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中山 大 学 信息科学技术学院 郭雪梅 Tel:39943108 Email:guoxuem@mail.sysu

微型计算机技术及应用. 中山 大 学 信息科学技术学院 郭雪梅 Tel:39943108 Email:guoxuem@mail.sysu.edu.cn URL1 ： http://human-robot.sysu.edu.cn/course. 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（至少维持到期末）； 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。. 《 微机原理及应用 》. 本课程主要内容： （ 微机原理、汇编语言、接口技术）

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  1. 微型计算机技术及应用 中山 大 学 信息科学技术学院 郭雪梅 Tel:39943108 Email:guoxuem@mail.sysu.edu.cn URL1：http://human-robot.sysu.edu.cn/course

  2. 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（至少维持到期末）； • 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。

  3. 《微机原理及应用》 • 本课程主要内容：（微机原理、汇编语言、接口技术） • 微机基础知识 • 8086/8088CPU结构及原理 • 8086系列CPU的指令系统 • 宏汇编语言程序设计 • 存储器接口 • 串行、并行接口 • 中断技术、定时器技术 • 模数、数模转换技术 • 其他知识（如286－PentiumＣＰＵ介绍、Win32汇编语言编程技术、调试技术等）

  4. 微型计算机原理及应用 ？ 什么是微机？ 什么是计算机？ 什么是单片机？ 什么是嵌入式系统？

  5. 第一章 微型计算机概述 • §1.1 微型机的特点和发展 • §1.2 微型机基本组成和工作原理 • §1.3 有关术语 • §1.4 微型机的分类 • §1.5 微处理器、微型计算机和微机系统 • §1.6 计算机当中的数和编码系统 • §1.7 微型计算机的应用

  6. §1.1 微型机的特点和发展 • 微机特点 • 体积小，重量轻，耗电小 • 可靠性高，结构灵活 ，价格低 • 研制周期短，产品系列化，便于选 购 • 应用面广： • 科学计算，数据处理，事务管理，教学培训 • 计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信

  7. 与相应时期的大型机比较 • 速度相对低 • 功能相对低 在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数，中断级别，及内部寄存器数量等方面都不如大型机。

  8. 第3代 计算机发展简史 1946~1958年 第一代 电子管计算机 第1代 第2代 1958~1964年 第二代 晶体管计算机 1964~1970年 第三代 集成电路计算机 1971~1980年 第四代 大规模集成电路计算机 第4代 第一次信息化浪潮

  9. IBM PC机的发展简史 CPU 名称 推出年代 采用 特点 16 准 位微机 IBM PC 1981 8088 1MB 内存寻址 DOS 操作系统 IBM PC 10MB 比 多一个 硬盘 IBM PC/XT 1983 8088 16MB 内存寻址增至 IBM PC/AT 1984 80286 具有虚拟存储器功能 Windows 操作系统 1986 80386 386 32MB 64MB 机 内存容量更大 、 1990 80486 486 8086 机 支持虚拟 模式 1993 Pentium Pentium 可执行多任务 1997 Pentium II Pentium II 支持多媒体、网络技术 1999 PentiumIII Pentium III Pentium 42000Pentium IV SSE2指令集 超管线技术

  10. 计算机发展简史 ◊ 摩尔定律 IC上可容纳的晶体管数目，每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

  11. 计算机发展简史(续) ◊ 第一次浪潮的诠释 数值计算和人工智能是主要的信息处理任务 高性能 第1次 浪潮 通用性 遵循摩尔定律的微电子技术是强大的助推器 美国是第一次信息化浪潮的推动者和受益者 规模化 机器为我，我为机器

  12. 信息之波 ◊ 信息之波的‘十五年周期定律’ 计算模式每隔15年发生一次变革： - 1965年前后： 以系统性为特征的大型计算机时代 - 1980年前后： 以独立性为特征的个人计算机时代 - 1995年前后： 以共同性为特征的互联网时代 - 2010年前后： 以拟人性为特征的物联网时代

  13. 万维空间 ◊ 下里巴人的信息时代 终端＋网络的模式＝机器围着人转 1加1不等于2的模式 Text Text Text 笔记本电脑 平板电脑 智能手机 用户拥有的终端数递增

  14. 接入技术 万维空间(续) ◊ 互联网接入技术的普适化 ISDN一线通 PSTN拨号接入 HFC有线电视网络 XDSL宽带接入 2G/3G无线接入 光纤接入

