《微机原理与接口技术》中科大版1-1概述

n本课程属计算机 专业课程，以 8088/8086系列 微机为对象，介 绍微机的组成、 工作原理、汇编 语言，重点是汇 编语言程序设计 。使用教材主编 微型计算机原理与接口技术（第4版） 中国科学技术大学出版社 2008.6参考书1. 周明德 主编微机原理与接口技术人民邮电出版社2. 眭（sui）仁武 主编汇编语言与微机原理学习指导与训练中国水利电力出版社3.温阳东 鲍远惠 编著微机原理与接口技术习题与解析清华大学出版社教学要求n课堂上注意听讲、重要的是理解n部分补充例题等内容需要笔记n课堂外一定要看书复习或预习、完成作业n充分利用上机时间、多编程练习考核要求n期末考试成绩（课堂教学内容） 70n上机成绩（出勤及编程情况） 20n平时成绩（作业等学习情况） 10计算机技术基础计算机技术基础本课的地位本课的地位计算机文化基础计算机文化基础计算机应用基础计算机应用基础计算机软件技术基础计算机软件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 微机原理、微机接口、微机原理、微机接口、 微机应用微机应用学习本课对基础知识的要求学习本课对基础知识的要求1 1、计算机文化基础、计算机文化基础2 2、计算机软件技术基础、计算机软件技术基础3 3、数字电路、模拟电路、数字电路、模拟电路4 4、电工基础、电工基础预先应学习预先应学习课程目标n建立起微机系统的整体概念；n掌握CPU的构成及工作原理；n掌握Intel 8086基本指令系统；n掌握汇编语言编程 Assembly Language Programming1.1计算机的发展概况n第一代：1946-1957年n特点是：逻辑元件采用电子元管； 主存储器采用延迟线或磁鼓，外存储 器采用磁带机；软件主要采用机器语 言，符号语言已经出现并开始使用； 应用主要是科学计算，应用方式是数 据成批处理；速度1万几万。第1章 绪论n代表机型是：ENIAC，是美国 1946年出现的第一台计算机，使用了 18000各电子管，占地面积达150平 方米，重30吨，耗电量150千瓦，价 值40万美元，主存储器容量17K位， 字长12位，加法运算速度位5000次/ 秒。ENIAC，世界上第一台现代电子计算机，这只是它的一部分而已。 重27Kg，能够存储5MB容量的硬盘n第二代：1957-1964年n特点是：逻辑元件采用晶体管；主存采 用磁芯存储器，外存开始使用磁盘；软件 方面习惯使用高级程序设计语言 FORTRAN、ALGOL、COBOL、PL/1等 ，还提出了操作系统。这一代计算机在各 种事务处理方面获得了广泛的应用，并开 始用于过程控制。速度10万几十万。n代表机型是 ：美国麻省理 工学院的TX- 10机，国产的 108乙机和X- 2机。这一代 计算机体积小 ，耗电少。IBM 1956年发行的光盘 n第三代：1964-1970年n特点是：逻辑元件采用集成电路 ，主存储器仍采用磁芯存储器，机种 多样化、系列化，外设不断增加，软 件方面，操作系统进一步完善，官方 用于科学计算、工业控制、数据处理 ，速度几十万几百万。国产机709 机、130机均属于这一代。n第四代：1970- n特点是：全面采用大规模集成电 路，速度1兆以上。n代表机型是：1971年开始生产的 IBM370系列首次使用大规模集成 电路作主存。n第五代：智能计 算机。n这种计算机 从功能上看， 不但能模拟人 类的神经，而 且具有学习机 能，软件方面 采用自然语言 。n我国计算机的发展n我国是计算机工业从1956年起步 ，1958年试制出第一台计算机， 1965年研制出第一台晶体管计算机 ，1974年开始研制微型计算机。现 在我国能生产“巨型机”和“微型机”系 列，但总体看比发达国家要落后一段 时间。Intel微处理器的发展简况代发表 年份字长 (bits)型号线宽 (m)晶体管 数 (万个)时钟频 率 (MHz)速度 (MIPS)一1971 19724 84004 8008500.2 0.3300七2002 ？64Itanium？0.08CPU:2.5K Cache:30 K800(20条 指令 /CLOCK)>30001. 微处理器 2. 微型计算机 3. 微型计算机系统微型计算机系统从局部到全局可以 微型计算机系统从局部到全局可以分为以下三个层次：分为以下三个层次：1.2 1.2 微型计算机系统微型计算机系统计算机基本结构：冯·诺依曼结构n以运算器为核心、以存储程序原理为 基础运算器输出设备控制器输入设备存储器指令 驱动指令流控制命令数据流1.2.1微型计算机存 储 器I/O 接 口输 入 设 备I/O 接 口地址总线 AB输 出 设 备C P U数据总线 DB控制总线 CBI/O 接 口AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Busn微型计算机（MicroComputer） 是以微处理器为核心，加上由大 规模集成电路制作的存储器M（ ROM和RAM）、I/O（输入输 出）接口和系统总线组成的。该 层次即微型计算机的主板。 n微处理器系统的核心，也称CPU（中央处理单元）， 由控制器和运算器组成n存储器记忆设备，内存/外存n总线信息的传输设备（CPU总线、系统总线）nI/O接口与外设进行信息交换的“桥梁”微型计算机系统微处理器 存储器 I/O接口 总线 硬件系统软件系统微 型 计算机 系 统微 型 计算机 (主机)外 设ALU 寄存器 控制器键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪 系统软件 应用软件微型计算机系统图片主机板nCPU插座n芯片组n内存插槽n高速缓存（Cache）nCMOS存放硬件系统 参数n系统BIOSn总线扩展槽n串/并行接口主板结构Intel 845GE软件系统系统软件应用软件操作系统系统应用软件存储器管理 进程管理 设备管理 文件管理 用户界面GUI网络软件 编译系统 系统维护程序 工具软件 系统增强软件办公 数据库 图形图像 游戏 娱乐 。