微型計(jì)算機(jī)原理 第1章 微型計(jì)算機(jī)概述課件

1、有 關(guān) 事 宜教 材: 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用-理論、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì) 參考資料：1、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用，戴梅萼，清華大學(xué)出版社2、80 x86 IBM PC及兼容計(jì)算機(jī)-匯編語言、設(shè)計(jì)與接口技術(shù) Muhammad Ali Mazidi，Janice Gillispie Mazidi 著， 張波等譯，清華3、匯編語言、微機(jī)原理與接口技術(shù)，鄭初華，電子工業(yè)出版社4、DOS系統(tǒng)調(diào)用詳解，李振格，北京航空航天大學(xué)出版社作業(yè)及答疑: 交作業(yè)每周一次，隨時(shí)答疑（地點(diǎn)：第一實(shí)驗(yàn)樓231）聯(lián)系電話程性質(zhì)：課程性質(zhì)：主要專業(yè)基礎(chǔ)課，必修，考試。主要專業(yè)基礎(chǔ)課，必修，考試。研究對象：研究

2、對象： 80 x86 及其兼容機(jī)的基本組成和工作原理；及其兼容機(jī)的基本組成和工作原理； 8086匯編語言程序設(shè)計(jì)；匯編語言程序設(shè)計(jì)； 微機(jī)與外設(shè)的基本接口技術(shù)。微機(jī)與外設(shè)的基本接口技術(shù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：基本掌握微機(jī)的組成和工作原理，建立基本掌握微機(jī)的組成和工作原理，建立 整機(jī)概念，熟悉微機(jī)系統(tǒng)中的常用接口，整機(jī)概念，熟悉微機(jī)系統(tǒng)中的常用接口， 并對現(xiàn)代高檔微機(jī)有所了解和認(rèn)識。并對現(xiàn)代高檔微機(jī)有所了解和認(rèn)識。學(xué)時(shí)安排：學(xué)時(shí)安排：共共53學(xué)時(shí)，其中理論課學(xué)時(shí)，其中理論課38學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)15學(xué)時(shí)。學(xué)時(shí)。緒論緒論緒論緒論v 1 1. .1 1 微型計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史與展望微型計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史與展

3、望 v 1.2 1.2 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其分類微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其分類 v 1.3 1.3 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)v 1.4 1.4 數(shù)制與編碼數(shù)制與編碼v 1.5 1.5 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及實(shí)例微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及實(shí)例 第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)概述微型計(jì)算機(jī)概述1.1 微型計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史與展望 1、第一代微處理器：4位。如Intel的4004、4040和8008。2、第二代微處理器：8位。如Intel的8080/8085，Motorola的 M6800，Rockwell的R6502和Zilog的Z80。3、第三代微處理器：16位。如Intel

4、的8086/8088，Motorola的 M68000和Zilog的Z8000。4、第四代微處理器：高檔16位微處理器和32位微處理器。 如Intel的80286、80386、80486，它們與 8086向上兼容。5、第五代微處理器：高檔32位微處理器。如Intel Pentium。6、第六代微處理器：64位。如Intel的Itanium （IA-64）； Sun的Ultrasparc；HP的PA 800等。1.2 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其分類 v 形小、體輕、功耗低形小、體輕、功耗低v 價(jià)格廉，性價(jià)比高價(jià)格廉，性價(jià)比高 1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與相應(yīng)時(shí)期的大型機(jī)相比與相應(yīng)時(shí)期的大型機(jī)相比:

5、: l 速度相對低速度相對低l 功能相對弱功能相對弱 在字長位數(shù)，內(nèi)存容量，尋址方式，指令條數(shù)，在字長位數(shù)，內(nèi)存容量，尋址方式，指令條數(shù)，中斷級別，及內(nèi)部寄存器數(shù)量等方面都不如大型機(jī)。中斷級別，及內(nèi)部寄存器數(shù)量等方面都不如大型機(jī)。v 結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠 v 靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng)靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng) 1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的分類 4 位微型計(jì)算機(jī)， 如Intel 4004 ；8 位微型計(jì)算機(jī)， 如Intel 8080/8085,Motorola的M6800 ；16位微型計(jì)算機(jī)， 如Intel 8086/8088，Motorola的M68000；32位微型計(jì)算機(jī)， 如Intel 80

6、386,80486 ，Pentium；64位微型計(jì)算機(jī)， 如Intel Itanium ，Sun Ultrasparc等。 1、按、按CPU的字長分類的字長分類1.2 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及其分類 2、按構(gòu)成分類l 概念：將CPU、內(nèi)存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上， 構(gòu)成具備基本功能的計(jì)算機(jī)，稱單片機(jī)。l 特點(diǎn)：超小型、高可靠性、超低價(jià)格。l 應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、家用電器等。l 產(chǎn)品：Intel 的8051、8096/8098系列 等。 單片機(jī)單片機(jī)l 概念：將CPU、內(nèi)存、I/O接口及其它輔助電路全部裝在 一塊印刷電路板上，組成單板機(jī)。l 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。l 應(yīng)用：過程

