湖南科技大學(xué)微機(jī)技術(shù)01微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述.ppt

1、微機(jī)原理及接口技術(shù),主講：沈洪遠(yuǎn) 助課：謝道文,自我介紹,課程介紹,名 字：沈洪遠(yuǎn) 住 址：南校區(qū)30-202# 辦 公 室：信息樓 四樓411# 電 話：58290042-811(辦) 58290696（宅）,第0章緒論,課程介紹,數(shù)字電子計(jì)算機(jī),一、計(jì)算機(jī)構(gòu)成：軟件和硬件,軟件系統(tǒng)、管理和應(yīng)用 硬件微機(jī)及外圍接口,微機(jī) 原理 及 接口 技術(shù),課程介紹,典型機(jī)型：IBM PC系列機(jī),基本系統(tǒng)：8088CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,I/O接口電路及與外設(shè)的連接,硬件接口電路原理 軟件接口編程方法,課程內(nèi)容,章節(jié)目錄 計(jì)劃學(xué)時(shí) 第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述4 第2章 微處理器指令系統(tǒng) 6 第3章 匯編語(yǔ)言

2、程序設(shè)計(jì) 10 第4章 微處理器外部特性4 第5章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其接口2 第6章 基本輸入輸出接口2 第7章 總線及總線接口 2,二、課程內(nèi)容,章節(jié)目錄（續(xù)） 計(jì)劃學(xué)時(shí) 第8章 中斷控制接口6 第9章 定時(shí)計(jì)數(shù)控制接口4 第10章 DMA控制接口4 第11章 并行接口4 第12章 串行通信接口4 第13章 模擬接口4,課程內(nèi)容,課程介紹,三、本課程的性質(zhì)、目的、任務(wù),性質(zhì)：電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課 目的：熟悉微機(jī)與接口的基本工作原理，接 口設(shè)計(jì)制作編程（硬件與軟件）。 任務(wù)：經(jīng)本課的學(xué)習(xí)，通過(guò)本課的學(xué)習(xí)，能熟 悉微機(jī)的運(yùn)行原理，設(shè)計(jì)制作一般的接口卡，編制機(jī)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。,專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課 硬

3、件系列課程之一 計(jì)算機(jī)組成原理 微機(jī)原理及接口技術(shù) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 指定選修課 以技術(shù)為主 面向應(yīng)用 軟硬件相結(jié)合,課程特點(diǎn),區(qū)別,四、先修課程 模電、數(shù)電 提供硬件基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ) 提供計(jì)算機(jī)操作、使用 掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ) 建立必備軟件基礎(chǔ) 掌握程序、可執(zhí)行文件知識(shí),先修課程,五、學(xué)習(xí)方法 多記、多練、多翻書(shū)、多查資料、 能者為師，不恥下問(wèn)。 復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容 課堂：聽(tīng)講與理解、適當(dāng)筆記 課后：認(rèn)真讀書(shū)、完成作業(yè) 實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勤于實(shí)踐 總成績(jī)考試成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī),學(xué)習(xí)方法,六、教材與教參 錢(qián)曉捷, 陳濤微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.

4、 2005. 雷麗文,朱曉華,蔡征宇. 微機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京: 電子工業(yè)出版社. 1997. 周明德. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用M.北京:人民郵電出版社. 2007. 劉樂(lè)善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.武漢:華中科技大學(xué)出版社.2001.,學(xué)習(xí)資源,第 1 章,第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,教學(xué)重點(diǎn) 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成 IBM PC系列機(jī)的主機(jī)板,1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用,1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器） 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(jì)算機(jī) 1971年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片Intel4004

5、，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代,世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)“科洛薩斯”誕生于英國(guó)，“科洛薩斯”計(jì)算機(jī)是1943年3月開(kāi)始研制的，當(dāng)時(shí)研制“科洛薩斯”計(jì)算機(jī)的主要目的是破譯經(jīng)德國(guó)“洛倫茨”加密機(jī)加密過(guò)的密碼。使用其他手段破譯這種密碼需要6至8個(gè)星期，而使用“科洛薩斯”計(jì)算機(jī)則僅需6至8小時(shí)。1944年1月10日，“科洛薩斯”計(jì)算機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。自它投入使用后，德軍大量高級(jí)軍事機(jī)密很快被破譯，盟軍如虎添翼。“科洛薩斯”比美國(guó)的ENIAC計(jì)算機(jī)問(wèn)世早兩年多，在二戰(zhàn)期間破譯了大量德軍機(jī)密，戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，它被秘密銷(xiāo)毀了，故不為人所了解。 1943年開(kāi)始在美賓夕法尼亞大學(xué)開(kāi)始研制，1946年完成，ENIAC (Elect

