第1章 概述-D15教材

1微機原理與接口技術

教學安排課時:40+8+16學時教材:微機原理與接口技術(北京交大出版社)教師:戴勝華

電信學院9教南107TEL：51683005/p>

EMAIL：dsh@請使用課程平臺答疑時間、地點：每周一19:30-21:30、南4062教材:微機原理與接口技術3下面的圖片是….?4教學內容微型計算機結構微型計算機基礎32位微處理器結構80X86匯編語言原理及應用80X86的指令系統(tǒng)和尋址方式匯編語言匯編語言程序設計5

微機接口技術存儲器中斷控制輸入輸出接口技術數(shù)/模轉換和模數(shù)轉換接口技術總線與人機接口CPU及總線技術人機接口技術及多媒體技術6參考書Intel系列微處理器結構、編程和接口技術大全(美)BarryB.Brey著機械工業(yè)出版社2005.4第6版

其它的X86的教材(著名大學、大的出版社、最近出版的)7Intel系列微處理器結構、編程和接口技術大全8緒論本課程的特點注重原理，結合應用本課程的學習方法記憶指令，上機調試，自學與聽講結合本課程學習注意問題既要注重細節(jié)，也要注重全局概念克服枯燥，結合原理探討有關應用9

本課程的組成軟件,主要指80X86的軟件體系結構下匯編語言指令及編程硬件,主要指80X86處理器、中斷、存儲器結構、I/O接口電路、總線、人機接口等10第1章微處理器和微型計算機概論主要內容微型計算機及其發(fā)展概述微型計算機的一般結構INTEL微處理器結構的發(fā)展及主要性能指標11第1節(jié)微型計算機發(fā)展概況微型計算機：微型計算機芯片：微型計算機的優(yōu)點：微型計算機的應用網(wǎng)絡服務器，工作站、個人PC機、單板機和單片機12

個人PC機的發(fā)展1982年，IBMPC機，INTEL8086CPU1983年，IBMPC/XT（擴展型）8088CPU1984年，IBMPC/AT（增強型）80286CPU1985年，PC/386INTEL80386CPU1990年，PC/486INTEL80486CPU1993年，奔騰機(586)INTELPentinmCPU1995年，686,INTELPentinmProCPU……不斷的追求速度、降低成本、減小體積、降低功耗13摩爾定律(Moore'sLaw)

英特爾處理器2015年：14nm工藝

估計到2030年將進入1.6nm工藝如果目標實現(xiàn)，這將再次證明摩爾定律(Moore'sLaw)還依然有效，并指導著半導體工藝發(fā)展。14Intel65nm與45nm工藝153D晶體管16Intel在Hillsboro,Ore.,campus的研發(fā)中心，成功安裝業(yè)界第一臺商業(yè)運行的極度紫外光石版照相設備！Intel采用這種設備在0.032微米制程的晶圓上刻畫金屬電路。

17建造生產(chǎn)14納米晶體管的工廠.

18INTELCPU19INTELCPU核心架構

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INTEL芯片組芯片組是構成主板電路的核心，Intel芯片組是專門為英特爾的處理器設計的，用來連接CPU與其他的設備如內存、顯卡等。芯片組是"南橋"和"北橋"的統(tǒng)稱，就是把以前復雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內的芯片組。如果說中央處理器（CPU）是整個電腦系統(tǒng)的大腦，那么芯片組將是整個身體的心臟。21

能夠生產(chǎn)芯片組的廠家有INTEL（美國英特爾）VIA（中國臺灣威盛）SiS（中國臺灣矽統(tǒng)）ULI（中國臺灣宇力）ALi（中國臺灣揚智）AMD（美國超微）+ATINVIDIA（美國英偉達）等以英特爾、AMD以及NVIDIA的芯片組為常見。22Inteli7+Z7723IntelZ77框架圖24Intel新芯片組25Intel?酷睿?i7處理器

