微机原理第一章概括
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微机原理第一章
微机原理第一章学习文档微机原理第1章概述及计算机数据基础1.1计算机发展与组成1.2单片机简介1.1计算机发展与组成1946-1958第一代电子管计算机。
磁鼓存储器，机器语言、汇编语言编程。
1958-1964第二代晶体管计算机。
磁芯作主存储器,磁盘作外存储器，开始使用高级语言编程。
1964-1971第三代集成电路计算机。
使用半导体存储器，出现多终端计算机和计算机网络。
1971-第四代大规模集成电路计算机。
出现微型计算机、单片微型计算机，外部设备多样化。
1981-第五代人工智能计算机。
模拟人的智能和交流方式。
1.1.2计算机发展趋势微型化─便携式、低功耗巨型化─尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度智能化─模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力系列化、标准化─便于各种计算机硬、软件兼容和升级网络化─网络计算机和信息高速公路多机系统─大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)软件运算器微处理器控制器(CPU)存储器(内存)RAMROM微型计算机（主机）输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)总线(AB、DB、CB)(I/O接口)输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)电源电路时钟电路硬件微型计算机系统外围设备辅助设备电子计算机技术的发展按使用元器件划分相继经历了五个时代：﹡电子管计算机；﹡晶体管计算机；﹡集成电路计算机；系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)学习文档﹡大规模集成电路计算机；﹡超大规模集成电路计算机。
1.2单片机的发展过程及产品近况1.2.1单片机的发展过程单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：◆单芯片微机形成阶段1976年,Intel公司推出了MCS-48系列单片机。
8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。
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。
微机原理第1章-概述
微型计算机的发展
•1974年：Intel 8080 采用了6µm生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频 为2MHz。 •1975年4月，MITS公司推出了以8080为CPU的世界上第 一台个人计算机Altair 8800。值得一提的是，Altair 8800 的BASIC语言解释器是Bill Gates编写的 •1976年： Intel 8080 Intel公司生产的最后一种8位通用微 处理器， 8085的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上 升到246条。
2 数字编码
转化 转化
信息
二进制代码形式流通、 二进制代码形式流通、处理
计算机内 部处理
信息
2、二进制编码 、
计算机中为什么要采用二进制？ 计算机中为什么要采用二进制？
在计算机中任何信息均采用二进制，计算机内部存储、处理 的只有0和1组成的代码。主要原因如下：
1) 二进制在计算机中容易实现（只需二种状态）； 2) 运算简单； 如：十进制的乘法运算，九九表有100条法则，而二进制只有 4条法则：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1。 3) 便于计算机实现逻辑运算； “1、0”两种状态刚好与“真、假”、“是、非”对应
X86系列微型计算机的发展
第二代：80286（1982年-1984年） •采用1.5µm工艺，集成了134,000个晶体管，工作频率为 6MHz。80286的数据总线仍然为16位，但是地址总线增加 到24位，使存储器寻址空间达到16MB。 •1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算机IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的 工业标准结构（ISA）。该结构提供了一个16位、高性能 的I/O扩展总线。 •80年代中期到90年代初，80286一直是微型计算机的主流 CPU 。 在 这 一 时 期 ， 还 诞 生 了 世 界 上 最 早 的 芯 片 组 （chipsets）。
