微型計算機簡介

1、微型計算機技術微型計算機技術三峽大學計算機與信息學院三峽大學計算機與信息學院學習目標：學習目標：理解電子計算機工作原理，初步掌握微型計算機軟理解電子計算機工作原理，初步掌握微型計算機軟/硬件的基礎知識和驗硬件的基礎知識和驗證方法。證方法。初步掌握微型計算機硬件接口技術。初步掌握微型計算機硬件接口技術。學習要求：學習要求：掌握掌握以以Intel 8086為代表的為代表的X86微處理器的技術特點和基本結構。微處理器的技術特點和基本結構。掌握掌握X86系列微處理器構成的微型計算機的基本組織方式和連接技術。系列微處理器構成的微型計算機的基本組織方式和連接技術。掌握微型計算機中存儲器、掌握微型計算機中存

2、儲器、I/O接口電路、可編程接口芯片工作原理和接口電路、可編程接口芯片工作原理和典型器件。典型器件。掌握匯編語言程序設計基本指令和編程調試方法掌握匯編語言程序設計基本指令和編程調試方法本課程特點本課程特點內容豐富知識點多，學時數相對少內容豐富知識點多，學時數相對少以一定理論為基礎，工程實踐性強以一定理論為基礎，工程實踐性強理論性公式少，邏輯性內容較多理論性公式少，邏輯性內容較多各內容關聯(lián)性強，需要理解記憶內容多各內容關聯(lián)性強，需要理解記憶內容多 教材教材:微型計算機技術，陳慈發(fā)微型計算機技術，陳慈發(fā)等等主編，主編，科學科學出版社出版社參考教材參考教材:微型計算機技術微型計算機技術， 孫德文，高

3、等教育出版社孫德文，高等教育出版社微機原理與接口技術微機原理與接口技術，雷麗文，電子工出版社出版，雷麗文，電子工出版社出版微型計算機系統(tǒng)原理及應用微型計算機系統(tǒng)原理及應用 ，楊素行，清華大學出版社，楊素行，清華大學出版社微型計算機原理微型計算機原理，姚燕南，西安電子科技大學出版社，姚燕南，西安電子科技大學出版社微型計算機接口技術原理及應用微型計算機接口技術原理及應用， 劉樂善，華中科技大學出版社劉樂善，華中科技大學出版社80X86/Pentium處理器硬件、軟件及接口技術教程，（美）處理器硬件、軟件及接口技術教程，（美）WALTER A.TRIEBEL 著，王克義等譯，清華大學出版社著，王克義

4、等譯，清華大學出版社教學環(huán)節(jié)教學環(huán)節(jié):課堂教學：課堂教學：32學時學時 講講授：第一、二、三、四、五、七、八章授：第一、二、三、四、五、七、八章上機實驗：上機實驗：16小時，要求完成實驗教程中的小時，要求完成實驗教程中的8個基本個基本 實驗。實驗。作作 業(yè)：每次課后布置作業(yè)。業(yè)：每次課后布置作業(yè)。運算器運算器控制器控制器寄存器寄存器微處理器微處理器存貯器存貯器I/O接口接口微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)硬件硬件軟件軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件微型計算機微型計算機I/O設備，電源機箱等設備，電源機箱等二、微處理器的發(fā)展二、微處理器的發(fā)展 第一臺電子計算機于第一臺電子計算機于1946年在美國

5、誕生，從此計算機成為人類最有力的年在美國誕生，從此計算機成為人類最有力的計算工具，在電子技術的支持下計算機技術得到了快速發(fā)展。計算工具，在電子技術的支持下計算機技術得到了快速發(fā)展。1958年集成電年集成電路技術的出現(xiàn)，更使微型計算機的研制提供了可能。路技術的出現(xiàn)，更使微型計算機的研制提供了可能。 微型計算機按單次處理數據位寬的不同可分為五代。微型計算機按單次處理數據位寬的不同可分為五代。第一代第一代，1971年年1973年，年，4位微處理器和低檔位微處理器和低檔8位微處理器時期。位微處理器時期。典型產品：典型產品：Intel 4004，Intel 8008。第二代第二代，1973年年1978年

