第1章_1 微机简介

1、12022-2-11学习目标：学习目标：理解微型计算机工作原理，掌握微型计算机软理解微型计算机工作原理，掌握微型计算机软/硬件的基础知识和验硬件的基础知识和验 证方法。证方法。掌握微型计算机硬件接口技术。为中小规模的实时控制系统设计打下掌握微型计算机硬件接口技术。为中小规模的实时控制系统设计打下 坚实的基础。坚实的基础。学习要求：学习要求：掌握以掌握以Intel 8086为代表的为代表的X86微处理器的技术特点和基本结构。微处理器的技术特点和基本结构。掌握掌握80X86系列微处理器构成的微型计算机的基本组织方式和连接技系列微处理器构成的微型计算机的基本组织方式和连接技术。术。掌握汇编语言程序设

2、计基本指令和编程调试方法。掌握汇编语言程序设计基本指令和编程调试方法。掌握微型计算机中存储器、掌握微型计算机中存储器、I/O接口电路、中断系统、可编程接口芯接口电路、中断系统、可编程接口芯片工作原理和典型器件。片工作原理和典型器件。了解微型计算机的总线技术。了解微型计算机的总线技术。22022-2-11内容丰富知识点多，学时数相对少内容丰富知识点多，学时数相对少以一定理论为基础，工程实践性强以一定理论为基础，工程实践性强理论性公式少，逻辑性内容较多理论性公式少，逻辑性内容较多各内容关联性强，需要理解记忆内容多各内容关联性强，需要理解记忆内容多 本课程特点本课程特点内容丰富知识点多，学时数相对少

3、内容丰富知识点多，学时数相对少以一定理论为基础，工程实践性强以一定理论为基础，工程实践性强理论性公式少，逻辑性内容较多理论性公式少，逻辑性内容较多各内容关联性强，需要理解记忆内容多各内容关联性强，需要理解记忆内容多 本课程特点本课程特点32022-2-11参考书参考书:孙德文，孙德文，微型计算机技术微型计算机技术，高等教育出版社，高等教育出版社雷丽文，雷丽文，微机原理与接口技术微机原理与接口技术，电子工出版社出版，电子工出版社出版杨素行，杨素行，微型计算机系统原理及应用微型计算机系统原理及应用，清华大学出版社，清华大学出版社姚燕南，姚燕南，微型计算机原理微型计算机原理，西安电子科技大学出版社，

4、西安电子科技大学出版社刘乐善，刘乐善，微型计算机接口技术原理及应用微型计算机接口技术原理及应用，华中科技大，华中科技大学出版社学出版社王克义等译，王克义等译，80X86/Pentium处理器硬件、软件及接口技处理器硬件、软件及接口技术教程术教程，清华大学出版社，清华大学出版社教材教材:微型计算机技术微型计算机技术，陈慈发等主编，科学出版社，陈慈发等主编，科学出版社42022-2-11教学环节教学环节:理论教学：理论教学：36学时；学时；学习指导：学习指导：12学时学时讲讲 授：第一、二、三、四、五、六、八章授：第一、二、三、四、五、六、八章上机实验：上机实验：12小时，要求完成实验教程中的四个

5、基本实验。小时，要求完成实验教程中的四个基本实验。作作 业：课后布置。业：课后布置。 提交邮箱：提交邮箱： 考试考试:笔笔 试：试：80作业与考勤：作业与考勤：20实实 验：另行计分。验：另行计分。52022-2-1162022-2-11运算器运算器控制器控制器寄存器寄存器微处理器微处理器存贮器存贮器I/O接口接口微型计算机系统微型计算机系统硬件硬件软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件微型计算机微型计算机I/O设备，电源机箱等设备，电源机箱等72022-2-1182022-2-11二、微处理器的发展二、微处理器的发展 第一台电子计算机于第一台电子计算机于1946年在美国诞生（年在美国诞生（

6、ENIAC），人类从此进入电子），人类从此进入电子计算机时代。计算机时代。1958年集成电路技术的出现，更是为微型计算机的发展创造了年集成电路技术的出现，更是为微型计算机的发展创造了条件。微型计算机按单次处理数据位宽的不同可分为条件。微型计算机按单次处理数据位宽的不同可分为五代五代。第一代第一代，1971年年1973年，年，4位微处理器和低档位微处理器和低档8位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel 4004，Intel 8008。第二代第二代，1973年年1978年，年，8位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel 8080，MC6800，Z80，I

