微型计算机基础概论学时.pptx
《微型计算机基础概论学时.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微型计算机基础概论学时.pptx(97页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1课程目标课程目标 掌握:p微型计算机的基本工作原理p汇编语言程序设计方法p微型计算机接口技术p建立微型计算机系统的整体概念,形成微机系统软硬件开发的初步能力主要参考书主要参考书p冯博琴,吴宁主编,微机原理与接口技术冯博琴,吴宁主编,微机原理与接口技术(第第3版版),清华大学出版社清华大学出版社p戴梅萼主编,微型计算机技术及应用戴梅萼主编,微型计算机技术及应用(第第3版版),清华大学出版社,清华大学出版社p周明德主编,微型计算机系统原理及应用周明德主编,微型计算机系统原理及应用(第第3版版),清华大学出版社,清华大学出版社考核方式考核方式p平时出勤平时出勤15%p实验实验15%p期末考试期末考
2、试70%第1页/共97页第一章第一章 微型计算机的系统结构与工作原理微型计算机的系统结构与工作原理1.1.微型计算机系统微型计算机系统2.2.计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码3.3.二进制数的运算二进制数的运算4.4.带符号数的表示及运算带符号数的表示及运算第2页/共97页 1.1.1 1.1.1 微型计算机的发展微型计算机的发展微微型型计计算算机机是是指指以以大大规规模模、超超大大规规模模集集成成电电路路为为主主要要部部件件的的微微处处理理器器为为核核心心,配配以以存存储储器器、输输入入/输输出出接接口口电电路路及及系系统统总总线线所所制制造造出出的计算机系统。的计算机系统。1.1
3、1.1 微型计算机系统微型计算机系统第3页/共97页一、微型计算机的发展概况一、微型计算机的发展概况微微型型计计算算机机诞诞生生:1946年年第第一一台台计计算算机机在在美美国国问问世世;微微型型计计算算机机诞诞生生于于20世世纪纪70年年代,其发展以微处理器的发展为主要标志。代,其发展以微处理器的发展为主要标志。第4页/共97页分 代第一代年 份字 长芯片的集成度软件典型的芯片197119734/8位12002000个管/片机器语言Intel 4004Intel 8008第二代197419778位汇编程序高级语言、(FORTRAN PL/M等BASIC操作系统第三代1978198416位汇编
4、语言高级语言操作系统第四代Pentium Pro PII PIII PIV1985199232位第五代199332位50009000个管/片2000070000个管/片1550万个管/片以上Intel 8080,8085MC 6800Z-80Intel 8086,8088MC 68000Z-8000Intel 80386,80486 MC 68020操作系统高级语言软件硬化操作系统高级语言软件硬化高达330万个管/片微处理器的概念与发展第六代19962001Pentium58664位550万个管/片操作系统高级语言软件硬化第5页/共97页二、微型计算机的分类二、微型计算机的分类1.按处理器同时
5、处理数据的位数或字长分:按处理器同时处理数据的位数或字长分:4位机位机、8位机、位机、16位机、位机、32位机、位机、64位机位机2.按结构类型分:按结构类型分:单片微型机、单片微型机、单板微型机单板微型机微型计算机微型计算机第6页/共97页三、微型计算机的主要性能指标三、微型计算机的主要性能指标通通常常所所说说的的计计算算机机运运算算速速度度(平平均均运运算算速速度度),是是指指每每秒秒钟钟所所能能执执行行的的指指令令条条数数,一一般般用用“百万条指令秒百万条指令秒”(MIPS)来描述。来描述。1.运算速度运算速度2.字长字长 表示计算机数据总线上一次能处理的信息的表示计算机数据总线上一次能
6、处理的信息的位数。位数。字长标志着计算精度,字长越长,它能表字长标志着计算精度,字长越长,它能表示的数值范围越大,计算出的结果有效数的位数示的数值范围越大,计算出的结果有效数的位数就越多,精度也就越高。就越多,精度也就越高。第7页/共97页存存储储器器分分为为内内存存储储器器和和外外存存储储器器两两类类。内内存存储储器器也也简简称称内内存存或或主主存存,是是CPU可可以以直直接接访访问问的的存存储储器器,内内存存大大小小反反映映了了计计算算机机即即时时存存储储信信息息的的能能力力;外外存存储储器器通通常常是是指指硬硬盘盘(包包括括内内置硬盘和移动硬盘置硬盘和移动硬盘)。3.存储器的容量存储器的
