微型計算機技術(shù)第1章1微機簡介

微型計算機技術(shù)主講教師：肖明三峽大學(xué)計算機與信息學(xué)院學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解電子計算機工作原理，初步掌握微型計算機軟/硬件的基礎(chǔ)知識和驗證方法。初步掌握微型計算機硬件接口技術(shù)。學(xué)習(xí)要求：掌握以Intel

8086為代表的X86微處理器的技術(shù)特點和基本結(jié)構(gòu)。掌握X86系列微處理器構(gòu)成的微型計算機的基本組織方式和連接技術(shù)。掌握微型計算機中存儲器、I/O接口電路、中斷系統(tǒng)、DMA系統(tǒng)、可編程接口芯片工作原理和典型器件。掌握匯編語言程序設(shè)計基本指令和編程調(diào)試方法本課程特點內(nèi)容豐富知識點多，學(xué)時數(shù)相對少以一定理論為基礎(chǔ)，工程實踐性強理論性公式少，邏輯性內(nèi)容較多各內(nèi)容關(guān)聯(lián)性強，需要理解記憶內(nèi)容多

教材:《微型計算機技術(shù)》，陳慈發(fā)等主編，科學(xué)出版社參考教材:孫德文《微型計算機技術(shù)》高等教育出版社雷麗文《微機原理與接口技術(shù)》電子工出版社出版楊素行《微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社姚燕南《微型計算機原理》西安電子科技大學(xué)出版社劉樂善《微型計算機接口技術(shù)原理及應(yīng)用》華中科技大學(xué)出版社《80X86/Pentium處理器硬件、軟件及接口技術(shù)教程》，（美）WALTERA.TRIEBEL著，王克義等譯，清華大學(xué)出版社教學(xué)環(huán)節(jié):課堂教學(xué)：40學(xué)時

講 授：第一、二、三、四、五、七、八（8255和8253）章上機實驗：8學(xué)時作業(yè)：每次課后布置作業(yè)。第一章

微型計算機概論1.1微型計算機簡介1.2微型計算機組成1.3微型計算機工作原理1.4計算機運算基礎(chǔ)1.1微型計算機簡介一、容易混淆的幾個概念：微型計算機系統(tǒng)、微型計算機、微處理器運算器控制器寄存器微處理器存貯器I/O接口微型計算機系統(tǒng)硬件軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件微型計算機I/O設(shè)備，電源機箱等1971年10月，Intel4004（4位微處理器）1972年3月，Intel8008。集成度2000個管／片，PMOS工藝，10μm光刻技術(shù)。第一代，1971年開始。4位和低檔8位微處理器的時期，其典型產(chǎn)品有：二、微處理器的發(fā)展1974年3月Motorola：MC6800；MC65021975、76年Zilog： Z80；第二代，1973年開始。8位微處理器時期，典型產(chǎn)品有：1973年，Intel： Intel8080Intel8085集成度為5400管子／片，6μm光刻技術(shù)。第三代，1978年開始。16位微處理器時期，其典型產(chǎn)品有：

1978年．Intel8086

首個16位機、20位地址線、1M地址空間。1979年，Zilog：Z8000Motorola：MC68000 Intel80286集成度為68000管子／片，3μm光刻技術(shù)。數(shù)學(xué)協(xié)處理器802878028780386第四代，1981年開始，32位微處理器時期，其典型產(chǎn)品有：1983年 Zilog: Z800001984年 Motorola:MC680201985年 Intel: Intel80386，集成度27.5萬管子／片，1.2μm光刻技術(shù)。80386后出現(xiàn)了許多高性能的32位微處理器。數(shù)學(xué)協(xié)處理器8038780387

1989年Intel公司Intel80486，

1989年Motorola公司MC68030，MC68040

集成度都已超過100萬管子／片，主振頻率達(dá)25－120MHz。

1993年IntelPentium（外部數(shù)據(jù)總線寬64位） 集成度都已超過100萬管子／片，主振頻率達(dá)200MHz。

32位Intel80X86系列1995年，PentiumPro（高能奔騰）集成度達(dá)550萬／片，同片L2Cache256KB。

1997年，PentiumMMX（多能奔騰、簡稱MMX）。1997年5月，PentiumII（PII）MMX指令集的PentiumPro，Slot1接口。片上同頻32KLICache，板上1/2主頻512KL2Cache，兼容MMX，外頻100M。1999年3月，PentiumIII，片上同頻32KLICache和512KL2Cache，兼容MMX，新增70條指令SSE（StreamingSIMDExtensions），其外頻為100M，并向133MHz外頻發(fā)展。OldCeleron

Celeron

2001年，PentiumIV（奔騰IV，P4）主時鐘達(dá)2000MHz2002年，P4主時鐘已達(dá)2800MHz。2003年，3.06GHz的P4，采用了超線程（HT）技術(shù)，在一顆物理核心中整合了兩顆邏輯核心，大大提高處理器的效率。在高負(fù)載的多任務(wù)應(yīng)用中能顯出其效能。首款支持超線程處理器：Pentium43.06GHz

