第1章 微机原理与接口技术
微机原理与接口技术
微机原理与接口技术1.系统总线是连接计算机CPU、内存、辅存、各种输入输出部件的一组物理信号线及相关的控制电路。
2.若操作数由指令中指定的寄存器给出，则采用的寻址方式是寄存器直接寻址。
3.总线性能的重要指标是总线宽带，它定义了为总线本身所能达到的最高传输速率。
4.CISC指令的特点是指令长度固定、指令种类少、寻址方式少。
5.半导体静态存储器SRAM的存储原理是依靠双稳态电路保存信息，不需要刷新。
6.异步串行通信的主要特点是通信双方不需要同步，没有专门的同步字。
7.计算机外部中断分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两类。
8.运算器完成的主要运算是算术运算和逻辑运算。
9.8251A工作在异步方式时最大波特率19.2Kbit/s；工作在同步方式时最大波特率64Kbit/s。
10.8255A的端口A有3种工作方式，端口B有2种工作方式。
11.同步串行通信规程规定，传送数据的基本单位是bit，其中最先传送的是同步字。
12.8259A对中断优先级的管理，可概括为完全嵌套方式，自动循环方式和特殊全嵌套方式。
13.子程序的属性可以分为near 或Far14.在中断驱动I/O方式中，当外设要和CPU交换数据时，它就通过硬件电路给CPU一个信号，这个信号叫做中断请求。
15.系统总线通常包含地址总线、数据总线和控制总线，其中地址总线的位数确定了总线的寻址能力。
16.Pentium系列微机主要采用南北桥结构和两个中心结构。
17.8259A内部主要有中断请求寄存器，中断屏蔽寄存器和中断服务寄存器。
18.DMA数据传送有2种方式：字节方式和数据块。
19.常用的主存到Cache的地址映像方式有直接映像、全相联映像和组相联映像。
20.奇偶校验法只能发现奇数个错，不能发现无错或偶数个错。
21.Cache存储器主要作用是解决协调主存和CPU的速度不匹配问题。
22.RISC指令系统中最大特点是长度固定，指令条数少，寻址种类少。
23.主机与I/O设备传送数据时，CPU的效率最低的是查询方式，较高的是中断方式。
微机原理与接口技术知识点总结
微机原理与接口技术第一章概述二、计算机中的码制(重点 ）P51、对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。
注意:对正数，三种表示法均相同。
它们的差别在于对负数的表示。
(1）原码定义：符号位:0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值.注意：数0的原码不唯一（2）反码定义：若X<0，则[X］反= 对应原码的符号位不变，数值部分按位求反（3）补码定义:若X〈0，则[X］补= ［X]反+12、8位二进制的表示范围:原码：—127~+127反码：—127~+127补码:—128~+1273、特殊数10000000●该数在原码中定义为: —0●在反码中定义为：-127●在补码中定义为：-128●对无符号数：（10000000）２= 128三、信息的编码1、字符的编码P8计算机采用7位二进制代码对字符进行编码(1)数字0～9的编码是0110000~0111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码(BCD码）相符。
(2）英文字母A~Z的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母a~z的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增,这样的排列对信息检索十分有利。
第二章微机组成原理第一节、微机的结构1、计算机的经典结构-—冯.诺依曼结构P11（1）微机由CPU（运算器和控制器)、存储器和I/O接口组成2、系统总线的分类（1）数据总线（Data Bus)，它决定了处理器的字长。
(2)地址总线（Address Bus）,它决定系统所能直接访问的存储器空间的容量。
（3）控制总线（Control Bus）第二节、8086微处理器1、8086，其内部数据总线的宽度是16位，16位CPU。
外部数据总线宽度也是16位8086地址线位20根,有1MB(220）寻址空间。
P272、8086CPU从功能上分成两部分:总线接口单元（BIU）、执行单元(EU）BIU:负责8086CPU与存储器之间的信息传送。
微机原理与接口技术课本
第1章微型计算机基础1.1 计算机中数的表示和运算1.1.1 计算机中的数制及转换在微型计算机中，常见和常使用的数制♦十进制♦二进制♦八进制♦十六进制等。
1.十进制十进制计数特征如下：♦使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9♦基数为10♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢十进一决定其实际数值。
任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：(D)10＝D n-l³10 n-1 +D n-2³10 n-2 +…+D l³101+D0³100+D—l³10 -1+D-2³10-2+²²+D-n³10-n2.二进制在二进制计数制中，基数是2，计数的原则是“逢2进1”。
