第一章微型計算機概述

第一章微型計算機概述第六章可編程并/串行接口芯片第一章微型計算機系統(tǒng)構成第二章8086微處理器第三章8086的匯編語言程序設計第四章內存儲器及接口的基本技術第五章輸入輸出基本技術第七章可編程定時器/計數器

目錄第九章計算機系統(tǒng)中的支持芯片任課教師：黃麗雯Email：課程信息發(fā)布及答疑：1)精品課程網站

2)網絡教學平臺

課程考核方式：1)平時成績

(考勤+平時作業(yè)+課程測試)2)期末測試任務：從應用角度出發(fā)，掌握微機組成原理、工作過程，軟硬件設計方法，學會設計和分析微機應用系統(tǒng)的方法。特點：實踐性非常強的工程技術課程，對培養(yǎng)開發(fā)PC機軟件、硬件的實際動手能力起著極大的作用。內容：一、原理：1．掌握各類信息在計算機中的表示方法以及運算理解微處理器的結構和工作原理，進而了解微機系統(tǒng)的組成及工作原理理解常用接口芯片的工作原理二、軟件1.掌握8086CPU指令系統(tǒng)、偽指令能完成常用問題的匯編語言程序設計掌握ROMBIOS中斷功能調用和DOS系統(tǒng)功能調用I/O常用控制方式的程序設計方法三、硬件掌握微機中存儲器系統(tǒng)的設計與分析理解微機系統(tǒng)中常用的輸入/輸出控制方式掌握采用常用接口芯片的硬件系統(tǒng)設計與分析參考資料1．孫德文等編著，《微型計算機技術》，高等教育出版社2．潘名蓮等編著，《微型計算機原理及應用》，電子科技大學出版社3．周明德等編著，《微機原理及應用》，清華大學出版社4.周明德等編著，《微機原理與接口技術實驗指導與習題集》人民郵電大學出版社教學計劃各單元教學內容目標及重點、難點第一章微型計算機系統(tǒng)構成1.1微型計算機系統(tǒng)相關概念

1.1.1傳統(tǒng)定義

微型計算機硬件－主機和外設1.2微型計算機系統(tǒng)的總線結構

1.2.1微處理器的典型結構

1.2.2微型計算機的基本結構

1.2.3三類總線構成的微型計算機系統(tǒng)教學內容（2學時）

微型計算機概述介紹本課程的目的、具體內容、特點、要求及作用微機發(fā)展概述微機發(fā)展歷史、分類，微型計算機的特點及應用微機的發(fā)展趨勢微機工作過程微處理器，微計算機，微機系統(tǒng)的概念及關系；微型計算機結構及工作過程分析計算機中信息的表示方法原碼反碼補碼BCD碼ASCII碼二進制數等教學目標使學生對本課程有一個基本了解，尤其對微型計算機的概念及發(fā)展有進一步的認識；建立起微機系統(tǒng)的概念掌握微機系統(tǒng)的總線結構形式及微機內部內部信息傳輸過程教學重點及難點微型計算機的基本概念；特點；計算機中信息的表示方法

一、傳統(tǒng)定義運算器控制器寄存器組內存儲器總線輸入輸出輸出接口電路外部設備軟件微處理器（μp)微型計算機（μc)微型計算機系統(tǒng)（μcs)圖1-1微型計算機系統(tǒng)的組成1.1

