现代微机技术课件

现代就加投4

。

主讲：许峰\

・mail:xufeng@.c

中原工学院计算机学院

教材:

《微型计算机原理与接口技术》

张五一编著，河南科学技术出版社

教学环节:

学

教

46学时

验

上

机

实学时

核14

考

平时+期末考核

«

计算机硬件技术基础课特点:

内容多，学时少，进度快，难度大，应用广。

讲课内容:微机原理、汇编语言、接口技术.

：Lid?什

1、课程特点：

学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。

课程特点:理论联系实际非常紧密的课程，课程内容更新极快。

2、观念转变（教师角色、学生地位的转变）：

教师角色的转变：

教师从原来以教师为中心的“讲解者”的角色转化为学生

学习的指导者、学生活动的导演者的角色。

学生地位的转变:

学生由原来单纯听讲、接受灌输的被动地位转化为：有机

尊主动参与、发现、探究的主体地位;

3、媒体作用、教学过程的转变:

媒体作用的转变：

教学媒体由教师的讲解工具转化为学生的认知工具；

教学过程的转变：

教学过程由传统的逻辑分析或逻辑综合,讲解说明式的过程

转变为：

以意义建构理论指导下的教学过程，

并通过意义建构形成自己的知识结构，

从而获得知识，掌握知识。

«

4、学习的精髓：

在学校学习的精髓在于：

在学校的大环境中，利用校园文化对学生的影响，实

现：

师生之间在课堂上的相互交流以及学生之间的相互交流,

在利用别人最好成果的基础上取得进展。

5、抓住教学过程中的3个环节

o上课时要主动参与、发现、探究

将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知

工具，主动参与、发现、探究；

课堂上会布置自学内容，通过自学从而培养自学的能

力；

◊独立完成作业

同学之间相互交流，一起讨论，但一定要独立完成作

业；

O实验课前要预习，写出预习报告，做到心中有数，有的放

矢；实验课后，要写实验报告，总结经验和教训，提高自

己分析问题和解决问题的能力，培养一种严谨科学作风。

*

6.收获与时间成正比

本课程理论联系实际非常紧密，内容更新极快。

只能采用解剖麻雀方法，教师在这里只起到抛砖引玉的作用。

因此同学们学习过程中，要花时间去学习、思索、实践，

有机地将本专业的知识结合起来，构成一个实际系统，解决实

际问题。

收获与时间成正比,花时间越多，收获将越大。

,IVKJtS

e

学习方法很重要

复习并掌握先修课的有关内容

课堂：听讲与理解、适当笔记

课后：认真读书、完成作业

实验：充分准备、勇于实践

总成绩=考试成绩+实验成绩+平时成绩

考核形式

◊平时成绩（作业+实验+考勤）：50%

◊期终考试：50%

：Lid?什

知识就是力量。电子计算机是这种力量的放大器。

而把人类知识予以扩大的机器也会把一切方面的力

量予以扩大。

--费根鲍姆（美）

愿同学们通过本课程学习

在分析问题、解决问题的能力上有所提高!

