微机第1章教学课件.ppt
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微机原理及应用
1
课程介绍
本课程是工科各专业非常重要的计算机基础 课之一。本课程以Intel 80x86CPU构成的微机为 主讲机型，系统深入地介绍微型计算机的工作原 理、80x86指令系统、汇编语言程序设计、半导 体存储器、输入/输出与中断以及常见可编程接口 芯片及应用等知识。通过本课程学习，应掌握微 型计算机的工作原理、熟练掌握汇编语言程序设 计方法，掌握输入/输出接口设计的基本知识。
3 进一步的学习。本课程就是基于此目的而设置的。
课程主要内容
微型计算机的基础知识 微处理器（16位、32位） 指令系统 存储器 输入输出与中断 可编程接口芯片
4
第一章 微型计算机概述
本章重点
CPU功能和内部模块 微型计算机的基本结构 数据总线 地址总线 控制总线
5
1.1 微型计算机的特点和发展
18 机完成相应的操作。
1.3.2 微型计算机---主机
微型计算机(Microcomputer)是指以微处理器为 核心，配上存储器、输入/输出接口电路、系 统总线等所组成的计算机（又称为主机）。
19
存储器
这里介绍的存储器是指内存储器（又称为主存或内 存）。它是微型计算机的存储和记忆装置，用来存放 指令、原始数据、中间结果和最终结果。
15
2. 累加器和通用寄存器组
包括通用寄存器和专用寄存器两大部分。 ① 累加器和通用寄存器：保存参加的数据以及
运算的中间结果，或保存地址信息。 累加器属于通用寄存器，但与一般的通用寄存器
比较又有些特殊 ② 专用寄存器：为CPU执行指令而特别设置的
寄存器。 包括：程序计数器、堆栈指针、标志寄存器等。
2
为什么要学习《微型计算机原理》？
实时数据（信息）处理和过程控制要求实时性，希望编写 的程序更精练，运行起来更快（一般情况下，对于完成相同的 任务，用机器语言或汇编语言编写的程序运行起来比用高级语 言编出的程序快得多）；专用的输入输出设备与计算机的连接 和编程控制（称为接口），更不是只具有高级语言编程知识所 能胜任的。为此，必须对计算机的工作原理有更深入的了解， 对计算机的逻辑组成、工作原理、与外界的接口技术以及直接 依赖于计算机逻辑结构的机器语言、汇编语言编程方法等需要
在计算机内部，程序和数据都以二进制形式表示，8 位二进制代码作为一个字节。为了便于对存储器进行 访问，存储器通常被划分为许多单元，每个存储单元 存放一个字节的二进制信息，每个存储单元分别赋予 一个编号，称为地址。如图所示，地址为4005H的存 储单元中存放了一个八位二进制信息00111000B
世界上第一台现代意义的计算机是美国宾夕法 尼亚大学1946年设计制造的ENIAC
电子计算机按其性能分类： 巨型、大型、中型、小型、微型机
微型机主要特点： 体积小、重量轻，价格低廉，可靠性高、结
构灵活，应用面广
6
微处理器的发展
1971-1973年，Intel 4004、4040、8008，4-8位字长， 2000管/片，1MHz
ห้องสมุดไป่ตู้
第二代：中档8位机
第三代：16位机
第四代：32位机
8
第五代：64位机
1.2 微型计算机的分类
分类方法很多，我们只介绍2种 1.按规模分类: 单片式 个人计算机（PC） 笔记本电脑 掌上电脑
9
2. 按处理器字长分类: 4位 8位 16位 32位 64位
10
1.3 微型计算机系统的三个层次
微处理器 微型计算机—主机 微型计算机系统
11
1.3.1 微处理器（CPU）
微处理器(MicroProcessor)：微型计算机的核心芯片， 它是将计算机中的运算器和控制器集成在一片硅片上制 成的集成电路。这样的芯片也被称为中央处理单元，简
称为CPU(Central Processing Unit)。
1973-1977年， Intel 8080/8085，8位字长，500010000管/片，2-4MHz
1978-1979年， Intel 8086/8088 ，8-16位字长， 20000-60000管/片，4-8MHz
1980年后， Intel 80286，16位字长，100000管/ 片， 10MHz
微处理器 (CPU)
标志寄存器
ALU
PC
A
内部数据总线DB AR
至外部CB
PLA
ID RA
IR
DR
14
外部AB
存储器
4001H 4002H 4003H 4004H 4005H
E7H 34H A5H 62H 38H
地址 单元内容 微处理器结构图
外部DB
1. 算术逻辑部件
又叫运算器。 功能：进行算术运算、逻辑运算。 通过算数与逻辑运算实现对信息的加工处理。
12
CPU是核心部件，其功能如下： ① 可以进行算术和逻辑运算 ② 可保存较少量数据 ③ 能对指令进行译码并执行规定的动作； ④ 能和存储器、外设交换数据 ⑤ 提供整个系统所需要的定时和控制 ⑥ 可以响应其他部件发来的中断请求