6、ronic Numerical Integrator and calculator)30噸重，18000多電子管、耗電量100KW以上。,注釋,注釋,馮諾依曼由ENIAC機(jī)研制組的戈?duì)柕滤雇⒅形窘榻B參加ENIAC機(jī)研制小組后，便帶領(lǐng)這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員，向著更高的目標(biāo)進(jìn)軍。1945 年，他們?cè)诠餐懻摰幕A(chǔ)上，發(fā)表了一個(gè)全新的“存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer的縮寫(xiě)）”。在這過(guò)程中，馮諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)，充分發(fā)揮了他的顧問(wèn)作用及探索問(wèn)題和綜合分析的能力。EDVAC方案明確

7、奠定了新機(jī)器由五個(gè)部分組。 馮諾依曼程序存貯計(jì)算機(jī)。1946年7，8月間，馮諾依曼和戈?duì)柕滤雇ⅰ⒉怂乖贓DVAC方案的基礎(chǔ)上，為普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究所研制IAS計(jì)算機(jī)時(shí)，又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探。,1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,第1代：4位和低檔8位微機(jī) 400440408008 第2代：中高檔8位微機(jī) Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī) 第3代：16位微機(jī) 8086808880286，IBM PC系列機(jī),1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（續(xù)）,第4代：32位微機(jī) 8038680486PentiumPentium II Pentium III Pen

8、tium 4 32位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī) 第5代：64位微機(jī) Itanium、64位RISC微處理器芯片 微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域 科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能， 由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn) 體積小、價(jià)格低 工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng) 所以，可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向 通用微機(jī)，例如：PC微機(jī) 功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好 用于過(guò)程控制及嵌入應(yīng)用方向 專(zhuān)用微機(jī)，例如：工控機(jī)、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器 可靠性高、實(shí)

9、時(shí)性強(qiáng) 程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小,1.2 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成,區(qū)別,1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件組成,微處理器子系統(tǒng) 存儲(chǔ)器 I/O設(shè)備和I/O接口 系統(tǒng)總線,系統(tǒng)總線,總線是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線 總線是傳送信息的公共通道 微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件 總線信號(hào)可分成三組 地址總線AB：傳送地址信息 數(shù)據(jù)總線DB ：傳送數(shù)據(jù)信息 控制總線CB ：傳送控制信息,總線信號(hào),地址總線AB 輸出將要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或I/O端口的地址 地址線的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍 數(shù)據(jù)總線DB CPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往CPU CPU寫(xiě)操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往外部 數(shù)

10、據(jù)線的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù) 控制總線CB 協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號(hào) 控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等,舉例,舉例,特點(diǎn),1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng),為什么采用匯編語(yǔ)言？,1.3 IBM PC系列機(jī)系統(tǒng),16位IBM PC系列機(jī)是32位微機(jī)的基礎(chǔ),8088CPU,IBM PC機(jī),IBM PC/AT機(jī),IBM PC/XT機(jī),1.3.1 硬件基本組成,16位和 32位PC機(jī)的基本部件相同,1.3.2 主機(jī)板組成,微處理器子系統(tǒng) 8088：16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、8位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線、4.77MHz主頻 存儲(chǔ)器 ROM-BIOS、主體為RAM

