计算机硬件技术基础 微型计算机原理与接口技术 第一次课微型计算机系统组成结构

计算机基础教育三层次课程分析文化基础技术基础应用基础计算机硬件技术基础微型计算机系统基本知识和理论；汇编语言上机操作基本步骤和调试程序的基本技术；微型计算硬件接口的设计及开发技术。培养目标编程应用能较熟练运用汇编语言进行程序设计，顺利使用计算机进行程序调试和运行。实际问题熟悉微机系统各种接口功能和技术，能运用硬件和软件从事应用开发和解决一些实际问题。基本原理熟悉微型计算机硬件的基本组成及工作原理，并能对其进行简单硬件电路设计。教学总体思路CPU存储器接口硬件连接关系教学难点硬件逻辑电路的分析及程序的编写方法教学重点微型计算机系统的基本概念，硬件接口的设计方法动画演示现场调试丰富实例教学效果评价方式及教学资源需求教学效果评价非计算机专业统考(闭卷)

教学资源需求教材邹逢兴《微型计算机原理与接口技术》清华大学出版社2008.2。教学资源需求参考资料1.邹逢兴《计算机硬件技术及应用基础》国防科技大学出版社2001,1。2.高晓兴《计算机硬件技术基础》清华大学出版社2008,6。网络资源

Internet中西安交通大学、西北工业大学、西安电子科技大学网站均有相关课程电子图书、课程资料及论坛可供参考。教学效果评价方式及教学资源需求整机构成回顾已有的硬件知识北桥芯片南桥芯片CPU插槽PCI总线插槽内存条插槽BIOS芯片IDE接口软驱接口主板电源插座AGP接口插槽I/O接口CPU电源插座电池本门课学什么？CPU

ALU寄存器组控制器存储器M存储器M…I/O接口…I/O接口AB地址总线DB数据总线CB控制总线指令系统和汇编语言程序设计第一台电子计算机重达28吨占地170m2启动工耗150千瓦18800个电子管每秒5千次加减运算没有存储器采用十进制1946年2月由宾州大学研制的ENIAC(埃尼阿克)，标志着电子计算机时代的到来电子数字积分计算机ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator研制目的：军事上的需要补充---计算机发展历程电子管晶体管集成电路大规模集成电路时代年份器件软件应用一

46-58电子管机器语言汇编语言军事、科学计算二58-64晶体管高级语言数据处理工业控制三64-71集成电路操作系统文字处理图形处理四71年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域补充---计算机发展历程补充---CPU发展历程①4位机Intel4004②8位机Intel8080/8085③16位机Intel8086/8088/80286④32位机80386/80486⑤64位机Pentium/PentiumPro/PentiumII等补充---CPU发展历程IBMPC系列机系统8088CPUIBMPC机补充---CPU发展历程英特尔微处理器芯片80386PentiumPentium4补充---CPU发展历程酷睿i7补充---CPU发展历程运算器控制器寄存器组内存储器总线输入输出接口外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统单纯的MPU不是计算机，单纯的微机也不是完整的计算机系统，仍不能工作，只有微机系统是完整的计算机系统，才能工作。补充---相关概念1微型计算机系统基本组成原理微型计算机系统组成结构1微型计算机基本工作原理3目前主流微机系统的硬件配置与主板结构4微机系统的性能指标和专业术语5微型计算机的算术运算基础2※※※1.1微型计算机系统组成结构总的系统结构1各大组成部分概述21.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构微机系统采用的是什么样的结构呢？冯·诺依曼结构具有什么样的特点冯.诺依曼结构特点1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成；数据和程序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，地址码也为二进制形式；控制器按指令流驱动的原理工作。1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构硬件运算器控制器存储器输入设备输出设备系统软件应用软件微型计算机系统软件？如何连接？总线MPURAM外设ABDBCBROMI/O接口三总线1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构模块间的双向依赖关系变为各模块面向总线的单向依赖关系，简化了微机的结构。使微机系统易于扩充和维护。三总线概念：是微机中各部件传送信息的公共信号线。（3）控制总线CB（ControlBus）：单根单向，整体双向

