微機(jī)原理1：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)史衛(wèi)亞史衛(wèi)亞辦公室：辦公室： 6412Cellphonemail：Pulic Email：swy_ 口令口令: swy1234561 微機(jī)原理與接口技術(shù)是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)、匯編語言和利用他們進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的主干課程。包括如下三方面的內(nèi)容：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)匯編語言程序設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù) 通過學(xué)習(xí)，建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力，達(dá)到：會(huì)看芯片說明會(huì)看芯片說明會(huì)看時(shí)序圖會(huì)看時(shí)序圖會(huì)基本應(yīng)用會(huì)基本應(yīng)用2與計(jì)算機(jī)組成原理的區(qū)

2、別 計(jì)算機(jī)組成原理是讓你從整體上了解計(jì)算機(jī)是怎么工作的，內(nèi)容上側(cè)重于計(jì)算機(jī)的幾大組成（運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備與總線結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存體系是如何的，還有就是一是I/O接口的基本概念。3與計(jì)算機(jī)組成原理的區(qū)別 計(jì)算機(jī)組成原理是關(guān)于一般意義上的單機(jī)系統(tǒng)（一個(gè)處理器）各組成部件的實(shí)現(xiàn)方法。 微機(jī)原理與應(yīng)用則是關(guān)于IntelX86系列微型計(jì)算機(jī)的工作原理、指令系統(tǒng)、接口電路的構(gòu)成4與計(jì)算機(jī)組成原理的區(qū)別 “計(jì)算機(jī)組成原理”對(duì)處理器的指令系統(tǒng)并不會(huì)展開詳述，更不會(huì)講解匯編語言程序設(shè)計(jì) “微機(jī)原理”更側(cè)重在機(jī)器指令層面描述計(jì)算機(jī)的組成和運(yùn)行機(jī)理。5與計(jì)算機(jī)組成原理的區(qū)別 計(jì)算機(jī)組成原理主

3、要是介紹計(jì)算機(jī)的基本硬件及原理。重在各個(gè)部分的連接。相對(duì)寬泛一些。 微機(jī)原理接口技術(shù)比計(jì)算機(jī)組成原理要具體些，一般是以8086/8088為例，介紹8086/8088CPU的結(jié)構(gòu)，其中最重要的就是匯編語言和芯片；掌握了匯編語言,這幾塊芯片的編程基本上就差不多了。6學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績(jī)考試成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī) 60% + 30% +10%學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)方法方法7 上機(jī)時(shí)間： 周一下午第1大節(jié)（2:304：00） 第6周-第9周地點(diǎn)6313，6320匯編語言上機(jī) 第10周-第15周6320，硬件上機(jī)8學(xué)習(xí)資

4、源要利用u教材：教材：錢曉捷,陳濤.16/32位微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.u戴梅萼，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，1991u其它：周明德，白中英，學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)資源資源9教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介 第一第一部分 微機(jī)概述微機(jī)概述1、 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展。 2、 微型計(jì)算機(jī)的組成和層次結(jié)構(gòu)。 3、 微型計(jì)算機(jī)的工作原理。 4、 常用術(shù)語。 5、 數(shù)制及轉(zhuǎn)換,原碼,補(bǔ)碼,BCD碼。（已講）10第二第二部分 8086/80888086/8088微處理器微處理器 一、8086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 二、8086/8088的指令詳解（尋址方式與指令類型已學(xué)過）

5、 三、8086/8088的引腳及工作摸式(外部特性） 四、時(shí)序與總線周期 五、堆棧11第三部分 匯編語言程序設(shè)計(jì) 注意：此部分內(nèi)容貫穿全書第四第四部分 存儲(chǔ)器（主要介紹CPU與存儲(chǔ)器的連接，即芯片級(jí)的應(yīng)用）12第五部分 基本輸入輸出接口 側(cè)重講解I/O接口的結(jié)構(gòu)、尋址及CPU和I/O設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的方式。第六部分 可編程接口芯片8259、8253、8255實(shí)驗(yàn)部分 10個(gè)實(shí)驗(yàn)(4個(gè)匯編語言實(shí)驗(yàn)，6個(gè)硬件實(shí)驗(yàn)) 復(fù)習(xí) 2學(xué)時(shí)13141.1 1.1 微型計(jì)算機(jī)發(fā)展微型計(jì)算機(jī)發(fā)展世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是19461946年美國(guó)賓夕年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)

