微型计算机技术原理.ppt

微型计算机技术原理引引 言言一、微机原理一、微机原理课程在程在计算机算机类专业结构中的地位构中的地位 微机原理微机原理课程在程在计算机算机类学生学生专业结构中的地位构中的地位可以从硬件和可以从硬件和软件两个方面件两个方面说明• 硬件方面：硬件方面：Ø大、中、小、微型大、中、小、微型计算机都是基于算机都是基于冯．．诺伊曼模型，要伊曼模型，要了解了解计算机算机组成的硬件原理和技成的硬件原理和技术Ø计算机算机应用于智能控制，是用于智能控制，是对传统电子技子技术的一的一场革命无无论从研究和从研究和应用的角度出用的角度出发, 上述上述领域都有着广域都有着广阔的空的空间这些些领域都离不开域都离不开计算机硬件技算机硬件技术，从，从这个意个意义上看，微上看，微型型计算机技算机技术课程也至关重要程也至关重要• 软件方面：件方面：• 要从内核要从内核层次上掌握次上掌握软件技件技术必必须懂得懂得微型微型计算机原理算机原理和和汇编语言言，不懂，不懂汇编语言算不上言算不上软件技件技术人人员高高级语言是傻瓜言是傻瓜语言，低言，低级语言是言是专家家语言言• 微机原理中涉及的有关中断的概念、堆微机原理中涉及的有关中断的概念、堆栈的概念、存的概念、存储结构的概念等构的概念等对软件技件技术都至关重要，微机原理的相关知都至关重要，微机原理的相关知识能在能在专业课程的学程的学习中提升你的中提升你的领悟能力。

悟能力• 二、怎二、怎样学好微机原理学好微机原理1、注意学、注意学习策略策略• 抓住抓住实质性的概念，搞清基本原理性的概念，搞清基本原理 例如：例如：CPU的的逻辑结构、构、时序序问题、、总线的概念、中的概念、中断的概念、堆断的概念、堆栈的概念、存的概念、存储结构、构、寻址方式等一定要址方式等一定要认真搞清楚真搞清楚 非非实质性的、性的、记忆性的内容性的内容暂时可以作可以作为资料性的内料性的内容容备查 教学教学拟采取逐步加速的方法：开始采取逐步加速的方法：开始阶段段详细一些，搞一些，搞清基本概念，然后逐清基本概念，然后逐渐加快速度加快速度2、、强化化应用意用意识，，应用意用意识能激能激发人的学人的学习欲望v结合已合已经学学习过的数字的数字电路、模路、模拟电路知路知识，，软硬件硬件结合，合，综合合应用，用用，用计算机技算机技术搞一些控制搞一些控制设计要加强自信心可使用可使用Proteus仿真仿真v关注新技关注新技术、新器件，善于、新器件，善于查资料好的器件（多料好的器件（多为IC形式提供）形式提供）不不仅是是电路的集成，同路的集成，同时也是知也是知识的集成（只要掌握芯片的外特的集成（只要掌握芯片的外特性即可）。

掌握新技性即可）掌握新技术、、应用新器件才能用新器件才能设计出高性价比的具有出高性价比的具有竞争力的争力的产品3、不怕困、不怕困难，学，学习要要创新新•学学习过程中遭遇的困程中遭遇的困难未必是坏事未必是坏事•加加强应用用• 对于有于有进取心的人，成功与挫折都有取心的人，成功与挫折都有积极意极意义•微型微型计算机技算机技术是是计算机算机专业的一的一门重要的重要的专业基基础课祝同学祝同学们在在这门课程的学程的学习中，收中，收获多多！多多！微型计算机概述教学建议，本章重点为:CPU功能和内部模块微型微型计算机的基本算机的基本结构构数据数据总线地址地址总线控制控制总线一、一、 微型微型计算机的特点和算机的特点和发展展 数字式数字式电子子计算机算机产生于生于1946年，到目前年，到目前为止，技止，技术上上经历了了电子管、晶体管、中小子管、晶体管、中小规模集成模集成电路、大路、大规模集成模集成电路、超大路、超大规模集成模集成电路等几代路等几代的的发展展进步电子子计算机分算机分类：：电子子计算机通常按体算机通常按体积、性能和价、性能和价格分格分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五五类。

