第1章 微型计算机的基础知识1
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微 微处理 型 计 器 算 机 微 型 计 算 机 系 统
• 微型计算机的软件部分
软件分为系统软件和应用软件两大类。 软件分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是用 来支持应用软件的开发与运行的； 来支持应用软件的开发与运行的；应用软件是用来为用户 解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料。 解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料。
第一代（1971-1973年）：4位和低档8位 第一代（1971-1973年）：4位和低档8 微处理器时代
4004(1971年 8008（ Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008（1972 年、8位）。 特点: 特点: 1.字长 字长： 位或8 1.字长： 4位或8位 2.时钟频率 时钟频率： 2.时钟频率：1MHz 3.平均执行指令时间 平均执行指令时间： 3.平均执行指令时间： 15~20μs 4.集成度 2000管 集成度： 4.集成度：2000管/片
2.存储器 MEM-Memory） 2.存储器（MEM-Memory）
• 记忆部件。 记忆部件。
它存储计算机操作的控制信息及各种命令信息（指令） 它存储计算机操作的控制信息及各种命令信息（指令） 和被处理加工的信息（数据）， ），包括存储处理的中间与最 和被处理加工的信息（数据），包括存储处理的中间与最 终结果。 终结果。
数据位数 地址位数 4 12 4 12 8 16 8 16 8 16 16 20 8 20 16 20 8 20 16 24 32 32 32 32 32 32 32 32 64 36 64 36 64 36 64 36 64 36 64 36 64 64
主频( 主频 H Z ) 740K 800K 2M 2 ~ 3M 3 ~ 6M 4. 77 ~ 10M 4. 77 ~ 10M 8 ~ 16 M 8 ~ 16 M 6 ~ 12 . 5M 16 ~ 33 M 25 ~ 50 M 50 ~ 66 M 75 ~ 100M 60 ~ 133M 75 ~ 150M 7百度文库 ~ 200M 133 ~ 150M 233 ~ 450M 300 ~ 700M 722 ~ 800M
第三代（1978-1980年）：16 16位微处理器时代 第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代
• Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 公司的8086/8088 公司的M68000 公司的Z8000 Zilog 公司的Z8000 • 特点: 特点: • 1.字长： 16位 1.字长 字长： 16位 • 2.时钟频率： 5～40MHz 2.时钟频率： 时钟频率 • 3.平均执行指令时间： 0.5 μs 3.平均执行指令时间 平均执行指令时间： • 4.集成度：20000 ～ 60000管/片 4.集成度 集成度： 60000管
1、科学计算 、 2、过程控制 、 3、信息处理和事务管理 、 4、仪器、仪表控制 、仪器、 5、计算机辅助设计 、 6、人工智能 、 7、文化、教育、娱乐和家电 、文化、教育、
微型计算机系统的三个层次
1. 微处理器 微处理器( )也叫微处理机 也叫微处理机， 微处理器( Microprocessor )也叫微处理机， 它本身不是计算机，但它是微型计算机的核心部 它本身不是计算机， 微处理器包括算术逻辑部件ALU ALU、 件。微处理器包括算术逻辑部件ALU、控制部件和 寄存器组三个基本部分，通常由一片或几片LSI LSI、 寄存器组三个基本部分，通常由一片或几片LSI、 器件组成。 VLSI 器件组成。 2. 微型计算机 微型计算机(Micro Computer)是以微处理器为 微型计算机(Micro Computer)是以微处理器为 核心，加上由大规模集成电路制作的存储器( 核心，加上由大规模集成电路制作的存储器( ROM )、输入/输出( )接口和系统总线 和RAM )、输入/输出( I / O )接口和系统总线 组成的。 组成的。
第五代（1983-1993年 第五代（1983-1993年）：32位微处理器时期 32位微处理器时期
• 1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium） 1993年 Intel公司的奔腾 Pentium） 公司的奔腾（ • 时钟频率： 时钟频率：60/66MHz • 运行速度： 运行速度：100MIPS • 集成度：310万管 万管/ 集成度：310万管/片 • 1995年 Intel公司的 公司的Pentium 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro • 时钟频率：166MHz以上 时钟频率：166MHz以上 • 集成度：550万管 万管/ 集成度：550万管/片 • 1996年 Intel公司的Pentium MMX （多能奔腾） 多能奔腾） 1996年 Intel公司的Pentium 公司的
