微機原理及接口技術(shù)(1))

1、微機原理與接口技術(shù)微機原理與接口技術(shù)主講人主講人 楊鋼楊鋼國家教委提出計算機基礎(chǔ)教學分三個層次如圖所示：國家教委提出計算機基礎(chǔ)教學分三個層次如圖所示：計算機應(yīng)用計算機技術(shù)基礎(chǔ)計算機文化基礎(chǔ) 計算機基礎(chǔ)教學三層次結(jié)構(gòu)計算機基礎(chǔ)教學三層次結(jié)構(gòu)課程背景課程背景其中：其中：第一層次：計算機文化基礎(chǔ)第一層次：計算機文化基礎(chǔ)學習計算機基本知識，及基本技能。學習計算機基本知識，及基本技能。第二層次：計算機技術(shù)基礎(chǔ)第二層次：計算機技術(shù)基礎(chǔ) 學習計算機硬件、軟件的工作原理學習計算機硬件、軟件的工作原理與相關(guān)知識。與相關(guān)知識。第三層次：計算機應(yīng)用基礎(chǔ)第三層次：計算機應(yīng)用基礎(chǔ)學習計算機信息管理基礎(chǔ)和多媒體。學習計算

2、機信息管理基礎(chǔ)和多媒體。本課程屬于第二層次中本課程屬于第二層次中“計算機技術(shù)基礎(chǔ)計算機技術(shù)基礎(chǔ)”課程課程課程背景課程背景本課程地位本課程地位( (作用作用) )和任務(wù)和任務(wù) 本課程是一門實踐性非常強的計算機及相關(guān)專業(yè)本課程是一門實踐性非常強的計算機及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是掌握微機硬件技術(shù)的入門課程之的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是掌握微機硬件技術(shù)的入門課程之一。本課程的開設(shè)，旨在培養(yǎng)學生有關(guān)微機應(yīng)用系統(tǒng)一。本課程的開設(shè)，旨在培養(yǎng)學生有關(guān)微機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的思維能力、實際動手能力，以及獨立分析問題設(shè)計的思維能力、實際動手能力，以及獨立分析問題和解決問題的能力等。和解決問題的能力等。 通過該課程的學習，要求學

3、生認識微機系統(tǒng)的基通過該課程的學習，要求學生認識微機系統(tǒng)的基本工作原理和組成，掌握常用接口電路設(shè)計技術(shù)及基本工作原理和組成，掌握常用接口電路設(shè)計技術(shù)及基本應(yīng)用程序設(shè)計方法，認識微機接口技術(shù)在工程中的本應(yīng)用程序設(shè)計方法，認識微機接口技術(shù)在工程中的實際應(yīng)用，了解微機及其接口技術(shù)的最新發(fā)展，從而實際應(yīng)用，了解微機及其接口技術(shù)的最新發(fā)展，從而達到能獨立從事微機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的最終目的。達到能獨立從事微機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的最終目的。講課內(nèi)容講課內(nèi)容: : 微處理器芯片、指令系統(tǒng)、接口微處理器芯片、指令系統(tǒng)、接口技術(shù)技術(shù)課程學時課程學時: : 共共5656學時學時, ,其中其中: : 講課講課3636學時，學時

4、，實驗實驗2020學時學時(10(10次）次） 考核辦法考核辦法采取平時、實驗和期末考試綜合評定成績采取平時、實驗和期末考試綜合評定成績平時成績不低于總成績的平時成績不低于總成績的10%實驗成績不低于總成績的實驗成績不低于總成績的20%復習并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當筆記課后：認真讀書、完成作業(yè)實驗：充分準備、勇于實踐學習方法很重要學習方法很重要教材：教材： 微機計算機技術(shù)及應(yīng)用微機計算機技術(shù)及應(yīng)用 （第三版）（第三版）20032003 戴梅萼戴梅萼 史嘉權(quán)史嘉權(quán) 編著編著 清華大學出版社出版清華大學出版社出版參考書：參考書： 微型計算機技術(shù)微型計算機技術(shù) 孫德文編著孫德文編著

