微机原理与接口技术-第1章概述.ppt
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1、微机原理与接口技微机原理与接口技术课程简介课程名称:微机原理与汇编语言课程性质:必修行课时间:16周4学时学分:5 3课程目标 微机原理是学习和掌握微机原理是学习和掌握微机硬件知识微机硬件知识和和汇编语言汇编语言程序程序设计的入门课程,包括以下几个方面的内容:设计的入门课程,包括以下几个方面的内容:l微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理l汇编语言程序设计汇编语言程序设计l微型计算机接口技术微型计算机接口技术 通过该课程的学习,同学们应建立微型计算机系统的通过该课程的学习,同学们应建立微型计算机系统的整体概念,形成微机系统软硬件开发的初步能力。整体概念,形成微机系统软硬件开发的初步能
2、力。4课程安排程安排1 1 微型计算机基础2 2 微处理器结构及基本原理3 3 存储器系统4 4 80X86 80X86指令系统和寻址方式5 5 汇编语言程序设计6 6 输入/输出系统7 7 中断系统8 8 常用的可编程接口芯片9 9 总线1010 人机交互设备及其接口 5课课程考核程考核期末考试:60%上机考核:20%平时考核:20%(课堂表现+作业)最终成绩=期末考试+上机考核+平时考核微型微型计算机基算机基础概概论 第一章 7主要内容主要内容1.1 微型计算机概述1.2 微型计算机系统的组成1.3 微型计算机中信息的表示1.4 小结 81.1 微型微型计计算机概述算机概述19461946
3、年年,第一台电子数字计算机,第一台电子数字计算机ENIACENIAC研制成功。研制成功。19811981年,年,IBMIBM公司进入微型计算机领公司进入微型计算机领域并推出域并推出IBM-PCIBM-PC之后,计算机的发之后,计算机的发展进入了一个新的时代展进入了一个新的时代微型计微型计算机时代。算机时代。一、电子计算机的发展:一、电子计算机的发展:电子管计算机(电子管计算机(1946-1956)晶体管计算机(晶体管计算机(1957-1964)中小规模集成电路计算机(中小规模集成电路计算机(1965-1970)超大规模集成电路计算机(超大规模集成电路计算机(1971-今)今)二、电子计算机按其
4、性能分类:二、电子计算机按其性能分类:大中型计算机大中型计算机/巨型计算机(巨型计算机(Mainframe Computer)小型计算机(小型计算机(Minicomputer)微型计算机(微型计算机(Microcomputer)单片单片计算机(计算机(Single-Chip Microcomputer)电电子子计计算机的算机的发发展展历历程程 微型计算机的发展是以微处理器的发展微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的来表征的微处理器的集成度每隔微处理器的集成度每隔18-24个月就会翻个月就会翻一番,芯片的性能也随之提高一倍一番,芯片的性能也随之提高一倍 -摩尔定律摩尔定律Intel CPU的
5、发展见下页表的发展见下页表代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-20300七2002?64Itanium?0.08CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/时钟周期)3000微型微型计计算机的分算机的分类类按处理器(按处理器(CPUCPU)的)的字长字长分类分类4 4位微型计算机位微型计算机8 8位微型计算机位微型计算机1616位微型计算机位微
6、型计算机3232位微型计算机位微型计算机按照微型计算机的按照微型计算机的利用形态利用形态分类分类单片微型计算机单片微型计算机单板微型计算机单板微型计算机位片式微型计算机位片式微型计算机微型计算机系统微型计算机系统 18微型微型计计算机系算机系统统的主要技的主要技术术指指标标字长字长 字长是指计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。字长是指计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。主频主频 主频是微型计算机中主频是微型计算机中CPUCPU的时钟频率。通常是指计算机中时的时钟频率。通常是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的时钟信号的频率,单位为钟脉冲发生器所产生的时钟信号的频率,单位为MHzMHz。主存
