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微型计算机原理

微型计算机原理. 授课教师： 周茂霞. 及接口技术. The Principle And Interface Technology. of Microcomputer. Instructor ： zhou maoxia. 课程 介绍. 微机系统的组成 organization 工作原理 principle 硬件接口技术 interface 典型应用 use. 课程 介绍. 典型机型： IBM PC/XT 或 AT 系列机. 微机 原理 及 接口 技术.

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微型计算机原理

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Presentation Transcript

  1. 微型计算机原理 授课教师： 周茂霞 及接口技术

  2. The Principle And Interface Technology of Microcomputer Instructor： zhou maoxia

  3. 课程介绍 微机系统的组成 organization 工作原理 principle 硬件接口技术 interface 典型应用 use

  4. 课程介绍 典型机型：IBM PC/XT或AT系列机 微机原理 及 接口技术 基本系统：80386和80486、Pentium I/O接口电路及与外设的连接 硬件－－接口电路原理 软件－－接口编程方法

  5. 课程目标： 1、系统掌握汇编语言的程序设计基本方法 2、系统掌握微机硬件接口技术 3、建立微机系统的整体概念 4、具有微机软件及硬件初步开发、设计的能力

  6. 先修课程 先修课程 数字逻辑 提供硬件基础 汇编语言程序设计 建立必备软件基础 掌握指令系统、程序格式

  7. 学习方法 学习方法很重要 复习并掌握先修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践

  8. 学习方法 学习方法很重要 总成绩＝考试成绩 ＋实验成绩＋平时成绩

  9. 学习资源 学习资源要利用 • 钱晓捷之微服网 http://www2.zzu.edu.cn/qwfw • 微机原理远程教学 http://202.116.64.20/caicomputer/ • 钱晓捷 陈涛，微型计算机原理及接口技术， 北京：机械工业出版社，1999.1 • Barry B.Brey著 陈谊等译， Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全 ——80X86、Pentium和Pentium Pro， 北京：机械工业出版社，1998.1

  10. 第 1 章 微型计算机基础知识

  11. 第1章微型计算机基础知识 1.1 微型计算机的发展概述(Computer Overview) 1.2微型计算机的运算基础 1.3微型计算机的组成原理 1.4处理器内部结构及微机的工作过程 1.5微型计算机的主要性能指标及典型配置

  12. 1.1微型计算机的发展及应用概述 • 第一阶段：1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC（电子数据和计算器） • 第二阶段：晶体管计算机 • 第三阶段：集成电路计算机(integrate circuit ，IC) • 第四阶段：发展到以大规模集成(Large Scale Integration, LSI)电路为主要部件的，产生了微型计算机

  13. 1.1 微型计算机概述Computer Overview 1.1 计算机的发展(history) 20世纪40年代，无线电技术和无线电工业的发展为电子计算机的研制准备了物质基础， 1943年～1946年，美国宾夕法尼亚大学研制的，ENIAC was granted a patent (Electronic Numerical Integrator And Computer (ENIAC电子数字积分器和计算机) in 1945.

  14. 18,000 vacuum tubes a speed of several hundred multiplications per minute 170 m3 volume originally its program was wired into the processor and had to be manually altered. 在弹道问题中许多复杂的计算，美国陆军部的资助.

  15. 超导器件 集成光学器件 电子仿生器件 纳米技术 超导计算机 光学计算机 神经计算机 人工智能计算机

  16. 研究计划： 第五代 非冯·诺依曼(Von Neumann)计算机 第六代 神经计算机: 电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性。电子计算机的发展已经进入了第六代，这种发展可能仅仅是刚起步，前途没有止境。