1.基于IntelCore微架構

2.2-8顆核心。

3.內置三通道DDR3內存控制器。

4.每顆核心獨享256KB二級緩存。

5.8MB共享三級緩存。

6.SSE4.2指令集（七條新指令）。

7.超線程技術。

8.Turbomode（自動超頻）。

26INTELI7

27第2節(jié)微型計算機的硬件結構微機的硬件體系結構仍采用馮?諾依曼建立的經(jīng)典結構。其主要特點是：微型計算機系統(tǒng)的硬件由五大部分組成：1.運算器2.控制器3.存儲器4.輸入設備5.輸出設備其中運算器和控制器合稱微處理器MPU(或CPU)。輸入設備和輸出設備合稱Ｉ/O設備。28微型計算機基本結構I/O設備

I/O

接口存儲器ALU控制器取指讀程序數(shù)據(jù)結果程序數(shù)據(jù)結果取存I/O命令操作命令寫存29總線包括地址總線AB(ADDRESSBUS)、數(shù)據(jù)總線DB(DATABUS)和控制總線CB(CONTROLBUS)。

數(shù)據(jù)總線DB用來傳遞數(shù)據(jù)信息，由于數(shù)據(jù)信息可在MPU和存儲器、I/O設備之間相互傳遞，故為雙向總線。

地址總線AB用于傳送MPU發(fā)出的地址信息，是單向總線。微機中存儲單元I/O設備都有地址，在交換信息前，MPU先通過傳送地址信息找尋所需交換信息的存儲器和I/O設備，然后經(jīng)數(shù)據(jù)總線進行信息的交換。

控制總線CB用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信號，由于有的信號由MPU發(fā)向存儲器和I/O設備，有的信號由存儲器和I/O設備發(fā)向MPU，故控制總線從整體上看是雙向的。30微型計算機總線CPU定時電路接口接口ROMRAMI/O接口輸出設備輸入設備DMA地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線并行接口串行接口定時/計數(shù)中斷控制器31經(jīng)典的PC系統(tǒng)結構32第3節(jié)數(shù)字化信息編碼與數(shù)據(jù)表示1．十進制日常生活中最常見的是十進制數(shù)，用十個不同的符號來表示：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，稱為代碼。

2．二進制二進制數(shù)只有兩個代碼“0”和“1”，所有的數(shù)據(jù)都由它們的組合來實現(xiàn)。二進制數(shù)據(jù)在進行運算時，遵守“逢二進一，借一當二”的原則。

3．十六進制十六進制數(shù)采用0~9和A、B、C、D、E、F六個英文字母一起構成十六個代碼。

33不同進制之間的轉換1．二進制與十進制的相互轉換二進制數(shù)要轉換成十進制數(shù)非常簡單，只需將每一位數(shù)字乘以它的權2n，再以十進制的方法相加就可以得到它的十進制的值（注意，小數(shù)點左側相鄰位的權為20，從右向左，每移一位，冪次加1）?！纠浚?0110.011）B=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=（22.375）D34十進制數(shù)據(jù)轉換成二進制采用的是倒除法，即“除2取余”的方法。具體過程介紹如下：（1）將十進制數(shù)除2，保存余數(shù)。（2）若商為0，則進行第三步，否則，用商代替原十進制數(shù)，重復第1步。（3）將所有的余數(shù)找出，最后得到的余數(shù)作為最高位，最先得出的余數(shù)作為最低位，由各余數(shù)依次排列而成的新的數(shù)據(jù)就是轉換成二進制的結果。35【例】將（236）D轉換成二進制。轉換過程如圖所示。圖將十進制數(shù)轉變成二進制數(shù)362．二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉換

將二進制數(shù)轉變成十六進制數(shù)由于16=24，所以在將二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)時，從最右側開始，每四位二進制數(shù)劃為一組，用一位十六進制數(shù)代替，也稱為“以四換一”；十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)時正好相反，一位十六進制數(shù)用四位二進制數(shù)來替換，也稱“以一換四”。將二進制數(shù)轉變成十六進制數(shù)373．十六進制與十進制的相互轉換

