电子信息技术导论ppt课件.ppt

1 中山大学Tel 39943108Email URL1 微型计算机技术及应用 学习方法 正确认识 微机原理及应用 的用途 特点及其对专业知识的影响 正确估计课程的难度 提高学习兴趣 至少维持到期末 注重理解性记忆 加强软件 硬件实验锻炼 充分利用网络 提高自学能力 相互交流 共同提高 本课程主要内容 微机原理 汇编语言 接口技术 微机基础知识8086 8088CPU结构及原理8086系列CPU的指令系统宏汇编语言程序设计存储器接口串行 并行接口中断技术 定时器技术模数 数模转换技术其他知识 如286 Pentium 介绍 Win32汇编语言编程技术 调试技术等 微机原理及应用 4 什么是微机 微型计算机原理及应用 什么是计算机 什么是单片机 什么是嵌入式系统 第一章微型计算机概述 1 1微型机的特点和发展 1 2微型机基本组成和工作原理 1 3有关术语 1 4微型机的分类 1 5微处理器 微型计算机和微机系统 1 6计算机当中的数和编码系统 1 7微型计算机的应用 1 1微型机的特点和发展 体积小 重量轻 耗电小可靠性高 结构灵活 价格低研制周期短 产品系列化 便于选购应用面广 科学计算 数据处理 事务管理 教学培训计算辅助设计和制造 家庭娱乐 网络通信 微机特点 速度相对低功能相对低在字长位数 内存容量 寻址方式 指令条数 中断级别 及内部寄存器数量等方面都不如大型机 与相应时期的大型机比较 第一次信息化浪潮 第4代 第2代 第1代 1946 1958年第一代电子管计算机 1958 1964年第二代晶体管计算机 1964 1970年第三代集成电路计算机 1971 1980年第四代大规模集成电路计算机 计算机发展简史 IBMPC机的发展简史 名称 推出年代 采用 CPU 特点 IBMPC 1981 8088 准 16 位微机 内存寻址 1MB DOS 操作系统 IBMPC XT 1983 8088 比 IBMPC 多一个 10MB 硬盘 IBMPC AT 1984 80286 内存寻址增至 16MB 具有虚拟存储器功能 Windows 操作系统 386 机 486 机 Pentium Pentium II PentiumIII 1986 1990 1993 1997 1999 80386 80486 Pentium PentiumII PentiumIII 内存容量更大 32MB 64MB 支持虚拟 8086 模式 可执行多任务 支持多媒体 网络技术 Pentium42000PentiumIVSSE2指令集超管线技术 计算机发展简史 摩尔定律IC上可容纳的晶体管数目 每隔18个月便会增加一倍 性能也将提升一倍 计算机发展简史 续 第一次浪潮的诠释 第1次浪潮 通用性 高性能 规模化 遵循摩尔定律的微电子技术是强大的助推器 数值计算和人工智能是主要的信息处理任务 美国是第一次信息化浪潮的推动者和受益者 机器为我 我为机器 信息之波 信息之波的 十五年周期定律 计算模式每隔15年发生一次变革 1965年前后 以系统性为特征的大型计算机时代 1980年前后 以独立性为特征的个人计算机时代 1995年前后 以共同性为特征的互联网时代 2010年前后 以拟人性为特征的物联网时代 万维空间 下里巴人的信息时代终端 网络的模式 机器围着人转 笔记本电脑 平板电脑 智能手机 Text Text Text 用户拥有的终端数递增 1加1不等于2的模式 万维空间 续 PSTN拨号接入 ISDN一线通 XDSL宽带接入 光纤接入 HFC有线电视网络 2G 3G无线接入 互联网接入技术的普适化 万维空间 续 新摩尔定律互联网主机数和用户每隔18个月会增加一倍 万维空间 续 第二次浪潮的诠释 第2次浪潮 快速发展的网络和通信技术是强大的助推器 信息服务 共享和协作是互联网的主要功能 美国人又成为互联网浪潮的推动者和受益者 人人为我 我为人人 研制高速度 强功能的巨型机和大型机适应军事和尖端科学的需要 研制价格低廉的超小型机和微型机开拓应用领域和占领更广大的市场 微型计算机是第四代计算机的典型代表 计算机的两个方向发展 1 2微型机基本组成和工作原理 按性能可分为 巨型机 大型机 中型机 小型机 微机 现代计算机的结构基础 存储程序控制结构 1945年 美籍匈牙利数学家JohnVonNeumann提出 诺依曼计算机 ENIAC 1946 掌上电脑 2000 诺依曼计算机的工作原理可概述为 存储程序 程序控制 要点 1 以二进制表示数据和指令 程序 2 先将程序存入存储器中 再由控制器自动读取并执行 微型机工作原理 简介1 构成部件 2 工作过程 1 总线 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输 1 微机构成部件 按信号的作用 总线分为三类 地址总线 数据总线 控制总线 地址总线AB AddressBus 单向用来传送CPU输出的地址信号 确定被访问的存储单元 I O端口 地址总线的条数决定CPU的寻址能力 10根 21010241K20根 2201024K1M32根 23222 2304G36根 23626 23064G 数据总线DB DataBus 双向用来在CPU与存储器 I O接口之间进行数据传送 数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度 8根 一次传送8位16根 一次传送16位32根 一次传送32位64根 一次传送64位 控制总线CB ControlBus 用于传送各种控制信号 有的是CPU发出 如读控制信号 写控制信号 有的是发向CPU 如外设向CPU发出的中断申请信号 2 中央处理器CPU 计算机的核心部件用来实现指令的自动装入和自动执行 实现计算机本身的自动化 ALU控制器 3 内存内存是存储程序和数据的部件 由地址译码器 内存单元等构成 4 外设和输入 输出接口 I O接口 外设的电信号 运行速度与CPU不匹配 不能与CPU直接相连 必须通过I O接口与CPU相连 键盘 键盘接口显示器 显示卡鼠标 串行接口网络 