6、計(jì)制造的法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的ENIACENIAC1946年由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator），裝有18,000個(gè)電子管，總重量達(dá)30噸，運(yùn)算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造價(jià)100萬美元。 采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)方式，編程采用接插線進(jìn)行。不過它還沒有引入CPU的概念。最初的目的是為軍隊(duì)編制各種武器的彈道表。1516 后來，馮諾依曼（VonNeumann）提出了采用二進(jìn)制計(jì)算、儲(chǔ)存程序并在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)任務(wù)的思想；還提出新機(jī)器應(yīng)由運(yùn)算部件、控制部件、存儲(chǔ)部件、運(yùn)算部件、

7、控制部件、存儲(chǔ)部件、輸入部件和輸出部件輸入部件和輸出部件五大部件（部分）組成。 “馮馮諾依曼諾依曼”機(jī)機(jī) 1949年，劍橋大學(xué)的M.V.Wilkes等人在EDSAC（ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator)機(jī)上實(shí)現(xiàn)。17一、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展與分類電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展（四代）：電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展（四代）：電子管計(jì)算機(jī)（電子管計(jì)算機(jī)（1946-19561946-1956）晶體管計(jì)算機(jī)（晶體管計(jì)算機(jī)（1957-19641957-1964）中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-19701965-1970）大、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（大、超大規(guī)模

8、集成電路計(jì)算機(jī)（1971-1971-今）今）18 近年來涌現(xiàn)出功能越來越強(qiáng)大的通用微處理器(如單片機(jī)）、專用微處理器（如DSP）、片上系統(tǒng)（SoC：SystemonChip）、ASIC（Application-SpecificIntegratedCircuit）、FPGA/CPLD（Field-ProgrammableGateArray/ComplexProgrammableLogicDevice）、ARM（AdvancedRISCMachines）等，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用深度和廣度越來越高。(reduced instruction set computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)) 1

9、9MCS-51單片機(jī)模塊圖單片機(jī)模塊圖在一片集成在一片集成電路芯片上，電路芯片上，集成了一個(gè)集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成的各個(gè)組成部分。部分。20電子計(jì)算機(jī)按其性能分類：電子計(jì)算機(jī)按其性能分類： 大型計(jì)算機(jī)大型計(jì)算機(jī) 中型計(jì)算機(jī)中型計(jì)算機(jī) 小型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)21-二、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展芯片上集成的晶體管的密芯片上集成的晶體管的密度叫作度叫作 集成度集成度22微型計(jì)算機(jī) 以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件、以微處理器為核心所構(gòu)造的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微處理器 嚴(yán)格講，微處理器嚴(yán)格講，微處理器 CPU CPUCPU（Central Processing Unit）由由算

10、術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯部件(ALU)(ALU)和和控制部件控制部件兩大主要部分組成，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能和控制兩大主要部分組成，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能和控制功能功能微處理器微處理器 除算術(shù)邏輯部件和控制部件以外，還包含一除算術(shù)邏輯部件和控制部件以外，還包含一組組寄存器（寄存器（Registers）以及以及高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）等等特殊的存儲(chǔ)器。特殊的存儲(chǔ)器。將這些部件集成在一片大規(guī)模集成將這些部件集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中，電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中，被稱為微處理器被稱為微處理器23四位機(jī)和低檔八位機(jī)四位機(jī)和低檔八位機(jī) 1971 1971年：年：Intel 4004

