微機原理與接口技術(shù)期末講課1概述

微機

原理及接口

技術(shù)典型機型：IBMPC系列機基本系統(tǒng)：8086（8088）CPU和半導(dǎo)體存儲器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法教材與參考資料何宏主編.清華大學(xué)出版社出版.微機原理與接口技術(shù).2015年5月第一版毛六平主編.清華大學(xué)出版社北方交大出版社出版.微型計算機原理與接口技術(shù).2002.9第1版2002.9印錢曉捷主編.機械工業(yè)出版社出版.微型計算機原理及接口技術(shù)1999年1月第一版考核方法總成績＝考試成績70%

＋實驗成績20%＋平時成績10%第一章概述微機原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計算機的發(fā)展微型計算機系統(tǒng)的基本組成微型計算機的應(yīng)用微機原理的課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微機原理課程學(xué)習(xí)內(nèi)容是一門研究微型計算機的基本工作原理以及微型計算機接口技術(shù)（如中斷控制接口、定時/計數(shù)控制接口、DMA控制接口、并行/串行通信接口、模擬接口等）的課程。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)能把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計算機中。（輸入）必須具有長期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運

算結(jié)果的能力。（存儲）能夠完成各種算術(shù)、邏輯運算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加

工處理的能力。（運算）能夠根據(jù)需要控制程序走向，并能根據(jù)指令控制機

器的各部件協(xié)調(diào)操作。（控制）能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。（輸出）簡單地講，微型計算機系統(tǒng)的工作過程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)

→執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過程。計算機的五大基本組成部件運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備（接口）微機原理課程學(xué)習(xí)目的通過該課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能掌握微型計算機系統(tǒng)的硬件基本知識及應(yīng)用實驗技能，具有一定的微機應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)分析能力，并且也為后繼課程的學(xué)習(xí)，打下微型機系統(tǒng)硬件方面的基礎(chǔ)知識。第一章概述微機原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計算機的發(fā)展微型計算機系統(tǒng)的基本組成微型計算機的應(yīng)用微型計算機的發(fā)展電子管計算機晶體管計算機集成電路計算機大規(guī)模集成電路計算機人工智能計算機（尚在研制）1946年第一代電子計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer，電子數(shù)值積分和計算機)在美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。使用了18800個電子管，重30噸，占地150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運算。1958年第二代晶體管計算機推出，用晶體管代替了電子管，大大降低了計算機的成本和體積，運算速度成百倍提高。1965年中小規(guī)模集成電路為主體的計算機問世，使計算機的體積進一步縮小，配上各類操作系統(tǒng)，計算機性能極大提高。1970年大規(guī)模集成電路（LSI）研制成功，計算機發(fā)展到第四代，微型計算機是第四代計算機的典型代表。1971年在美國硅谷第一塊通用微處理器Intel4004誕生，從而開創(chuàng)了微型計算機的新時代。微型計算機的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機Z80、I8085、M6800，Apple-II微機第3代：16位微機8086→8088→80286，IBMPC系列機微型計算機的發(fā)展（續(xù)）第4代：32位微機80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機、Macintosh機、PS/2機第5代：64位微機酷睿、Itanium、64位RISC微處理器芯片微機服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站微處理器的發(fā)展Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentium

IIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV微處理器飛速發(fā)展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代802868086奔騰3代4004安騰酷睿摩爾定律

歌登.摩爾（GordonMoore）是Intel公司奠基者之一，他在1964年提出一個摩爾定率，摩爾定律說每18個月半導(dǎo)體集成電路里面晶體管的個數(shù)會翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔18個月其性能會提升一倍。這個非常著名的摩爾定率，從1964年提出以來（盡管當時計算機集成電路芯片還沒有出現(xiàn)），到1971年Intel公司首次做出第一塊CPU4004芯片，再到現(xiàn)在，發(fā)展了大概四十多年。可以發(fā)現(xiàn)，CPU一直是遵循摩爾定理在發(fā)展的，后來到1995年歌登·摩爾對摩爾定理稍微修改了一下，原來是每一年半（18個月）后來改成兩年，也就是說每兩年芯片的集成度會提升一倍，特性提升一倍，但價格不變。第一章概述微機原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計算機的發(fā)展微型計算機系統(tǒng)的基本組成微型計算機的應(yīng)用微型計算機系統(tǒng)的基本組成個人微型計算機，從外觀上看，它的主要組成部分是主機、顯示器、鍵盤、鼠標等，如圖所示。再進一步細分，它的主機主要由主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、軟驅(qū)（盤）、顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡、光驅(qū)等部分組成。

