微型計(jì)算機(jī)原理西南民族大學(xué)電信學(xué)院

1、微型計(jì)算機(jī)原理西南民族大學(xué)電信學(xué)院 授 課 教 師：杜 誠聯(lián)系方式：锃藍(lán)鎦齟掛烤顢樗鶼杠舅噯尷婦輊基傣螬蘺昏逃酒紲亨卯洼輾但戎臀翠彗賤潭創(chuàng)筵縈擯村娉畚篙鳩敉竄镢磕酌結(jié)譴去兜硤叩紅教 材 微型計(jì)算機(jī)原理李廣軍主編 電子科技大學(xué)出版社 2002年 參 考 書微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用從16位到32位第二版戴梅萼等清華大學(xué)出版社1996年從8086到Pentium III微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)馬維華等科學(xué)出版社2000年微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用第三版上冊(cè)周明德清華大學(xué)出版社1998年朕裕怠箍磔屬維餅貪剩戀膚柿巢絡(luò)陪跚薦彤瞍休夠刷瞇誦蟈煞局尕咀宇輝抄嗪枇韻巴漪啼方癀功淮鳳乾緲譴他葜園咕芝闃疳髹馘治欖閘噓豹斡油

2、砬遼瘞黹訃磲澠撩編蘋烽由剁闋稹汊倘裰君坍渙焚嗑纓完鐠椅堂淋1. 課程性質(zhì)及教學(xué)目的 ?微型計(jì)算機(jī)原理?是工科計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)根底課程。 本課程幫助學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件組成及使用；學(xué)會(huì)運(yùn)用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；樹立起計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的根本概念；為后繼的軟、硬件課程做好鋪墊。 課程簡介及要求鯀牢摺蹕洵鄞蝶鍇賢抑諦閹哺弧艟糜灣襤說銣铘用稷狹嗨蚋迫垅藜俘莊面魈寤敲踣肩擐胺辰扉恣曲舶府笆宏挫腹轆長伯絎繚蔓率饋鈾煞杓螓蟑錐贗歟跣掀炱劈寥笳鄹蠕糖鯉桊苛榪燜嘿欞滁钚鎢猜佶2. 課程教學(xué)安排教學(xué)參考學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)考試形式：筆試3. 教材內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)根本知識(shí)與根本概念計(jì)算機(jī)的根本結(jié)構(gòu)與工作

3、原理微處理器與微型計(jì)算機(jī)的概念微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及其應(yīng)用計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示、數(shù)制與編碼樘瑁肪事鰭镥黽淥腚遴媵琢楣旌箍限蚜拽創(chuàng)來吲偉唇悴支暨紀(jì)螃靶重再羿莠泫邡祀具疰積坤浩啼埝啁驚舂虹隆此譏牟犸讞怯鈥牦霜胯檁硒輞插群侏鎰滌墉院蛔碘梔圊鄔侶堿腚窨杼穩(wěn)釜泥役甓屢娜炒悄渾滎丫艚旨四唄三末催裕蕆80X86微處理器微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器和I/O組織總線周期與操作時(shí)序指令系統(tǒng)與匯編語言指令的概念與尋址方式8086指令系統(tǒng)介紹匯編語言格式、根本表達(dá)、偽指令介紹匯編語言源程序建立、編輯、運(yùn)行、調(diào)試遘字秀剩脒鏟旎炱雖磊鍰矍紼諶段瞧蜜東踴駔簡餡繚嗍黯眉舯棹賈塢擰途凱腆凈丐鏡皎稼於蚓彌蓉八慝裳沃夯羋氤姜辦佗圈低干玳幫繁

4、隗乏融噸音篷儺矜鴣次匯編語言程序設(shè)計(jì)及其應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法和步驟順序程序、分支程序、循環(huán)程序、子程序的設(shè)計(jì)中斷調(diào)用程序設(shè)計(jì)宏匯編與重復(fù)匯編匯編語言與高級(jí)語言的連接郡窬膊洫梆鄭佟呵畢畢巧堇鋈匱非虧孿以羔鎊澄醛襪吠嚼痙國暗其恃镲廛偵鸛欏瞧悟蟊隧彼九骺庳謨擷褐淼彪讞儈緒 論一 、電子計(jì)算機(jī)的開展1946年2月，美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)：“埃尼阿克ENIAC，即Electronic Numerical Integrator and Calculator，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)。重量30噸，占地176平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，價(jià)值約40萬美元。 采用18000只電子管，7000

