微机原理教学课件第一章绪论

1、微型计算机原理及其应用合肥工业大学机械与汽车工程学院陈甦欣1第一章 绪论微机原理课程的学习内容和学习目的微型计算机的发展概况微型计算机系统的基本组成和各部件功能微型计算机的应用概况计算机数据格式2学习内容第一章、第二章：硬件知识（计算机组成及8086CPU系统结构）第三章、第四章：软件知识（汇编语言程序设计）。学习目的 通过该课程的学习，应能掌握微型计算机系统的硬件基本知识及汇编语言编程能力，具有一定的微机应用系统的系统分析能力，并且也为后继课程的学习，打下微型机系统硬件和软件方面的基础知识。第一章 绪论微机原理课程的学习内容和学习目的3第一章 绪论微型计算机的发展概况计算机的发展电子管计算机

2、晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机人工智能计算机1946年第一代电子计算机（ENIAC）在美国研制成功。使用了18800个电子管，重30吨，占地150平方米，耗电150千瓦，每秒完成5000次加法运算。41958年第二代晶体管计算机推出，用晶体管代替了电子管，大大降低了计算机的成本和体积，运算速度成百倍提高。51965年中小规模集成电路为主体的计算机问世，使计算机的体积进一步缩小，配上各类操作系统，计算机性能极大提高。61970年大规模集成电路（LSI）研制成功，计算机发展到第四代，微型计算机是第四代计算机的典型代表。1971年在美国硅谷第一块通用微处理器Intel 4004诞生，

3、从而开创了微型计算机的新时代。7计算机分类超级计算机排名（2011.6）：1.日本 K 8.16petaflop2.中国 天河-1A 2.57petaflop注：1 petaflop=1千万亿次/秒8微处理器的发展1971.11，Intel公司第一枚微处理器芯片4004，4位机，它总共集成了2200个晶体管。1972年4月，Intel公司宣布另一种型号的微处理器8008研制成功。 8位机。 1975年1月，Motorola公司宣布推出它的8位微处理器6800。 1979年，Intel公司推出了Intel 8086/8088微处理器。 1983年，Intel公司推出了Intel 80286微处理

4、器，它是完全16位微处理器 。1985年，Intel公司推出了Intel 80386微处理器。 1989年，Intel公司推出了Intel 80486微处理器。1993年3月，Intel公司推出了名为Pentium（经典奔腾）的微处理 。1995年11月Intel公司又推出了Pentium Pro（高能奔腾）。1997年1月，Intel公司又推出了Pentium MMX（多能奔腾）。1997年5月，Intel公司推出了Pentium（奔腾二代） 1999年2月，Intel公司推出了Pentium （奔腾三代） 2000年11月，Intel公司推出了Pentium4（奔腾四代）。2001年5月，

5、Intel公司推出了64位微处理器Itanium。 9各种CPUIntel 4004Intel 8008Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 80486Intel PentiumIntel Pentium IIIntel Pentium IIIIntel Pentium IV10第一代1971年1973年第二代1974年1977年第三代1978年1980年第四代1980年以后典型的微处理器芯片Intel 4004Intel 4040Intel 8008Intel 8080M6800Z-80Intel 8086/8088M68000Intel 80X86M6

6、8020Z-80000字长（位）4/881616/32集成度（晶体管数/芯片）10002000500090002000070000100000时钟频率（MHZ）0.50.81451010数据总线宽度（位）4/881616/32地址总线宽度（位）48820242432存储容量16KB实存64KB实存1MB实存4GB实存和64GB虚存指令执行时间（s）10151210.125软件水平机器语言汇编语言汇编语言高级语言操作系统汇编语言高级语言操作系统汇编语言高级语言部分软件硬化11CPU的两个关键参数1、位数（或字长） 每次可并行传送或接收二进制数据的位数。 1位1bit 8位1Byte（字节）8bi

7、ts 16位1Word（字）16bits 内存是以字节为单位来组织的。2、时钟频率（或主频） 其倒数为时钟周期，为最小的时间单位。 对于主频：K- M- G-12摩尔定律 歌登.摩尔（Gordon Moore）是Intel公司奠基者之一，他在1964年提出一个摩尔定率，摩尔定律说每18个月半导体集成电路里面晶体管的个数会翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔18个月其性能会提升一倍。这个非常著名的摩尔定律，从1964年提出以来（尽管当时计算机集成电路芯片还没有出现），到1971年Intel公司首次做出第一块CPU 4004芯片，再到现在，发展了大概三十多年。可以发现，CPU一直是遵循摩尔定理在发展

8、的，后来到1995年歌登摩尔对摩尔定理稍微修改了一下，原来是每一年半（18个月）后来改成两年，也就是说每两年芯片的集成度会提升一倍，特性提升一倍，但价格不变。 13第一章 绪论微型计算机系统的基本组成和各部件功能冯诺依曼结构（五大功能部件）：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 基本工作原理：存储器存储程序控制微型计算机系统、微型计算机、微处理器三者关系14 微处理器：运算器、控制器、寄存器组、内部总线 （Microprocessor或CPU:Central Processing Unit） 微型计算机 内存（主存）：只读存储器ROM、随机存取存储器RAM （主机） I/O 接口：串行（

9、波特率：bps）、并行 （BPS） 硬件系统 地址总线AB：单向 （裸机） 系统总线（元件级总线） 数据总线DB：双向 控制总线CB：宏观上双向 I/O设备：键盘、鼠标、显示器 外设 外存储器（辅存）：光盘、硬盘 系统软件：操作系统OS、语言处理程序、诊断程序 软件系统 应用软件：Internet Explorer、Office、AutoCAD、Solidworks微型计算机系统15微型计算机及其组成微型计算机：由CPU、内存、I/O接口电路和系统总线构成。内存：按照读写方式的不同，分为ROM和RAM两种类型；I/O接口电路是外设与微型计算机之间的连接电路，在两者之间进行信息交换的过程中，起暂