11、Intel 4004，是世界上第一片單片微處理器是世界上第一片單片微處理器 4 4位微處理器，尋址空間為位微處理器，尋址空間為40964096個(gè)半字節(jié)個(gè)半字節(jié), , 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)包括包括4545條指令條指令I(lǐng)ntel 40042419721972年：年：Intel 8008Intel 8008，第一片第一片8 8位微處理器。位微處理器。 采用了采用了1010 m m生產(chǎn)工藝，集成度為生產(chǎn)工藝，集成度為35003500個(gè)個(gè)晶體晶體管，工作頻率為管，工作頻率為500KHz500KHz，基本指令，基本指令4848條。條。Intel 8008251974年：年：Intel 8080采用了采用了6

12、m生產(chǎn)工藝，集成度為生產(chǎn)工藝，集成度為6000個(gè)晶體管，主頻為個(gè)晶體管，主頻為2MHz。1975年年4月，月，MITS（三菱）（三菱）公司推出了以公司推出了以8080為為CPU的的世界上第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)世界上第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)Altair 8800。Altair 8800的的BASIC語言解釋器是語言解釋器是Bill Gates編寫的編寫的1976年：年：Intel 8085Intel公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的最后一種最后一種8位通位通用微處理器用微處理器，8085的工作頻率提高到的工作頻率提高到5MHz，指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到的指令數(shù)上升到246條條。1977年：年：Z80，Zilog公司

13、，公司，8位機(jī)，優(yōu)于位機(jī)，優(yōu)于8080，8085第二代：第二代：中高檔中高檔8位微機(jī)位微機(jī)8085268086/8088（1978年年-1981年）年）1978年年-采用了采用了3 m工藝，集成了工藝，集成了29,000個(gè)晶體管個(gè)晶體管，工作頻，工作頻率為率為4.77 MHz。它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為。它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為16位，位，地址總線為地址總線為20位，從而使尋址空間達(dá)位，從而使尋址空間達(dá)1MB。同時(shí)，。同時(shí)，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有很大的改進(jìn)，采用了流水線結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有很大的改進(jìn)，采用了流水線結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了構(gòu)，并設(shè)置了6字節(jié)的指令預(yù)取隊(duì)列字節(jié)的指令預(yù)取隊(duì)列第三代：第三代：16位微處

14、理器芯片位微處理器芯片2719791979年年80888088 除了它的除了它的數(shù)據(jù)總線為數(shù)據(jù)總線為8位位以外，其余均與以外，其余均與8086相同。相同。8088采用采用8位數(shù)據(jù)總線是為了利用當(dāng)時(shí)的位數(shù)據(jù)總線是為了利用當(dāng)時(shí)的8位設(shè)備控制芯片位設(shè)備控制芯片。由于。由于8088內(nèi)部支持內(nèi)部支持16位運(yùn)算位運(yùn)算，而與，而與I/O之間傳輸為之間傳輸為8位，位，故故8088稱為稱為準(zhǔn)準(zhǔn)16位微處理器位微處理器。 1981年年8月，月，IBM公司推出以公司推出以8088為為CPU的世界上第的世界上第一臺(tái)一臺(tái)16位微型計(jì)算機(jī)位微型計(jì)算機(jī)IBM 5150 Personal Computer，即著，即著名的名的

15、IBM PC機(jī)機(jī)。 1982，IBM推出推出PC/XT（Extended Technology）機(jī)機(jī)8088288028680286（19821982年年-1984-1984年）年）采用采用1.51.5 mm工藝，集成了工藝，集成了134,000134,000個(gè)晶體管，工作頻個(gè)晶體管，工作頻率為率為6MHz6MHz。8028680286的數(shù)據(jù)總線仍然為的數(shù)據(jù)總線仍然為1616位，但是位，但是地地址總線增加到址總線增加到2424位位，使存儲(chǔ)器尋址空間達(dá)到，使存儲(chǔ)器尋址空間達(dá)到16MB16MB。19851985年年IBMIBM公司推出以公司推出以8028680286為為CPUCPU的微型計(jì)算機(jī)的微