  17. 按价格、性能和体积分： • 巨型机 • 大型机 • 中型机 • 小型机 • 微型机：第四个阶段的产物

  18. 计算机的核心部件——CPU • CPU 运算器 中央处理单元 控制器 （Central Processing Unit）

  19. 区别 微型计算机系统 微处理器 微型计算机 运算器控制器 寄存器组 内存储器 总线 输入输出 接口电路 外部设备 软件 微型计算机的系统组成

  20. 1.1.1 微型计算机的发展概况 字长，微处理器芯片作为微型计算机发展的标志。 • 1971--1973年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机时代 • 第1代（1971—1973）：4位和低档8位微机 4004→4040→8008 • 第2代（1974—1977）：中高档8位微机 Z80、I8085、M6800，Apple-II微机 • 第3代（1978—1984）：16位微机 8086→8088→80286，IBM PC系列机

  21. 第4代（1985---1993）：32位微机 • 80386→80486→Pentium→Pentium II →Pentium III →Pentium 4 • 第5代（1993------）：64位微机 微机服务器、工程工作站、图形工作站

  22. 存储器芯片集成度大体上每三年翻两番(1971年每片1 Kb，到1984年达到每片256 Kb，1992年16 Mb动态随机存储器芯片上市)，这就是著名的摩尔定律。 摩尔定律用来描述微处理器的工作速度，在一定成本下，大体上也是每18个月翻一番。专家预计，芯片性能呈指数增长将在今后几年放缓，有关人士认为摩尔定律能再适用10年左右。

  23. 目前主流计算机： CPU 英特尔 45纳米 奔腾双核处理器 E5300盒装CPU（LGA775/2.6GHz/2M二级缓存/800MHz） ￥449主板 华擎（ASRock）P43DE主板（Intel P43/LGA 775） ￥459内存 威刚（V-Data）万紫千红 DDR2 800 2G台式机内存 ￥249显卡 映众（Inno3D） ICHILL 9600GT冰龙版 670/2000 512M/256位 DDR3 PCI-E 显卡 ￥599硬盘 西部数据（Western Digital）500G WD5000AAKS 7200转16M SATAII盒装硬盘 三年免费质保！ ￥369 显示器 飞利浦（Philips）19英寸宽屏液晶显示器 190E1SB ￥948机箱 酷冷至尊（CoolerMaster）破坏者 中塔式电脑机箱RC-K200 ￥209电源 康舒（AcBel）电源 ME2 Power 350W 2.3版 额定350W ￥229鼠标 键盘 罗技（Logitech）光电高手1000多媒体键鼠套装 ￥139 共9件商品 总价：￥3650

  24. 开放式总线（BUS）结构：

  25. 嵌入式系统： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成 本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能

  26. 嵌入式系统： 几乎包括了生活中的所有电器设备。

  27. 嵌入式系统分类： 嵌入式系统硬件部分的核心部件就是嵌入式处理器。 1.EMPU（Embedded Micro Processor Unit）嵌入式微处理器 2.MCU（Micro Controller Unit）嵌入式微控制器；3.嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor）；4.嵌入式片上系统（SOC）。

  28. 1.EMPU（Embedded Micro Processor Unit）嵌入式微处理器； 嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。 在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。 哈哈。。 就是单板机啊

  29. 2.MCU（Micro Controller Unit）嵌入式微控制器； 嵌入式微控制器的典型代表是单片机，从70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了40多年的历史，4、8、16、32位，但８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。

  30. 3.嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor）； DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT(离散傅立叶变换的快速算法 )、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。

  31. 4.嵌入式片上系统（SOC system on chip）。 片上系统指的是在单个芯片上集成一个完整的系统，对所有或部分必要的电子电路进行分组的技术。所谓完整的系统一般包括中央处理器（CPU）、存储器、以及外围电路等。SoC是与其它技术并行发展的，如绝缘硅（SOI），它可以提供增强的时钟频率，从而降低微芯片的功耗。

  32. 1.1.2 Operating System overviews The operating systems commonly found on personal computers are UNIX, Macintosh OS, MS-DOS, OS/2, and Windows.