5、 高等教育出版社出版高等教育出版社出版 微機原理與接口技術(shù)微機原理與接口技術(shù) 邵鴻余邵鴻余 北京航空航天大學出版社北京航空航天大學出版社 實驗指導書實驗指導書: : 微機原理及接口技術(shù)實驗教程微機原理及接口技術(shù)實驗教程 陳春華陳春華 夏利主編夏利主編 東北大學出版社東北大學出版社 教材、參考書教材、參考書第一章第一章 微型計算機概述微型計算機概述1-1關(guān)于微型計算機的簡單介紹1-2微型計算機系統(tǒng)組成1-1-1 1-1-1 什么是微機？什么是微機？微機就是微機就是PCPC機嗎？機嗎？ PCPC機只是微機中的一種，是我們最熟機只是微機中的一種，是我們最熟悉、最典悉、最典型的微機產(chǎn)品型的微機產(chǎn)品 微

6、機的覆蓋范圍微機的覆蓋范圍 任何電子產(chǎn)品，只要包含了任何電子產(chǎn)品，只要包含了CPUCPU、存儲器及、存儲器及I/OI/O，且價格不高，都可以看作是微機且價格不高，都可以看作是微機 典型例子典型例子 電子詞典、電視機、洗衣機、手機、電子詞典、電視機、洗衣機、手機、mp3mp3 關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹1-1-2 1-1-2 微型計算機的特點微型計算機的特點體積小、重量輕價格低廉可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活應(yīng)用面廣 科學計算，數(shù)據(jù)處理，事務(wù)管理，教學培訓科學計算，數(shù)據(jù)處理，事務(wù)管理，教學培訓計算輔助設(shè)計和制造，家庭娛樂，網(wǎng)絡(luò)通信計算輔助設(shè)計和制造，家庭娛樂，網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)于微型計算機的簡

7、單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹 微處理器、微機和微機系統(tǒng)微處理器、微機和微機系統(tǒng) u微處理器：微處理器：一般亦指一般亦指CPU CPU 嚴格地講，微處理器嚴格地講，微處理器 CPU CPU CPUCPU：ALU+ALU+控制部件控制部件 微處理器：微處理器：CPU+CPU+寄存器組寄存器組 u微機：微機：微處理器微處理器+ +存儲器存儲器+ +輸入輸入/ /輸出接口輸出接口+ +總線總線u微機系統(tǒng)：微機系統(tǒng)：微機微機+ +外圍設(shè)備外圍設(shè)備+ +軟件軟件1-1-3 1-1-3 微計算機系統(tǒng)的層次微計算機系統(tǒng)的層次關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算

8、機的簡單介紹1-1-4 1-1-4 微機簡史微機簡史微機簡史微機簡史(1)前傳前傳巴貝奇分析機巴貝奇分析機 采用了三個具有現(xiàn)代意義的裝置：采用了三個具有現(xiàn)代意義的裝置： 保存數(shù)據(jù)的寄存器（齒輪式裝置）；保存數(shù)據(jù)的寄存器（齒輪式裝置）； 從寄存器取出數(shù)據(jù)進行運算的裝置，并且機器的從寄存器取出數(shù)據(jù)進行運算的裝置，并且機器的乘法以累次加法來實現(xiàn)；乘法以累次加法來實現(xiàn)； 控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的裝置。果的裝置。 1939年，阿塔納索夫提出年，阿塔納索夫提出計算機三原則：計算機三原則： 采用二進制進行運算；采用二進制進行運算； 采用電子技術(shù)

