微机原理与接口技术 第四版

第一章绪论19461.EDVAC1.2.3.ENIAC，，第一台电子计算机(美，宾夕法尼亚大学，埃克特、莫克利)缺点：一、存储容量太小；二、用线路连接的方式来编排程序。冯诺依曼、莫尔小组，，奠定了计算机基础组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备基本原理：程序存储和控制冯诺依曼机数值采用二进制计数发展：早期冯诺依曼以CPU为中心，现在演变为以存储器为中心微机1.1发展史2.19741946~19561957~19633.41964~19701971~4..Altair，，开创微机新时代电子管()晶体管()微机代中、小规模集成电路()大、超大规模集成电路()大型机中型机小型机微型机大型巨型化：性能发展方向小型微型化：成本网络、人工智能化51995，..2摩尔定律61971CPU()问世：开创微机新纪元1971:,PMOS,2300,1MHz,10s15s第一代48（1971）：1972:Intel80081974:Intel8080(NMOS,4500,2MHzIn,1ss,64KB,单),MotorolaMC6800第二代8（1974）：1975：ZilogZ80CPU7.按字长tel4004Intel4004换代1976:Intel80851978：Intel8086(NMOS,29000万，5、8、10MHz,0.5s,1MB)第三代16（1978）：1979:ZilogZ8000,Mototola68001982:Intel80826,Motorola680101983:ZilogZ800001984:Motorola68020第四代32（1983）1985:Inz25/33/50z60z150/166/180/200ztel80386(CHMOS,27.5万，1633MH，0.1s,32,40GB,)1989:Intel8086(CHMOS,120万，MH),Motorola680401993:Pentium(CMOS,310万，MH)1995:PentiumPro(5450万，MH)8058680619978第五代6:Pen2006:3CoreSSSEtiumⅡ(750万)1999:PentiumⅢ(950万)2000:Pentium4(1.5GHz3.6GHz)()1.2基本结构:CPU(运算器、控制器)、存储器、输入/输出设备微机系统冯诺依曼工作原理：存储器存储程序控制的原理发展：早期冯诺依曼以CPU为中心，现在演变为以存储器为中心()=+CPU=+++I/O1.1.2.3./4...1.2.1CPUIO核心，中央处理器微处理器运算器控制器微控制器运算器控制器存储器接口单片机从存储器中取指令，指令译码简单的算术逻辑运算任务在处理器和存储器或之间传送数据程序流向控制等随机存储器2存储器：分类存放程序和数据只读存储器微处理器RAM3I/O接口：外部设备与C1微机微ROM型计算机.I/OI/OPU或存储器连接交换信息连接CPU、存储器、I/O接口任务：CPU与存储器、I/O间传送地址、数据、控制信息系数据总线统4总分类地址总线线控制总线键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪、输入设备条形码读入器、光笔、语音输入器5.输出设备：CRT显示器、打印机、绘图仪设备公用设备：软盘机，硬盘机，光盘机CPU组成：（主体）微机、I/O设备、系统软件微机2输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪、条形码读入器系统输出设备：CRT显示器、打印机、绘图仪算术逻辑部件ALU：算术、逻辑运算累加器和寄存器组指令指针寄存器IP（程序计数器）：指向要执行的下一条指令的偏移地址3段寄存器：段地址与偏移地址组成20位物理地址对存储器寻址时序和控制部件内部总线41234567微机性能指标主频字长内存容量存取周期运算速度内核数目高速缓冲4.半导体存储器随机读写，断电存储内容消失特点：容量大速度慢动态DRAM内存条MOS电路存储单元电容：漏电信息消失刷新特点：容量小速度高随机RAM双极型电路分类静态SRAM存储单元：触发器或不要刷新MOS电路断电不丢失数据内存非易失性随机读写存储器NVRAM分类SRAM实时读写功能与EEPROM可靠非易失功能综合存储器只读不写，非易失性原理：专有设备烧断芯片内二极管而存储二进制信息可编程PROM只能写一次，固化程序用只读ROM分类可擦除可编程EPROMEEPROM(电可擦除EPROM)高速缓冲存储器Cache：存储空间较小，速度较慢，位于CPU和主存之间lash磁记录：软盘、硬盘、磁带1只读光盘外存光盘存储器：2一次写入光盘大容量、标准化、重量轻、易保存、寿命长3可改写光盘F存储器：（优盘）将数据以电荷的形式储存在光栅电极上，集成度高，可靠性好，不易损坏74373742451.2.2/CPULSLSIO作用：（或存储器）与外设交换信息。