7、控制、數(shù)據(jù)處理。l 產(chǎn)品：如TP-801以Z80CPU為核心的單板機(jī)； 80年代各院?！拔C(jī)原理”的實(shí)驗(yàn)機(jī)。 單板機(jī)單板機(jī)l 概念：把CPU、內(nèi)存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，各 印刷板插在主機(jī)板的總線插槽上，通過系統(tǒng)總線 連接起來，構(gòu)成多板機(jī)。l 特點(diǎn)：開放結(jié)構(gòu)，靈活方便。l 應(yīng)用：STD總線工控機(jī)等。l 產(chǎn)品：如STD總線工控機(jī)，IBM PC/XT、486機(jī)、Pentium機(jī)等； 90年代以來各院?！拔C(jī)原理”和計(jì)算機(jī)硬件的實(shí)驗(yàn)機(jī)。 多板機(jī)多板機(jī) 針對特定的用途，選用合適的微機(jī)組針對特定的用途，選用合適的微機(jī)組件（如件（如CPUCPU、存儲器、接口電路或芯片等）、存儲器、接口電路或芯片

8、等）專門設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)專門設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī) 。 微機(jī)套件微機(jī)套件 微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng) 購買現(xiàn)成的微機(jī)系統(tǒng)。如購買現(xiàn)成的微機(jī)系統(tǒng)。如IBM PCIBM PC及其及其兼容機(jī)系統(tǒng)等兼容機(jī)系統(tǒng)等 。v單片機(jī)： 如前述。3、按應(yīng)用環(huán)境分類v個(gè)人計(jì)算機(jī)： 簡稱PC（Personal Computer），它是20世紀(jì) 后期一種最重要的計(jì)算機(jī)模式。v工作站/服務(wù)器：工作站（Workstation）在這里泛指供工程 技術(shù)人員使用的工程工作站或圖形工作站。 服務(wù)器（Server）則通指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使 用的各類服務(wù)器。v網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)： 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)（Network Computer簡稱NC）是 一種依賴于網(wǎng)絡(luò)的微型計(jì)

9、算機(jī)，它不具備PC 的高性能，但實(shí)現(xiàn)了較簡單的操作和較低的 購買與維護(hù)價(jià)位。 4、按制造工藝分類MOSMOS型微機(jī)型微機(jī)雙極型微機(jī)雙極型微機(jī) STTL STTL型微機(jī)型微機(jī)肖特基肖特基TTLTTL電路制造而成；電路制造而成； ECLECL型微機(jī)型微機(jī)射極耦合電路制造而成；射極耦合電路制造而成； I I2 2L L型微機(jī)型微機(jī)集成注入式電路制造而成；集成注入式電路制造而成； I I3 3L L型微機(jī)型微機(jī)平面集成注入式電路制造而成。平面集成注入式電路制造而成。 PMOS PMOS型微機(jī)型微機(jī)P P溝道溝道MOSMOS電路制造而成；電路制造而成； NMOSNMOS型微機(jī)型微機(jī)N N溝道溝道MOSM

10、OS電路制造而成；電路制造而成； CMOSCMOS型微機(jī)型微機(jī)P P、N N互補(bǔ)互補(bǔ)MOSMOS電路制造而成；電路制造而成； HMOSHMOS型微機(jī)型微機(jī)混合混合MOSMOS電路制造而成。電路制造而成。1.3 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.3.1 1.3.1 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 微處理器微處理器 簡稱簡稱P或或M P （Microprocessor），是指由一），是指由一片（或幾片）大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算器和控制片（或幾片）大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算器和控制器功能的中央處理器部件，又稱為微處理機(jī)。它本身并器功能的中央處理

11、器部件，又稱為微處理機(jī)。它本身并不等于微型計(jì)算機(jī)，而只是其中央處理器。不等于微型計(jì)算機(jī)，而只是其中央處理器。 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputer System）， 簡稱CS或MCS，是指以微型計(jì)算機(jī)為核心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源和輔助電路（統(tǒng)稱硬件）以及指揮微型計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的系統(tǒng)。 微型計(jì)算機(jī) 簡稱C或MC，是指以微處理器為核心，配上存儲器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所組成的計(jì)算機(jī)（又稱主機(jī)或微電腦）。 1.3.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件片內(nèi)總線片內(nèi)總線寄存器組寄存器組控制部件控制部件微處理器微處理器存儲器（存儲器（ROM/RA

