《微机原理与应用》第0章课程概述.

1、微机原理与接口技术主讲孙艺珍西姿科技丸学计算机学咙电子科学与技术电子信魚科学与技术1本课程在计算机课程体系中的位置算法设计、数值分析、信号与系统、计算机理论课程、数学基础课程离数散据数结学构电子商务多媒体技术软件工程软件类模拟电路、数子逻辑电路设计* SOC ( System On A Chip)系统级芯片课程介绍微粗原理及搓 D 技术计算机系统综合设计计算机系统结构典型如型/BMPC糸刃机基本糸：8O86QPU和半导体存储彖硬件-接 D 电路虑理 软件- 接口编程方法C+ +编译系统JAVA pVB J L .数据库II操作系统2本课程的教学目的掌握先进微处理器芯片结构、微型计算机实现技 术

2、.计算机主板构成、各种接口技术原理及其应 用编程方法；掌握汇编语言程序的编写方法，尤其掌握接口访 问的方法。 了解微机技术新的发展趋势，提高分析和设计接口的能力。为微机的深入应用和嵌入式系统SOC设计等的学习 与实践打下良好基础。3本课程的要求学习微机各种接口电路的原理与作用，熟悉PC系 列机接口电路；掌握常用接口的设计与分析方法；学会使用汇编语言（和C语言）对接口进行编程；具有一定的动手实验能力和接口应用程序的编写 能力；4本课程的学习方法特点：本课程涉及的知识范围广，内容多1)以IBM PC/XT机基本结构这条主线，分析其基本 结构，掌握各接口电路及可编程接口芯片的应用。2)进一步扩展和延

3、伸4本镌程的学习方法 CPU从8086Pentium4,从实模式系统管理模 式；汇编语言一CP U及接口直接控制，16位32位汇编;总线PCI, USB等；中断一从实模式下的中断向量保护模式下的中断描述符；从传统中断PCI中断串行中断芯片组一从中大规模集成电路(8237. 8254. 8255、8259. 8250、8251等)4.本镌程的学习方法3）理论与实践相结合，锻炼实验动手能力。掌握汇编语言编程方法掌握*86系列寻址方式掌握*86常用指令学会x86汇编程序编写方法掌握PC机接口程序的编写方法充分利用课程实验和自修实验锻炼自己的编程能力 和接口设计与分析能力作业和实捡要求k独立克成每次作

4、业，按对交作业；2、按给走的对间做实脸;3按给走的肘间交试脸掖告；学习对间姿排上课对间和自学对间的比例为：h1.5本门课的学习方去1、 课前能预习，课后能总结，上课对能做笔记。2、*1励学生之间对学习中的堆点賤问积杈讨论，不理 解的问题可以农课后或签疑对问老师。3、 独立恳考，多看参考书，并有凄书笔杞，不懂的问 题可以写应作业中，不要帶着问题学习。本课程的考栈方式：期耒考试占50%,考勤占15%,作业成绩15%,期中测脸20%。说朗:U矿课3次以上（含5次丿考勘为0分2）作业少交3次（含不按对交3次丿作业成绩为0分3）不做实脍两次以上（含2次丿卖脸成绩为0分。实脍 成绩有两部分：动手能力和洪捡

5、掖告，各占50%, A规走的对间交卖睑掖告。第膳坎谀蹶璽计冀机0.1微型计算机的发爰 1946年，世尿上出现第一台救学天电子计算机ENIAC（电子數据和计算压丿发展刊以大规構集成电珞为主要部件的第 b 代，产 生了撤型计算机做燮计算机自20世纪70年代冋世以来伴随着微电 子学的发展，按CPU的学长和功能划分，她大政经 历了5代演变第一代(1971-1973)：4 住和 8 住低枯橄机以INTEL公司的4004、4040. 8008撤比理昙 组成的做机为代表。第二代(1974-1978): 8 住中桔做机以INTEL公司的8080、8085, Motorola公司的 的MC6800, Zilog