微机原理及应用讲稿
1. 微型计算机的特点 主要特点如下: ⑴体积小、重量轻、功耗低 ⑵可靠性高、使用环境要求低 ⑶结构简单，系统设计灵活、使用方便 ⑷价格低廉 ⑸维护方便
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
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(华电版)_第一章
典型的微处理器系统框图
微处理器 （PU） 存储器RAM 存储器ROM 数据总线 地址总线 控制总线 译码器 时 钟 电 源 I/O接口1 I/O接口2
典型的微处理器系统框图
1.3微处理器的产生和发展 1.3微处理器的产生和发展
1971年，美国旧金山南部的森特克拉郡（硅谷） 的Intel集成电子产品公司首先制成 4004微处理 器，并用它组成（Microcomputer System-4）即 MCS-4微计算机。 微处理器和微计算机的发展速度异乎寻常，大 约每隔2~4年换代一次，这种换代通常按CPU 字长位数和功能来划分的。
（三）微计算机系统 将包含CPU、RAM、ROM和I/O接口电路 的主板和其它若干块印制板电路如存储器 扩展板，外设接口板、电源等组装在一个 机箱内，构成一个完整的、功能更强的计 算机装置。在这类系统中，通常还配有盒 式磁带机、软磁盘，硬磁盘作为外部存储 器，配有键盘屏幕显示终端CRT作人一机 对话的工具，配有行式打印机等外部设备， 并且有丰富的软件支持，有个人计算机 PC（Personal Computer）之称。
1.5 微计算机系统的组成
一、微计算机系统的一般结构 一台完整的电子计算机系统包括硬件和软件两 大部分，微计算机系统和一般电子计算机结构 上都是由硬件和软件两大部分组成。 二、硬件 微计算机硬件是机器的实体部分，其组成主机 的各个部件—P、RAM、ROM和 I/O接口电路 将在后面各章讲述，并从系统设计和连接的原 则、方法出发，将之接入系统。
位数与计算及处理速度的直接关系。 16位二进制数的加法用四位微处理器要进行四 次运算，用16位微处理器只要进行一次运算。
二、按微计算机利用的形态分类 （一）单片微计算机 在一个片子上包括有CPU、RAM、ROM以及 I/O接口电路的完整计算机功能的电路。 （二）单板微计算机 这是在一块印制电路板上，把微处理器、一定 容量的存储器片RAM和ROM以及I/O接口电路 等大规模集成电路片子组装而成的微计算机。 通常在这块板上还包含固化在ROM或EPROM 中的容量不大的监控程序，并配有典型外设— —如简易键盘和发光数码管作显示器。这种单 板机也可买到成套配件由用户自己组装而成。
第1章--微机原理概述
1、CPU的结构 F(Flag)是标志寄存器从，存由储一器些中标算取志术出位逻的组辑指成单令。元，ALU： 由数据寄存(器Ar送ith至me指ti令c L寄ogic Unit) P的A址单—以令过CR指程则寄 元 是 中 地(令A序地存 的 数 的 址d的d计址器 地 据 操 总r地e数由—， 址 作 线s址s器—P由 数 ，(R可C。，则它 部 送e提以g提地把 分 至i供s是t供址要 给 存e；指r)要要寻 定 储是也令执由址 器)存 R器 译 出 各地可— 通e行指的 。器 I码 执 种gDis，行控I(tRIen通一制(rIs)n，t过条信rsu执置作操给(可D内的中t经控指息RrcRut行，为作，以存结。e过i制令。c(ogDt算它一数可是读果nii指s电所oatDn术以个由以由出通et令路需are)和累操内是数的常cR译B，要oeL逻加作部寄据内放d码g发的中ei辑器数数存寄容在rs)t的e运；据器存等累Ar内)L供算另总器；加容的给的一线操器，内的装个供作A也容L由
② CPU发出写的控制命令，于是数据总线上的信息 26H就可以写入到10号存储单元中，如下图所示。
信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息是一
直保留的，而且我们的存储器的读出是非破坏性的，即信 息读出后存储单元的内容不变。
3、执行过程
➢ 若程序在内存中，大部分8位机执行过程就是取 指和执行这两个阶段的循环。
第 1章 概述
本章讲述以下五部分的内容： 1.1 80x86系列的概要历史 1.2 计算机基础 1.3 计算机的硬件和软件 1.4 微型计算机的结构 1.5 多媒体计算机
1.1 80x86系列结构的概要历史
微型计算机的发展历程
★第一代：4位机
1971-1973
代表产品：1971年，Intel公司发布了Intel 4004，这是一个4位微处理器，也是世界上
微机原理讲义_第1章资料
16/16
24
16MB
增加保护模式,处理 超过1MB的内存
1985
80386
32/32 32
4GB
内存分页,模拟多个 8086同时工作
1989 80486
倍频,使外部设备的 发展跟上CPU主频
1993 Pentium
超标量结构,具有超 频性能
