湖南科技大學微機技術01微型計算機系統(tǒng)概述.ppt

1、微機原理及接口技術,主講：沈洪遠 助課：謝道文,自我介紹,課程介紹,名 字：沈洪遠 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)字電子計算機,一、計算機構成：軟件和硬件,軟件系統(tǒng)、管理和應用 硬件微機及外圍接口,微機 原理 及 接口 技術,課程介紹,典型機型：IBM PC系列機,基本系統(tǒng)：8088CPU和半導體存儲器,I/O接口電路及與外設的連接,硬件接口電路原理 軟件接口編程方法,課程內容,章節(jié)目錄 計劃學時 第1章 微型計算機系統(tǒng)概述4 第2章 微處理器指令系統(tǒng) 6 第3章 匯編語言

2、程序設計 10 第4章 微處理器外部特性4 第5章 半導體存儲器及其接口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、課程內容,章節(jié)目錄（續(xù)） 計劃學時 第8章 中斷控制接口6 第9章 定時計數(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,課程內容,課程介紹,三、本課程的性質、目的、任務,性質：電氣信息類專業(yè)的專業(yè)基礎課 目的：熟悉微機與接口的基本工作原理，接 口設計制作編程（硬件與軟件）。 任務：經本課的學習，通過本課的學習，能熟 悉微機的運行原理，設計制作一般的接口卡，編制機應的驅動程序。,專業(yè)技術基礎課 硬

3、件系列課程之一 計算機組成原理 微機原理及接口技術 計算機體系結構 指定選修課 以技術為主 面向應用 軟硬件相結合,課程特點,區(qū)別,四、先修課程 模電、數(shù)電 提供硬件基礎 計算機文化基礎 提供計算機操作、使用 掌握計算機基礎知識 計算機技術基礎 建立必備軟件基礎 掌握程序、可執(zhí)行文件知識,先修課程,五、學習方法 多記、多練、多翻書、多查資料、 能者為師，不恥下問。 復習并掌握先修課的有關內容 課堂：聽講與理解、適當筆記 課后：認真讀書、完成作業(yè) 實驗：充分準備、勤于實踐 總成績考試成績實驗成績平時成績,學習方法,六、教材與教參 錢曉捷, 陳濤微型計算機原理及接口技術M.北京: 機械工業(yè)出版社.

4、 2005. 雷麗文,朱曉華,蔡征宇. 微機原理與接口技術M.北京: 電子工業(yè)出版社. 1997. 周明德. 微型計算機系統(tǒng)原理及應用M.北京:人民郵電出版社. 2007. 劉樂善.微型計算機接口技術及應用M.武漢:華中科技大學出版社.2001.,學習資源,第 1 章,第1章 微型計算機系統(tǒng)概述,教學重點 微型計算機的系統(tǒng)組成 IBM PC系列機的主機板,1.1 微型計算機的發(fā)展和應用,1946年，世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)字式電子計算機ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計算器） 發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產生了微型計算機 1971年，Intel公司設計了世界上第一個微處理器芯片Intel4004

5、，開創(chuàng)了一個全新的計算機時代,世界上第一臺計算機“科洛薩斯”誕生于英國，“科洛薩斯”計算機是1943年3月開始研制的，當時研制“科洛薩斯”計算機的主要目的是破譯經德國“洛倫茨”加密機加密過的密碼。使用其他手段破譯這種密碼需要6至8個星期，而使用“科洛薩斯”計算機則僅需6至8小時。1944年1月10日，“科洛薩斯”計算機開始運行。自它投入使用后，德軍大量高級軍事機密很快被破譯，盟軍如虎添翼?！翱坡逅_斯”比美國的ENIAC計算機問世早兩年多，在二戰(zhàn)期間破譯了大量德軍機密，戰(zhàn)爭結束后，它被秘密銷毀了，故不為人所了解。 1943年開始在美賓夕法尼亞大學開始研制，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機研制組的戈爾德斯廷中尉介紹參加ENIAC機研制小組后，便帶領這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員，向著更高的目標進軍。1945 年，他們在共同討論的基礎上，發(fā)表了一個全新的“存儲程序通用電子計算機方案EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer的縮寫）”。在這過程中，馮諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎知識，充分發(fā)揮了他的顧問作用及探索問題和綜合分析的能力。EDVAC方案明確