7、容量第8页/共97页 1.1.2 1.1.2 微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程 现现代代计计算算机机结结构构仍仍然然是是在在冯冯诺诺依依曼曼提提出出的的计计算算机机逻逻辑辑结结构构和和存存储储程程序序概概念念基基础础上上建建立立起来的。起来的。一、计算机的基本结构一、计算机的基本结构第9页/共97页输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备存储器存储器控制器控制器冯冯诺依曼计算机的基本结构诺依曼计算机的基本结构第10页/共97页1.一系列基本操作命令一系列基本操作命令程序程序二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理2.计计算算机机存存储储程程序序、程程序序控控制制相相结结合合的的工工
8、作作原原理理:一一是是能能存存储储程程序序,二二是是能能自自动动执执行行程程序。序。第11页/共97页计算机从停机状态进入运行状态时计算机从停机状态进入运行状态时计算机从停机状态进入运行状态时计算机从停机状态进入运行状态时,首先把第首先把第首先把第首先把第1 1 1 1条指令所条指令所条指令所条指令所在的地址赋给程序计数器在的地址赋给程序计数器在的地址赋给程序计数器在的地址赋给程序计数器PCPCPCPC,然后机器进入取指阶段。,然后机器进入取指阶段。,然后机器进入取指阶段。,然后机器进入取指阶段。微机的工作过程就是执行程序的过程。微机的工作过程就是执行程序的过程。第12页/共97页 取指阶段取
9、指阶段:CPUCPU从内存中读出的指令从内存中读出的指令,经数经数据寄存器据寄存器DRDR送至指令寄存器送至指令寄存器IR;IR;然后由指令译然后由指令译码器译码,控制器就发出相应的控制信号码器译码,控制器就发出相应的控制信号,CPU,CPU便知道该条指令要执行什么操作。便知道该条指令要执行什么操作。执指阶段执指阶段:CPUCPU执行指令所规定的具体操作。执行指令所规定的具体操作。当一条指令执行完毕以后当一条指令执行完毕以后,就转入了下一条指令就转入了下一条指令的取指阶段。这样周而复始地循环直至遇到暂停的取指阶段。这样周而复始地循环直至遇到暂停指令时方才结束。指令时方才结束。第13页/共97页
10、程序:MOV A,3 MOV A,3 变成 1011 00001011 0000;操作码(MOV A,n)(MOV A,n)0000 00110000 0011;操作数(3)(3)ADD A,2 ADD A,2 变成 0000 01000000 0100;操作码(ADD A,n)(ADD A,n)0000 00100000 0010;操作数(2)(2)HLT HLT 变成 1111 01001111 0100;操作码(HLT)(HLT)例子例子 计算计算3+2=3+2=?假设程序存放于从00H至04H这5个存储单元。开始执行程序时,先给程序计数器PCPC赋以第1 1 条指令的首地址00H,00
11、H,然后就进入第1 1条指令的取指阶段。第14页/共97页操作过程操作过程:00 00 读读 1011 00001011 0000第15页/共97页 把PCPC的内容00H00H送到地址寄存器ARAR。一旦PCPC的内容可靠地送入ARAR后,PCPC自动加1 1,即由00H00H 变为01H01H。注意,此时ARAR的内容并没有变化。把地址寄存器ARAR的内容00H00H放在地址总线上,并送至存 储器,经地址译码器译码,选中相应的00H00H单元。CPUCPU发出读命令。在读命令控制下,把所选中的00H00H单元中的内容即第1 1 条指令的操作码B0HB0H读到数据总线DBDB上。第16页/共
12、97页把读出的内容B0HB0H经数据总线送到数据寄存器DRDR。指令译码,将取出的指令操作码,经数据寄存器DRDR送到指令寄存器IR,IR,然后再送到指令译码器IDID,经过译码,CPU CPU“通知”控制器发出执行这条指令的各种控制命令。这就完成了第1 1条指令的取指阶段。然后转入执行第1 1条指令的阶段。第17页/共97页 1.1.3 1.1.3 微机系统的组成微机系统的组成微型计算机系统包括微型计算机系统包括硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统。硬硬件件系系统统:构构成成计计算算机机的的实实体体。它它包包括括微微处处理理器器、存存储储器器、I/O接接口口、系系统统总总线线、外部设备和电源