学习目标与要求：合、、

-ErflEr丁帝丁5FrErFTErErEr=g.y

•了解以Intel系列微处理器为基础的PC机的基本结构（编程

结构）

•掌握Intel系列微处理器的指令系统及寻址方式

•掌握用汇编语言设计、编写、调试和运行程序的方法

•学会使用DOS和BIOS功能调用及高级汇编语言技术

•学会各种接口的编程技术

,IVKJtS

相关课程

Eke沼匚E&

A先修课

♦高级语言程序设计

♦计算机组成原理

A后续课

♦计算机控制技术

,IVKJS:小以计

.机（理及琴口琴宋

典赢焚IBMP济^机/

基本系统：80^痴U和苏看体存储器

i/o接口电路及与外%连接

硬件---接口电路原理

软件一一接口编程方法

从过时的8086芯片学起的原因七百的

:JM**■■■*二W4MIH^J-WBM-二

•IA-32结构是完全兼容的。

・8088/8086是Intel80x86系列芯片的基础。

•构造一个小型系统，要采用8086(8088)。

•PC机的存储器容量已经很大，但是基本存储单元的工作原理没

有变，构成存储器的原理没有变，存储器与CPU的接口原理、接

口方法也没有变。

•PC机的外设越来越丰富，但是PC机与外设的接口方法并没有

变，中断的工作原理及中断处理方法也没有变。

•PC机主板上已用两块专用芯片代替以前大量的接口芯片和中

小规模集成电路,但是它们仍然具有8255它8250、8253

(8254)、8259和8237等芯片的作用。并且在自行构造系统时,

仍然要使用这些通用的接P式五士〜—一——

I-IVxdsI卜.战十1

e

机器语言FORTRAN

BASIC

COBOL

PASCAL

C/C++

JAVA

计算机语言发展简史

>IVKJS

e

机器语言：依赖于机器的低级语言，书写格式为二进制代码。

优点、:执行速度快，效率高。

我点：表达的意义不直观，编写、阅读、调试较困难。

汇编语言：是一种符号语言，与机器语言一一对应；使用助记

符表示相应的操作，并遵循一定的语法规则。与机

器语言有类似的优、缺点，但比机器语言更易于为

人们所理解。

高级语言：面向人的自然语言，有多种类型。

优点：便于阅读，易学易用，不涉及硬件，具有通用性。

於点：目标代码冗长，占用内存多，从而执行时间长，效

率不高，不能对某些硬件进行操作。

-

汇编语言的特点:

•面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或计算机系列

专门设计的。

•保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。

•可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储

器、CPU、I/O端口等。

•目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设

计语言。

•经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。

-

汇编语言的应用：

•70%以上的系统软件是用汇编语言编写

的。

•某些快速处理、位处理、访问硬件设备

等高效程序是用汇编语言编写的。

•某些高级绘图程序、视频游戏程序是用

汇编语言编写的。

下面是两个小例子，例1是用高级语言VC++编写的，例2是用汇编

语言编写的。它们完成相同的功能，即把a、b的内容相加赋给c,并在屏

幕上显示出来。

例#include''stdafx.h''

#include''stdio.h''

1intmain(intargc,char*

argv[])

{inta,b,c;

a=l;

b=2;

c=a+b;d编译后的目标文\

printf(nc=%d\n1,c);'[件达到3.59KB/

return0;口------------------

——————————————————————————————————一一一一一।

；3r.'.u;、.、』■]|J4ir-«.'..uv

;IVxrfs：心3＜十

例2一———L-♦——■一-K'

mov1

1

datasegment1

movb,21

1

1

adb?moval,a1

1

1

bdb?addal9b1

1

1

cdb?movc9al1

leadx,string;

stringdb'c=$'1

1

movah,091

1

dataends1

int21h1

1

1

addc,30h1

1

codesegmentmovdl9c1

1

mainprocfarmovah,21

1

assumecs:code,ds:dataes:lataEt21h1

91

1

movdl,Oah1

start:1

int21h1

pushds1

movdl90dh!----、

1X、

subax,axint21hk、

pushaxret，汇编后的目标\

movax,datamainendp、l文件只有208宅J

4movds,axcodeends

1节一____1

gCmovSiamI

IflVK^S：|r心/十

汇编语言的意义

■速度：对于同一个问题，用汇编语言设计出的

程序能达到“运行速度最快”。

■空间：对于同一个问题，用汇编语言设计出的

程序能达到“占用空间最少”。

■功能：汇编语言可以实现高级语言难以胜任甚

至不能完成的任务。

■知识：学习汇编语言，有助于对计算机系统的

理解、写出更好的程序。

北京：机械工业出版社

♦扬季文等，80X86汇编语言程序设计教程，

北京：清华大学出版社参

♦扬素行，微型计算机系统原理及应用，考

北京：清华大学出版社文

著陈谊等译，

♦BarryB.Brey献

Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全

------80X86、Pentium和PentiumPro,

北京：机械工业出版社，1998.1

♦沈美明温冬婵，IBM-PC汇编语言程序设计

北京：清华大学出版社

♦戴梅萼，微型计算机技术及应用，

北京：清华大学出版社

。..育一5可■・•心・怎丽

I：Brx水!仃3十

-请提宝贵意见和建设©

Feelfreetoexpressyourself!

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：Bac^s-U^z-f-

微型的案机系疣概述

教学重点

◊微型计算机的系统组成

OIBMPC系列机的主机板

i.i计算机的发展和应用「

=至*?TTTT^TifrSA.