1.2 1.2 微型计算机的基本原理
• 微型计算机的基本硬件结构
1.运算器（ALU:Arithmetical/LogicalUnit） 1.运算器（ALU:Arithmetical/LogicalUnit） 运算器
数据的算术和逻辑运算以及移位等操 是一个信息加工部件。 作，是一个信息加工部件。可以进行二进 制的加、 非等运算。 制的加、减、乘、除、与、或、非等运算。 运算器一次可处理的二进制数位（ 运算器一次可处理的二进制数位（即 比特bit），称为运算器的字长 bit），称为运算器的字长， 比特bit），称为运算器的字长，是计算 机的一个基本性能指标，字长越长， 机的一个基本性能指标，字长越长，硬件 电路越复杂，运算速度也越快。 电路越复杂，运算速度也越快。
1.1 微型计算机概述
作为第四代计算机的一个重要分支， 作为第四代计算机的一个重要分支，微型计算 机于70年代初诞生了 年代初诞生了。 机于 年代初诞生了。微型计算机 (Microcomputer)与其它大、中、小型计算机的区 与其它大、 与其它大 别，在于其中央处理器( CPU，Centra1 在于其中央处理器 ， Processing Unit)采用了大规模、超大规模集成电 采用了大规模、 采用了大规模 路技术，其它类型计算机的CPU则是由相当多的 路技术，其它类型计算机的 则是由相当多的 分离元件电路或集成电路所组成。 分离元件电路或集成电路所组成。为了将这两种 CPU相区别 把微型计算机的 相区别, 相区别 把微型计算机的CPU芯片称为微处理 芯片称为微处理 器MPU(Micro Processing Unit 或Microprocessor )。 。
第六代：64位CPU时代 第六代：64位CPU时代
• 2001年5月，Intel公司正式推 2001年 Intel公司正式推 出了第一种64 64位微处理器 出了第一种64位微处理器 Itanium。Itanium由英特尔和 Itanium。Itanium由英特尔和 惠普联合开发， 惠普联合开发，主要用于工作 站和服务器机型，内置2 站和服务器机型，内置2～4MB 级缓存、 的3级缓存、工作频率为 800MHz及722MHz的产品 的产品， 800MHz及722MHz的产品，价格 1177美元至4427美元 美元至4427美元。 为1177美元至4427美元。 • AMD公司的AMD-K8 AMD公司的AMD公司的AMD
微机原理与接口技术
课程内容
第一章 微型计算机的基础知识
1.1 微型计算机概述 1.2 微型计算机的基本组成 1.3 微型计算机的工作原理 1.4 计算机运算基础
1.1 微型计算机概述
自从1946年美国宾夕法尼亚大学研制出世界上 年美国宾夕法尼亚大学研制出世界上 自从 第一台数字电子计算机ENIAC ( Electronic 第一台数字电子计算机 Numerical Integrator And Calculator)以来，计算 以来， 以来 机的发展突飞猛进，日新月异。短短几十年中，已 机的发展突飞猛进，日新月异。短短几十年中， 几十年中 经历了电子管计算机、晶体管计算机、 经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计 算机和大规模/ 算机和大规模/超大规模集成电路计算机等四代的 发展历程，并自80年代中期起 年代中期起， 发展历程，并自 年代中期起，开始了以模拟人的 大脑神经网络功能为基础的第五代计算机的研究。 大脑神经网络功能为基础的第五代计算机的研究。
• 系统软件
操作系统： ① 操作系统：常驻内存的软件系统
系统资源管理（CPU、存储器、I/O和驱动程序） 系统资源管理（CPU、存储器、I/O和驱动程序） 和驱动程序 任务管理、文件管理和程序库。 任务管理、文件管理和程序库。
编译程序：为用户开发应用软件提供支持。 ② 编译程序：为用户开发应用软件提供支持。 其他程序：系统诊断、故障定位， ③ 其他程序：系统诊断、故障定位，系统配置
序号 型号 推出时间 1971 第一代 4004 8008 1972 1976 第二代 8080 8080A 1976 8085A 1977 1978 第三代 8086 8088 1978 80186 1982 80188 1982 80286 1982 1985 第四代 80386DX 80486DX 1989 80486DX2 1992 80486DX4 1994 1993 第五代 Pentium(P5) Pentium(P54C) 1994 Pentium(P55C) 1995 Pentium Pro 1995 Pentium II 1997 Pentium III 1999 第六代 64位CPU时代 2001 位 时代