16、型計(jì)算機(jī)IBM PC/ATIBM PC/AT（Advanced TechnologyAdvanced Technology），），并制定了一并制定了一個(gè)新的開放系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)個(gè)新的開放系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)ISAISA1616位、高性能的位、高性能的I/OI/O擴(kuò)展總線。擴(kuò)展總線。29 80 80年代中期到年代中期到9090年代初，年代初，80286 80286 一直是微型計(jì)算機(jī)的主流一直是微型計(jì)算機(jī)的主流CPUCPU。在這一時(shí)期，還誕生了世。在這一時(shí)期，還誕生了世界上最早的芯片組（界上最早的芯片組（chipsetschipsets）。）。30第一個(gè)實(shí)用的第一個(gè)實(shí)用的3232位微處理器位微處理器，采用了，

17、采用了1.51.5 mm工藝，集成了工藝，集成了27.527.5萬萬個(gè)晶體管，工作頻率達(dá)個(gè)晶體管，工作頻率達(dá)到到16MHz16MHz。通過。通過3232位的地址位的地址總線，總線，8038680386的的可尋址空間達(dá)可尋址空間達(dá)到到4GB4GB，每秒可執(zhí)行，每秒可執(zhí)行500500萬萬條條指令。指令。第四代：第四代：32位微處理器芯片位微處理器芯片318048680486（19891989年年-1992-1992年）年）采用采用1 1 mm工藝，集成了工藝，集成了120120萬個(gè)萬個(gè)晶體管，工作頻率為晶體管，工作頻率為25MHz25MHz。8048680486把把8038680386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做

18、了修改，的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了修改，大約有大約有一半的指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，一半的指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，而不是原來的兩而不是原來的兩個(gè)，這樣個(gè)，這樣8048680486的處理速度一般比的處理速度一般比8038680386快快2 2到到3 3倍。倍。32Pentium:Pentium:奔騰奔騰（19931993年年-1997-1997年）年）PentiumPentium處理器的發(fā)展分成三代處理器的發(fā)展分成三代第一代第一代PentiumPentium處理器（以處理器（以P5P5代稱，代稱，19931993年）采用年）采用0.80.8 mm工藝技術(shù)，集成了工藝技術(shù)，集成了310310萬個(gè)晶體管，工作

19、頻率為萬個(gè)晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz60MHz/66MHz。第二代第二代PentiumPentium處理器（處理器（19941994年）采用年）采用0.60.6 mm工藝，工藝，工作頻率為工作頻率為90MHz/100MHz90MHz/100MHz。33第三代第三代Pentium MMXPentium MMX（多能奔騰多能奔騰，19971997年）增加年）增加了了5757條多媒體指令（多媒體擴(kuò)展指令系統(tǒng)）條多媒體指令（多媒體擴(kuò)展指令系統(tǒng)）在體系結(jié)構(gòu)上，在體系結(jié)構(gòu)上， PentiumPentium在內(nèi)核中采用了在內(nèi)核中采用了RISCRISC（reduced instruction s

20、et computerreduced instruction set computer）技術(shù)。）技術(shù)。34接著有接著有Pentium Pro(Pentium Pro(高能奔騰）高能奔騰）、Pentium IIPentium II、Pentium IIIPentium III、 Pentium IVPentium IV 、Pentium DPentium D還有同級(jí)別但經(jīng)濟(jì)的還有同級(jí)別但經(jīng)濟(jì)的CeleronCeleron（賽（賽揚(yáng)）、揚(yáng)）、XeonXeon（至強(qiáng)）（至強(qiáng)）AMDAMD公司作為競(jìng)爭(zhēng)著，也推出了公司作為競(jìng)爭(zhēng)著，也推出了各級(jí)別的產(chǎn)品，如各級(jí)別的產(chǎn)品，如K5K5、K6K6、K6-2K6-

21、2、K6-3K6-3、K7K7、DuronDuron、AthlonAthlon等等微處理器微處理器3536ItaniumItanium（安騰），（安騰），20012001年年5 5月發(fā)布月發(fā)布采用采用0.180.18微米工藝制造，工作頻率為微米工藝制造，工作頻率為733MHz/800MHz733MHz/800MHz，ItaniumItanium處理器的內(nèi)部處理器的內(nèi)部/ /外部數(shù)據(jù)總線及地址總線都是外部數(shù)據(jù)總線及地址總線都是6464位位第五代：第五代：64位微處理器芯片位微處理器芯片AMDAMD的的Athlon 64Athlon 6437什么叫雙核什么叫雙核CPU? 雙核處理器即是基于單個(gè)半導(dǎo)