6、，年，8位微處理器時期。位微處理器時期。典型產品：典型產品：Intel 8080，MC6800，Z80，Intel 8085。第三代第三代，1978年年1983年，年，16位微處理器時期。位微處理器時期。典型產品：典型產品：Intel8086， Z8000，MC68000，Intel 80286。第四代第四代，1983年年2001年，年，32位微處理器時期。位微處理器時期。典型產品：典型產品：Z80000，MC68020，Intel 80386到到Pentium 4。AMD公司公司K5，K6，Athron，Duron等。等。第五代第五代，2001年以后，進入年以后，進入64位微處理器時期。位微

7、處理器時期。典型產品：典型產品：Intel 64位安騰，位安騰，Pentium 4 F ，AMD Athlon 64等等1971年年 10月，月，Intel 4004（4位微處理器）位微處理器）1972年年3月，月，Intel 8008。集成度。集成度 2000個個管片，管片，PMOS工藝，工藝，10m光刻技術。光刻技術。第一代第一代，1971年開始。年開始。4位和低檔位和低檔8位微處理器的時期，其位微處理器的時期，其典型產品有：典型產品有：1974年年3月月 Motorola：MC6800；MC65021975、76年年 Zilog： Z80 ；第二代第二代，1973年開始。年開始。8位微處

8、理器時期，典型產品有：位微處理器時期，典型產品有： 1973年，年，Intel：Intel 8080Intel 8085集成度為集成度為5400管子片，管子片，6m光刻技術。光刻技術。 第三代第三代，1978年開始。年開始。16位微處理器時期，其典型產品有：位微處理器時期，其典型產品有： 1978年年Intel 8086 首個首個16位機、位機、20位地址線、位地址線、1M地址空間。地址空間。1979年，年，Zilog：Z8000 Motorola：MC68000Intel 80286集成度為集成度為68000管子片，管子片，3m光刻技術。光刻技術。 數學協(xié)處理器數學協(xié)處理器802878028

9、780386第四代第四代，1981年開始，年開始，32位微處理器時期，其典型產品有：位微處理器時期，其典型產品有：1983年年Zilog: Z800001984年年Motorola: MC680201985年年Intel: Intel 80386，集成度集成度 27.5萬管子片，萬管子片，1.2m光刻技術。光刻技術。80386后出現(xiàn)了許多高性能的后出現(xiàn)了許多高性能的 32位微處理器。位微處理器。 數學協(xié)處理器數學協(xié)處理器8038780387 1989年年 Intel公司公司 Intel80486， 1989年年 Motorola公司公司MC68030，MC68040 集成度都已超過集成度都已超

10、過100萬管子片，萬管子片， 主振頻率達主振頻率達25120MHz。1993年年 Intel Pentium （外部數據總線寬（外部數據總線寬64位）位）集成度都已超過集成度都已超過100萬管子片，主振頻率達萬管子片，主振頻率達 200MHz。 32位位Intel 80X86系列系列1995年，年，Pentium Pro（高能奔騰）集成度達（高能奔騰）集成度達550萬片，同片萬片，同片L2Cache256KB。 1997年，年， Pentium MMX（多能奔騰、簡稱（多能奔騰、簡稱 MMX）。）。1997年年5月，月， Pentium II（PII）MMX指令集的指令集的 Pentium P

11、ro，Slot1接口。接口。片上同頻片上同頻32K LI Cache，板上，板上1/2主頻主頻 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，外頻，外頻 100M。1999年年3月，月， Pentium III，片上同頻，片上同頻32K LI Cache和和 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，新增，新增70條指令條指令SSE（Streaming SIMD Extensions），其外頻為），其外頻為 100M，并向，并向 133MHz外頻發(fā)展。外頻發(fā)展。Old Celeron Celeron 2001年，年，Pentium IV（奔騰（奔騰IV，P4）主時鐘達）主時鐘達2000MH