9、來實現(xiàn)控制和運算；采用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制和運算； 采用把計算功能和存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。采用把計算功能和存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。1939年，阿塔納索夫還設(shè)計并試制數(shù)字電子計算機的樣機年，阿塔納索夫還設(shè)計并試制數(shù)字電子計算機的樣機“ABC機機”，但未能完工。，但未能完工。微機簡史微機簡史微機簡史微機簡史1940年，美國科學家維納闡述了自己對現(xiàn)代計算機的五點設(shè)計原則數(shù)字式而不是模擬式；以電子元件構(gòu)成并盡量減少機械裝置；采用二進制而不是十進制；內(nèi)部存放計算表；內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)。微機簡史微機簡史馮馮諾依曼諾依曼 計算機體系計算機體系1. 電子計算機應(yīng)該以二進制為運算基礎(chǔ)，電子計算機應(yīng)該以二進制為運算基礎(chǔ)，2

10、. 是電子計算機應(yīng)采用是電子計算機應(yīng)采用“存儲程序存儲程序”方式工作，方式工作，3. 整個計算機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個部分組成：運算器、控整個計算機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由五個部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入裝置和輸出裝置。制器、存儲器、輸入裝置和輸出裝置。 輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器運算器運算器存儲器存儲器微機簡史微機簡史?？颂貫榘？颂貫镋NIAC換電子管換電子管 ENIAC1946：ENIAC永載史冊永載史冊(2)第一代計算機第一代計算機微機簡史微機簡史 長30.48米，寬1米，占地面積170平方米，30個操作臺，約相當于10件普通房間的大小，重達30噸，它使用18000個電子管，700

11、00個電阻，10000個電容，1500個繼電器，6000多個開關(guān)，耗電量150千瓦，。 每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計算機的1000倍、手工計算的20萬倍。 (而人最快的運算速度每秒僅5次加法運算)，還能進行平方和立方運算，計算正弦和余弦等三角函數(shù)的值及其它一些更復雜的運算。這樣的速度在當時已經(jīng)是人類智慧的最高水平。 1959-1964：晶體管造就第二代計算機：晶體管造就第二代計算機肖克萊（左）、巴?。ㄖ校┬た巳R（左）、巴?。ㄖ校?、布拉頓（右）于、布拉頓（右）于1956年共年共同獲得諾貝爾物理學獎。同獲得諾貝爾物理學獎。微機簡史微機簡史第二代計算機第二代計算機TRADIC 1

12、. 美國貝爾實驗室于美國貝爾實驗室于1954年研制成功第一臺使用晶體管的第二代計算機年研制成功第一臺使用晶體管的第二代計算機TRADIC。2. 裝有裝有800只晶體管，僅只晶體管，僅100瓦功率，占地也只有瓦功率，占地也只有3立方英尺。立方英尺。3. 相比采用定點運算的第一代計算機，第二代計算機普遍增加了浮點運算，相比采用定點運算的第一代計算機，第二代計算機普遍增加了浮點運算，計算能力實現(xiàn)了一次飛躍。計算能力實現(xiàn)了一次飛躍。 微機簡史微機簡史微機簡史微機簡史IBM 7090 晶體管電腦 第二代電子計算機的典型代表第二代電子計算機的典型代表 1964-1970：集成電路使第三代計算機脫胎換骨：集

13、成電路使第三代計算機脫胎換骨 1958年，美國物理學家基年，美國物理學家基爾比和諾伊斯同時發(fā)明集爾比和諾伊斯同時發(fā)明集成電路。成電路。 1969年，法庭判決基爾比年，法庭判決基爾比(左左)和諾伊斯（右）為集成電路的和諾伊斯（右）為集成電路的共同發(fā)明人共同發(fā)明人 ，他們都因此成為，他們都因此成為微電子學創(chuàng)始人并獲得巴倫坦微電子學創(chuàng)始人并獲得巴倫坦獎?wù)?。獎?wù)隆?微機簡史微機簡史微機簡史微機簡史IBM S/360 S/360極強的通用性適用于各方面的用戶，它具有極強的通用性適用于各方面的用戶，它具有“360度度”全方位的特點，并因此得名。開發(fā)全方位的特點，并因此得名。開發(fā)S/360被稱為被稱為“世紀

