現(xiàn)代微機技術(shù)課件

現(xiàn)代就加投4

。

主講：許峰\

?mail:xufeng@.c

中原工學(xué)院計算機學(xué)院

教材:

《微型計算機原理與接口技術(shù)》

張五一編著，河南科學(xué)技術(shù)出版社

教學(xué)環(huán)節(jié):

學(xué)

教

46學(xué)時

驗

上

機

實學(xué)時

核14

考

平時+期末考核

?

計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)課特點:

內(nèi)容多，學(xué)時少，進(jìn)度快，難度大，應(yīng)用廣。

講課內(nèi)容:微機原理、匯編語言、接口技術(shù).

：Lid?什

1、課程特點：

學(xué)習(xí)計算機硬件、軟件的工作原理與相關(guān)知識。

課程特點:理論聯(lián)系實際非常緊密的課程，課程內(nèi)容更新極快。

2、觀念轉(zhuǎn)變（教師角色、學(xué)生地位的轉(zhuǎn)變）：

教師角色的轉(zhuǎn)變：

教師從原來以教師為中心的“講解者”的角色轉(zhuǎn)化為學(xué)生

學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、學(xué)生活動的導(dǎo)演者的角色。

學(xué)生地位的轉(zhuǎn)變:

學(xué)生由原來單純聽講、接受灌輸?shù)谋粍拥匚晦D(zhuǎn)化為：有機

尊主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究的主體地位;

3、媒體作用、教學(xué)過程的轉(zhuǎn)變:

媒體作用的轉(zhuǎn)變：

教學(xué)媒體由教師的講解工具轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)知工具；

教學(xué)過程的轉(zhuǎn)變：

教學(xué)過程由傳統(tǒng)的邏輯分析或邏輯綜合,講解說明式的過程

轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

以意義建構(gòu)理論指導(dǎo)下的教學(xué)過程，

并通過意義建構(gòu)形成自己的知識結(jié)構(gòu)，

從而獲得知識，掌握知識。

?

4、學(xué)習(xí)的精髓：

在學(xué)校學(xué)習(xí)的精髓在于：

在學(xué)校的大環(huán)境中，利用校園文化對學(xué)生的影響，實

現(xiàn)：

師生之間在課堂上的相互交流以及學(xué)生之間的相互交流,

在利用別人最好成果的基礎(chǔ)上取得進(jìn)展。

5、抓住教學(xué)過程中的3個環(huán)節(jié)

o上課時要主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究

將上課時的多媒體教案從教師手中轉(zhuǎn)化為自己的認(rèn)知

工具，主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究；

課堂上會布置自學(xué)內(nèi)容，通過自學(xué)從而培養(yǎng)自學(xué)的能

力；

?獨立完成作業(yè)

同學(xué)之間相互交流，一起討論，但一定要獨立完成作

業(yè)；

O實驗課前要預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報告，做到心中有數(shù)，有的放

矢；實驗課后，要寫實驗報告，總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，提高自

己分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)一種嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)作風(fēng)。

*

6.收獲與時間成正比

本課程理論聯(lián)系實際非常緊密，內(nèi)容更新極快。

只能采用解剖麻雀方法，教師在這里只起到拋磚引玉的作用。

因此同學(xué)們學(xué)習(xí)過程中，要花時間去學(xué)習(xí)、思索、實踐，

有機地將本專業(yè)的知識結(jié)合起來，構(gòu)成一個實際系統(tǒng)，解決實

際問題。

收獲與時間成正比,花時間越多，收獲將越大。

,IVKJtS

e

學(xué)習(xí)方法很重要

復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容

課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記

課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)

實驗：充分準(zhǔn)備、勇于實踐

總成績=考試成績+實驗成績+平時成績

考核形式

?平時成績（作業(yè)+實驗+考勤）：50%

?期終考試：50%

：Lid?什

知識就是力量。電子計算機是這種力量的放大器。

而把人類知識予以擴大的機器也會把一切方面的力

量予以擴大。

--費根鮑姆（美）

愿同學(xué)們通過本課程學(xué)習(xí)

在分析問題、解決問題的能力上有所提高!