  15. 万维空间(续) ◊ 新摩尔定律 互联网主机数和用户每隔18个月会增加一倍。

  16. 海量信息 可扩展延伸 自主参与 信息多元化 跨越时空 群体交互 万维空间(续) 信息服务、共享和协作是互联网的主要功能 ◊ 第二次浪潮的诠释 美国人又成为互联网浪潮的推动者和受益者 快速发展的网络和通信技术是强大的助推器 第2次 浪潮 人人为我，我为人人

  17. 计算机的两个方向发展 • 研制高速度、强功能的巨型机和大型机 • 适应军事和尖端科学的需要。 • 研制价格低廉的超小型机和微型机 • 开拓应用领域和占领更广大的市场。 微型计算机是第四代计算机的典型代表。

  18. §1.2 微型机基本组成和工作原理 掌上电脑(2000) ENIAC (1946) 按性能可分为：巨型机，大型机， 中型机，小型机，微机 • 现代计算机的结构基础：存储程序控制结构 1945年，美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出, 诺依曼计算机

  19. 输 入 设 备 输 出 设 备 存储器 运算器ALU 控制器 CPU • 微型机工作原理 诺依曼计算机的工作原理可概述为： “存储程序” + “程序控制” 要点：1．以二进制表示数据和指令(程序) 2. 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行

  20. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB 微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成； 输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连； ( 输入/输出接口简称I/O接口 ) 各部件通过总线连接。 构成部件 简介 1) 构成部件; 2) 工作过程

  21. CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 总线 BUS 1)微机构成部件 (1)总线 • 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输

  22. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB • 按信号的作用，总线分为三类： 地址总线、数据总线、控制总线

  23. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB • 地址总线 AB ( Address Bus) ：单向 • 用来传送CPU输出的地址信号， • 确定被访问的存储单元、I/O端口。

  24. 地址总线的条数 决定CPU的寻址能力。 • 10根 → 210 1024 1K • 20根 → 220 1024K 1M • 32根 → 232 22× 230 4G • 36根 → 236 26× 230 64G

  25. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB • 数据总线 DB ( Data Bus )：双向 • 用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。

  26. 数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。 8 根 → 一次传送 8位 16 根 → 一次传送 16位 32 根 → 一次传送 32位 64 根 → 一次传送 64位

  27. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB 控制总线CB ( Control Bus ) ： 用于传送各种控制信号。 有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号； 有的是发向CPU，如外设向CPU发出的中断申请信号。

  28. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB (2) 中央处理器CPU • 计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行， 实现计算机本身的自动化。

  29. ALU 控制器 CPU结构示意图 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 指 令 指 针 寄存器 R1 地址信号 R2 R3 R4 数据信号 数据暂存器 运 算 器 ALU 指令寄存器 指令译码器 控制信号 标 志 寄存器 控制电路

  30. 8088 编程结构 BIU 寄存器组 寄存器组 AX BX CX DX AX BX CX DX 地 址 加 法 器 地 址 加 法 器 AB AB AH SI DS AL AH SI AL DS IP IP DB DB BL BL BH ES DI ES BH DI 数据暂存器 数据暂存器 总线 接口 控制 电路 总线 接口 控制 电路 指 令 队 列 指 令 队 列 BP SS CL CH CH CL SS BP CB CB 运 算 器 运 算 器 SP CS DL CS DH DL SP DH 指令译码器 指令译码器 PSW 标志寄存器 PSW 标志寄存器 执 行 部 件 控 制 电 路 执 行 部 件 控 制 电 路 EU

  31. 数据线DB C P U 地址00...0000 地址00...0001 地址00...0010 地址00...0011 地 址 译 码 器 地址线AB n根 地址11…1111 控制线CB 内存结构示意图 11001100 00110011 10101010 11110000 10001000 • (3) 内存 • 内存是存储程序和数据的部件， • 由地址译码器、内存单元等构成。

  32. 地址总线 AB CPU I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 存 储 器 输 入 设 备 数据总线 DB 控制总线 CB (4) 外设和输入/输出接口（I/O接口） 外设的电信号、运行速度与CPU不匹配， 不能与CPU直接相连，必须通过I/O接口与CPU相连。

