微機(jī)原理教程l教程01

課程介紹微機(jī)原理：8088CPU和IBMPC系列機(jī)匯編語(yǔ)言：8088指令和MASM匯編語(yǔ)言接口技術(shù)：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其接口

I/O接口電路及其與外設(shè)連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法第1章第1章：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)重點(diǎn)

微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成IBMPC系列機(jī)的主機(jī)板1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）性能適中、價(jià)格低廉、體積較小的計(jì)算機(jī)最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)三大主要應(yīng)用形式的主角桌面?zhèn)€人微機(jī)（PC機(jī)）服務(wù)器嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用微處理器為核心構(gòu)造的計(jì)算機(jī)微處理器、處理器、中央處理單元CPU計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制核心采用一塊大規(guī)模集成電路芯片構(gòu)成處理器的基本性能指標(biāo)字長(zhǎng)（Word）處理器每個(gè)時(shí)間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)（例如一次進(jìn)行運(yùn)算、傳輸?shù)奈粩?shù)）指示處理器的數(shù)據(jù)處理能力時(shí)鐘頻率處理器的處理速度反映處理器的基本時(shí)間單位集成度芯片上集成的晶體管數(shù)量表明處理器的生產(chǎn)工藝水平4、8、16、32、64、128Hz、kHz、MHz、GHz1.1.1通用微處理器4位微處理器1971年，Intel4004，第一個(gè)微處理器8位微處理器M6800、Z80和Intel8080/8085Apple公司蘋(píng)果機(jī)16位微處理器Intel8086/808816位個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC：PersonalComputer）32位微處理器80386，80486，Pentium～Pentium432位PC機(jī)，APPLE公司的Macintosh機(jī)64位微處理器IA-64結(jié)構(gòu)：Itanium（安騰）x86結(jié)構(gòu)：AMD的64位處理器、Intel64處理器采用4004的計(jì)算器Intel4004性能指標(biāo)單片機(jī)（微控制器，嵌入式控制器，MCU）Intel的MCS-48，MCS-51，MCS-96/98系列愛(ài)特梅爾（Atml）公司的AT89系列（與MCS-51兼容），AT91系列（基于ARM內(nèi)核）MicrochipTechnology公司的PIC系列數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）專注于數(shù)字信號(hào)的高速處理美國(guó)德州儀器TI公司TMS320各代產(chǎn)品主要應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用形式：嵌入式系統(tǒng)1.1.2專用微處理器1.1.3摩爾定律集成電路生產(chǎn)技術(shù)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展摩爾定律（Moore'sLaw）集成電路上晶體管密度每年將翻倍每隔18個(gè)月硅片密度（晶體管容量）將翻倍每18個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半摩爾定律不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)今后，性能提高更多地得益于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的革新現(xiàn)在，多核處理器使得摩爾定律延續(xù)1.2微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成運(yùn)算器