12、M）輸入輸入/輸出接口輸出接口總總 線線微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 硬硬 件件軟軟 件件微微 型型計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件：DOS、Windows 95/98/2000應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件：Word、Photoshop、用戶程序、用戶程序微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)( (主機(jī)主機(jī)) )外外 設(shè)設(shè)ALU寄存器寄存器控制部件控制部件片內(nèi)總線片內(nèi)總線微處理器微處理器 CPU 存儲器存儲器(RAM，ROM) I/OI/O接口接口總線總線 鍵盤、鼠標(biāo)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū) 打印機(jī)、掃

13、描儀等打印機(jī)、掃描儀等微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成圖 2 2、微機(jī)系統(tǒng)硬件的組成與結(jié)構(gòu)、微機(jī)系統(tǒng)硬件的組成與結(jié)構(gòu) 輸輸出出設(shè)設(shè)備備輸輸入入設(shè)設(shè)備備輸輸入入接接口口輸輸出出接接口口存儲器存儲器 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器 微處理器微處理器（a）微機(jī)系統(tǒng)的硬件組成）微機(jī)系統(tǒng)的硬件組成 （b）微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)）微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 微微處處理理器器CPUCPUROMROMRAMRAMI/OI/O接口接口輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備地址總線地址總線ABAB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBDB控制總線控制總線CBCB1.3.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 2 2、內(nèi)存容量：以字節(jié)為單位。內(nèi)存容量：以

14、字節(jié)為單位。1 1ByteByte=8=8bitbit 2 21010Byte=1024ByteByte=1024Byte，簡計(jì)為，簡計(jì)為1 1k kB B或或1 1k k； 2 22020Byte=1024Byte=1024k kByte=1Byte=1M MByteByte，簡計(jì)為，簡計(jì)為1 1M MB B或或1 1M M； 2 23030Byte=1024Byte=1024M MByte=1Byte=1G GByteByte，簡計(jì)為，簡計(jì)為1 1G GB B或或1 1G G； 2 24040Byte=1024Byte=1024G GByte=1Byte=1T TByteByte，簡計(jì)為，

15、簡計(jì)為1 1T TB B或或1 1T T； 3 3、指令系統(tǒng)：尋址方式的種類和可執(zhí)行指令的條數(shù)。、指令系統(tǒng)：尋址方式的種類和可執(zhí)行指令的條數(shù)。4、運(yùn)算速度運(yùn)算速度 ：指令平均執(zhí)行速度；特定指令執(zhí)行速度；：指令平均執(zhí)行速度；特定指令執(zhí)行速度； 主頻并每條指令占用時(shí)鐘周期數(shù)。主頻并每條指令占用時(shí)鐘周期數(shù)。5 5、允許配置的外設(shè)種類和數(shù)量。、允許配置的外設(shè)種類和數(shù)量。 6 6、系統(tǒng)軟件的配置。、系統(tǒng)軟件的配置。1、字長：CPU能直接處理的二進(jìn)制信息的位數(shù)。1.4 數(shù)制與編碼1.4.1 進(jìn)制轉(zhuǎn)換及計(jì)算 進(jìn)位計(jì)數(shù)制進(jìn)位計(jì)數(shù)制 常用的是：常用的是：（1）二進(jìn)制）二進(jìn)制（后綴（后綴B，Binary）；）；（

16、2）八進(jìn)制）八進(jìn)制（后綴（后綴O或或Q，Octal）；）；（3）十進(jìn)制）十進(jìn)制（后綴（后綴D，Decimal，或不要后綴）；或不要后綴）；（4）十六進(jìn)制）十六進(jìn)制（后綴（后綴H，Hex） N進(jìn)制的每個(gè)數(shù)據(jù)位取值范圍為進(jìn)制的每個(gè)數(shù)據(jù)位取值范圍為0N1，進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算，進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算規(guī)則同十進(jìn)制，只不過是規(guī)則同十進(jìn)制，只不過是逢逢N進(jìn)進(jìn)1、借借1等于等于N。 進(jìn)制轉(zhuǎn)換的一般方法進(jìn)制轉(zhuǎn)換的一般方法 進(jìn)制計(jì)算進(jìn)制計(jì)算 算術(shù)運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除、取余加、減、乘、除、取余進(jìn)制計(jì)算進(jìn)制計(jì)算 邏輯運(yùn)算：邏輯運(yùn)算：與、或、非、異或、移位與、或、非、異或、移位 其他進(jìn)制加減乘除等算術(shù)運(yùn)算的運(yùn)算方法與十進(jìn)制其