學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求：合、、

-ErflEr丁帝丁5FrErFTErErEr=g.y

?了解以Intel系列微處理器為基礎(chǔ)的PC機的基本結(jié)構(gòu)（編程

結(jié)構(gòu)）

?掌握Intel系列微處理器的指令系統(tǒng)及尋址方式

?掌握用匯編語言設(shè)計、編寫、調(diào)試和運行程序的方法

?學(xué)會使用DOS和BIOS功能調(diào)用及高級匯編語言技術(shù)

?學(xué)會各種接口的編程技術(shù)

,IVKJtS

相關(guān)課程

Eke沼匚E&

A先修課

?高級語言程序設(shè)計

?計算機組成原理

A后續(xù)課

?計算機控制技術(shù)

,IVKJS:小以計

.機（理及琴口琴宋

典贏焚IBMP濟^機/

基本系統(tǒng)：80^癡U和蘇看體存儲器

i/o接口電路及與外%連接

硬件---接口電路原理

軟件一一接口編程方法

從過時的8086芯片學(xué)起的原因七百的

:JM**■■■*二W4MIH^J-WBM-二

?IA-32結(jié)構(gòu)是完全兼容的。

?8088/8086是Intel80x86系列芯片的基礎(chǔ)。

?構(gòu)造一個小型系統(tǒng)，要采用8086(8088)。

?PC機的存儲器容量已經(jīng)很大，但是基本存儲單元的工作原理沒

有變，構(gòu)成存儲器的原理沒有變，存儲器與CPU的接口原理、接

口方法也沒有變。

?PC機的外設(shè)越來越豐富，但是PC機與外設(shè)的接口方法并沒有

變，中斷的工作原理及中斷處理方法也沒有變。

?PC機主板上已用兩塊專用芯片代替以前大量的接口芯片和中

小規(guī)模集成電路,但是它們?nèi)匀痪哂?255它8250、8253

(8254)、8259和8237等芯片的作用。并且在自行構(gòu)造系統(tǒng)時,

仍然要使用這些通用的接P式五士?—一——

I-IVxdsI卜.戰(zhàn)十1

e

機器語言FORTRAN

BASIC

COBOL

PASCAL

C/C++

JAVA

計算機語言發(fā)展簡史

>IVKJS

e

機器語言：依賴于機器的低級語言，書寫格式為二進(jìn)制代碼。

優(yōu)點、:執(zhí)行速度快，效率高。

我點：表達(dá)的意義不直觀，編寫、閱讀、調(diào)試較困難。

匯編語言：是一種符號語言，與機器語言一一對應(yīng)；使用助記

符表示相應(yīng)的操作，并遵循一定的語法規(guī)則。與機

器語言有類似的優(yōu)、缺點，但比機器語言更易于為

人們所理解。

高級語言：面向人的自然語言，有多種類型。

優(yōu)點：便于閱讀，易學(xué)易用，不涉及硬件，具有通用性。

於點：目標(biāo)代碼冗長，占用內(nèi)存多，從而執(zhí)行時間長，效

率不高，不能對某些硬件進(jìn)行操作。

-

匯編語言的特點:

?面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或計算機系列

專門設(shè)計的。

?保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。

?可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲

器、CPU、I/O端口等。

?目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)

計語言。

?經(jīng)常與高級語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。

-

匯編語言的應(yīng)用：

?70%以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語言編寫

的。

?某些快速處理、位處理、訪問硬件設(shè)備

等高效程序是用匯編語言編寫的。

?某些高級繪圖程序、視頻游戲程序是用

匯編語言編寫的。

下面是兩個小例子，例1是用高級語言VC++編寫的，例2是用匯編

語言編寫的。它們完成相同的功能，即把a、b的內(nèi)容相加賦給c,并在屏

幕上顯示出來。

例#include''stdafx.h''

#include''stdio.h''

1intmain(intargc,char*

argv[])

{inta,b,c;

a=l;

b=2;

c=a+b;d編譯后的目標(biāo)文\

printf(nc=%d\n1,c);'[件達(dá)到3.59KB/

return0;口------------------

——————————————————————————————————一一一一一?

；3r.'.u;、.、』■]|J4ir-?.'..uv

;IVxrfs：心3＜十

例2一———L-?——■一-K'

mov1

1

datasegment1

movb,21

1

1

adb?moval,a1

1

1

bdb?addal9b1

1

1

cdb?movc9al1

leadx,string;

