微机原理与接口技术1章

微机原理接口技术是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程，包括以下几个方面的内容：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术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课程目标2高等学校非计算机专业计算机教学教育部提出了三个层次的教学体系计算机文化基础计算机技术基础计算机应用基础3教材及主要参考书教材：《微机原理与接口技术》——徐惠民主编，高等教育出版社主要参考书：《微机原理与接口技术》冯博琴主编，清华大学出版社《微型计算机原理及应用》周杰英等主编，机械工业出版社《微机原理及应用》徐晨等主编，高等教育出版社《微型计算机原理及应用》许立梓等主编，机械工业出版社《硬件技术基础》冯博琴主编，邮电出版社《微机原理及应用》李伯成等编，西安电子科技大学出版社4考核方式平时作业20%实验10%期末考试70%5第1章微型计算机系统概述第2章微型计算机系统的微处理器第3章8086/8088的指令系统第4章汇编语言程序设计第5章微型计算机总线总线概述第6章半导体存储器存储器系统设计第7章微型计算机和外设间的数据传输第8章中断系统第9章微型计算机常用接口技术并行通信接口定时器／计数器第10章微型计算机的发展方向与新技术介绍课程安排第一章微型计算机系统概述概述计算机中数的表示和编码微型计算机系统1946年,美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机ENIAC（ElectronicNumegricalIntergratorAndCalculator）。第一代电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言第二代晶体管时代(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言第三代中小规模集成电路时代(1965-1970)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒第四代大规模、超大规模集成电路时代(1971至今)向大型机和微型机两个方向发展现代计算机发展方向巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化1.1概述8计算机的发展世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的”ENIAC”(艾尼阿克)ElectronicNumericalIntegratorandCalculator电子数字积分与计算器电子管18,800继电器1,500耗电150千瓦重30吨占地150m2字长12位5千次/秒加法4百次/秒乘法开创性地把电子元件用在数字计算装置上，引起“电脑革命”9冯.诺依曼(JohnVonNeuman)（1903～1957年）«关于电子计算机逻辑设计的初步探讨»报告提出存储程序计算机设计思想奠定现代计算机结构基础1949年英国剑桥大学完成存储程序的计算机EDVAC（爱迪萨克）ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer电子式离散变量自动计算机10计算机硬件基本结构目前计算机硬件体系结构基本上还是经典的冯·诺依曼结构，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本部分组成。冯·诺依曼提出的计算机组成和工作方式的基本思想：（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大部分组成。（2）数据和指令以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，地址码也为二进制形式；计算机能自动区分指令和数据。（3）编写好的程序事先存入存储器。控制器根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作，由程序计数器（PC，ProgramCounter）控制指令的执行顺序。控制器具有判断能力，能根据计算结果选择不同的动作流程12计算机的发展史电子计算机的发展：第一代：电子管计算机（1946-1956）第二代：晶体管计算机（1957-1964）第三代：中小规模集成电路计算机（1965-1970）第四代：超大规模集成电路计算机（1971-今）电子计算机按其性能分类：大型计算机/巨型计算机（MainframeComputer）中型计算机小型计算机（Minicomputer）微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）电子计算机趋势速度、集成度、功能、容量、网络、价格微型计算机经历了4位机、8位机、16位机至高性能的32位机，64位机正在广泛应用。14微机计算机的发展代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.913.44.77-108-1611-2四198519893280386804861-227.512016-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508501000133-200166-233233-450450-12001300-2400300七2002？64Itanium0.13CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/时钟周期)3000151971年，美国旧金山南部森特克拉郡（硅谷）的IntegratedElectron公司（即Intel公司）首先制成4004微处理器，进而研制出由它组成的第一台微型机。第一代微处理器：第一个微处理器是1971年美国Intel公司采用MOS大规模集成电路技术生产的4004，它本来是为高级袖珍计算器而设计的，但生产出来后，取得了意外的成功。第二代微处理器：第二代产品是1973～1977年间的产品。Intel公司的8080/8085、Zilog公司的Z80、Motorola公司的68000/6802、Rockwell公司的6502。