微机原理与接口技术期末讲课1概述

微机

原理及接口

技术典型机型：IBMPC系列机基本系统：8086（8088）CPU和半导体存储器I/O接口电路及与外设的连接硬件－－接口电路原理软件－－接口编程方法教材与参考资料何宏主编.清华大学出版社出版.微机原理与接口技术.2015年5月第一版毛六平主编.清华大学出版社北方交大出版社出版.微型计算机原理与接口技术.2002.9第1版2002.9印钱晓捷主编.机械工业出版社出版.微型计算机原理及接口技术1999年1月第一版考核方法总成绩＝考试成绩70%

＋实验成绩20%＋平时成绩10%第一章概述微机原理课程的内容、学习目的微型计算机的发展微型计算机系统的基本组成微型计算机的应用微机原理的课程内容、学习目的微机原理课程学习内容是一门研究微型计算机的基本工作原理以及微型计算机接口技术（如中断控制接口、定时/计数控制接口、DMA控制接口、并行/串行通信接口、模拟接口等）的课程。冯·诺依曼体系结构能把需要的程序和数据送至计算机中。（输入）必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运

算结果的能力。（存储）能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加

工处理的能力。（运算）能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机

器的各部件协调操作。（控制）能够按照要求将处理结果输出给用户。（输出）简单地讲，微型计算机系统的工作过程是取指令(代码)→分析指令(译码)

→执行指令的不断循环的过程。计算机的五大基本组成部件运算器、控制器、存储器、输入/输出设备（接口）微机原理课程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应用实验技能，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方面的基础知识。第一章概述微机原理课程的内容、学习目的微型计算机的发展微型计算机系统的基本组成微型计算机的应用微型计算机的发展电子管计算机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（尚在研制）1946年第一代电子计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer，电子数值积分和计算机)在美国宾夕法尼亚大学研制成功。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。1958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。1965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。1970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Intel4004诞生，从而开创了微型计算机的新时代。微型计算机的发展第1代：4位和低档8位微机4004→4040→8008第2代：中高档8位微机Z80、I8085、M6800，Apple-II微机第3代：16位微机8086→8088→80286，IBMPC系列机微型计算机的发展（续）第4代：32位微机80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC机、Macintosh机、PS/2机第5代：64位微机酷睿、Itanium、64位RISC微处理器芯片微机服务器、工程工作站、图形工作站微处理器的发展Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentium

IIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV微处理器飞速发展8038680486奔腾奔腾2代奔腾4代802868086奔腾3代4004安腾酷睿摩尔定律

歌登.摩尔（GordonMoore）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率，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CPU4004芯片，再到现在，发展了大概四十多年。可以发现，CPU一直是遵循摩尔定理在发展的，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。第一章概述微机原理课程的内容、学习目的微型计算机的发展微型计算机系统的基本组成微型计算机的应用微型计算机系统的基本组成个人微型计算机，从外观上看，它的主要组成部分是主机、显示器、键盘、鼠标等，如图所示。再进一步细分，它的主机主要由主板、CPU、内存、硬盘、软驱（盘）、显示卡、声卡、网卡、光驱等部分组成。

个人计算机微型计算机系统的构成——主机箱电源光驱硬盘内存CPU主板扩展卡微型计算机系统运算器

控制器寄存器组

内存储器总线输入输出接口电路外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统区别微型计算机系统硬件微型机系统外围设备过程控制I/O通道A/D,D/A转换器开关量等外部设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备软驱、硬盘及磁带等外存储器主机输入输出(I/O)接口电路微处理器(CPU)运算器(算术逻辑运算单元ALU)控制器(控制单元CU)寄存器阵列(RA)内存储器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系统软件软件用户（应用）软件微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系统总线形成处理器子系统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS微型计算机的硬件组成微处理器子系统存储器I/O设备和I/O接口系统总线系统总线总线是指传递信息的一组公用导线总线是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线信号可分成三组地址总线AB：传送地址信息数据总线DB：传送数据信息控制总线CB

：传送控制信息总线信号地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等举例举例特点返回微型计算机的软件系统系统软件硬件应用软件用户微型计算机系统的层次结构示意图微机的软件系统由系统软件和应用软件组成系统软件系统软件是面向所有用户的软件，其着眼点是方便用户的使用和维护，提高机器的工作效率。包括：操作系统、语言处理程序、诊断调试程序、设备驱动程序及为提高机器工作效率的各种应用程序。操作系统的基本功能是：负责管理、调度整个系统的软硬件资源。包括：CPU、存储器、各种I/O设备和硬件资源，以及文件、目录、进程、任务等软件资源向用户提供最基本的交互界面。方便用户的使用，提高系统的工作效率。以上各项任务中文件管理和磁盘管理比较突出。应用软件是围绕某项应用、面向某些用户的一大类软件。从大的方面来讲，它可以是面向数据库管理、面向计算机辅助设计的软件或软件包；从小的方面来讲，它可以是为某个单位、某项工程的具体需要开发的软件。什么是微型计算机以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统微处理器（Microprocessor）微型计算机（Microcomputer）返回明确3个概念的区别微处理器（Microprocessor）一个大规模集成电路芯片内含控制器、运算器和寄存器等微机中的核心芯片微型计算机（Microcomputer）通常指微型计算机的硬件系统还有一般的说法：微机、微型机微型计算机系统（Microcomputersystem）指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统返回Intel80x86CPU的地址线条数Intel80x86 地址条数 存储容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386 32 4GB~Pentium4返回Intel80x86CPU的数据线条数Intel80x86 数据位数8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回第一章概述微机原理课程的内容、学习目的微型计算机的发展微型计算机系统的基本组成微型计算机的应用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，……由于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……所以，可以分为两个主要应用方向微型计算机的应用（续）用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好用于过程控制及嵌入应用方向专用微机，例如：工控机、单片机、数字信号处理器可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小系统总线的使用特点除了CPU外，还有DMA控制器和协处理器都具有控制系统总线的能力。它们被称为“总线主控设备”在某一个时刻，只能由一个总线主控设备来控制系统总线在连接系统总线的各个设备中，某一个时刻只能有一个发送者向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获得信号返回计算机中数据的表示计算机中的数制1.二进制数，用B或b结尾具有两个不同的数字符号，即0和1；逢2进位；2.十进制数，可不用结尾字母，也可用D或d结尾具有10个数字符号即0~9；逢10进位3.十六进制数，十六进制数用H或h结尾具有16个数字符号即0~9和A~F；逢16进位；4.数制的转换二进制数与十六进制数的转换；与十进制数的转换5.二进制的运算加、减、乘、除计算机中数据的表示方法1.带符号数的表示方法原码：正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示反码：正数的反码与原码相同，负数的反码表示为它的正数“按位取反”（连同符号位）补码：8位二进制补码所能表示的范围为+127~-128最高位为符号位，符号位为0，表示为正数，其余位为此数的二进制值；符号位为1，其余位不是此数的二