11、 I/O接口控制電路 8259A、8253、8237A、8255等 I/O通道 62線的IBM PC總線,1.3.3 存儲(chǔ)空間的分配,常規(guī)內(nèi)存：1MB 基本RAM區(qū)：640KB 保留RAM區(qū)：128KB 擴(kuò)展ROM區(qū)：128KB 基本ROM區(qū)：128KB 擴(kuò)展內(nèi)存：用作RAM區(qū),1.3.4 I/O空間的分配,80 x86訪問(wèn)外設(shè)時(shí)，只使用低16位A0A15，尋址64K個(gè)8位I/O端口 PC機(jī)僅使用低10位A0A9，尋址1024個(gè)8位I/O端口,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和碼,1.4.1數(shù)制 計(jì)數(shù)制 一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制 十進(jìn)制 符號(hào)：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 基數(shù)：N=10 位權(quán)：10n,1

12、0n-1,103,102,101,100,10-1, 10-2,10-3、 例：1234.567=1x103+2x102+3x101+ 4x100 +5x10-1+ 6x10-2+ 7x10-3,S=anNn+a0+b1N-1+b2N-2+bmN-m 二、 二進(jìn)制 符號(hào)：0 1 底數(shù)：N=2 位權(quán)： 從小數(shù)點(diǎn)向左起1、2、4、8、16、32、 從小數(shù)點(diǎn)向右起0.5、0.25、0.125、0.0625、 1、四則運(yùn)算 例 2、優(yōu)點(diǎn) 1）0 1 二態(tài) 2）簡(jiǎn)單 3）貯藏方便 4）分析簡(jiǎn)單,3、二翻十 （1011）2=1x23 + 0 x22+ 1x21 + 1x20 請(qǐng)記?。?28 =256 21

13、0=1024 1K 216=65536 64K 220=1048576 約106 1M 230 約109 1G 240 約1012 1T 4、十翻二 整數(shù)：除2倒取余 小數(shù)：乘2正取整,三、八進(jìn)制 符號(hào)：0 1 2 3 4 5 6 7 底數(shù)：N=8 位權(quán)： 從小數(shù)點(diǎn)向左起80 、 81、82、83、84、 從小數(shù)點(diǎn)向右起8-1、8-2、8-3、8-4、. 1、八翻十 2、十翻八 整數(shù)：除8倒取余 小數(shù)：乘8正取整 例： 3、八翻二與二翻八 一位八制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù) 例：123.67=001 010 011.110 111,四、十六進(jìn)制 符號(hào)：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C

14、 D E F 底數(shù)：N=16 位權(quán)：從小數(shù)點(diǎn)向左起161、162、163、164、 從小數(shù)點(diǎn)向右起16-1、16-2、16-3、16-4、. 1、十六翻十 12AB.CD= 1x163+ 2x162+ 10 x161+ 11x160 + 12x16-1+ 13x16-2 2、十翻十六 整數(shù)：除16倒取余 小數(shù)：乘16正取整 3、十六翻二與二翻十六,四位二進(jìn)制對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制 1A.2B=0001 1010 .0010 1011 五、BCD數(shù) 二十進(jìn)制數(shù) 用二進(jìn)制表示的十進(jìn)制數(shù),1、加法 （加6調(diào)整） 12+13=15 0001 0010+0001 0011=0001 0101 19+16=35

15、 0001 1001+0001 0110=0011 1001,0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100,5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001,12+13=25,19+16=35,當(dāng)某一位數(shù)超過(guò)期9、或出現(xiàn)十進(jìn)制進(jìn)位時(shí)、加6調(diào)整。 2、減法 （減6調(diào)整） 當(dāng)某一位數(shù)超過(guò)期9、或出現(xiàn)十進(jìn)制借位時(shí)、減6調(diào)整。 3、存貯 壓縮與非壓縮的BCD數(shù),1.4.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示法,一、定點(diǎn)數(shù),數(shù),整數(shù),小數(shù),無(wú)符號(hào)整數(shù),有符號(hào)整數(shù),負(fù)整數(shù),正整數(shù),正小數(shù),負(fù)小數(shù),1234.56=0.123456x104 1010.1101=0.10101101

