KB的Cache-部分采用RISC技术、突发总线技术-使用时钟倍频技术1.1.1微型计算机的发展4.第四代微处理器/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》3580386（1985年-1988年）第一个实用的32位微处理器，采用了1.5m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已经达到超级小型机的水平。1.1.1微型计算机的发展/1092019年12月20日星期五中北大学《微机原理及接口技术》3680486（1989年-1992年）采用1m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