微机原理第一章

微型计算机原理及应用聊城大学物理科学与信息工程学院郎丰法Telmail:LANGFENGFA@LCU.EDU.CN使用教材《微型计算机原理及接口技术(第二版)》裘雪红、李伯成、刘凯编著西安电子科技大学出版社，2007年2023/9/222主要参考书目《微机原理与接口技术·第4版》钱晓捷机械工业出版社《微型计算机技术及应用（4）》戴梅萼史嘉权清华出版《计算机硬件技术基础3版》张菊鹏清华大学出版社《微型计算机系统原理及应用（第４版）》周明德清华大学出版社《IBM－PC汇编语言程序设计第２版》沈美明温冬婵清华大学出版社《PC汇编语言程序设计》

王闵、田玉敏、赵明禄编著西安电子科技大学出版社，2001年2023/9/223主要辅导书目《微型计算机原理及应用辅导》李伯成 西安电子科技大学出版社《微型计算机原理常见题型解析及模拟题》武自芳西北工业大学《典型题解析与实战模拟－微型计算机原理及应用》邹逢兴国防科技大学出版社《微机原理与接口技术考研指导》王玉良杨紫珊北京邮电大学出版社2023/9/2245参考资料Intel微处理器结构、编程与接口（第六版）

TheIntelMicroprocessors－8086/8088,80186/80188,80286,80386,80486,Pentium,PentiumProProcessor,PentiumII,PentiumIII,andPentium4Architecture,Programming,andInterfacing(SixthEdition)

[美]BarryB.Brey著，金惠华等译（892页）

电子工业出版社Intel汇编语言程序设计（第四版）

AssemblyLanguageforIntel-BasedComputers,FourthEdition

[美]KipR.Irvine著，温玉杰、张家生、罗云彬等译(546页)

电子工业出版社，2004年2023/9/226参考资料2023/9/227为什么要学习这门课？通过本课程的学习，希望同学们能够初步掌握(或了解)以下技能：根据工程需要，选择合适的微处理器(或单片机)，通过增加适当的外围芯片，构成应用系统，使他们能够按照设计意图稳定、可靠地工作(包括硬件和软件两方面)。2023/9/22学习方法正确认识《微机原理及应用》的用途、特点及其对专业知识的影响。正确估计课程的难度，提高学习兴趣；注重理解性记忆，加强软件、硬件实验锻炼；充分利用网络，提高自学能力；相互交流，共同提高。2023/9/2289本课程的内容以8086/8088CPU构成的微机系统为例，介绍微机系统的组成、工作原理。为实现特定的任务，如何对上述微机系统进行功能扩展。2023/9/22《微机原理及应用》第1章 绪论第2章 16/32位微处理器第3章 Intel处理器指令系统及汇编语言第4章 总线技术第5章 存储技术第6章 输入输出技术第7章 常用接口器件第8章 基于总线的I/O接口设计第9章 设备驱动程序设计（自学）第10章 PC机系统（自学）微机原理及接口技术第1章序论：微型计算机概述1.1基本概念1.2微处理器概述1.3微型计算机概述第1章 绪论12微处理器微型计算机微型计算机系统单片机单片机系统嵌入系统1.1基本概念2023/9/221.1基本概念

