第一章微型计算机基础概论

1、微机原理与接口技术微机原理与接口技术二一五年九月二一五年九月张张 静静联系电话：联系电话： 8281351mail： 教材教材微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术（第三版）（第三版） 冯博琴、吴宁冯博琴、吴宁 清华大学出版社清华大学出版社参考教材参考教材 1. 1.微型计算机技术及应用微型计算机技术及应用（第（第3 3版）版） 戴梅萼戴梅萼 史嘉权史嘉权 清华大学出版社清华大学出版社 2. 2.微型计算机原理与应用微型计算机原理与应用( (第第3 3版）版） 郑学坚郑学坚 清华大学出版社清华大学出版社 3. 3.微型计算机系统原理及应用微型计算机系统原理及

2、应用( (第第2 2版）版） 杨素行杨素行 清华大学出版社清华大学出版社 教学安排教学安排电气工程及其自动化专业电气工程及其自动化专业理论：理论：64学时（学时（4学时学时/周周*16周）周）实验：实验：16学时学时 盛海龙教师盛海龙教师考核考核（考试（考试/4学分）学分）理论：总成绩理论：总成绩=平时考核平时考核10+中期考核中期考核20+期期末考核末考核70课程特点及学习方法1 1）不是纯理论，是工程实际课，学习时从实际需要来理解。）不是纯理论，是工程实际课，学习时从实际需要来理解。2 2）教材不易看懂，概念前后交错，缺少必要交代，不易把握重）教材不易看懂，概念前后交错，缺少必要交代，不易

3、把握重点。点。3 3）教材上内容及概念众多，知识点琐碎且多。）教材上内容及概念众多，知识点琐碎且多。每次课后要复习（特别是新接触的概念），不易自学，如果平时每次课后要复习（特别是新接触的概念），不易自学，如果平时不听课（缺课会使概念支离破碎跟不上），很难靠期末复习突击不听课（缺课会使概念支离破碎跟不上），很难靠期末复习突击考及格，但如果坚持听课，会感觉很容易。考及格，但如果坚持听课，会感觉很容易。 课程目标课程目标掌握：掌握：l微型计算机微型计算机的基本工作原理的基本工作原理l汇编语言程序设计方法汇编语言程序设计方法l微型计算机接口技术微型计算机接口技术l建立微型计算机系统的整体概念，形成微机

4、系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统软硬件开发的初步能力教学内容教学内容第一章第一章 微型计算机基础概论（微型计算机基础概论（4学时）学时）第二章第二章 微处理器与总线（微处理器与总线（6学时）学时）第三章第三章 8086/8088 指令系统（指令系统（12学时）学时）第四章第四章 汇编语言程序设计（汇编语言程序设计（12学时）学时）第五章第五章 存储器系统（存储器系统（8学时）学时）第六章第六章 输入输出和中断技术（输入输出和中断技术（12学时）学时）第七章第七章 常用数字接口电路常用数字接口电路+总复习（总复习（8+2学时）学时）第第1章章 微型计算机基础概论

5、微型计算机基础概论主要内容：主要内容：l微型计算机系统微型计算机系统 l计算机中的常用数制、编码及其相互间的计算机中的常用数制、编码及其相互间的转换转换l无符号二进制数的算术运算和逻辑运算无符号二进制数的算术运算和逻辑运算l有符号二进制数的表示及运算有符号二进制数的表示及运算 微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程微机系统的组成微机系统的组成1.1 1.1 微型计算机系统微型计算机系统一、计算机的分类及发展一、计算机的分类及发展1. 分类（按性能和体积）（按性能和体积）11单片机单片机微型计算机微型计算机12小型机小型机满足中小型企事业单位的性息处理要求，成本

6、低满足中小型企事业单位的性息处理要求，成本低小型机13大型机大型机14巨型机巨型机152013年年5月月 由国防科技大学等单位研制的由国防科技大学等单位研制的“天河天河二号二号”5.49亿亿次超级计算机亿亿次超级计算机，2. 计算机计算机的发展的发展 （1）计算机诞生背景）计算机诞生背景：ENIAC 1946.2.15（Electronic Numerical Integrator And Computer）描述：描述：18000多个电子管多个电子管1500个继电器个继电器10000只电容只电容70000个电阻个电阻重量重量30吨吨占地面积占地面积170m2耗电耗电150千瓦千瓦运算速度每秒运