6、公司的Z80撤处理春组成的 撤机为代表。如Apple-ll微机第三代(1978)984):16 住微机以8086、8088、80286、MC68000.Z800撤处理晟组成的微机为代表如IBMPC余列机第购代(1985-1992)：32 住微机。 80386. 8048632住PC机、Macintosh机、PS/2机第一代第二代1972年1974年1976年1978年1982年1985年10月Intel 8008Intel 8080MC6800Z80Intel 8086Intel 80286803863500基本指令周期为2050戶8位8位8位16位16位32位6000680010000290

7、002MHz13.4万27.5万2.5MHz5MHz /基本指令周期0.5戶基本指令周期0.2 ns16-33MHZ / 3-4 MIPS8048632位120万33-120MHz/41-54 MIPS1993.3.221995.11.8PentiumPentium pro第1997年Pentium U五1999.2.26Pentium DI代1999.2.24AMD-K6-III2000.11.24Pentium 4310万550万75-133M Hz 0.6 pm200MHz/400MIPS700万2800万2130万4200万266MHz/400MIPS450MHz 450MHz0.25

8、pm1.4GHz0.18 um第五代：需档 32 住机及 64 住微机（1993 后丿以Pentium、Pentium Ik Pentium 111、Pentium 4为栓心处理春的撤机 其它趨片，如AMDItanium. 64住RISC微处理妾越片微机服务耳.工程工作站、图形工作誌微机发展概况1989年4月更新位位22位位位位2222Pentium 4EPentium 4Pentium 4ExtremeEditionAthlon 64Athlon 64 FX核心PrescottNorthwood(rallatinClawllammer SledgcIIamincrSocketSocket47

9、8Socket478Socket478Socket754Socket940频率2.834GHz1.6 3 4GHz 3.2-3.4GHZ2.0-2.2GHZ2.2(；Hz生产技术0.09微米，应变 硅晶技术0.13微米0.13微米0 13微米，SOI0.13微米，SOI晶体管数125百万55百万178百万105.9百万105.9百万内核尺寸in?112131237193193L1数据缓存16KB8KB8KB64KB64KBL1指令级存1200微指令12000微指令2000微指令64KB64KBL2缓存1024KB512KB512KB1024/512KB1024KBL3级存2MBSIMD指令SS

10、E3/SSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSE/3DNow!SSE2/SSE/3DNow!0.2 摩尔( (Gordon Moore )定律摩尔定律：“晶体管的大小将以指数速率变小，而集成到芯片上的晶体管数目将23年（18 24个 月）翻一番。”-Gordon Moore, 1965 * Gordon Moore-Intel公司的创始人，著名半导体科学家。0Gordon Moore 1965的预言已经40年了，这条IT第一定律还能走多远0樺隔需帝1978/6 Intel 808629000 Transistors 3pm 、Gordon Moore made hisfa

11、mous 1600E1400120010008006004002001978 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1999 2000年摩尔定律CPU性能每18个月增加一倍1971/11 Intel 40042300 Transistors2002/4 Pentium 4-2.2G55Million Transistors0.13pm0. 3微型计算机的应用计算机应用通常分成如下各个领域科学计算，数据处理，实时控制 计算机辅助设计，人工智能，微型计算机具有如下特点体积小.价格低、工作可靠、使用方便、通用 性强ooOooO505443年摩尔定律晶体管数目每两年增加一倍0.3

12、微型计算机的应用(续)5将 CPU 以及其他主要部件(如 ROM、IRAM、I/O 接口)都集成在一个微处理器I芯片中I例如：常用的 MCS-51、MCS-960 4微型计算系统的组成0.4.1 冯诺伊曼(John von Neumann )计算机的结构1.“存储程序”概念ENIAC (Electronic Numerrical Integrator AndComputer)-不具备存储程序的功能EDVAC (Electronic Discrete Variable AutomaticComputer)采用“存储程序”的概念，并付诸实现，“开 创了整个程序设计时代的到来”可菲性买时性強程序相对

