微型計(jì)算機(jī)技術(shù)第1章1微機(jī)簡介

微型計(jì)算機(jī)技術(shù)主講教師：肖明三峽大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解電子計(jì)算機(jī)工作原理，初步掌握微型計(jì)算機(jī)軟/硬件的基礎(chǔ)知識(shí)和驗(yàn)證方法。初步掌握微型計(jì)算機(jī)硬件接口技術(shù)。學(xué)習(xí)要求：掌握以Intel

8086為代表的X86微處理器的技術(shù)特點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)。掌握X86系列微處理器構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)的基本組織方式和連接技術(shù)。掌握微型計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器、I/O接口電路、中斷系統(tǒng)、DMA系統(tǒng)、可編程接口芯片工作原理和典型器件。掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)基本指令和編程調(diào)試方法本課程特點(diǎn)內(nèi)容豐富知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)時(shí)數(shù)相對少以一定理論為基礎(chǔ)，工程實(shí)踐性強(qiáng)理論性公式少，邏輯性內(nèi)容較多各內(nèi)容關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，需要理解記憶內(nèi)容多

教材:《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》，陳慈發(fā)等主編，科學(xué)出版社參考教材:孫德文《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》高等教育出版社雷麗文《微機(jī)原理與接口技術(shù)》電子工出版社出版楊素行《微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社姚燕南《微型計(jì)算機(jī)原理》西安電子科技大學(xué)出版社劉樂善《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)原理及應(yīng)用》華中科技大學(xué)出版社《80X86/Pentium處理器硬件、軟件及接口技術(shù)教程》，（美）WALTERA.TRIEBEL著，王克義等譯，清華大學(xué)出版社教學(xué)環(huán)節(jié):課堂教學(xué)：40學(xué)時(shí)

講 授：第一、二、三、四、五、七、八（8255和8253）章上機(jī)實(shí)驗(yàn)：8學(xué)時(shí)作業(yè)：每次課后布置作業(yè)。第一章

微型計(jì)算機(jī)概論1.1微型計(jì)算機(jī)簡介1.2微型計(jì)算機(jī)組成1.3微型計(jì)算機(jī)工作原理1.4計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.1微型計(jì)算機(jī)簡介一、容易混淆的幾個(gè)概念：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)、微處理器運(yùn)算器控制器寄存器微處理器存貯器I/O接口微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件微型計(jì)算機(jī)I/O設(shè)備，電源機(jī)箱等1971年10月，Intel4004（4位微處理器）1972年3月，Intel8008。集成度2000個(gè)管／片，PMOS工藝，10μm光刻技術(shù)。第一代，1971年開始。4位和低檔8位微處理器的時(shí)期，其典型產(chǎn)品有：二、微處理器的發(fā)展1974年3月Motorola：MC6800；MC65021975、76年Zilog： Z80；第二代，1973年開始。8位微處理器時(shí)期，典型產(chǎn)品有：1973年，Intel： Intel8080Intel8085集成度為5400管子／片，6μm光刻技術(shù)。第三代，1978年開始。16位微處理器時(shí)期，其典型產(chǎn)品有：

1978年．Intel8086

首個(gè)16位機(jī)、20位地址線、1M地址空間。1979年，Zilog：Z8000Motorola：MC68000 Intel80286集成度為68000管子／片，3μm光刻技術(shù)。數(shù)學(xué)協(xié)處理器802878028780386第四代，1981年開始，32位微處理器時(shí)期，其典型產(chǎn)品有：1983年 Zilog: Z800001984年 Motorola:MC680201985年 Intel: Intel80386，集成度27.5萬管子／片，1.2μm光刻技術(shù)。80386后出現(xiàn)了許多高性能的32位微處理器。數(shù)學(xué)協(xié)處理器8038780387

1989年Intel公司Intel80486，

1989年Motorola公司MC68030，MC68040

集成度都已超過100萬管子／片，主振頻率達(dá)25－120MHz。

1993年IntelPentium（外部數(shù)據(jù)總線寬64位） 集成度都已超過100萬管子／片，主振頻率達(dá)200MHz。

32位Intel80X86系列1995年，PentiumPro（高能奔騰）集成度達(dá)550萬／片，同片L2Cache256KB。

1997年，PentiumMMX（多能奔騰、簡稱MMX）。1997年5月，PentiumII（PII）MMX指令集的PentiumPro，Slot1接口。片上同頻32KLICache，板上1/2主頻512KL2Cache，兼容MMX，外頻100M。1999年3月，PentiumIII，片上同頻32KLICache和512KL2Cache，兼容MMX，新增70條指令SSE（StreamingSIMDExtensions），其外頻為100M，并向133MHz外頻發(fā)展。OldCeleron

Celeron

2001年，PentiumIV（奔騰IV，P4）主時(shí)鐘達(dá)2000MHz2002年，P4主時(shí)鐘已達(dá)2800MHz。2003年，3.06GHz的P4，采用了超線程（HT）技術(shù)，在一顆物理核心中整合了兩顆邏輯核心，大大提高處理器的效率。在高負(fù)載的多任務(wù)應(yīng)用中能顯出其效能。首款支持超線程處理器：Pentium43.06GHz

