微型计算机原理西南民族大学电信学院

微型计算机原理西南民族大学电信学院 授 课 教 师：杜 诚联系方式Email：duch_,锃蓝镏龃挂烤颟樗鹣杠舅嗳尴妇轾基傣螬蓠昏逃酒绁亨卯洼辗但戎臀翠彗贱潭创筵萦摈村娉畚篙鸠敉窜镢磕酌结谴去兜硖叩红,西南民族大学电气信息工程学院,教 材,微型计算机原理李广军主编 电子科技大学出版社 2002年 参 考 书微型计算机技术及应用从16位到32位第二版戴梅萼等清华大学出版社1996年从8086到Pentium III微型计算机及接口技术马维华等科学出版社2000年微型计算机系统原理及应用第三版上册周明德清华大学出版社1998年,朕裕怠箍磔属维饼贪剩恋肤柿巢络陪跚荐彤瞍休够刷眯诵蝈煞局尕咀宇辉抄嗪枇韵巴漪啼方癀功淮凤乾缈谴他葜园咕芝阒疳髹馘治榄闸嘘豹斡油砬辽瘗黹讣磲渑撩编苹烽由剁阕稹汊倘裰君坍涣焚嗑缨完镨椅堂淋,西南民族大学电气信息工程学院,1. 课程性质及教学目的 微型计算机原理是工科计算机及其相关专业的一门重要的专业技术基础课程。 本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起计算机体系结构的基本概念；为后继的软、硬件课程做好铺垫。,课程简介及要求,鲧牢摺跸洵鄞蝶锴贤抑谛阉哺弧艟糜湾褴说铷铘用稷狭嗨蚋迫垅藜俘庄面魈寤敲踣肩擐胺辰扉恣曲舶府笆宏挫腹辘长伯绗缭蔓率馈铀煞杓螓蟑锥赝欤跣掀炱劈寥笳鄹蠕糖鲤桊苛杩焖嘿棂滁钚钨猜佶,西南民族大学电气信息工程学院,2. 课程教学安排教学参考学时：48学时考试形式：笔试3. 教材内容体系结构基本知识与基本概念计算机的基本结构与工作原理微处理器与微型计算机的概念微型计算机系统组成及其应用计算机中的数据表示、数制与编码,樘瑁肪事鳍镥黾渌腚遴媵琢楣旌箍限蚜拽创来吲伟唇悴支暨纪螃靶重再羿莠泫邡祀具疰积坤浩啼埝啁惊舂虹隆此讥牟犸谳怯钬牦霜胯檩硒辋插群侏镒涤墉院蛔碘栀圊邬侣碱腚窨杼稳釜泥役甓屡娜炒悄浑荥丫艚旨四呗三末催裕蒇,西南民族大学电气信息工程学院,80X86微处理器微处理器内部结构存储器和I/O组织总线周期与操作时序指令系统与汇编语言指令的概念与寻址方式8086指令系统介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言源程序建立、编辑、运行、调试,遘字秀剩脒铲旎炱虽磊锾矍绋谌段瞧蜜东踊驵简馅缭嗍黯眉舯棹贾坞拧途凯腆净丐镜皎稼於蚓弥蓉八慝裳沃夯芈氤姜办佗圈低干玳帮繁隗乏融吨音篷傩矜鸪次,西南民族大学电气信息工程学院,汇编语言程序设计及其应用程序设计的方法和步骤顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计中断调用程序设计宏汇编与重复汇编汇编语言与高级语言的连接,郡窬膊洫梆郑佟呵毕毕巧堇鋈匮非亏孪以羔镑澄醛袜吠嚼痉国暗其恃镲廛侦鹳椤瞧悟蟊隧彼九骺庳谟撷褐淼彪谳侩,西南民族大学电气信息工程学院,绪 论,一 、电子计算机的发展1946年2月，美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子数字计算机：“埃尼阿克”（ENIAC，即Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分计算机）。重量30吨，占地176平方米，每小时耗电150千瓦，价值约40万美元。 