微处理器：控制器、运算器、寄存器以及连接三者的片内总线在一个芯片上的集成，也即微型计算机中的CPU(中央处理单元)。随着CPU功能的增强及超大规模集成技术的发展，在一个微处理器芯片上可以集成协处理器(Coprocessor)、高速缓冲存储器(Cache)以及多个CPU。微型计算机：微处理器、内存、I/O接口以及连接三者的系统总线的集合，也即俗称的裸机。微处理器是微型计算机的核心，微型计算机中的各部件是在微处理器的控制下工作的。微型计算机系统：由微型计算机及相应的软件、外设构成，通常简称微机。软件分为两类：系统软件和用户软件。系统软件是使微机正常工作不可缺少的部分，用户软件则是为用户执行特定任务而设计的。外设包含外存和I/O设备。单片机：CPU、内存、I/O接口以及使三者互连的总线在一个芯片上的集成，也即微型计算机在一个芯片上的集成。它是计算机发展微型化的更进一步。单片机系统：由单片机、专用软件和I/O设备组成的系统，常用于特定任务的控制或处理。单片机系统具有专用性，微型计算机系统具有通用性。1.1基本概念嵌入系统：一般定义为以应用为核心，以计算机技术为基础，软、硬件可“裁剪”，适合对功能、实时性、可靠性、安全性、体积、重量、成本、功耗、环境、安装方式等方面有严格要求的专用计算机系统。我们也可以将其看做是具有更强功能、更小尺寸的高级单片机系统。由于嵌入式处理器的内部已集成了一定规模的内存和相当丰富的I/O接口，因此利用它构成的嵌入系统，可以像微机系统那样以通用方式在操作系统的控制下工作，也可以像单片机系统那样专用和小巧。我们有理由相信，嵌入系统有可能成为微机系统的未来。1.1基本概念微机原理及接口技术第1章序论：微型计算机概述1.2微处理器概述第1章 绪论英特尔微处理器芯片80386PentiumPentium4

INTELCPU的主要成员：8088/808680286803868048680586P5即PentiumP6即PentiumPROP55C即PentiumMMXPentiumⅡPentiumⅢPentiumⅣ向上兼容19宾夕法尼亚大学莫尔学院的J.PresperEckert和JohnMauchlyENIAC：美国军方投资，二战中已投入运行，1946年公开1944年，VonNeumann帮其明确目标，在备忘录中提出了EDVAC设计构想→冯·诺依曼结构HermanGoldstine发表了这份备忘录与ENIAC同一时期HowardAiken在哈佛建造了Mark-IMark-III、Mark-IV：数据、指令存储在不同的物理空间→哈佛结构历史回顾2023/9/22201971年11月15日：世界上第一块个人微型处理器4004诞生，售价每个$200。4位微处理器。最先应用于Busicom计算器。1.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展2023/9/22211972年：8008微处理器。8位微处理器。于1974年被一款名为Mark-8的设备采用。1.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展2023/9/22221.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1974年：8080微处理器。8080有幸成为了第一款个人计算机Altair的大脑，计算机爱好者花费395美元即可购得Altair

套件。2023/9/2223Altair8800Computerwith8inchfloppydisksystemThisisanoriginalcopyof8KBASIConpapertapefortheMITSAltair8800computer.TheBASICinterpreterwaswrittenbyBillGates,PaulAllen,andMonteDavidoff.Thetapeislabeled“BASIC8Kwithoutcassette”anddatedJuly2(1975).2023/9/2224

过去的20年对我来说是一个令人难以置信的冒险过程。在这个过程最初开始的那段日子，我还是个大学二年级的学生，那天，我和我的朋友保罗·艾伦正站在哈佛大学广场上忘情地阅读《大众电子学》杂志上有关一台小计算机的描述文章。在保罗和我兴奋地阅读这篇有关第一部真正的个人计算机的文章时，我们还不大清楚这种计算机会得到怎样的具体应用。但我们确信，它将会改变我们和整个计算机世界。我们那时的想法是对的。个人计算机革命发生了，它影响了亿万人的生活，把我们引导到从前连想都想不到的地方。——BillGates，未来之路，19952023/9/22251.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1978年：8086/8088微处理器。首枚16位微处理器。Intel成功将8088销售给IBM全新的个人计算机部门，1981年，IBM推出的首批个人电脑就选用了英特尔8088芯片。2023/9/22261.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1982年：80286微处理器，英特尔的最后一块16位处理器。实模式、保护模式。2023/9/22271.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1985年：80386