17、他進(jìn)制加減乘除等算術(shù)運(yùn)算的運(yùn)算方法與十進(jìn)制的運(yùn)算方法類似，要點(diǎn)是逢的運(yùn)算方法類似，要點(diǎn)是逢N進(jìn)進(jìn)1 1、借、借1 1等于等于N。 與或非等邏輯運(yùn)算一般是指二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算，將與或非等邏輯運(yùn)算一般是指二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算，將1當(dāng)成真，將當(dāng)成真，將0當(dāng)成假。當(dāng)成假。二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示范圍二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示范圍 無符號數(shù)表示范圍：無符號數(shù)表示范圍：0 02552558 8位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù) 有符號數(shù)補(bǔ)碼表示范圍：有符號數(shù)補(bǔ)碼表示范圍： 128128127127 無符號數(shù)表示范圍：無符號數(shù)表示范圍： 0 065535655351616位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù) 有符號數(shù)補(bǔ)碼表示范圍：有符號數(shù)補(bǔ)碼表示范圍： 327

18、68327683276732767 無符號數(shù)表示范圍：無符號數(shù)表示范圍：02N1N位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù) 有符號數(shù)補(bǔ)碼表示范圍：有符號數(shù)補(bǔ)碼表示范圍： 2N1 2N1 11.4.2 碼制及其轉(zhuǎn)換vBCDBCD碼碼： 常見的常見的BCD碼有碼有8421碼、碼、2421碼以及余碼以及余3碼等，一般使碼等，一般使用用8421碼，它分為壓縮碼，它分為壓縮BCD碼和非壓縮碼和非壓縮BCD碼。壓縮碼。壓縮BCD碼碼是用是用4位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，一個(gè)字節(jié)可以表示兩位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，一個(gè)字節(jié)可以表示兩位十進(jìn)制數(shù)（位十進(jìn)制數(shù)（0099）；而非壓縮）；而非壓縮BCD碼是用碼是用8位二進(jìn)制代碼位

19、二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)，高表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位無效，一個(gè)字節(jié)只能表示一位十進(jìn)位無效，一個(gè)字節(jié)只能表示一位十進(jìn)制數(shù)（制數(shù)（09），高），高4位為位為0時(shí)則叫標(biāo)準(zhǔn)非壓縮時(shí)則叫標(biāo)準(zhǔn)非壓縮BCD碼。碼。 例如：例如：00110101000000110000010135的的壓縮型壓縮型BCD碼碼35的的非壓縮型非壓縮型BCD碼碼vASCIIASCII碼：碼： 計(jì)算機(jī)中通常采用計(jì)算機(jī)中通常采用的字符編碼是的字符編碼是ASCIIASCII碼。碼?；净続SCIIASCII碼使用碼使用7 7位二位二進(jìn)制編碼，占一個(gè)字節(jié)，進(jìn)制編碼，占一個(gè)字節(jié)，最高位為最高位為0 0。字字 符符ASCII碼碼十進(jìn)制值十

20、進(jìn)制值 ASCII碼碼十六進(jìn)制值十六進(jìn)制值 LF（換行）（換行） 10 0AHCR（回車）（回車） 13 0DHSP（空格）（空格） 32 20H 36 24H 0 48 30H A 65 41H a 97 61H 例如例如: 28的的ASCII碼碼=32=32H38H=3238H=00110010，00111000B常用的常用的7個(gè)字符的個(gè)字符的ASCII碼值碼值1.4.2 碼制及其轉(zhuǎn)換v漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼： 漢字在計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備內(nèi)存儲、處理以及傳輸所漢字在計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備內(nèi)存儲、處理以及傳輸所用的編碼稱為漢字內(nèi)碼。目前，我國主要采用的是國際用的編碼稱為漢字內(nèi)碼。目前，我國主要采用的是國際內(nèi)碼（內(nèi)碼（GB2312GB2312），它在計(jì)算機(jī)內(nèi)占用兩個(gè)字節(jié)，每個(gè)字），它在計(jì)算機(jī)內(nèi)占用兩個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)的最高位為節(jié)的最高位為1 1，最多可表示，最多可表示2 21414=16384=16384個(gè)可區(qū)別代碼。個(gè)可區(qū)別代碼。 1.4.2 碼制及其轉(zhuǎn)換v原碼、反碼和補(bǔ)碼原碼、反碼和補(bǔ)碼： 將二進(jìn)制有符號數(shù)的正、負(fù)號也用二進(jìn)制編碼來表示，將二進(jìn)制有符號數(shù)的正、負(fù)號也用二進(jìn)制編碼來表示，它們所代表的它們所代表的實(shí)際數(shù)值實(shí)際數(shù)值稱為稱為“真值真值”。原碼是直接在真值的。原碼是