《微机原理与应用》第0章课程概述.ppt
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1、微机原理与接口技术微机原理与接口技术主讲主讲 孙艺珍孙艺珍 西安科技大学计算机学院西安科技大学计算机学院前言前言电子科学与技术电子信息科学与技术1.1.本课程在计算机课程体系中的位置本课程在计算机课程体系中的位置硬件类硬件类软件类软件类CPUCPU及整机设计及整机设计(计算机组成原理)(计算机组成原理)BIOSBIOS与接口驱动程序设计与接口驱动程序设计模拟电路、数字逻辑电路设计模拟电路、数字逻辑电路设计嵌入式嵌入式/单片机系统单片机系统SOCSOC芯片设计芯片设计计计算算机机系系统统结结构构外围接口电路设计外围接口电路设计操作系统操作系统编译系统编译系统数据库数据库数数据据结结构构C+C+J
2、AVAJAVA离离散散数数学学计计算算机机系系统统综综合合设设计计电子商务电子商务多媒体技术多媒体技术 算算法法设设计计、数数值值分分析析、信信号号与与系系统统、计计算算机机理理论论课课程程、数数学学基基础础课课程程汇编语言汇编语言软软件件工工程程VBVBSOCSOC(SystemOnAChipSystemOnAChip)系统级芯片系统级芯片课程介绍微机 原理 及 接口 技术n典型机型:典型机型:IBM PCIBM PC系列机系列机n基本系统:基本系统:8086CPU8086CPU和半导体存储器和半导体存储器nI/OI/O接口电路及与外设的连接接口电路及与外设的连接n硬件接口电路原理硬件接口电
3、路原理n软件接口编程方法软件接口编程方法2.2.本课程的教学目的本课程的教学目的掌掌握握先先进进微微处处理理器器芯芯片片结结构构、微微型型计计算算机机实实现现技技术术、计计算算机机主主板板构构成成、各各种种接接口口技技术术原原理理及及其其应应用用编编程程方法;方法;掌掌握握汇汇编编语语言言程程序序的的编编写写方方法法,尤尤其其掌掌握握接接口口访访问问的方法。的方法。了解微机技术新的发展趋势,提高分析和设计接口了解微机技术新的发展趋势,提高分析和设计接口的能力。的能力。为微机的深入应用和嵌入式系统为微机的深入应用和嵌入式系统SOCSOC设计等的学习设计等的学习与实践打下良好基础。与实践打下良好基
4、础。3.3.本课程的要求本课程的要求学学习习微微机机各各种种接接口口电电路路的的原原理理与与作作用用,熟熟悉悉PC系系列机接口电路;列机接口电路;掌握常用接口的设计与分析方法;掌握常用接口的设计与分析方法;学会使用汇编语言(和学会使用汇编语言(和C语言)对接口进行编程;语言)对接口进行编程;具具有有一一定定的的动动手手实实验验能能力力和和接接口口应应用用程程序序的的编编写写能力;能力;4.4.本课程的学习方法本课程的学习方法n特点:本特点:本课课程涉及的知程涉及的知识识范范围围广,内容多广,内容多1)以)以IBM PC/XT机基本结构机基本结构这条主线,分析其基本这条主线,分析其基本结构,掌握
5、各接口电路及可编程接口芯片的应用。结构,掌握各接口电路及可编程接口芯片的应用。2)进一步扩展和延伸)进一步扩展和延伸74.4.本课程的学习方法本课程的学习方法CPU从从8086Pentium4,从实模式,从实模式系统管理模系统管理模式;式;汇编语汇编语言言CPU及接口直接控制,及接口直接控制,16位位32位汇编;位汇编;总线总线PCI,USB等;等;中断中断从实模式下的中断向量保护模式下的中断从实模式下的中断向量保护模式下的中断描述符;从传统中断描述符;从传统中断PCI中断串行中断中断串行中断 芯片芯片组组从中大规模集成电路从中大规模集成电路(8237、8254、8255、8259、8250、
6、8251等)等)4.4.本课程的学习方法本课程的学习方法3)理论与实践相结合,锻炼实验动手能力。)理论与实践相结合,锻炼实验动手能力。掌握汇编语言编程方法掌握汇编语言编程方法掌握掌握x86系列寻址方式系列寻址方式掌握掌握x86常用指令常用指令学会学会x86汇编程序编写方法汇编程序编写方法掌握掌握PC机接口程序的编写方法机接口程序的编写方法充分利用课程实验和自修实验锻炼自己的编程能力充分利用课程实验和自修实验锻炼自己的编程能力和接口设计与分析能力和接口设计与分析能力作业和实验要求作业和实验要求1 1、独立完成每次作业,按时交作业;、独立完成每次作业,按时交作业;2 2、按给定的时间做实验;、按给
7、定的时间做实验;3 3、按给定的时间交试验报告;、按给定的时间交试验报告;学习时间安排学习时间安排上课时间和自学时间的比例为:上课时间和自学时间的比例为:1 1:1.51.5本门课的学习方法本门课的学习方法1 1、课前能预习,课后能总结,上课时能做笔记。、课前能预习,课后能总结,上课时能做笔记。2 2、鼓励学生之间对学习中的难点疑问积极讨论,不理、鼓励学生之间对学习中的难点疑问积极讨论,不理解的问题可以在课后或答疑时问老师。解的问题可以在课后或答疑时问老师。3 3、独立思考,多看参考书,并有读书笔记,不懂的问、独立思考,多看参考书,并有读书笔记,不懂的问题可以写在作业中,不要带着问题学习。题可