◊1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机

ENIAC（电子数据和计算器）。

40年代的编程方法

冯・诺依曼结构：

诺依曼计算机的工作原理可概述为：

“存储程序”+“程序控制”

要点：

1.以二进制表示数据和指令（程序）

2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取

并执行

3.由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出

设备五部分组成。

«

控制器：负责控制并协调各部件的工作，使计算机能自动地

执行程序。控制器从存储器顺序地取出指令，并对指令代

码进行翻译，然后向各部件发出相应的命令，使指令规定

的操作得以执行。因此，控制器是统一指挥和控制计算

机各部件进行工作的中央机构。

输入设备：负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器

中。

输出茗备：负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，

供用户查看。

存储器：是实现记忆功能的部件。数据和程序以二进制代

码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指

定，地址码也是二进制形式

运算器：负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工

,yCJJ-

/—一0

•IVxds-LAGZ十

计算机发展简史

1.根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段:

电子管计算机•用机器语言、汇编语言编写程

(1946—1956)•用于军事和国防尖端技术

•开始使用高级语言

晶体管计算机主

(1957—1964)•开始用于工程技术、数据处理和

其它科学领域要

集成电路计算机•采用微程序、流水线等技术，特

提高运行速度

(1965—1970)占

•出现操作系统、诊断程序等软件八、、

超大规模集成•采用半导体存储器

电路计算机•采用图形界面操作系统

(1971—至今)•器件速度更快,软件、外设更加丰富

二

：IVxds;U(&xT

2.计算机的两个方向发展:

•研制高速度、强功能的巨型机和大型机

适应军事和尖端科学的需要。

・研制价格低廉的超小型机和微型机

开拓应用领域和占领更广大的市场。

微型计算机是第四代计算机的典型代表。

nuR&JZS才ErEr丁时。^仁=**^口舄«F

◊计算机的特点

O运算速度快。

O计算精度高。

O具有“记忆”和逻辑判断功能。

O能自动运行且具备人机交互功能。

L2计算机的基本结构和工作原理匕的

=盂_?融清FTEr=匚

输入信息

数据信息

控制信息

＜,IVKJS:小以计

微机的工作过程

e

计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”

CPU总线内存

地，程

寄存器组IP

指令址/序

寄地址总线

指针AB&

寄存器存

器

显数据总线DB―

数据暂存器：>/数

，据

指令寄存器

指令译码器

一控缶U总线CB.

标志

控制电路>

寄存器

:小以计

CPU

地

址

总

地o

线

址o

AB译O

码K

器2

存而一,h

1.3微型计算机的发展概况*

◊发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，

产生了微型计算机。

◊1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器

芯片Intel4004,开创了一个全新的计算机时代。

以大规模、超大规模集成电路为主

要部件，以集最了计算机主要部件----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。

MI

：Bac^s-U^Z-f-

微处理器飞速发展

微处理器的产生、发展和分类「A

TWBSHBiVTjO^BS

◊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、18085、M6800,Apple-H微机

O第3代：16位微机

♦8086—8088—80286,IBMPC系列机

◊第4代：32位微机

♦80386—80486一上道uxn-PentiumII/III/4

♦32位PC机、Macintosh机、PS/2机

◊第5代：64位微机

♦Itanium.64位RISC微处理器芯片

k♦微机服务器、工程工作站、图形工作站

第一代

4位和低档8位机

第二代、

中高档8位机＞1974-1978）

第三代、、

16位机）（1978/981）

特点:第四代（1981-

1、速度越来越快。32位机）1992）

、容量越来越大。

2第五代

3、功能越来越强。64彳五机

微型计算机的分类

1）按构成分类

2）按CPU的字长分类

3）按主机装置分类

n言Kgrgs清ErG*Er丁拓=£_^=^73111^^三电£_^£：

：IVxds;U(&xT

1）按构成分类单片机、单板机、多板机

*单片机

•将CPU、内存、I/O接口电路全部集成一块芯片上,

构成具备基本功能的计算机，称单片机。

•特点：超小型、高可靠性、价廉

•应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等

•产品：Intel的8051、8096/8098系列（有选修课）

Motorola的6801、6805系列

Hitachi（日立）的H8S、SH系列（有选修课）

来单板机e

•将CPU、内存、I/O接口及其它辅助电路

全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。

•特点：结构简单、价廉

・应用：过程控制、数据处理

•产品：TP-801以Z80CPU为核心的单板机

80年代各院校“微机原理”的实验机

kErEr丁旷

：IVxds;U(&xT

n*多板机e

•把CPU、内存、I/O接口芯片装在多块电路板上，

各印刷板插在主机板的总线插槽上，

通过系统总线连接起来，构成多板机。

•特点：见前面微型计算机的特点-

•产品：IBMPC/XT、486机、Pentium机等

90年代以来各院校“微机原理”和计算机硬件的实验机

,IVKJtS

2）按CPU的字长分类

CPU的性能可以用两个主要参数来描述:

速度：用CPU的工作频率表示，单位MHz

「CPU内部寄存器宽度：寄存器的位数

宽度：J外部数据总线宽度：数据线的根数

〔地址总线宽度：地址线的根数

CPU内部的寄存器宽度可用字长描述

•按CPU的字长，微机可分为：

4yf五机、8^（五机、16^（立机、32d五机

：LXK^S

以Intel公司生产的80x86为例:

------------最大主频.

