微机原理与接口技术 绪论

1、微型计算机原理与接口技术教材名称：微型计算机原理与接口技术作者：周荷琴 吴秀清出版：中国科学技术大学出版社 2008年第4版n掌握一门新技术,拓宽自己的知识面a.掌握微机的工作原理和编程技术b.熟悉各种I/O接口及应用c.微机已广泛用于 科学计算信息处理计算机控制智能仪器计算机通信家用电器辅助设计和制造(CAD/CAM)l作为专业基础课且专业课,为后续课程作准备a.a. 万丈高楼平地起万丈高楼平地起-地基很重要地基很重要b.b. 嵌入式控制系统、单片机原理及应用嵌入式控制系统、单片机原理及应用1.兴趣理论实践2.书读百遍，其意自现3.善于总结思考，掌握方法和技巧4.认真完成作业，加深理解和认识

2、5.按时上课，不迟到、不旷课注意事项n本课程的成绩由实验成绩、平时成绩和考试成绩构成，实验成绩占30%，平时成绩占20，考试成绩占50。n平时成绩包括上课考勤、实验考勤和作业及上课回答问题的情况n每次实验之后，认真写实验报告，实验报告在学期结束之前由学习班委统一收上来。参考书目n80 x86/Pentium处理器 硬件、软件及接口技术Walter A. Triebel著 王克义等译，清华大学出版社n微机原理与接口技术周明徳，蒋本珊，人民邮电出版社n微型计算机接口技术李大友 清华大学出版社n80X86汇编语言程序设计沈美明，温冬婵 清华大学出版社前导课程n计算机基础nC语言程序设计n数字电子技术

3、第1章 绪论n1.1微型计算机的发展概况n1.2微型计算机系统n1.3计算机数据格式1、计算机的发展概况第一代电子管计算机1946第二代晶体管计算机1958第三代集成电路计算机 1965第四代大规模集成电路计算机-微型计算机1971成本和体积递减运算速度和处理能力递增1.1微型计算机的发展概况美藉匈牙利科学家冯诺依曼于1946年提出了计算机的结构体系和工作原理。迄今为止所有进入实用的电子计算机都是按冯诺依曼提出的设计制造的。两位发明人莫奇来和爱克特ENIACENIAC档案：18800个电子管，30吨，占地150平方米，耗电150千瓦，每秒完成5000次加法运算，由美国宾西法尼亚大学发明 ENI

4、AC还不算是一台真正的计算机，因为它还没有软件，每算一道题，要人工把各个部件用硬线连起来，算一秒钟，准备工作至少要15分钟。冯诺依曼针对ENIAC “执行快，计划慢”的缺点，天才地提出了把程序也象数据一样放在计算机中的光辉思想，即所谓“存储程序”概念，引起了计算机发展史上划时代的变化。2、微处理器的发展概况第一代1971年开始4004 8008第二代1974年开始8080 Z80第三代1978年开始8086(8088) 80286第四代1983年开始80386 80486第五代1993年开始Pentium系列当代CPU能处理的信息：图形图象、视频、语音、网络应用、数据库等等CPU发展简史n19

5、71-November 15 First Microprocessorn1978-June 8 8086 by Inteln1979-June 1 8088 by Inteln1982-February 1 80286 releasedn1985 - October 17 80386 DX released n1989 - April 10 80486 DX released n1993-March 22 Intel Pentium releasedn1997-January 8 Pentium MMXn2000-March 8 Pentium 4nCPU的性能指标n主频：CPU的时钟频率，微

6、机运行速度与CPU的主频有关n字长：CPU一次能处理的数据的位数，也称CPU的“吞吐量”n晶体管数（摩尔定律：集成电路的集成度每18个月翻一番）nMIPS：Million Instructions Per Second每秒钟能处理的百万条指令数n高速缓存：一级缓存和二级缓存8086与Pentium4的比较比较项目8086Pentium4诞生日期1978年2000年主频5MHz3600MHz字长1632晶体管数2.9万1.25亿MIPS0.751000高速缓存无一级32KB二级缓存2MB1.2微型计算机系统n冯诺伊曼计算机的设计思想（EDVAC方案：存储程序通用电子计算机方案）：计算机分为运算器

7、、控制器、存储器、输入和输出装置五个部分，程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器则按程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。n主要以运算器和控制器为中心1、冯诺伊曼计算机2、现代计算机结构框图控制器主存储器运算器输入设备输出设备以存储器为中心微型计算机系统硬件系统软件系统应用软件系统软件微型计算机I/O设备微处理器存储器I/O接口输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪等输出设备：显示器、打印机、绘图仪等3、微型计算机系统的组成(计算机主板)系统总线鼠标键 盘耳 机显示器音 箱主 机打印机打印机照相机照相机摄摄相机相机计算机系统外观(1)微处理

8、器n算术逻辑部件，主要完成算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算n控制部件：负责对整机的控制，包括从存储器中读取指令，对指令进行译码和分析，发出控制信号和时序，使CPU内部和外部协调工作n工作寄存器：用来存放计算过程中所需要的或得到的各种信息，包括操作数地址、操作数和运算的中间结果(2)存储器n作用：主要用来存储程序和数据nPC机中存储器体系：高速缓冲存储器、主存储器、外存储器CPU高速缓冲存储器主存储器辅助存储器海量存储器内存储器外存储器容量逐渐增大存取速度逐渐减小内部存储器n内部存储器主要是半导体存储器n主存储器分为：只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）n高速缓冲存储器（CACHE