微型計算機系統(tǒng)相關概念1、名詞解釋微處理器（MicroProcessor）：利用微電子技術將包括運算器、控制器的中央處理器的復雜電路集成在一片大規(guī)模集成電路（LSI）芯片上，我們把這種微縮的CPU稱為μp。微計算機（MicroComputer）：以微處理器為核心，配上LSI的RAM、ROM、I/O接口的微型化的計算機裝置。微型計算機系統(tǒng)（MicroComputerSystem)：在微計算機的配置上加上外圍I/O設備和軟件所構成的系統(tǒng)。2、微型計算機的系統(tǒng)結構特點：1。軟件硬件化。2。采用總線結構1.計算機的發(fā)展第一代電子計算機稱為電子管計算機。第二代計算機稱為晶體管計算機，其主要邏輯元件采用的是晶體管。第三代計算機的內存儲器采用了半導體存儲器，可靠性和存取速度有了明顯的改善。第四代計算機以采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路為標志。關于第五代計算機人們正在進行著多方面的探索。微處理器的發(fā)展概況2、微型計算機的發(fā)展第一階段（1971~1973）：典型的微型機以Intel4004和Intel4040為基礎。微處理器和存儲器采用PMOS工藝，工作速度很慢。微處理器的指令系統(tǒng)不完整；存儲器的容量很小，只有幾百字節(jié)；沒有操作系統(tǒng)，只有匯編語言。主要用于工業(yè)儀表、過程控制或計算器中。第二階段（1973~1977）：以8位微處理器為基礎，典型的微處理器有Intel8080/8085、Zilog公司的Z80及Motorola公司的MC6800。微處理器采用高密度N-MOS工藝，具有較完整的指令系統(tǒng)和較強的功能。存儲器容量達64KB，配有熒光屏顯示器、鍵盤、軟盤驅動器等設備，構成了獨立的臺式計算機。配有簡單的操作系統(tǒng)（如CP/M）和高級語言。第三階段（1978~1981）：以16位和準32位微處理器為基礎，如Intel公司的8086、Motorola的MC68000和Zilog的Z8000。微處理器采用短溝道高性能H-MOS工藝。在體系結構方面吸納了傳統(tǒng)小型機甚至大型機的設計思想，如虛擬存儲和存儲保護。第四階段（20世紀80年代）：80年代初，IBM公司推出開放式的IBMPC，這是微型機發(fā)展史上的一個重要里程碑。IBMPC采用Intel80x86（當時為8086/8088、80286、80386）微處理器和Microsoft公司的MSDOS操作系統(tǒng)并公布了IBMPC的總線設計。第五階段（20世紀90年代開始）：RISC（精簡指令集計算機）技術的問世使微型機的體系結構發(fā)生了重大變革。1995.11IntelPentiumPro封裝了L2Cache1997.1PentiumWithMMX1997.5PentiumII1999.3PentiumIII微型計算機的分類按組裝形式和系統(tǒng)規(guī)模劃分：1、單片機（微控制器、嵌入式計算機）集成在一塊芯片中IntelMCS-51、MCS-96等2、單板機安裝在一塊印制板上TP-801、TP-863、個人計算機IBM-PC系列機二微型計算機的硬件－主機和外圍設備微機系統(tǒng)各部件經集成技術整合，功能和組成有較大改變1.Cache和虛擬存儲器概念的引入，形成存儲器的體系結構；2.CPU功能部件擴展：FPU（Floating－PointUnit浮點處理器）Cache（高速緩沖存儲器）MMU（MemoryManagementUnit存儲管理部件）MMX（MultiMediaeXtension多媒體擴展）3.各種新總線、芯片組和新I/O接口技術出現及發(fā)展一、微處理器的典型結構圖1-4a微處理器的典型結構1.2微型計算機系統(tǒng)的總線結構微處理器程序計數器PC指令寄存器IR處理器狀態(tài)字PSW堆棧指示器SP指令譯碼器IDI/O控制邏輯工作寄存器地址寄存器數據寄存器

ALU

控制器圖1-4b微處理器的功能模塊

微處理器包括運算器、控制器、寄存器組三大部分,一般被集成在一個大規(guī)模集成芯片上,如8088、80x86等等,它是計算機的核心部件,具有計算、控制、數據傳送、指令譯碼及執(zhí)行等重要功能,它直接決定了計算機的主要性能.?ALU——運算器的核心部件是算邏單元ALU，所有的算術運算,邏輯運算和移位操作都是由ALU完成的.?控制器——CPU的指揮機關,完成指令的讀入、寄存、譯碼和執(zhí)行。程序計數器PC——