stringdb'c=$'1

1

movah,091

1

dataends1

int21h1

1

1

addc,30h1

1

codesegmentmovdl9c1

1

mainprocfarmovah,21

1

assumecs:code,ds:dataes:lataEt21h1

91

1

movdl,Oah1

start:1

int21h1

pushds1

movdl90dh!----、

1X、

subax,axint21hk、

pushaxret，匯編后的目標(biāo)\

movax,datamainendp、l文件只有208宅J

4movds,axcodeends

1節(jié)一____1

gCmovSiamI

IflVK^S：|r心/十

匯編語言的意義

■速度：對于同一個問題，用匯編語言設(shè)計出的

程序能達(dá)到“運行速度最快”。

■空間：對于同一個問題，用匯編語言設(shè)計出的

程序能達(dá)到“占用空間最少”。

■功能：匯編語言可以實現(xiàn)高級語言難以勝任甚

至不能完成的任務(wù)。

■知識：學(xué)習(xí)匯編語言，有助于對計算機系統(tǒng)的

理解、寫出更好的程序。

北京：機械工業(yè)出版社

?揚季文等，80X86匯編語言程序設(shè)計教程，

北京：清華大學(xué)出版社參

?揚素行，微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用，考

北京：清華大學(xué)出版社文

著陳誼等譯，

?BarryB.Brey獻(xiàn)

Intel系列微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口技術(shù)大全

------80X86、Pentium和PentiumPro,

北京：機械工業(yè)出版社，1998.1

?沈美明溫冬嬋，IBM-PC匯編語言程序設(shè)計

北京：清華大學(xué)出版社

?戴梅萼，微型計算機技術(shù)及應(yīng)用，

北京：清華大學(xué)出版社

。..育一5可■??心?怎麗

I：Brx水!仃3十

-請?zhí)釋氋F意見和建設(shè)?

Feelfreetoexpressyourself!

.Er丁江Fr『47*FT丁工？^￡

：Bac^s-U^z-f-

微型的案機系疣概述

教學(xué)重點

?微型計算機的系統(tǒng)組成

OIBMPC系列機的主機板

i.i計算機的發(fā)展和應(yīng)用「

=至*?TTTT^TifrSA.

?1946年，世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)字式電子計算機

ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計算器）。

40年代的編程方法

馮?諾依曼結(jié)構(gòu)：

諾依曼計算機的工作原理可概述為：

“存儲程序”+“程序控制”

要點：

1.以二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令（程序）

2.先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取

并執(zhí)行

3.由控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出

設(shè)備五部分組成。

?

控制器：負(fù)責(zé)控制并協(xié)調(diào)各部件的工作，使計算機能自動地

執(zhí)行程序?？刂破鲝拇鎯ζ黜樞虻厝〕鲋噶?，并對指令代

碼進(jìn)行翻譯，然后向各部件發(fā)出相應(yīng)的命令，使指令規(guī)定

的操作得以執(zhí)行。因此，控制器是統(tǒng)一指揮和控制計算

機各部件進(jìn)行工作的中央機構(gòu)。

輸入設(shè)備：負(fù)責(zé)把用戶的程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機的存儲器

中。

輸出茗備：負(fù)責(zé)從計算機中取出程序執(zhí)行結(jié)果或其它信息，

供用戶查看。

存儲器：是實現(xiàn)記憶功能的部件。數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代

碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指

定，地址碼也是二進(jìn)制形式

運算器：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的算術(shù)運算和邏輯運算，即數(shù)據(jù)的加工

,yCJJ-

/—一0

?IVxds-LAGZ十

計算機發(fā)展簡史

1.根據(jù)使用的基本電子器件，計算機經(jīng)歷了四個階段:

電子管計算機?用機器語言、匯編語言編寫程

(1946—1956)?用于軍事和國防尖端技術(shù)

?開始使用高級語言

晶體管計算機主

(1957—1964)?開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和

其它科學(xué)領(lǐng)域要

集成電路計算機?采用微程序、流水線等技術(shù)，特

提高運行速度

(1965—1970)占

?出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件八、、

超大規(guī)模集成?采用半導(dǎo)體存儲器

電路計算機?采用圖形界面操作系統(tǒng)

(1971—至今)?器件速度更快,軟件、外設(shè)更加豐富

二

：IVxds;U(&xT

2.計算機的兩個方向發(fā)展:

?研制高速度、強功能的巨型機和大型機

適應(yīng)軍事和尖端科學(xué)的需要。

?研制價格低廉的超小型機和微型機

開拓應(yīng)用領(lǐng)域和占領(lǐng)更廣大的市場。

微型計算機是第四代計算機的典型代表。

nuR&JZS才ErEr丁時。^仁=**^口舄?F

?計算機的特點

O運算速度快。

O計算精度高。

O具有“記憶”和邏輯判斷功能。

O能自動運行且具備人機交互功能。

L2計算機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理匕的

=盂_?融清FTEr=匚

輸入信息

數(shù)據(jù)信息

控制信息

＜,IVKJS:小以計

微機的工作過程

e

計算機的工作原理是：“存儲程序”+“程序控制”

CPU總線內(nèi)存

地，程

寄存器組IP

指令址/序

寄地址總線

指針AB&

寄存器存

器

顯數(shù)據(jù)總線DB―

數(shù)據(jù)暫存器：>/數(shù)

，據(jù)

指令寄存器

指令譯碼器

一控缶U總線CB.

