第1章 概述-D15教材

1微機(jī)原理與接口技術(shù)

教學(xué)安排課時(shí):40+8+16學(xué)時(shí)教材:微機(jī)原理與接口技術(shù)(北京交大出版社)教師:戴勝華

電信學(xué)院9教南107TEL：51683005/p>

EMAIL：dsh@請(qǐng)使用課程平臺(tái)答疑時(shí)間、地點(diǎn)：每周一19:30-21:30、南4062教材:微機(jī)原理與接口技術(shù)3下面的圖片是….?4教學(xué)內(nèi)容微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)32位微處理器結(jié)構(gòu)80X86匯編語(yǔ)言原理及應(yīng)用80X86的指令系統(tǒng)和尋址方式匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)5

微機(jī)接口技術(shù)存儲(chǔ)器中斷控制輸入輸出接口技術(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)總線與人機(jī)接口CPU及總線技術(shù)人機(jī)接口技術(shù)及多媒體技術(shù)6參考書(shū)Intel系列微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口技術(shù)大全(美)BarryB.Brey著機(jī)械工業(yè)出版社2005.4第6版

其它的X86的教材(著名大學(xué)、大的出版社、最近出版的)7Intel系列微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口技術(shù)大全8緒論本課程的特點(diǎn)注重原理，結(jié)合應(yīng)用本課程的學(xué)習(xí)方法記憶指令，上機(jī)調(diào)試，自學(xué)與聽(tīng)講結(jié)合本課程學(xué)習(xí)注意問(wèn)題既要注重細(xì)節(jié)，也要注重全局概念克服枯燥，結(jié)合原理探討有關(guān)應(yīng)用9

本課程的組成軟件,主要指80X86的軟件體系結(jié)構(gòu)下匯編語(yǔ)言指令及編程硬件,主要指80X86處理器、中斷、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、I/O接口電路、總線、人機(jī)接口等10第1章微處理器和微型計(jì)算機(jī)概論主要內(nèi)容微型計(jì)算機(jī)及其發(fā)展概述微型計(jì)算機(jī)的一般結(jié)構(gòu)INTEL微處理器結(jié)構(gòu)的發(fā)展及主要性能指標(biāo)11第1節(jié)微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)：微型計(jì)算機(jī)芯片：微型計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，工作站、個(gè)人PC機(jī)、單板機(jī)和單片機(jī)12

個(gè)人PC機(jī)的發(fā)展1982年，IBMPC機(jī)，INTEL8086CPU1983年，IBMPC/XT（擴(kuò)展型）8088CPU1984年，IBMPC/AT（增強(qiáng)型）80286CPU1985年，PC/386INTEL80386CPU1990年，PC/486INTEL80486CPU1993年，奔騰機(jī)(586)INTELPentinmCPU1995年，686,INTELPentinmProCPU……不斷的追求速度、降低成本、減小體積、降低功耗13摩爾定律(Moore'sLaw)

英特爾處理器2015年：14nm工藝

估計(jì)到2030年將進(jìn)入1.6nm工藝如果目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，這將再次證明摩爾定律(Moore'sLaw)還依然有效，并指導(dǎo)著半導(dǎo)體工藝發(fā)展。14Intel65nm與45nm工藝153D晶體管16Intel在Hillsboro,Ore.,campus的研發(fā)中心，成功安裝業(yè)界第一臺(tái)商業(yè)運(yùn)行的極度紫外光石版照相設(shè)備！Intel采用這種設(shè)備在0.032微米制程的晶圓上刻畫(huà)金屬電路。

17建造生產(chǎn)14納米晶體管的工廠.

18INTELCPU19INTELCPU核心架構(gòu)

20

INTEL芯片組芯片組是構(gòu)成主板電路的核心，Intel芯片組是專(zhuān)門(mén)為英特爾的處理器設(shè)計(jì)的，用來(lái)連接CPU與其他的設(shè)備如內(nèi)存、顯卡等。芯片組是"南橋"和"北橋"的統(tǒng)稱(chēng)，就是把以前復(fù)雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內(nèi)的芯片組。如果說(shuō)中央處理器（CPU）是整個(gè)電腦系統(tǒng)的大腦，那么芯片組將是整個(gè)身體的心臟。21

能夠生產(chǎn)芯片組的廠家有INTEL（美國(guó)英特爾）VIA（中國(guó)臺(tái)灣威盛）SiS（中國(guó)臺(tái)灣矽統(tǒng)）ULI（中國(guó)臺(tái)灣宇力）ALi（中國(guó)臺(tái)灣揚(yáng)智）AMD（美國(guó)超微）+ATINVIDIA（美國(guó)英偉達(dá)）等以英特爾、AMD以及NVIDIA的芯片組為常見(jiàn)。22Inteli7+Z7723IntelZ77框架圖24Intel新芯片組25Intel?酷睿?i7處理器