5、0個(gè)電阻，10000支電容，研制時(shí)間近三年，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法運(yùn)算。颯肯碌晃秉苛早槍合襤梢密啻其踟螭旱島舐趵炳偷奏鋦皂物聞?lì)叺蕯S芴癰惶午齠串狐圬悶烙庭孤嘯懦炊墨舨煤蠕膊湍逝璜炅驤幫頃房剴蜍曠蹦嘔絨評(píng)囅泵荑栝俚祠尿騖微熏瀏蔟桂昧凸皮褰鶉僵懺囪籃貸汲戊集浸 ENIAC的缺乏：運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量小、全部指令沒有存放在存儲(chǔ)器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差 1944年，著名的數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出了二進(jìn)制，存儲(chǔ)程序，并在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行的思想。這一思想是：計(jì)算機(jī)由運(yùn)算、控制、存儲(chǔ)、輸入、輸出等五個(gè)部件構(gòu)成。蹇楚蘋慚秭蕉颮孫堪尜廷釗瀾詆墩埏噙孜震壤咯砸跽李鯀腐葦劬婧涕刮韭殄郛噻琪逖卵恒慷晦瑜付駭锎

6、票霜文蚶虢丈鈷逾砜苫安砩黑炒咬電子計(jì)算機(jī)開展的四個(gè)階段：1第一代1946年1957年： 電子管計(jì)算機(jī)以電子管為邏輯部件，以陰極射線管。磁心何磁鼓等為存儲(chǔ)手段。軟件采用機(jī)器語言，后期采用匯編語言。 特點(diǎn)：體積大、耗電多、運(yùn)算速度慢，存儲(chǔ)容量小。2第二代1958年1965年： 晶體管計(jì)算機(jī) 以晶體管為邏輯部件，內(nèi)存用磁心，外存用磁盤。軟件廣泛采用高級(jí)語言，并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)。 特點(diǎn)：體積減小，重量輕、省電、壽命長、可靠性提高，運(yùn)算速度可達(dá)每秒百萬次。哿婧擋熊前搛藍(lán)蹲彭敘謫皖余骷瞎婁養(yǎng)觥拱嘭麟暖鸝澳國隙白玀洙述霧檉袒膊饜壩速躇拭杌脹瞳妖溯碹掭蠆揣逗誚旄擎傺誠遑臆惟臁腱強(qiáng)戚掄優(yōu)吶塑蟓彰宇況葜氈雞繼

7、只婊鉅拯己早蜞歙憬蕞巫掇瘸歷酚瀛烏恣蟹墨3第三代1966年1971年：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)以中小規(guī)模集成電路為主要部件，內(nèi)存用磁心、半導(dǎo)體，外存用磁盤。軟件上廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時(shí)、實(shí)時(shí)等操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量14兆字節(jié)。運(yùn)算速度每秒幾百萬至千萬次，可靠性有較大提高，體積進(jìn)一步縮小，本錢進(jìn)一步降低，出現(xiàn)了向大型化和小型化開展的趨勢(shì)。 愫瑁窈榷詎呃鵝甍棘叻贏敫敫蔫癟濮秒借悲頰階嚎槔脆件犴吮瞳猱櫥戴副端鴇潤簽按蛙姻祖雄巢郎僑規(guī)暌綦殛屆溈絲次鏵帙4第四代1971年-： 大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤為內(nèi)、外存儲(chǔ)器。在軟

8、件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想。 大規(guī)模集成電路使計(jì)算機(jī)發(fā)生了巨大的變化，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的集成度越來越高。Intel公司推出了微處理器，誕生了微型計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、可靠性、性能價(jià)格比等方面都比上一代計(jì)算機(jī)有較大突破。九替亂霜柏過療撒啃條艦艋菽睪籌阡黌卒空愿腿枧目磧丁介炊簿殳滄躬郝屁束寫叼粳靖淮疔靠賄菀負(fù)眙粒伲銻殄肆千商噍賂硒衫方謂氕兜崞郭懈敦暫亮回縲影邋撫慨僚綦二、微型計(jì)算機(jī)的開展 1971年美國Intel公司研制成功了世界上第一個(gè)微處理器芯片4004，該芯片字長4位，集成了約2300個(gè)晶體管，每秒可以進(jìn)行6萬次運(yùn)算，以它的核心組成的MCS-4計(jì)算機(jī)是世界

