微机原理第1章微型计算机概述.ppt
1,微型计算机原理及应用,朱红 刘景萍 编著清华大学出版社,教材：,2,课程内容,第一章 微型计算机概述 第二章 8086/8088 微处理器 第三章 8086/8088 指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 存储器系统 第六章 输入输出接口 第七章 中断控制接口 第八章 定时与计数器 第九章 并行接口电路,3,微型计算机技术及应用,戴梅萼 编著清华大学出版社,教辅：,4,第 一章,微型计算机概述,5,1.1 微机发展概述,第一代,第二代,第三代,第四代,6,世界上第一台计算机ENIAC,8,微处理器已经历30多年的发展历程，头20年是Intel时代。每隔7、8年，处理器位数就会有一个较大的飞跃。如1971年第一片4位微处理器4004，1978年16位处理器8086，1985年32位处理器80386。,计算机的发展核心部件为CPU，因此本小节主要以CPU的发展情况来分析微机的发展过程，以Intel公司的CPU为主线。,9,10,11,8088CPU,4004,12,8088CPU,Core i7,Core2,1.2 信息在计算机的表示,各种进位计数制的表示和相互之间的转换 数值信息的表示,13,14,1.3 微机的工作过程,1.3.1 微机的基本结构,微计算机系统的层次,微处理器(Microprocessor)微型计算机(Microcomputer)微计算机系统(Microcomputer system),15,算术逻辑单元 寄存器阵列 控制器电路,数据总线地址总线控制总线,只读存储器随机访问存储器,串行输入输出接口并行输入输出接口外存储器接口显示器接口等,键盘、鼠标显示器、打印机软磁盘驱动器硬磁盘驱动器光盘驱动器等等,微处理器,系统总线,内存储器,外围接口电路,系统软件应用软件,软件,外围设备,微型计算机系统,微型计算机,微处理器，微计算机，微计算机系统三者关系,16,中央处理器俗称:CPU,主机,计算机硬件,I/O设备,冯诺依曼计算机的5个组成部分,17,存储器,输入设备,运算器,控制器,输出设备,键盘、扫描仪等,存放程序、数据、结果,运行程序,输出结果,显示器、打印机等,CPU,18,微型计算机采用总线结构,总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。,内部总线：CPU内部各功能部件和各寄存器的连线。,外部总线：又称系统总线，即连接CPU、存储器和I/O接口的总线。,一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中。,微型机中目前主要采用的总线有：PC总线、ISA总线、PCI总线等。,虽然总线的标准不同，但都包括三类总线：地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）。,地址总线（Address Bus）,用来传送地址的信号线,地址总线的根数(位数)决定了CPU可以直接寻址的内存范围。,地址总线的信号总是从CPU送出，所以地址总线是单向的。,地址总线上的信号除了高低电平外，还可以处于高阻（浮空）状态，称为单向、三态总线。,20,有两根地址线，每一根地址线都可以有0,1两种状态，两根地址线共有,20,这四种状态，,即可寻址4个空间，4个字节。,20,地址线A0为0电平，存储单元1有效；地址线A0为1电平，存储单元2有效。,一根地址线可以控制两个存储单元。,21,同样，3根地址线共有8种状态，为：,4根地址线共有16种状态，为：,地址线的根数(位数)n与CPU可直接寻址范围的大小之间的关系为：内存范围2n,1 有效,2 有效,3 有效,4 有效,2-4译码器,两根地址线最多可控制4个存储单元.,23,一组输入对应着唯一的一根输出线有效。,3根地址线用3-8译码器进行寻址，共寻址8个单元,4根地址线用4-16译码器进行寻址，共寻址16个单元,n根地址线最多可寻址2n个单元,如果一个微机的CPU有16根地址引出线，那么这个微机最多能有多大容量的存储器？,64KB,25,数据总线（Data Bus）,用来传送指令代码和数据的信号线，即传送的是内存中存储的内容，数据总线的位数决定CPU一次可以传输或处理多少字节的数据，这个指标也称数据总线的宽度。,8086为16位微处理器，即数据总线可允许16位二进制数据一次通过，进行运算存储处理。,8088的内部为16位数据总线，外部为8位数据总线。,目前的主流微机为32位数据总线。,26,数据总线是双向的,既可以由CPU向存储器和外设送出，又可以接收存储器和外设的数据。同时，数据总线也存在高阻（浮空）的状态,为双向三态总线。