9、）：存储空间小，存取速度快，位于CPU与主存之间，一般集成在CPU内部，大大提高CPU的性能外部存储器n外部存储器主要是磁记录存储器，典型的有硬盘，特点：存储容量大，但是存取速度比较低。存储器的性能指标n存储容量：存储器的存储单元数，以“字节 BYTE” 为单位。1KB=1024BYTE 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GBn存取速度：从存储器中读出数据或数据写入存储器所需要的时间(3)I/O接口nI/O接口用于CPU与外设之间的信息交换典型的I/O接口有：n8259A：可编程中断控制器n8253：可编程计数器/定时器n8255：可编程并行接口n8251A：可编程串

10、行接口nA/D D/A转换器(4)总线n在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通道叫总线，微机以总线结构来连接各个部件的。n总线按层次分类：n内部总线：内部总线是微处理器内部各个部件之间传送信息的通路。 n元件级总线：元件级总线是连接计算机系统中两个主要部件的总线。 包括地址总线、数据总线和控制总线n系统总线：用来连接各个插件板，主要有：ISA PCI 总线等n外部总线：用于连接系统与系统、系统与外设，主要有： EIR-RS 232总线、IEEE-488总线4、总线结构n单总线结构n面向CPU的双总线结构n面向主存储器的双总线结构(1)单总线结构CPU微处理器随机存储器只读存储器I/O接口

11、I/O设备地址总线数据总线控制总线优点：简单，易于扩充系统，配置I/O设备缺点：总线只能分时工作，数据传输受限(2)面向CPU的双总线结构CPU主存储器I/O接口I/O接口I/O接口I/O设备I/O设备I/O设备输入/输出总线存储总线优点：提高微机系统的数据传送效率缺点：外设与主存储器之间没有直接通路(3)面向主存储器的双总线结构CPU主存储器I/O接口I/O接口I/O接口I/O设备I/O设备I/O设备输入/输出总线存储总线优点：综合了以上两种总线的优点，所有部件和设备均挂在总线上，可通过总线交换信息，同时在CPU与主存之间增加了一组高速存储总线，主存和外设之间可直接通信1.3计算机数据格式n

12、数制n计算机数据格式1、数制n几种进制表示n二进制-后缀Bn八进制-后缀Q或On十进制-后缀D或省略n十六进制-后缀Hn进制之间的转换2、计算机数据格式n补码nBCD码nASCII码n数据类型n浮点数(1)补码n机器数：用数的最高位表示符号，0表示正数，1表示负数，将一个数与符号用数值表示，这样的数称为机器数。计算机字长决定机器数的表示范围。机器数用原码、补码和反码表示，常用的是补码表示法n正数的补码是其自身n负数的补码：先求其绝对值所对应的二进制数，再按位求反，并在末位加1。举例n将下列十进制数表示8位二进制补码的形式n+101n-93n将下列二进制数转换为十进制有符号数n10000000B

13、n10001100Bn00111001B(2)BCD码nBinary Coded Decimal 二进制编码的十进制数，将十进制的每一位以二进制数编码方式表示，十进制的09分别用BCD数0000到1001表示。n压缩的BCD码：以每字节2个数字的形式存储n非压缩的BCD码：每字节1个数字的形式存储，最高4位无意义，可以用0000表示举例n将下列十进制数转换为二进制数、压缩和非压缩格式的BCD码十进制数压缩BCD码非压缩BCD码二进制119452012(3)ASCII码nAmerican Standard Code for Information Interchange，用一个字节表示计算机中的

14、字符，低7位为字符的ASCII值，最高位用作校验n字母：AZ azn数字：09n其他字母： ！ # $ % & ( ) _ + - * / | ; : “ ? , .等n非打印字符：BEL(响铃) LF(换行) CR(回车)(4)数据类型n字节（byte）DBn字(word) DWn双字(double word) DD例：写出下列变量在内存中的存储状况：A DB A，10，20HB DW 1234H，100C DD 56789ABCH(5)浮点数n单精度（用32位二进制表示一个浮点数）n符号位：1位n指数：8位n尾数：23位n双精度（用64位二进制表示一个浮点数）n符号位：1位n指数：11位n

15、尾数：52位符号位指数尾数表示格式：浮点数的表示方法1.填充符号位2.将数表示成二进制形式，并进行非规格化3.求移码阶：对于单精度浮点数，指数加上127(7FH)；对于双精度浮点数，指数要加上1023(3FFH)，并填充指数位4.填充尾数位举例n例1：把-12.1875表示成单精度浮点数n填充符号位：由于该数为负数，所以符号位为1n12.1875表示成二进制数为1100.0011B，非规格化后为1.1000011x23n移码阶：3+127=130，表示成二进制为：10000010n填充尾数位：尾数为1000011，由于尾数位占用23位，剩余的16位全部补零n综上，可知-12.1875表示成单精度浮点数为：11000001010000110000000000000000B，写成十六进制为：C1430000Hn例2：将单精度浮点数40480000H转换为十进制数本章知识点（1）1. 计算机的发展历程2. 微处理器的发展历程3. 冯诺伊曼机4. 现代