14、豪世紀豪賭賭”，IBM為此投入了為此投入了50億美元的研發(fā)費用，遠遠超過制億美元的研發(fā)費用，遠遠超過制造原子彈的造原子彈的“曼哈頓計劃曼哈頓計劃”的的20億美元。億美元。微機簡史微機簡史1970：第四代計算機：第四代計算機 從1970年至今的計算機基本上都屬于第四代計算機，它們都采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。隨著技術(shù)的進展，計算機開始分化成通用大型機、巨型機、小型機和微型機。 格魯夫、諾依斯和摩爾格魯夫、諾依斯和摩爾Intel公司成立于公司成立于1968年，年， Intel這個字是這個字是由由“集成集成/電子電子(Integrated Electronics)兩個英文單詞組合成的，象征新公司將

15、兩個英文單詞組合成的，象征新公司將在集成電路市場上飛黃騰達在集成電路市場上飛黃騰達 1971：微處理器時代的開端：微處理器時代的開端1971年年1月，月，Intel公司的霍公司的霍夫研制成功世界上第一塊夫研制成功世界上第一塊4位微處理器芯片位微處理器芯片Intel 4004，標志著第一代微處理器，標志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時問世，微處理器和微機時代從此開始。因發(fā)明微處代從此開始。因發(fā)明微處理器，霍夫被英國理器，霍夫被英國經(jīng)濟經(jīng)濟學家學家雜志列為雜志列為“二戰(zhàn)以二戰(zhàn)以來最有影響力的來最有影響力的7位科學家位科學家”之一。之一。 微機簡史微機簡史4004的樣子很像小蟲子4004的集成

16、度只有的集成度只有2300個晶體管，功能其實比較弱，且計算個晶體管，功能其實比較弱，且計算速度較慢，以致只能用在速度較慢，以致只能用在Busicom計算器上，更不用說進行計算器上，更不用說進行復雜的數(shù)學計算了。不過比起第一臺電子計算機復雜的數(shù)學計算了。不過比起第一臺電子計算機ENIAC來說來說，它已經(jīng)輕巧太多太多了。而且最大的歷史意義是，它是第，它已經(jīng)輕巧太多太多了。而且最大的歷史意義是，它是第一個通用型處理器一個通用型處理器 微機簡史微機簡史1972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel 8008。 微機簡史微機簡史1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel 8080

17、主頻主頻2MHz的的8080芯片運算速度比芯片運算速度比8008快快10倍，可存取倍，可存取64KB存存儲器，使用了基于儲器，使用了基于6微米技術(shù)的微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為個晶體管，處理速度為0.64MIPS。 微機簡史微機簡史80861978年年6月，月，Intel推出推出4.77MHz的的8086微處理器，標志著第三微處理器，標志著第三代微處理器問世。它采用代微處理器問世。它采用16位寄存器、位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和位數(shù)據(jù)總線和29000個個3微米技術(shù)的晶體管，售價微米技術(shù)的晶體管，售價360美元。美元。 微機簡史微機簡史8088：IBM PC的御用之選 1979年，年，I

18、ntel推出推出4.77MHz的準的準16位微處理器位微處理器8088。它在內(nèi)部以。它在內(nèi)部以16位運行，但支持位運行，但支持8位數(shù)據(jù)總線，采用現(xiàn)有的位數(shù)據(jù)總線，采用現(xiàn)有的8位設(shè)備控制芯片，位設(shè)備控制芯片，包含包含29000個個3微米技術(shù)的晶體管，可訪問微米技術(shù)的晶體管，可訪問1MB內(nèi)存地址，速度為內(nèi)存地址，速度為0.33MIPS。 微機簡史微機簡史第一臺IBM PC 早在早在1980年年7月，一個負責月，一個負責“跳跳棋計劃棋計劃”的的13人小組秘密來到人小組秘密來到佛羅里達州波克羅頓鎮(zhèn)的佛羅里達州波克羅頓鎮(zhèn)的IBM研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來被稱為被稱為IBM PC