网卡打印机 并行接口音箱 麦可风 声卡 IDE2 PentiumIII 北桥440BX 南桥PIIX4E CMOS RTC USB 超级I O IDE1 COM1 COM2 LPT1 L1Cache L2Cache PCI插槽 ISA插槽 内存条 ROMBIOS 显卡 I O接口结构示意图 CPU通过对I O端口进行读 写操作 实现对外设的控制 2 微机的工作过程计算机的工作原理是 存储程序 程序控制 取指令执行指令 微机的工作过程分两阶段 取指令阶段 CPU读内存操作 地址经地址寄存器 地址总线 地址译码器 选中指令所在的内存单元 CPU发出内存读控制信号 指令从内存 数据总线 数据暂存器 指令寄存器 指令译码器对指令进行译码 由IP给出指令在内存的地址 标志寄存器 地址总线AB 程序数据 数据总线DB 控制总线CB 地址译码器 指令1指令2指令3指令4 数据1数据2数据3 指令寄存器 数据暂存器 控制电路 指令译码器 地址寄存器 指令指针寄存器 R1 R2 R3 R4 寄存器组 运算器 IP 不同的指令 CPU的具体执行过程不同 CPU可执行的操作通常有数据传送 算术逻辑运算等等 当一条指令需要从内存或I O端口取得或存放数据时 CPU在执行阶段 需对指令指定的内存单元或I O端口进行读 写操作 例指令1 将寄存器R1与R3的内容相加 结果存在R3中 指令1在CPU内部即可完成 例指令2 将内存中的数据2送至CPU的寄存器R2中 指令2的执行阶段包括一个到内存取数 即读内存 的过程 例指令3 将寄存器R3的内容送至数据3的内存单元中 指令3的执行阶段包括一个向内存存数 即写内存 的过程 当一条指令取走后 指令指针寄存器会被修改成下一条要执行指令的地址 这样 当一条指令执行后 又进入取指令阶段 如此不断的重复 取指令 执行指令 取指令 执行指令 微机的工作过程 1 位 bit 2 字节 Byte 3 字和字长 word 4 位编号5 指令 指令系统和程序6 寄存器7 译码器 1 3有关术语 1 位 bit 指计算机能表示的最基本最小的单位在计算机中采用二进制表示数据和指令 故 位就是一个二进制位 有两种状态 0 和 1 2 字节 Byte 相邻的8位二进制数称为一个字节1Byte 8bit如 1100001101010111 3 字和字长 字长是每一个字所包含的二进制位数 常与CPU内部的寄存器 运算装置 总线宽度一致 字是CPU内部进行数据处理的基本单位 例某CPU内含8位运算器 则 参加运算的数及结果均以8位表示 最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存 而将其保存到标志寄存器中 字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数 不同类型的CPU有不同的字长 如 Intel4004是4位8080是8位8088 8086 80286是16位80386 80486 Pentium是32位 把一个字定为16位 1Word 2Byte一个双字定为32位1DWord 2Word 4Byte 4 位编号为便于描述 对字节 字和双字中的各位进行编号 从低位开始 从右到左依次为0 1 2 D0 D7 D15 D8 15 8 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 7 0 A0 A7 A15 A8 字的编号为15 0 双字的编号依此类推 为31 0 5 指令 指令系统和程序一个CPU能执行什么操作 是工程人员设计和制造好的 是固定的 用户不能改变 指令是CPU能执行的一个基本操作 如 取数 加 减 乘 除 存数等指令系统是CPU所能执行的全部操作 不同的CPU 其指令系统不同 程序是用户在使用计算机时 为要解决的问题 用一条条指令编写的指令的序列 构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放 要破坏这种顺序性 必须由转移指令操作 6 寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件 根据存放信息的不同 有指令寄存器 数据寄存器 地址寄存器等 7 译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路 指令是CPU能执行的一个基本操作 CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码 用户用编码形式的指令进行编程 程序存放在内存中 CPU从内存取来编码形式的指令 对指令进行译码 发出执行该指令功能所需的信号 根据译码内容的不同 可分为 指令译码器 将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号 地址译码器 将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号 按构成分类按CPU的字长分类按主机装置分类 1 4微型计算机的分类 单片机 将CPU 内存 I O接口电路全部集成一块芯片上 构成具备基本功能的计算机 称单片机 特点 超小型 高可靠性 价廉应用 智能仪表 工业实时控制 家用电器等产品 Intel的8051 8096 8098系列Motorola的6801 6805系列Hitachi 日立 的H8S SH系列 单板机 将CPU 内存 I O接口及其它辅助电路全部装在一块印刷电路板上 组成单板机 特点 结构简单 价廉应用 过程控制 数据处理产品 TP 801以Z80CPU为核心的单板机 多板机 把CPU 内存 I O接口芯片装在多块电路板上 各印刷板插在主机板的总线插槽上 通过系统总线连接起来 构成多板机 特点 微型计算机的特点产品 IBMPC XT 486机 Pentium机等90年代以来各院校 微机原理 和计算机硬件的实验机 2 按CPU的字长分类 以Intel公司生产的80 x86为例 2000Pentium4PentiumI