特征如下：♦使用两个不同的数码符号0和l♦基数为2♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢二进一决定其实际数值。
任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：(B)2＝B n—l³2 n-1 +B n—2³2 n-2+…+B l³21+B0³20+B—l³2 -1+B-2³1-2+²²+B-n³1-n十进制TO二进制把十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除以2取余数”。
把十进制小数转换成二进制小数所采用的规则是“乘2取整”。
在计算机中，数的存储、运算、传输都使用二进制。
[例 1-2] 将十进制小数0.6875转换成二进制小数3．八进制在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。
特征如下：♦使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7♦基数为8♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢八进一来决定其实际数值。
任意一个八进制正数S，可表示为：(S)8＝S n—l³8 n-1+S n—2³8 n-2+²²+S1³8 1+S0³8 0 +S—l³8–1+²²+S-m³8-m转换: 将十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余数”。
微机原理及接口技术第一章概述
三、微型计算机的分类
按处理器同时处理数据的位数或字长分：
8位机
按其结构分：
16位机
32位机
64位机
PC机、
单片微型机、 单板微型机
1.2
微型计算机组成
现代计算机结构仍然是在冯· 诺依曼提出 的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建 立起来的。
一、微型计算机的硬件结构
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输 出接口构成，它们之间由系统总线连接。
地址总线 (AB)
只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
I/O接口
I/O设备 数据总线 (DB) 控制总线 (CB)
CPU
1. 微处理器
整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也 称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组 及控制部件。
ALU ： 算术运算、逻辑运算
寄 存 器：存放操作数、中间结果、地址、标 志等信息 控制部件：整个机器控制中心，包括程序计 数器IP、指令寄存器IR、指令译 码器ID、控制信息产生电路。
外部设备
I/O接口电路
存储器 RAM ROM 总线
控制部件
算术逻辑部件
寄存器组
MPU
2. 存储器 微机的存储器分为：主存和辅存 主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正 待处理数据。(CPU内部cache，主 板上的内存, 造价高，速度快，存 储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的 数据，(主机箱内或主机箱外，造 价低，容量大，可长期保存，但 速度慢)
办公自动化
信息高速公路
仪器仪表
将传感器与计算机集 成于同一芯片上，智能
传感器不仅具有信号检
测、转换功能，同时还 具有记忆、存储、解析、 统计、处理及自诊断、 自校准、自适应等功能。
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
(完整word版)微机原理与接口技术教案
第____1____次课操作数存放在某个内存中，指令中给出存储器地址。
例：MOV AX，［22A0H] (AX）≠ 22A0H注意:最明显的特点，存储器操作数肯定有［］。
二、寻址方式(研究如何寻找参加操作的数）1。
立即寻址指令中直接给出立即数。
例：MOV AX,1090H （AH)=10H （AL)=90H2。
寄存器寻址操作数在寄存器中，指令中给出寄存器名.注意：两操作数，每个都有自己的寻址方式。
例：MOV DS,AX 执行前AX=2345H执行后AX=DS=2345H3.直接寻址操作数在存储器中,指令中直接给出操作数地址。
(偏移地址）例：MOV AX，[22A0H] 实际地址 DS×10H＋22A0H4。
寄存器间接寻址操作数在存储器中，通过寄存器得到存储单元地址。
例：MOV AX，［BX]； BX = 1000H DS×10H＋1000H = 12ABHAX = 12ABH ≠ 1000H注意：(SI DS, DI DS/ES， BP SS, BX DS）5.变址寻址操作数在存储器中，存储单元地址通过变址寄存器加上一个16位的偏移量之和得到。