时间
1996
系列
特点
片内封装了与原CPU同频运行的 Pentium pro 256KB或512KB二级缓存 ,支持
微型机中目前主要采用的总线有：PC总线、ISA总线、 PCI总线等。 虽然总线的标准不同，但都包括三类总线：
地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）。
地址总线
输入/输出
外围
存储器
接口电路
设备
微处理器
（CPU）
数据总线
Байду номын сангаас
控制总线
微型机的基本结构
地址总线（Address Bus）
用来传送地址的信号线 地址总线的根数(位数)决定了CPU可以直接寻址的 内存范围。
程序在计算机是以指令的形式存储的，指令是计 算机可以识别的命令，是一系列的二进制代码。 以8位微机为例进行说明
欲完成的任务：
将整数10和20相加，将结果放入内存地址为 30H的单元中。
分析：在计算机中，两个数不能直接相加， 首先应将一个整数10放入累加器AL中，再使 AL与另一个整数20相加，结果就在AL中， 然后将AL中的内容放到指定的内存单元中。
(高能奔腾) 动态预测执行
1997
Pentium MMx 一级缓存32KB,增加MMX(多媒体 (多能奔腾) 扩展指令)
微机原理--第1章概述160224
鼠标等。 ＊主机中的主要组成部分是主板、CPU、内存、硬盘、软驱
（盘）、显示卡、声卡、网卡、光驱等。
1.2.1 计算机的基本结构
台式机的组成
1.2.1 计算机的基本结构
1.2.1 计算机的基本结构
1.2.1 计算机的基本结构
➢ CPU、主板、内存条、硬盘、软盘、显示卡、显示器、键盘、鼠标等都 是计算机的部件，虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是 计算机的基本结构未变
工作频率为90MHz/100MHz。 – 第三代Pentium MMX （Multi-Media eXtension） （以P55C代称
1997年）增加了57条多媒体指令 – 在体系结构上， Pentium在内核中采用了RISC技术，可以说它是
CISC和RISC技术相结合的产物
英特尔微处理器芯片
Pentium 4
– 1979年—8088
除了它的数据总线为8位以外，其余均与8086相同。8088采用8位数据总线是 为了利用当时现有的8位设备控制芯片。由于8088内部支持16位运算，而与 I/O之间传输为8位，故8088称为准16位微处理器。
– 1981年8月
IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微 型计算机IBM 5150 Personal Computer，即著名的IMB PC。
Pentium
80386
1.1 80x86系列的概要历史
➢ 第六代：P6（1996-2006） Pentium Pro、Pentium II（1997-1998）、Pentium
III（1999），Pentium 4（2000-2005）
– 采用0.6 m -0.18m工艺，集成度550万-750万晶体管， 时钟频率166MHz-1GHz，采用二级高速缓存，2级超 标量流水线结构，一个时钟周期可以执行3条指令
（盘）、显示卡、声卡、网卡、光驱等。
1.2.1 计算机的基本结构
台式机的组成
1.2.1 计算机的基本结构
1.2.1 计算机的基本结构
1.2.1 计算机的基本结构
➢ CPU、主板、内存条、硬盘、软盘、显示卡、显示器、键盘、鼠标等都 是计算机的部件，虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是 计算机的基本结构未变
工作频率为90MHz/100MHz。 – 第三代Pentium MMX （Multi-Media eXtension） （以P55C代称
1997年）增加了57条多媒体指令 – 在体系结构上， Pentium在内核中采用了RISC技术，可以说它是
CISC和RISC技术相结合的产物
英特尔微处理器芯片
Pentium 4
– 1979年—8088
除了它的数据总线为8位以外，其余均与8086相同。8088采用8位数据总线是 为了利用当时现有的8位设备控制芯片。由于8088内部支持16位运算，而与 I/O之间传输为8位，故8088称为准16位微处理器。
– 1981年8月
IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微 型计算机IBM 5150 Personal Computer，即著名的IMB PC。
Pentium
80386
1.1 80x86系列的概要历史
➢ 第六代：P6（1996-2006） Pentium Pro、Pentium II（1997-1998）、Pentium
III（1999），Pentium 4（2000-2005）
