1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)主講：葉家鳴電話Q： 178496157Email：jmye 注意事項(xiàng)本課程的成績(jī)由實(shí)驗(yàn)成績(jī)、平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占25%，平時(shí)成績(jī)占5，考試成績(jī)占70。平時(shí)成績(jī)包括上課考勤、實(shí)驗(yàn)考勤和作業(yè)。參考書目和網(wǎng)絡(luò)資源http:/電子工程師網(wǎng)站 80 x86/Pentium處理器 硬件、軟件及接口技術(shù)Walter A. Triebel著 王克義等譯，清華大學(xué)出版社微機(jī)原理與接口技術(shù)周明徳，蔣本珊，人民郵電出版社微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)李大友 清華大學(xué)出版社80X86匯編語言程序設(shè)計(jì)沈美明，溫冬嬋 清華大學(xué)出版社Windows環(huán)境下32位匯編語言程

2、序設(shè)計(jì)羅云彬 電子工業(yè)出版社新版匯編語言程序設(shè)計(jì)錢曉捷 電子工業(yè)出版社前導(dǎo)課程計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)C語言程序設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯主要內(nèi)容概述8086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8086尋址方式和指令系統(tǒng)匯編語言程序設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器I/O接口和總線中斷系統(tǒng)、中斷控制器8259A可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253A可編程并行接口芯片8255A串行通信和可編程串行接口芯片8251A模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換第1章 概述計(jì)算機(jī)的誕生計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況微處理器的發(fā)展概況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式計(jì)算機(jī)的誕生時(shí)間：1946年地點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)電機(jī)工程學(xué)院發(fā)明人：莫奇來(Mauchly)和愛克特(Eckert)名稱： ENIAC(電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī))簡(jiǎn)介： 18

3、800個(gè)電子管，30噸，占地150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運(yùn)算應(yīng)用：為美國(guó)軍方計(jì)算彈道導(dǎo)彈的火力表投資：15+33 萬美元兩位發(fā)明人莫奇來和愛克特ENIAC計(jì)算機(jī)之父 馮.諾伊曼馮諾伊曼John von Neumann，19031957，美籍匈牙利人貢獻(xiàn)：經(jīng)濟(jì)學(xué)：博弈論之父物理學(xué)：量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、化學(xué)等計(jì)算機(jī)科學(xué)：計(jì)算機(jī)之父，精髓：計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制、程序存儲(chǔ)的概念在參與ENAIC之前主要從事原子彈的研制工作，涉及大量的復(fù)雜的計(jì)算參與ENAIC：1944年一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)參與到了ENAIC的研制過程中，提出“存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案”計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況第一代電子管計(jì)

4、算機(jī)1946第二代晶體管計(jì)算機(jī)1958第三代集成電路計(jì)算機(jī)1965第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)-微型計(jì)算機(jī)1974第五代智能計(jì)算機(jī). 1985成本和體積遞減運(yùn)算速度和處理能力遞增微處理器的發(fā)展概況第一代1971年開始4004 8008第二代1974年開始8080 Z80第三代1978年開始8086(8088) 80286第四代1983年開始80386 80486第五代1993年開始Pentium系列當(dāng)代CPU能處理的信息：圖形圖象、視頻、語音、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫等等CPU的性能指標(biāo)主頻：CPU的時(shí)鐘頻率，微機(jī)運(yùn)行速度與CPU的主頻有關(guān)字長(zhǎng)：CPU一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)，也稱CPU的“吞吐量”，與數(shù)

5、據(jù)總線的數(shù)目有關(guān)集成度：每平方英寸上的晶體管數(shù)尋址范圍：與地址總線的數(shù)目有關(guān)MIPS：Million Instructions Per Second每秒鐘能處理的百萬條指令數(shù)高速緩存：一級(jí)緩存和二級(jí)緩存8086與Pentium4的比較比較項(xiàng)目8086Pentium4誕生日期1978年2000年主頻5MHz3600MHz字長(zhǎng)1632晶體管數(shù)2.9萬4200萬MIPS0.751000高速緩存無二級(jí)緩存2MB馮諾伊曼計(jì)算機(jī)馮諾伊曼計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想（EDVAC方案：存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案）：計(jì)算機(jī)分為計(jì)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出裝置五個(gè)部分，程序由指令組成并和數(shù)據(jù)一起存放在存儲(chǔ)器中，機(jī)器則按

6、程序指定的邏輯順序把指令從存儲(chǔ)器中讀出來并逐條執(zhí)行，從而自動(dòng)完成程序描述的處理工作。馮諾伊曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖（主要以運(yùn)算器和控制器為中心）：控制器運(yùn)算器存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以存儲(chǔ)器為中心）：控制器主存儲(chǔ)器運(yùn)算器輸入設(shè)備輸出設(shè)備微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件微型計(jì)算機(jī)I/O設(shè)備外存：微處理器主存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)字化儀等輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等ROMRAM硬盤、光盤、U盤、移動(dòng)硬盤等微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成(計(jì)算機(jī)主板)微處理器算術(shù)邏輯部件，主要完成算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）和邏輯運(yùn)算控制部件：負(fù)責(zé)對(duì)整

