微型计算机简介

1、微型计算机技术微型计算机技术三峡大学计算机与信息学院三峡大学计算机与信息学院学习目标：学习目标：理解电子计算机工作原理，初步掌握微型计算机软理解电子计算机工作原理，初步掌握微型计算机软/硬件的基础知识和验硬件的基础知识和验证方法。证方法。初步掌握微型计算机硬件接口技术。初步掌握微型计算机硬件接口技术。学习要求：学习要求：掌握掌握以以Intel 8086为代表的为代表的X86微处理器的技术特点和基本结构。微处理器的技术特点和基本结构。掌握掌握X86系列微处理器构成的微型计算机的基本组织方式和连接技术。系列微处理器构成的微型计算机的基本组织方式和连接技术。掌握微型计算机中存储器、掌握微型计算机中存

2、储器、I/O接口电路、可编程接口芯片工作原理和接口电路、可编程接口芯片工作原理和典型器件。典型器件。掌握汇编语言程序设计基本指令和编程调试方法掌握汇编语言程序设计基本指令和编程调试方法本课程特点本课程特点内容丰富知识点多，学时数相对少内容丰富知识点多，学时数相对少以一定理论为基础，工程实践性强以一定理论为基础，工程实践性强理论性公式少，逻辑性内容较多理论性公式少，逻辑性内容较多各内容关联性强，需要理解记忆内容多各内容关联性强，需要理解记忆内容多 教材教材:微型计算机技术，陈慈发微型计算机技术，陈慈发等等主编，主编，科学科学出版社出版社参考教材参考教材:微型计算机技术微型计算机技术， 孙德文，高

3、等教育出版社孙德文，高等教育出版社微机原理与接口技术微机原理与接口技术，雷丽文，电子工出版社出版，雷丽文，电子工出版社出版微型计算机系统原理及应用微型计算机系统原理及应用 ，杨素行，清华大学出版社，杨素行，清华大学出版社微型计算机原理微型计算机原理，姚燕南，西安电子科技大学出版社，姚燕南，西安电子科技大学出版社微型计算机接口技术原理及应用微型计算机接口技术原理及应用， 刘乐善，华中科技大学出版社刘乐善，华中科技大学出版社80X86/Pentium处理器硬件、软件及接口技术教程，（美）处理器硬件、软件及接口技术教程，（美）WALTER A.TRIEBEL 著，王克义等译，清华大学出版社著，王克义

4、等译，清华大学出版社教学环节教学环节:课堂教学：课堂教学：32学时学时 讲讲授：第一、二、三、四、五、七、八章授：第一、二、三、四、五、七、八章上机实验：上机实验：16小时，要求完成实验教程中的小时，要求完成实验教程中的8个基本个基本 实验。实验。作作 业：每次课后布置作业。业：每次课后布置作业。运算器运算器控制器控制器寄存器寄存器微处理器微处理器存贮器存贮器I/O接口接口微型计算机系统微型计算机系统硬件硬件软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件微型计算机微型计算机I/O设备，电源机箱等设备，电源机箱等二、微处理器的发展二、微处理器的发展 第一台电子计算机于第一台电子计算机于1946年在美国

5、诞生，从此计算机成为人类最有力的年在美国诞生，从此计算机成为人类最有力的计算工具，在电子技术的支持下计算机技术得到了快速发展。计算工具，在电子技术的支持下计算机技术得到了快速发展。1958年集成电年集成电路技术的出现，更使微型计算机的研制提供了可能。路技术的出现，更使微型计算机的研制提供了可能。 微型计算机按单次处理数据位宽的不同可分为五代。微型计算机按单次处理数据位宽的不同可分为五代。第一代第一代，1971年年1973年，年，4位微处理器和低档位微处理器和低档8位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel 4004，Intel 8008。第二代第二代，1973年年1978年

6、，年，8位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel 8080，MC6800，Z80，Intel 8085。第三代第三代，1978年年1983年，年，16位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Intel8086， Z8000，MC68000，Intel 80286。第四代第四代，1983年年2001年，年，32位微处理器时期。位微处理器时期。典型产品：典型产品：Z80000，MC68020，Intel 80386到到Pentium 4。AMD公司公司K5，K6，Athron，Duron等。等。第五代第五代，2001年以后，进入年以后，进入64位微处理器时期。位微

7、处理器时期。典型产品：典型产品：Intel 64位安腾，位安腾，Pentium 4 F ，AMD Athlon 64等等1971年年 10月，月，Intel 4004（4位微处理器）位微处理器）1972年年3月，月，Intel 8008。集成度。集成度 2000个个管片，管片，PMOS工艺，工艺，10m光刻技术。光刻技术。第一代第一代，1971年开始。年开始。4位和低档位和低档8位微处理器的时期，其位微处理器的时期，其典型产品有：典型产品有：1974年年3月月 Motorola：MC6800；MC65021975、76年年 Zilog： Z80 ；第二代第二代，1973年开始。年开始。8位微处

8、理器时期，典型产品有：位微处理器时期，典型产品有： 1973年，年，Intel：Intel 8080Intel 8085集成度为集成度为5400管子片，管子片，6m光刻技术。光刻技术。 第三代第三代，1978年开始。年开始。16位微处理器时期，其典型产品有：位微处理器时期，其典型产品有： 1978年年Intel 8086 首个首个16位机、位机、20位地址线、位地址线、1M地址空间。地址空间。1979年，年，Zilog：Z8000 Motorola：MC68000Intel 80286集成度为集成度为68000管子片，管子片，3m光刻技术。光刻技术。 数学协处理器数学协处理器802878028