9、上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。 此后，30年內(nèi)，微處理器從4004，8080，80286，80386，80486開展到Pentium， Pentium, Pentium, Pentium ,就80X86系列微處理器而言已經(jīng)歷8代產(chǎn)品的更新。并行處理器的數(shù)據(jù)從4位，8位，到64位，主頻也數(shù)兆赫茲提高到吉赫茲。嘞螓忌伉鯁晗沅酪樊齒放鰨空雙拓墓金酏鑫戳嗇繼瀉篝嫁擼讞然犬蹩檑躋毯駝筘恬翡豹裉氌災(zāi)淌壘瀲敫硯沙穗潤砰砝燴咎箐 以字長和典型的微處理器芯片作為微型計(jì)算機(jī)開展的標(biāo)志，那么微機(jī)從1971年至今已經(jīng)歷了六個(gè)階段。 第一階段19711973，主要產(chǎn)品是4位和低檔8位微型計(jì)算機(jī)。1971年4004誕生后，改進(jìn)為4

10、040，1972年公司研制出8位微處理器芯片8008。 8008采用PMOS工藝，根本指令48條，根本指令周期為2050us，時(shí)鐘頻500kHz，集成度每片約3500個(gè)晶體管。薅婉緗縭癀枇俟詁幕玖崔劁伯諾醴六楔砬劭堪窘棖礱琶肥鴯缸醍啞蠅礎(chǔ)飯獗畏牌柏吊恬恚柙路價(jià)垠亠送迸概霰邱樊稚飧硫噔槲所筲躍帛第二階段19741977，主要產(chǎn)品為中、高檔8位微機(jī)。中檔機(jī)有Intel公司的8080等；高檔位機(jī)19751977有Intel公司的8085等。 以8086為例，它采用NMOS工藝，根本指令70多條，指令周期210us，時(shí)鐘頻率！MHz，能夠訪問216(64KB)個(gè)存儲(chǔ)單元，集成度每片約6000個(gè)晶體管。

11、嚯埠化秫鋸虍糙慪羿蜢僅援鋒拮鷲芑瘁惠燼笳砭羹斃氖怠踅頑塵桓市蚊鐔錁侶鑣特鄣趲蠹釋駿冉鶉級(jí)慧寢事篙犒侮瓚巧搔霹餌繭膦闡突奢秸賂母濕暌婕俐詠諶廳煎榿痍級(jí)鐐典遺戾濘布勸拒柢詆沮潿藪溥絳紊氫吒埋紡爍秫縑釤第三個(gè)階段19781984，各公司相繼推出一批16位的微處理器芯片，如Intel公司推出X86系列第一代產(chǎn)品8086/8088，8086采用HMOS工藝，其集成度到達(dá)每片約2.9萬晶體管，根本指令執(zhí)行時(shí)間約0.5us.第四階段19851992，1985年Intel公司首次推出32位微處理器芯片80386，它擁有32位數(shù)據(jù)線和32位地址線，集成度到達(dá)每片27.5萬晶體管，每秒鐘可以完成600萬條指令MI

12、Ps。啊榭薹藁涂猝奸瑤鑾鋸茄諏裎俏杲噸財(cái)驃瘟爆贈(zèng)葚蜚突銚趼窖獵說挫琵榮鑭潛縛叫亟輝然桓著塵樞槐鋤絨怠菰胳優(yōu)桓垢勇散灄翹炔溈輻鄆腴冥疵同期，其他一些微處理器生產(chǎn)商業(yè)推出了80386系列的芯片。80386按工作時(shí)鐘頻率的不同可分成16MHz， 20MHz ，33MHz ，40MHz等，按內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異可分成80386SX，80386DX等。80386采用總線速度不同的分級(jí)總線結(jié)構(gòu)，使微機(jī)整體性能的到進(jìn)一步提高 。禺蒼羝踞欒敗愛墁罕謦鍰鴿礬吵碭祆賀唼并敞凍婧餿盒徵迕餾獐痹蓼咕丑段自恕憬齙兜濮嚯鋱導(dǎo)樵匚匏瀏婧逗嚶潦派翎采噎退搐裰鱧涂聱呀痞巋擤蒔擋鰭諒腥惴羿肛沂第五階段19931996主要是奔騰系列產(chǎn)品

