微机原理与应用.ppt

课程介绍 计算机硬件课程 从计算机的硬件结构出发 介绍微型计算机的工作原理 微机原理与应用 先修课程 计算机应用基础 ForWindows 软件技术基础课程 Basic或C语言编程 后续课程 单片机原理与应用 DSP原理与应用等 教学内容 本课程以微型计算机原理与应用为主题 以Intel8086CPU为主线 系统介绍计算机的硬件技术基础 包括 微机原理 汇编语言程序设计 微机接口三部分 微机原理与应用 原理部分主要介绍微型计算机及其基本组成部分 中央处理器 存储器 I O接口和总线 的硬件结构和工作原理 汇编语言程序设计介绍8086指令系统和汇编语言程序设计方法 技巧等内容 接口部分介绍几种常见的I O设备的接口原理与技术 以及PC机常用的I O接口芯片 教学目标通过学习 培养以下几方面能力 1 资料阅读能力2 分析软硬件能力3 设计接口 扩充系统能力4 进行汇编语言程序设计与调试的能力 微机原理与应用 微机原理与应用 参考书 1 郑学坚等编著 微型计算机原理与应用 第三版 清华大学出版社 2001年6月2 戴梅萼等编著 微型计算机技术与应用 从16位到32位 清华大学出版社 1996年5月3 沈美明等编著 IBM PC汇编语言程序设计 清华大学出版社 2001年8月4 李继灿等编著 新编16 32位微型计算机原理与应用 清华大学出版社 2003年2月5 冯博琴主编 微型计算机硬件技术基础 高等教育出版社 2003年8月 第一章概述 1 1微型计算机系统的组成1 2微型计算机的发展历程1 3微型计算机的工作原理 1 1微型计算机系统的组成 微处理器 也称中央处理器 CPU 组成 ALU 通用寄存器 专用寄存器 控制逻辑 什么是微处理器 微计算机和微计算机系统 微计算机 组成 CPU 存储器 I O接口 总线 支持硬件系统工作的基本I O系统 监控程序BIOS 1 1微型计算机系统的组成 微型计算机系统 Memory系统 CPU I O系统 打印机 软硬盘驱动 鼠标 键盘 光驱等 电源系统和丰富的操作系统 1 1微型计算机系统的组成 1 2微型计算机的发展历程 一 计算机的发展历程 按照性能 配置 从而体现出来体积的不同 分为六大类 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 单片机 硬件特征 电子计算机采用的物理器件 一 计算机的发展历程 根据硬件特征和软件特征分类 计算机的发展已更新了四代 软件特征 计算机使用的软件环境 采用的设计语言 数据库 软件设计方法和操作系统形式等 电子管 晶体管 集成电路 LSI VLSI 第一代 电子管计算机基本物理器件是电子管 程序设计语言是机器语言 一 计算机的发展历程 第二代 晶体管计算机基本物理器件是晶体管 汇编语言 进而发展到Basic语言 有了相应编译程序和编译系统 第三代 集成电路计算机时代采用中小规模集成电路 存储器采用64K以上的动态MOSRAM存储器 出现了操作系统 分时操作系统 多用户操作终端 高级语言陆续出现 从而使程序设计变得很方便 第四代 大规模集成电路计算机时代大规模集成电路 集成度越来越高 软件上采用数据库和软件工程 把软件设计提高到工程设计高度提出了规范化设计方法 一 计算机的发展历程 第五代 非冯 诺伊曼 计算机时代 冯 诺伊曼结构具有程序存储和程序的顺序执行的特点 第六代 神经网络计算机时代 光计算机时代 生物计算机时代 微型计算机的特点 体积小 重量轻 功耗低 可靠性高 价格便宜 使用方便 软件丰富 二 微型计算机的发展历程 微型计算机发展 更新换代依据的核心 即微型计算机的核心 微处理器 CPU 根据微处理器的发展 从微处理器字长的角度 把微型计算机的发展划分为五代 字长 计算机的运算部件可直接处理的二进制数的位数 第一代 4位机发展和8位机萌芽阶段 1971 1973 代表产品 Intel4004和以该处理器为核心的MCS 4微型机Intel8008和以该处理器为核心的MCS 8微型机特点 指令系统比较简单 运算功能较差 