22、體的一個(gè)處理器雙核處理器即是基于單個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)處理器上擁有兩個(gè)一樣功能的處理器核心。上擁有兩個(gè)一樣功能的處理器核心。 雙核心處理器技術(shù)的引入是提高處理器性能的雙核心處理器技術(shù)的引入是提高處理器性能的有效方法。因?yàn)樘幚砥鲗?shí)際性能是處理器在每有效方法。因?yàn)樘幚砥鲗?shí)際性能是處理器在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所能處理器指令數(shù)的總量，因此個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所能處理器指令數(shù)的總量，因此增加一個(gè)內(nèi)核，處理器每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行增加一個(gè)內(nèi)核，處理器每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行的單元數(shù)將增加一倍。的單元數(shù)將增加一倍。 如如Pentium D，90nm工藝工藝38Intel 酷?？犷?i5 750(盒盒) 45nm工藝，四核，主頻工藝，

23、四核，主頻2660MHzAMD 羿龍羿龍II X4 965 45nm工藝，四核，主頻工藝，四核，主頻3400MHz3940代字長(zhǎng)型號(hào)工藝集成度(萬個(gè))主頻速度(MIPS)1168086334.77-10300芯片 時(shí)間 時(shí)鐘 DB R(位) AB 尋址空間 K個(gè)數(shù)(每片) 技術(shù)備注 8086 78年 4.77 16 16 20 1MB 2900個(gè) 引入實(shí)模式8088 79年 4.77 8 16 20 1MB 2900個(gè) 第一用于2BMP80286 81年 6 16 16 24 16MB 13萬個(gè) 引入保護(hù)模式80386DX 85年 12.5 32 32 32 4096MB 25萬個(gè) 多任務(wù)80

24、86模式80386SX 88年 16 16 32 24 16MB 25萬個(gè)80486 89年 20 32 32 32 4096 125萬個(gè) 內(nèi)含協(xié)處理器和8KB緩存奔騰 93年 60 32 32 32 4096 310萬個(gè) 分支預(yù)測(cè)16K緩存流水線和超 標(biāo)量結(jié)構(gòu)高能 95年 150 32 32 32 4096 550萬個(gè) 指令優(yōu)化調(diào)度執(zhí)行奔騰 P7 97年 300 64 64 32 4096 1400萬個(gè) 超流指令體系結(jié)41Intel X86Intel X86系列微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展系列微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展42 微型化 便攜式、低功耗 巨型化 尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高速度尖端科技領(lǐng)域的

25、信息處理，需要超大容量、高速度 智能化 模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力 系列化、標(biāo)準(zhǔn)化 便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí)便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí) 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路 多機(jī)系統(tǒng) 大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理( (獨(dú)立控制、故障獨(dú)立控制、故障分散、資源共享分散、資源共享) )Intel X86Intel X86系列微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展系列微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展431.2 1.2 微型計(jì)算機(jī)的組成與體系結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的組成與體系結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次：微處

26、理器微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件微處理器微處理器存儲(chǔ)器I/O接口總線 硬 件軟 件微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)外 設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū) 打印機(jī)、掃描儀微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)441.2.11.2.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)通用的微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是由中央處理器（通用的微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是由中央處理器（CPUCPU或或MPUMPU）、存儲(chǔ)器、）、存儲(chǔ)器、I/OI/O（輸入（輸入/ /輸出）設(shè)備及其接口輸出）設(shè)備及其接口電路組成（如圖所示）。電路組成（如圖所示）。 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線線（DB） 控控制制部部線線（CB） 地地址址總總線