微型处理器 n微处理器（Microprocessor）也常称为微处 理机，它并不是微型计算机，但它是微型计 算机的核心部件。微处理器包括算术逻辑部 件ALU（Arithmetic Logic Unit），控制 部件CU（Control Unit）和寄存器组 R（ Registers）三个基本部分和内部总线。相 当于一般计算机系统结构中的运算器和控制 器的组合。通常由几片（早期）或一片LSI、 VLSI器件组成。其实，它就是一般计算机系 统概念的中央处理器（CPU）。 微型处理器图片Intel赛扬（ 370）微处 理器 微型处理器图片奔腾III微处理器 ：n运算器：是计算机的算术逻辑部件。n控制器：是整个计算机硬件系统指挥中 心。n主存储器：用以存储大量的二进制代码 。CPURAM ROM主机(cpu+主存储器)用来对二进制数进行算术运算或逻辑运算。用来对二进制数进行算术运算或逻辑运算。 算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元 ALU ALU （8 8位位) )运算器的核心，以全加器为基础，辅以移位和控制逻运算器的核心，以全加器为基础，辅以移位和控制逻 辑组合而成辑组合而成在控制器的控制下，可进行加减乘除算术运算和各种在控制器的控制下，可进行加减乘除算术运算和各种 逻辑运算逻辑运算 累加器累加器 ALAL由由8 8位位触发器组成的移位寄存器，触发器组成的移位寄存器，运算前存放一个操作数，运算前存放一个操作数，运算后运算后存放运算结果存放运算结果，可进行累加，可进行累加运算器发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心，控制计发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心，控制计 算机的各部分协调工作，用以自动执行程序。算机的各部分协调工作，用以自动执行程序。1 1 指令部件指令部件 用来读取指令、分析指令用来读取指令、分析指令和为完成指令产生和为完成指令产生 控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。指令部件由以控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。指令部件由以 下三部分组成：下三部分组成： 程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter） 指令寄存器指令寄存器IRIR（Instruction RegisterInstruction Register） 指令译码器指令译码器IDID（Instruction DecoderInstruction Decoder） 2 2 时序部件时序部件 由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微 操作控制部件所需的定时脉冲信号。操作控制部件所需的定时脉冲信号。 3 3 微操作控制部件微操作控制部件 为指令译码器为指令译码器IDID的输出信号配上节拍的输出信号配上节拍 电位和节拍脉冲，也可和外部进来的控制信号组合，共同电位和节拍脉冲，也可和外部进来的控制信号组合，共同 形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。控制器 通用寄存器组通用寄存器组: : 用于存放操作数或运算结果用于存放操作数或运算结果 暂存器暂存器 TMP TMP 8 8位位寄存器，暂存另一个操作数寄存器，暂存另一个操作数 状态寄存器状态寄存器 PSW PSW 8 8位位触发器组成，触发器组成，存放存放ALUALU操作中形成的状态操作中形成的状态例例 CY OV AC CY OV AC 标志位标志位 寄存器组寄存器组存储器n用来存储程序和数据n内存和外存常用术语nBit（位，比特） 1个二进制位nByte（字节） 8个二进制位 KB，MB，GBnWord（字） 2个或多个字节存储器可分为内存（主存）和外存（ 辅存）。内存是微型计算机的主要存储 和记忆部件，用以存放即将使用或正在 使用的数据（包括原始数据、中间结果 和最终结果）和程序。微型机的内存都 是采用半导体存储器。外存或称辅存则 用于存放暂时不用的程序和数据。内存条的外观内存条的插槽位置内存条的插槽位置1) 内存单元的地址和内容内存中存放的数据和程序，从形式上看都是二进 制数。内存是由一个个内存单元组成的，每一个内存 单元中一般存放一个字节（8位）的二进制信息。内 存单元的总数目叫内存容量。微型机通过给各个内存单元规定不同地址来管理 内存。这样，CPU便能识别不同的内存单元，正确地 对它们进行操作。注意，内存单元的地址和内存单元 的内容是两个完全不同的概念，与旅馆中的房间号码 和对应的单元房间相类似，不应混淆。 内存单元的地址和内容示意图2) 内存的操作CPU 对内存的操作有读、写两种。 读操作是CPU将内存单元的内容读入CPU 内部，而写操作是CPU将其内部信息传 送到内存单元保存起来。显然，写操作 的结果改变了被写单元的内容，而读操 作则不改变被读单元中原有内容。 3) 内存的分类按工作方式不同，内存可分为两 大类：随机存取存储器 RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（ Read Only Memory）。 RAMRAM可以被CPU随机地读写，又称 随机读写存储器。这种存储器用于存放 用户装入的程序、数据及部分系统信息 。当机器断电后所存信息消失，因此 RAM归于易失性存储器。 ROMROM中的信息只能被CPU随机读取，而不 能由CPU任意随机写入。机器断电后，信息 并不丢失，显然ROM应属于非易失性存储器 。所以，这种存储器主要用来存放各种程序 ，如汇编程序、各种高级语言解释或编译程 序、监控程序、基本I/O程序等标准子程序 ，也用来存放各种常用数据和表格等。ROM 中的内容一般是由生产厂家或用户使用专用 设备写入固化的。 微机系统的主要性能指标 主频 字长 存储器容量 运算速度 内核数目 高速缓存 外设扩展能力主