微型計(jì)算機(jī)技術(shù)：第1章 微機(jī)原理技術(shù)概述

微型計(jì)算機(jī)技術(shù)《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求

1.課程性質(zhì)及教學(xué)目的

《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》是學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和應(yīng)用技能的重要課程。使用教材：“微機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版），龔尚福等，西安電子科技大學(xué)出版社，2008?！?/p>

本課程幫助學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件組成及使用學(xué)會(huì)運(yùn)用指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)熟悉各種類(lèi)型的接口及其應(yīng)用樹(shù)立起微型計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求

2.課程教學(xué)安排教學(xué)參考學(xué)時(shí)：72學(xué)時(shí)其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：18學(xué)時(shí)考試形式：筆試考核方式：平時(shí)成績(jī)×40%＋期末成績(jī)×60%3.教材主體內(nèi)容結(jié)構(gòu)基本知識(shí)與基本概念微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理微處理器與微型計(jì)算機(jī)的概念微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成、應(yīng)用及接口技術(shù)《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求8086微處理器微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器和I/O組織指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言指令的概念與尋址方式8086指令系統(tǒng)介紹匯編語(yǔ)言格式、基本表達(dá)、偽指令介紹匯編語(yǔ)言源程序的建立、編輯、運(yùn)行、調(diào)試《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求微機(jī)外部接口設(shè)計(jì)并、串行I/O接口定時(shí)器接口設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及其應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法和步驟順序程序、分支程序、循環(huán)程序、子程序的設(shè)計(jì)《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求存儲(chǔ)器系統(tǒng)

靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM只讀存儲(chǔ)器ROM

存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求中斷技術(shù)中斷技術(shù)概述8086的中斷結(jié)構(gòu)微機(jī)系統(tǒng)的中斷處理過(guò)程《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》

課程簡(jiǎn)介及要求

通用可編程接口芯片并行接口芯片8255A可編程串行輸入/輸出接口芯片8251可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接口芯片8253

第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3.

微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)4.微型計(jì)算機(jī)的分類(lèi)5.IBMPC機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史1.微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1)構(gòu)成部件

;2)工作過(guò)程存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過(guò)輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

(輸入/輸出接口簡(jiǎn)稱(chēng)I/O接口)各部件通過(guò)總線(xiàn)連接。構(gòu)成部件(1)總線(xiàn)

總線(xiàn)是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線(xiàn)微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過(guò)總線(xiàn)傳輸總線(xiàn)BUS存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸出設(shè)備CPUISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內(nèi)存插槽CPU插槽IDE接口軟驅(qū)接口并口連接器串口連接器ROMBIOS鼠標(biāo)鍵盤(pán)USB接口主板電源插座550MHzIDE2PentiumIII北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線(xiàn)100MHz100MHzPCI總線(xiàn)33MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線(xiàn)8MHz內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤(pán)光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤(pán)鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡

按信號(hào)的作用，總線(xiàn)分為三類(lèi)：地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU地址總線(xiàn)AB(AddressBus)：?jiǎn)蜗蛴脕?lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU地址總線(xiàn)的條數(shù)決定CPU的尋址能力。10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→232

22

×2304G36根→

23626

×23064G數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB(DataBus)：雙向用來(lái)在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線(xiàn)的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。8根→一次傳送8位16根→一次傳送16位32根→一次傳送32位64根→一次傳送64位控制總線(xiàn)CB(ControlBus)：用于傳送各種控制信號(hào)。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU

有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號(hào)、寫(xiě)控制信號(hào)；有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請(qǐng)信號(hào)。(2)中央處理器CPU

計(jì)算機(jī)的核心部件用來(lái)實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPUCPU結(jié)構(gòu)示意圖地址信號(hào)標(biāo)志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)ALUALU控制器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器總線(xiàn)接口控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組BIUABDBCB地址加法器指令隊(duì)列PSW標(biāo)志寄存器EU運(yùn)算器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器總線(xiàn)接口控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組ABDBCB地址加法器指令隊(duì)列PSW標(biāo)志寄存器運(yùn)算器8088編程結(jié)構(gòu)