控制器寄存器組

主存儲(chǔ)器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)區(qū)別3個(gè)概念1.2.1馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)ENIAC馮·諾伊曼馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)的基本思想采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和地址碼組成將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在工作時(shí)從存儲(chǔ)器取出指令加以執(zhí)行，自動(dòng)完成計(jì)算任務(wù)。這就是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)程序控制）的概念指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成，并規(guī)定了5部分的基本功能1.組成部件5大部件組成控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備3個(gè)硬件子系統(tǒng)處理器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)2.二進(jìn)制編碼計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令現(xiàn)實(shí)中的一切，計(jì)算機(jī)中都是0和1數(shù)碼二進(jìn)制編碼按照一定規(guī)律組合的0和1數(shù)碼不同的信息用不同的數(shù)碼表示同樣的信息也可以用不同的編碼規(guī)則用不同的數(shù)碼表示程序、指令、操作碼程序用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)，由指令構(gòu)成指令(機(jī)器語(yǔ)言)是控制計(jì)算機(jī)操作的命令指令由操作碼和地址碼組成操作碼（Opcode）表明指令的操作地址碼、操作數(shù)（Operand）是參與操作的數(shù)據(jù)指令的代碼格式：二進(jìn)制編碼規(guī)則處理器的母語(yǔ)是指令基本數(shù)據(jù)單位（二進(jìn)制位）1位 比特（bit：binarydigit）4位 半字節(jié)（Nibble）8位 字節(jié)（Byte）16位 字（Word）32位 雙字（Doubleword）64位 4字（Quadword）D7D6D5D4D3D2D1D0哪“位”？二進(jìn)制B，十進(jìn)制D，還是十六進(jìn)制H？3.存儲(chǔ)程序和程序控制存儲(chǔ)程序把指令以代碼的形式事先輸入到計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中，這些指令按一定的規(guī)則組成程序程序控制啟動(dòng)后，程序就會(huì)控制計(jì)算機(jī)按規(guī)定的順序逐條執(zhí)行指令，自動(dòng)完成預(yù)定的信息處理任務(wù)存儲(chǔ)單元地址為每個(gè)存儲(chǔ)單元編排的一個(gè)唯一的編號(hào)主存儲(chǔ)器是字節(jié)可尋址的：主存儲(chǔ)器的每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)地址，保存一個(gè)字節(jié)的信息地址＝編號(hào)取指－譯碼－執(zhí)行周期取指（Fetch）處理器從主存儲(chǔ)器讀取指令譯碼（Decode）翻譯指令代碼的功能執(zhí)行(Execute）執(zhí)行指令完成指令所規(guī)定的操作取指譯碼執(zhí)行程序計(jì)數(shù)器PC確定下一條指令的主存地址PC具有自動(dòng)增量的能力，實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令改變PC的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)分支、循環(huán)、調(diào)用1.2.2微型計(jì)算機(jī)的硬件組成圖1-2微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB微處理器I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微處理器存儲(chǔ)器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線1.微處理器微機(jī)的核心、控制中心，中央處理器CPU大規(guī)模集成電路VLSI芯片，集成控制器運(yùn)算器（整數(shù)運(yùn)算器）寄存器（高速存儲(chǔ)單元）高性能微處理器內(nèi)部還有浮點(diǎn)處理單元甚至多媒體數(shù)據(jù)運(yùn)算單元存儲(chǔ)管理單元、代碼保護(hù)機(jī)制高速緩沖存儲(chǔ)器……2.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（Memory）是存放程序和數(shù)據(jù)的部件高性能微機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)微處理器內(nèi)部的寄存器（Register）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）主板上的主存儲(chǔ)器以外設(shè)形式出現(xiàn)的輔助存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（主存、內(nèi)存）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成RAM部分?jǐn)嚯姾笮畔G失相對(duì)造價(jià)高、速度快、但容量小輔助存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱輔存或外存）磁盤(pán)、光盤(pán)存儲(chǔ)器等構(gòu)成相對(duì)造價(jià)低、容量大、信息可長(zhǎng)期保存，但速度慢RAM和ROM3.I/O接口和I/O設(shè)備I/O設(shè)備(Peripheral）：用戶與微機(jī)交互輸入（Input）設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備：鍵盤(pán)輸出（Output）設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備：顯示器I/O接口(Interface)：外設(shè)和主機(jī)間的橋梁完成信號(hào)變換、數(shù)據(jù)緩沖、聯(lián)絡(luò)控制等工作較簡(jiǎn)單的I/O接口電路與主板一體較復(fù)雜的I/O接口電路制成獨(dú)立的電路板（接口卡Card）4.系統(tǒng)總線總線（Bus）傳遞信息的一組公用導(dǎo)線、信息通道系統(tǒng)總線（SystemBus）微機(jī)系統(tǒng)中信息交換的主要公共通道地址總線單向輸出主存單元或I/O端口的地址信息數(shù)據(jù)總線讀（Read）操作數(shù)據(jù)輸入微處理器寫(xiě)（Write）操作數(shù)據(jù)輸出到外界（主存或外設(shè)）控制總線有些控制信號(hào)或狀態(tài)信號(hào)輸出有些請(qǐng)求或聯(lián)絡(luò)信號(hào)輸入存儲(chǔ)器外設(shè)CPUReadWrite舉例舉例1.2.3IBMPC系列機(jī)結(jié)構(gòu)16位IBMPC系列機(jī)是32位微機(jī)的基礎(chǔ)8088CPUIBMPC機(jī)IBMPC/AT機(jī)IBMPC/XT機(jī)IBMPC/XT主機(jī)板結(jié)構(gòu)8088微處理器8087協(xié)處理器8288總線控制器I/O通道8259中斷控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器ROM8253定時(shí)控制器8237DMA控制器8255并行接口控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚(yáng)聲器接口8284時(shí)鐘發(fā)生器鍵盤(pán)接口系統(tǒng)配置開(kāi)關(guān)處理器8088CPU：16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、8位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線、4.77MHz主頻