MOV 80H,AL （错)c 。
存储器之间不可传送，要借用中间寄存器MOV ［22A0H]，［BX] （错)可适用于寄存器之间，立即数到寄存器/存储器,寄存器到存储器。
d.CS ，IP 不能做目的操作数MOV CS,DX （错） MOV SP,BX;语法正确，注意堆栈结构e 。
本指令对标志位无影响2.堆栈操作指令(对栈空间的操作）关于栈在SP ，BP 处介绍过—-———---复习 1）入栈指令 PUSH格式：PUSH OPRD 16位单操作数 功能：将OPRD 入栈（SP 所指向的栈顶） a 。
栈结构从上到下是低地址到高地址，且栈顶不可用 b.每个单元都是8位，操作数为16位，所以占用两单元。
入栈操作进行两次.c 。
入栈时规则，低对低、高对高。
精品课件-微型计算机原理及接口技术-第1章
微机原理及接口技术
本课程的内容 以8086/8088 CPU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。
2
为什么要学习这门课？
通过本课程的学习，希望同学们能够 1. 了解一种具体的计算机（微机） 2. 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，使它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)。
13
Altair 8800 Computer with 8 inch floppy disk system
This is an original copy of 8K BASIC on paper tape for the MITS Altair 8800 cwormiptutteenr.byThBeilBlASGIaCteisn,tePrapurletAelrlewna,sand14
皓龙6200是全球首款16核x86处理器。
24
1.2 微处理器概述 二、计算机的两个发展方向
1. 高速度、功能强的巨型机和大型机 军事、尖端科学
2. 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
25
IBM Blue Gene
26
BlueGene/L 27
28
西安电子科技大学 计算机学院
48
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
【例】Y=10+20，结果送266单元 MOV AL,10 ADD AL,20 MOV [266],AL HLT
49
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
微机原理与接口技术第1-11章作业答案
第一章：1.1 为什么需要半加器和全加器，它们之间的主要区别是什么?答：无论是全加器还是半加器均能实现两个一位的二进制数相加，得到相加的和和向高位的进位。
半加器不需要考虑来自低位的进位，而全家器需考虑来自低位的进位。
1.2 用补码法写出下列减法的步骤：(1) 1111(2)-1010(2)=?(2)=?(10)=00001111B+11110110B=00000101B=5D(2) 1100(2)-0011(2)=?(2)=?(10)=00001100B+11111101B=00001001B=9D第二章：2.1 ALU是什么部件?它能完成什么运算功能?试画出其符号。
答：ALU是算术逻辑运算单元的简称，该部件既能进行二进制数的四则运算，也能进行布尔代数的逻辑运算。
符号略！2.2 触发器、寄存器及存储器之间有什么关系?请画出这几种器件的符号。
答：触发器能存储一位的二进制信息，是计算机记忆装置的基本单元。
寄存器是由多个触发器构成的，能存储多位二进制信息。
存储器又是由多个寄存器构成的。
器件的符号略！2.4 累加器有何用处?画出其符号。
答：累加器是由多个触发器构成的多位寄存器，作为ALU运算过程的代数和的临时存储处。
累加器不仅能装入及输出数据外，还能使存储其中的数据实现左移或右移。
符号略！2.6 何谓L门及E门?它们在总线结构中有何用处?答：L门即LOAD控制端，是用以使寄存器接受数据输入的控制门；E门即ENABLE控制端，是三态输出门，用以控制寄存器中的数据输出至总线。
有了L门及E门，就可以利用总线结构，从而使信息传递的线路简单化。
2.10 除地线公用外，5根地址线和11根地址线各可选多少个地址?答：5根地址线可选25=32个地址；11根地址线可选211=2048个地址。
2.12 存储地址寄存器(MAR)和存储数据寄存器(MDR)各有何用处?答：MAR和MDR均是存储器的附件。
存储地址寄存器(MAR)是一个可控的缓冲寄存器，具有L门以控制地址的输入，它和存储器的联系是双态的，存储地址寄存器存放的是索要寻找的存储单元的地址。
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第0章 计算机基础知识
5.基于规则的智能化语言
微机接口技术
