第一章 微型计算机概述ppt课件.ppt

本课程的性质和任务,本课程是电子类各专业的专业核心课程。通过本课程的学习，学生可以全面掌握微机的工作原理、组成原理、应用原理与方法。,1,课程简介,微机原理与接口技术=汇编语言+接口技术本课程的前续专业基础课为计算机导论、数字电路,2,本课程以8086为CPU的PC机为例，主要讲述CPU的构造与设计原理；汇编语言；CPU与存储器之间的接口技术;CPU同外围部件之间的接口技术、输入/输出（I/O）接口技术等。,3,课程安排：教学64学时期中：课堂教学44学时，实验教学20学时主要参考书：,1.微型计算机技术，王培进主编，石油大学出版社2.微型计算机技术及应用，戴梅萼编清华大学出版社3.微型计算机原理、接口技术及应用，史新福编西北工业大学出版社4.微型计算机原理及应用，刘晋编大连理工大学出版社,4,课程成绩:期末考试50%+实验成绩30%+平时成绩20%教师联系方式：TELmail:zqp,5,第一章微型计算机概述,从第一台电子计算机诞生到今天，短短几十年的时间，计算机得到了突飞猛进的发展并取得了广泛应用，为人类社会跨入信息时代提供了强有力的工具。PC机技术的发展，在某种意义上代表了计算机技术的发展。本章主要回顾以下与计算机有关的一些基本概念、基本知识。,6,1.1微型计算机的发展概况,特点：硬件价格昂贵、CPU速度低、内存容量小。根据需要，人们按个人风格编制一些可以运行的程序,特点：CPU速度和内存容量有很大提高，为计算机在众多领域的应用提供了潜在的可能。如出现了多种高级语言、以及大型操作系统的研制，以便更好地发挥硬件的效率和潜在的功能。,特点：高性能、低成本的微机大量涌现，计算机的应用有了进一步的深化和普及。为开发大规模、高复杂度的软件系统提供了广阔的舞台。,关键技术：超大规模集成电路（VLSI）结构、并行处理、基于关系数据库的知识库、人工智能和模式处理的应用。主要目标：具有问题求解和推理能力，能进行知识库管理，具有智能接口。,第一代:电子管时代.第二代:晶体管时代.,第三代：集成电路时代。,第四代：大规模集成电路时代。,第五代计算机：具有人工智能知识信息处理和非数值计算能力的高性能的智能计算机（80年代开始研制）,定义：广义地说，计算机泛指任何一种能进行计算的装置，它来源于拉丁文Computare,电子数字式,1.计算机发展简史,7,摩尔定律,摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登摩尔（GordonMoore）提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。,8,2.微型计算机的发展概况,微型计算机是第四代计算机的典型代表,具有体积小、重量轻、可靠性高、结构配置灵活、价格低廉的优点。,微处理器的发展：,第1代：4位和低档8位微机Intel400440408008第2代：中高档8位微机Zilog80、Intel8085、M6800，Apple-II微机第3代：16位微机Intel8086808880286，IBMPC系列,9,第4代：32位微机Intel8038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentium432位PC机、Macintosh机、PS/2机第5代：64位微机2003年9月，AMD公司发布了面向台式机的64位处理器：Athlon64和Athlon64FX，标志着64位微机的到来。微机服务器、工程工作站、图形工作站,10,1-2.微型计算机系统,从大型计算机到微型计算机，其基本结构属于冯.诺依曼型计算机。,图1-1计算机基本结构,11,冯诺依曼理论,微型、小型、大中型计算机的功能没有本质区别。它们的基本结构也一样，称为冯诺依曼理论计算机的经典理论。,12,一、微处理器、微型计算机和微型计算机系统,（1）微处理器：Microprocessor,微处理器就是大规模集成电路的CPU（中央处理器），它包括运算器、控制器。,(2)微型计算机：Micro-Computer,微处理器+存储器+总线+接口电路,(3)微型计算机系统,微型计算机+输入/输出设备+计算机软件，就构成微型计算机系统。,13,微处理器、微型计算机和微型计算机系统,微处理器微型计算机微型计算机系统,14,二、微机系统典型硬件结构,15,微处理器微处理器是一个中央处理器CPU，由算术逻辑部件ALU，累加器和寄存器组，指令指针IP（程序计数器），段寄存器，时序和控制逻辑部件，内部总线等组成。,总线在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。总线包括：地址总线、数据总线、控制总线。,16,地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等,17,微型计算机的外部结构,微机的单总线结构,18,19,20,三、微型计算机的性能指标主频：微型计算机中CPU的时钟频率，微机运行的速度与主频有关。字长：微型计算机能够直接处理的二进制数的位数，字长越长，运算精度越高，功能越强。目前微机字长以32位为主，但已推出64位。内存容量：指微机存储器能存储信息的字节数。存取周期：指主存完成一次读写所需的时间，与存储器的指标有关。运算速度：指每秒钟能执行指令的条数，单位MIPS（百万条指令/秒）。,21,1-3计算机数据格式,数据、文字符号、图形、声音、图像等各种信息都要经过编码，成为计算机可以识别和处理的数字信息。因此，计算机选择哪种数字系统，如何表示数据，将直接影响机器的性能和结构。,计算机进制选择重要性,二进制的特征,二进制只有“0”和“1”两个数码，正好与大部分电子器件的两种状态相对应，易于物理实现，运算规则简单。另一方面，采用二进制能方便地使用逻辑代数这一数学工具进行逻辑电路的设计、分析、综合，并使计算机同时具有数字运算和逻辑运算功能。,22,几种数值的表示方式：B、Q或O、D或省略、H数值的转换：计算机数据格式：补码、原码、反码和移码。BCD码：压缩BCD码、非压缩BCD码。ASSCII码：数据类型：DBDWDD,23,1.4数字逻辑电路基本知识回顾,1.三态门（一）NMOS的三态门电路分析,T为低电平时输出为高阻抗(三态)T为高点平时输出为输入的反相,表示反相或低电平有效,24,2.三态门符号三态门具有单向导通和三态的特性。3.常用集成电路芯片74LS系列的74LS244，74LS245，Intel系列的8286等。,25,74LS244TTL8位单向缓冲器分成4位的两组，每组的控制端连接在一起。控制端低电平有效输出与输入同相。,26,74LS245TTL8位双向缓冲器控制端连接在一起，低电平有效。可以双向导通，输出与输入同相。,DTR,27,Intel82868位双向缓冲器控制端连接在一起，低电平有效。可以双向导通，输出与输入同相。,28,D触发器,1.常用的D触发器,电平锁存,上升沿锁存,电平锁存：高电平通过，低电平锁存上升沿锁存：通常用负脉冲触发锁存,负脉冲的上升沿,带有异步置位清零的电平控制的锁存器,29,2.常用集成电路芯片,74LS273具有异步清零的TTL上升沿锁存器,30,74LS373具有三态输出的TTL电平锁存器,31,Intel8282具有三态输出的电平控制锁存器,32,在总线中的应用,三态门：功率放大、导通开关D触发器：信号保持，也可用作导通开关。器件共用总线时，一般使用三态电路。在需要使用总线的时候打开三态门；不使用总线的时候关闭三态门，使之处于高阻抗状态。常用的总线复用技术：分时复用：时分技术分频复用：频分技术,33,电路分析方法,为了分析电路方便，我们用o表示低电平有效或是反相输出，用上划线表示是低电平或低电平有效。在分析引脚的组合关系时，一般取逻辑值再进行与、或、非等运算，用得到的逻辑值来表示组合关系，或者再根据o或上划线得到电平值。,与非门,例1