从系从系统结构和基本工作原理上构和基本工作原理上说他他们都是都是冯.诺伊曼伊曼结构，微型机和其他几构，微型机和其他几类计算机并没有本算机并没有本质上的区上的区别，所不同的是微型机广泛采用了集成度相，所不同的是微型机广泛采用了集成度相当高的器件和部件当高的器件和部件 二、 微型机的分类 通常的作法是把微通常的作法是把微处理器的字理器的字长作作为微型微型机的分机的分类标准 4位微处理器 8位微处理器 16位微处理器 32位微处理器 64位微处理器按规模分类：单片机、个人计算机、笔记本电脑、掌上电脑等微微处理器、微型理器、微型计算机和微型算机和微型计算机系算机系统的关系：的关系：三、三、 微微处理器、微型理器、微型计算机和微型算机和微型计算机系算机系统 算术逻辑单元（ＡＬＵ）累加器、寄存器组执行部件内部总线存储器（ROM、RAM）I/O接口系统总线微处理器（MPU）外围设备系统软件微型计算机微型计算机系统1 微处理器 微微处理器的基本概念：理器的基本概念：§计 算算 机机 的的 核核 心心 是是 中中 央央 处 理理 器器 ，， 英英 文文 缩 写写 是是CPU（（Central Processing Unit））§将将中中央央处理理器器集集成成在在一一片片大大规模模集集成成电路路上上制制成成的的器器件件叫叫 微微 处 理理 器器 ，， 英英 文文 缩 写写 是是 MPU（（ Microprocessing Unit），微），微处理器是微型理器是微型计算机的核心。

算机的核心§MPU通常也写成通常也写成CPUCPU的功能· 可以进行算术和逻辑运算· 可保存少量数据；· 能对指令进行译码并执行规定的动作；· 能和存储器、外设交换数据；· 提供整个系统所需要的定定时和控制和控制；· 可以响应其他部件发来的中断来的中断请求求CPU的内部的内部结构：构：· 算算术逻辑部件（部件（ALU））；；· 累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器组；；· 程程序序计数数器器(指指令令指指针)、、 指指令令寄寄存存器器和和指令指令译码器；器；· 时序和控制部件序和控制部件微微处理器、理器、微型微型计算算机和机和微型微型计算算机系机系统2 微型微型计算机算机 1、微型、微型计算机由算机由CPU、存、存储器、器、输入／入／输出接口出接口电路和系路和系统总线构成CPU如同微型如同微型计算机的神算机的神经中枢，它的性能中枢，它的性能决定了整个微型机的各决定了整个微型机的各项关关键指指标存存储器包括随机存取存器包括随机存取存储器器(RAM)和只和只读存存储器器(ROM)输入／入／输出接口出接口电路是用来使外部路是用来使外部设备和微和微型机相型机相连的总线为CPU和其他部件之和其他部件之间提供数据、地址提供数据、地址和控制信息的和控制信息的传输通道。

通道 2、、微型微型计算机的基本算机的基本结构框构框图3、微型、微型计算机的算机的总线结构构 ①①　数据　数据总线（（DB））数据数据总线用来用来传输数据数据数据总线是双向的，即数据既可以从是双向的，即数据既可以从CPU送送到其他部件，也可以从其他部件送到到其他部件，也可以从其他部件送到CPU数据数据总线的位数的位数(也称也称为宽度度)是微型机的一是微型机的一个很重要的指个很重要的指标，它和微，它和微处理器的位数相理器的位数相对应16位位计算机的数据算机的数据总线包含包含16条数据条数据线在微型机中，数据的含在微型机中，数据的含义是广是广义的数据总线上上传送的不一定是真正的数据，而可能是送的不一定是真正的数据，而可能是指令代指令代码、状、状态量，有量，有时还可能是一个控制可能是一个控制量 ②② 地址地址总线（（AB））地址地址总线专门用来用来传送地址信息送地址信息地址地址总线是是单向的，从向的，从CPU送出去到存送出去到存储器或器或接口芯片的接口芯片的地址地址总线的位数决定了的位数决定了CPU可以直接可以直接寻址的内址的内存范存范围比如，8位微型机的地址位微型机的地址总线一般是一般是16位，因此，最大内存容量位，因此，最大内存容量为2^16＝＝64K字字节；；16位微型机的地址位微型机的地址总线为20位，所以，位，所以，最大内存容量最大内存容量为2^20=1M字字节。