3. 微型计算机系统 微型计算机系统(Micro 微型计算机系统(Micro Computer System)是以微型计算机为核心 是以微型计算机为核心， System)是以微型计算机为核心，再配以 相应的外围设备、电源、 相应的外围设备、电源、辅助电路和控制 微型计算机工作的软件而构成的完整的计 算机系统。 算机系统。
第四代（1983-1993年 第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期 32位微处理器时期
• 1985年， Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器 1985年 Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器 公司推出能进行多任务处理的32 80386 • 1989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040 1989年 Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040 公司推出80486 Motorola公司的 • 特点: 特点: • 1.字长： 32位 1.字长 32位 字长： • 2.时钟频率： 10～120MHz 2.时钟频率： 10～ 时钟频率 • 3.平均执行指令时间： 0.2μs 3.平均执行指令时间 平均执行指令时间： • 4.集成度：几十万～上百万管/片 4.集成度 几十万～上百万管/ 集成度：
• • • • •
第二代（1973－1978年）：中高档8 第二代（1973－1978年）：中高档8位 中高档 微处理器时代Intel 8080,Motorola公司 微处理器时代Intel 8080,Motorola公司 的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司 M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司 公司的Z80 8085，Rockwell与 Technology的 的8085，Rockwell与MOS Technology的 6502等 6502等。
• 应用软件
用户为实现给定的任务而编写或选购/订购的程序。 用户为实现给定的任务而编写或选购/订购的程序。只 适用于给定环境的给定用途，一般驻留在外部存储器中， 适用于给定环境的给定用途，一般驻留在外部存储器中， 只在运行时才调入内存储器。 只在运行时才调入内存储器。
运算器 CPU 主机 微型机硬件 微型机系统 微型机软件 存储器 输入/输出接口 输入 输出接口 外部设备 系统软件 应用软件 控制器 寄存器
• 微型计算机的软件部分
软件分为系统软件和应用软件两大类。 软件分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是用 来支持应用软件的开发与运行的； 来支持应用软件的开发与运行的；应用软件是用来为用户 解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料。 解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料。
第一代（1971-1973年）：4位和低档8位 第一代（1971-1973年）：4位和低档8 微处理器时代
4004(1971年 8008（ Intel 4004(1971年、4位)和Intel 8008（1972 年、8位）。 特点: 特点: 1.字长 字长： 位或8 1.字长： 4位或8位 2.时钟频率 时钟频率： 2.时钟频率：1MHz 3.平均执行指令时间 平均执行指令时间： 3.平均执行指令时间： 15~20μs 4.集成度 2000管 集成度： 4.集成度：2000管/片
2.存储器 MEM-Memory） 2.存储器（MEM-Memory）
• 记忆部件。 记忆部件。
它存储计算机操作的控制信息及各种命令信息（指令） 它存储计算机操作的控制信息及各种命令信息（指令） 和被处理加工的信息（数据）， ），包括存储处理的中间与最 和被处理加工的信息（数据），包括存储处理的中间与最 终结果。 终结果。
数据位数 地址位数 4 12 4 12 8 16 8 16 8 16 16 20 8 20 16 20 8 20 16 24 32 32 32 32 32 32 32 32 64 36 64 36 64 36 64 36 64 36 64 36 64 64
主频( 主频 H Z ) 740K 800K 2M 2 ~ 3M 3 ~ 6M 4. 77 ~ 10M 4. 77 ~ 10M 8 ~ 16 M 8 ~ 16 M 6 ~ 12 . 5M 16 ~ 33 M 25 ~ 50 M 50 ~ 66 M 75 ~ 100M 60 ~ 133M 75 ~ 150M 7百度文库 ~ 200M 133 ~ 150M 233 ~ 450M 300 ~ 700M 722 ~ 800M