13、。外部设备和电源。软软件件系系统统:在在计计算算机机上上运运行行的的各各种种程程序序。它它包包括系统软件和应用软件。括系统软件和应用软件。一、微型计算机的系统与系统的层次结构一、微型计算机的系统与系统的层次结构第18页/共97页硬件系统:硬件系统:硬件硬件硬件硬件微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机(单片、单板单片、单板单片、单板单片、单板)电源电源电源电源外围设备外围设备外围设备外围设备微处理器微处理器存储器存储器I/O接口接口系统总线系统总线算术逻辑单元算术逻辑单元控制器控制器寄存器寄存器ROMRAMROMEPROME2PROMSRAMDRAM并行接口并行接口串行接口串行接口辅助接口辅
14、助接口数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线外部设备外部设备I/O接口接口模拟量模拟量I/O接口接口开关量接口开关量接口键盘、显示器、打印机键盘、显示器、打印机外存储器外存储器软、硬磁盘软、硬磁盘光盘光盘A/DD/A第19页/共97页操作系统操作系统Dos,Windows,UNIX,LINUX语言处理程序语言处理程序TurboC数据库系统数据库系统FoxPro、Oracle软件分类软件分类软件分类软件分类系统软件系统软件系统软件系统软件应用软件应用软件应用软件应用软件文字处理软件文字处理软件Wps、Word表格处理软件表格处理软件Excel辅助设计软件辅助设计软件AutoCAD用户编
15、制的实际程序用户编制的实际程序软件系统:软件系统:第20页/共97页微微型型计计算算机机系系统统从从小小到到大大可可分分为为微微处处理理器器、微微型型计计算算机机、微微型型计计算算机机系系统统三三个个层层次次结结构构,如图所示如图所示运算器控制器寄存器RAMROMI/O端口I/O端口微型计算机系统微型计算机微处理器电源系统软件系统I/O设备I/O设备第21页/共97页二、微型计算机的硬件结构二、微型计算机的硬件结构微微型型计计算算机机由由微微处处理理器器、存存储储器器、输输入入/输输出接口构成,它们之间由系统总线连接。出接口构成,它们之间由系统总线连接。第22页/共97页1.1.微处理器微处理
16、器微处理器微处理器整整个个微微机机的的核核心心是是微微处处理理器器(up,MPU),也也称称CPU。它它包包含含算算术术逻逻辑辑部部件件ALU、寄寄存存器器组组及控制部件。及控制部件。ALU:算术运算、逻辑运算算术运算、逻辑运算寄寄存存器器:存存放放操操作作数数、中中间间结结果果、地地址址、标标志等信息志等信息控控制制部部件件:整整个个机机器器控控制制中中心心,包包括括程程序序计计数数器器PC、指指令令寄寄存存器器IR、指指令令译译码器码器ID、控制信息产生电路。、控制信息产生电路。第23页/共97页2.2.存储器存储器存储器存储器微机的存储器分为:微机的存储器分为:主存和辅存主存和辅存主主存
17、存(内内存存):用用于于存存放放当当前前正正在在运运行行的的程程序序和和正正待待处处理理数数据据。(CPU内内部部cache,主主板板上上的的内内存存,造造价价高高,速速度度快快,存存储容量小储容量小)辅辅存存(外外存存):存存放放暂暂不不运运行行的的程程序序和和输输入入处处理理的的数数据据,(主主机机箱箱内内或或主主机机箱箱外外,造造价价低低,容容量量大大,可可长长期期保保存存,但但速度慢速度慢)第24页/共97页3.3.输入设备输入设备输入设备输入设备微微型型计计算算机机常常用用的的输输入入设设备备有有键键盘盘、鼠鼠标标、数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。
18、第25页/共97页4.4.输出设备输出设备输出设备输出设备微微型型计计算算机机常常用用的的输输出出设设备备有有CRT显显示器、打印机和绘图仪等。示器、打印机和绘图仪等。第26页/共97页注注注注意意意意:由由于于各各种种外外设设的的工工作作速速度度、驱驱动动方方式式差差别别很很大大,无无法法与与CPU直直接接匹匹配配,需需要要有有一一个个接接口口电电路路充充当当它它们们和和CPU间间的的桥桥梁梁,通通过过该该电电路路完完成成信信号号的的变变换换、数据的缓冲、与数据的缓冲、与CPU联络联络等工作。等工作。在在微微机机系系统统中中,较较复复杂杂的的I/O接接口口电电路路一一般般都都做做在在电电路路
19、板板上上,这这种种电电路路板板又又称称为为“卡卡(Card)”,由由卡卡的的一一侧侧引引出出连连接接外外界界的的插插座座,另另一一侧侧做做成成插插入入端端,只只要要将将它们插入总线槽它们插入总线槽(I/O通道通道)就连到了系统总线。就连到了系统总线。第27页/共97页5.5.系统总线系统总线系统总线系统总线“总总线线”是是指指传传递递信信息息的的一一组组公公用用导导线线。系系统统总总线线(SystemBus)是是指指从从处处理理器器子子系系统统引引出出的的若若干干信信号号线线,CPU通通过过它它们们与与存存储储器器和和I/O设设备进行信息交换。系统总线分为三组:备进行信息交换。系统总线分为三组
