1章1系统基础0822

1、微机原理与应用 主讲教师： 姜涛绪论微机的本质?-What?人类的核心工具：大脑的延伸和扩展脑微机眼-电视耳-电话脚-汽车 微机有何用途?-Why 已渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。1.科学计算(或数值计算)2.数据处理(或信息处理)3. 计算机辅助设计与制造4.过程控制(或实时控制)5.人工智能(或智能模拟)6.网络应用 微机如何工作?-How？ 微机原理与应用教学目标: 初步掌握初步掌握计算机硬件结构和汇编语言程序设计算机硬件结构和汇编语言程序设计知识计知识。 通过学习，使学生从理论和实践上掌握微型通过学习，使学生从理论和实践上掌握微型计算机的

2、基本组成、工作原理、接口电路，以及计算机的基本组成、工作原理、接口电路，以及系统硬件和汇编语言程序结构，建立微机系统的系统硬件和汇编语言程序结构，建立微机系统的整体概念，使学生具有微机系统软硬件开发应用整体概念，使学生具有微机系统软硬件开发应用系统的初步能力。系统的初步能力。教学内容:第一章第一章 微型计算机基础微型计算机基础第二章第二章 微型计算机指令系统微型计算机指令系统第三章第三章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计第四章第四章 半导体存储器半导体存储器第五章第五章 数字量输入输出数字量输入输出第六章第六章 模拟量输入输出模拟量输入输出微机原理与应用课程学习意义 掌握一种社会需求和用途广泛

3、的实用知识技能,运用得当可以产生巨大的经济和社会效益: “穷则独善其身，达则广济天下” 个人发展：生存与发展。(个人工作,学业,事业) 社会贡献：贡献于人民生活和国家社会进步。 微机原理与应用教学教材教材：杨素行等编微型计算机系统原理及应用第2版清华大学计算机基础教育课程系列教材参考书：李继灿等编新编16/32位微型计算机原理及应用 清华大学出版社微机原理与应用教学课时-见课程表教学：64学时实验：20学时课程设计：1周（18周）教学时间：1-17周： 周一周一5，6，7节；节； 周四周四5，6, 7节节教学地点：A5405微机原理与应用课程考核期末考试60%；动手实践考核20%；平时（作业考

4、勤）20%；旷课3次平时成绩为0。微机原理与应用课程如何学习 理论与实践结合:理论学习（基础）+动手实践（目的） 理论学习：预习/课堂学习/作业 硬件/软件配合才能起作用，不可分离，硬件是身体，软件是思想.微机原理与应用联系方式各位同学：各位同学： 以后课程文件通知可登陆此课以后课程文件通知可登陆此课程公共邮箱，附件查收。程公共邮箱，附件查收。 地址：地址： 密码：密码： mepc2013.微机原理与应用第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.11.1概述概述1.31.3微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机系统的组成、分类和配置1.41.4微处理器微处理器1.21.2计算机中的

5、数制和编码计算机中的数制和编码习题习题第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.1 1.1 概述概述 1.1.11.1.1电子计算机的发展（电子计算机的发展（4 4代代) )电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（超大规模集成电路计算机（1971-今）今）第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.1 1.1 概述概述 1.1.2 1.1.2 电子计算机按其性能分类（电子计算机按其性能分类（5 5类）：类）：巨型计算机（Mainframe Computer）大中型计算机/小型计算机（M

6、inicomputer） 微型计算机（微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-Chip Microcomputer）第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.1 1.1 概述概述 1.1.2 1.1.2 电子计算机按其性能分类（电子计算机按其性能分类（5 5类）：类）：巨型计算机（Mainframe Computer）IBM蓝色基因“天河二号”超级计算机每秒能完成54.9千万亿次浮点运算IBM“Sequoia（红杉）”超级计算机每秒能完成1.6亿亿次运算第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.1.3 1.1.3 微型计算机的核心：微处理器微型计算机的

7、核心：微处理器( (中央处理器中央处理器CPU) CPU) （6 6代）代）代 发表 年份 字长 (bits) 型号 线宽 (m) 晶体管数 (万个) 时钟频率 (MHz) 速度 (MIPS) 一 1971 1972 4 8 4004 8008 50 0.2 0.3 1 0.05 二 1974 8 8080 20 0.5 2-4 0.5 三三 1978 1982 16 8086/8088 80286 2-3 2.9 13 4.77-10 8-20 300 五200564 双核心处理器Pentium DPentium EE10661000 六 2005年至今64 酷睿（core）Core 2 D

8、uoCore i5/i3/i7四核0.08 8MB三级缓存3.2GHz、2.93GHz和2.66GHz3000 第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.31.3微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机系统的组成、分类和配置1.3.11.3.1微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成21微型计算机系统的三个层次微处理器微处理器存储器存储器I/OI/O接口接口总线总线 硬件系统软件系统微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机( (主机主机) )外 设ALUALU寄存器寄存器控制器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪系统软件系统软件(OS,控制硬件资源，定