7、ntel 8085。第三代第三代，1978年年1983年，年，16位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel8086， Z8000，MC68000，Intel 80286。第四代第四代，1983年年2001年，年，32位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Z80000，MC68020，Intel 80386到到Pentium 4。AMD公司公司K5，K6，Athron，Duron等。等。第五代第五代，2001年以后，进入年以后，进入64位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel 64位安腾，位安腾，Pentium 4 /D ，AMD Ath

8、lon 64等等92022-2-11不同系列不同系列CPUCPU产品产品102022-2-112022年2月11日10/49各公司兼容各公司兼容x86x86指令集的主要指令集的主要CPUCPU产品产品微处理器微处理器的发展非常迅速，从最早的第一代应用于微机中的的发展非常迅速，从最早的第一代应用于微机中的8088CPU8088CPU发展到现在的发展到现在的Core i3/i5/i7 Core i3/i5/i7 ，只经过了，只经过了3030多年多年的的时间，可以说个人计算机的发展是随着时间，可以说个人计算机的发展是随着CPUCPU的发展而前进的。的发展而前进的。面向基本运算的英特尔面向基本运算的英

9、特尔 处理器处理器 专为互联网设备量身打造的专为互联网设备量身打造的 英特尔英特尔 凌动凌动 处理器处理器 112022-2-1111/49CPU由半导体硅芯片（由半导体硅芯片（die）、基板、针脚或无）、基板、针脚或无针脚触点、导热材料、金属外壳等组成。针脚触点、导热材料、金属外壳等组成。CPUCPU基本组成基本组成AMD Phenom II CPU（羿龙羿龙4核）核）电阻和电容电阻和电容122022-2-11三、微机分类方法三、微机分类方法132022-2-11142022-2-111.2 微型计算机组成微型计算机组成 计算机的五大部分：计算机的五大部分： 按照按照冯冯诺依曼体系结构，计算

10、机包括五个主要的部分，诺依曼体系结构，计算机包括五个主要的部分，即：即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器运算器 执行全部的算术和逻辑执行全部的算术和逻辑运算。运算。 控制器控制器 计算机的控制中心，控计算机的控制中心，控制和同步其他各个部件。制和同步其他各个部件。存储器存储器 计算机的主要记忆部件，计算机的主要记忆部件，以字节为单位的、线性编以字节为单位的、线性编址的二进制记忆部件。址的二进制记忆部件。输入、输出设备输入、输出设备 通过接口电路连接到总通过接口电路连接到总线的计算机外部设备。线的计算机外部设备。 运算器运算器控制器控制

11、器内存储器内存储器输入设备输入设备输出设输出设备备外存储器外存储器控制控制数据数据地址或指令地址或指令CPU主主机机外外设设存储器存储器CPU主主机机外外设设CPU = 运算器运算器+控制器控制器+寄存器寄存器 Central Processing Unit MPU = 一块一块IC的的CPUMicro Processing Unit中央处理单元中央处理单元外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备控制总线控制总线内存储器内存储器I/O接口接口数据总线数据总线地址总线地址总线152022-2-11 微型计算机作为计算机使用最广泛的一个分类，结构上看微型计算机作为计算机使用最广泛的一个分类

12、，结构上看主要可以分为三个大的部分，即微处理器、输入主要可以分为三个大的部分，即微处理器、输入/输出接口、存输出接口、存储器。储器。 微处理器（微处理器（MPU）：一块或几块大规模：一块或几块大规模/超大规模集成电路，超大规模集成电路，包含了运算器和控制器的功能。包含了运算器和控制器的功能。 输入输入/输出接口（输出接口（I/O）：）：微处理器与外部输入微处理器与外部输入/输出设备交换输出设备交换数据的通道，主要完成信号转换、地址识别、数据缓冲等功能。数据的通道，主要完成信号转换、地址识别、数据缓冲等功能。 存储器（存储器（MEM）：）：微型计算机的记忆功能部件，用于存储微型计算机的记忆功能部

13、件，用于存储微机系统的数据和程序。按照与微处理器连接方式的不同可以微机系统的数据和程序。按照与微处理器连接方式的不同可以分为两类，通过系统总线直接与微处理器连接的存储器为分为两类，通过系统总线直接与微处理器连接的存储器为内存内存储器储器，通常是，通常是RAM或或ROM；通过输入；通过输入/输出接口与微处理器连输出接口与微处理器连接的存储器为接的存储器为外存储器外存储器，通常为硬盘、光盘等设备。，通常为硬盘、光盘等设备。162022-2-11比特比特(bit)：一位二进制信息，它是二进制信息的最小单位（一位二进制信息，它是二进制信息的最小单位（0或或1），常），常用字母用字母“b”表示。表示。字