標(biāo)志

控制電路>

寄存器

:小以計

CPU

地

址

總

地o

線

址o

AB譯O

碼K

器2

存而一,h

1.3微型計算機的發(fā)展概況*

?發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，

產(chǎn)生了微型計算機。

?1971年，Intel公司設(shè)計了世界上第一個微處理器

芯片Intel4004,開創(chuàng)了一個全新的計算機時代。

以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主

要部件，以集最了計算機主要部件----控

制器和運算器的微處理器為核心所構(gòu)造

出的計算機系統(tǒng)。

MI

：Bac^s-U^Z-f-

微處理器飛速發(fā)展

微處理器的產(chǎn)生、發(fā)展和分類「A

TWBSHBiVTjO^BS

?第1代：4位和低檔8位微機

?4004—4040—8008

?第2代：中高檔8位微機

?Z80、18085、M6800,Apple-H微機

O第3代：16位微機

?8086—8088—80286,IBMPC系列機

?第4代：32位微機

?80386—80486一上道uxn-PentiumII/III/4

?32位PC機、Macintosh機、PS/2機

?第5代：64位微機

?Itanium.64位RISC微處理器芯片

k?微機服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站

第一代

4位和低檔8位機

第二代、

中高檔8位機＞1974-1978）

第三代、、

16位機）（1978/981）

特點:第四代（1981-

1、速度越來越快。32位機）1992）

、容量越來越大。

2第五代

3、功能越來越強。64彳五機

微型計算機的分類

1）按構(gòu)成分類

2）按CPU的字長分類

3）按主機裝置分類

n言Kgrgs清ErG*Er丁拓=￡_^=^73111^^三電￡_^￡：

：IVxds;U(&xT

1）按構(gòu)成分類單片機、單板機、多板機

*單片機

?將CPU、內(nèi)存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上,

構(gòu)成具備基本功能的計算機，稱單片機。

?特點：超小型、高可靠性、價廉

?應(yīng)用：智能儀表、工業(yè)實時控制、家用電器等

?產(chǎn)品：Intel的8051、8096/8098系列（有選修課）

Motorola的6801、6805系列

Hitachi（日立）的H8S、SH系列（有選修課）

來單板機e

?將CPU、內(nèi)存、I/O接口及其它輔助電路

全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機。

?特點：結(jié)構(gòu)簡單、價廉

?應(yīng)用：過程控制、數(shù)據(jù)處理

?產(chǎn)品：TP-801以Z80CPU為核心的單板機

80年代各院?！拔C原理”的實驗機

kErEr丁曠

：IVxds;U(&xT

n*多板機e

?把CPU、內(nèi)存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，

各印刷板插在主機板的總線插槽上，

通過系統(tǒng)總線連接起來，構(gòu)成多板機。

?特點：見前面微型計算機的特點-

?產(chǎn)品：IBMPC/XT、486機、Pentium機等

90年代以來各院?！拔C原理”和計算機硬件的實驗機

,IVKJtS

2）按CPU的字長分類

CPU的性能可以用兩個主要參數(shù)來描述:

速度：用CPU的工作頻率表示，單位MHz

「CPU內(nèi)部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)

寬度：J外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)

〔地址總線寬度：地址線的根數(shù)

CPU內(nèi)部的寄存器寬度可用字長描述

?按CPU的字長，微機可分為：

4yf五機、8^（五機、16^（立機、32d五機

：LXK^S

以Intel公司生產(chǎn)的80x86為例:

------------最大主頻.

推出CPU寄存器數(shù)據(jù)線地址線

年代芯片位數(shù)寬度寬度MHz

1971.114004440.1

1972.4800888J140.2-

1974.4808088162

1978.6808616162010

1979.68088..168208

1982.28028616162416

1985.108038632323233

1989.48048632323266

1993.3Pentium3264*32”100

“32

1995.11PentiumPro32'164200

1997.5PentiumII326436450

1999.2Pe?tin單祖―LOO0

「1*

3）按主機裝置分類

桌上型：臺式電腦

便攜型：筆記本、掌上電腦等

微型計算機的特點

?體積小，重量輕，耗電小

?可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活，價格低

?研制周期短，產(chǎn)品系列化，便于選購

?應(yīng)用面廣:

科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理，事務(wù)管理，教學(xué)培訓(xùn)

計算輔助設(shè)計和制造，家庭娛樂，網(wǎng)絡(luò)通信

與相應(yīng)時期的大型機相比：

?速度相對低

?功能相對低

在字長位數(shù)，內(nèi)存容量，尋址方式，指令條數(shù)，

5中斷終也卷西塞寄存器數(shù)量葺立迎都王典L——

—X；,.U—；".IJll|J4ir-?.'..14'9

：IVxds：l

微型計算機的應(yīng)用《石》

MMHa*JM*；^*MMaMCMBW-

1HBl1H141all1H1HBi1H111Hl

?計算機應(yīng)用通常分成如下各個領(lǐng)域

?科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理，實時控制

?計算機輔助設(shè)計，人工智能，……

O由于微型計算機具有如下特點

?體積小、價格低

?工作可靠、使用方便、通用性強……

?所以，可以分為兩個主要應(yīng)用方向

?IVxds;U&ZT

微型計算機應(yīng)用的兩個方向已方》

^Baw4^*Mva^^gpaMB—

?用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向

?通用微機，例如：PC微機

?功能越強越好、使用越方便越好

O用于過程控制及智能化儀器儀表方向

?專用微機，例如：工控機、單片機

.?可靠性高、實時性強V\?

?程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小\

/x\

將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、

I/O接口）都集成在一個微處理器芯片中

例如：常用的MCS-51、MCS-96

Ik-------------------------------------------」

我一：.―/W.>-^73加一；』，…&L1v->>■■■■.J

j-IVK^S;LA“十

微型計算機的系統(tǒng)組成

微型計算機系統(tǒng)

計算機的硬件和軟件

運算器?

1微處理器控制器

RAM

內(nèi)存儲器

r微型計算機<ROM

輸入/輸出接口r電路

r數(shù)據(jù)總線

硬件V系統(tǒng)總線地址總線

控制總線

I外圍設(shè)備----鍵盤/顯示器、打印機、磁帶

機、磁盤機、D/A、A/D轉(zhuǎn)換

器

微型計算機廠監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)

匯編程序

系統(tǒng)軟件V

解釋程序

I編譯程序

機器語言

軟件

程序設(shè)計語言<匯編語言

高級語言

應(yīng)用軟件、軟件包、數(shù)據(jù)庫

軟硬件之間的相互關(guān)系

(1)硬件是基礎(chǔ)，軟件依賴于硬件的存在而發(fā)生

作用。

(2)軟件是靈魂，是硬件功能的擴充和完善。

(3)硬件和軟件相互滲透，相互促進(jìn)，并可以相

互轉(zhuǎn)化。

?IVxds;U&ZT

微型計算機的硬件組成

系統(tǒng)總線BUS

系

處?地址總線AB

統(tǒng)

理

?數(shù)據(jù)總線DB

總

器

線

子?控制總線CB

形

系

成

統(tǒng)存儲器I/O接口

1.微處理器'

2.存儲器

3.I/O設(shè)備和

I/O設(shè)備I/O接口

4.系統(tǒng)總線

微型計算機的系統(tǒng)組成

,1VK3S

輸輸

存

入出

I/O

I/O

儲I

設(shè)設(shè)

接

接

器備㈡?zhèn)?/p>

口

口

數(shù)據(jù)總線DB

控制總線CB

構(gòu)

「微機的硬件由CPU、存儲器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；

成

部輸入/輸出設(shè)備通過輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

件（輸入/輸出接口簡稱I/O接口）

＜各部件通過總線連接。

中央處理器CPU

?計算機的核心部件

用來實現(xiàn)指令的自動裝入和自動執(zhí)行,

實現(xiàn)計算機本身的自動化。

地址總線AB

輸

輸

存

出

I/O入I/O

接

儲

設(shè)

設(shè)

口接

器

備

CPU備口

,IVKJS

存儲器

存儲器是計算機的重要組成部分，是存放數(shù)據(jù)和程

序的部件，有了它計算機才具有記憶功能。在程序執(zhí)行之

前，要把程序和原始數(shù)據(jù)送到存儲器中保存下來；在程序

執(zhí)行過程中，它向控制器提供指令代碼，然后根據(jù)計算的

需要，隨時向運算器提供數(shù)據(jù)，并把運算的中間結(jié)果及最

后結(jié)果存儲起來，從而保證計算機能脫離人的干預(yù)，按照

程序自動地進(jìn)行進(jìn)行工作。

;IVK^S!仃