,27,控制总线（Control Bus）,用来传送控制信号。根据微处理器的不同或连接的芯片、设备的不同，要求的具体控制信号的时序、状态也不同，要根据实际的需要进行连接、设置。,控制信号线，根据使用条件不同，有单向、双向、三态或非三态信号线。,内存读写时地址、数据、控制总线如何配合？,b0为1或0,1)地址线控制数据线导通,2)写入数据时，写入控制有效，数据线上的位信息（0或1）进入存储器。,3)读出数据时，读出控制有效，存储器上的位信息（0或1）流向数据线。,read,write,对内存一个字节的操作：,数据总线和控制总线是公用的，每个字节的地址信号应不同，即同一时刻只有一根地址线有效。,地址线1为0电平，地址线2为1电平，第一个存储器的存储单元中的数据与数据线相连，在控制信号的作用下进行操作。,地址线1为1电平，地址线2为0电平，第二个存储器的存储单元中的数据与数据线相连，在控制信号的作用下进行操作。,地址线1为1电平，地址线2为1电平，两个存储器的存储单元中的数据与数据线都不相连。,地址线1为0电平，地址线2为0电平，两个存储器的存储单元中的数据都与数据线相连，造成数据总线混乱，不能进行正确操作。,由此可见，在任何时候，最多只能有一个地址线信号为0,32,微处理器,（,CPU,）,存储器,输入,/,输出,接口电路,外围设备,控制总线,数据总线,地址总线,微型机的基本结构,CPU插座,内存条插座,软驱、硬盘IDE连接器,电源连接器,PCI总线插槽,华硕P4T主板实物照片,芯片组,I/O端口,34,1.3.2 微机工作过程,程序存储：将编写好的程序放入计算机的内存，程序中的每条指令是按顺序存放的。程序控制执行：控制器从存储器中一条一条地取出指令、分析指令、根据不同的指令向各部件发出完成该指令的控制信号，执行相应功能。,程序在计算机是以指令的形式存储的，指令是计算机可以识别的命令，是一系列的二进制代码。,以8位微机为例进行说明,35,微机的内部结构与基本功能,典型8位微处理器结构,用来完成算术和逻辑运算,特殊的寄存器,有很多指令与其有关,指示运算结果的状态,存放下一条指令的地址,CPU中的存储单元,16位,36,欲完成的任务：将整数10和20相加，将结果放入内存地址为30H的单元中。,分析：在计算机中，两个数不能直接相加，首先应将一个整数10放入累加器AL中，再使AL与另一个整数20相加，结果就在AL中，然后将AL中的内容放到指定的内存单元中。,37,内存中相应的机器码如下：,将一个数10放入AL中,AL中的数加上20,将AL中的数放入30H单元,停止操作,操作码：将一个数放入AL中,操作数：即将放入AL中数值,有一字节、两字节和多字节指令,38,将一个数10放入AL中,AL中的数加上20,将AL中的数放入30H单元,停止操作,汇编语言,MOV AL,10,ADD AL,20,MOV 30H,AL,HLT,00011110,运行后的结果,汇编语言与机器一一语言对应。,39,程序计数器,自动加1,1,2,3,4,地址,5,6,7,8,数据,取指阶段示意,40,程序计数器,自动加1,1,2,3,4,地址,5,6,7,数据,执指阶段示意,完成一个指令周期,41,1.4 微机系统的应用,1.主要性能指标微机系统的主要性能指标包括以下各方面。,字长字长是指CPU的数据总线一次能同时处理数据的二进制位数，也就是数据总线的宽度。字长标志着计算机的计算精度。字长越长，计算出结果的有效位数就越多，精度就越高。8086、80286的字长为16位。速度是微机系统的一项重要性能指标，指微处理器执行指令的速率，一般用微处理器的主频来衡量，也有用MIPS（million instruction per second，每秒百万次指令）来说明微机的速度。8086的最高主频为10MHz，速度为0.41.3MIPS；Pentium4的最高主频为2.8GHz，速度为700MIPS。,存储容量存储容量包括内存容量和外存容量。内存容量由CPU地址总线的宽度决定。8086有20根地址总线，可寻址的最大范围是216=1024KB=1MB；Pentium4有32根地址总线，可寻址的最大范围是232=4GB。系统总线结构系统总线是主机系统与内存及外设之间的通信通道。随着CPU速度的不断提高及内存存取技术的改进，系统总线已成为制约计算机运行速度的瓶颈。目前，系统总线的结构和标准不断发展与完善。80286采用ISA总线结构，Pentium4的系统总线采用PCI总线结构，显示器采用AGP总线结构。软件配置通常指操作系统、工具软件和应用软件等。,2.应用（1）科学计算（2）数据处理（3）实时控制（4）人工智能（5）CAD/CAM/CIMS/CAI（6）多媒体技术,
