微处理器技术基础.ppt

微机原理与接口技术主讲：陆强,信息工程学院计算机结构教研室,本课程内容简介-概述,第一章 微处理器技术基础 1.1 微处理器的发展简史 1.2 微处理器有关的技术名词 1.3 计算机编码及总线的概念 1.4 8086/8088微处理器内部结构,本课程内容简介-汇编语言,第二章 8086基本指令系统第三章 MASM汇编语言第四章 汇编语言程序设计,本课程内容简介-接口技术,第七章 微型计算机的输入与输出第八章 半导体存储器第九章 中断控制器及DMA控制器第十章 定时器、并行及串行接口,1.1.1 概述1.1.2 微处理器的发展过程1.1.3 微处理器的发展趋势,1.1 微处理器的发展简史,1.2 微处理器有关的技术名词,1.2.1 高速缓冲存储器Cache1.2.2 复杂指令系统计算机CISC和精简指令系统 计算机RISC,第一章 微处理器技术基础,1.3 计算机编码及总线的概念,1.3.1 带符号数的表示方法1.3.2 计算机中常用编码1.3.3 微型计算机系统的三总线,1.4 8086/8088微处理器内部结构,1.4.1 8086的基本结构1.4.2 8086的内部寄存器功能,第一章 微处理器技术基础,1.1 微处理器的发展简史,1.1.1 概述,一、了解：现代计算机的基本结构，是建立在美籍匈牙利数学家冯.诺依曼计算机模型的基础上，并继续沿用他提出的程序存储和二进制的设计思想。,二、计算机的基本结构有：1、微处理器（CPU）2、存储器（ROM、RAM）3、输入/输出设备（Input、Output）,1.1 微处理器的发展简史,计算机的基本结构,1.1 微处理器的发展简史,微处理器 微处理器（CPU）是大规模集成电路技术做成的芯片，芯片内集成有控制器、运算器和寄存器等相关部件，完成对计算机系统内各部件进行统一协调和控制。存储器 功能：存放程序和数据。,存储器,内存（主存）,外存（辅存）,RAM,ROM,SRAM,DRAM,ROM,EPROM,E2PROM,软盘硬盘光盘,1.1 微处理器的发展简史,I/O设备和I/O接口 I/O设备：微机配备的输入/输出设备（外设）。标准输入/输出设备（控制台）：键盘和显示器（CRT）。,I/O设备,输入设备,输出设备,键盘,鼠标,扫描仪、数码相机,显示器,打印机,绘图仪,1.1 微处理器的发展简史,I/O接口：连接外设备和系统总线，完成信号转换、数据缓冲、与CPU进行信号联络等工作。显示器卡：完成显示器与总线的连接。声卡：完成声音的输入/输出。网卡：完成网络数据的转换。键盘接口、打印机接口等。RS232接口：串行数据接口。USB接口：通用串行接口。,1.1 微处理器的发展简史,系统总线系统总线：从处理器引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器或I/O设备进行信息交换。系统总线分为：（A）地址总线：传递地址信息的总线，即AB。CPU在地址总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址，该总线为单向总线。内存容量的计算：16条地址线可访问 216=64 KB。20条地址线可访问 220=1 MB。1K=1024B 1M=1024 KB 1G=1024 MB,1.1 微处理器的发展简史,（B）数据总线：传递数据信息的总线，即DB。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过数据总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据通过数据总线送往内存或外设;数据总线是双向总线。（C）控制总线：传递控制信息的总线，即CB。控制总线的方向：一部分是从CPU输出：通过对指令的译码，由CPU内部产生，由CPU送到存储器、输入/输出接口电路和其它部件。如时钟信号、控制信号等。另一部分是由系统中的部件产生，送往CPU，如：中断请求信号、总线请求信号、状态信号。,1.1 微处理器的发展简史,三、微型计算机系统的组成一个微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件和软件的结合，才能使计算机正常工作运行。计算机硬件系统是一个为执行程序建立物质基础的物理装置，称为硬件或裸机。计算机软件系统指为运行、管理、应用、维护计算机所编制的所有程序及文档的总和。依据功能的不同，软件分为系统软件和应用软件两大类。