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文档简介
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!
.Er丁江Fr『47*FT丁工?^£
: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
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