14、节字节(byte) ：由由8位二进制信息组成，字节是微机中分配地址的基本单位二进制信息组成，字节是微机中分配地址的基本单位，常用字母位，常用字母“B”表示。表示。 字字(word)：计算机中作为一个整体来处理的一组二进制数，是字节的计算机中作为一个整体来处理的一组二进制数，是字节的整数倍。通常与计算机内的寄存器、算术逻辑单元宽度一致。目前为整数倍。通常与计算机内的寄存器、算术逻辑单元宽度一致。目前为表达方便，将字定义为表达方便，将字定义为16位，而双字定义为位，而双字定义为32位。字常用字母位。字常用字母“W”表表示，双字用示，双字用“DW”表示。表示。存储器容量：存储器容量：通常以字节为单位

15、表示，在内存中一个字节占用一个寻通常以字节为单位表示，在内存中一个字节占用一个寻址地址。人们常说的址地址。人们常说的1G/2G内存，实际上应该是具有内存，实际上应该是具有1G字节字节/2G字节存字节存储容量的内存。储容量的内存。 与存储器有关的几个基本概念：与存储器有关的几个基本概念：172022-2-11系统总线系统总线CPU内存内存接口接口外部设备外部设备接口接口外部设备外部设备.单总线结构单总线结构182022-2-11n地址总线（地址总线（AB）：）：每个内存单元和输入每个内存单元和输入/输出接口都编有地址，微输出接口都编有地址，微处理器通过一组地址线告知内存或输入处理器通过一组地址线

16、告知内存或输入/输出接口要操作的地址。输出接口要操作的地址。这一组用于提供地址的线路称为地址总线。地址线的数量决定了这一组用于提供地址的线路称为地址总线。地址线的数量决定了微处理器可以访问的内存数量或输入微处理器可以访问的内存数量或输入/输出接口的数量。如一个微输出接口的数量。如一个微处理器地址总线为处理器地址总线为20根，则其最多能够给出根，则其最多能够给出220（1M）个地址。）个地址。n控制总线（控制总线（CB）：）：为了控制外围部件工作需要微处理器提供一组为了控制外围部件工作需要微处理器提供一组特定功能的线路，这一组特定功能的线路称为控制总线。控制总特定功能的线路，这一组特定功能的线路

17、称为控制总线。控制总线通常包括读、写、等待、使能、测试、响应等多种控制信号，线通常包括读、写、等待、使能、测试、响应等多种控制信号，利用这些信号微处理器可以管理微型计算机中的各个部件，按一利用这些信号微处理器可以管理微型计算机中的各个部件，按一定的时序协调工作。定的时序协调工作。192022-2-11连接到总线上的设备主要有：连接到总线上的设备主要有：CPU 一般情况下总线由一般情况下总线由CPU控制控制内部存储器内部存储器 是完全被动的总线设备是完全被动的总线设备接口电路接口电路 所有外部设备必须通过接口电路连接到计算所有外部设备必须通过接口电路连接到计算机，不同的接口电路可能拥有不同的端口

18、地址、中断等。机，不同的接口电路可能拥有不同的端口地址、中断等。总线的特点总线的特点 公共性、高速性、标准性。公共性、高速性、标准性。单总线和多总线单总线和多总线 多总线多总线计算机系统中同时存在多条总线。目前微机算计算机系统中同时存在多条总线。目前微机算机中都是采用多总线结构。机中都是采用多总线结构。 解决不同的部件速度不一致的问题。解决不同的部件速度不一致的问题。 为存储器设计专用的数据通道。为存储器设计专用的数据通道。 兼容符合不同的总线标准的设备。兼容符合不同的总线标准的设备。202022-2-11CPUCPU主要包括运算器和控制器主要包括运算器和控制器1 1运算器运算器ALU：Arithmetic and logical Unit 累加器累加器A A：N N位的寄存器，用于位的寄存器，用于保存运算过程中的有关数据。保存运算过程中的有关数据。 缓存器缓存器R R（暂时寄存器）：（暂时寄存器）：N N位位寄存器，接收来自累加器和数寄存器，接收来自累加器和数据总线的数据。据总线的数据。 加法器加法器：由由N N个全加器构成。个全加器构成。数据总线数据总线加法器加法器暂存器暂存器 R R累加器累加器A A暂存器暂存器212022-2-11222022-2-11232022-2-11242022-2-1