指令指針控制ROM控制部件地址生成(U流水線(xiàn))地址生成(V流水線(xiàn))ALU(U流水線(xiàn))ALU(V流水線(xiàn))整數(shù)寄存器組桶形移位器8K字節(jié)數(shù)據(jù)高速緩存TLB浮點(diǎn)部件控制寄存器組加法除法乘法總線(xiàn)部件

頁(yè)面部件預(yù)取緩沖器指令譯碼器8K字節(jié)代碼高速緩存TLB

分支目標(biāo)緩沖器

分支檢驗(yàn)與目標(biāo)地址

預(yù)取地址控制64位數(shù)據(jù)總線(xiàn)32位地址總線(xiàn)32位地址總線(xiàn)64位數(shù)據(jù)總線(xiàn)256323232323232Pentium內(nèi)部結(jié)構(gòu)(3)內(nèi)存內(nèi)存是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。n根CPU地址線(xiàn)AB數(shù)據(jù)線(xiàn)DB控制線(xiàn)CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)存單元內(nèi)存單元的地址內(nèi)存單元的內(nèi)容對(duì)內(nèi)存的讀/寫(xiě)操作

內(nèi)存單元存儲(chǔ)信息的基本單元。每片內(nèi)存芯片有若干個(gè)內(nèi)存單元。每個(gè)單元可存儲(chǔ)8位二進(jìn)制數(shù)。n根CPU地址線(xiàn)AB數(shù)據(jù)線(xiàn)DB控制線(xiàn)CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

內(nèi)存單元的地址為區(qū)分各內(nèi)存單元，每個(gè)內(nèi)存單元對(duì)應(yīng)有一個(gè)地址。地址線(xiàn)上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內(nèi)存單元被選中。n根CPU地址線(xiàn)AB數(shù)據(jù)線(xiàn)DB控制線(xiàn)CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

內(nèi)存單元的內(nèi)容每個(gè)內(nèi)存單元所存儲(chǔ)的為二進(jìn)制數(shù)據(jù)。n根CPU地址線(xiàn)AB數(shù)據(jù)線(xiàn)DB控制線(xiàn)CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

對(duì)內(nèi)存的讀/寫(xiě)操作

CPU發(fā)出地址信號(hào)，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元。若是讀操作，CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào)，被選中的內(nèi)存單元將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送入CPU。若是寫(xiě)操作，CPU發(fā)出內(nèi)存寫(xiě)控制信號(hào)，

CPU將欲寫(xiě)的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，寫(xiě)入被選中的內(nèi)存單元。n根CPU地址線(xiàn)AB控制線(xiàn)CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111數(shù)據(jù)線(xiàn)DB(4)外設(shè)和輸入/輸出接口（I/O接口）外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過(guò)I/O接口與CPU相連。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址總線(xiàn)AB輸出設(shè)備CPU鍵盤(pán)→鍵盤(pán)接口顯示器→顯示卡鼠標(biāo)→串行接口網(wǎng)絡(luò)→網(wǎng)卡

打印機(jī)→并行接口音箱、麥克風(fēng)→聲卡IDE2PentiumIII北橋440BX南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI插槽ISA插槽內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤(pán)光驅(qū)鍵盤(pán)鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM顯卡I/O接口結(jié)構(gòu)示意圖CPU通過(guò)對(duì)I/O端口進(jìn)行讀/寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU

I/O端口

I/O端口的地址

I/O端口的內(nèi)容對(duì)I/O端口的讀/寫(xiě)操作

I/O端口

I/O接口內(nèi)部通常有一個(gè)或多個(gè)寄存器，用以存放各種信息，稱(chēng)I/O寄存器或I/O端口。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU

I/O端口的地址為區(qū)分各I/O端口，每個(gè)端口對(duì)應(yīng)有一個(gè)端口地址。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口）地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPUI/O端口的內(nèi)容10010101(狀態(tài)端口)01101010(數(shù)據(jù)端口)11000110(控制端口)地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU根據(jù)存放內(nèi)容的不同，又可分為：狀態(tài)端口，數(shù)據(jù)端口，控制端口

指I/O端口存放的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

對(duì)I/O端口的讀/寫(xiě)操作：（與內(nèi)存的讀/寫(xiě)操作相類(lèi)似）

CPU發(fā)出地址信號(hào)，選中相應(yīng)的I/O端口。若是讀操作，CPU發(fā)出I/O端口讀控制信號(hào)，被選中的I/O端口將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送入CPU。若是寫(xiě)操作，CPU發(fā)出I/O端口寫(xiě)控制信號(hào)，

CPU將欲寫(xiě)的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，寫(xiě)入被選中的I/O端口中。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU2）微機(jī)的工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的工作原理是：“存儲(chǔ)程序”+“程序控制”CPU總線(xiàn)內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP微機(jī)的工作過(guò)程分兩階段：

取指令執(zhí)行指令取指令階段（CPU讀內(nèi)存操作）：

地址經(jīng)地址寄存器→地址總線(xiàn)→地址譯碼器,選中指令所在的內(nèi)存單元CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào)

指令從內(nèi)存→數(shù)據(jù)總線(xiàn)→數(shù)據(jù)暫存器→指令寄存器

指令譯碼器對(duì)指令進(jìn)行譯碼

由IP給出指令在內(nèi)存的地址標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP執(zhí)行指令階段：經(jīng)譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號(hào)去執(zhí)行。CPU總線(xiàn)內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過(guò)程不同。CPU可執(zhí)行的操作通常有數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)邏輯運(yùn)算等等。當(dāng)一條指令需要從內(nèi)存或I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時(shí)，CPU在執(zhí)行階段，需對(duì)指令指定的內(nèi)存單元或I/O端口進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。例

指令1：將寄存器R1與R3的內(nèi)容相加，結(jié)果存在R3中。

指令1在CPU內(nèi)部即可完成CPU總線(xiàn)內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP例

指令2：將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)2送至CPU的寄存器R2中指令2的執(zhí)行階段包括一個(gè)到內(nèi)存取數(shù)(即讀內(nèi)存)的過(guò)程。CPU總線(xiàn)內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP例

指令3：將寄存器R3的內(nèi)容送至數(shù)據(jù)3的內(nèi)存單元中指令3的執(zhí)行階段包括一個(gè)向內(nèi)存存數(shù)(即寫(xiě)內(nèi)存)的過(guò)程。CPU總線(xiàn)內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP當(dāng)一條指令取走后，指令指針寄存器會(huì)被修改成下一條要執(zhí)行指令的地址，這樣，當(dāng)一條指令執(zhí)行后，又進(jìn)入取指令階段，如此不斷的重復(fù)。CPU總線(xiàn)內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線(xiàn)AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB控制總線(xiàn)CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP微機(jī)的工作過(guò)程：

取指令→執(zhí)行指令→取指令→執(zhí)行指令、、、

比喻:若把計(jì)算機(jī)比作一個(gè)工廠(chǎng)，那么運(yùn)算器車(chē)間控制器生產(chǎn)科輸入設(shè)備供應(yīng)科輸出設(shè)備銷(xiāo)售科存儲(chǔ)器倉(cāng)庫(kù)

2．微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：DOS、WindowsXP/2000應(yīng)用軟件：Word、Photoshop微處理器CPU

存儲(chǔ)器(RAM,ROM)I/O接口總線(xiàn)硬件軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤(pán)、鼠標(biāo)顯示器硬盤(pán)、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀3．微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與相同時(shí)期的大