10、存、缓冲、类型变换、时序匹配的作用；系统总线是CPU与其它各功能部件之间进行信息传输的通道，按所传送信息的不同类型，总线可以分为数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）三种类型，称为三总线结构。地址的概念：为了区分不同的存储单元，把全部存储单元按照一定的顺序编号，这个编号就称为存储单元的地址。16 地址总线(AB) ：是用来传送地址信息的信号线。地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存空间的大小。N根地址线可直接寻址 内存空间。地址总是从CPU发出的，所以地址总线是单向三态总线。单向指信息只能沿一个方向传送，三态指除了

11、输出高、低电平状态外，还可以处于高阻抗状态（浮空状态）。数据总线(DB)：数据总线是CPU用来传送数据信息的信号线。数据总线是双向三态总线，即数据既可以从CPU送到其它部件，也可以从其它部件传送给CPU，数据总线的位数和处理器的位数相对应。控制总线(CB)：控制总线是用来传送控制信号的一组总线。由它来实现CPU对外部功能部件（包括存储器和I/O接口）的控制及接收外部传送给CPU的状态信号，不同的微处理器采用不同的控制信号。17各种存储设备存储器的存储容量常用如下几个单位：1KB 字节1024B 1MB 字节1024KB1GB 字节1024MB 1TB 字节1024GB18各种接口卡19总线结构

12、（1）单总线结构（2）面向CPU的双总线结构（3）面向主存储器的双总线结构微型计算机的性能指标（1）主频（2）字长（3）内存容量（4）存取周期（5）运算速度20微型计算机系统及其组成微型计算机系统：是指以微型计算机为主体，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和所需要的软件而构成的计算机系统。微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系21注意微型计算机、微型计算机系统均以微处理器为基础，加上相应的硬件和软件组装而成的。要注意，单纯的微处理器不是计算机，单纯的微型计算机也不是完整的计算机系统，它们都不能独立地工作，只有微型计算机系统才是完整的计算机系统，才有实用意义。22第一章 绪论微型计算机的

13、应用概况科学计算：科学研究和工程计术计算领域，是计算机应用最早的领域，也是应用得较广泛的领域。实时控制：计算机在工业测量和控制方面的应用已十分成熟和广泛，应用于工业、农业、科学技术、国防以至我们日常生活等各个领域。信息处理：信息处理又称为数据处理，是指计算机用于处理生产、经济活动、社会和科学研究中获得的大量信息。计算机发展初期，仅仅用于数值计算。后来应用范围逐渐发展到非数值计算领域，可用来处理文字、表格、图象、声音等各类问题。计算机辅助技术：计算机辅助技术包含计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助教学(CAI)等。办公自动化：办公自动化系统，它

14、是以支持办公自动化为目的的一个信息系统，如日程管理、电子邮政、电子会议、文档管理、统计报表等，并能辅助管理和决策。家用电器：目前不仅使用各种类型的个人计算机，而且将单片机广泛应用于微波炉、磁带录音机、自动洗涤机、煤气用定时器,家用空调设备控制器、电子式缝纫机、电子玩具、游戏机等。人工智能：人工智能的研究课题是多种多样的,诸如计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、机器人等等。23第一章 绪论计算机数据格式数制（基数、权） 后缀：D（或缺省）-十进制 B-二进制 H-十六进制1、十进制其它数制 整数部分：除基取余，逆序排列 小数部分：乘基取整，顺序排列2、其它数制十进制 按权展开3、

15、二进制十六数制 4位二进制对应1位十六进制24码制带符号数的编码1.机器数与真值 一个数在计算机内的表示形式称为机器数。机器数代表的实际数值，称为机器数的真值。机器数的最高位为符号位，用“0”代表正号“+”，“1”代表负号“”。机器数可以用原码、反码、补码等不同的码制来表示。2原码 原码是最简单的带符号数的编码方法。它将机器数的最高位作为符号位，0表示正数，1表示负数，后面的各位表示数的绝对值。这种方法也称为“符号-绝对值”法。3反码 正数的反码与其原码相同，负数的反码是将其原码符号位保持不变，数值位按位取反。4补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码是其反码加1。25ASCII码 美国标准信

16、息交换码（American Standard Code for Information Interchange）是国际通用的字符编码标准， 采用8位二进制码表示一个字符。 ASCII码表中数字和英文字母都是按顺序排列的。 数字的ASCII码:任一数字字符的ASCII码该数字值30H。 字母的ASCII码:同一字母的大小写ASCII码不同,小写字母 的ASCII码比大写字母的ASCII码大20H。 大写字母A-Z的ASCII码为41H-5AH 小写字母a-z的ASCII码为61H-7AH26BCD码 BCD码为二进制编码的十进制数，最常用的是8421BCD码。 编码方案为：将十进制数的每一位数字

17、（0-9）分别用等值 4位二进制数（0000-1001）表示。 由于4位二进制数有16种组合,而1位十进制数字只有09十种状态,故8421BCD码中二进制数不允许出现10101111这6种组合。1.压缩BCD码 每个字节表示2位十进制数 如：19D = 0001，1001BCD2.非压缩BCD码 每个字节表示1位十进制数，用低4位表示 如：19D = 0000，0001，0000，1001BCD思考题：内存中有一字节，内容为0101，1001B，可代表哪些意义？提示：无符号数、带符号数（补码）、ASCII码、压缩BCD码、非压缩BCD码27作业1：第一章习题P2021239（1）、（2）11（1）、（2）12（1）、（2）14（2）、（4）默认为补码28作业1参考答案思考题：字节数据0101，1