第一章微型计算机概述

第一章微型计算机概述第六章可编程并/串行接口芯片第一章微型计算机系统构成第二章8086微处理器第三章8086的汇编语言程序设计第四章内存储器及接口的基本技术第五章输入输出基本技术第七章可编程定时器/计数器

目录第九章计算机系统中的支持芯片任课教师：黄丽雯Email：课程信息发布及答疑：1)精品课程网站

2)网络教学平台

课程考核方式：1)平时成绩

(考勤+平时作业+课程测试)2)期末测试任务：从应用角度出发，掌握微机组成原理、工作过程，软硬件设计方法，学会设计和分析微机应用系统的方法。特点：实践性非常强的工程技术课程，对培养开发PC机软件、硬件的实际动手能力起着极大的作用。内容：一、原理：1．掌握各类信息在计算机中的表示方法以及运算理解微处理器的结构和工作原理，进而了解微机系统的组成及工作原理理解常用接口芯片的工作原理二、软件1.掌握8086CPU指令系统、伪指令能完成常用问题的汇编语言程序设计掌握ROMBIOS中断功能调用和DOS系统功能调用I/O常用控制方式的程序设计方法三、硬件掌握微机中存储器系统的设计与分析理解微机系统中常用的输入/输出控制方式掌握采用常用接口芯片的硬件系统设计与分析参考资料1．孙德文等编著，《微型计算机技术》，高等教育出版社2．潘名莲等编著，《微型计算机原理及应用》，电子科技大学出版社3．周明德等编著，《微机原理及应用》，清华大学出版社4.周明德等编著，《微机原理与接口技术实验指导与习题集》人民邮电大学出版社教学计划各单元教学内容目标及重点、难点第一章微型计算机系统构成1.1微型计算机系统相关概念

1.1.1传统定义

微型计算机硬件－主机和外设1.2微型计算机系统的总线结构

1.2.1微处理器的典型结构

1.2.2微型计算机的基本结构

1.2.3三类总线构成的微型计算机系统教学内容（2学时）

微型计算机概述介绍本课程的目的、具体内容、特点、要求及作用微机发展概述微机发展历史、分类，微型计算机的特点及应用微机的发展趋势微机工作过程微处理器，微计算机，微机系统的概念及关系；微型计算机结构及工作过程分析计算机中信息的表示方法原码反码补码BCD码ASCII码二进制数等教学目标使学生对本课程有一个基本了解，尤其对微型计算机的概念及发展有进一步的认识；建立起微机系统的概念掌握微机系统的总线结构形式及微机内部内部信息传输过程教学重点及难点微型计算机的基本概念；特点；计算机中信息的表示方法

一、传统定义运算器控制器寄存器组内存储器总线输入输出输出接口电路外部设备软件微处理器（μp)微型计算机（μc)微型计算机系统（μcs)图1-1微型计算机系统的组成1.1

微型计算机系统相关概念1、名词解释微处理器（MicroProcessor）：利用微电子技术将包括运算器、控制器的中央处理器的复杂电路集成在一片大规模集成电路（LSI）芯片上，我们把这种微缩的CPU称为μp。微计算机（MicroComputer）：以微处理器为核心，配上LSI的RAM、ROM、I/O接口的微型化的计算机装置。微型计算机系统（MicroComputerSystem)：在微计算机的配置上加上外围I/O设备和软件所构成的系统。2、微型计算机的系统结构特点：1。软件硬件化。2。采用总线结构1.计算机的发展第一代电子计算机称为电子管计算机。第二代计算机称为晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的是晶体管。第三代计算机的内存储器采用了半导体存储器，可靠性和存取速度有了明显的改善。第四代计算机以采用大规模和超大规模集成电路为标志。关于第五代计算机人们正在进行着多方面的探索。微处理器的发展概况2、微型计算机的发展第一阶段（1971~1973）：典型的微型机以Intel4004和Intel4040为基础。微处理器和存储器采用PMOS工艺，工作速度很慢。微处理器的指令系统不完整；存储器的容量很小，只有几百字节；没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。第二阶段（1973~1977）：以8位微处理器为基础，典型的微处理器有Intel8080/8085、Zilog公司的Z80及Motorola公司的MC6800。微处理器采用高密度N-MOS工艺，具有较完整的指令系统和较强的功能。存储器容量达64KB，配有荧光屏显示器、键盘、软盘驱动器等设备，构成了独立的台式计算机。配有简单的操作系统（如CP/M）和高级语言。第三阶段（1978~1981）：以16位和准32位微处理器为基础，如Intel公司的8086、Motorola的MC68000和Zilog的Z8000。微处理器采用短沟道高性能H-MOS工艺。在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机的设计思想，如虚拟存储和存储保护。第四阶段（20世纪80年代）：80年代初，IBM公司推出开放式的IBMPC，这是微型机发展史上的一个重要里程碑。IBMPC采用Intel80x86（当时为8086/8088、80286、80386）微处理器和Microsoft公司的MSDOS操作系统并公布了IBMPC的总线设计。第五阶段（20世纪90年代开始）：RISC（精简指令集计算机）技术的问世使微型机的体系结构发生了重大变革。1995.11IntelPentiumPro封装了L2Cache1997.1PentiumWithMMX1997.5PentiumII1999.3PentiumIII微型计算机的分类按组装形式和系统规模划分：1、单片机（微控制器、嵌入式计算机）集成在一块芯片中IntelMCS-51、MCS-96等2、单板机安装在一块印制板上TP-801、TP-863、个人计算机IBM-PC系列机二微型计算机的硬件－主机和外围设备微机系统各部件经集成技术整合，功能和组成有较大改变1.Cache和虚拟存储器概念的引入，形成存储器的体系结构；2.CPU功能部件扩展：FPU（Floating－PointUnit浮点处理器）Cache（高速缓冲存储器）MMU（MemoryManagementUnit存储管理部件）MMX（MultiMediaeXtension多媒体扩展）3.各种新总线、芯片组和新I/O接口技术出现及发展一、微处理器的典型结构图1-4a微处理器的典型结构1.2微型计算机系统的总线结构微处理器程序计数器PC指令寄存器IR处理器状态字PSW堆栈指示器SP指令译码器IDI/O控制逻辑工作寄存器地址寄存器数据寄存器

