微機

原理及接口

技術典型機型：IBMPC系列機基本系統：8086（8088）CPU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－－接口編程方法教材與參考資料何宏主編.清華大學出版社出版.微機原理與接口技術.2015年5月第一版毛六平主編.清華大學出版社北方交大出版社出版.微型計算機原理與接口技術.2002.9第1版2002.9印錢曉捷主編.機械工業出版社出版.微型計算機原理及接口技術1999年1月第一版考核方法總成績＝考試成績70%

＋實驗成績20%＋平時成績10%第一章概述微機原理課程的內容、學習目的微型計算機的發展微型計算機系統的基本組成微型計算機的應用微機原理的課程內容、學習目的微機原理課程學習內容是一門研究微型計算機的基本工作原理以及微型計算機接口技術（如中斷控制接口、定時/計數控制接口、DMA控制接口、并行/串行通信接口、模擬接口等）的課程。馮·諾依曼體系結構能把需要的程序和數據送至計算機中。（輸入）必須具有長期記憶程序、數據、中間結果及最終運

算結果的能力。（存儲）能夠完成各種算術、邏輯運算和數據傳送等數據加

工處理的能力。（運算）能夠根據需要控制程序走向，并能根據指令控制機

器的各部件協調操作。（控制）能夠按照要求將處理結果輸出給用戶。（輸出）簡單地講，微型計算機系統的工作過程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)

→執行指令的不斷循環的過程。計算機的五大基本組成部件運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設備（接口）微機原理課程學習目的通過該課程的學習，應能掌握微型計算機系統的硬件基本知識及應用實驗技能，具有一定的微機應用系統的系統分析能力，并且也為后繼課程的學習，打下微型機系統硬件方面的基礎知識。第一章概述微機原理課程的內容、學習目的微型計算機的發展微型計算機系統的基本組成微型計算機的應用微型計算機的發展電子管計算機晶體管計算機集成電路計算機大規模集成電路計算機人工智能計算機（尚在研制）1946年第一代電子計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer，電子數值積分和計算機)在美國賓夕法尼亞大學研制成功。使用了18800個電子管，重30噸，占地150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運算。1958年第二代晶體管計算機推出，用晶體管代替了電子管，大大降低了計算機的成本和體積，運算速度成百倍提高。1965年中小規模集成電路為主體的計算機問世，使計算機的體積進一步縮小，配上各類操作系統，計算機性能極大提高。1970年大規模集成電路（LSI）研制成功，計算機發展到第四代，微型計算機是第四代計算機的典型代表。1971年在美國硅谷第一塊通用微處理器Intel4004誕生，從而開創了微型計算機的新時代。微型計算機的發展第1代：4位和低檔8位微機4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機Z80、I8085、M6800，Apple-II微機第3代：16位微機8086→8088→80286，IBMPC系列機微型計算機的發展（續）第4代：32位微機80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機、Macintosh機、PS/2機第5代：64位微機酷睿、Itanium、64位RISC微處理器芯片微機服務器、工程工作站、圖形工作站微處理器的發展Intel4004Intel8008Motorola6800Intel8086Intel80286Intel80386Intel80486IntelPentiumIntelPentium

IIIntelPentiumIIIIntelPentiumIV微處理器飛速發展8038680486奔騰奔騰2代奔騰4代802868086奔騰3代4004安騰酷睿摩爾定律

歌登.摩爾（GordonMoore）是Intel公司奠基者之一，他在1964年提出一個摩爾定率，摩爾定律說每18個月半導體集成電路里面晶體管的個數會翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔18個月其性能會提升一倍。這個非常著名的摩爾定率，從1964年提出以來（盡管當時計算機集成電路芯片還沒有出現），到1971年Intel公司首次做出第一塊CPU4004芯片，再到現在，發展了大概四十多年。可以發現，CPU一直是遵循摩爾定理在發展的，后來到1995年歌登·摩爾對摩爾定理稍微修改了一下，原來是每一年半（18個月）后來改成兩年，也就是說每兩年芯片的集成度會提升一倍，特性提升一倍，但價格不變。第一章概述微機原理課程的內容、學習目的微型計算機的發展微型計算機系統的基本組成微型計算機的應用微型計算機系統的基本組成個人微型計算機，從外觀上看，它的主要組成部分是主機、顯示器、鍵盤、鼠標等，如圖所示。再進一步細分，它的主機主要由主板、CPU、內存、硬盤、軟驅（盤）、顯示卡、聲卡、網卡、光驅等部分組成。

