第一章微型計算機基礎(chǔ)概論

《微機原理與接口技術(shù)》二〇一五年九月張靜聯(lián)系電話：828135113830656302E－mail：124431825@教材《微型計算機原理與接口技術(shù)》（第三版）馮博琴、吳寧清華大學(xué)出版社參考教材1.《微型計算機技術(shù)及應(yīng)用》（第3版）戴梅萼史嘉權(quán)清華大學(xué)出版社2.《微型計算機原理與應(yīng)用》(第3版）鄭學(xué)堅清華大學(xué)出版社3.《微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用》(第2版）楊素行清華大學(xué)出版社

教學(xué)安排電氣工程及其自動化專業(yè)理論：64學(xué)時（4學(xué)時/周*16周）實驗：16學(xué)時盛海龍教師考核（考試/4學(xué)分）理論：總成績=平時考核10％+中期考核20％+期末考核70％課程特點及學(xué)習(xí)方法1）不是純理論，是工程實際課，學(xué)習(xí)時從實際需要來理解。2）教材不易看懂，概念前后交錯，缺少必要交代，不易把握重點。3）教材上內(nèi)容及概念眾多，知識點瑣碎且多。每次課后要復(fù)習(xí)（特別是新接觸的概念），不易自學(xué)，如果平時不聽課（缺課會使概念支離破碎跟不上），很難靠期末復(fù)習(xí)突擊考及格，但如果堅持聽課，會感覺很容易。

課程目標(biāo)掌握：微型計算機的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計方法微型計算機接口技術(shù)建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力教學(xué)內(nèi)容第一章微型計算機基礎(chǔ)概論（4學(xué)時）第二章微處理器與總線（6學(xué)時）第三章8086/8088指令系統(tǒng)（12學(xué)時）第四章匯編語言程序設(shè)計（12學(xué)時）第五章存儲器系統(tǒng)（8學(xué)時）第六章輸入輸出和中斷技術(shù)（12學(xué)時）第七章常用數(shù)字接口電路+總復(fù)習(xí)（8+2學(xué)時）第1章微型計算機基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：微型計算機系統(tǒng)計算機中的常用數(shù)制、編碼及其相互間的轉(zhuǎn)換無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算有符號二進制數(shù)的表示及運算

微型計算機的發(fā)展微型計算機的工作過程微機系統(tǒng)的組成§1.1微型計算機系統(tǒng)一、計算機的分類及發(fā)展1.分類（按性能和體積）11單片機微型計算機12小型機滿足中小型企事業(yè)單位的性息處理要求，成本低小型機13美國航空公司的大型機每秒鐘可處理4000多個事務(wù)大型機14日本NEC公司的NECSX-6/64MB巨型計算機，它包含64個CPU，內(nèi)存容量為512GB，峰值速度達每秒1萬億次浮點運算，用于全球氣溫變化趨勢的預(yù)測研究全球氣溫分布與變化趨勢圖

巨型機152013年5月由國防科技大學(xué)等單位研制的“天河二號”5.49億億次超級計算機，2.

計算機的發(fā)展

（1）計算機誕生背景：ENIAC

1946.2.15（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）描述：18000多個電子管1500個繼電器10000只電容70000個電阻重量30噸占地面積170m2耗電150千瓦運算速度每秒5千次當(dāng)時價值：48萬美元

1718（2）計算機的年代劃分（硬件和軟件特征）電子管計算機時代（機器語言、匯編語言）晶體管計算機時代（BASIC、FORTRON）小規(guī)模集成電路計算機時代（高級語言）大規(guī)模集成電路計算機時代（軟件工程數(shù)據(jù)庫）

19二、微型計算機的發(fā)展誕生于20世紀(jì)70年代特點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格便宜、使用方便、軟件豐富核心：微處理器21微型計算機的年代劃分22微型計算機發(fā)展大致分為五代第一代：4位機的發(fā)展和8位機萌芽階段（1971-1973）代表產(chǎn)品：Intel4004和MCS-4微機

Intel8008和MCS-8微機字長：4位或8位特點：指令系統(tǒng)簡單，運算功能差，價格低廉應(yīng)用：面向家電、計算機和二次儀表第二代：8位機的發(fā)展階段（1973-1977）代表產(chǎn)品：Intel8080/8085、MC6800、Z80、R6502字長：8位特點：指令系統(tǒng)比較完善，運算速度提高一個數(shù)量級、尋址能力有所增強應(yīng)用：面向家電、智能儀表、工業(yè)控制