第三代（1978-1980年）：16 16位微处理器时代 第三代（1978-1980年）：16位微处理器时代
• Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和 公司的8086/8088 公司的M68000 公司的Z8000 Zilog 公司的Z8000 • 特点: 特点: • 1.字长： 16位 1.字长 字长： 16位 • 2.时钟频率： 5～40MHz 2.时钟频率： 时钟频率 • 3.平均执行指令时间： 0.5 μs 3.平均执行指令时间 平均执行指令时间： • 4.集成度：20000 ～ 60000管/片 4.集成度 集成度： 60000管
1、科学计算 、 2、过程控制 、 3、信息处理和事务管理 、 4、仪器、仪表控制 、仪器、 5、计算机辅助设计 、 6、人工智能 、 7、文化、教育、娱乐和家电 、文化、教育、
微型计算机系统的三个层次
1. 微处理器 微处理器( )也叫微处理机 也叫微处理机， 微处理器( Microprocessor )也叫微处理机， 它本身不是计算机，但它是微型计算机的核心部 它本身不是计算机， 微处理器包括算术逻辑部件ALU ALU、 件。微处理器包括算术逻辑部件ALU、控制部件和 寄存器组三个基本部分，通常由一片或几片LSI LSI、 寄存器组三个基本部分，通常由一片或几片LSI、 器件组成。 VLSI 器件组成。 2. 微型计算机 微型计算机(Micro Computer)是以微处理器为 微型计算机(Micro Computer)是以微处理器为 核心，加上由大规模集成电路制作的存储器( 核心，加上由大规模集成电路制作的存储器( ROM )、输入/输出( )接口和系统总线 和RAM )、输入/输出( I / O )接口和系统总线 组成的。 组成的。
第五代（1983-1993年 第五代（1983-1993年）：32位微处理器时期 32位微处理器时期
• 1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium） 1993年 Intel公司的奔腾 Pentium） 公司的奔腾（ • 时钟频率： 时钟频率：60/66MHz • 运行速度： 运行速度：100MIPS • 集成度：310万管 万管/ 集成度：310万管/片 • 1995年 Intel公司的 公司的Pentium 1995年2月， Intel公司的Pentium Pro • 时钟频率：166MHz以上 时钟频率：166MHz以上 • 集成度：550万管 万管/ 集成度：550万管/片 • 1996年 Intel公司的Pentium MMX （多能奔腾） 多能奔腾） 1996年 Intel公司的Pentium 公司的
1.2 1.2 微型计算机的基本原理
• 微型计算机的基本硬件结构
1.运算器（ALU:Arithmetical/LogicalUnit） 1.运算器（ALU:Arithmetical/LogicalUnit） 运算器
数据的算术和逻辑运算以及移位等操 是一个信息加工部件。 作，是一个信息加工部件。可以进行二进 制的加、 非等运算。 制的加、减、乘、除、与、或、非等运算。 运算器一次可处理的二进制数位（ 运算器一次可处理的二进制数位（即 比特bit），称为运算器的字长 bit），称为运算器的字长， 比特bit），称为运算器的字长，是计算 机的一个基本性能指标，字长越长， 机的一个基本性能指标，字长越长，硬件 电路越复杂，运算速度也越快。 电路越复杂，运算速度也越快。
1.1 微型计算机概述
作为第四代计算机的一个重要分支， 作为第四代计算机的一个重要分支，微型计算 机于70年代初诞生了 年代初诞生了。 机于 年代初诞生了。微型计算机 (Microcomputer)与其它大、中、小型计算机的区 与其它大、 与其它大 别，在于其中央处理器( CPU，Centra1 在于其中央处理器 ， Processing Unit)采用了大规模、超大规模集成电 采用了大规模、 采用了大规模 路技术，其它类型计算机的CPU则是由相当多的 路技术，其它类型计算机的 则是由相当多的 分离元件电路或集成电路所组成。 分离元件电路或集成电路所组成。为了将这两种 CPU相区别 把微型计算机的 相区别, 相区别 把微型计算机的CPU芯片称为微处理 芯片称为微处理 器MPU(Micro Processing Unit 或Microprocessor )。 。
第六代：64位CPU时代 第六代：64位CPU时代
• 2001年5月，Intel公司正式推 2001年 Intel公司正式推 出了第一种64 64位微处理器 出了第一种64位微处理器 Itanium。Itanium由英特尔和 Itanium。Itanium由英特尔和 惠普联合开发， 惠普联合开发，主要用于工作 站和服务器机型，内置2 站和服务器机型，内置2～4MB 级缓存、 的3级缓存、工作频率为 800MHz及722MHz的产品 的产品， 800MHz及722MHz的产品，价格 1177美元至4427美元 美元至4427美元。 为1177美元至4427美元。 • AMD公司的AMD-K8 AMD公司的AMD公司的AMD