7、算速度每秒5千次千次当时价值：当时价值：48万美元万美元 1718（2）计算机的年代划分（硬件和软件特征）计算机的年代划分（硬件和软件特征） 电子管计算机时代（机器语言、汇编语言）电子管计算机时代（机器语言、汇编语言） 晶体管计算机时代（晶体管计算机时代（BASIC、FORTRON） 小规模集成电路计算机时代（高级语言）小规模集成电路计算机时代（高级语言） 大规模集成电路计算机时代（软件工程大规模集成电路计算机时代（软件工程 数据库）数据库） 19二、微型计算机的发展二、微型计算机的发展诞生于诞生于20世纪世纪70年代年代特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、特点：体积小、重量轻、功耗低、可

8、靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富价格便宜、使用方便、软件丰富核心：微处理器核心：微处理器21微型计算机的年代划分22微型计算机发展大致分为五代微型计算机发展大致分为五代第一代： 4位机的发展和8位机萌芽阶段 （1971-1973）代表产品：Intel 4004和MCS-4微机 Intel 8008和MCS-8微机字 长： 4位或8位特 点：指令系统简单，运算功能差，价格低廉应 用：面向家电、计算机和二次仪表第二代：8位机的发展阶段 （1973-1977）代表产品：Intel 8080/8085、MC6800、Z80、R6502字长：8位特点：指令系统比较完善，运算速度提高一个数量级、寻址能

9、力有所增强应用：面向家电、智能仪表、工业控制 第三代： 16位机的发展阶段 （1978-1985）代表产品：Intel 8086/8088、80186、80286、MC68000、Z8000字 长： 16位特 点：指令系统丰富，采用多机中断，多种寻址方式，段式存储结构，配有功能强大的系统软件应 用： 工业控制第四代： 32位机的发展阶段 （1985-1992）代表产品：Intel 80386、80486字 长： 32位特 点：内存容量已达1MB以上，硬盘技术不断提高，发展了32位的总线结构，各种品牌机涌向市场，如COMPAQ、DELL等，这些微型机在性能上已赶上传统的超级小型机，可执行多任务、

10、多用户操作应 用：办公自动化，网络环境第五代： 64位机的产生和发展阶段 （1992-现在）代表产品：Intel Pentium、Itanium字 长： 64位特 点：外部数据线64位字长，32位以上地址总线，增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用应 用：办公自动化，网络服务器1. 冯冯.诺依曼计算机诺依曼计算机三、微型计算机的工作过程三、微型计算机的工作过程执行程序（指令序列的集合）执行程序（指令序列的集合）程序的执行过程程序的执行过程程序程序指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4指令指令n 取指令取指令指令译码指令译码取操作数取操作数执行指令执行指令存结果存结果指令周期指令周期操作码操

11、作码 操作数操作数执行执行1. CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？如何知道从哪里取出程序的第一条指令？操作系统操作系统2. CPU如何按程序控制流执行指令？如何按程序控制流执行指令？程序计数器程序计数器3 CPU如何知道从哪里取操作数？如何知道从哪里取操作数？地址、寻址方式地址、寻址方式冯冯诺依曼计算机的核心原理诺依曼计算机的核心原理存储程序的工作原理存储程序的工作原理l将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存入存储器保存l程序中的指令和数据必须采用二进制代码，且能够被执行该程程序中的指令和数据必须采用二进

12、制代码，且能够被执行该程序的计算机所识别。序的计算机所识别。l指令按其在存储器中存放的顺序执行，存储器的字长固定并按指令按其在存储器中存放的顺序执行，存储器的字长固定并按顺序线性编址。顺序线性编址。l由控制器控制整个程序和数据的存取及程序的执行。由控制器控制整个程序和数据的存取及程序的执行。l以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。四、微型计算机系统四、微型计算机系统32 主机主机 硬件系统硬件系统 外设外设 微机系统微机系统 系统软件系统软件 软件系统软件系统 应用软件应用软件CPU存储器存储器输入输入/输出接口输出接口总线总线微型计算机系统微型计算机

13、系统(1)(1)微处理器微处理器l微处理器简称微处理器简称CPU，是计算机的核心。是计算机的核心。l主要包括：主要包括： 运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组(2)(2)存储器存储器 用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。有关内存储器的几个概念有关内存储器的几个概念l内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l内存容量内存容量l内存的操作内存的操作l内存的分类内存的分类内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容l每个单元都对应一个地址，以实现对单元每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。内容的寻址。1011011038F04H内

14、存地址内存地址单元内容单元内容内存容量内存容量l内存所含存储单元的个数，以内存所含存储单元的个数，以字节字节为单位为单位l内存容量的大小依内存容量的大小依CPUCPU的寻址范围而定的寻址范围而定 （即（即CPUCPU地址信号线的位数）地址信号线的位数）l常用术语常用术语位（位（bitbit）：）：是存储器中存储信息的最小单位，称为存储位。是存储器中存储信息的最小单位，称为存储位。 (0/1) (0/1)字节（字节（ByteByte）：存储器基本单位是字节，一个字节叫做一个存储：存储器基本单位是字节，一个字节叫做一个存储 单元，单元，1Byte1Byte8bit8bit。字长：字长：计算机进行数