19、的產(chǎn)品。一年后的產(chǎn)品。一年后的的8月月12日，日，IBM公司在紐約宣公司在紐約宣布第一臺布第一臺IBM PC誕生誕生 第一臺第一臺IBM PC采用了主頻為采用了主頻為4.77MHz的的Intel 8088，操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是是Microsoft提供的提供的MS-DOS。IBM將其命名為將其命名為“個人電腦（個人電腦（Personal Computer）”，不久，不久“個人電腦個人電腦”的縮寫的縮寫“PC”成成為所有個人電腦的代名詞。為所有個人電腦的代名詞。 微機簡史微機簡史PC之父之父 IBM微電腦技術(shù)總設(shè)計師微電腦技術(shù)總設(shè)計師埃斯特利奇（埃斯特利奇（Don Estridge）負責整個跳棋）

20、負責整個跳棋計劃的執(zhí)行，他的天才和計劃的執(zhí)行，他的天才和辛勤工作直接導致了辛勤工作直接導致了IBM PC的成功，并被后人尊的成功，并被后人尊稱為稱為“PC之父之父”。不幸。不幸的是，的是，4年后年后“PC之父之父”因乘坐的班機遭臺風襲擊因乘坐的班機遭臺風襲擊而英年早逝，沒能夠親眼而英年早逝，沒能夠親眼目睹他所開創(chuàng)的巨大輝煌目睹他所開創(chuàng)的巨大輝煌。 微機簡史微機簡史Intel 80286 1983年年,Intel推出推出6MHz的的Intel 80286微處理器，微處理器，采用采用16位數(shù)據(jù)總線。它提供了位數(shù)據(jù)總線。它提供了保護模式保護模式操作功能操作功能，最初的批發(fā)價為，最初的批發(fā)價為360美

21、元。美元。 微機簡史微機簡史80386進入了32位機的時代 1985年年10月，月，Intel推出推出16MHz 80386DX微處理器微處理器 微機簡史微機簡史Intel 486（1989） 微機簡史微機簡史Pentium（586）Intel于于1993年年3月推出奔騰（月推出奔騰（Pentium）處理器）處理器 微機簡史微機簡史Pentium Pro，面向工作站的處，面向工作站的處理器理器 （1995） 1995年年11月月1日，日，Intel推出推出Pentium Pro微處理器，采用了微處理器，采用了一種新的總線接口一種新的總線接口Socket 8。新的處理器對多媒體功能提供。新的處理

22、器對多媒體功能提供了很好的支持。了很好的支持。 微機簡史微機簡史Pentium MMX，支持多媒體技術(shù)的奔騰（1996）Pentium MMX是英特爾在是英特爾在Pentium內(nèi)核基礎(chǔ)上改進，最大的內(nèi)核基礎(chǔ)上改進，最大的特點是增加了特點是增加了57條條MMX指令。這些指令專門用來處理音視頻指令。這些指令專門用來處理音視頻相關(guān)的計算，目的是提高相關(guān)的計算，目的是提高CPU處理多媒體數(shù)據(jù)的效率。處理多媒體數(shù)據(jù)的效率。 微機簡史微機簡史Pentium II，芯片封裝有著巨大的改變（1997） Pentium II首次引入了首次引入了S.E.C封裝封裝(Single Edge Contact)技術(shù)，將

23、高速緩存與處理器整合在一塊技術(shù)，將高速緩存與處理器整合在一塊PCB板上。板上。微機簡史微機簡史 1999年年1月，月，Intel推出奔騰推出奔騰III處理器處理器，其身份代碼可通過，其身份代碼可通過Internet讀取。讀取。 Pentium III ，增加SSE指令（1999）微機簡史微機簡史 2000年英特爾發(fā)布了年英特爾發(fā)布了Pentium 4處理器。用戶使用基于處理器。用戶使用基于Pentium 4處理器的個人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透處理器的個人電腦，可以創(chuàng)建專業(yè)品質(zhì)的影片，透過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實時進行語音、影像通訊，過因特網(wǎng)傳遞電視品質(zhì)的影像，實時進行語音、影像通訊