8、以写在作业中,不要带着问题学习。本课程的考核方式本课程的考核方式:期末考试占期末考试占50%,50%,考勤占考勤占15%,15%,作业成绩作业成绩15%,15%,期中测验期中测验20%20%。说明:说明:1 1)旷课)旷课3 3次以上(含次以上(含5 5次)考勤为次)考勤为0 0分分2 2)作业少交)作业少交3 3次(含不按时交次(含不按时交3 3次)作业成绩为次)作业成绩为0 0分分3 3)不做实验两次以上(含)不做实验两次以上(含2 2次)实验成绩为次)实验成绩为0 0分。实验分。实验成绩有两部分:动手能力和试验报告,各占成绩有两部分:动手能力和试验报告,各占50%50%,在,在规定的时间
9、交实验报告。规定的时间交实验报告。第第0 0章章认识微型计算机认识微型计算机0.1 0.1 微型计算机的发展微型计算机的发展n19461946年年,世世界界上上出出现现第第一一台台数数字字式式电电子子计计算算机机ENIACENIAC(电子数据和计算器)(电子数据和计算器)n发发展展到到以以大大规规模模集集成成电电路路为为主主要要部部件件的的第第四四代代,产产生了微型计算机生了微型计算机n微微型型计计算算机机自自2020世世纪纪7070年年代代问问世世以以来来伴伴随随着着微微电电子子学学的的发发展展,按按CPUCPU的的字字长长和和功功能能划划分分,她她大大致致经经历了历了5 5代演变代演变n第
10、一代第一代(1971-1973)(1971-1973):4 4位和位和8 8位低档微机位低档微机以以INTELINTEL公公司司的的40044004、40404040、80088008微微处处理理器器组成的微机为代表。组成的微机为代表。n第二代第二代(1974-1978):8(1974-1978):8位中档微机位中档微机以以INTELINTEL公公司司的的80808080、80858085,MotorolaMotorola公公司司的的的的MC6800,MC6800,ZilogZilog公公司司的的Z80Z80微微处处理理器器组组成成的的微机为代表。微机为代表。如如Apple-IIApple-I
11、I微机n第三代第三代(1978-1984):16(1978-1984):16位微机位微机以以80868086、80888088、8028680286、MC68000MC68000、Z800Z800微处理器组成的微机为代表微处理器组成的微机为代表如如IBM IBM PCPC系列机系列机n第四代第四代(1985-1992):32(1985-1992):32位微机。位微机。8038680386、80486804863232位位PCPC机机、MacintoshMacintosh机、机、PS/2PS/2机机n第第五五代代:高高档档3232位位机机及及6464位位微微机机(19931993后)后)以以 P
12、entiumPentium 、Pentium Pentium II II、Pentium Pentium III III、Pentium 4Pentium 4为核心处理器的微机为核心处理器的微机其它芯片,如其它芯片,如 AMDAMD ItaniumItanium、6464位位RISCRISC微处理器芯片微处理器芯片微机服务器、工程工作站、图形工作站微机服务器、工程工作站、图形工作站第第一一代代19711971年年Intel 4004Intel 40044 4位位23002300108KHz 108KHz 每秒每秒6 6万次万次19721972年年Intel 8008Intel 80088 8位
13、位35003500基本指令周期为基本指令周期为202050s50s第第二二代代19741974年年Intel 8080Intel 80808 8位位600060002MHz2MHzMC6800MC68008 8位位6800680019761976年年Z80Z808 8位位10000100002.5MHz2.5MHz第第三三代代19781978年年Intel 8086Intel 80861616位位29000290005MHz5MHz基本指令周期基本指令周期0.5 s0.5 s19821982年年Intel 80286Intel 802861616位位13.413.4万万基本指令周期基本指令周期
14、0.2 s0.2 s第第四四代代19851985年年 1010月月80386803863232位位27.527.5万万 16-33MHz16-33MHz3-4 MIPS 3-4 MIPS 19891989年年4 4月月 80486804863232位位120120万万33-120MHz/41-54 MIPS33-120MHz/41-54 MIPS第第五五代代1993.3.221993.3.22PentiumPentium3232位位310310万万 75-133M Hz 0.6 m75-133M Hz 0.6 m1995.11.81995.11.8Pentium proPentium pro3