16、x 10100 N=2J * S S k位二進(jìn)制小數(shù)，尾數(shù)、含N全部有效數(shù)字。 J 階碼，整數(shù)，有正負(fù)。 2 底數(shù) J=常數(shù)定點(diǎn)數(shù) J=K時(shí)為整數(shù) J 可變浮點(diǎn)數(shù) 一般有符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)中表示如下：,二、浮點(diǎn)數(shù) 規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) 定點(diǎn)數(shù)：加減運(yùn)算簡(jiǎn)單，表示范圍小 浮點(diǎn)數(shù)：加減復(fù)雜，乘除簡(jiǎn)單，表范圍大,1.4.3碼制,一、原碼 碼長(zhǎng)：碼的位數(shù) 真值：碼所表示的值 1、原碼的定義：略 2、原碼求法：符號(hào)位+數(shù)值位 例：（+15）原 =0000 1111 （-15）原 =1000 1111 3、優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單 4、缺點(diǎn) 0不唯一 （+0）原=0000 0000 （-0）原=1000 0000,二、反碼 1、定

17、義：略 2、求法： 正數(shù)的反碼等于其原碼 負(fù)數(shù)的反碼等于其相應(yīng)正數(shù)的原碼按位求反 3、缺點(diǎn)：0不唯一 （+0）反=0000 0000 （-0）反=1111 1111 三、補(bǔ)碼 1、定義：略,2、求法： 正數(shù)：正數(shù)的補(bǔ)碼等于其原碼 負(fù)數(shù)：相應(yīng)正數(shù)的原碼按位取反加1，或反碼加1 3、優(yōu)點(diǎn)： 1)、0 唯一 （+0）補(bǔ)=（+0）原=0000 0000 （-0）補(bǔ)=1111 1111+1 =0000 0000 2)、加減法統(tǒng)一 x+y補(bǔ)= x補(bǔ)+y補(bǔ) x-y補(bǔ) = x補(bǔ)+-y補(bǔ),四、變形碼 變形補(bǔ)碼可判斷溢出 計(jì)算機(jī)中的溢出 , 判斷溢出用變形碼。 變形補(bǔ)碼雙符位補(bǔ)碼 +：00 -：11 運(yùn)算中出現(xiàn)0

18、1或者10即溢出 五、 ASCII碼 ASCII(American Standard Code for Information Interchange)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼 7位ASCII碼：控制代碼，字符代碼。 8位ASCII碼：擴(kuò)展一些特殊字符和制表符。,ASCII碼表,回車(chē) 0DH 響鈴 07H 換行 0AH 空格 20H 093039H AZ415AH az617AH 六、漢字編碼 單字節(jié)碼 多字節(jié)碼,漢字國(guó)標(biāo)碼：GB 6763個(gè) 漢字機(jī)內(nèi)碼 漢字區(qū)位碼 漢字GBK：擴(kuò)展的GB 漢字BIG5碼：臺(tái)灣 漢字HZ：香港、東南亞 UCS：四字節(jié)碼 Unicode：二字節(jié)碼,1.4.4 幾種基本

19、的邏輯運(yùn)算,一、與 AND 二、或 OR 三、非 NOT 四、異或 XOR 按位運(yùn)算,硬件系列課程,計(jì)算機(jī)組成原理 側(cè)重討論計(jì)算機(jī)基本部件的構(gòu)成和組成方式，基本運(yùn)算的操作原理和單元的設(shè)計(jì)思想、操作方式及其實(shí)現(xiàn)方法和電路原理 側(cè)重內(nèi)部各單元的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法（芯片內(nèi)） 微機(jī)原理及接口技術(shù) 突出應(yīng)用，詳細(xì)講述微處理器芯片的指令系統(tǒng)及編程、CPU外部特性、微機(jī)主板，與通用外設(shè)的接口電路及應(yīng)用編程技術(shù) 側(cè)重各模塊外部的連接和應(yīng)用技術(shù)（芯片外） 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)論述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)技術(shù)和性能定量分析方法 側(cè)重整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)（芯片組合）,返回,世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC,返回,什么是微型計(jì)算機(jī),以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計(jì)算機(jī)主要部件控制器和運(yùn)算器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 微處理器（Microprocessor） 微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）,返回,Intel4004和采用4004的計(jì)算器,返回,Apple微型計(jì)算機(jī),Apple-I,Apple-II,返回,IBM PC系列機(jī),8088CPU,IBM PC機(jī),IBM PC/AT機(jī),IBM PC/XT機(jī),返回,英特爾微處理器芯片,80386,Pentium,Pentium 4,返回,明確3個(gè)概念的區(qū)