锁存器、缓冲器可编程控制器8259A：控制中断过程可编程技术/定时器8254：对DRAM定时刷新、扬声器定时发声等实时控制信号接口主要接口芯片可编程并行接口芯片8255：CPU与外设间8位数据并行传送，打印机、CRT接口等可编程接口8251A：传送数据，同步/异步数据收发器可编程DMA控制中断串行远距离器8237A：大批量数据传送，DMA工作方式（外设直接与存储器交换数据）A/D,D/A转换芯片：数字量与模拟量转换1...2...1/2/1.2.3ISA3.EISA3VESAPCIPCIExpress4总线描述：各部件间传送信息的公共通道。1物理特性：总线根数、插头、插座形状、引脚排列等2功能特性：地址、数据、控制总线总线标准特性3电器特性：IN/OUT4时间特性：有效时间1内部总线地址总线单向三态元件级总线2数据总线双向三态3控制总线复杂总线总线分类系统总线USBIEEE1394142CPU3：通行串行总线外部总线：火线接口单总线结构总线结构面向的双总线结构面向主存储器的双总线结构.....单总线：集成度、成品率提高1内部总线双、三总线：加快数据传送是CPU向存储器或I/O端口传送地址的，是三态单向总线1地址总线：16位：地址总线20位，1MB地址总线位数决定CPU可直接寻址的内存容量32位：地址总线32位，4GBCPU与存储器及外设交换数据，是三态双向总线2元件级总线2数据总线8088：内部字长16位，外部数据总线8位准16位微处理器3总线分类.8.ISAIBM162.EISA32.x3.VESA32804864.PCIIntel16/33控制总线传输控制信号，控制总线宽度根据系统需要而定，一般为位定义：微处理器机箱内底板总线，连接插件板1总线：工业标准体系结构总线，，位，80386，80486总线：扩展工业体系结构总线，位3系统总线8086总线：视频标准协会，全开放通用总线，，总线：外设互连局部总线，，2Pentium5.niversalerialus.PCIsExpres..s位，，即插即用：最新总线和接口标准，连接描述：系统与系统、系统与外设间信息通路，数据传输方式：并行和串行通行串行总线（USB）速度：480，15，15MB/1USB总线即插即用，无需单独供电系统，可支持127个外设同时连接到USB总线特点集中控制策略，4外部总线点对点串行线总ireire2.IEEE1394bps占用资源少，通过4线串行电缆访问USB设备火线接口（FW），苹果公司速度：400，800M高速率、容许用户直接透过IEEE1394接口编辑电子影像档案特点主要用于：数字成像和广播电视领域1.4...单总线结构：内存和I/O接口，控制简单，易于扩充系统配置I/O设备，单数据传输量受限CPU与主存、CPU与I/O设备分别设置一组总线总线结构2面向CPU的双总线结构：CPU与主存：存储总线；CPU与I/0设备：I/O总线优点：提高数据传送效率；缺点：降低了CPU工作效率3面向主存的双总线结构：结合以上两种优点1BQO1.DH..BCH41BCD8101.3niiimNKJ二进制八进制或数制十进制/十六进制数制符号2其它数制十进制：按权相加整数：基数去除，余数倒排3十进制其它数制：小数：基数去乘，余数顺排二进制是本、是桥梁二进制编码的十六进制：压缩位数二省进制编码的十进制：非压缩位数，不可省二进制信息编码计算机数据格式略无11109=30H39Haz=61H7AHA=41H5AH20H()20H()8080H0222001nnnASCZxxxxxxxxxx原原原‘’‘’‘’国标码区码高字节位码低字节汉字编码内码国标码机器数，真值整数：原码小数：带符号码数Ⅱ1n1-m1111002(mod2-1)(21)2001(mod2-2)(22)1002(m220nnnmnnnxxxxxxxxxxxxxxxxx反反补整数：反码小数：整数：补码nnod2)01(mod2)2101x02x0=10000...00100...03000000...00111...10000...004+xxxxxxxxxx补原反补补反原原反反补补小数：当时，当时，符号位1，结论和移码与补码数值位完全相同，符号位相反111j(21)(1)m-111(21)ax(21)(1)ma(1)ixmnN2(1222()N2(2)N2(1)212)eeemnmmnnxxxNxR