微型计算机原理(第一章)概要

微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院微型计算机原理(第一章）主讲教师魏祖雪Email:[e-mail]重庆三峡学院物理与电子工程学院微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院课程目标微机原理是学习和掌握微机硬件知识和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目的：建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院教学内容第一章微机系统与接口技术概述第二章微处理器结构第三章寻址方式和指令系统第四章汇编语言程序设计第五章半导体存储器和高速缓冲存储器第六章中断技术第七章定时/计数器8254第八章DMA技术第九章可编程并行接口8255A第十章串行接口第十一章模拟接口微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院教材熊江主编，微机系统与接口技术，武汉大学出版社，2007.8微机原理与接口实验指导书，自编课程情况教学：42学时实验：14学时考试：作业20%，实验20%，期末考试60%答疑辅导网络：参考书:1.沈美明，IBM-PC汇编语言程序设计，北京，清华大学出版社，1991年6月，第一版2.刘乐善，微型计算机接口技术及应用，武汉，华中科技大学出版社，2004年1月3.戴梅萼等编《微型计算机技术及应用》-从16位到32位第二版4.邹逢兴主编《微型计算机原理及其应用》典型题解与实战模拟国防科技大学出版社微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院第一章微机系统与接口技术概述•1.1微型计算机的发展和特点•1.2微型计算机的指标和分类•1.3微处理器、微型计算机和微型计算机系统的基本组成•1.4计算机中数的表示和编码•1.5微机系统中的接口问题微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.1微型计算机的发展和特点一、计算机的发展简史1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼亚大学研制成功。尽管它重达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法.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。微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院计算机发展经历四代•第一代计算机：电子管计算机1946年以电子管为逻辑元件•第二代计算机：晶体管计算机1954年以晶体管为逻辑元件•第三代计算机：集成电路计算机1964年以中、小规模集成电路为逻辑元件•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•第五代计算机：智能计算机（非冯.罗依曼机）微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院•摩尔定律（Moor‘sLaw）1965年集成电路内芯片的晶体管数目，每隔18－24个月，其集成度就要翻一番。（特定大小的芯片内晶体管数加倍。）•四大定律主导网络时代•贝尔定律（Bell‘sLaw）：性能相同的计算机价格将持续下降。•吉尔德定律（Gilder’slaw）：网络的带宽每６个月翻一番。•麦特卡夫定律（Metcalfe'sLaw）：对网络投入N,可以收到的回报是N的平方二、微处理器及微型计算机的发展概况微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。第二代微处理机（1973年~1977年），典型代表有：Intel公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。第三代微处理机第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800的基础发展起来的；第四代微处理机以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表，第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM2又被推向市场。二、微处理器及微型计算机的发展概况微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院三、微型计算机的特点1、体积小、重量轻、功耗低2、价格便宜3、可靠性高4、功能强、使用方便5、维护方便微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.2微型计算机的指标和分类•1.2.1微型计算机的主要性能指标(1)运算速度(2)字长⑶存储容量⑷存取速度⑸系统总线⑹外部设备配置⑺可靠性、可用性、兼容性和可维护性⑻输入输出数据传输速率⑼系统软件配置微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.2.2微型计算机的分类•⑴按微机的结构形式分类•⑵按微处理器的位数分类•⑶按应用对象分类•⑷微型机按其应用领域分类•⑸按微型计算机的档次分类•⑹按使用形式分为独立使用式和嵌入式微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.3微处理器、微型计算机和微型计算机系统的组成运算器控制器寄存器组内存储器总线输入输出接口电路外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院一、微型计算机系统的基本结构微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院二、主机的硬件系统•微处理器系统的核心•存储器记忆设备，内存/外存•总线信息的传输设备（CPU总线、系统总线）•I/O接口与外设进行信息交换的“桥梁”微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB:AddressBus，DB:DataBus，CB:ControlBus微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院微机硬件系统组成框图CPU北桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端总线/CPU总线接口卡外设总线扩展槽微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院主机板•CPU插座•芯片组•内存插槽•高速缓存（Cache）•CMOS－存放硬件系统参数•系统BIOS–POST,SysInit,Setup,系统服务•总线扩展槽•串/并行接口┇主板结构微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院Intel845GE微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院三、软件系统系统软件应用软件操作系统系统应用软件存储器管理进程管理设备管理文件管理用户界面GUI网络软件编译系统系统维护程序工具软件系统增强软件办公数据库图形图像游戏娱乐。。。微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院四、冯·诺依曼计算机结构•以运算器为核心、以存储程序原理为基础运算器输出设备控制器输入设备存储器指令驱动指令流控制命令数据流微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院五、程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令译码取操作数执行指令存结果指令周期操作码操作数执行微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院指令执行过程取指令指令译码取操作数执行指令存结果问题：1。CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？——操作系统2。CPU如何按程序控制流执行指令？——程序计数器3。CPU如何知道从哪里取操作数？——地址、寻址方式微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院指令执行过程(取指/译码/执行)地址寄存器AR累加器A加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时序控制信号（控制命令）1011000000000101000001000000100011110100内部总线存储器01234程序计数器PC地址MOVA,5ADDA,8HLT地址总线+1③地址译码器读写控制电路④输出地址10110000⑦锁存指令锁存数据⑥置初值①②输出指令地址锁存地址②读写命令⑤⑧指令译码锁存输出微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院微机启动的过程（DOS）打开电源CPU从固定地址处执行一条跳转指令系统自检POST中断初始化初始化BIOS数据区从磁盘装入引导程序检查操作系统文件加载设备驱动程序并初始化设备加载DOS内核加载用户界面BIOSOS微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.4计算机中数的表示和编码1.4.1进位计数制进位计数制基数位权如：10011101B1234/1234D572Q2F0AH123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-21.4.2二进制计算机内部,采用二进制,因为:.容易实现.算术四则运算规则简单.可进行二值逻辑运算微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.4.3各进制之间的转换举例1、任意进制数→十进制数例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-14F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-22、十进制数→任意进制数例：将十进制数25.625转换为二进制数。225余数整数212K0=10.625×2=1.25k-1=126K1=01.25×2=0.5k-2=023K2=00.5×2=1k-3=121K3=10K4=1故25.625对应的二进制数为11001.101B微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院3、二进制、八进制、十六进制之间的转换例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.110111100B4F5.C2H=010011110101.11000010B微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院1.4.4计算机中带符号数的表示方法几个概念:无符号数带符号数机器数真值机器数的三种表示方法:原码表示法反码表示法补码表示法微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院一、原码表示法数的最高位表示数的符号，数值部分是数的绝对值，也称真值，这种表示法称为原码表示法。1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位同真值。例x＝+91＝+10l1011B[x]原=01011011B例y＝-91＝-1011011B[y]原=11011011B“0”的表示：[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B对于8位机，原码可表示的数的范围：-127～+127微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院二、反码表示法数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法就叫反码表示法。1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位为真值按位取反。例x＝+91＝+10l1011B[x]反=01011011B例y＝-91＝-1011011B[y]反=10100100B“0”的表示：[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B对于8位机，反码可表示的数的范围：-127～+127微型计算机原理------重庆三峡学院物理与电子工程学院三、补码表示法1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位为它的反码末位加1。例x＝+91＝+10l1011B[x]补=01011011B例y＝-91＝-1011011B[y]补=10100100B+1=10100101B例x＝+8＝+0001000B[x]补=0000