以可视化的编程方法为特征，是一种应 用的装配环境，开发人员不必是训练有 素的、了解很深的专业人士，只要有好 的思路、好点子，这些开发环境会引导 他们去实现，但还不具备智能化。 Visual C++、VB、Delphi等。
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西北师大物电学院
微机接口技术
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课程 特点
专业技术基础课
计算机组成原理 微机原理及接口技术 计算机体系结构
微机接口技术
硬件系列课程之一
区别
指定必修课
以技术为主 面向应用 软硬件相结合
2014年7月25日星期五 西北师大物电学院 7
先修 课程
先修课程
微机接口技术
模拟电路、数字逻辑
提供硬件基础
计算机组成原理
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2014年7月25日星期五
第0章 计算机基础知识
4.面向对象语言
微机接口技术
高级语言程序设计方法是一种数学思维 或计算机思维方法，和人们认识世界时 所习惯的方法不同，人们更习惯使用面 向对象的方法去认识系统和建立系统。
C++、Java等
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2014年7月25日星期五
微机服务器、工程工作站、图形工作站
2014年7月25日星期五 西北师大物电学院 16
中国芯
微机接口技术
中国研究生产并且制造的芯片:
“中国芯”工程
[通用芯片]
· 汉芯2号、汉芯3号：汉芯2号是我国首颗以IP专利授权 的方式进入国际市场的“中国芯”，国外公司在其产品 中嵌入汉芯2号需缴纳一定数额的专利费；而汉芯3号则 申请了6项专利，IBM将在其系统整机方案中采用该芯片。
西北师大物电学院 3
2014年7月25日星期五
计划学时：72学时
授课：72 学时 上机：18学时
微机接口技术
2014年7月25日星期五
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微机 原理 及 接口 技术
典型机型：IBM PC系列机
微机接口技术
基本系统：8088/8086CPU和半导体存储器 I/O接口电路及与外设的连接
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第0章 计算机基础知识
微机接口技术
第4代：32位微机
80386→80486→Pentium→Pentium II →Pentium III →Pentium 4 32位PC机、Macintosh机、PS/2机
第5代：64位微机 Pentium Pro 、64位RISC微处理器芯片
微机原理与接口技术
微机接口技术
2014年7月25日星期五
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微机原理与接口技术—引言
微机接口技术
计算机的诞生是人类科学史上的一件大事。 半个多世纪以来，计算机得到了迅猛的发 展，从小型机到巨型机，从台式机到手提 电脑，从每秒5000次的定点算术运算到每 秒几十万亿次的浮点运算，科学家实现了 计算机一代接一代的跨越性的飞跃。
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中国芯
微机接口技术
龙芯1号：采用动态流水线结构，定点和浮点最高运算速度 均超过每秒2亿次，与英特尔的奔腾Ⅱ芯片性能大致相当， 在总体上达到了1997年前后的国际先进水平。 龙芯2号：2004年6月，中科院计算所将研发出实际性能与 奔腾4水平相当的“龙芯2号”通用CPU，比“龙芯1号”性 能提高10至15倍。 龙芯3号：2007年问世，用来制造更高性能的新一代超级服 务器曙光系列。
2014年7月25日星期五
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参考 书目
参考书目
微机接口技术
微型计算机原理及接口技术 李伯成编著 电子工业出版社 2002年11月出版 微机接口技术及其应用 李育贤主编 西安电子科技大学出版社 07年6月出版 微型计算机原理 姚燕南、薛钧义主编 西安电子科技大学出版社 2002年 微型计算机原理及应用 马义德等编著 兰州大学出版社 2003年8月第2版 清华、科大、电子、机械等出版社出版的相关教材
西北师大物电学院 22
2014年7月25日星期五
第0章 计算机基础知识
3.高级语言
微机接口技术
面向问题的程序设计语言。它们要求程序 员为每个应用任务写出如何完成该任务的 一系列明确的过程，用高级语言编写的程 序称为源程序，它们必须通过编译或解释、 链接等步骤才能被计算机处理。 FORTRAN、COBOL、C、BASIC、PASCAL等。
用于过程控制及嵌入应用方向
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第0章 计算机基础知识
§2 微型计算机的组成
微机接口技术
区别
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一.微型计算机硬件的基本组成原理