20、:数据总线:数据总线:DB(DataBus)地址总线:地址总线:AB(AddressBus)控制总线:控制总线:CB(ControlBus)第28页/共97页地址总线地址总线(AddressBus):传传送送地地址址信信息息,CPU在在AB总总线线上上输输出出将将要要访访问问的的内内存存单单元元或或I/O端端口口地地址址,该该总总线线为为单单向向,地地址址总总线线的的位位数数决决定定了了CPU可可以以直直接接寻址的内存单元范围。寻址的内存单元范围。举例第29页/共97页数据总线数据总线(DataBus):传传送送数数据据信信息息。在在CPU进进行行读读操操作作时时,内内存存或或外外设设的的数数
21、据据通通过过DB总总线线送送往往CPU;在在CPU进进行行写写操操作作时时,CPU数数据据通通过过DB总总线线送送往内存或外设。该总线为双向总线。往内存或外设。该总线为双向总线。第30页/共97页控制总线控制总线(ControlBus):传传送送控控制制信信息息。其其中中,有有些些信信号号线线将将CPU的的控控制制信信号号和和状状态态信信号号送送往往外外设设,外外设设请请求求或或联联络络信信号号送送往往CPU,个个别别信信号号线线兼兼有有以以上上两两种种情情况况。所所以以在在讨讨论论控控制制总总线线的的传传送送方方向向时时要要具具体体到到某某一一个个信信号号,它它们们可可能能是是输输出、输入或
22、者双向的。出、输入或者双向的。第31页/共97页系统总线使用特点:系统总线使用特点:(1)在在某某一一时时刻刻,只只能能由由一一个个总总线线主主控控设设备备控控制制系系统统总总线线,其其他他总总线线主主控控设设备备必必须须放放弃对总线的控制。弃对总线的控制。(2)在在连连接接系系统统的的各各个个设设备备中中,某某一一时时刻刻只只能能有有一一个个发发送送者者向向总总线线发发送送信信号号,但但可可以以有多个设备从总线同时获得信号。有多个设备从总线同时获得信号。第32页/共97页PC(PersonalComputer)机:机:是是面面向向个个人人单单独独使使用用的的一一类类微微机机。当当今今微微机机
23、的的许许多多指指标标,如如存存储储容容量量、运运行行速速度度等等已已经经赶赶上上或或超超过过了了以以前前的的小小型型机机,可可以以满满足足各各种种不不同的应用场合。同的应用场合。第33页/共97页由由微微型型计计算算机机的的CPU、部部分分存存储储器器和和输输入入/输输出出接接口口等等部部件件集集成成在在一一块块芯芯片片上上。配配上上少少量量的外部电路和设备就可以构成具体的应用系统。的外部电路和设备就可以构成具体的应用系统。单片微型机单片微型机(单片机单片机):常常用用于于家家用用电电器器、智智能能化化仪仪表表、工业测量。工业测量。第34页/共97页单板微型机单板微型机(单板机单板机):把把微
24、微处处器器芯芯片片、存存储储器器芯芯片片、I/O接接口口芯芯片片和和小小键键盘盘、数数码码显显示示器器等等必必要要的的输输入入/输输出出设设备备装配在一块印刷电路板上就构成了单板机。装配在一块印刷电路板上就构成了单板机。常用于过程控制。常用于过程控制。第35页/共97页冯冯诺依曼思想诺依曼思想:“存储程序存储程序”和和“程序控制程序控制”结合的原理,即程序和数据都放在内存中,结合的原理,即程序和数据都放在内存中,在程序的控制下自动完成操作。在程序的控制下自动完成操作。用二进制表示数据和指令;用二进制表示数据和指令;程序与数据事先存储在内存储器中;程序与数据事先存储在内存储器中;运运算算器器、存
25、存储储器器、控控制制器器、输输入入与与输输出出设设备备组组成成硬硬件件系系统统,它它是是计计算算机机连连续续工工作的基础。作的基础。1946年年,冯冯诺诺依依曼曼提提出出EDVAC(ElectronicDiscrete variable Automatic Computer)计计算算方方案案,体现了五部分的计算设计思想。体现了五部分的计算设计思想。第36页/共97页表表示示存存储储器器容容量量的的最最小小单单位位为为bit(二二进进制制位位),表表示示存存储储器器容容量量的的基基本本单单位位为为Byte(字字节节)。通通常常:一一个个单单元元为为一一个个字字节节,字字节节可可用用B(即即Byt
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微型计算机基础概论 学时 微型计算机 基础 概论
限制150内