推出CPU寄存器数据线地址线

年代芯片位数宽度宽度MHz

1971.114004440.1

1972.4800888J140.2-

1974.4808088162

1978.6808616162010

1979.68088..168208

1982.28028616162416

1985.108038632323233

1989.48048632323266

1993.3Pentium3264*32”100

“32

1995.11PentiumPro32'164200

1997.5PentiumII326436450

1999.2Pe®tin单祖―LOO0

「1*

3）按主机装置分类

桌上型：台式电脑

便携型：笔记本、掌上电脑等

微型计算机的特点

•体积小，重量轻，耗电小

•可靠性高，结构灵活，价格低

•研制周期短，产品系列化，便于选购

•应用面广:

科学计算，数据处理，事务管理，教学培训

计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信

与相应时期的大型机相比：

•速度相对低

・功能相对低

在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数，

5中断终也卷西塞寄存器数量葺立迎都王典L——

—X；,.U—；".IJll|J4ir-«.'..14'9

：IVxds：l

微型计算机的应用《石》

MMHa*JM*；^*MMaMCMBW-

1HBl1H141all1H1HBi1H111Hl

◊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，……

O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

•IVxds;U&ZT

微型计算机应用的两个方向已方》

^Baw4^*Mva^^gpaMB—

◊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

O用于过程控制及智能化仪器仪表方向

♦专用微机，例如：工控机、单片机

.♦可靠性高、实时性强V\•

♦程序相对简单、处理数据量小\

/x\

将CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、

I/O接口）都集成在一个微处理器芯片中

例如：常用的MCS-51、MCS-96

Ik-------------------------------------------」

我一：.―/W.>-^73加一；』，…&L1v->>■■■■.J

j-IVK^S;LA“十

微型计算机的系统组成

微型计算机系统

计算机的硬件和软件

运算器«

1微处理器控制器

RAM

内存储器

r微型计算机<ROM

输入/输出接口r电路

r数据总线

硬件V系统总线地址总线

控制总线

I外围设备----键盘/显示器、打印机、磁带

机、磁盘机、D/A、A/D转换

器

微型计算机厂监控程序、操作系统

汇编程序

系统软件V

解释程序

I编译程序

机器语言

软件

程序设计语言<汇编语言

高级语言

应用软件、软件包、数据库

软硬件之间的相互关系

(1)硬件是基础，软件依赖于硬件的存在而发生

作用。

(2)软件是灵魂，是硬件功能的扩充和完善。

(3)硬件和软件相互渗透，相互促进，并可以相

互转化。

•IVxds;U&ZT

微型计算机的硬件组成

系统总线BUS

系

处»地址总线AB

统

理

»数据总线DB

总

器

线

子»控制总线CB

形

系

成

统存储器I/O接口

1.微处理器'

2.存储器

3.I/O设备和

I/O设备I/O接口

4.系统总线

微型计算机的系统组成

,1VK3S

输输

存

入出

I/O

I/O

储I

设设

接

接

器备㈡备

口

口

数据总线DB

控制总线CB

构

「微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；

成

部输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；

件（输入/输出接口简称I/O接口）

＜各部件通过总线连接。

中央处理器CPU

•计算机的核心部件

用来实现指令的自动装入和自动执行,

实现计算机本身的自动化。

地址总线AB

输

输

存

出

I/O入I/O

接

储

设

设

口接

器

备

CPU备口

,IVKJS

存储器

存储器是计算机的重要组成部分，是存放数据和程

序的部件，有了它计算机才具有记忆功能。在程序执行之

前，要把程序和原始数据送到存储器中保存下来；在程序

执行过程中，它向控制器提供指令代码，然后根据计算的

需要，随时向运算器提供数据，并把运算的中间结果及最

后结果存储起来，从而保证计算机能脱离人的干预，按照

程序自动地进行进行工作。

;IVK^S!仃