用于保存下一條要執(zhí)行的指令的地址。指令寄存器IR——保存從存儲器中讀入的當前要執(zhí)行的指令。指令譯碼器ID——對指令寄存器IR中保存的指令進行譯碼分析。堆棧指示器SP——對堆棧進行操作時提供地址。

處理器狀態(tài)字PSW——暫存處理器當前的狀態(tài)。

?工作寄存器組——暫存尋址和計算過程的信息.地址寄存器——地址寄存器用于操作數的尋址。數據寄存器——數據寄存器用來暫存操作數和中間運算結果。?I/O控制邏輯——包括CPU中輸入/輸出操作有關的邏輯，其作用是處理輸入/輸出的操作。二微型計算機的基本結構

數據信息、控制信息在計算機各部件之間流動外部設備微處理器(CPU)存儲器輸入/輸出接口電路數據總線控制總線地址總線圖1-5典型微型計算機系統(tǒng)的結構框圖1.存儲器

用于存放程序代碼及有關數據.地址譯碼器地址內容0001020304FF00單元01單元02單元03單元FF單元110100111010001010011101::11100001ABDB控制CB圖1-2a內存儲器的結構地址信號00000010控制信號WR0數據信號001001100200100110例:（02h）00100110B存儲器由若干存儲單元、地址譯碼器及相應的控制電路組成。存儲單元的內容：存儲器由若干個單元組成，每個單元可存放8位二進制信息（通常也用兩位十六進制數表示），這就是它們的內容。存儲單元的地址：為區(qū)分不同的單元，對這些單元分別編了號，這些編號即它們的地址。存儲器的讀寫操作：存儲器中的不同存儲單元，是由地址總線上送來的地址，經過存儲器中的地址譯碼器譯碼，選中該單元，然后根據控制總線上的控制命令，進行相應的讀些操作2.輸入輸出接口電路

由于外部設備如鍵盤、顯示器、軟盤、硬盤、打印機等，在數據格式、運行速度等方面與CPU不匹配，故在連接時，需通過輸入輸出接口電路使外部設備與之相連。3.總線

總線是微型計算機中模塊到模塊之間傳輸信息的通道，是各種公共信息線的集合，采用總線結構便于部件和設備的擴充。三用三類總線構成的微型計算機系統(tǒng)

對微機而言，總線可以分為以下四類：

片內總線——這種總線是微處理器的內總線，在微處理器內用來連接ALU、CU和寄存器組等邏輯功能單元。這種總線沒有具體標準，由芯片生產廠家自己確定。片間總線——微處理器、存儲器芯片、I/O接口芯片等之間的連接總線。片間總線通常包括數據總線、地址總線和控制總線。內總線——內總線是微型計算機系統(tǒng)內連接各插件板的總線。內總線有不同的總線標準，如S-100總線(IEEE-696標)，STD總線，IBM-PC（ISA、ESA、VSA、PCI）總線標準等，采用不同總線標準的功能板無法連接在一起。

外總線——用于微型計算機系統(tǒng)之間或者微型計算機與外部設備之間的通信。外總線技術已經很成熟，各種應用要求皆有標準可遵循。如并行總線IEEE-488標準，串行總線RS-232標準等。

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片間總線可分為地址、控制、數據總線：

地址總線：用于傳送CPU要訪問的存儲單元的地址或I/O端口地址，地址總線的位數決定了CPU可以直接尋址的地址范圍。

控制總線：用來傳送控制信號。

數據總線：用于CPU與存儲器、CPU與外設之間傳送信息。

四類總線之間的關系如圖所示。CPU片內總線MI/O片間總線I/O接口板外部設備內總線外總線圖1-6微型計算機的總線結構

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片間總線可分為地址、控制、數據總線：

地址總線：用于傳送CPU要訪問的存儲單元的地址或I/O端口地址，地址總線的位數決定了CPU可以直接尋址的地址范圍。

控制總線：用來傳送控制信號。