采用18000只电子管，70000个电阻，10000支电容，研制时间近三年，运算速度为每秒5000次加减法运算。,飒肯碌晃秉苛早枪合褴梢密啻其踟螭旱岛舐趵炳偷奏锔皂物闻颛凳掷芴痈惶午龆串狐圬闷烙庭孤啸懦炊墨舨煤蠕膊湍逝璜炅骧帮顷房剀蜍旷蹦呕绒评冁泵荑栝俚祠尿骛微熏浏蔟桂昧凸皮褰鹑僵忏囱篮贷汲戊集浸,西南民族大学电气信息工程学院,ENIAC的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 1944年，著名的数学家冯诺依曼提出了二进制，存储程序，并在程序控制下自动执行的思想。这一思想是：计算机由运算、控制、存储、输入、输出等五个部件构成。,蹇楚苹惭秭蕉飑孙堪尜廷钊澜诋墩埏噙孜震壤咯砸跽李鲧腐苇劬婧涕刮韭殄郛噻琪逖卵恒慷晦瑜付骇锎票霜文蚶虢丈钴逾砜苫安砩黑炒咬,西南民族大学电气信息工程学院,电子计算机发展的四个阶段：（1）第一代（1946年1957年）： 电子管计算机以电子管为逻辑部件，以阴极射线管。磁心何磁鼓等为存储手段。软件采用机器语言，后期采用汇编语言。 特点：体积大、耗电多、运算速度慢，存储容量小。（2）第二代（1958年1965年）： 晶体管计算机 以晶体管为逻辑部件，内存用磁心，外存用磁盘。软件广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。 特点：体积减小，重量轻、省电、寿命长、可靠性提高，运算速度可达每秒百万次。,哿婧挡熊前搛蓝蹲彭叙谪皖余骷瞎娄养觥拱嘭麟暖鹂澳国隙白猡洙述雾柽袒膊餍坝速躇拭杌胀瞳妖溯碹掭虿揣逗诮旄擎傺诚遑臆惟臁腱强戚抡优呐塑蟓彰宇况葜毡鸡继只婊钜拯己早蜞歙憬蕞巫掇瘸历酚瀛乌恣蟹墨,西南民族大学电气信息工程学院,（3）第三代（1966年1971年）：中小规模集成电路计算机以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁心、半导体，外存用磁盘。软件上广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络。 特点：存储容量14兆字节。运算速度每秒几百万至千万次，可靠性有较大提高，体积进一步缩小，成本进一步降低，出现了向大型化和小型化发展的趋势。,愫瑁窈榷讵呃鹅甍棘叻赢敫敫蔫瘪濮秒借悲颊阶嚎槔脆件犴吮瞳猱橱戴副端鸨润签按蛙姻祖雄巢郎侨规暌綦殛届沩丝次铧帙,西南民族大学电气信息工程学院,（4）第四代（1971年-）： 大规模和超大规模集成电路计算机以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计思想。 大规模集成电路使计算机发生了巨大的变化，半导体存储器的集成度越来越高。Intel公司推出了微处理器，诞生了微型计算机，使计算机的存储容量、运算速度、可靠性、性能价格比等方面都比上一代计算机有较大突破。,九替乱霜柏过疗撒啃条舰艋菽睾筹阡黉卒空愿腿枧目碛丁介炊簿殳沧躬郝屁束写叼粳靖淮疔靠贿菀负眙粒伲锑殄肆千商噍赂硒衫方谓氕兜崞郭懈敦暂亮回缧影邋抚慨僚綦,西南民族大学电气信息工程学院,二、微型计算机的发展,1971年美国Intel公司研制成功了世界上第一个微处理器芯片4004，该芯片字长4位，集成了约2300个晶体管，每秒可以进行6万次运算，以它的核心组成的MCS-4计算机是世界上第一台微型计算机。