第三代微处理器：1978～1980年微处理器进入了超大规模电路时代，16位微处理器时代开始，一块硅片上可容纳几万个晶体管。一些厂家推出了性能可与过去中档小型计算机相比的16位微处理器。16第四代微处理器：1984年以后进入了第四代。该代产品是32位微处理器，1984年7月，Motorola公司推出了MC68020，1985年Intel推出了80386。主要特征是，数据总线32位、地址总线32位，有实地址模式和虚地址保护模式和虚拟8086模式。第五代微处理器：1993年IntelPentium（奔腾）32位微处理器推出。第六代微处理器：代表性的产品有PentiumPro(高能奔腾)、PentiumII(奔腾II)、PentiumIII(奔腾III)。第七代微处理器：Pentium4仍然是32位的微处理器，采用超级管道技术，增加了144条SSE2指令，ALU在2倍的处理器核心时钟频率上运行。Itanium是64位微处理器，采用EPIC技术、RISC技术和CISC技术，三级高速缓存。EPIC表示显式并行指令代码(ExplicitParallelInstructionCode)，它是一个新的指令集，用于高级别的并行操作并允许最多并行执行9条指令。17“酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。酷睿2：英文Core2Duo，是英特尔推出的新一代基于Core微架构的产品体系统称之一。于2006年7月27日发布。酷睿2，是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版的开发代号为Woodcrest，桌面版的开发代号为Conroe，移动版的开发代号为Merom。特性：全新的Core架构全部采用65nm制造工艺全线产品为单核心，双核心,四核心，目前为止L2缓存容量存在2MB和4MB两个版本,上市时曾出现过2MB缓存容量性能提升40%能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦特前端总线提升至1066Mhz(Conroe)，1333Mhz(Woodcrest)，667Mhz（Merom）应用领域科学和工程计算密码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算工业控制机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制辅助设计/分析/制造/教学机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAI数据处理数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化智能模拟人工智能、专家系统、自学习计数制：指用一组固定的数字符号和统一的规则表示数的方法。十进制——符合人们的习惯二进制——便于物理实现八进制——便于识别、书写十六进制——便于微型计算机的使用1.2计算机中数的表示和编码1.2.1计算机中常用的数制及其转换1.2.1计算机中常用的数制及其转换一.进位计数制的表示方法十进制ND十个数码：0～9，逢十进一。例1234.5=1×103+2×102+3×101+4×100+5×10-1加权展开式以10为基数，各位系数为0～9。一般表达式：inmiiaN101n:整数位数，m:小数位数，ai：取值范围0-921nminnmmiirarararararara11001122一般，r进制数可以用下式表示：r：基数rk：权决定运算的进、借位决定数字在不同位置上的值基数使用数码的个数权数制中每一位所具有的值二进制NB两个数码：0、1,逢二进一。例1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-3加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：inmiiaN211.2.1计算机中的进位计数制八进制No八个数码：0、1、2、3、4、5、6、7逢八进一。例1101.101=1×83+1×82+0×81+1×80+1×8-1+1×8-3加权展开式以8为基数，各位系数为0～7。一般表达式：inmiiaN811.2.1计算机中的进位计数制特点：有0--7共8个数字符号，逢8进位。用O（Q）表示。000B0O001,000B100O010,000B20O011000B30O…001B1O001001B11O010001B21O……………010B2O001010B12O010010B22O011B3O001011B13O010011B23O100B4O001100B14O010100B24O101B5O001101B15O010101B25O110B6O001110B16O010110B26O111B7O001111B17O010111B27O001,000,000B100O十六进制NH十六个数码0～9、A～F，逢十六进一。例：DFC.8=13×162+15×161+12×160+8×16-1展开式以十六为基数，各位系数为0～9，A～F。一般表达式：inmiiaN1611.2.1计算机中的进位计数制计算机中常用计数制数制基数r数码举例二进制Binary20,11011.11八进制Octave80,1,2,3,4,5,6,7745.64十进制Decimal100,1,2,3,4,5,6,7,8,99999.99十六进制Hexadecimal160,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F0A45.B注：为了便于计算机识别，当十六进制数的首字符为字母时，前面加数字0。1.2.1计算机中的进位计数制小结•每一计数制有一确定的基数R，系数ai有R种可能的取值•“逢R进一”•小数点右移一位相当于乘R；反之相当于除以R例R=21101×2=（1×23+1×22+0×21+1×20）×2=1×23＋１+1×22＋１+0×21＋１+1×20＋１=1×2４+1×2３+0×22+1×2１=1101028不同数制数的区别表示方法一：用后缀区分。例1.123D十进制数123=1×102+2×101+3×100例2.123Q八进制数123