12、z2002年，年，P4主時鐘已達主時鐘已達2800MHz。2003年，年，3.06GHz的的P4，采用了超線程（，采用了超線程（HT）技術，在一顆物理核心中整合）技術，在一顆物理核心中整合了兩顆邏輯核心，大大提高處理器的效率了兩顆邏輯核心，大大提高處理器的效率 。在高負載的多任務應用中能顯出在高負載的多任務應用中能顯出其效能。其效能。第五代第五代：2001年開始，年開始，64位微處理器出現(xiàn)并得到應用位微處理器出現(xiàn)并得到應用 。1.1 微型計算機簡介微型計算機簡介1.2 微型計算機組成微型計算機組成 計算機的五大部分計算機的五大部分： 按照按照馮馮諾依曼體系結構，計算機包括五個主要的部分，諾依曼

13、體系結構，計算機包括五個主要的部分，即：即：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。中央處理單元中央處理單元外存儲器外存儲器輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備存儲器存儲器內存儲器內存儲器I/O接口接口 微型計算機作為計算機使用最廣泛的一個分類，結構上看主要可微型計算機作為計算機使用最廣泛的一個分類，結構上看主要可以分為三個大的部分，即以分為三個大的部分，即微處理器微處理器、輸入輸入/輸出接口輸出接口、存儲器存儲器： 微處理器：微處理器：是一塊或幾塊大規(guī)模是一塊或幾塊大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路，包含了運超大規(guī)模集成電路，包含了運算器和控制器的功能。算器

14、和控制器的功能。 輸入輸入/輸出接口：輸出接口：是微處理器與外部輸入是微處理器與外部輸入/輸出設備交換數據的通輸出設備交換數據的通道，主要完成信號轉換、地址標識、數據緩沖等功能。道，主要完成信號轉換、地址標識、數據緩沖等功能。 存儲器：存儲器：是微型計算機的記憶功能部件，用于存儲微機系統(tǒng)的數是微型計算機的記憶功能部件，用于存儲微機系統(tǒng)的數據和程序。按照與微處理器連接方式的不同可以分為兩類，通過地址據和程序。按照與微處理器連接方式的不同可以分為兩類，通過地址總線直接與微處理器連接的存儲器為內存儲器，通常是總線直接與微處理器連接的存儲器為內存儲器，通常是RAM或或ROM；通過輸入通過輸入/輸出接口

15、與微處理器連接的存儲器為外存儲器通常為硬盤、輸出接口與微處理器連接的存儲器為外存儲器通常為硬盤、光盤等設備。光盤等設備。 1. 指令指針寄存器初始值為指令指針寄存器初始值為CS：IP=2000H：0000H，指向第一條指令。，指向第一條指令。微處理器首先根據該地址讀取第一條指令微處理器首先根據該地址讀取第一條指令MOV AL，2000H ，并將，并將IP自自動加動加3變?yōu)樽優(yōu)?003H。 2.微處理器對讀得的指令進行分析譯碼微處理器對讀得的指令進行分析譯碼 3.分析譯碼后根據指令功能，讀取分析譯碼后根據指令功能，讀取DS：2000H地址處的一個字節(jié)數據地址處的一個字節(jié)數據到到AL寄存器。寄存器。 u比特比特(bit)：一個二進制信息，它是二進制信息的最小單位（一個二進制信息，它是二進制信息的最小單位（0或或1），常），常用字母用字母“b”表示表示u字節(jié)字節(jié)(byte) ：由由8位二進制信息組成，字節(jié)是微機中分配地址的基本單位，位二進制信息組成，字節(jié)是微機中分配地址的基本單位，常用字母常用字母“B”表示。表示。 u字字(word)：計算機中作為一個整體來處理的一組二進制數，是字節(jié)的整計算機中作為一個整體來處理的一組二進制數，是字節(jié)的整數倍。通常與計算機內的寄存器、算術邏輯單元寬度一致。目前為表達方數倍。通常與計算機內的寄存器、算術邏輯單元寬度一致。目前為