– 采用0.6 m -0.18m工艺，集成度550万-750万晶体管， 时钟频率166MHz-1GHz，采用二级高速缓存，2级超 标量流水线结构，一个时钟周期可以执行3条指令
微机原理第1章 微型计算机简介
1.1.2 微机系统的主要性能指标
微型计算机的主要性能指标有以下一些内容: 字长 字长以二进制位为单位，是CPU能够同时处理的二进制数据的位数， 它直接关系到计算机的计算精度、功能和运算能力。微机字长一般都 是以2的幂次为单位，如4位、8位、16位、32位和64位等。 运算速度 计算机的运算速度（平均运算速度）是指每秒钟所能执行的指令条数， 一般用百万条指令/秒（MIPS）来描述。因为微机执行不同类型指令 所需时间是不同的，通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运 行比例综合计算，作为衡量微机运行速度的标准。目前微机的运行速 度已达数万MIPS。 时钟频率（主频） 时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。通常，时钟频 率以兆赫（MHz）或吉赫（GHz）为单位。一般的时钟频率越高，其 运算速度就越快。
2、微型计算机的外部设备 微型计算机的外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备等，如图 1.3所示。
外存储器 硬盘 软盘 光盘 键盘 鼠标 扫描仪、数码相机等 显示器 打印机
外部 设备
输入设备
输出设备
图 1.3 微型计算机的外部设备 图 1.4 微型计算机的外部设备
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
1.1.1 微型计算机的体系结构和系统构成
输入设备 输入设备是计算机外部设备之一，是向计算机输送数据的设备。其功 能是将计算机程序、文本、图形、图像、声音以及现场采集的各种数 据转换为计算机能处理的数据形式并输送到计算机。常见的输入设备 有键盘和鼠标等。 输出设备 输出设备是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种人 们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器 和打印机。
地址总线 数据总线 控制总线
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微型计算机的组成 AB
CPU
存储器 DB CB
I/O接口
外 设
（微型计算机Hale Waihona Puke 成框图）主讲教师郭建波
答疑:
实验楼二层网络教育中心, 主任室.
电话: 2041455 2206
目 录
• • • • • • • • • • • • • 第1章 基础知识 第2章 微型计算机概论 第3章 8086、8088指令系统与寻址方式 第4章 汇编语言程序设计 第5章 8086的总线操作与时序 第6章 半导体存储器 第7章 基本输入输出接口 第8章 中断技术 第9章 可编程芯片及应用（8253、8255） 第10章 串行通讯 第11章 模数、数模转换 第12章 高性能微处理器 第13章 总线标准与微型计算机
使用教材:
教育科学“十一五”国家规划课题研究成果
微计原理及应用
徐晨 陈继红 王春明 徐慧 编著
《微型计算机原理及应用》
课程简介及要求 课程性质及教学目的
《微型计算机原理与接口技术》是工科本科 一门重要的专业技术基础课程。
本课程帮助学生掌握微型计算机的硬件组成 及使用；学会运用汇编语言进行程序设计；树立起 计算机体系结构的基本概念；掌握微机的基本组成、 工作原理、接口电路及硬件的连接，建立微机系统 的整机概念，具备初步开发微机系统软、硬件的能 力。
《微型计算机原理及应用》
课程简介及要求
实验课前要预习，写出预习报告，做到心中有数，有的放矢； 实验课后，要写实验报告，总结经验和教训；提高自己分析问 题和解决问题的能力，培养一种严谨科学作风。 收获与时间成正比 本课程理论联系实际非常紧密，内容更新极快。 只能采用解剖麻雀方法，教师在这里只起到抛砖引玉的作用 。 因此同学们学习过程中，要花时间去学习、思索、实践。 有机地将本专业的知识结合起来，构成一个实际系统，解 决实际问题。 收获与时间成正比, 花时间越多，收获将越大 。
《微型计算机原理及应用》
课程简介及要求
课程特点: 理论与实际联系非常紧密的课程, 课程内容更新极快。 内容多，学时少，进度快，难度 大，应用广。
《微型计算机原理及接口技术》
课程简介及要求
抓住教学过程中的3个环节 上课时要主动参与、发现、探究 将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的 认知工具 ，主动参与、发现、探究； 课堂上会布置自学内容，通过自学从而培养自 学的能力； 独立完成作业 同学之间相互交流，一起讨论，但一定要独立 完成作业；