24、，實時實時3D渲染，快速進行渲染，快速進行MP3編碼解碼運算，在連接因特網(wǎng)時編碼解碼運算，在連接因特網(wǎng)時運行多個多媒體軟件。這是目前空前強大的個人電腦處理器運行多個多媒體軟件。這是目前空前強大的個人電腦處理器產(chǎn)品，仍然在繼續(xù)銷售中。產(chǎn)品，仍然在繼續(xù)銷售中。微機簡史微機簡史 6464位機位機u20002000年底推出年底推出P7P7（IantiumIantium）：安騰）：安騰 u20012001年底推出年底推出MckinleyMckinley：安騰：安騰2 2 u主要應(yīng)用：面向工作站和服務(wù)器主要應(yīng)用：面向工作站和服務(wù)器微機簡史微機簡史 發(fā)展趨勢：更寬、更快、更強發(fā)展趨勢：更寬、更快、更強 u更

25、寬更寬：字長字長 u更快更快：時鐘時鐘 40044004：100KHz 100KHz 80808080：2 MHz 2 MHz 80868086：4.77 MHz 4.77 MHz 8028680286：20 MHz 20 MHz 8038680386：50 MHz 50 MHz 8048680486：100 MHz 100 MHz PentiumPentium：200 MHz 200 MHz Pentium 2Pentium 2：500 MHz 500 MHz Pentium 3Pentium 3：1.5 GHz 1.5 GHz Pentium 4Pentium 4：5 GHz 5 GHz

26、預計預計1010年內(nèi)，達到年內(nèi)，達到30 GHz30 GHz微機簡史微機簡史u更強：更強：集成度，集成度，ICIC芯片內(nèi)晶體管的數(shù)量芯片內(nèi)晶體管的數(shù)量 40044004：2500 2500 80808080：90009000 80868086：2.92.9萬萬 8028680286：2727萬萬 8038680386：120120萬萬 8048680486：330330萬萬 PentiumPentium：450450萬萬 P2P2：750750萬萬 P3P3：28002800萬萬 P4P4：1.251.25億億 預計預計1010年內(nèi)，達到年內(nèi)，達到2020億億微機簡史微機簡史1-1-5 微型計

27、算機的分類微型計算機的分類1) 按構(gòu)成分類按構(gòu)成分類2) 按按CPU的字長分類的字長分類3) 按主機裝置分類按主機裝置分類關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹1) 按構(gòu)成分類按構(gòu)成分類單片機、單板機、多板機單片機、單板機、多板機 單片機單片機關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹l 將將CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上，接口電路全部集成一塊芯片上， 構(gòu)成具備基本功能的計算機，稱單片機。構(gòu)成具備基本功能的計算機，稱單片機。l 特點：超小型、高可靠性、價廉特點：超小型、高可靠性、價廉l 應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實時控制、家用電器等應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實時控制、

28、家用電器等l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：Intel 的的8051、8096/8098系列系列 Motorola 的的6801、6805系列系列 Hitachi (日立日立) 的的 H8S、SH系列系列 計算機應(yīng)用通常分成如下各個領(lǐng)域 科學計算，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 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 用于過程控制及智能化儀器儀表方向 專用微機，例如：單片機、工控機 可靠性高、實時性強 程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小 單板機單

29、板機l將將CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口及其它輔接口及其它輔 助電路助電路 全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機。全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機。l 特點：結(jié)構(gòu)簡單、價廉特點：結(jié)構(gòu)簡單、價廉l 應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：TP-801 以以Z80CPU為核心的單板機為核心的單板機 80年代各院校年代各院?！拔C原理微機原理”的實驗機的實驗機關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹 多板機多板機l 把把CPU、內(nèi)存、內(nèi)存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，接口芯片裝在多塊電路板上， 各印刷板插在主機板的總線插槽上，各印刷板插在主機板的總線插槽上，