7、奠定了新機器由五個部分組。 馮諾依曼程序存貯計算機。1946年7，8月間，馮諾依曼和戈爾德斯廷、勃克斯在EDVAC方案的基礎上，為普林斯頓大學高級研究所研制IAS計算機時，又提出了一個更加完善的設計報告電子計算機邏輯設計初探。,1.1.1 微型計算機的發(fā)展,第1代：4位和低檔8位微機 400440408008 第2代：中高檔8位微機 Z80、I8085、M6800，Apple-II微機 第3代：16位微機 8086808880286，IBM PC系列機,1.1.1 微型計算機的發(fā)展（續(xù)）,第4代：32位微機 8038680486PentiumPentium II Pentium III Pen

8、tium 4 32位PC機、Macintosh機、PS/2機 第5代：64位微機 Itanium、64位RISC微處理器芯片 微機服務器、工程工作站、圖形工作站,1.1.2 微型計算機的應用,計算機應用通常分成如下各個領域 科學計算，數(shù)據(jù)處理，實時控制 計算機輔助設計，人工智能， 由于微型計算機具有如下特點 體積小、價格低 工作可靠、使用方便、通用性強 所以，可以分為兩個主要應用方向,1.1.2 微型計算機的應用,用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向 通用微機，例如：PC微機 功能越強越好、使用越方便越好 用于過程控制及嵌入應用方向 專用微機，例如：工控機、單片機、數(shù)字信號處理器 可靠性高、實

9、時性強 程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小,1.2 微型計算機的系統(tǒng)組成,區(qū)別,1.2.1 微型計算機的硬件組成,微處理器子系統(tǒng) 存儲器 I/O設備和I/O接口 系統(tǒng)總線,系統(tǒng)總線,總線是指傳遞信息的一組公用導線 總線是傳送信息的公共通道 微機系統(tǒng)采用總線結構連接系統(tǒng)功能部件 總線信號可分成三組 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,地址總線AB 輸出將要訪問的內存單元或I/O端口的地址 地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍 數(shù)據(jù)總線DB CPU讀操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPU CPU寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部 數(shù)

10、據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù) 控制總線CB 協(xié)調系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號 控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點，例如功能、適應性等,舉例,舉例,特點,1.2.2 微型計算機的軟件系統(tǒng),為什么采用匯編語言？,1.3 IBM PC系列機系統(tǒng),16位IBM PC系列機是32位微機的基礎,8088CPU,IBM PC機,IBM PC/AT機,IBM PC/XT機,1.3.1 硬件基本組成,16位和 32位PC機的基本部件相同,1.3.2 主機板組成,微處理器子系統(tǒng) 8088：16位內部結構、8位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線、4.77MHz主頻 存儲器 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 存儲空間的分配,常規(guī)內存：1MB 基本RAM區(qū)：640KB 保留RAM區(qū)：128KB 擴展ROM區(qū)：128KB 基本ROM區(qū)：128KB 擴展內存：用作RAM區(qū),1.3.4 I/O空間的分配,80 x86訪問外設時，只使用低16位A0A15，尋址64K個8位I/O端口 PC機僅使用低10位A0A9，尋址1024個8位I/O端口,1.4 計算機中的數(shù)和碼,1.4.1數(shù)制 計數(shù)制 一、進位計數(shù)制 十進制 符號：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 基數(shù)：N=10 位權：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、 二進制 符號：0 1 底數(shù)：N=2 位權： 從小數(shù)點向左起1、2、4、8、16、32、 從小數(shù)點向右起0.5、0.25、0.125、0.0625、 1、四則運算 例 2、優(yōu)點 1）0 1 二態(tài) 2）簡單 3）貯藏方便 4）分析簡單,3、二翻十 （1011）2=1x23 + 0 x22+ 1x21 + 1x20 請記?。?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、八進制 符號：0 1 2 3 4 5 6 7 底數(shù)：N=8 位權： 從小數(shù)點向左起80 、 81、82、83、84、 從小數(shù)點向右起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)對應三位二進制數(shù) 例：123.67=001 010 011.110 111,四、十六進制 符號：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C

