将对微型计算机的发展与应用

将对微型计算机的发展与应用、系统的组成以及工作过程进行简要的介绍，目的是使大家在系统地学习本书之前对微型机有一个总体的概念学习目的§1．1．1微型计算机的发展☞微型计算机把以大规模、超大规模为主要部件的微处理器作为核心，配以存储器、输入／输出接口电路及系统总线所制造出的计算机系统。§1．1．1微型计算机的发展☞以字长和典型的微处理器芯片各阶段标志第一代(1971—1973)是4位和低档8位微机。代表产品是美国Intel公司的4004微处理器及由它组成的MCS微型计算机。第二代(1974—1978)是中高档8位微机，以Intel8080／8085、Motorola公司的Mc6800及美国Zilog公司的Z80等为CPU的微型机为典型代表。第三代(1978—1981)是16位微机，如以8086，Z8000和MC68000为CPU的微型机。第四代(1981—1992)是32位微机，典型的CPU产品有80386和MC68000。之后Intel公司又推出80486微处理器。第五代(1993年以后)是64位微机。1993年3月Intel公司推出了当前最先进的微处理器芯片64位的Pentium，该芯片采用了新的体系结构，其性能大大高于Intel系列的其他微处理器。§1．1．2微型计算机的应用☞主要用于以下两个方向：1．数值计算、数据处理及信息管理2．过程控制及智能化仪表§1．1．3微型计算机的分类☞按照其应用对象可分为:PC机、单片微型计算机和单板微型计算机。§1．1．3微型计算机的分类☞单片微型计算机单片微型计算机称为单片机，是指一种用于控制的微处理器芯片。其组成实际是把微型计算机的CPU、部分存储器和输入／输出接口等部件集成在一块芯片上§1．1．3微型计算机的分类☞单板微型计算机把微处理器芯片、存储器芯片、I／O接口芯片、小键盘、数码显示器等必要的输入／输出设备装配在一块印刷电路板上构成了单板微型计算机系统§1．2中央处理器组成☞中央处理器中央处理器(CPU)是计算机中最重要的组成部分(微处理器)，它主要由运算器和控制器两大部分组成。§1．2中央处理器组成☞运算器运算器是计算机中加工和处理数据的功能部件.主要包括两个功能：一是对数据的加工处理，主要包括算术运算和逻辑运算功能，这些功能是通过运算器内部的算术逻辑单元(ALU)来完成；二是暂时存放参与运算的数据和某些中间结果，通常是通过与ALU相连的寄存器组来实现的。§1．2中央处理器组成☞运算器寄存器I寄存器ⅡALUALU结构示意图§1．2中央处理器组成☞控制器:控制器是计算机内“指挥”与控制整台计算机各个功能部件协同动作、自动执行计算机程序的功能部件，它要给出控制整台机器各功能部件正常运行所需要的全部信号。§1．2中央处理器组成☞控制器组成:由程序计数器(IP)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)和时序信号产生(微控制存储器)部件组成。§1．3微型计算机组成☞微型计算机组成结构微型计算机由微处理器、存储器、输入／输出接口构成，它们之间由系统总线连接起来，如图所示:§1．3微型计算机组成☞微处理器整个微机的核心是微处理器，它是采用大规模集成电路技术做成的芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储元件寄存器。微处理器负责对系统的各个部件进行统一协调和控制§1．3微型计算机组成☞存储器存储器(memory)就是存放程序和数据的部件存储器分为:主存、辅存主存位于主机内的主板上，CPU可以通过总线直接对其中的数据进行存取，因而也被称为“内存”。辅存主要用来存放暂不运行的程序和暂不处理的数据。§1．3微型计算机组成☞I／O设备I／O设备是指微机上配备的输入／输出设备，也称外部设备和外围设备(简称外设)，其功能是为微机提供具体的输入输出手段常用是指键盘和显示器，此外，还可配备鼠标器、打印机、绘图仪、扫描仪等I／O设备。§1．3微型计算机组成☞I／O接口由于各种外设的工作速度、驱动方式差别很大，无法与CPU直接匹配，所以不可能把它们简单连接到系统总线，而需要有一个接口电路来充当它们和CPU间的桥梁，通过该电路来完成信号的变换、数据的缓冲、与CPU联络等工作。在微机系统中，较复杂的I／O接口电路一般都做在一块独立的电路板上§1．3微型计算机组成☞系统总线所谓“总线”，是指传递信息的一组公用导线。作用：系统总线(systembus)是指从处理器引出的若干信号线，CPU通过他们与存储器和I／O设备进行信息交换。§1．3微型计算机组成☞系统总线的分类：(1)地址总线，即AB(AddressBus)(2)数据总线，即DB(DataBus)(3)控制总线，即CB(controlbus)§1．3微型计算机组成☞地址总线：传送地址信息的总线称为地址总线。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。地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存单元的范围。地址总线的位数内存容量（寻址范围）16210=64KBn2n§1．3微型计算机组成☞数据总线：传送数据信息的总线称为数据总线。