十六進制數(shù)與十進制數(shù)相互轉換時，可以分成兩步完成：將待轉換的十六進制數(shù)轉換成二進制，然后再將二進制數(shù)轉換成十進制。38計算機中數(shù)據(jù)的表示方法1．原碼一個二進制數(shù)同時包含符號和數(shù)值兩部分，用最高位表示符號，其余位表示數(shù)值，這種表示帶符號數(shù)的方法為原碼表示法。2．反碼反碼是另一種表示有符號數(shù)的方法。對于正數(shù)，其反碼與原碼相同；對于負數(shù)，在求反碼的時候，除了符號位外，其余各位按位取反，即“1”都換成“0”，“0”都換成“1”。393．補碼補碼是表示帶符號數(shù)的最直接方法。對于正數(shù)，其補碼與原碼相同；對于負數(shù)，則其補碼為反碼加1。

4．數(shù)的小數(shù)點表示法（1）數(shù)的定點表示（2）數(shù)的浮點表示

40純小數(shù)如圖1-6所示，純整數(shù)如圖1-7所示。階符階

碼數(shù)符尾

數(shù)計算機中浮點數(shù)的表示

41第4節(jié)數(shù)的編碼方法

BCD—十進制數(shù)的二進制編碼BCD碼是以四位二進制的不同組合表示十進制數(shù)的十個數(shù)碼的方法。十進制BCD碼十進制BCD碼0000050101100016011020010701113001181000401009100142ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)又稱美國信息交換標準碼，是7位二進制編碼。它總共可表示128個符號，包括26個英文大寫字母，26個英文小寫字母，0~9共10個數(shù)字，32個通用控制字符和34個專用字符。(P5)43

漢字編碼1981年公布的國家標準《信息交換用漢字編碼》（GB2312-80）規(guī)定了漢字的編碼，即國際碼。

每個漢字由兩個字節(jié)表示，每個字節(jié)用7位二進制碼，最高位為0，例如：字符“大”的國際碼為：0011010001110011為了使?jié)h字編碼和常用的ASCII碼相區(qū)別，漢字編碼在機器內的表示與國際碼不同，形成漢字的內碼。一種機器常用若干種漢字輸入方法，但其內碼是統(tǒng)一的。通常內碼是由國際碼的兩個字節(jié)最高位置“１”構成的。例如，漢字“大”的內碼為：

101101001111001144第5節(jié)IBMPC系列微機系統(tǒng)簡介

PC系列微機又稱80X86（或X86）系列微機是指以Intel公司的CPU系列芯片為微處理器的微機系統(tǒng)，包括IBMPC、PC/XT，PC/AT，386，486，586…微機等。PC系列微機系統(tǒng)由主機箱、鍵盤、顯示器和打印機等幾個主要部分構成。其中主機箱包括：?主板（Mainboard)，又稱系統(tǒng)板、母板?顯示適配器卡（又稱顯卡）?軟、硬盤驅動器及其適配器卡?其它接口電路?電源

45機箱結構型式?臺式機箱?一體機?筆記本主板結構>>按所配用的CPU不同分為：XT主板、AT主板、386主板、486主板、Pentium主板……>>按使用總線不同分為：ISA總線主板、PCI總線、PCI-E主板46第6節(jié)微型計算機系統(tǒng)的主要性能指標1、字長指計算機內部一次可處理的二進制數(shù)的位數(shù)。2、存儲器容量

:一般以字節(jié)為單位來表示。3、運算速度有幾種不同的運算速度的計算方法：（1）MIPS方法: 以每秒能執(zhí)行幾百萬條指令來衡量。（2）最短指令法:以執(zhí)行時間最短的指令為標準來計算（3）直接計算法:根據(jù)主頻和指令的執(zhí)行所需的時鐘周期直接計算指令執(zhí)行的時間。4、擴展能力和外設配置。5、軟件配置。47第7節(jié) 微機中應用的幾項先進技術1、流水線技術

將每條指令分解為多