主存儲(chǔ)器ROM-BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）、主體為RAMI/O接口控制電路8259A、8253、8237A、8255等

總線插槽62線的IBMPC總線IBMPC/AT主機(jī)板結(jié)構(gòu)微處理器：Intel80286主存儲(chǔ)器ROM-BIOS：固化基本輸入輸出系統(tǒng)（BasicInput/OutputSystem）主存主要由RAM組成I/O接口兩個(gè)中斷控制器8259A兩個(gè)DMA控制器8237A定時(shí)控制器8254并行接口電路系統(tǒng)總線：ISA總線（I/O通道）示意圖1.2.4微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng) MS-DOS匯編程序 MASM調(diào)試程序 DEBUG.EXE硬件BIOS應(yīng)用程序*.ASM,*.OBJ*.LST,*.EXE操作系統(tǒng)編輯程序，匯編程序連接程序，調(diào)試程序1.DOS操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理著系統(tǒng)的軟硬件資源為用戶提供使用機(jī)器的交互界面為程序員使用資源提供可供調(diào)用的驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槠渌绦驑?gòu)建穩(wěn)定的運(yùn)行平臺(tái)16位模擬DOS環(huán)境%SystemRoot%\system32\16位模擬DOS環(huán)境和32位控制臺(tái)環(huán)境兩種基本功能和界面一致，但本質(zhì)不同2.匯編程序?qū)R編語(yǔ)言源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼微軟宏匯編程序MASMMASM6.11是最后一個(gè)獨(dú)立發(fā)行的MASM軟件包MASM6.15來(lái)自VisualC++6.0，支持到Pentium4的SSE2指令系統(tǒng)為什么采用匯編語(yǔ)言？本教材配套開(kāi)發(fā)環(huán)境MASM6.15匯編系統(tǒng)1.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0和1兩個(gè)數(shù)碼進(jìn)入計(jì)算機(jī)的任何信息都要轉(zhuǎn)換成0和1數(shù)碼處理器支持的基本數(shù)據(jù)類型8、16、32、64位無(wú)符號(hào)整數(shù)8、16、32、64位有符號(hào)整數(shù)ASCII字符、字符串和BCD碼請(qǐng)大家復(fù)習(xí)掌握本小節(jié)內(nèi)容1.3.1數(shù)值的編碼計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制，稱為機(jī)器數(shù)為便于人們交流，引入十六進(jìn)制日常生活使用十進(jìn)制，可稱為真值定點(diǎn)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)：0~2N-1有符號(hào)整數(shù)，默認(rèn)采用補(bǔ)碼：-2N-1~2N-1-1浮點(diǎn)實(shí)數(shù)（IEEE754標(biāo)準(zhǔn)）單精度浮點(diǎn)數(shù)雙精度浮點(diǎn)數(shù)1.3.2字符的編碼BCD（8421碼）壓縮BCD碼：二進(jìn)制4位表達(dá)十進(jìn)制1位非壓縮BCD碼：二進(jìn)制8位表達(dá)十進(jìn)制1位ASCII控制字符，例如：回車(chē)0DH、換行0AH可顯示字符，例如：數(shù)字0~9（30H~39H）、大寫(xiě)字母（41H~）、小寫(xiě)字母（61H~）Unicode給每個(gè)字符提供了一個(gè)唯一的數(shù)字，不論是什么平臺(tái)，不論是什么程序，不論是什么語(yǔ)言返回處理器基本性能指標(biāo)實(shí)例年代Intel處理器字長(zhǎng)時(shí)鐘頻率集成度197140044位108kHz2300197280088位500kHz35001978808616位5MHz2.9萬(wàn)19858038632位16MHz27.5萬(wàn)2003Pentium432位3.4GHz1.25億2007Core2Quad64位2.66GHz5.82億明確3個(gè)概念的區(qū)別微處理器（Microprocessor）一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等微機(jī)中的核心芯片微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說(shuō)法：微機(jī)、微型機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)返回Intel80x86CPU的地址線條數(shù) Intel80x86 地址條數(shù) 存儲(chǔ)容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386~Pentium4 3