15、据处理和数据存储的单位（一组二进制数）计算机进行数据处理和数据存储的单位（一组二进制数）1001101011001100001010110101000110010110位位字字节节存储容量：存储容量：存储器所包含的存储单元总数存储器所包含的存储单元总数存储容量的单位存储容量的单位：B（字节）、（字节）、KB（千字节）、（千字节）、 MB（兆字节、（兆字节、GB（千兆字节）和（千兆字节）和TB（太字节）（太字节）1KB=1024B 1MB=1024KB1GB=1024MB 1TB=1024GB内存操作内存操作l读：将内存单元的内容取入读：将内存单元的内容取入CPUCPU，原单元内容原单元内容不改

16、变；不改变；l写：写：CPUCPU将信息放入内存单元，单元中原来的将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。内容被覆盖。CPU读出地址为读出地址为04H内存单元中的内容内存单元中的内容CPU把数据把数据26H写入地址为写入地址为08H的存储单元的存储单元输入输入/ /输出接口输出接口l接口是接口是CPUCPU与外部设备间的桥梁与外部设备间的桥梁CPUI/OI/O接口接口外外设设l数据缓冲寄存数据缓冲寄存l信号电平或类型的转换信号电平或类型的转换l实现主机与外设间的运行匹配实现主机与外设间的运行匹配接口的分类接口的分类串行接口串行接口 输入接口输入接口并行接口并行接口 输出接口输出接口数字接口

17、数字接口模拟接口模拟接口总线总线l基本概念基本概念l分类及作用分类及作用 软件系统l软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。资料。系统软件系统软件应用软件应用软件(用户为解决各种实际问题编用户为解决各种实际问题编制的程序）制的程序）操作系统操作系统软件软件系统实用程序系统实用程序1.2 1.2 计算机中的数制及编码计算机中的数制及编码主要内容 各种计数制的特点及表示方法；各种计数制的特点及表示方法；各种计数制之间的相互转换。各种计数制之间的相互转换。1. 常用计数法 十

18、进制十进制 二进制二进制 十六进制十六进制十进制特点：特点：l以十为底，逢十进一；以十为底，逢十进一；有有0 0- -9 9十个数字符号十个数字符号,10,10为基为基数，数，1010i i为权，为权，用用D D表示表示。l权值表达式：权值表达式： 111002211101010101010nmiiimmnnnnDDDDDDD二进制特点：特点：l以以2为底，逢为底，逢2进位；只有进位；只有0和和1两个符号。两个符号。用用B表示表示。权值表达式权值表达式： 111002211n2222222)(nmiiimmnnnBBBBBBB十六进制特点：特点：l有有0-9及及A-F共共16个数字符号，逢个数

19、字符号，逢16进位。进位。用用H表示表示。权值表达式权值表达式： 1110022n1116161616161616)(nmiiimmnnnHHHHHHH例：l234.98D或（或（234.98）D或（或（234.98）10l1101.11B或（或（1101.11）B 或（或（1101.11）2lABCD . BFH或（或（ABCD . BF）H或或 （ABCD . BF） 162. 各种进制数间的转换非十进制数到十进制数的转换非十进制数到十进制数的转换十进制到非十进制数的转换十进制到非十进制数的转换二二进制与十六进制数之间的转换进制与十六进制数之间的转换 非十进制数到十进制数的转换l按相应的权

20、按相应的权值表达式展开值表达式展开l例：例：l1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75l5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.5十进制到非十进制数的转换l到二进制的转换：到二进制的转换： 对整数：除对整数：除2取余直到商为零；（低取余直到商为零；（低 高）高） 对小数：乘对小数：乘2取整直到达到精度或小数部分为零。（高取整直到达到精度或小数部分为零。（高 低）低）l到十六进制的转换：到十六进制的转换： 对整数：除对整数：除16取余；取余； 对小数：乘对小数：乘16取整。取整。（112.25）10=（ 1110000.01 ）2（301.6875）10=（ 12D.B )16 (253.25)10=( 11111101)B=( FD.4 )H二进制与十六进制间的转换l用用4位二进制数表示位二进制数表示1位十六进制数位十六进制数l例：例：11001.1B= 19.8H 11001010.0110101B =CA.6AH2A8F.6DH=0010101010001111.01101101BBCD码码(8421)十进制数十进制数 Decimal二进制数二进制数Binary十六进制数十六进制数H