30、通過系統(tǒng)總線連接起來，構(gòu)成多板機。通過系統(tǒng)總線連接起來，構(gòu)成多板機。l 特點：見前面微型計算機的特點特點：見前面微型計算機的特點l 產(chǎn)品：產(chǎn)品：IBM PC/XT/AT、486機、機、Pentium機等機等 90年代以來各院校年代以來各院?！拔C原理微機原理”和計算機硬和計算機硬件件 的實驗機的實驗機關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹2) 按按CPU的字長分類的字長分類CPU的性能可以用兩個主要參數(shù)來描述：的性能可以用兩個主要參數(shù)來描述：速度：速度：用用CPU的工作頻率表示，單位的工作頻率表示，單位MHzCPU內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)寬度：寬度：

31、外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù) 地址總線寬度：地址線的根數(shù)地址總線寬度：地址線的根數(shù)l 按按CPU 的字長，微機可分為：的字長，微機可分為： 4位機位機、8位機位機、16位機位機、32位機、位機、64位機位機CPU內(nèi)部的寄存器寬度可用內(nèi)部的寄存器寬度可用字長字長描述描述關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹3) 3) 按主機裝置分類按主機裝置分類桌上型：臺式電腦桌上型：臺式電腦便攜型：筆記本、掌上電腦等便攜型：筆記本、掌上電腦等關(guān)于微型計算機的簡單介紹關(guān)于微型計算機的簡單介紹1-2 微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)

32、設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU輸入設(shè)備運算器控制器輸入信息輸出設(shè)備輸出信息讀出讀出外存儲器寫入內(nèi)存儲器寫入取出指令取出指令數(shù)據(jù)信息控制信息微型計算機微型計算機CPU+內(nèi)存內(nèi)存+I/O接口接口外圍設(shè)備外圍設(shè)備中央處理器中央處理器 CPU微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成1-2-1 硬件部分硬件部分 微處理器：微處理器：CPU CPU u功能：功能：取指令、分析指令、執(zhí)行指令取指令、分析指令、執(zhí)行指令 u組成：組成： ALUALU：算術(shù)邏輯運算單元：算術(shù)邏輯運算單元 控制部件控制部件：控制核心：控制核心 寄存器組寄存器

33、組：一種特殊的存儲器件，其存儲二：一種特殊的存儲器件，其存儲二進制數(shù)的位數(shù)通常與字長一致進制數(shù)的位數(shù)通常與字長一致 內(nèi)部數(shù)據(jù)通路內(nèi)部數(shù)據(jù)通路：其寬度通常與字長一致：其寬度通常與字長一致 u主要參數(shù)：主要參數(shù)：字長、速度字長、速度微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成外頻外頻是是CPU的的基準頻率基準頻率，單位也是，單位也是MHz。CPU的外頻決定的外頻決定著整塊主板的運行速度。著整塊主板的運行速度。前端總線前端總線(FSB)頻率頻率實質(zhì)上表示了實質(zhì)上表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。和外界?shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?shù)據(jù)交換速度（數(shù)據(jù)交換速度（FSB數(shù)據(jù)帶寬）數(shù)據(jù)帶寬）/8。微處理器的幾個重要概念微處理器的

34、幾個重要概念主頻主頻也叫也叫時鐘頻率時鐘頻率，單位是，單位是MHz，用來表示，用來表示CPU內(nèi)數(shù)字脈沖內(nèi)數(shù)字脈沖信號震蕩的速度。信號震蕩的速度。CPU的主頻外頻的主頻外頻倍頻系數(shù)。倍頻系數(shù)。CPU的主的主頻與頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關(guān)系的實際的運算能力是沒有直接關(guān)系的 外頻與前端總線外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也與主板之間同步運行的速度。也就是說，就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬次；而次