  33. 显 示 器 打印机 键盘鼠标 软驱 硬盘 MODEM 光驱 • 键 盘 → 键盘接口 显示器 → 显示卡 • 鼠 标 → 串行接口 网 络 → 网卡 • 打印机 → 并行接口 音箱、麦可风 → 声卡 Pentium III L2 Cache L1Cache 内存条 北桥 440BX 显卡 PCI 插槽 USB IDE1 南桥 PIIX4E IDE2 CMOS & RTC ISA 插槽 COM1 超级I/O COM2 LPT1 ROM BIOS

  34. AB 地址 译码 C P U 外 设 I/O端口1 DB 数据 缓冲 I/O端口2 CB 控制 电路 I/O端口3 I/O接口结构示意图 CPU通过对I/O端口进行读/写操作，实现对外设的控制。

  35. CPU 总线 内存 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路 • 2）微机的工作过程 • 计算机的工作原理是：“存储程序” + “程序控制”

  36. 微机的工作过程分两阶段： • 取指令 • 执行指令

  37. 取指令阶段（ CPU读内存操作）： • 由IP给出指令在内存的地址 • 地址经地址寄存器 → 地址总线 → 地址译码器, 选中指令所在的内存单元 • CPU发出内存读控制信号 • 指令从内存 → 数据总线 → 数据暂存器 → 指令寄存器 • 指令译码器对指令进行译码 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路

  38. 执行指令阶段： • 经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。 CPU 总线 内存 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路

  39. 不同的指令，CPU的具体执行过程不同。 CPU 可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。 当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时， CPU在执行阶段，需对指令指定的内存单元或I/O端口进行读/写操作。

  40. CPU 总线 内存 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路 例指令1：将寄存器R1与R3的内容相加，结果存在R3中。 指令1在CPU 内部即可完成

  41. CPU 总线 内存 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路 例指令2：将内存中的数据2送至CPU的寄存器R2中 指令2的执行阶段包括一个到内存取数(即读内存)的过程。

  42. CPU 总线 内存 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路 例指令3：将寄存器R3的内容送至数据3的内存单元中 指令3的执行阶段包括一个向内存存数(即写内存)的过程。

  43. 当一条指令取走后， 指令指针寄存器会被修改成下一条要执行指令的地址， 这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段， 如此不断的重复。 程序 数据 IP 寄存器组 地 址 寄存 器 地 址 译 码 器 、、、 指令1 指令2 指令3 指令4 、、、 、、、 数据1 数据2 数据3 、、、 指 令 指 针 寄存器 R1 地址总线 AB R2 R3 R4 数据总线 DB 数据暂存器 运 算 器 指令寄存器 指令译码器 控制总线 CB 标 志 寄存器 控制电路 CPU 总线 内存

  44. 微机的工作过程： 取指令 → 执行指令 → 取指令 → 执行指令 ……

  45. §1.3 有关术语 • 1. 位 ( bit ) • 2. 字节 ( Byte ) • 3. 字和字长 (word) • 4. 位编号 • 5. 指令、指令系统和程序 • 6. 寄存器 • 7. 译码器

  46. 1. 位 ( bit) • 指计算机能表示的最基本最小的单位 • 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故： • 位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和 “1” • 2. 字节 ( Byte ) • 相邻的8位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit • 如： 1100 0011 • 0101 0111

  47. 3．字和字长 • 字是CPU内部进行数据处理的基本单位。 • 字长是每一个字所包含的二进制位数。 • 常与CPU内部的寄存器、 运算装置、总线宽度一致

  48. 被加数 • 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数8位 • + 1 0 0 0 1 1 1 1 加数8位 • 进位 11 1 1 1 1 1 • 0 1 0 0 0 1 0 0 和8位 运 算 器 运 算 器 加数 和 标志 寄存器 PSW 标志寄存 进位 • 例 某CPU内含 8位运算器，则： • 参加运算的数及结果均以8位表示, • 最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中

  49. 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数 • + 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数 • 进位 1 1 1111 1 111 1 1 • 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和 4位 8次 8位 4次 16位 2次 32位 1次 • 字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。 不同类型的CPU有不同的字长。 • 如: Intel 4004 是 4 位 • 8080 是 8 位 • 8088/ 8086/80286 是 16 位 • 80386/80486、Pentium 是 32 位

  50. 位 1 或 0 1位 • 字节 1100 0011 8位 • 字 1100 0011 0011 1100 16位 • 双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位 高字节 低字节 高 字 低 字 • 把一个字定为16 位， 1 Word = 2 Byte • 一个双字定为32位1 DWord = 2 Word= 4 Byte

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