7、储器容量主存储器容量 存储器容量指的是存储设备可容纳二进制信息的最大字节存储器容量指的是存储设备可容纳二进制信息的最大字节数。数。19微型微型计计算机系算机系统统的主要技的主要技术术指指标标存取周期存取周期 微型计算机内主存完成一次读微型计算机内主存完成一次读/写操作所需要的时间称为存储器的存取写操作所需要的时间称为存储器的存取时间,连续进行两次读时间,连续进行两次读/写所需的最短时间称为存储器的存取周期。写所需的最短时间称为存储器的存取周期。运算速度运算速度 计算机的运算速度一般用每秒所能执行的指令条数来表示。单位用计算机的运算速度一般用每秒所能执行的指令条数来表示。单位用MIPSMIPS(
8、百万条指令百万条指令/秒秒)。常用计算方法有:常用计算方法有:根据不同类型指令出现的频度,乘上不同的系数,求得统计平均值,根据不同类型指令出现的频度,乘上不同的系数,求得统计平均值,得到平均运算速度得到平均运算速度 。以执行时间最短的指令(如加法指令)为标准来估算速度。以执行时间最短的指令(如加法指令)为标准来估算速度。直接给出直接给出CPUCPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。主频一般以的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。主频一般以MHzMHz为单位。为单位。20微型微型计计算机系算机系统统的的层层次次微型计算机系统的层次结构图 21微型微型计计算机系算机系统统的的层层次次微处理器微
9、处理器CPU,包含算术逻辑单元、控制单元、累加器、寄存器,包含算术逻辑单元、控制单元、累加器、寄存器组、内部总线等组、内部总线等微型计算机微型计算机CPU配上存储器、输入输出接口、系统总线,组成的小配上存储器、输入输出接口、系统总线,组成的小系统系统微型计算机系统微型计算机系统以微型计算机为主体,配上外围设备、电源、系统软件以微型计算机为主体,配上外围设备、电源、系统软件和应用软件和应用软件 22微型微型计计算机技算机技术术的的发发展展趋势趋势多级流水线结构多级流水线结构把大的顺序操作分解成若干段,使之在时间上重叠把大的顺序操作分解成若干段,使之在时间上重叠芯片上存储管理技术芯片上存储管理技术
10、高速缓存与高速缓存与CPU集成在同一芯片内集成在同一芯片内虚拟存储技术虚拟存储技术主内存与辅助存储器之间的调度管理主内存与辅助存储器之间的调度管理并行处理的哈佛结构并行处理的哈佛结构采用多个内部数据采用多个内部数据/地址总线,将数据与指令缓存访问分开地址总线,将数据与指令缓存访问分开RISC结构结构精简指令系统精简指令系统 231.2 微型微型计计算机系算机系统统的的组组成成硬件系硬件系统统I/O设备CPU运算器控制器存储器RAMROMI/O接口AB 地址总线DB 数据总线CB 控制总线8255、8250(8251)8253、8259键盘、打印机键盘、打印机显示器、软硬盘显示器、软硬盘A/DA
11、/D、D/AD/A等等微型计算机的微型计算机的硬件硬件组成组成 25微型微型计计算机的硬件算机的硬件组组成成 微处理器(或中央处理器、微处理器(或中央处理器、CPUCPU)2、存储器 功能:存放程序和数据。存储器内存(主存)外存(辅存)RAMROMSRAMDRAMROMEPROME2PROM软盘、U盘硬盘(移动硬盘)光盘cacheFlash 27微型微型计计算机的硬件算机的硬件组组成成 RAM结构框图 28微型微型计计算机的硬件算机的硬件组组成成 I/OI/O接口设备接口设备 I/OI/O接口设备也称为接口设备也称为I/OI/O接口电路,即通常所说的接口电路,即通常所说的适配器、适配卡适配器、
12、适配卡或或接口接口卡卡。它是微型计算机和外部设备交换信息的桥梁。它是微型计算机和外部设备交换信息的桥梁。结构:一般由结构:一般由寄存器组寄存器组、专用存储器和控制电路三部分组成,当前、专用存储器和控制电路三部分组成,当前的控制指令、通信数据、外部设备的状态信息等分别存储在专门的的控制指令、通信数据、外部设备的状态信息等分别存储在专门的存储器或寄存器中。存储器或寄存器中。连接:所有外部设备都是通过各自的接口电路连接到微型计算机的连接:所有外部设备都是通过各自的接口电路连接到微型计算机的系统总线上。系统总线上。通信方式:分为通信方式:分为并行并行通信和通信和串行串行通信,并行通信是将数据各位同时通
13、信,并行通信是将数据各位同时传送,串行通信是将数据一位一位地顺序传送。传送,串行通信是将数据一位一位地顺序传送。29微型微型计计算机的硬件算机的硬件组组成成 微型计算机的总线结构微型计算机的总线结构总线:传递信息的一组公用导线。系统总线:从处理器引出的若干信号线,CPU通过它们与存储器或I/O设备进行信息交换。a)地址总线:传递地址信息的总线,即AB。CPU在地址总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址,该总线为单向总线。b)数据总线:传递数据信息的总线,即DB。双向总线c)控制总线:传递控制信息的总线,即CB。双向总线 31软软件系件系统统软件系统层次结构软件系统层次结构系统软件系统软