35、；而100MHz前端總線指的是每秒鐘前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是量是100MHz64bit8Byte/bit=800MB/s。微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成IORQRESET數(shù)據(jù)總線緩沖器/鎖存器D15D0雙向數(shù)據(jù)總線標志寄存器指令寄存器寄存器選擇鎖存器算術(shù)邏輯單元ALU十進制調(diào)整多路轉(zhuǎn)換開關(guān)通用寄存器陣列堆棧指針SP(16)指令指針I(yè)P(16)加1/減1地址鎖存器地址緩沖器A19A0地址總線累加器（16位）暫寄存器（16位） 指令譯碼器定時與控制中斷請求寫讀I/O請求存儲器請求等待時鐘INTWRRDMREQWAIT內(nèi)部數(shù)據(jù)總線微處理器典型微處理器典型結(jié)

36、構(gòu)結(jié)構(gòu) 存儲器：存儲器： u功能：存放程序與數(shù)據(jù)功能：存放程序與數(shù)據(jù) u分類：分類： 三級存儲體系：三級存儲體系：內(nèi)存、外存、緩存內(nèi)存、外存、緩存CacheCache RAMRAM與與ROMROM：分別存放數(shù)據(jù)和程序分別存放數(shù)據(jù)和程序 虛擬存儲器：虛擬存儲器：通常由硬盤構(gòu)成通常由硬盤構(gòu)成 u組織形式：組織形式： 存儲單元：存儲單元：以字節(jié)為單位以字節(jié)為單位 單元地址：單元地址：一組二進制數(shù)一組二進制數(shù) 地址寬度與單元數(shù)量的關(guān)系：地址寬度與單元數(shù)量的關(guān)系：2 2n nu 主要參數(shù)主要參數(shù) 容量容量 速度速度微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成各種存儲設(shè)備各種存

37、儲設(shè)備 I/OI/O： u幾個容易混淆的概念：幾個容易混淆的概念： I/OI/O設(shè)備：設(shè)備：具體實現(xiàn)功能的外設(shè)，如顯示器具體實現(xiàn)功能的外設(shè)，如顯示器 I/OI/O接口：接口：CPUCPU與外設(shè)之間的緩沖電路，如顯卡與外設(shè)之間的緩沖電路，如顯卡 I/OI/O端口：端口：接口電路中的一些寄存器接口電路中的一些寄存器 u為什么要使用為什么要使用I/OI/O接口？接口？ 因為外設(shè)與因為外設(shè)與CPUCPU存在速度、信息種類、格式以及存在速度、信息種類、格式以及信號電平高低上的差異信號電平高低上的差異 u端口地址：端口地址：與存儲單元地址本質(zhì)相同與存儲單元地址本質(zhì)相同 u端口種類：由端口種類：由CPUCP

38、U與外設(shè)之間傳送信息的類型決定與外設(shè)之間傳送信息的類型決定 三類端口：三類端口：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)端口、端口、控制控制端口、端口、狀態(tài)狀態(tài)端口端口 u端口寬度：由外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的能力決定端口寬度：由外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的能力決定微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成各種接口卡l 按信號的作用，總線分為三類：按信號的作用，總線分為三類： 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU總線：總線：BUSBUS，就是計算機各部件之間傳送信息的，就是計算機各部件之間傳送

39、信息的公共通道公共通道微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成地址總線地址總線 AB ( Address Bus) ：單向單向用來傳送用來傳送CPU輸出的地址信號，輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、確定被訪問的存儲單元、I/O端口。端口。存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備CPU微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成地址總線的條數(shù)地址總線的條數(shù) 決定決定CPU的尋址能力的尋址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G微型計算機系統(tǒng)組成微型計算機系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB ( Data Bus )：雙向雙向 用來在用來在CPU與存儲器、與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。據(jù)傳送。存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備C