微机原理与接口技术
课程内容
第一章 微型计算机的基础知识
1.1 微型计算机概述 1.2 微型计算机的基本组成 1.3 微型计算机的工作原理 1.4 计算机运算基础
1.1 微型计算机概述
自从1946年美国宾夕法尼亚大学研制出世界上 年美国宾夕法尼亚大学研制出世界上 自从 第一台数字电子计算机ENIAC ( Electronic 第一台数字电子计算机 Numerical Integrator And Calculator)以来，计算 以来， 以来 机的发展突飞猛进，日新月异。短短几十年中，已 机的发展突飞猛进，日新月异。短短几十年中， 几十年中 经历了电子管计算机、晶体管计算机、 经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计 算机和大规模/ 算机和大规模/超大规模集成电路计算机等四代的 发展历程，并自80年代中期起 年代中期起， 发展历程，并自 年代中期起，开始了以模拟人的 大脑神经网络功能为基础的第五代计算机的研究。 大脑神经网络功能为基础的第五代计算机的研究。
• 系统软件
操作系统： ① 操作系统：常驻内存的软件系统
系统资源管理（CPU、存储器、I/O和驱动程序） 系统资源管理（CPU、存储器、I/O和驱动程序） 和驱动程序 任务管理、文件管理和程序库。 任务管理、文件管理和程序库。
编译程序：为用户开发应用软件提供支持。 ② 编译程序：为用户开发应用软件提供支持。 其他程序：系统诊断、故障定位， ③ 其他程序：系统诊断、故障定位，系统配置
序号 型号 推出时间 1971 第一代 4004 8008 1972 1976 第二代 8080 8080A 1976 8085A 1977 1978 第三代 8086 8088 1978 80186 1982 80188 1982 80286 1982 1985 第四代 80386DX 80486DX 1989 80486DX2 1992 80486DX4 1994 1993 第五代 Pentium(P5) Pentium(P54C) 1994 Pentium(P55C) 1995 Pentium Pro 1995 Pentium II 1997 Pentium III 1999 第六代 64位CPU时代 2001 位 时代
3. 微型计算机系统 微型计算机系统(Micro 微型计算机系统(Micro Computer System)是以微型计算机为核心 是以微型计算机为核心， System)是以微型计算机为核心，再配以 相应的外围设备、电源、 相应的外围设备、电源、辅助电路和控制 微型计算机工作的软件而构成的完整的计 算机系统。 算机系统。
第四代（1983-1993年 第四代（1983-1993年）：32位微处理器时期 32位微处理器时期
• 1985年， Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器 1985年 Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器 公司推出能进行多任务处理的32 80386 • 1989年， Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040 1989年 Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040 公司推出80486 Motorola公司的 • 特点: 特点: • 1.字长： 32位 1.字长 32位 字长： • 2.时钟频率： 10～120MHz 2.时钟频率： 10～ 时钟频率 • 3.平均执行指令时间： 0.2μs 3.平均执行指令时间 平均执行指令时间： • 4.集成度：几十万～上百万管/片 4.集成度 几十万～上百万管/ 集成度：
• • • • •
第二代（1973－1978年）：中高档8 第二代（1973－1978年）：中高档8位 中高档 微处理器时代Intel 8080,Motorola公司 微处理器时代Intel 8080,Motorola公司 的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司 M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司 公司的Z80 8085，Rockwell与 Technology的 的8085，Rockwell与MOS Technology的 6502等 6502等。
• 应用软件
用户为实现给定的任务而编写或选购/订购的程序。 用户为实现给定的任务而编写或选购/订购的程序。只 适用于给定环境的给定用途，一般驻留在外部存储器中， 适用于给定环境的给定用途，一般驻留在外部存储器中， 只在运行时才调入内存储器。 只在运行时才调入内存储器。
运算器 CPU 主机 微型机硬件 微型机系统 微型机软件 存储器 输入/输出接口 输入 输出接口 外部设备 系统软件 应用软件 控制器 寄存器