1.基于IntelCore微架構(gòu)

2.2-8顆核心。

3.內(nèi)置三通道DDR3內(nèi)存控制器。

4.每顆核心獨(dú)享256KB二級(jí)緩存。

5.8MB共享三級(jí)緩存。

6.SSE4.2指令集（七條新指令）。

7.超線程技術(shù)。

8.Turbomode（自動(dòng)超頻）。

26INTELI7

27第2節(jié)微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)的硬件體系結(jié)構(gòu)仍采用馮?諾依曼建立的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件由五大部分組成：1.運(yùn)算器2.控制器3.存儲(chǔ)器4.輸入設(shè)備5.輸出設(shè)備其中運(yùn)算器和控制器合稱(chēng)微處理器MPU(或CPU)。輸入設(shè)備和輸出設(shè)備合稱(chēng)Ｉ/O設(shè)備。28微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)I/O設(shè)備

I/O

接口存儲(chǔ)器ALU控制器取指讀程序數(shù)據(jù)結(jié)果程序數(shù)據(jù)結(jié)果取存I/O命令操作命令寫(xiě)存29總線包括地址總線AB(ADDRESSBUS)、數(shù)據(jù)總線DB(DATABUS)和控制總線CB(CONTROLBUS)。

數(shù)據(jù)總線DB用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)信息，由于數(shù)據(jù)信息可在MPU和存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備之間相互傳遞，故為雙向總線。

地址總線AB用于傳送MPU發(fā)出的地址信息，是單向總線。微機(jī)中存儲(chǔ)單元I/O設(shè)備都有地址，在交換信息前，MPU先通過(guò)傳送地址信息找尋所需交換信息的存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備，然后經(jīng)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行信息的交換。

控制總線CB用來(lái)傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，由于有的信號(hào)由MPU發(fā)向存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備，有的信號(hào)由存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備發(fā)向MPU，故控制總線從整體上看是雙向的。30微型計(jì)算機(jī)總線CPU定時(shí)電路接口接口ROMRAMI/O接口輸出設(shè)備輸入設(shè)備DMA地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線并行接口串行接口定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷控制器31經(jīng)典的PC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32第3節(jié)數(shù)字化信息編碼與數(shù)據(jù)表示1．十進(jìn)制日常生活中最常見(jiàn)的是十進(jìn)制數(shù)，用十個(gè)不同的符號(hào)來(lái)表示：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，稱(chēng)為代碼。

2．二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)只有兩個(gè)代碼“0”和“1”，所有的數(shù)據(jù)都由它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。二進(jìn)制數(shù)據(jù)在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，遵守“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”的原則。

3．十六進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)采用0~9和A、B、C、D、E、F六個(gè)英文字母一起構(gòu)成十六個(gè)代碼。

33不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換1．二進(jìn)制與十進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)要轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)非常簡(jiǎn)單，只需將每一位數(shù)字乘以它的權(quán)2n，再以十進(jìn)制的方法相加就可以得到它的十進(jìn)制的值（注意，小數(shù)點(diǎn)左側(cè)相鄰位的權(quán)為20，從右向左，每移一位，冪次加1）。【例】（10110.011）B=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=（22.375）D34十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制采用的是倒除法，即“除2取余”的方法。具體過(guò)程介紹如下：（1）將十進(jìn)制數(shù)除2，保存余數(shù)。（2）若商為0，則進(jìn)行第三步，否則，用商代替原十進(jìn)制數(shù)，重復(fù)第1步。（3）將所有的余數(shù)找出，最后得到的余數(shù)作為最高位，最先得出的余數(shù)作為最低位，由各余數(shù)依次排列而成的新的數(shù)據(jù)就是轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的結(jié)果。35【例】將（236）D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖所示。圖將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制數(shù)362．二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變成十六進(jìn)制數(shù)由于16=24，所以在將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，從最右側(cè)開(kāi)始，每四位二進(jìn)制數(shù)劃為一組，用一位十六進(jìn)制數(shù)代替，也稱(chēng)為“以四換一”；十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)正好相反，一位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)替換，也稱(chēng)“以一換四”。將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變成十六進(jìn)制數(shù)373．十六進(jìn)制與十進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換