9、义P16)应用软件（二进制，指令系统，汇编应用软件（二进制，指令系统，汇编）22微型计算机的物理结构23INTEL 845GE24主板的主要硬件构成 CPU插座 芯片组（南北桥/HUB） 内存插槽 高速缓存（现已集成到CPU内部） 系统BIOS，硬件控制 CMOS，存放硬件配置参数 总线扩展槽，PCI、ISA 串行、并行接口 软/硬盘、光驱插座251、核心级微处理器微处理器简称CPU，是计算机的核心，主要包括： 运算器ALU 控制器CU 寄存器组RegistersCPU实现了运算功能和控制功能262、硬件系统级微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输

10、出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。273、系统级-微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。28一、微型计算机的基本结构微处理器（CPU）存储器 输入/输出接口总线1. 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统29微型计算机的概念结构图存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线地址总线 ABAB输出设备CPU数据总线数据总线 DB

11、DB控制总线控制总线 CBCBI/O接口AB: Address BusDB: Data BusCB: Control Bus30主机硬件系统CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：ALU、CU、Registers（p29）例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron AMD K7（Athlon、Duron）CPU的位数：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的数据的位数31主机硬件系统存储器存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、。）内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、特点：顺

12、序存取/块存取，速度慢，容量大32 有关内存储器的几个概念内存单元的地址和内容内存容量内存的操作内存的分类33内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。1 0 1 1 0 1 1 038F04H内存单内存单元地址元地址内存单内存单元内容元内容.Bit 7 6 5 4 3 2 1 00 1 0 1 1 0 0 0*内存单元有时内存单元有时又称为又称为地址单地址单元元34内存容量即内存单元的个数，以字节为单位。注意：内存空间与内存容量的区别 内存容量：实际配置的内存大小。例：某

13、微机配置2条 128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB 内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的 寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。35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，单元中原内容被覆盖；刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上若是写操作， CPU紧接着把要写入的数据放到DB上CPU发出读写命令数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB若是读操作， CPU紧接着从DB上取回数据36内存储器的分类读写存储器（RAM）可读可写可读可写易失性，临时存放程序和数据

14、易失性，临时存放程序和数据只读存储器（ROM）工作时只能读工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息非易失性，永久或半永久性存放信息37主机硬件系统输入/输出接口简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/O接口接口外设外设38接口的功能提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。39主机硬件系统总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线地址总线AB：用来传送：用来传送CPU输出的地址信号，确输出的地址信号，确定被访问的存储单元、定被访问的存储单元、I/O端

15、口。端口。地址线的根数地址线的根数决定决定了了CPU的寻址范围的寻址范围。 CPU的寻址范围的寻址范围 = 2n， n-地址线根数地址线根数数据总线数据总线DB：在：在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间数据接口之间数据传送的公共通路。传送的公共通路。数据总线的条数数据总线的条数决定决定CPU一次最一次最多可以传送的数据宽度。多可以传送的数据宽度。控制总线控制总线CB：用来传送各种控制信号用来传送各种控制信号402. 微型计算机的软件系统软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统编译系统编译系统网络

16、系统网络系统工具软件工具软件软件软件41系统软件：指控制和协调计算机及外部设备,支持应用软件开发和运行的系统,是无需用户干预的各种程序的集合,主要功能是调度,监控和维护计算机系统。包括操作系统和一系列基本的工具： Windows,linux,Dos，unixmac 程序设计语言，程序设计语言，汇编语言汇编器，C语言编译、连接器， Access，Oracle数据库管理，语言处理程序语言处理程序等方面的工具）。 42应用软件。（application software） 是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。应用软件包是利用计算机解

17、决某类问题而设计的程序的集合，供多用户使用。微软Office、 Adobe/PS/,绘声绘影， WindowsMediaPlayer、暴风影音(MyMPC)、千千静听43二、计算机的工作过程存储程序计算机又称为冯诺依曼型计算机以运算器为核心、以存储程序原理为基础将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序是由多条有逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为14字节）数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行指令指令驱动驱动44存储程序计算机的工作原理控制器按预先存放在计算机存储器中的

18、程序的流程自动地连续取出指令并执行之。运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器指令流控制命令数据流45程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n 取指令指令译码取操作数执行指令存结果指令周期操作码 操作数执行1。CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？操作系统2。CPU如何按程序控制流执行指令？程序计数器3。CPU如何知道从哪里取操作数？地址、寻址方式46例：计算5+8（p35）汇编语言程序对应的机器指令 对应的操作- - -MOV AL, 5 10110000 将立即数1传送到累加寄存器AL中 00000101ADD AL, 8 00000100 计算两个

19、数的和，结果存放到AL中 00001000HLT 11110100 停机指令执行过程见下页图47指令执行过程(取指/译码/执行)累加器A加法器加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时序控制信号（控制命令）1011 00000000 01010000 01000000 10001111 0100内部总线存储器01234程序计数器PC地址MOV A, 5ADD A, 8HLT地址总线+1地址译码器读写控制电路输出地址输出地址1011 0000锁存指令锁存指令锁存数据锁存数据置初值置初值输出指输出指令地址令地址锁存地址锁存地址读写命令读写命令指令译码指令译码锁存输出地址寄存器AR第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.31.3微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机系统的组成、分类和配置1.3.21.3.2微型计算机的分类微型计算机的分类按处理器的位数：1位，4位，8位， 16位，32位，64位，按功能与结构：单片机，多片机按组装方式：单板机，多板机第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.31.3微型计算机系统的组成、分