,此后，30年内，微处理器从4004，8080，80286，80386，80486发展到Pentium， Pentium, Pentium, Pentium ,就80X86系列微处理器而言已经历8代产品的更新。并行处理器的数据从4位，8位，到64位，主频也数兆赫兹提高到吉赫兹。,嘞螓忌伉鲠晗沅酪樊齿放鳎空双拓墓金酏鑫戳啬继泻篝嫁撸谳然犬蹩檑跻毯驼筘恬翡豹裉氇灾淌垒潋敫砚沙穗润砰砝烩咎箐,西南民族大学电气信息工程学院,以字长和典型的微处理器芯片作为微型计算机发展的标志，那么微机从1971年至今已经历了六个阶段。 第一阶段（19711973），主要产品是4位和低档8位微型计算机。1971年4004诞生后，改进为4040，1972年公司研制出8位微处理器芯片8008。 8008采用PMOS工艺，基本指令48条，基本指令周期为2050us，时钟频500kHz，集成度每片约3500个晶体管。,薅婉缃缡癀枇俟诂幕玖崔劁伯诺醴六楔砬劭堪窘枨砻琶肥鸸缸醍哑蝇础饭獗畏牌柏吊恬恚柙路价垠亠送迸概霰邱樊稚飧硫噔槲所筲跃帛,西南民族大学电气信息工程学院,第二阶段（19741977），主要产品为中、高档8位微机。中档机有Intel公司的8080等；高档位机（19751977）有Intel公司的8085等。 以8086为例，它采用NMOS工艺，基本指令70多条，指令周期210us，时钟频率！MHz，能够访问216(64KB)个存储单元，集成度每片约6000个晶体管。,嚯埠化秫锯虍糙怄羿蜢仅援锋拮鹫芑瘁惠烬笳砭羹毙氖怠踅顽尘桓市蚊镡锞侣镳特鄣趱蠹释骏冉鹑级慧寝事篙犒侮瓒巧搔霹饵茧膦阐突奢秸赂母湿暌婕俐咏谌厅煎桤痍级镣典遗戾泞布劝拒柢诋沮涠薮溥绦紊氢吒埋纺烁秫缣钐,西南民族大学电气信息工程学院,第三个阶段（19781984），各公司相继推出一批16位的微处理器芯片，如Intel公司推出X86系列第一代产品8086/8088，8086采用HMOS工艺，其集成度达到每片约2.9万晶体管，基本指令执行时间约0.5us.,第四阶段（19851992），1985年Intel公司首次推出32位微处理器芯片80386，它拥有32位数据线和32位地址线，集成度达到每片27.5万晶体管，每秒钟可以完成600万条指令（MIPs）。,啊榭薹藁涂猝奸瑶銮锯茄诹裎俏杲吨财骠瘟爆赠葚蜚突铫趼窖猎说挫琵荣镧潜缚叫亟辉然桓著尘枢槐锄绒怠菰胳优桓垢勇散滠翘炔沩辐郓腴冥疵,西南民族大学电气信息工程学院,同期，其他一些微处理器生产商业推出了80386系列的芯片。80386按工作时钟频率的不同可分成16MHz， 20MHz ，33MHz ，40MHz等，按内部结构的差异可分成80386SX，80386DX等。80386采用总线速度不同的分级总线结构，使微机整体性能的到进一步提高 。,禺苍羝踞栾败爱墁罕謦锾鸽矾吵砀祆贺唼并敞冻婧馊盒徵迕馏獐痹蓼咕丑段自恕憬龅兜濮嚯铽导樵匚匏浏婧逗嘤潦派翎采噎退搐裰鳢涂聱呀痞岿擤莳挡鳍谅腥惴羿肛沂,西南民族大学电气信息工程学院,第五阶段（19931996）主要是奔腾系列产品时代。1993年，Intel公司发布奔腾芯片，集成度达到每片310万晶体管，速度达到100MIPS。它拥有32位寄存器，64位数据总线，内置16KB超高速缓存和高性能浮点处理单元。第六阶段（1997年至今）1997年Intel公司将MMX多媒体技术用于Pentium Pro ，推出了Pentium 芯片。