13
图示为一个简化的微处理器模型（虚线框内）， 由运算器、控制器和内部寄存器三部分组成。 现将各部件的功能简述如下：
1983-1985年， Intel 80386 ，32位字长，150000500000管/ 片，16-20MHz
1995年后， Intel 80486，Pentium，64位字长，GHz
7
微处理器的发展
30多年来，微处理器和微型计算机获得了极快的发展， 几乎每两年微处理器的集成度翻一番，每24年更新换代 一次，现已进入第五代。 第一代：4位或低档8位机
指令译码器ID (Instruction Decoder)：用来对指令寄 存器IR中的指令操作码字段（指令中用来说明指令功 能的字段）进行译码，以确定该指令应执行什么操作。
可编程逻辑阵列PLA (Programmable Logic Array)： 用来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制 信号，并经过控制总线CB送往有关部件，从而使计算
16
3. 控制器
控制器又称控制单元CU (Control Unit)，是全 机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储 器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执 行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所 要求的功能。
17
控制器有下列几个部分构成：
指令寄存器IR (Instruction Register)：用来存放从存 储器取出的将要执行的指令码。当执行一条指令时， 先把它从内存取到数据缓冲寄存器DR中，然后再传送 到指令寄存器IR中。
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课程介绍
本课程是工科各专业非常重要的计算机基础 课之一。本课程以Intel 80x86CPU构成的微机为 主讲机型，系统深入地介绍微型计算机的工作原 理、80x86指令系统、汇编语言程序设计、半导 体存储器、输入/输出与中断以及常见可编程接口 芯片及应用等知识。通过本课程学习，应掌握微 型计算机的工作原理、熟练掌握汇编语言程序设 计方法，掌握输入/输出接口设计的基本知识。
3 进一步的学习。本课程就是基于此目的而设置的。
课程主要内容
微型计算机的基础知识 微处理器（16位、32位） 指令系统 存储器 输入输出与中断 可编程接口芯片
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第一章 微型计算机概述
本章重点
CPU功能和内部模块 微型计算机的基本结构 数据总线 地址总线 控制总线
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1.1 微型计算机的特点和发展
18 机完成相应的操作。
1.3.2 微型计算机---主机
微型计算机(Microcomputer)是指以微处理器为 核心，配上存储器、输入/输出接口电路、系 统总线等所组成的计算机（又称为主机）。
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存储器
这里介绍的存储器是指内存储器（又称为主存或内 存）。它是微型计算机的存储和记忆装置，用来存放 指令、原始数据、中间结果和最终结果。
15
2. 累加器和通用寄存器组
包括通用寄存器和专用寄存器两大部分。 ① 累加器和通用寄存器：保存参加的数据以及
运算的中间结果，或保存地址信息。 累加器属于通用寄存器，但与一般的通用寄存器
比较又有些特殊 ② 专用寄存器：为CPU执行指令而特别设置的
寄存器。 包括：程序计数器、堆栈指针、标志寄存器等。
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为什么要学习《微型计算机原理》？
实时数据（信息）处理和过程控制要求实时性，希望编写 的程序更精练，运行起来更快（一般情况下，对于完成相同的 任务，用机器语言或汇编语言编写的程序运行起来比用高级语 言编出的程序快得多）；专用的输入输出设备与计算机的连接 和编程控制（称为接口），更不是只具有高级语言编程知识所 能胜任的。为此，必须对计算机的工作原理有更深入的了解， 对计算机的逻辑组成、工作原理、与外界的接口技术以及直接 依赖于计算机逻辑结构的机器语言、汇编语言编程方法等需要
