微型计算机技术：第1章 微机原理技术概述

微型计算机技术《微型计算机技术》

课程简介及要求

1.课程性质及教学目的

《微型计算机技术》是学习微型计算机基本知识和应用技能的重要课程。使用教材：“微机原理与接口技术（第二版），龚尚福等，西安电子科技大学出版社，2008。”

本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成及使用学会运用指令系统和汇编语言进行程序设计熟悉各种类型的接口及其应用树立起微型计算机体系结构的基本概念

《微型计算机技术》

课程简介及要求

2.课程教学安排教学参考学时：72学时其中实验学时：18学时考试形式：笔试考核方式：平时成绩×40%＋期末成绩×60%3.教材主体内容结构基本知识与基本概念微型计算机的基本结构与工作原理微处理器与微型计算机的概念微型计算机系统组成、应用及接口技术《微型计算机技术》

课程简介及要求8086微处理器微处理器内部结构存储器和I/O组织指令系统与汇编语言指令的概念与寻址方式8086指令系统介绍汇编语言格式、基本表达、伪指令介绍汇编语言源程序的建立、编辑、运行、调试《微型计算机技术》

课程简介及要求微机外部接口设计并、串行I/O接口定时器接口设计汇编语言程序设计及其应用程序设计的方法和步骤顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的设计《微型计算机技术》

课程简介及要求存储器系统

静态随机存取存储器RAM和动态随机存取存储器DRAM只读存储器ROM

存储器扩展接口《微型计算机技术》

课程简介及要求中断技术中断技术概述8086的中断结构微机系统的中断处理过程《微型计算机技术》

课程简介及要求

通用可编程接口芯片并行接口芯片8255A可编程串行输入/输出接口芯片8251可编程定时器/计数器接口芯片8253

第1章微型计算机概述1.微型计算机的基本结构2.微处理器、微型计算机、微型计算机系统3.

微型计算机的特点4.微型计算机的分类5.IBMPC机的发展简史1.微型计算机的基本结构简介1)构成部件

;2)工作过程存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连；

(输入/输出接口简称I/O接口)各部件通过总线连接。构成部件(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总线BUS存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPUISA插槽PCI插槽AGP插槽北桥芯片组南桥芯片组内存插槽CPU插槽IDE接口软驱接口并口连接器串口连接器ROMBIOS鼠标键盘USB接口主板电源插座550MHzIDE2PentiumIII北桥440BXAGP南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线100MHz100MHzPCI总线33MHzPCI插槽ISA插槽ISA总线8MHz内存条ROMBIOS显示器硬盘光驱软驱键盘鼠标打印机MODEM66MHz显卡

按信号的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU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。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU地址总线的条数决定CPU的寻址能力。10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→232

22

×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。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU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。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU

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。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPUCPU结构示意图地址信号标志寄存器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R1R2R3R4寄存器组运算器IP数据信号控制信号ALUALU控制器DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组BIUABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器EU运算器DSESSSCSIP数据暂存器执行部件控制电路指令译码器总线接口控制电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组ABDBCB地址加法器指令队列PSW标志寄存器运算器8088编程结构

指令指针控制ROM控制部件地址生成(U流水线)地址生成(V流水线)ALU(U流水线)ALU(V流水线)整数寄存器组桶形移位器8K字节数据高速缓存TLB浮点部件控制寄存器组加法除法乘法总线部件

页面部件预取缓冲器指令译码器8K字节代码高速缓存TLB

分支目标缓冲器

分支检验与目标地址

预取地址控制64位数据总线32位地址总线32位地址总线64位数据总线256323232323232Pentium内部结构(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。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111内存结构示意图

内存单元内存单元的地址内存单元的内容对内存的读/写操作

内存单元存储信息的基本单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储8位二进制数。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

内存单元的地址为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

内存单元的内容每个内存单元所存储的为二进制数据。n根CPU地址线AB数据线DB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111

对内存的读/写操作

CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。若是读操作，CPU发出内存读控制信号，被选中的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。若是写操作，CPU发出内存写控制信号，

CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。n根CPU地址线AB控制线CB地址译码器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111数据线DB(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。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU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、麦克风→声卡IDE2PentiumIII北桥440BX南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级I/OIDE1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI插槽ISA插槽内存条ROMBIOS显示器硬盘光驱键盘鼠标打印机MODEM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。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU

I/O端口

I/O端口的地址

I/O端口的内容对I/O端口的读/写操作

I/O端口

I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，用以存放各种信息，称I/O寄存器或I/O端口。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU

I/O端口的地址为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口）地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPUI/O端口的内容10010101(状态端口)01101010(数据端口)11000110(控制端口)地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU根据存放内容的不同，又可分为：状态端口，数据端口，控制端口

指I/O端口存放的二进制数据。

对I/O端口的读/写操作：（与内存的读/写操作相类似）

CPU发出地址信号，选中相应的I/O端口。若是读操作，CPU发出I/O端口读控制信号，被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入CPU。若是写操作，CPU发出I/O端口写控制信号，

CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的I/O端口中。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口地址译码数据缓冲控制电路外设ABDBCBCPU2）微机的工作过程计算机的工作原理是：“存储程序”+“程序控制”CPU总线内存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R1R2R3R4寄存器组运算器IP微机的工作过程分两阶段：

取指令执行指令取指令阶段（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R1R2R3R4寄存器组运算器IP执行指令阶段：经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU总线内存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R1R2R3R4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CPU总线内存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R1R2R3R4寄存器组运算器IP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。CPU总线内存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R1R2R3R4寄存器组运算器IP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。CPU总线内存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R1R2R3R4寄存器组运算器IP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。CPU总线内存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R1R2R3R4寄存器组运算器IP微机的工作过程：

取指令→执行指令→取指令→执行指令、、、

比喻:若把计算机比作一个工厂，那么运算器车间控制器生产科输入设备供应科输出设备销售科存储器仓库

2．微处理器、微型计算机、微型计算机系统系统软件：DOS、WindowsXP/2000应用软件：Word、Photoshop微处理器CPU

存储器(RAM,ROM)I/O接口总线硬件软件微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制部件键盘、鼠标显示器硬盘、光驱打印机、扫描仪3．微型计算机的特点与相同时期的大