14、件操作系统软件,如操作系统软件,如DOSDOS、WINDOWS XPWINDOWS XP、WINDOWSNTWINDOWSNT、LinuxLinux、NetwareNetware等;等;各种语言的处理程序,各种语言的处理程序,如机器语言、高级语言、编译程序、解如机器语言、高级语言、编译程序、解释程序;释程序;各种服务性程序,如调试、故障检查、诊断程序等;各种服务性程序,如调试、故障检查、诊断程序等;各种数据库管理系统,如各种数据库管理系统,如SQLSeverSQLSever、OracleOracle等。等。应用软件应用软件用于科学计算方面的数学计算软件包、统计软件包等;用于科学计算方面的数学计
15、算软件包、统计软件包等;文字处理软件包,如文字处理软件包,如WPSWPS、Office2007Office2007;图像处理软件包,如图像处理软件包,如PhotoshopPhotoshop、动画处理软件、动画处理软件3DSmax3DSmax;各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等专用软件。专用软件。321.3 微型微型计计算机中信息的表示算机中信息的表示数制数制是指用一组是指用一组固定的符号固定的符号和和统一的规则统一的规则来表示数值的方法。来表示数值的方法。进位计数制,简称进位计数制,简称“进制进制”,是按进位的原则进
16、行计算的数制。,是按进位的原则进行计算的数制。进位计数制有如下特点:进位计数制有如下特点:数制的基数确定了所采用的进位计数制。表示一个数时所用的数字数制的基数确定了所采用的进位计数制。表示一个数时所用的数字符号的个数称为基数。符号的个数称为基数。对于对于N N 进位数制,有进位数制,有N N 个数字符号,基数为个数字符号,基数为N N。逢逢N N 进一进一。对于十进制,是逢。对于十进制,是逢1010进进1 1。采用位权表示方法。处在不同位置上的相同数字所代表的值不同,采用位权表示方法。处在不同位置上的相同数字所代表的值不同,一个数字在某个位置上所表示的实际数值等于该数值与这个位置的一个数字在某
17、个位置上所表示的实际数值等于该数值与这个位置的因子的乘积,而该位置的因子由所在位置相对于小数点的距离来确因子的乘积,而该位置的因子由所在位置相对于小数点的距离来确定,简称为位权。定,简称为位权。33微型微型计计算机中信息的表示算机中信息的表示位权与基数的关系是:位权与基数的关系是:位权的值恰是基数的整数次幂位权的值恰是基数的整数次幂。对。对于各位权的幂,从小数点开始,向左依次为于各位权的幂,从小数点开始,向左依次为0 0、1 1、2 2、33,依次加,依次加1 1;向右依次为;向右依次为11、22、33,依次减,依次减1 1。例例:(1011.1)2=1*23+0*22+1*21+1*20+1
18、*2-1 (56D.3)16=5*162+6*161+13*160+3*16-1 34进进制数的制数的书书写写规则规则在数字后面加写相应的英文字母作为标志。在数字后面加写相应的英文字母作为标志。B B(Binary(Binary):表示二进制数。):表示二进制数。101001B101001BO O(Octonary)(Octonary):表示八进制数。:表示八进制数。1321O1321OD D(Decimal)(Decimal):表示十进制数。:表示十进制数。100D100DH H(Hexadecimal)(Hexadecimal):表示十六进制数。:表示十六进制数。3ACH3ACH在括号外面
19、加数字下标。在括号外面加数字下标。(101001)(101001)2 2:表示二进制数的:表示二进制数的101001101001。(1321)(1321)8 8:表示八进制数的:表示八进制数的13211321。(100)(100)1010或或 100100:表示十进制数的:表示十进制数的100100。(3AC)(3AC)1616:表示十六进制数的:表示十六进制数的3AC3AC。35例例:(1011.1)2=1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1 (56D.3)16=5*162+6*161+13*160+3*16-1数制数制转换转换R R 进制数转换为十进制数进制数转换为十进制数只需
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- 微机 原理 接口 技术 概述
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