7、機(jī)的控制，包括從存儲(chǔ)器中讀取指令，對(duì)指令進(jìn)行譯碼和分析，發(fā)出控制信號(hào)和時(shí)序，使CPU內(nèi)部和外部協(xié)調(diào)工作工作寄存器：用來存放計(jì)算過程中所需要的或得到的各種信息，包括操作數(shù)地址、操作數(shù)和運(yùn)算的中間結(jié)果存儲(chǔ)器作用：主要用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)PC機(jī)中存儲(chǔ)器體系：高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器CPU高速緩沖存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器海量存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器容量逐漸增大存取速度逐漸減小內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器主要是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器分為：只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）高速緩沖存儲(chǔ)器（CACHE）：存儲(chǔ)空間小，存取速度快，位于CPU與主存之間，一般集成在CPU內(nèi)部，大大提高CPU的性能外部存儲(chǔ)

8、器外部存儲(chǔ)器主要是磁記錄存儲(chǔ)器，典型的有硬盤，特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大，但是存取速度比較低。典型的硬盤接口：IDE（Integrated drive electronics）接口，特點(diǎn)：價(jià)格低，兼容性好，但是速度慢，對(duì)接口電纜的長(zhǎng)度有限制。SCSI（Small computer system interface）接口，特點(diǎn)：傳輸速度快。存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)，以“字節(jié) BYTE” 為單位。1KB=1024BYTE 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB存取速度：從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間I/O接口I/O接口用于CPU與外設(shè)之間的信息交

9、換典型的I/O接口有：8259A：可編程中斷控制器8253：可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8255：可編程并行接口8251A：可編程串行接口A/D D/A轉(zhuǎn)換器總線在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各個(gè)部件之間傳送信息的公共通道叫總線，微機(jī)以總線結(jié)構(gòu)來連接各個(gè)部件的?？偩€按層次分類：內(nèi)部總線(片內(nèi)總線)：位于芯片內(nèi)部元件級(jí)總線(片間總線)：位于計(jì)算機(jī)主板上，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線系統(tǒng)總線：用來連接各個(gè)插件板，主要有：ISA PCI 總線等外部總線：用于連接系統(tǒng)與系統(tǒng)、系統(tǒng)與外設(shè)，主要有：RS-232C USB總線等微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)CPU主頻字長(zhǎng)運(yùn)算速度內(nèi)存容量數(shù)制幾種進(jìn)制表示二進(jìn)制-后綴B八進(jìn)制-后綴Q或O

10、十進(jìn)制-后綴D或省略十六進(jìn)制-后綴H進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式補(bǔ)碼BCD碼ASCII碼數(shù)據(jù)類型浮點(diǎn)數(shù)補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)：用數(shù)的最高位表示符號(hào)，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，將一個(gè)數(shù)與符號(hào)用數(shù)值表示，這樣的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)決定機(jī)器數(shù)的表示范圍。機(jī)器數(shù)用原碼、補(bǔ)碼和反碼表示，常用的是補(bǔ)碼表示法正數(shù)的補(bǔ)碼是其自身負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：先求其絕對(duì)值的補(bǔ)碼，再按位求反，并在末位加1。舉例將下列十進(jìn)制數(shù)表示8位二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式+101-93將下列二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制有符號(hào)數(shù)10000000B10001100B00111001BBCD碼Binary Coded Decimal 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，將十進(jìn)制的每一位以二進(jìn)

11、制數(shù)編碼方式表示，十進(jìn)制的09分別用BCD數(shù)0000到1001表示。壓縮的BCD碼：以每字節(jié)2個(gè)數(shù)字的形式存儲(chǔ)非壓縮的BCD碼：每字節(jié)1個(gè)數(shù)字的形式的存儲(chǔ)，最高4位無意義，可以用0000表示，如09的ASCII碼就是非壓縮的BCD碼表示法ASCII碼American Standard Code for Information Interchange，用一個(gè)字節(jié)表示計(jì)算機(jī)中的字符，低7位為字符的ASCII值，最高位用作校驗(yàn)字母：AZ az數(shù)字：09其他字母： ！ # $ % & ( ) _ + - * / | ; : “ ? , .等非打印字符：BEL(響鈴) LF(換行) CR(回車)數(shù)據(jù)類型

12、字節(jié)(byte)字(word) 雙字(double word) 例：寫出下列變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)狀況：A DB A，10，20H，-10B DW 1234H，100，-10C DD 56789ABCH浮點(diǎn)數(shù)單精度（用32位二進(jìn)制表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)）符號(hào)位：1位指數(shù)：8位尾數(shù)：23位雙精度（用64位二進(jìn)制表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)）符號(hào)位：1位指數(shù)：11位尾數(shù)：52位符號(hào)位指數(shù)尾數(shù)表示格式：浮點(diǎn)數(shù)的表示方法填充符號(hào)位將數(shù)表示成二進(jìn)制形式，并進(jìn)行規(guī)格化對(duì)于單精度浮點(diǎn)數(shù)，指數(shù)加上127(7FH)；對(duì)于雙精度浮點(diǎn)數(shù)，指數(shù)要加上1023(3FFH)，并填充指數(shù)位填充尾數(shù)位舉例例1：把-12.1875表示成單精度浮點(diǎn)數(shù)填充符號(hào)位：由于該數(shù)位負(fù)數(shù)，所以符號(hào)位為112.1875表示成二進(jìn)制數(shù)為1100.0011B，規(guī)格化后為1.1000011x23，可以看出尾數(shù)為1000011，指數(shù)為3填充指數(shù)位：3+127=130，表示成二進(jìn)制為：10000010，指數(shù)位為10000010填充尾數(shù)位：尾數(shù)為1000011，由于尾數(shù)位占用23位，剩余的16位全部補(bǔ)零綜上，可知-12.1875表示成單精度浮點(diǎn)數(shù)為：110000010100001100000000000