ALU

控制器图1-4b微处理器的功能模块

微处理器包括运算器、控制器、寄存器组三大部分,一般被集成在一个大规模集成芯片上,如8088、80x86等等,它是计算机的核心部件,具有计算、控制、数据传送、指令译码及执行等重要功能,它直接决定了计算机的主要性能.•ALU——运算器的核心部件是算逻单元ALU，所有的算术运算,逻辑运算和移位操作都是由ALU完成的.•控制器——CPU的指挥机关,完成指令的读入、寄存、译码和执行。程序计数器PC——

用于保存下一条要执行的指令的地址。指令寄存器IR——保存从存储器中读入的当前要执行的指令。指令译码器ID——对指令寄存器IR中保存的指令进行译码分析。堆栈指示器SP——对堆栈进行操作时提供地址。

处理器状态字PSW——暂存处理器当前的状态。

•工作寄存器组——暂存寻址和计算过程的信息.地址寄存器——地址寄存器用于操作数的寻址。数据寄存器——数据寄存器用来暂存操作数和中间运算结果。•I/O控制逻辑——包括CPU中输入/输出操作有关的逻辑，其作用是处理输入/输出的操作。二微型计算机的基本结构

数据信息、控制信息在计算机各部件之间流动外部设备微处理器(CPU)存储器输入/输出接口电路数据总线控制总线地址总线图1-5典型微型计算机系统的结构框图1.存储器

用于存放程序代码及有关数据.地址译码器地址内容0001020304FF00单元01单元02单元03单元FF单元110100111010001010011101::11100001ABDB控制CB图1-2a内存储器的结构地址信号00000010控制信号WR0数据信号001001100200100110例:（02h）00100110B存储器由若干存储单元、地址译码器及相应的控制电路组成。存储单元的内容：存储器由若干个单元组成，每个单元可存放8位二进制信息（通常也用两位十六进制数表示），这就是它们的内容。存储单元的地址：为区分不同的单元，对这些单元分别编了号，这些编号即它们的地址。存储器的读写操作：存储器中的不同存储单元，是由地址总线上送来的地址，经过存储器中的地址译码器译码，选中该单元，然后根据控制总线上的控制命令，进行相应的读些操作2.输入输出接口电路

由于外部设备如键盘、显示器、软盘、硬盘、打印机等，在数据格式、运行速度等方面与CPU不匹配，故在连接时，需通过输入输出接口电路使外部设备与之相连。3.总线

总线是微型计算机中模块到模块之间传输信息的通道，是各种公共信息线的集合，采用总线结构便于部件和设备的扩充。三用三类总线构成的微型计算机系统

对微机而言，总线可以分为以下四类：

片内总线——这种总线是微处理器的内总线，在微处理器内用来连接ALU、CU和寄存器组等逻辑功能单元。这种总线没有具体标准，由芯片生产厂家自己确定。片间总线——微处理器、存储器芯片、I/O接口芯片等之间的连接总线。片间总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线。内总线——内总线是微型计算机系统内连接各插件板的总线。内总线有不同的总线标准，如S-100总线(IEEE-696标)，STD总线，IBM-PC（ISA、ESA、VSA、PCI）总线标准等，采用不同总线标准的功能板无法连接在一起。

外总线——用于微型计算机系统之间或者微型计算机与外部设备之间的通信。外总线技术已经很成熟，各种应用要求皆有标准可遵循。如并行总线IEEE-488标准，串行总线RS-232标准等。

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片间总线可分为地址、控制、数据总线：

地址总线：用于传送CPU要访问的存储单元的地址或I/O端口地址，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的地址范围。

控制总线：用来传送控制信号。

数据总线：用于CPU与存储器、CPU与外设之间传送信息。

四类总线之间的关系如图所示。CPU片内总线MI/O片间总线I/O接口板外部设备内总线外总线图1-6微型计算机的总线结构

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片间总线可分为地址、控制、数据总线：

地址总线：用于传送CPU要访问的存储单元的地址或I/O端口地址，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的地址范围。

控制总线：用来传送控制信号。