第五代：2001年開始，64位微處理器出現(xiàn)并得到應(yīng)用。Itanium(安騰)Intel的第一款64位處理器0.09微米光刻工藝，三級(jí)緩存，其中一級(jí)緩存與二級(jí)緩存都是裝載于核心內(nèi)部，容量分別為32KB與96KB。三級(jí)緩存容量達(dá)到了2MB或4MB。Athlon64AMD第一款64位處理器0.13微米或90納米光刻工藝工作頻率為2.2GHZ，集成1MBL2CACHE，Socket754封裝三、微機(jī)分類方法按字長分類：即按照微處理器單次處理的數(shù)據(jù)長度為分類標(biāo)準(zhǔn)，可分為4位，8位，16位，32位，64位微處理器。（思考為什么沒有40位或者50位的微處理器呢？）按照系統(tǒng)規(guī)模分類： 單片機(jī)，單板機(jī)，個(gè)人計(jì)算機(jī)。單片機(jī)：將CPU、RAM、ROM及I/O接口電路等部件集成在一塊集成電路芯片上，以芯片形式出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)。這是目前使用量最大的一類微型計(jì)算機(jī)。常見的單片機(jī)有Intel51系列，AtmelAVR系列，Motorola的MC系列等。單板機(jī)：在一個(gè)電路板上集成了CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路和一定的輸入輸出設(shè)備，以單塊電路板形式出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)。常見的單板機(jī)有X86架構(gòu)的PC104系統(tǒng)，ARM架構(gòu)的單板機(jī)系統(tǒng)等。個(gè)人計(jì)算機(jī)：所謂“個(gè)人計(jì)算機(jī)”（PCPersonalComputer），是指“由微處理器芯片裝成的、便于搬動(dòng)而且不需要維護(hù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。通常我們所說的個(gè)人計(jì)算機(jī)是指臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)和筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在主流的是X86系列個(gè)人計(jì)算機(jī)和蘋果公司的MAC系列個(gè)人計(jì)算機(jī)。1.2微型計(jì)算機(jī)組成

一、計(jì)算機(jī)的五大部分：按照馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)包括五個(gè)主要的部分，即：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備?？刂破鬟\(yùn)算器中央處理單元外存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口二、微機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)

在微型計(jì)算機(jī)中采用總線結(jié)構(gòu)連接微處理器、輸入/輸出接口、內(nèi)存儲(chǔ)器等部件，它們之間的信息傳遞通過總線進(jìn)行。所謂總線，就是計(jì)算機(jī)中各功能部件間傳送信息的公共通道，它是微型計(jì)算機(jī)的重要組成部分?？偩€結(jié)構(gòu)使微機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)和擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，它是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要特點(diǎn)?？偩€按照功能不同一般分為三類：數(shù)據(jù)總線（DB，DataBus），地址總線(AB，AddressBus)和控制總線(CB，ControlBus)。1.3微型計(jì)算機(jī)工作原理

微型計(jì)算機(jī)是一個(gè)由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的數(shù)字電路系統(tǒng)。微處理器在一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，完成一次操作，一系列的操作完成一定的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。微處理器對指令的執(zhí)行大致可分為三個(gè)步驟:取指令：微處理器從存儲(chǔ)器中將指令讀取到微處理器內(nèi)部，讀取指令首先要確定指令所在的地址，這個(gè)地址由微處理器內(nèi)部的指令指針寄存器存放。分析指令：也稱為指令譯碼，微處理器通過分析讀取的指令了解指令的功能和操作對象等，從而為下一步執(zhí)行做好準(zhǔn)備。執(zhí)行指令：根據(jù)指令分析的結(jié)果，微處理器發(fā)出一系列控制信號(hào)，指揮各部件完成該指令的功能，這樣一條指令的執(zhí)行就結(jié)束了。接著微處理器讀取下一條指令進(jìn)入下一個(gè)指令周期。 如有兩個(gè)數(shù)求和的指令序列如下： MOVAL，[2000H] ADDAL，10H OUT20H，AL 該指令序列在內(nèi)存中存放情況如下： 2000：0000MOVAL，[2000H] 2000：0003 ADDAL，10H 2000：0005 OUT20H，AL

1.指令指針寄存器初始值為CS：IP=2000H：0000H，指向第一條指令。微處理器首先根據(jù)該地址讀取第一條指令MOVAL，[2000H]，并將IP自動(dòng)加3變?yōu)?003H。

2.微處理器對讀得的指令進(jìn)行分析譯碼

3.分析譯碼后根據(jù)指令功能，讀取DS：2000H地址處的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)到AL寄存器。

第一條指令完成后讀取下一條指令，此時(shí)指令指針為CS：IP=2000H：0003H。讀取的指令為ADDAL,10H，IP自動(dòng)加2變?yōu)?005H

該指令被分析譯碼交給運(yùn)算器進(jìn)行加法運(yùn)算并將結(jié)果存在AL寄存器中。第二條指令完成后讀取第三條指令，此時(shí)指令指針為CS：IP=2000H：0005H。讀取的指令為OUT20H，AL

該指令被分析譯碼 微處理器將AL的數(shù)據(jù)傳送給20H端口。比特(bit)：一個(gè)二進(jìn)制信息，它是二進(jìn)制信息的最小單位（0或1），常用字母“b”表示字節(jié)(byte)：由8位二進(jìn)制信息組成，字節(jié)是微機(jī)中分配地址的基本單位，常用字母“B”表示。

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