27、線（AB） 中中央央 處處理理器器 CPU 內(nèi)內(nèi)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器 I/O 接接口口 I/O 接接口口 I/O 設(shè)設(shè)備備 I/O 設(shè)設(shè)備備 45中央處理器中央處理器 中央處理器（機(jī)）簡(jiǎn)稱CPU，是用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和控制功能的部件。由運(yùn)算器、控制器和寄存器三部分組成。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與其他部件之間進(jìn)行聯(lián)系。在PC系列微機(jī)中所使用的CPU主要有Intel系列、AMD系列、CY系列 。運(yùn)算器（運(yùn)算器（ALUALU）：）：主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算控制器：分析命令并指揮協(xié)調(diào)各部件統(tǒng)一行動(dòng)完成命控制器：分析命令并指揮協(xié)調(diào)各部件統(tǒng)一行動(dòng)完成命令規(guī)定的各種動(dòng)作或操作的部

28、件，主要有指令指針寄令規(guī)定的各種動(dòng)作或操作的部件，主要有指令指針寄存器（存器（IPIP）、）、指令寄存器（指令寄存器（IRIR）、）、指令譯碼器（指令譯碼器（IDID）和和 控制信號(hào)發(fā)生器組成控制信號(hào)發(fā)生器組成寄存器：存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果以及程寄存器：存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果以及程序的部件序的部件46存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是指微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器。有隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。 ROM中的信息一般只能讀不能寫，其容量一般為幾KB到幾MB。如BIOS。而RAM則既可以讀出信息，又可以寫入信息。通常作為微機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器，其容量從早期的幾十KB到現(xiàn)在的高達(dá)幾GB。

29、47I/OI/O設(shè)備及其接口電路設(shè)備及其接口電路I/O設(shè)備的種類很多，有電子式、電磁式、機(jī)械式等，I/O接口電路最基本的接口電路有8255可編程并行接口電路、8253可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8251可編程串行接口電路、8237直接存儲(chǔ)器存取電路（DMA）、82380多功能接口電路以及8259中斷控制器電路等。48 總線是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線 總線是傳送信息的公共通道 微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件 總線是計(jì)算機(jī)的部件與部件之間傳輸信息的公共通路，它能分時(shí)地發(fā)送和接收各部件的信息。總線不僅僅是一組傳輸線，它還包括與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的控制邏輯。所以，在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線應(yīng)被看成一個(gè)獨(dú)立的部件

30、?？偪?線線49總線按其傳輸?shù)男盘?hào)分為總線按其傳輸?shù)男盘?hào)分為 ：1數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）數(shù)據(jù)總線用于數(shù)據(jù)總線用于CPUCPU與與其他部件之間傳送信息，具有三態(tài)控制功能，且其他部件之間傳送信息，具有三態(tài)控制功能，且是是雙向的雙向的。 2地址總線AB（Address Bus）地址總線用于傳送地址總線用于傳送CPUCPU要訪問的存儲(chǔ)單元或要訪問的存儲(chǔ)單元或I/OI/O接口的地址信號(hào)。接口的地址信號(hào)。單向的單向的 3控制總線CB（Control Bus）控制總線是連接控制總線是連接CPUCPU的控制部件和內(nèi)存、的控制部件和內(nèi)存、I/OI/O設(shè)備等，用來控制設(shè)備等，用來控制內(nèi)存和內(nèi)存和I/OI

31、/O設(shè)備的全部工作。設(shè)備的全部工作。雙向的雙向的50 總線按其總線按其作用范圍作用范圍又分為：又分為：（1）內(nèi)部總線：由CPU送出的地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)稱為內(nèi)部總線。（2）系統(tǒng)總線：由于負(fù)載和控制的需要，內(nèi)部總線信號(hào)通過總線驅(qū)動(dòng)器、地址鎖存器或數(shù)據(jù)緩沖器以及總線控制器后，所形成的新的信號(hào)線稱為系統(tǒng)總線。 （3）外部總線：是微機(jī)系統(tǒng)相互之間或微機(jī)系統(tǒng)與其他電子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)通訊連接的總線。 511.2.21.2.2 IBM PC系列機(jī)系統(tǒng)16/32位IBM PC系列機(jī)是現(xiàn)代微機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)8088CPUIBM PC/AT機(jī)機(jī)IBM PC/XT機(jī)機(jī)52538088微微處處理理器器8087協(xié)協(xié)處處理理器