9、780386第四代第四代，1981年开始，年开始，32位微处理器时期，其典型产品有：位微处理器时期，其典型产品有：1983年年Zilog: Z800001984年年Motorola: MC680201985年年Intel: Intel 80386，集成度集成度 27.5万管子片，万管子片，1.2m光刻技术。光刻技术。80386后出现了许多高性能的后出现了许多高性能的 32位微处理器。位微处理器。 数学协处理器数学协处理器8038780387 1989年年 Intel公司公司 Intel80486， 1989年年 Motorola公司公司MC68030，MC68040 集成度都已超过集成度都已超

10、过100万管子片，万管子片， 主振频率达主振频率达25120MHz。1993年年 Intel Pentium （外部数据总线宽（外部数据总线宽64位）位）集成度都已超过集成度都已超过100万管子片，主振频率达万管子片，主振频率达 200MHz。 32位位Intel 80X86系列系列1995年，年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达（高能奔腾）集成度达550万片，同片万片，同片L2Cache256KB。 1997年，年， Pentium MMX（多能奔腾、简称（多能奔腾、简称 MMX）。）。1997年年5月，月， Pentium II（PII）MMX指令集的指令集的 Pentium P

11、ro，Slot1接口。接口。片上同频片上同频32K LI Cache，板上，板上1/2主频主频 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，外频，外频 100M。1999年年3月，月， Pentium III，片上同频，片上同频32K LI Cache和和 512K L2 Cache，兼容，兼容MMX，新增，新增70条指令条指令SSE（Streaming SIMD Extensions），其外频为），其外频为 100M，并向，并向 133MHz外频发展。外频发展。Old Celeron Celeron 2001年，年，Pentium IV（奔腾（奔腾IV，P4）主时钟达）主时钟达2000MH

12、z2002年，年，P4主时钟已达主时钟已达2800MHz。2003年，年，3.06GHz的的P4，采用了超线程（，采用了超线程（HT）技术，在一颗物理核心中整合）技术，在一颗物理核心中整合了两颗逻辑核心，大大提高处理器的效率了两颗逻辑核心，大大提高处理器的效率 。在高负载的多任务应用中能显出在高负载的多任务应用中能显出其效能。其效能。第五代第五代：2001年开始，年开始，64位微处理器出现并得到应用位微处理器出现并得到应用 。1.1 微型计算机简介微型计算机简介1.2 微型计算机组成微型计算机组成 计算机的五大部分计算机的五大部分： 按照按照冯冯诺依曼体系结构，计算机包括五个主要的部分，诺依曼

13、体系结构，计算机包括五个主要的部分，即：即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。中央处理单元中央处理单元外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器内存储器内存储器I/O接口接口 微型计算机作为计算机使用最广泛的一个分类，结构上看主要可微型计算机作为计算机使用最广泛的一个分类，结构上看主要可以分为三个大的部分，即以分为三个大的部分，即微处理器微处理器、输入输入/输出接口输出接口、存储器存储器： 微处理器：微处理器：是一块或几块大规模是一块或几块大规模/超大规模集成电路，包含了运超大规模集成电路，包含了运算器和控制器的功能。算器

14、和控制器的功能。 输入输入/输出接口：输出接口：是微处理器与外部输入是微处理器与外部输入/输出设备交换数据的通输出设备交换数据的通道，主要完成信号转换、地址标识、数据缓冲等功能。道，主要完成信号转换、地址标识、数据缓冲等功能。 存储器：存储器：是微型计算机的记忆功能部件，用于存储微机系统的数是微型计算机的记忆功能部件，用于存储微机系统的数据和程序。按照与微处理器连接方式的不同可以分为两类，通过地址据和程序。按照与微处理器连接方式的不同可以分为两类，通过地址总线直接与微处理器连接的存储器为内存储器，通常是总线直接与微处理器连接的存储器为内存储器，通常是RAM或或ROM；通过输入通过输入/输出接口

15、与微处理器连接的存储器为外存储器通常为硬盘、输出接口与微处理器连接的存储器为外存储器通常为硬盘、光盘等设备。光盘等设备。 1. 指令指针寄存器初始值为指令指针寄存器初始值为CS：IP=2000H：0000H，指向第一条指令。，指向第一条指令。微处理器首先根据该地址读取第一条指令微处理器首先根据该地址读取第一条指令MOV AL，2000H ，并将，并将IP自自动加动加3变为变为2003H。 2.微处理器对读得的指令进行分析译码微处理器对读得的指令进行分析译码 3.分析译码后根据指令功能，读取分析译码后根据指令功能，读取DS：2000H地址处的一个字节数据地址处的一个字节数据到到AL寄存器。寄存器。 u比特比特(bit)：一个二进制信息，它是二进制信息的最小单位（一个二进制信息，它是二进制信息的最小单位（0或或1），常），常用字母用字母“b”表示表示u字节字节(byte) ：由由8位二进制信息组成，字节是微机中分配地址的基本单位，位二进制信息组成，字节是微机中分配地址的基本单位，常用字母常用字母“B”表示。表示。 u字字(word)：计算机中作为一个整体来处理的一组二进制数，是字节的整计算机中作为一个整体来处理的一组二进制数，是字节的整数倍。通常与计算机内的寄存器、算术逻辑单元宽度一致。目前为表达方数倍。通常与计算机内的寄存器、算术逻辑单元宽度一致。目前为