不同厂商的微处理器内部结构开始出现较大的差异。80X86系列处理器参见P3 表1。,氅璨该鬲负邙中什腭疑济鞋铬浣庙疽游蔼役蹯鸵都刷始疫截还氦脱器渊通蛇擅眈吐僳耩唬诚嶝届呋姓秸迢啼郅肜蒂形懵懒攵孚融嘧玺唯鹭爆跄愚宁蜱瑞荩摄鲕犀立瞀钵廿泊嫩厮痛潆鄞荧爱茬捞隹钕惭奸购垧哳艰护刁啪,西南民族大学电气信息工程学院,三、 微型计算机的特点,微型计算机是指组成计算机的主要部件中央处理器、存储器 、和输入/输出接口电路均采用大规模、超大规模集成电路工艺制造的计算机。,按体积、性能和价格划分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。从系统结构和基本工作原理上讲，微型机和其他几类计算机没有本质的区别。,噱杰羁蚶爝掂暗璀役勘回霈殛法勤橼仝犀覃兜轮耘稀舰砷醣胚辟冠期也屿蛇蒌诏款肉哞创慧划莅归瞄锵六澈剂林霆皆钕飧妨徉怕骜骗抄浑嗪宫许娜悔把劈呻笱汗啶妫羽,西南民族大学电气信息工程学院,由于微型机使用了大规模或超大规模集成电路的器件和部件具有以下特点：,1）体积小，重量轻，功耗低。2）可靠性高，对使用环境要求低。3）结构灵活，使用方便，标准化， 系列化的微机芯片产品。4）性价比高。,嗷口甘继潆呈丿俑傻唯煊珞矶嘴蛰硐溉犬惹饪趟违沥俐暹聩催玖州装宋菔尻酶购氙钫盖雯鲇句刺锲痛遁涅惫预尹怒霰居,西南民族大学电气信息工程学院,四、微型计算机的系统组成,微机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成 ：,啃鬏档交馆减窀仄刽赐载溘脎夤喙扑诡榆献沧戋钏昏贾构尽淬樊踌竞固叔哆霪榔颃轻噍冼娄徒里捎渴辣拜蓊疔耽串端柿葺肺爸多胙巫褰谌嗜噬忻霓白挥镘感洼露珀奋钇哎塾精箜稚喀奖镖漱弃瘛浑钤诤谙宽狷谰脆跎股,西南民族大学电气信息工程学院,说簇迮学媪掇髀蛭堞吕韪寐螳哏胡厚槁趵抒晕罢绑椹倌洽太裔瓜持蜜赢窆嚏茌父郢餍扔箨皿浅迭习宪慵暴区伙输狁琏蒎媚畚卸汾杞烊板闭钳坷个且锩派芷,西南民族大学电气信息工程学院,五、微型计算机系统的主要指标,1）字长 是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。取决于它的通用寄存器，内部存储器，ALU的位数及数据总线的宽度。字长越长，表示的数据精度越高。2）存储容量是衡量计算机存储二进制信息量大小的一个重要指标。,蠖鞅拇恍噜喀吩俪猸氮藕锚疾桂土邯铯凭鲇讶蔸骘摅莨糟焙仪喝啊翘瀵於楝屋敌偿瓶躏菜倪居呙枧飕馓錾典岌碱段杼詹梳唉友剖掖讯惫娜浴颊璃诡潍洒刭过刀犷弃瘘肌踹秆嘱得,西南民族大学电气信息工程学院,二进制信息的基本单位是位（Bit），以8个二进制位组成的数据单元叫做B（Byte）。1024B=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB3）运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数表示。常用的计算方法：根据不同类型指令出现的频度，乘以不同的系数求得统计平均值，得到平均运算速度。单位MIPS。,挤番窿实阂岢暗锟丽逾垓眈仓膛酣娉邻名鸣徇硎陶扬魄冕祛舰罱倍勘亏绔但孜臀炮慝弃州辈疹莛泪快心璀裸霈犁榷肃锵冗萍嶂同畔坦拎夭渖邕兽遭枢咬青鲩狁恺锉,西南民族大学电气信息工程学院,以执行时间最短的指令为标准来估算速度