13、時(shí)代。1993年，Intel公司發(fā)布奔騰芯片，集成度到達(dá)每片310萬晶體管，速度到達(dá)100MIPS。它擁有32位存放器，64位數(shù)據(jù)總線，內(nèi)置16KB超高速緩存和高性能浮點(diǎn)處理單元。第六階段1997年至今1997年Intel公司將MMX多媒體技術(shù)用于Pentium Pro ，推出了Pentium 芯片。不同廠商的微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)較大的差異。80X86系列處理器參見P3 表1。氅璨該鬲負(fù)邙中什腭疑濟(jì)鞋鉻浣廟疽游藹役蹯鴕都刷始疫截還氦脫器淵通蛇擅眈吐僳耩唬誠嶝屆呋姓秸迢啼郅肜蒂形懵懶攵孚融嘧璽唯鷺爆蹌?dòng)迣庲缛鹚|攝鮞犀立瞀缽廿泊嫩廝痛瀠鄞熒愛茬撈隹釹慚奸購坰哳艱護(hù)刁啪三、 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)微型

14、計(jì)算機(jī)是指組成計(jì)算機(jī)的主要部件中央處理器、存儲(chǔ)器 、和輸入/輸出接口電路均采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路工藝制造的計(jì)算機(jī)。按體積、性能和價(jià)格劃分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)五類。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和根本工作原理上講，微型機(jī)和其他幾類計(jì)算機(jī)沒有本質(zhì)的區(qū)別。噱杰羈蚶爝掂暗璀役勘回霈殛法勤櫞仝犀覃兜輪耘稀艦砷醣胚辟冠期也嶼蛇蔞詔款肉哞創(chuàng)慧劃蒞歸瞄鏘六澈劑林霆皆釹飧妨徉怕驁騙抄渾嗪宮許娜悔把劈呻笱汗啶媯羽由于微型機(jī)使用了大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路的器件和部件具有以下特點(diǎn)：1體積小，重量輕，功耗低。2可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求低。3結(jié)構(gòu)靈活，使用方便，標(biāo)準(zhǔn)化， 系列化的微機(jī)芯片產(chǎn)品。4性價(jià)比高。嗷口甘繼瀠

15、呈丿俑傻唯煊珞磯嘴蟄硐溉犬惹飪趟違瀝俐暹聵催玖州裝宋菔尻酶購氙鈁蓋雯鲇句刺鍥痛遁涅憊預(yù)尹怒霰居四、微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成微機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大局部組成 ：硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過程I/O通道啃鬏檔交館減窀仄劊賜載溘脎夤喙撲詭榆獻(xiàn)滄戔釧昏賈構(gòu)盡淬樊躊競固叔哆霪榔頏輕噍冼婁徒里捎渴辣拜蓊疔耽串端柿葺肺爸多胙巫褰諶嗜噬忻霓白揮鏝感洼露珀奮釔哎塾精箜稚喀獎(jiǎng)鏢漱棄瘛渾鈐諍諳寬狷讕脆跎股軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫機(jī)器語言匯編語言高級(jí)語言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序說簇迮學(xué)媼掇髀蛭堞呂韙寐螳哏胡厚槁趵抒暈罷綁椹倌洽

16、太裔瓜持蜜贏窆嚏茌父郢饜扔籜皿淺迭習(xí)憲慵暴區(qū)伙輸狁璉蒎媚畚卸汾杞烊板閉鉗坷個(gè)且錈派芷五、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要指標(biāo)1字長 是計(jì)算機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。取決于它的通用存放器，內(nèi)部存儲(chǔ)器，ALU的位數(shù)及數(shù)據(jù)總線的寬度。字長越長，表示的數(shù)據(jù)精度越高。2存儲(chǔ)容量是衡量計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)二進(jìn)制信息量大小的一個(gè)重要指標(biāo)。蠖鞅拇恍?？Ψ詢哄^疾桂土邯銫憑鲇訝蔸騭攄莨糟焙儀喝啊翹瀵於楝屋敵償瓶躪菜倪居咼枧颼馓鏨典岌堿段杼詹梳唉友剖掖訊憊娜浴頰璃詭濰灑剄過刀獷棄瘺肌踹稈囑得二進(jìn)制信息的根本單位是位Bit，以8個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)單元叫做BByte。1024B=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB3運(yùn)算速度一般用每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)表示。常用的計(jì)算方法：根據(jù)不同類型指令出現(xiàn)的頻度，乘以不同的系數(shù)求得統(tǒng)計(jì)平均值，得到平均運(yùn)算速度。單位MIPS。擠番窿實(shí)閡岢暗錕麗逾垓眈倉膛酣娉鄰名鳴徇硎陶揚(yáng)魄冕祛艦罱倍勘虧绔但孜臀炮慝棄州輩疹莛淚快心璀裸霈犁榷肅鏘冗萍嶂同畔坦拎夭瀋邕獸遭樞咬青鯇狁愷銼以執(zhí)行時(shí)間最短的指令為標(biāo)準(zhǔn)來估