微处理器。是英特尔的第一代32位处理器；也是第一款具有“多任务”功能的处理器，对微软的操作系统发展有着重要的影响。2023/9/22281.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1989年：Intel80486微处理器。英特尔最后一款以数字为编号的处理器。内置高速缓存、数学协处理器。2023/9/22291.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1993年3月10日：IntelPentium微处理器。晶体管数大幅提高、增强了浮点运算功能、并把十年未变的工作电压降至3.3V。可同时执行两条指令。2023/9/22301.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展1995年以后，PentiumPro、PentiumII、PentiumIII2000年，Pentium4Intel'sfirstmicroprocessor,the4004,ranat108KHz,comparedtotheIntel®Pentium®4processor'sinitialspeedof1.5GHz.Ifautomobilespeedhadincreasedsimilarlyoverthesameperiod,youcouldnowdrivefromSanFranciscotoNewYork(about4100Km)inabout13seconds.2001年，Itanium，64位(IA-64)，

VLIW结构。2023/9/22311.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展2005～2006年：双核处理器。2023/9/22321.2微处理器概述一、Intel微处理器的发展x64构架的微处理器：IntelPentiumProcessorExtremeEditionIntelXeonprocessor3000,5100,and5300seriesIntelCore2ExtremeIntelCore2QuadprocessorsIntelCore2Duoprocessorfamily等2023/9/2233高速度、功能强的巨型机和大型机

军事、尖端科学价格低廉的超小型机和微型机

开拓应用领域、占领更大市场1.2微处理器概述二、计算机的两个发展方向2023/9/2234IBMBlueGene(蓝色基因)2023/9/2235BlueGene/L2023/9/22362023/9/22372023/9/22其他微处理器厂商微机原理及接口技术第1章序论：微型计算机概述1.3微型计算机概述第1章 绪论391.3微型计算机概述硬件系统、软件系统2023/9/22微型计算机系统微型计算机系统

应用软件系统软件软件系统外部设备硬件系统主机1.3微型计算机概述41硬件微型计算机（主机）：

CPU、系统总线、内存、接口外围设备：外部设备

输入设备、输出设备、辅助存储器辅助设备：电源电路、时钟电路软件系统软件：对各部分硬件管理、协调：OS为其他程序的开发、调试、运行提供环境应用软件1.3微型计算机概述硬件系统、软件系统2023/9/22a.

微型计算机系统组成的特点：总线结构；b.

总线、微处理器级总线、系统级总线的概念;

c.CPU与存储器之间的信息可直接传输；

CPU与I/O设备之间的信息不能直接传输，在CPU

（或者系统总线）与I/O设备之间必须设计一接口电路，把二者连接起来；d.

存储器\I/O接口地址、字节、字以及字长的概念；微型计算机系统组成学习微型计算机系统硬件组成必须掌握以下概念：Apple微型计算机Apple-IApple-II苹果iMACMB420CH/A

IBMPC系列机8088CPUIBMPC机IBMPC/AT机IBMPC/XT机45IBMPC/AT（5170）1984～1987，$6000Specifications:ProcessorIntel80286Speed6MHzatintroduction,later8MHzRAM256K-16MBROM64KStorage5.25"HDfloppydrive(1.2MB),Internalharddrive(20MB+)Expansion8expansionslotsBusIBM16bitslots,2ISAslotsVideoTypicallyEGA-640x350x64colorsmax.I/OParallel,SerialOSOptionsMS-DOS,CP/M-86,EarlyversionsofWindows,otherenvironments(UCSD-P,forexample)2023/9/22462023/9/22472023/9/2248PC/XT主板（1981）2023/9/2249486主板（1995年）2023/9/22502023/9/22512023/9/22ISA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接口主板电源插座主板结构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542023/9/22562023/9/22572023/9/22582023/9/22592023/9/22602023/9/22612023/9/222023/9/2262Intel®975XExpressChipset

SystemBlockDiagramExample2023/9/2263Intel®975XExpressChipset

SystemBlockDiagramExample2023/9/2264Intel®975XExpressChipset

SystemBlockDiagramExample2023/9/226566PC/XT主板（1981）2023/9/222023/9/226768主板上的主要芯片部件：芯片功能PC/XT版AT版处理器808880286数学协处理器808780287时钟发生器828482284总线控制器828882288系