如图为硬件组成的部 分框图，其中箭头代 表数据传送方向。 接口通道和输入/ 输出设备 存储器 运算器
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12
第0章 计算机基础知识
微机接口技术
教学内容
0.1 0.2 微型计算机的发展及基本结构 计算机中信息的表示方法
0.3
IBM PC系列机系统
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第0章 计算机基础知识
§1 微型计算机概述 一、计算机硬件技术发展 1946年，世界上出现第一台数字式电子计算 机ENIAC（电子数据和计算器） 二、微型计算机硬件技术发展 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四 代，产生了微型计算机 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处 理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算 机时代
2014年7月25日星期五 西北师大物电学院
微机接口技术
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第0章 计算机基础知识
微机接口技术
第1代：4位和低档8位微机 4004→4040→8008 第2代：中高档8位微机 I8080、M6800，Apple-II微机 第3代：16位微机 8086→8088→80286，IBM PC系列机
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微机原理与接口技术—引言
微机接口技术
现代计算机发展基本分为两个方向：一 个是巨型机，一个是微型机或微机。前 者主要特征是高速性，后者则是在保证 一定速度的前期下使机器微型化。 微机的一个代表机型是个人计算机（PC） 现在的微机得到了极为广泛的应用，已 经成为人们生活中必不可少的一部 分，……对科研工作者而言，微机更是 需要掌握的“第二语言”。
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第0章 计算机基础知识
1.机器语言 机器语言就是0、1码语言，是冯式计算 机唯一能够理解且直接执行的语言。用 户编写程序时命令、数据、其他信息均 以二进制码书写，难读、难懂、难记、 无法交流。 MOV DS，AX 机器码：8ED8。
微机接口技术
MOV BP，SP
机器码：8BEC
西北师大物电学院 31
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微型计算机软件组成原理
操作系统 I/O驱动程序
微机接口技术
文件管理系统
翻译程序 调试程序
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三、微型计算机工作过程
微机接口技术
存储程序，程序控制（P11、P4）
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2014年7月25日星期五 西北师大物电学院 34
微型计算机微处理器技术
微机接口技术
堆栈技术 中断技术 DMA技术 多寄存器结构 流水线技术 高速缓冲存储器 虚拟存储器
多处理器系统技术
微处理器普遍采用 了微程序控制技术 并行处理的哈佛 （Harvard）结构
RISC结构
2014年7月25日星期五
第0章 计算机基础知识
四、计算机特点
微机接口技术
体积小、重量轻、功耗低 可靠性高、对使用环境要求低 结构简单、设计灵活、适应性强
性能价格比高
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第0章 计算机基础知识
微机接口技术
五、微型计算机的应用 计算机应用通常分成如下各个领域 科学计算，数据处理，实时控制 计算机辅助设计，人工智能，…… 由于微型计算机具有如下特点 体积小、价格低 工作可靠、使用方便、通用性强…… 所以，可以分为两个主要应用方向
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四、微型计算机新技术
微机接口技术
1．微型计算机微处理器技术 目前微机基本上是沿着两个方向发展： 一是产生性能更好的单片机及 4位、8位微型机， 主要是面向要求低成本的家电，工业设备的自 动化改造及文化教育等方向，其特点是专用化， 多功能，低价格，高可靠性。 二是发展16位，32位，64位微型计算机系统， 面向更加复杂的各种数据处理环境，如：科学 研究等。其特点是大量采用最新技术成果，在 IC技术体系结构等方面向高性能，多功能的方 向发展。 微处理器所采用的硬件技术及其发展趋势。
西北师大物电学院 21
2014年7月25日星期五
第0章 计算机基础知识
2.汇编语言
微机接Βιβλιοθήκη 技术称机器语言的助记符合形式（符号语言） 汇编语言就是在此基础上完善起来的， 它改善了机器语言的可读性、可记性， 汇编语言与机器指令一一对应。