個人計算機微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)成——主機箱電源光驅(qū)硬盤內(nèi)存CPU主板擴展卡微型計算機系統(tǒng)運算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲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算機微型計算機系統(tǒng)區(qū)別微型計算機系統(tǒng)硬件微型機系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I/O通道A/D,D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量等外部設(shè)備鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備顯示器、打印機等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤及磁帶等外存儲器主機輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運算器(算術(shù)邏輯運算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內(nèi)存儲器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統(tǒng)軟件軟件用戶（應(yīng)用）軟件微型計算機的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS微型計算機的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線總線是指傳遞信息的一組公用導(dǎo)線總線是傳送信息的公共通道微機系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件總線信號可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線CB

：傳送控制信息總線信號地址總線AB輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍數(shù)據(jù)總線DBCPU讀操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPUCPU寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線CB協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點，例如功能、適應(yīng)性等舉例舉例特點返回微型計算機的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件硬件應(yīng)用軟件用戶微型計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)示意圖微機的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是面向所有用戶的軟件，其著眼點是方便用戶的使用和維護，提高機器的工作效率。包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序、診斷調(diào)試程序、設(shè)備驅(qū)動程序及為提高機器工作效率的各種應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)的基本功能是：負責(zé)管理、調(diào)度整個系統(tǒng)的軟硬件資源。包括：CPU、存儲器、各種I/O設(shè)備和硬件資源，以及文件、目錄、進程、任務(wù)等軟件資源向用戶提供最基本的交互界面。方便用戶的使用，提高系統(tǒng)的工作效率。以上各項任務(wù)中文件管理和磁盤管理比較突出。應(yīng)用軟件是圍繞某項應(yīng)用、面向某些用戶的一大類軟件。從大的方面來講，它可以是面向數(shù)據(jù)庫管理、面向計算機輔助設(shè)計的軟件或軟件包；從小的方面來講，它可以是為某個單位、某項工程的具體需要開發(fā)的軟件。什么是微型計算機以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計算機主要部件——控制器和運算器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計算機系統(tǒng)微處理器（Microprocessor）微型計算機（Microcomputer）返回明確3個概念的區(qū)別微處理器（Microprocessor）一個大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)含控制器、運算器和寄存器等微機中的核心芯片微型計算機（Microcomputer）通常指微型計算機的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：微機、微型機微型計算機系統(tǒng)（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機系統(tǒng)返回Intel80x86CPU的地址線條數(shù)Intel80x86 地址條數(shù) 存儲容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386 32 4GB~Pentium4返回Intel80x86CPU的數(shù)據(jù)線條數(shù)Intel80x86 數(shù)據(jù)位數(shù)8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回第一章概述微機原理課程的內(nèi)容、學(xué)習(xí)目的微型計算機的發(fā)展微型計算機系統(tǒng)的基本組成微型計算機的應(yīng)用微型計算機的應(yīng)用計算機應(yīng)用通常分成如下各個領(lǐng)域科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理，實時控制計算機輔助設(shè)計，人工智能，……由于微型計算機具有如下特點體積小、價格低工作可靠、使用方便、通用性強……所以，可以分為兩個主要應(yīng)用方向微型計算機的應(yīng)用（續(xù)）用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機，例如：PC微機功能越強越好、使用越方便越好用于過程控制及嵌入應(yīng)用方向?qū)Ｓ梦C，例如：工控機、單片機、數(shù)字信號處理器可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小系統(tǒng)總線的使用特點除了CPU外，還有DMA控制器和協(xié)處理器都具有控制系統(tǒng)總線的能力。它們被稱為“總線主控設(shè)備”在某一個時刻，只能由一個總線主控設(shè)備來控制系統(tǒng)總線在連接系統(tǒng)總線的各個設(shè)備中，某一個時刻只能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號；但可以有多個設(shè)備從總線上同時獲得信號返回計算機中數(shù)據(jù)的表示計算機中的數(shù)制1.二進制數(shù)，用B或b結(jié)尾具有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1；逢2進位；2.十進制數(shù)，可不用結(jié)尾字母，也可用D或d結(jié)尾具有10個數(shù)字符號即0~9；逢10進位3.十六進制數(shù)，十六進制數(shù)用H或h結(jié)尾具有16個數(shù)字符號即0~9和A~F；逢16進位；4.數(shù)制的轉(zhuǎn)換二進制數(shù)與十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換；與十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換5.二進制的運算加、減、乘、除計算機中數(shù)據(jù)的表示方法1.帶符號數(shù)的表示方法原碼：正數(shù)的符號位用0表示，負數(shù)的符號位用1表示反碼：正數(shù)的反碼與原碼相同，負數(shù)的反碼表示為它的正數(shù)“按位取反”（連同符號位）補碼：8位二進制補碼所能表示的范圍為+127~-128最高位為符號位，符號位為0，表示為正數(shù)，其余位為此數(shù)的二進制值；符號位為1，其余位不是此數(shù)的二