14、 D E F 底數(shù)：N=16 位權：從小數(shù)點向左起161、162、163、164、 從小數(shù)點向右起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制對應一位十六進制 1A.2B=0001 1010 .0010 1011 五、BCD數(shù) 二十進制數(shù) 用二進制表示的十進制數(shù),1、加法 （加6調整） 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,當某一位數(shù)超過期9、或出現(xiàn)十進制進位時、加6調整。 2、減法 （減6調整） 當某一位數(shù)超過期9、或出現(xiàn)十進制借位時、減6調整。 3、存貯 壓縮與非壓縮的BCD數(shù),1.4.2 計算機中數(shù)的表示法,一、定點數(shù),數(shù),整數(shù),小數(shù),無符號整數(shù),有符號整數(shù),負整數(shù),正整數(shù),正小數(shù),負小數(shù),1234.56=0.123456x104 1010.1101=0.10101101

16、x 10100 N=2J * S S k位二進制小數(shù)，尾數(shù)、含N全部有效數(shù)字。 J 階碼，整數(shù)，有正負。 2 底數(shù) J=常數(shù)定點數(shù) J=K時為整數(shù) J 可變浮點數(shù) 一般有符號數(shù)在計算機中表示如下：,二、浮點數(shù) 規(guī)格化浮點數(shù) 定點數(shù)：加減運算簡單，表示范圍小 浮點數(shù)：加減復雜，乘除簡單，表范圍大,1.4.3碼制,一、原碼 碼長：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：符號位+數(shù)值位 例：（+15）原 =0000 1111 （-15）原 =1000 1111 3、優(yōu)點 簡單 4、缺點 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 負數(shù)的反碼等于其相應正數(shù)的原碼按位求反 3、缺點：0不唯一 （+0）反=0000 0000 （-0）反=1111 1111 三、補碼 1、定義：略,2、求法： 正數(shù)：正數(shù)的補碼等于其原碼 負數(shù)：相應正數(shù)的原碼按位取反加1，或反碼加1 3、優(yōu)點： 1)、0 唯一 （+0）補=（+0）原=0000 0000 （-0）補=1111 1111+1 =0000 0000 2)、加減法統(tǒng)一 x+y補= x補+y補 x-y補 = x補+-y補,四、變形碼 變形補碼可判斷溢出 計算機中的溢出 , 判斷溢出用變形碼。 變形補碼雙符位補碼 +：00 -：11 運算中出現(xiàn)0

18、1或者10即溢出 五、 ASCII碼 ASCII(American Standard Code for Information Interchange)美國標準信息交換碼 7位ASCII碼：控制代碼，字符代碼。 8位ASCII碼：擴展一些特殊字符和制表符。,ASCII碼表,回車 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,漢字國標碼：GB 6763個 漢字機內碼 漢字區(qū)位碼 漢字GBK：擴展的GB 漢字BIG5碼：臺灣 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、的邏輯運算,一、與 AND 二、或 OR 三、非 NOT 四、異或 XOR 按位運算,硬件系列課程,計算機組成原理 側重討論計算機基本部件的構成和組成方式，基本運算的操作原理和單元的設計思想、操作方式及其實現(xiàn)方法和電路原理 側重內部各單元的工作原理和實現(xiàn)方法（芯片內） 微機原理及接口技術 突出應用，詳細講述微處理器芯片的指令系統(tǒng)及編程、CPU外部特性、微機主板，與通用外設的接口電路及應用編程技術 側重各模塊外部的連接和應用技術（芯片外） 計算機體系結構 重點論述計算機系統(tǒng)的各種基本結構、設計技術和性能定量分析方法 側重整個系統(tǒng)的設計技術（芯片組合）,返回,世界上第一臺計算機ENIAC,返回,什么是微型計算機,以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計算機主要部件控制器和運算器的微處理器為核心所構造出的計算機系統(tǒng) 微處理器（Microprocessor） 微型計算機（Microcomputer）,返回,Intel4004和采用4004的計算器,返回,Apple微型計算機,Apple-I,Apple-II,返回,IBM PC系列機,8088CPU,IBM PC機,IBM PC/AT機,IBM PC/XT機,返回,英特爾微處理器芯片,80386,Pentium,Pentium 4,返回,明確3個概念的區(qū)