微机原理第1章ppt课件

.,1,微机原理及应用,主讲教师：裴楠楠,.,2,微机原理这门课的特点：,内容多而不杂文字多善总结基础课用处大,.,3,主要内容,本课程紧密结合电子类专业的特点，以微型计算机原理和应用为主题，以Intel8086CPU为主线，系统介绍了微处理器(第二章）、指令系统（汇编语言）(第三、四章）、存储器（第五章）、接口技术（第六至十二章）、总线结构（第六章）一系列技术，从而使大家能较清楚的了解微机的结构与工作流程，建立起系统的概念。本课程系统介绍了微机中的常用接口原理和应用技术，包括七大可编程接口芯片：中断控制器8259A、计数器/定时器8253、并行接口8255A、串行接口8251A、D/AA/D转换器、DMA控制器8237A、人机接口。,.,4,第1章绪论,本章重点：1、微处理器（CPU）、微型计算机和微型计算机系统的差别2、CPU的功能和组成部件3、微型计算机的基本结构,.,5,1-1微型计算机的发展概况,电子计算机分为巨型机（第一代）、大型机（第二代）、中小型机（第三代）和微型机（第四代）。微型计算机采用大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）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。微型计算机的发展以微处理器的发展为主要标志。,.,6,（1981-1992）,（1993后）,第四代,32位机,80386、80486,（1971-1973）,（1974-1978）,（1978-1981）,特点：1、速度越来越快。2、容量越来越大。3、功能越来越强。,微处理器的发展概况,将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微处理器。,字长,.,7,.,8,Intel4004,第一代微处理器：1971年Intel的4004、4040和8008。（2300管/片，主频1MHz，10s，4位）,.,9,第二代微处理器：1973年12月Intel的8080。（4500管/片，2-4MHz，1-2s，8位）,.,10,第三代微处理器：1978年Intel的8086和1979年的8088，1983的80286。（2-6万管/片，4-10MHz，0.5s，数据16位）,.,11,第四代微处理器：1985年Intel的80386。（27.5万管/片，12.5-33MHz，0.1s，32位）。1989年4月又研制成功80486。,.,12,第五代微处理器：1993年3月Intel公司制造出Pentium（奔腾）微处理器；1995年11月，推出了PentiumPro，接着又推出了含有MMX（多媒体扩展指令集）功能的Pentium处理器P55C；1999年11月推出P微处理器；2000年11月，Intel推出更新的微处理器芯片P4。（目前市场上P4的集成度为：4200万管/片，时钟频率为：3GHz）Motorola、Zilog等公司也推出了相应的产品。,.,13,.,14,.,15,微型计算机典型系统主板结构图,.,16,P4流行的今天为什么还以8086为主要讲述对象？高档CPU兼容低档CPU内核从386开始基本没变控制芯片变了，但口地址还兼容以前的教材以8086为主，基本概念、理论、方法是通用的,.,17,1-2微处理器、微型计算机和微型计算机系统,*微处理器、微型计算机和微型计算机系统的区别,.,18,1.2.1微处理器,*CPU的功能：取指译码执行,*CPU的内部结构：算术逻辑单元（ALU)；累加器和通用寄存器组；程序计数器(指令指针)、指令寄存器和译码器；时序和控制部件。,.,19,1.2.2微型计算机,*微型计算机的基本结构：由CPU、存储器、输入输出接口电路和系统总线构成。,.,20,存储器,一、功能：存储程序和数据。二、分类：内部存储器（内存或主存）、外部存储器。,.,21,1.内部存储器是计算机系统的内部存储部件，用于存放正在运行的程序、程序所使用的原始数据、中间结果和最终结果等各种信息，是计算机系统的存储中心。内存（Memory）直接和CPU交换信息。（1）随机存取存储器（RAM）：SRAM、DRAM（2）只读存储器（ROM）：掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM。（3）超高速缓存CacheCache技术的采用是为解决微处理器速度不断提高而DRAM速度不能与之匹配的问题。出发点就是用SRAM和DRAM构成一个组合地存储系统，使它既有SRAM和DRAM的优点。具体就是在主存和高速CPU之间设置一个小容量的SRAM作为高速缓存，其中存放CPU常用的指令和数据。,随机存取存储器，用来暂时存储用户输入的数据与程序。可随机地读出与写入。,只读存储器，用来存储微机系统管理程序BIOS等(芯片制造时写入)。只能读出，不能写入。,.,22,2.外部存储器用于存放暂不运行的程序和输入处理的数据。磁存储器：硬盘。硬磁盘一般为500GB，7200转/分。典型的硬盘接口STAT、STAT2、STAT3。,光存储器：光盘，650MB。,U盘：闪存4GB、8GB、16GB、32GB、64GB。,.,23,三、有关内存储器的几个概念1、内存单元内存由许多存储单元组成，每个内存单元可存放一组二进数。在微机中规定每个内存单元可存放8位二进制数，即一个内存单元存放一个字节的内容。2、内存单元的地址为了区分各个不同的内存单元，就给每个存储单元编上不同的号码，即内存地址。CPU要访问某个单元时，先要通过地址总线送出该单元的地址号。内存的每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,.,24,.,25,3、内存容量内存所含存储单元的个数，以字节为单位。内存容量：某微机配置2条128MB的DRAM内存条，其内存容量为256MB。