個人計算機微型計算機系統的構成——主機箱電源光驅硬盤內存CPU主板擴展卡微型計算機系統運算器

控制器寄存器組

內存儲器總線輸入輸出接口電路外部設備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統區別微型計算機系統硬件微型機系統外圍設備過程控制I/O通道A/D,D/A轉換器開關量等外部設備鍵盤、鼠標等輸入設備顯示器、打印機等輸出設備軟驅、硬盤及磁帶等外存儲器主機輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運算器(算術邏輯運算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內存儲器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統軟件軟件用戶（應用）軟件微型計算機的系統組成控制總線CB數據總線DB地址總線AB系統總線形成處理器子系統I/O設備I/O接口存儲器系統總線BUS微型計算機的硬件組成微處理器子系統存儲器I/O設備和I/O接口系統總線系統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采用總線結構連接系統功能部件總線信號可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數據總線DB：傳送數據信息控制總線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直接尋址存儲器的范圍數據總線DBCPU讀操作時，外部數據通過數據總線送往CPUCPU寫操作時，CPU數據通過數據總線送往外部數據線的多少決定了一次能夠傳送數據的位數控制總線CB協調系統中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態等信號控制總線決定了系統總線的特點，例如功能、適應性等舉例舉例特點返回微型計算機的軟件系統系統軟件硬件應用軟件用戶微型計算機系統的層次結構示意圖微機的軟件系統由系統軟件和應用軟件組成系統軟件系統軟件是面向所有用戶的軟件，其著眼點是方便用戶的使用和維護，提高機器的工作效率。包括：操作系統、語言處理程序、診斷調試程序、設備驅動程序及為提高機器工作效率的各種應用程序。操作系統的基本功能是：負責管理、調度整個系統的軟硬件資源。包括：CPU、存儲器、各種I/O設備和硬件資源，以及文件、目錄、進程、任務等軟件資源向用戶提供最基本的交互界面。方便用戶的使用，提高系統的工作效率。以上各項任務中文件管理和磁盤管理比較突出。應用軟件是圍繞某項應用、面向某些用戶的一大類軟件。從大的方面來講，它可以是面向數據庫管理、面向計算機輔助設計的軟件或軟件包；從小的方面來講，它可以是為某個單位、某項工程的具體需要開發的軟件。什么是微型計算機以大規模、超大規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微處理器（Microprocessor）微型計算機（Microcomputer）返回明確3個概念的區別微處理器（Microprocessor）一個大規模集成電路芯片內含控制器、運算器和寄存器等微機中的核心芯片微型計算機（Microcomputer）通常指微型計算機的硬件系統還有一般的說法：微機、微型機微型計算機系統（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機系統返回Intel80x86CPU的地址線條數Intel80x86 地址條數 存儲容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386 32 4GB~Pentium4返回Intel80x86CPU的數據線條數Intel80x86 數據位數8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回第一章概述微機原理課程的內容、學習目的微型計算機的發展微型計算機系統的基本組成微型計算機的應用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，數據處理，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微型計算機的應用（續）用于數值計算、數據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、數字信號處理器可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數據量小系統總線的使用特點除了CPU外，還有DMA控制器和協處理器都具有控制系統總線的能力。它們被稱為“總線主控設備”在某一個時刻，只能由一個總線主控設備來控制系統總線在連接系統總線的各個設備中，某一個時刻只能有一個發送者向總線發送信號；但可以有多個設備從總線上同時獲得信號返回計算機中數據的表示計算機中的數制1.二進制數，用B或b結尾具有兩個不同的數字符號，即0和1；逢2進位；2.十進制數，可不用結尾字母，也可用D或d結尾具有10個數字符號即0~9；逢10進位3.十六進制數，十六進制數用H或h結尾具有16個數字符號即0~9和A~F；逢16進位；4.數制的轉換二進制數與十六進制數的轉換；與十進制數的轉換5.二進制的運算加、減、乘、除計算機中數據的表示方法1.帶符號數的表示方法原碼：正數的符號位用0表示，負數的符號位用1表示反碼：正數的反碼與原碼相同，負數的反碼表示為它的正數“按位取反”（連同符號位）補碼：8位二進制補碼所能表示的范圍為+127~-128最高位為符號位，符號位為0，表示為正數，其余位為此數的二進制值；符號位為1，其余位不是此數的二