③③ 控制控制总线(CB)控控制制总线用用来来传输控控制制信信号号，，协调各各部部件件之之间的工作；的工作；控制控制总线是双向的；是双向的；控控制制总线包包括括CPU送送往往存存储器器和和输入入／／输出出接接口口电路路的的控控制制信信号号，，如如读信信号号、、写写信信号号和和中中断断响响应信号等；信号等；控控制制总线还包包括括其其他他部部件件送送到到CPU的的信信号号，，比比如如，，时钟信信号号、、中中断断请求求信信号号和和准准备就就绪信信号号等①① 简化系化系统的的设计，使，使CPU、、RAM、、ROM、、I/O接口的接口的设计简单化、化、标准化，使复准化，使复杂的硬件系的硬件系统变为面向面向总线的的单一关系②② 方便系方便系统的硬件的硬件扩充充——一个部件只要符合一个部件只要符合总线标准，就可以准，就可以连接到采用接到采用这种种总线标准的系准的系统中 4、采用、采用总线机构的机构的优越性越性3 微型微型计算机系算机系统 以以微微型型计算算机机为主主体体，，配配上上系系统软件件和和外外设之后，就成了微型之后，就成了微型计算机系算机系统系系统软件件包包括括操操作作系系统和和一一系系列列系系统实用用程程序序，，比比如如编辑程程序序、、汇编程程序序、、编译程程序序、、调试程程序序等等。

有有了了系系统软件件，，才才能能发挥微微型型机机系系统中中的的硬硬件件功功能能，，并并为用用户使使用用计算算机机提供了方便手段提供了方便手段操作系操作系统具有如下功能：具有如下功能： CPU的运行和管理 文件管理 存储器管理 设备管理 人机界面 程序员界面 外外设用来使用来使计算机算机实现数据的数据的输入／入／输出，最通用的出，最通用的外外设包括包括键盘、、显示器、磁示器、磁盘控制器和打印机等控制器和打印机等 4 微型微型计算机的算机的应用用 1.科学科学计算算①①　　电子子计算机速度快、精度高，科学算机速度快、精度高，科学计算算仍然是它的仍然是它的应用的一个重要方面；用的一个重要方面；②②　　现在，不少微型机系在，不少微型机系统也具有也具有较强的运的运算功能，特算功能，特别是多个微是多个微处理器模理器模块构成的构成的系系统，其功能往往可与大型机相匹，其功能往往可与大型机相匹敌，而，而成本价格却成本价格却远比大型机低廉比大型机低廉 2．信息．信息处理和事理和事务管理管理 在短在短时间内完成内完成对大量信息的大量信息的处理是信息理是信息时代代的必然要求的必然要求微型微型计算机配上数据算机配上数据库管理管理软件以后，可以很件以后，可以很灵活地灵活地对各种信息按不同的要求各种信息按不同的要求进行分行分类、、检索、索、转换、存、存储和打印。

和打印加上一些加上一些专用部件用部件(如如传感器感器)以后，以后，还可以可以处理光、理光、热、力、声音等物理信号力、声音等物理信号 3．．过程控制程控制 过程控制是微型机程控制是微型机应用最多、也是最有效用最多、也是最有效的方面之一的方面之一现在，在制造工在，在制造工业和日用品生和日用品生产厂家中都可厂家中都可见到微型机控制的自到微型机控制的自动化生化生产线，微型机在，微型机在这些部些部门的的应用用为生生产能力和能力和产品品质量的迅速提高开辟了广量的迅速提高开辟了广阔前景 4．．仪器、器、仪表控制表控制 在在许多多仪器器、、仪表表中中，，已已经用用微微处理理器器代代替替传统的的机机械械部部件件或或分分离离的的电子子部部件件，，这使使产品品降低了价格，而可靠性和功能却得到了提高降低了价格，而可靠性和功能却得到了提高微微处理理器器的的应用用还导致致了了一一些些原原来来没没有有的的新新仪器器的的诞生生在在实验室室里里，，出出现了了用用微微处理理器器控控制制的的示示波波器器——逻辑分分析析仪，，它它使使电子子工工程程技技术人人员能能够用用以以前前不不可可能能采采用用的的办法法同同时观察察许多多信信号号的的波波形形和和相相互互之之间的的时序序关关系系。

在在医医学学领域域，，出出现了了用用微微处理理器器作作为核核心心控控制制部部件件的的CT扫描描仪和和超超声声扫描描仪，，加加强了了对疾疾病病的的诊断手段断手段 CPU的位数CPU的主频内存容量和速度硬盘容量5 微型计算机的性能指标本章思考本章思考题0.1 微微处理理器器、、微微型型计算算机机和和微微型型计算算机机系系统三三者者之之间有有什什么不同么不同?0.2 CPU在在内内部部结构构上上由由哪哪几几部部分分组成成? CPU应具具备哪哪些些主主要功能要功能?0.3 累加器和其他通用寄存器相比，有何不同累加器和其他通用寄存器相比，有何不同?0.4 微微处理器的控制信号有哪两理器的控制信号有哪两类?0.5 控制控制总线传输的信号大致有哪几种的信号大致有哪几种? 0.6 微型微型计算机采用算机采用总线结构有什么构有什么优点点?。