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过数据总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据通过数据总线送往内存或外设，所以该总线为双向总线。§1．3微型计算机组成☞控制总线：传送控制信息的总线称为控制总线。微处理器的控制信号分为两类：一类是通过对指令的译码，由CPU内部产生，这些信号由CPU送到存储器、输入／输出接口电路和其他部件；另一类是微型计算机系统的其他部件产生并送到CPU的信号，如中断请求信号。§1．3微型计算机组成☞系统总线使用特点是：(1)在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制系统总线，其他总线主控设备必须放弃对总线的控制。(2)在连接系统的各个设备中，在某一时刻只能有一个发送者向总线发送信号，但可以有多个设备从总线上同时获得信号。§1．4微型计算机的工作过程计算机采用存储程序与程序控制的工作方式，即事先把程序加载到计算机的存储器中，当给机器加电并启动后，计算机便会自动按照程序的要求进行工作。§1．4微型计算机的工作过程☞计算机如何具体计算5+6＝?来说明：必须做如下工作：用助记符号指令编写程序(汇编语言)。用汇编软件将汇编程序翻译(汇编)成计算机能识别的机器语言指令。将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。§1．3微型计算机组成操作助记符号机器码功能n-AN+(A)-AMOVA,05HADDA,06HB0H05H04H06H05H-A06H+(A)-A停机HTLF4H停止所有操作§1．4微型计算机的工作过程整个程序一共3条指令，5个字节，假设它们存放在00H开始的5个单元中。计算机执行程序是一条指令一条指令执行的。执行一条指令分两个阶段，即取指令阶段和执行指令阶段。§1．4微型计算机的工作过程000000000000000000010203041011000000000101000001000000011011110100+1PCCCCCCALURPLAIDIRADRMABAR地址DBCC读①②④③⑤⑥⑦C取第一条指令的操作图§1．4微型计算机的工作过程☞取指令阶段的执行过程：①将程序计数器PC的内容(00H)送至地址寄存器AR，记为PC—AR。②程序计数器PC的内容自动加1变为01H，为取下一条指令作准备，记为PC+1—PC。③地址寄存器AR将00H通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中00号单元，记为AR—M。④CPU发出“读”命令。⑤所选中的00号单元的内容BOH读至数据总线DB，记为(BO)一DB。⑥经数据总线DB，将读出的BOH送至数据寄存器DR，记为DB—DR。⑦数据寄存器DR将其内容送至指令寄存器IR，经过译码，控制逻辑发出执行该条指令的一系列信号，记为DR—IR，IR—ID，ID—PLA。经过译码CPU识别”出这个操作码就是MOVA，05H指令，于是控制器发出执行这条指令的各种控制命令C。这就完成了一条指令的取指阶段。§1．4微型计算机的工作过程000000010000000100010203041011000000000101000001000000011011110100+1PCCCCCALURPLAIDIRADRMABAR地址DBCC读①②④③⑤⑥C执行第一条指令的操作图C⑦§1．4微型计算机的工作过程☞执行指令阶段的执行过程：①将程序计数器的内容01H送至地址寄存器AR，记为PC—AR。②将程序计数器的内容自动加1变为02H，为取下一条指令作准备，记为PC+1一PC。③即地址寄存器AR将01H通过地址总线送至存储器，并选中01H单元，记为AR一M。④CPU发“读”命令。⑤选中的01H存储单元的内容05H送至数据总线DB上，记为(01H)一DB。⑥通过数据总线，把读出的内容05H送至数据寄存器DR，记为DB—DR。⑦因为经过译码已经知道读出的是立即数，并要求将它送至累加器A，故数据寄存器DR通过内部总线将05H送至累加器A，记为DR—AL。§1．5微型计算机系统的组成§1．5微型计算机系统的组成☞微型计算机系统：包括硬件系统和软件系统§1．5微型计算机系统的组成☞硬件系统：一个为执行程序建立物质基础的物理装置，称为裸机或硬件。硬件一般是指在主机的基础上，配以必要的外部设备、外部存储器(如磁盘机、磁带机等)和电源设备等。§1．5微型计算机系统的组成☞软件系统：软件系统是指在计算机上运行的程序，广义软件还应包括由计算机管理的数据和有关的文档资料。软件可分为系统软件和应用软件两大类。§1．5微型计算机系统的组成☞系统软件：使用和管理计算机的各种软件统计算机配置的基本系统软件，通常包括操作系统、各种高级语言处理程序、编译系统和数据库管理系统等软件。§1．5微型计算机系统的组成☞应用软件：用户利用计算机及其系统软件编制的解决实际应用问题的程序。对使用微机的人员来说，在必要时才需对系统软件进行扩展。目前，应用软件已逐步标准化、模块化和商品化。§1．5微型计算机系统的组成☞软件系统：软件系统是指在计算机上运行的程序，广义软件还应包括由计算机管理的数据和有关的文档资料。软件可分为系统软件和应用软件两大类。§1．4微型计算机的工作过程☞软件与硬件的关系：应用软件系统软件硬件☞思考题：画图说明的例子中，计算机执行第二条指令(ADDA，06H)的工作过程