32、器8288總線控制器總線控制器I/O通通道道8259中斷控制器中斷控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM8253定時(shí)控制器定時(shí)控制器8237DMA控制器控制器8255并行接口并行接口控制總線控制總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線地址鎖存器地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器接口接口8284時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器鍵盤鍵盤接口接口系統(tǒng)系統(tǒng)配置配置開關(guān)開關(guān)主機(jī)板組成54主板構(gòu)成 8088是8086的簡(jiǎn)化版本： 運(yùn)算器和寄存器位數(shù)，地址位數(shù)；尋址大??；工作頻率；時(shí)鐘周期 系統(tǒng)控制芯片在第8章第13章介紹 存儲(chǔ)空間分配： 基本RAM區(qū)，顯示RAM區(qū)，擴(kuò)展ROM取，基本ROM區(qū)

33、IO空間分配：低16位地址線訪問，64k個(gè)端口551.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)的工作原理微型計(jì)算機(jī)的工作原理1.3.11.3.1馮馮 諾依曼存儲(chǔ)程序工作原理諾依曼存儲(chǔ)程序工作原理數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進(jìn)制形式控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列（即程序）工作，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器（PC）控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰Γ軌蚋鶕?jù)計(jì)算結(jié)果選擇不同的動(dòng)作流程 存儲(chǔ)程序工作原理是指把程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，使計(jì)算機(jī)能像快速存取數(shù)據(jù)一樣地快速存取組成程序的指令。為實(shí)現(xiàn)控制器自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行程序，必須先把程序和數(shù)據(jù)送到具有記憶功能的存儲(chǔ)器中保存起來，

34、然后給出程序中第一條指令的地址，控制器就可依據(jù)存儲(chǔ)程序中的指令順序周而復(fù)始地取指令、譯碼、執(zhí)行，直到完成全部指令操作為止?！俺绦虼鎯?chǔ)，程序控制” 馮 . 諾依曼原理561.3.2微型計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列組成，因此，執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行指令序列的過程，即逐條地從存儲(chǔ)器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指、譯碼和執(zhí)行三個(gè)基本步驟，所以，微型計(jì)算機(jī)的工作過程，也就是不斷地取指令、譯碼和執(zhí)行的過程，直到遇到停機(jī)指令時(shí)才結(jié)束機(jī)器的運(yùn)行。輸入設(shè)備輸出設(shè)備運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器取指令取指令，PCPC值加值加1停機(jī)停機(jī)譯碼并執(zhí)行譯碼并執(zhí)行結(jié)束結(jié)束 5

35、71 1位和字節(jié)位和字節(jié)位（bit）是計(jì)算機(jī)所能表示的最小最基本的是計(jì)算機(jī)所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位，它指的是取值只能為數(shù)據(jù)單位，它指的是取值只能為0 0或或1 1的一個(gè)二的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)值位。位作為單位時(shí)記作進(jìn)制數(shù)值位。位作為單位時(shí)記作b b字節(jié)（byte）由由8 8個(gè)位二進(jìn)制位組成，通常用個(gè)位二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)算存儲(chǔ)容量的單位。字節(jié)作為單位時(shí)記作作計(jì)算存儲(chǔ)容量的單位。字節(jié)作為單位時(shí)記作B B582 2字長(zhǎng)字長(zhǎng)字長(zhǎng)是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字長(zhǎng)有和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字長(zhǎng)有4 4位、位、8 8位、位、1616位和位和3232位等等。位等等。80888088稱為準(zhǔn)稱為準(zhǔn)1616位微處理器，而位微處理器，而80386SX80386SX稱為準(zhǔn)稱為準(zhǔn)3232位位微處理器。微處理器。半字節(jié)字節(jié)字雙字03034707078F8F1 01 71 81 F593 3主頻主頻主頻也叫做時(shí)鐘頻率，用來表示微處理器的運(yùn)行速度，也叫做時(shí)鐘頻率