在计算机内部，程序和数据都以二进制形式表示，8 位二进制代码作为一个字节。为了便于对存储器进行 访问，存储器通常被划分为许多单元，每个存储单元 存放一个字节的二进制信息，每个存储单元分别赋予 一个编号，称为地址。如图所示，地址为4005H的存 储单元中存放了一个八位二进制信息00111000B
世界上第一台现代意义的计算机是美国宾夕法 尼亚大学1946年设计制造的ENIAC
电子计算机按其性能分类： 巨型、大型、中型、小型、微型机
微型机主要特点： 体积小、重量轻，价格低廉，可靠性高、结
构灵活，应用面广
6
微处理器的发展
1971-1973年，Intel 4004、4040、8008，4-8位字长， 2000管/片，1MHz
ห้องสมุดไป่ตู้
第二代：中档8位机
第三代：16位机
第四代：32位机
8
第五代：64位机
1.2 微型计算机的分类
分类方法很多，我们只介绍2种 1.按规模分类: 单片式 个人计算机（PC） 笔记本电脑 掌上电脑
9
2. 按处理器字长分类: 4位 8位 16位 32位 64位
10
1.3 微型计算机系统的三个层次
微处理器 微型计算机—主机 微型计算机系统
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1.3.1 微处理器（CPU）
微处理器(MicroProcessor)：微型计算机的核心芯片， 它是将计算机中的运算器和控制器集成在一片硅片上制 成的集成电路。这样的芯片也被称为中央处理单元，简
称为CPU(Central Processing Unit)。
1973-1977年， Intel 8080/8085，8位字长，500010000管/片，2-4MHz
1978-1979年， Intel 8086/8088 ，8-16位字长， 20000-60000管/片，4-8MHz
1980年后， Intel 80286，16位字长，100000管/ 片， 10MHz
微处理器 (CPU)
标志寄存器
ALU
PC
A
内部数据总线DB AR
至外部CB
PLA
ID RA
IR
DR
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外部AB
存储器
4001H 4002H 4003H 4004H 4005H
E7H 34H A5H 62H 38H
地址 单元内容 微处理器结构图
外部DB
1. 算术逻辑部件
又叫运算器。 功能：进行算术运算、逻辑运算。 通过算数与逻辑运算实现对信息的加工处理。
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CPU是核心部件，其功能如下： ① 可以进行算术和逻辑运算 ② 可保存较少量数据 ③ 能对指令进行译码并执行规定的动作； ④ 能和存储器、外设交换数据 ⑤ 提供整个系统所需要的定时和控制 ⑥ 可以响应其他部件发来的中断请求
13
图示为一个简化的微处理器模型（虚线框内）， 由运算器、控制器和内部寄存器三部分组成。 现将各部件的功能简述如下：
1983-1985年， Intel 80386 ，32位字长，150000500000管/ 片，16-20MHz
1995年后， Intel 80486，Pentium，64位字长，GHz
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微处理器的发展
30多年来，微处理器和微型计算机获得了极快的发展， 几乎每两年微处理器的集成度翻一番，每24年更新换代 一次，现已进入第五代。 第一代：4位或低档8位机
指令译码器ID (Instruction Decoder)：用来对指令寄 存器IR中的指令操作码字段（指令中用来说明指令功 能的字段）进行译码，以确定该指令应执行什么操作。
可编程逻辑阵列PLA (Programmable Logic Array)： 用来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制 信号，并经过控制总线CB送往有关部件，从而使计算
16
3. 控制器
控制器又称控制单元CU (Control Unit)，是全 机的指挥控制中心。它负责把指令逐条从存储 器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执 行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所 要求的功能。
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控制器有下列几个部分构成：
指令寄存器IR (Instruction Register)：用来存放从存 储器取出的将要执行的指令码。当执行一条指令时， 先把它从内存取到数据缓冲寄存器DR中，然后再传送 到指令寄存器IR中。