作用：控制总线上的操作和数据传送的方向；（1）数据总线DB（DataBus）：双向。

作用：实现在CPU、M、I/O之间的数据传送；

注意：DB的宽度决定了处理器的字长。（2）地址总线AB（AddressBus）：单向。

作用：传送CPU所要访问的M单元或I/O端口的地址信息。

注意：AB位数决定了系统所能直接访问内存空间大小。

例：8位微机系统AB为16位，即可直接寻址空间为64KB.1.1微型计算机系统组成结构1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构单总线结构双总线结构多层总线结构三总线是一种按照功能划分的方式。总线结构按照具体的实现方式如何划分？单总线结构示意图:I/O接口外设MMPU1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构单总线结构特点：MPU对M和I/O的读写只能分时进行。优点：逻辑结构简单，成本低，实现容易单总线结构示意图:1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构双总线结构特点：MPU可分别在两套总线上同时与M和I/O口交换信息。优点：展宽了总线带宽，提高了数据传输速率。存储总线I/O总线I/O接口M外设MP

U单总线结构示意图:1.1微型计算机系统组成结构1.1.1总的系统结构——多层总线结构(以双层为例)DMA控制器全局总线全局M全局I/OMPU总线控制逻辑局部I/O局部M缓冲器局部总线真正实现了多层总线上的并行工作。这对等效总线带宽的增加，系统数据处理和数据传输效率的提高，效果更明显。多用于一些高档微机和工作站。单总线结构示意图:1.1.2各大组成部分概述

微处理器（MPU)存储器微机系统硬件组成I/O设备及接口总线1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

1微处理器微型计算机的运算和指挥控制中心；不同型号微机性能的差别首先在于其微处理器性能的不同，而微处理器的性能又与它的内部结构、硬件配置有关；每种微处理器有其特有的指令系统，但无论哪种微处理器，其内部基本结构总是相同的，都有控制器、运算器和内部总线及缓冲器等部分，每部分又各由一些基本部件组成。1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

指令寄存(IR)指令译码(ID)操作控制(OC)累加器(ACC)累加锁存器暂存器

算术逻辑单元（ALU)标志寄存器（FR）地址总线（AB）地址缓冲器……控制总线（CB）

寄存器组(RS)堆栈指针（SP）程序计数（PC）通用寄存器组内部总线及缓冲器数据总线（DB)数据缓冲器运算器控制器8086/8088的寄存器——标志寄存器6个状态标志CF、ZF、SF、PF、OF、AF:它用来反映上次运算结果的状态特征。利用条件转移指令判别这些状态标志可决定后续指令的走向。3个控制标志DF、IF、TF:它用于控制CPU的某些操作。CFPFAFZFSFTFIFDFOF151413121110

9

8

7

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5

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3

2

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0进位标志CF奇偶标志PF辅助进位标志AF零标志ZF符号标志SF溢出标志OF单步标志TF中断标志IF方向标志DF1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

2存储器内存由一个个内存单元组成，每个单元中一般存放一个字节(8位)的二进制信息。内存单元的总数目叫内存容量；内存中存放的数据和程序形式上都是二进制数；微机通过给每个内存单元规定不同的地址来管理内存。1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

如何区分内存单元的地址和内容？311011001001111110000011001100011101110010••••••内容地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH内存示意图1011001001111110000011001100011101110010••••••内容地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH内存示意图

将内存单元的内容取入CPU内部,不改变被读单元的内容。

CPU将其内部信息传送到内存单元保存下来,从而改变被写单元的内容。读操作写操作1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

如何操作内存的内容呢？32考虑：字(16位)数据的存放问题1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

数据如何存放呢？33一个字存入存储器占有连续的两个单元低位字节存入低地址，高位字节存入高地址

字单元的地址采用它的低地址来表示例： 字单元:（0004H）=1234H, 字节单元:（0004H）=34H同一个地址既可以看作字节单元地址，又可看作字单元地址，需要根据使用情况确定。字单元地址：可以是偶数也可以是奇数。1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

内存如何进行分类？34随机存取存储器(RAM)只读存储器(ROM)内存分类可被CPU随机的读和写,断电后所有信息会消失。只能被CPU随机读取，不能任意写入。断电后信息不会丢失。1.1微型计算机系统组成结构1.1.2各大组成部分概述

3I/O设备及接口微机通过I/O接口与外设交换信息,但两者处理的信息从数据格式到逻辑时序一般不能直接兼容,必须在两者之间引入连接电路,即I/O接口电路。4总线微机