第五代：2001年開始，64位微處理器出現(xiàn)并得到應(yīng)用。Itanium(安騰)Intel的第一款64位處理器0.09微米光刻工藝，三級緩存，其中一級緩存與二級緩存都是裝載于核心內(nèi)部，容量分別為32KB與96KB。三級緩存容量達(dá)到了2MB或4MB。Athlon64AMD第一款64位處理器0.13微米或90納米光刻工藝工作頻率為2.2GHZ，集成1MBL2CACHE，Socket754封裝三、微機分類方法按字長分類：即按照微處理器單次處理的數(shù)據(jù)長度為分類標(biāo)準(zhǔn)，可分為4位，8位，16位，32位，64位微處理器。（思考為什么沒有40位或者50位的微處理器呢？）按照系統(tǒng)規(guī)模分類： 單片機，單板機，個人計算機。單片機：將CPU、RAM、ROM及I/O接口電路等部件集成在一塊集成電路芯片上，以芯片形式出現(xiàn)的微型計算機。這是目前使用量最大的一類微型計算機。常見的單片機有Intel51系列，AtmelAVR系列，Motorola的MC系列等。單板機：在一個電路板上集成了CPU、存儲器、I/O接口電路和一定的輸入輸出設(shè)備，以單塊電路板形式出現(xiàn)的微型計算機。常見的單板機有X86架構(gòu)的PC104系統(tǒng)，ARM架構(gòu)的單板機系統(tǒng)等。個人計算機：所謂“個人計算機”（PCPersonalComputer），是指“由微處理器芯片裝成的、便于搬動而且不需要維護(hù)的計算機系統(tǒng)”。通常我們所說的個人計算機是指臺式個人計算機和筆記本個人計算機，現(xiàn)在主流的是X86系列個人計算機和蘋果公司的MAC系列個人計算機。1.2微型計算機組成

一、計算機的五大部分：按照馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，計算機包括五個主要的部分，即：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。控制器運算器中央處理單元外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器內(nèi)存儲器I/O接口二、微機的三總線結(jié)構(gòu)

在微型計算機中采用總線結(jié)構(gòu)連接微處理器、輸入/輸出接口、內(nèi)存儲器等部件，它們之間的信息傳遞通過總線進(jìn)行。所謂總線，就是計算機中各功能部件間傳送信息的公共通道，它是微型計算機的重要組成部分?？偩€結(jié)構(gòu)使微機具有結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)和擴展等優(yōu)點，它是微型計算機的一個重要特點?？偩€按照功能不同一般分為三類：數(shù)據(jù)總線（DB，DataBus），地址總線(AB，AddressBus)和控制總線(CB，ControlBus)。1.3微型計算機工作原理

微型計算機是一個由時鐘驅(qū)動的數(shù)字電路系統(tǒng)。微處理器在一個或幾個時鐘信號驅(qū)動下，完成一次操作，一系列的操作完成一定的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。微處理器對指令的執(zhí)行大致可分為三個步驟:取指令：微處理器從存儲器中將指令讀取到微處理器內(nèi)部，讀取指令首先要確定指令所在的地址，這個地址由微處理器內(nèi)部的指令指針寄存器存放。分析指令：也稱為指令譯碼，微處理器通過分析讀取的指令了解指令的功能和操作對象等，從而為下一步執(zhí)行做好準(zhǔn)備。執(zhí)行指令：根據(jù)指令分析的結(jié)果，微處理器發(fā)出一系列控制信號，指揮各部件完成該指令的功能，這樣一條指令的執(zhí)行就結(jié)束了。接著微處理器讀取下一條指令進(jìn)入下一個指令周期。 如有兩個數(shù)求和的指令序列如下： MOVAL，[2000H] ADDAL，10H OUT20H，AL 該指令序列在內(nèi)存中存放情況如下： 2000：0000MOVAL，[2000H] 2000：0003 ADDAL，10H 2000：0005 OUT20H，AL

1.指令指針寄存器初始值為CS：IP=2000H：0000H，指向第一條指令。微處理器首先根據(jù)該地址讀取第一條指令MOVAL，[2000H]，并將IP自動加3變?yōu)?003H。

2.微處理器對讀得的指令進(jìn)行分析譯碼

3.分析譯碼后根據(jù)指令功能，讀取DS：2000H地址處的一個字節(jié)數(shù)據(jù)到AL寄存器。

第一條指令完成后讀取下一條指令，此時指令指針為CS：IP=2000H：0003H。讀取的指令為ADDAL,10H，IP自動加2變?yōu)?005H

該指令被分析譯碼交給運算器進(jìn)行加法運算并將結(jié)果存在AL寄存器中。第二條指令完成后讀取第三條指令，此時指令指針為CS：IP=2000H：0005H。讀取的指令為OUT20H，AL

該指令被分析譯碼 微處理器將AL的數(shù)據(jù)傳送給20H端口。比特(bit)：一個二進(jìn)制信息，它是二進(jìn)制信息的最小單位（0或1），常用字母“b”表示字節(jié)(byte)：由8位二進(jìn)制信息組成，字節(jié)是微機中分配地址的基本單位，常用字母“B”表示。

字(wo