,1.1 微处理器的发展简史,硬件,微计算机,外围设备,微处理器,内存储器,I/O接口电路,系统总线,外部设备,过程I/O通道,1.1 微处理器的发展简史,软件,系统软件,程序设计语言,应用软件：软件包，数据库,机器语言,汇编语言,高级语言,监控程序,操作系统,编辑程序,解释程序,编译程序,诊断程序,1.1 微处理器的发展简史,1.1.2 微处理器的发展过程,一、第一代：19711973年，4位或低档8位微处理器 4004（1971年）：4条数据线，字长是4位 8008（1972年）：8条数据线，字长是8位,二、第二代：19741978年，中高档8位微处理器 特点：8位字长，16位地址线(64K)产品：Intel公司的8080,划分阶段的标志：以字长和微处理器型号。,1.1 微处理器的发展简史,1.1.2 微处理器的发展过程,三、第三代：19781982年，16位微处理器 特点：16位字长（内、外数据总线均为16位），20位地址线(1M)产品：Intel公司的8086,特点：外部数据总线为8位，内部数据总线为16位，20位地址线(1M)产品：Intel公司的8088（在8086的基础上推出）,特点：内、外数据总线均为16位，24位地址线(16M)产品：Intel公司的80286,1.1 微处理器的发展简史,1.1.2 微处理器的发展过程,四、第四代：1985年后，32位高档微处理器 特点：32位数据线，32位地址线(4G)产品：Intel公司的80386和80486,五、第五代：1993年后，64位高档微处理器 特点：外部数据总线为64位，内部数据总线为32位，32位地址线(4G)产品：Intel公司的Pentium（586），中文名“奔腾”,1.1 微处理器的发展简史,1.1.2 微处理器的发展过程,六、第六代：高能奔腾微处理器 特点：外部数据总线为64位，内部数据总线为32位，36位地址线(64G)产品：Intel公司的Pentium（686），中文名“高能奔腾”,七、第七代：多能奔腾（在Pentium 的基础上增加了MMX）特点：外部数据总线为64位，内部数据总线为32位，36位地址线(64G)产品：Intel公司的Pentium II、Pentium III、Pentium 4,1.1.3 微型计算机的应用1 科学计算和科学研究 计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。2 数据处理（信息处理）主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字信息进行加工。3 工业控制 用单板微型计算机实现DDC级控制，用卫星计算机实现SCC级监督管理控制，用高档微型计算机实现SCC或低层MIS管理已屡见不鲜。,1.1 微处理器的发展简史,1.1 微处理器的发展简史,4 计算机辅助系统 计算机辅助系统主要有计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。5 人工智能 人工智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的思维过程，计算机学习等等。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。,1.1 微处理器的发展简史,1.1.4 计算机的发展趋势,1、朝着微型计算机和巨型计算机两级方向发展。2、当前开发和研究的热点是多媒体计算机。3、未来计算机发展的总趋势是智能化计算机。4、今后计算机应用的主流是计算机与通信相结合的网络技术。5、非冯诺依曼型体系结构的计算机是提高现代计算机性能的另一个研究焦点。,当前微型计算机市场上，大多数微型计算机的微处理器是Intel公司推出的8086微处理器家族成员，有8086、80186、80286、80386、80486、Pentium(80586)、Pentium及Pentium。可以把 8086 微处理器看作基础，以后所推出的 80286 等微处理器虽然都有改进，但都保持与 8086 兼容，即都具有 8086 的基本逻辑结构。,总结,以 8086 微处理器组成的微机系统是IBM PC/XT及其兼容机，虽然市场上已经少见了，但从学习的角度出发，它仍然可以作为基本例机学习。,1.2 微处理器有关的技术名词,1.2.1 高速缓冲存储器Cache,目的：为了解决处理器速度快而存储器慢的矛盾，在两者之间加一级高速缓冲器Cache。,作用：在CPU要从主存中读取一个数据时，它先在Cache中查找是否有该数据。若有，立即从Cache中读取到CPU，若没有，从主存中读取这个数据送CPU，同时将包含这个数据的整个数据块送到Cache。,1.2.2 复杂指令系统计算机CISC和精简指令系统计 算机RISC,1.2 微处理器有关的技术名词,前者指令系统多，使用频率较低而造成硬件和资源的浪费。后者只有少数简单的指令，使用频率高。,