第1章 微机原理(讲)

上本课之前电子电气和计算机工程领域在20世纪经历了四次重大的技术重点转移：一是由电力传输与旋转机械向电子学转移；二是由电子管向半导体以及由分立元件向集成电路转移；三是由模拟电子向数字电子转移；四是由固定的向可编程的数字硬件转移。电子信息科学及其基础知识领域主要由四个知识领域组成1电路与电子知识领域电路原理、电子电路基础、数字逻辑系统设计、通信电子线路等2电磁学知识领域电磁场与电磁波等3信号处理知识领域信号与系统、自动控制原理、数字信号处理等4计算机知识领域面向对象程序设计（C＋＋）、微机系统、嵌入式系统、计算机网络应用电子信息类（非计算机类）人才对计算机知识体系的基本要求集中在两个方面：软件开发和微机系统（包括嵌入式系统）应用。电类专业的学生应该长于硬件。清华大学电子信息学科基础教程研究组著第一章微型计算机概述

微型计算机原理及接口技术

理论学时：７０实验学时：１２

适用专业：电子信息工程

1.1计算机的(组成）基本工作原理

(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出五大部分组成。(2)指令和数据以同等地位存放与存储器内，并可按地址寻访。(3)计算机具有自动区分指令和数据的本领，且数据和指令均以二进制数据形式存放。(4)编好的程序，事先放入存储器，在指令计数器的控制下高速、自动地执行。一计算机基本结构基本结构硬件(机器系统)软件(程序系统)•硬件基本结构计算结果运算器输入设备输出设备存储器控制器原始数据•软件基本结构：软件系统系统软件应用软件•软、硬件结构关系：计算机硬件系统各种系统软件各种应用软件用户二、程序存储和程序控制原理

现代计算机遵循冯•诺依曼工作原理，所以计算机工作的步骤为：即：操作意图指令序列存放到存储器第一步：程序存储即：取指令执行（取指令执行）停机第二步：程序控制三、计算机的性能指标1、字长

---字长越长表示计算机运行的精度越高。2、存储容量

---能够存放信息的最大字节数。3、指令系统

---让计算机完成基本操作的命令集合。4、运算速度

---指微机每秒所能执行的指令条数。5、系统配置

---软、硬件的配置。6、性能/价格比

---性能和价格的合理性。1.2微型计算机

——广泛采用集成度极高的器部件，且体积小的计算机，称微型计算机

——微处理器和微型计算机的问世是计算机发展史上新的里程碑。

一、微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器的发展

•第一代（1971-1973）4位、低档8位，Intel4004•第二代（1973-1978）8位，Intel8080/8085、ZilogZ80•第三代（1978-1982）16位，Intel8086/8088、ZilogZ8000•第四代（1982-1993）32位，Intel80386/80486

•第五代（1993-）64位，IntelPentium(80586)

1996PentiumPRO1997PentiumⅡ1999PentiumⅢ2000Pentium41、微处理器（Microprocessor)

---职能是执行算术、逻辑运算和控制整个计算机自动地、协调地完成操作。（主要由运算器和控制器组成）I/OBUS外围设备AddressBus（AB）DataBus（DB）ControlBus（CB）CPU存储器

I/O

接口Control微型计算机的组成2、微型计算机（MicroComputer__MC)

--由CPU、存储器、输入/输出接口和系统总线组成。3、微型计算机系统（MicroComputerSystem_MCS)

--以微型计算机为主体，配上外设和系统软件，就构成了微型计算机系统。运算器控制器

寄存器组

RAMROMI/O端口

I/O端口

I/O设备

I/O设备

系统软件

微型计算机系统

微型计算机微处理器微型计算机系统组成微型机算计系统硬件微型计算机（单片、单板）微处理器—ALU、控制器、寄存器组存储器—ROM、RAMI/O接口

—并行、串口、辅助接口系统总线

—数据、地址、控制总线外围设备外部设备过程I/O接口模拟量I/O接口—A/D、D/A开关量接口键盘、显示器、打印机外存储器—软/硬磁盘、光盘电源软件系统软件

—监控程序、操作系统、编译程序、诊断程序程序语言

—机器、汇编、高级语言应用软件

—程序包、数据库、窗口软件三、微机的形态分类1、单片微机

--CPU、RAM、ROM、I/O接口电路都集成制作在单块芯片上.

2、单板微机

--CPU、一定容量的RAM、ROM、I/O接口电路制作在一块印刷电路板上。3、多板微机

--将包含CPU、RAM、ROM、I/O接口电路的主板、各类功能板、电源都组装在一个机箱内，构成完整的计算机系统。

1.3微型计算机的结构特点一、总线结构1、微机的总线内总线系统总线•内总线—专指的是微处理器芯片内部的总线，大部分采用单总线结构，并分时使用总线。CPU存储器存储器I/0接口I/0接口外围设备控制总线（CB）数据总线（DB）地址总线（AB）系统总线连接示意图

·

系统总线—以为处理器芯片为核心的、芯片与芯片之间的连接总线。数据总线（DB）地址总线（AB）控制总线（CB）系统总线按功能分二、微处理器的引脚功能复用特点：

•在微处理器的一条引脚上有一个以上的用途，以此来起到“扩充”引脚数目的目的。

•功能复用的引脚必须分时使用总线，以区分功能。8086引脚功能的复用

8086CPU总线控制逻辑A19---A0A15---A0A19---A16

地址锁存控制

D15---D0

D15---D0AD15-AD0

三、流水线技术

就是一种能同时(同步)进行若干操作处理的方式,这种技术的实现须增加硬件电路,且该技术已广泛应用于16位以上的微机中.串行工作方式

取指令

指令译码地址生成

存取操作数

执行指令

流水线工作方式

取指令/执行指令指令译码地址生成

存取操作数

四、微机系统的基本数字部件2、三态门

--0态、1态、高阻（断开/悬浮输