13、简单、处理数小2 冯氏计算机结构:概念奠定了现代计算机结构的基础 “存储程序”指将指令、数据以二进制形式存入 计算机的存储器中。“程序控制”指计算机自动取出并执行存储器中的指令、完成预定的操作。计算机的硬件系统基本上由运算器、存储器、输入/输出（I/O）接口、和输入/输出设备、电源系统等组成，如图11所示。2.冯氏计算机的基本结构 一台计算机是以运算器为中心，由运算器、存储器、控制器、 输入设备和输山设备组成。-冯诺伊曼提出的“存储程序”、“程序控制”的计算结果由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成; 数据和程序以二进制代码形式存放；控制器根据存放在存储器中的程序来工作。运算

14、器进行算术和逻辑运算的部件（arithmetic logic unit,简称ALU）存储器用于存放指令（代码）和数据，也称为主存储器或内存。控制器产生整个指令系统所需的全部操作的控制信号。 CPU （central processing unit） 中央处理部件，由运算器与控制器共同构成。 “主机”CPU与存储系统I/O接口电源系统等组成了计算机系统的“主机”。输入/输出设备被称为外部设备O微型机的硬件结构以CPU为中心，加上只读存储器( (ROM)读写 存储器( (RAM)I/O接口电路和系统总线缓冲器 组成。如图丄2所示。微型计算机的几个重要部件：微处理器(microprocessor u

15、nit；MPU)计算机的核心部件。它包括：算术逻辑部件(ALU);累加器及通用寄存器组；程序计数器指 令寄存器和指令译码器；时序和控制部件主存储器 可分为只读存储器( (Read Only Memory ROM )和随机存储器( (Random Access Memory RAM )总线(BUS)是连接CPU与存储器I/O接口的公共导线，采用 总线结构是微型计算机的结构特点之一总线可分为三类： 地址总线( (addressbus) 它传输地址信息,用于寻址存储单元和I/O端口O用“AB”表示；数据总线( (databus) 用于传输数据。用“DB”表示; 控制总线(control bus)它向

16、系统各部件发出(或接收)控制信号。用“CB”表示。I/O 接口与 I/O 设备I/O接口是CPU与输入 输出设备进行数据交流的 中介电路。 I/O设备（输入/输出设备）通过I/O接口将程序和数据输入内存。CPU通过I/O接口将运行结果及程序.数据送到 输出设备上。士知垢如诡1. 微处理器子系统8088: 16依内部结构、8位数据总线、20位地址总线、4.77MHz主频2.存储器ROM BIOS、主体为RAM3.I/O 接口控制电路8259A、8253、8237A. 8255等4.I/O 通道62线的IBM PC总线I/O通道8087828匕钟发I/OM全局总线双重总线全局I/O双总线局部I/O

17、DMA控制器MPU局部M全局MUsers Manual0.4.3计算机系统的软件组成计算机的软件可分为系统软件和应用软件 系统软件包括使用和管理计算机本身的软件。如：操作系统：DOS, Windows等；数据库管理系统：FOXPRO,计算机网络管理软件；语言处理、服务性软件应用软件 它是计算机用户在各自的业务领域中开发和使 用的各种软件，是为解决某一个实际问题而编 制的程序。 例如：Photoshop,Word , WPS ,金山词霸等。微型计算机( (Microcomputer)通常指微型计算机的硬件系统微型计算机系统( (Microcomputersystem)指由硬件和软件共同组成的完整

18、的计算 机系统一般的说法:微机、微型机微型计算机的系统组成0.5微型计算机的主要技术指标1.字长指参与运算的数的基本位数，它影响着计 算机的计算精度和运算速度 计算机的字长取决于CPU的字长 微机的字长通常为4、8、16、32、64位。2.主存（内存）容量内存容量通常以字节（byte）作为基本单位lbyte=8bit（位）lKB=2】bytelMB=220byte（字节）lGB=23byte3 运算速度以每秒执行的机器指令数作为运算速度指标计量单位为MIPS （Million Instruction per second每秒百万条指令）4.主频率即机器的主时钟频率，取决与微处理器的频率。目前pentium 4芯片的频率已达几个G。5性能价格比1971年， 当时还处在起步阶段的In坦公司推出了世界上第一 颗微处理器4004,这是第一个用于计算器的4位微处理器。6.平均无故障时间返回1978年，Intel公司再次领导潮流，首次生产出16位的微处理 器，并命名为i8086 o(301982年Intel推出了划时代的最新产品802