  33. Future Technologies Operating systems continue to evolve. A recently developed type of OS called a distributed operating system is designed for a connected, but independent, collection of computers that share resources such as hard drives.

  34. 1.3微型计算机发展趋势 今后计算机发展表现：高性能化、网络化、大众化、智能化、与人性化、功能综合化。 计算机网络呈现：连接的、开放的、传输多媒体信息。

  35. 1.3微型计算机发展趋势 cpu速度继续提升 个人计算机具有原来服务器的所具有的处理能力 高性能计算机采取分布式共享存储结构 采用更先进的数据存储技术 外设高性能网络化和集成化且易于携带 I/O技术更加智能化、人性化、 人与计算机的交流更加便捷

  36. 1.3微型计算机发展趋势 计算机发展过程具有技术上的连续性和兼容性。

  37. 1.2微型计算机的运算基础 数制:利用符号计数的方法. 计算机采用的数制:二进制. 进位计数制:按进位原则进行计数.

  38. 用“0”和“1”两个基本符号(即基2码)来编码表示:用“0”和“1”两个基本符号(即基2码)来编码表示: (1) 基2码在物理上最容易实现。 (2) 基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。 (3) 基2码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑数据“真”与“假”相对应，为计算机实现逻辑运算带来了方便。

  39. 1 Digits (数) • A. Decimal(十进制) (0—9) • B. Binary (0----1) • C. Octal(八进制) (0—7) • D. Hexadecimal(十六进制) • (0—9,A,B,C,D,E,F)

  40. 2. Positional Notation ( 位计数法） • Example 1: Decimal 132 1(百位) 3(十位) 2(个位) hundreds tens units position position position power(幂) 102 101100 weight(权)100 10 1 In a base N number system, the radix is N(基数) and the exponent (指数) (i) means the position.

  41. Example 2: Binary 101 1 0 1 power(幂) 22 21 20 weight(权)4 2 1 Numeric value 1* 22 + 0* 21 + 1* 20 =5 In a base 2 number system, the radix is 2(基数) and the exponent (i) (指数) means the position.

  42. 1.2.1无符号数的表示方法 一、进位数制 • 1、十进制 • 2、进位数制的通用表示 按权展开式：NR=dn-1xR n-1+dn-2xR n-2 +…. + d1xR 1 +d0xR 0 +d-1xR -1 +d0xR 0 +…. + d-mxR-m 3、二进制 1001.11B=1x23+0x22+ 0x21 + 1x20 + 1x2-1+ 1x2-2

  43. 1.2.1无符号数的表示方法 4、十六进制(0123456789ABCDEF) 328.BAH=3x162+2x161+ 8x160 + 11x16-1 + 10x16-2 • 5、八进制(01234567) 327.56O=3x82+2x81+ 7x80 + 5x8-1 + 6x8-2

  44. 1.2.1无符号数的表示方法 • 二、进制之间的转换 1、任意进制转换十进制：按权展开相加求和，计算出数值 练习: 1111.1B=? 456.8H=? 45.4O=?

  45. Conversion to Decimal • Example: • Hexadecimal: E6A.C2H • Decimal: E*162+6*161+6*160+C*16-1+2*16-2 =14*162+6*161+6*160+12*16-1+2*16-2 =3690+0.75+0.0078125 =3690.7578125

  46. 1.2.1无符号数的表示方法 2、十进制转换任意进制 转换方法：整数部分：除基数取余法 小数部分：乘基数取整法

  47. 1.2.1无符号数的表示方法 *第一次得到的有效 数字是二进制的最 低有效数字，最后 得到的余数是二进 制的最高有效数字。 11010111B 余数 • （1）十进制转换二进制 215.6875 LSD MSD 2 2 1 5 1 2 1 0 7 1 2 5 3 1 2 2 6 0 2 1 3 1 2 6 0 2 3 1 2 1 1 0 整数部分：除基数取余法

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