15、232位位550550万万200MHz/400 MIPS 200MHz/400 MIPS 19971997年年Pentium Pentium 3232位位700700万万 266MHz/400 MIPS 266MHz/400 MIPS 1999.2.261999.2.26Pentium Pentium 3232位位28002800万万450MHz450MHz1999.2.241999.2.24AMD-K6-AMD-K6-3232位位21302130万万450MHz 0.25 m450MHz 0.25 m2000.11.242000.11.24Pentium 4Pentium 43232位位42
16、004200万万1.4GHz 0.18 m1.4GHz 0.18 m更新更新微机发展概况微机发展概况Pentium 4EPentium 4EPentium 4Pentium 4Pentium 4 Pentium 4 Extreme Extreme EditionEditionAthlon 64Athlon 64Athlon 64 FXAthlon 64 FX核心核心核心核心PrescottPrescottNorthwoodNorthwoodGallatinGallatinClawHammerClawHammerSledgeHammerSledgeHammerSocketSocketSocket
17、478Socket478Socket478Socket478Socket478Socket478Socket754Socket754Socket940Socket940频率频率频率频率2.8-3.4GHz2.8-3.4GHz1.6-3.4GHz1.6-3.4GHz3.2-3.4GHz3.2-3.4GHz2.0-2.2GHz2.0-2.2GHz2.2GHz2.2GHz生产技术生产技术生产技术生产技术0.090.09微米,应变微米,应变微米,应变微米,应变硅晶技术硅晶技术硅晶技术硅晶技术0.130.13微米微米微米微米0.130.13微米微米微米微米0.130.13微米,微米,微米,微米,SOIS
18、OI0.130.13微米,微米,微米,微米,SOISOI晶体管数晶体管数晶体管数晶体管数125125百万百万百万百万5555百万百万百万百万178178百万百万百万百万105.9105.9百万百万百万百万105.9105.9百万百万百万百万内核尺寸内核尺寸内核尺寸内核尺寸mm2 2112112131131237237193193193193L1L1数据缓存数据缓存数据缓存数据缓存16KB16KB8KB8KB8KB8KB64KB64KB64KB64KBL1L1指令缓存指令缓存指令缓存指令缓存12001200微指令微指令微指令微指令1200012000微指令微指令微指令微指令20002000微指令
19、微指令微指令微指令64KB64KB64KB64KBL2L2缓存缓存缓存缓存1024KB1024KB512KB512KB512KB512KB1024/512KB1024/512KB1024KB1024KBL3L3缓存缓存缓存缓存2MB2MBSIMDSIMD指令指令指令指令SSE3/SSE2/SSESSE3/SSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSESSE2/SSE/SSE2/SSE/3DNow3DNow!SSE2/SSE/SSE2/SSE/3DNow3DNow!0.2 摩摩尔尔(Gordon Moore)定律)定律n摩摩尔尔定定律律:“晶晶体体管管的的大大小
20、小将将以以指指数数速速率率变变小小,而而集集成成到到芯芯片片上上的的晶晶体体管管数数目目将将2 23 3年年(18182424个个月)月)翻一番。翻一番。”GordonMooreGordonMoore,19651965n*Gordon MooreInter公公司司的的创创始始人人,著著名名半半导导体科学家。体科学家。Gordon Moore 1965的的预预言已言已经经40年了,年了,这这条条IT第一定律第一定律还还能走多能走多远远?1971/11 Intel 4004 2300 Transistors1978/6 Intel 8086 29000 Transistors 3m2002/4 P
21、entium 4-2.2G 55Million Transistors 0.13m2004/2 Prescott 3.4G P4125Million Transistors 90nmGordon Moore made his famous 摩摩尔尔定律定律 CPU性能每性能每18个月增加一倍个月增加一倍 4200280070055031012027.513.42.90.490500100015002000250030003500400045001973197819821985198919931995199719992000年年万晶体管万晶体管摩摩尔尔定律定律 晶体管数目每两年增加一倍晶体管数目
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