第三代：16位機的發(fā)展階段（1978-1985）代表產(chǎn)品：Intel8086/8088、80186、80286、MC68000、Z8000字長：16位特點：指令系統(tǒng)豐富，采用多機中斷，多種尋址方式，段式存儲結(jié)構(gòu)，配有功能強大的系統(tǒng)軟件應(yīng)用：工業(yè)控制第四代：32位機的發(fā)展階段（1985-1992）代表產(chǎn)品：Intel80386、80486字長：32位特點：內(nèi)存容量已達1MB以上，硬盤技術(shù)不斷提高，發(fā)展了32位的總線結(jié)構(gòu)，各種品牌機涌向市場，如COMPAQ、DELL等，這些微型機在性能上已趕上傳統(tǒng)的超級小型機，可執(zhí)行多任務(wù)、多用戶操作應(yīng)用：辦公自動化，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境第五代：64位機的產(chǎn)生和發(fā)展階段（1992-現(xiàn)在）代表產(chǎn)品：IntelPentium、Itanium字長：64位特點：外部數(shù)據(jù)線64位字長，32位以上地址總線，增加了虛擬現(xiàn)實等多媒體能力和通信上的應(yīng)用應(yīng)用：辦公自動化，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1.馮.諾依曼計算機三、微型計算機的工作過程執(zhí)行程序（指令序列的集合）程序的執(zhí)行過程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令存結(jié)果指令周期操作碼操作數(shù)執(zhí)行1.CPU如何知道從哪里取出程序的第一條指令？——操作系統(tǒng)2.CPU如何按程序控制流執(zhí)行指令？——程序計數(shù)器3CPU如何知道從哪里取操作數(shù)？——地址、尋址方式馮·諾依曼計算機的核心原理－存儲程序的工作原理將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，并放入存儲器保存程序中的指令和數(shù)據(jù)必須采用二進制代碼，且能夠被執(zhí)行該程序的計算機所識別。指令按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行，存儲器的字長固定并按順序線性編址。由控制器控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取及程序的執(zhí)行。以運算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過運算器。四、微型計算機系統(tǒng)32

主機

硬件系統(tǒng)外設(shè)微機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件

軟件系統(tǒng)

應(yīng)用軟件CPU存儲器輸入/輸出接口總線微型計算機系統(tǒng)(1)微處理器微處理器簡稱CPU，是計算機的核心。主要包括：

運算器控制器寄存器組(2)存儲器

用于存放計算機工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。有關(guān)內(nèi)存儲器的幾個概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容每個單元都對應(yīng)一個地址，以實現(xiàn)對單元內(nèi)容的尋址。1011011038F04H內(nèi)存地址單元內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量的大小依CPU的尋址范圍而定（即CPU地址信號線的位數(shù)）常用術(shù)語位（bit）：是存儲器中存儲信息的最小單位，稱為存儲位。(0/1)字節(jié)（Byte）：存儲器基本單位是字節(jié)，一個字節(jié)叫做一個存儲單元，1Byte＝8bit。字長：計算機進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲的單位（一組二進制數(shù)）1001101011001100001010110101000110010110位字節(jié)存儲容量：存儲器所包含的存儲單元總數(shù)存儲容量的單位：B（字節(jié)）、KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)、GB（千兆字節(jié)）和TB（太字節(jié)）1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB內(nèi)存操作讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；寫：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的內(nèi)容被覆蓋。CPU讀出地址為04H內(nèi)存單元中的內(nèi)容CPU把數(shù)據(jù)26H寫入地址為08H的存儲單元輸入/輸出接口接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口外設(shè)數(shù)據(jù)緩沖寄存信號電平或類型的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)主機與外設(shè)間的運行匹配接口的分類串行接口輸入接口并行接口輸出接口數(shù)字接口模擬接口總線基本概念分類及作用

軟件系統(tǒng)軟件：為運行、管理和維護計算機系統(tǒng)或為實現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件(用戶為解決各種實際問題編制的程序）操作系統(tǒng)軟件系統(tǒng)實用程序§1.2計算機中的數(shù)制及編碼主要內(nèi)容各種計數(shù)制的特點及表示方法；各種計數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。1.常用計數(shù)法

十進制二進制十六進制十進制特點：以十為底，逢十進一；有0-9十個數(shù)字符號,10為基數(shù)，10i為權(quán)，用D表示。權(quán)值表達式：二進制特點：以2為底，逢2進位；只有0和1兩個符號。用B表示。權(quán)值表達式：十六進制特點：有0--9及A--F共16個數(shù)字符號，逢16進位。用H表示。權(quán)值表達式：例：234.98D或（234.98）D或（234.98）101101.11B或（1101.11）B或（1101.11）2ABCD.BFH或（ABCD.BF）H或

（ABCD.BF）162.各種進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進制與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達式展開例：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5×161+11×160+8×16-1

=80+11+0.5=91.5十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換到二進制的轉(zhuǎn)換：對整數(shù)：除2取余直到商為零；（低高）對小數(shù)：乘2取整直到達到精度或小數(shù)部分為零。（高低）到十六進制的轉(zhuǎn)換：對整數(shù)：除16取余；對小數(shù)：乘16取整。（112.25）10=（1110000.01）2（301.6875）10=（12D.B)16(253.25)10=(11111101)B=(FD.4)H二進制與十六進制間的轉(zhuǎn)換用4位二進制數(shù)表示1位十六進制數(shù)例：11001.1B=

19.8H11001010.0110101B=CA.6AH2A8F.6DH=0010101010001111.01101101BBCD碼(8421)十進制數(shù)Decimal二進制數(shù)Binary十六進制數(shù)Hexa-Decimal(Hex)00000000001111001021020011311301004100401015101501106110601117