4、内存操作读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。刷新：重写存储单元，仅动态存储器有此操作。,.,26,内存单元的地址和内容示意图,.,27,工作过程：为了解决存储器系统的容量、存取速度及单位成本之间的矛盾，在主存和CPU之间设置高速缓冲存储器Cache，在主存和外存之间设置辅存。把正在执行的指令代码单元附近的一部分指令代码或数据从主存装入Cache中，供CPU在一段时间内使用。其特点是整个存储器系统的容量及单位成本能够主存相当，而存取速度可以与Cache的读写速度相当，这就很好地解决了存储器系统的上述三个方面性能之间的矛盾。主存-辅存结构解决了存储器的大容量要求和低成本之间的矛盾，从整体看，其速度接近于主存的速度，其容量则接近于辅存的容量，而每位平均价格也接近于廉价的慢速的辅存平均价格。这种系统不断发展和完善，就逐步形成了现在广泛使用的虚拟存储系统。,.,28,输入/输出接口电路输入/输出接口电路也称为I/O（Input/Output）电路，即通常所说的适配器、适配卡或接口卡。它是微型计算机与外部设备交换信息的桥梁。,主要用于CPU与外设之间的数据转换、数据传输、速度匹配、电平匹配等。举例来说，显示器连接到总线上需要显卡，音箱连接到总线上需要声卡，键盘连接到总线上需要键盘接口（现在的键盘接口是固化到主板上了，因为其结构较简单）。主要接口芯片有：锁存器（273、373），数据缓冲器（244、245），可编程中断控制器8259A，可编程定时器/计数器8253，可编程并行接口（8255、8155），可编程串行接口8251，DMA控制器8237A，数/模转换器（ADC0809、ICL7135），模数转换器（DAC0832）等。,.,29,总线,连接计算机系统中其他主要功能部件的桥梁，是计算机系统中信息输送的枢纽，只有通过总线，计算机系统的各部件才能实现相互通信。总线标准：物理特性：根数、插头、插座的形状、引脚排列；功能特性：每根线的功能；电器特性：每根线上信号的传送方向及电平规定；时间特性：时序，每根线上信号何时有效。,.,30,总线的分类：（1）内部总线：微处理器内部各个器件之间传送信息的通路。（2）元件级总线：连接计算机系统中连各主要部件的总线。可分为：,（3）系统总线：微处理机机箱内的底板总线。可分为：ISA、EISA、VESA局部总线、PCI局部总线等。（4）外部总线：微机系统与系统之间、系统与外设之间的总线。常用的有：USB、EIARS-232、IEEE-488、1394、RS485等。,数据总线：DB(DataBus)地址总线：AB(AddressBus)控制总线：CB(ControlBus),传送地址信息、CPU在AB总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口地址、该总线为单向，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存单元范围。,传送控制信息的总线。其中，有些信号线将CPU的控制信号和状态信号送往外设，外设请求或联络信号送往CPU，个别信号线兼有以上两种情况。所以在讨论控制总线的传送方向时要具体到某一个信号，它们可能是输出、输入或者双向的。,传送数据信息的总线。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过DB总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据通过DB总线送往内存或外设，所以该总线为双向总线。,.,31,1.3.3微型计算机系统,微型计算机系统是由硬件和软件两部分组成。它以微型计算机为核心，配有软件和外部设备。,硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实体。硬件的基本功能是接受计算机程序，并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。,显示器等,.,32,微型计算机系统的硬件结构如下图所示。,.,33,软件系统是指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序。软件系统基本功能保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。,计算机的硬件和软件二者缺一不可，否则不能正常工作。,.,34,.,35,计算机的性能指标,计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。1.主频（时钟频率）：是指计算机中时钟脉冲发生器所产生的频率。单位MHz。微机的运行速度与主频有关。2、字长：是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度。3.内存容量：是指内部存储器中能存储的信息总字节数。以字节（Byte）为单位。,.,36,4.存取周期：主存储器完成一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的存取周期（或读/写时间）。单位为纳秒（ns）。存取周期越短，计算机的运行速度就越快。5.运算速度：微机每秒所能执行的指令数。这是个综合性的指标，单位为MIPS（百万条指令/秒）。影响运算速度的因素，主要是主频和存取周期，字长和存储容量也有影响。,.,37,1.4微型计算机的应用,科学计算信息处理过程控制仪器、仪表控制家用电器和民用产品控制,.,38,PC(PersonalComputer)机：面向个人单独使用的一类微机。当今的微机的许多指标，如存储容量、运行速度等已经赶上或超过了以前的小型机，可以满足各种不同的应用场合。,.,39,单片微型机(单片机)：是一种用于控制的微处理器芯片，其组成实际是由微型计算机的