十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換時(shí)，可以分成兩步完成：將待轉(zhuǎn)換的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，然后再將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。38計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示方法1．原碼一個(gè)二進(jìn)制數(shù)同時(shí)包含符號(hào)和數(shù)值兩部分，用最高位表示符號(hào)，其余位表示數(shù)值，這種表示帶符號(hào)數(shù)的方法為原碼表示法。2．反碼反碼是另一種表示有符號(hào)數(shù)的方法。對(duì)于正數(shù)，其反碼與原碼相同；對(duì)于負(fù)數(shù)，在求反碼的時(shí)候，除了符號(hào)位外，其余各位按位取反，即“1”都換成“0”，“0”都換成“1”。393．補(bǔ)碼補(bǔ)碼是表示帶符號(hào)數(shù)的最直接方法。對(duì)于正數(shù)，其補(bǔ)碼與原碼相同；對(duì)于負(fù)數(shù)，則其補(bǔ)碼為反碼加1。

4．?dāng)?shù)的小數(shù)點(diǎn)表示法（1）數(shù)的定點(diǎn)表示（2）數(shù)的浮點(diǎn)表示

40純小數(shù)如圖1-6所示，純整數(shù)如圖1-7所示。階符階

碼數(shù)符尾

數(shù)計(jì)算機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的表示

41第4節(jié)數(shù)的編碼方法

BCD—十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼BCD碼是以四位二進(jìn)制的不同組合表示十進(jìn)制數(shù)的十個(gè)數(shù)碼的方法。十進(jìn)制BCD碼十進(jìn)制BCD碼0000050101100016011020010701113001181000401009100142ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)又稱(chēng)美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼，是7位二進(jìn)制編碼。它總共可表示128個(gè)符號(hào)，包括26個(gè)英文大寫(xiě)字母，26個(gè)英文小寫(xiě)字母，0~9共10個(gè)數(shù)字，32個(gè)通用控制字符和34個(gè)專(zhuān)用字符。(P5)43

漢字編碼1981年公布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《信息交換用漢字編碼》（GB2312-80）規(guī)定了漢字的編碼，即國(guó)際碼。

每個(gè)漢字由兩個(gè)字節(jié)表示，每個(gè)字節(jié)用7位二進(jìn)制碼，最高位為0，例如：字符“大”的國(guó)際碼為：0011010001110011為了使?jié)h字編碼和常用的ASCII碼相區(qū)別，漢字編碼在機(jī)器內(nèi)的表示與國(guó)際碼不同，形成漢字的內(nèi)碼。一種機(jī)器常用若干種漢字輸入方法，但其內(nèi)碼是統(tǒng)一的。通常內(nèi)碼是由國(guó)際碼的兩個(gè)字節(jié)最高位置“１”構(gòu)成的。例如，漢字“大”的內(nèi)碼為：

101101001111001144第5節(jié)IBMPC系列微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PC系列微機(jī)又稱(chēng)80X86（或X86）系列微機(jī)是指以Intel公司的CPU系列芯片為微處理器的微機(jī)系統(tǒng)，包括IBMPC、PC/XT，PC/AT，386，486，586…微機(jī)等。PC系列微機(jī)系統(tǒng)由主機(jī)箱、鍵盤(pán)、顯示器和打印機(jī)等幾個(gè)主要部分構(gòu)成。其中主機(jī)箱包括：?主板（Mainboard)，又稱(chēng)系統(tǒng)板、母板?顯示適配器卡（又稱(chēng)顯卡）?軟、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器及其適配器卡?其它接口電路?電源

45機(jī)箱結(jié)構(gòu)型式?臺(tái)式機(jī)箱?一體機(jī)?筆記本主板結(jié)構(gòu)>>按所配用的CPU不同分為：XT主板、AT主板、386主板、486主板、Pentium主板……>>按使用總線不同分為：ISA總線主板、PCI總線、PCI-E主板46第6節(jié)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1、字長(zhǎng)指計(jì)算機(jī)內(nèi)部一次可處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。2、存儲(chǔ)器容量

:一般以字節(jié)為單位來(lái)表示。3、運(yùn)算速度有幾種不同的運(yùn)算速度的計(jì)算方法：（1）MIPS方法: 以每秒能執(zhí)行幾百萬(wàn)條指令來(lái)衡量。（2）最短指令法:以執(zhí)行時(shí)間最短的指令為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算（3）直接計(jì)算法:根據(jù)主頻和指令的執(zhí)行所需的時(shí)鐘周期直接計(jì)算指令執(zhí)行的時(shí)間。4、擴(kuò)展能力和外設(shè)配置。5、軟件配置。47第7節(jié) 微機(jī)中應(yīng)用的幾項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)1、流水線技術(shù)

將每條指令分解為多