价格低廉 应用 面向家电 计算器和二次仪表 很少 尤其是家电 二 微型计算机的发展历程 第二代 8位机发展阶段 1973 1977 代表产品 Intel8080 8085 MC6800 Z80 R6502特点 指令系统比较完善 运算速度提高了一个数量级 寻址能力有所增强 应用 从办公自动化领域撤退 面向家电和智能仪表 较多 工业控制 代表 APPLEII采用6502CPU 是微型计算机发展史上的第一个里程碑 第三代 16位机发展阶段 1978 1985 代表产品 Intel8086 8088 80186 80286 MC68000 Z8000特点 指令系统更加丰富 存储法命令 数据块操作 硬件上采用多级中断 多种寻址方式 段式存储结构 配有功能强大的系统软件协助用户管理整个系统 应用 工业控制 医疗中还是以8位机为主 代表 采用8088CPU的IBMPC机 是计算机发展的第二个里程碑 进一步推动了微型计算机的发展和普及 带动了全社会的微型计算机热 二 微型计算机的发展历程 第四代 32位机发展阶段 1985 1993 代表产品 Intel80386 80486特点 内存容量达到1M以上 硬盘技术不断提高 发展了32架构和32位的总线结构 各种品牌机涌向市场 如COMPAQ DELL等以及国内的一些名牌产品 应用 办公自动化 网络环境 第五代 64位机的诞生和发展阶段 1992 代表产品 IntelPentium 外部数据线是32位 但内部具有64位的结构 Itanium特点 外部数据64位字长 32位以上地址总线 增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用 应用 办公自动化 网络服务器 二 微型计算机的发展历程 1 3微型计算机的工作原理 指令 计算机的每种基本运算或操作称为一条指令 计算机能直接完成两数加 减 逻辑乘 逻辑或以及数的取反 取负 传输等许多基本运算和操作 指令在微处理器中以代码形式出现并实施控制 一 基本概念 指令系统 一个微处理器所能执行的全部指令 微处理器的固有功能 指令及指令系统所能完成的功能的强弱 是该微处理器功能强弱的具体体现 不同型号的微处理器有不同的指令系统 且编程时不能写入指令系统中不存在的主观臆造的 指令 程序 按运算功能把指令排列起来 就是程序 编程方式 机器语言编程 汇编语言编程 高级语言编程 程序存储 机器码指令排出的程序在准备执行时 必须存储于存储器中 这是计算机功能强大的关键之一 一 基本概念 1 3微型计算机的工作原理 指令在微处理器以代码形式出现或实施控制 每条指令都用与其它指令不同的代码表示 二 指令的执行 1 3微型计算机的工作原理 指令码对操作的控制方法 微处理器内有专用的指令寄存器 它的输出控制是专门设计的组合网络 该网络在指令码的控制下 把时钟脉冲变换成完成该指令操作所需要的控制信号序列 加到ALU等执行逻辑 完成指令包含的一些微操作 指令是构成程序的基本单元 三 程序的执行 1 3微型计算机的工作原理 在计算机中 任何信息都必须以二进制代码形式存在 用汇编语言编写的程序最终必须变换成机器码语言程序才能在计算机中执行 这就是编译系统 无论多么复杂的运算 都可以分解成一系列基本运算 高级语言程序中的一条语句的功能是靠若干条指令的程序段完成的 程序的执行是这样一个连续的过程 逐条从存储器中读取程序中的指令并执行指令规定的操作 四 计算机的基本操作过程 1 3微型计算机的工作原理 计算机的工作就是运行程序正常情况下 电源一接通 微机就开始运行某种程序 BIOS程序 操作系统 各种工具和各种语言处理程序等 BIOS固化在主机板的ROM中 分为两部分 1 系统一开机就执行的程序 并借此输入磁盘里的操作系统程序 然后执行操作系统程序 2 管理和控制常规外设工作的子程序 操作系统和用户编制应用程序时可调用 1 3微型计算机的工作原理 系统软件 由计算机生产厂 部分由第三方 为使用计算机而提供的基本软件 常用的有操作系统 计算机语言处理程序 文字处理程序 数据库管理程序