1、微型計算機原理及其應用合肥工業大學機械與汽車工程學院陳甦欣1第一章 緒論微機原理課程的學習內容和學習目的微型計算機的發展概況微型計算機系統的基本組成和各部件功能微型計算機的應用概況計算機數據格式2學習內容第一章、第二章：硬件知識（計算機組成及8086CPU系統結構）第三章、第四章：軟件知識（匯編語言程序設計）。學習目的 通過該課程的學習，應能掌握微型計算機系統的硬件基本知識及匯編語言編程能力，具有一定的微機應用系統的系統分析能力，并且也為后繼課程的學習，打下微型機系統硬件和軟件方面的基礎知識。第一章 緒論微機原理課程的學習內容和學習目的3第一章 緒論微型計算機的發展概況計算機的發展電子管計算機

2、晶體管計算機集成電路計算機大規模集成電路計算機人工智能計算機1946年第一代電子計算機（ENIAC）在美國研制成功。使用了18800個電子管，重30噸，占地150平方米，耗電150千瓦，每秒完成5000次加法運算。41958年第二代晶體管計算機推出，用晶體管代替了電子管，大大降低了計算機的成本和體積，運算速度成百倍提高。51965年中小規模集成電路為主體的計算機問世，使計算機的體積進一步縮小，配上各類操作系統，計算機性能極大提高。61970年大規模集成電路（LSI）研制成功，計算機發展到第四代，微型計算機是第四代計算機的典型代表。1971年在美國硅谷第一塊通用微處理器Intel 4004誕生，

3、從而開創了微型計算機的新時代。7計算機分類超級計算機排名（2011.6）：1.日本 K 8.16petaflop2.中國 天河-1A 2.57petaflop注：1 petaflop=1千萬億次/秒8微處理器的發展1971.11，Intel公司第一枚微處理器芯片4004，4位機，它總共集成了2200個晶體管。1972年4月，Intel公司宣布另一種型號的微處理器8008研制成功。 8位機。 1975年1月，Motorola公司宣布推出它的8位微處理器6800。 1979年，Intel公司推出了Intel 8086/8088微處理器。 1983年，Intel公司推出了Intel 80286微處理

4、器，它是完全16位微處理器 。1985年，Intel公司推出了Intel 80386微處理器。 1989年，Intel公司推出了Intel 80486微處理器。1993年3月，Intel公司推出了名為Pentium（經典奔騰）的微處理 。1995年11月Intel公司又推出了Pentium Pro（高能奔騰）。1997年1月，Intel公司又推出了Pentium MMX（多能奔騰）。1997年5月，Intel公司推出了Pentium（奔騰二代） 1999年2月，Intel公司推出了Pentium （奔騰三代） 2000年11月，Intel公司推出了Pentium4（奔騰四代）。2001年5月，

5、Intel公司推出了64位微處理器Itanium。 9各種CPUIntel 4004Intel 8008Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 80486Intel PentiumIntel Pentium IIIntel Pentium IIIIntel Pentium IV10第一代1971年1973年第二代1974年1977年第三代1978年1980年第四代1980年以后典型的微處理器芯片Intel 4004Intel 4040Intel 8008Intel 8080M6800Z-80Intel 8086/8088M68000Intel 80X86M6

6、8020Z-80000字長（位）4/881616/32集成度（晶體管數/芯片）10002000500090002000070000100000時鐘頻率（MHZ）0.50.81451010數據總線寬度（位）4/881616/32地址總線寬度（位）48820242432存儲容量16KB實存64KB實存1MB實存4GB實存和64GB虛存指令執行時間（s）10151210.125軟件水平機器語言匯編語言匯編語言高級語言操作系統匯編語言高級語言操作系統匯編語言高級語言部分軟件硬化11CPU的兩個關鍵參數1、位數（或字長） 每次可并行傳送或接收二進制數據的位數。 1位1bit 8位1Byte（字節）8bi

7、ts 16位1Word（字）16bits 內存是以字節為單位來組織的。2、時鐘頻率（或主頻） 其倒數為時鐘周期，為最小的時間單位。 對于主頻：K- M- G-12摩爾定律 歌登.摩爾（Gordon Moore）是Intel公司奠基者之一，他在1964年提出一個摩爾定率，摩爾定律說每18個月半導體集成電路里面晶體管的個數會翻一倍，也就是集成度提升一倍，每隔18個月其性能會提升一倍。這個非常著名的摩爾定律，從1964年提出以來（盡管當時計算機集成電路芯片還沒有出現），到1971年Intel公司首次做出第一塊CPU 4004芯片，再到現在，發展了大概三十多年。可以發現，CPU一直是遵循摩爾定理在發展

8、的，后來到1995年歌登摩爾對摩爾定理稍微修改了一下，原來是每一年半（18個月）后來改成兩年，也就是說每兩年芯片的集成度會提升一倍，特性提升一倍，但價格不變。 13第一章 緒論微型計算機系統的基本組成和各部件功能馮諾依曼結構（五大功能部件）：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備 基本工作原理：存儲器存儲程序控制微型計算機系統、微型計算機、微處理器三者關系14 微處理器：運算器、控制器、寄存器組、內部總線 （Microprocessor或CPU:Central Processing Unit） 微型計算機 內存（主存）：只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM （主機） I/O 接口：串行（

9、波特率：bps）、并行 （BPS） 硬件系統 地址總線AB：單向 （裸機） 系統總線（元件級總線） 數據總線DB：雙向 控制總線CB：宏觀上雙向 I/O設備：鍵盤、鼠標、顯示器 外設 外存儲器（輔存）：光盤、硬盤 系統軟件：操作系統OS、語言處理程序、診斷程序 軟件系統 應用軟件：Internet Explorer、Office、AutoCAD、Solidworks微型計算機系統15微型計算機及其組成微型計算機：由CPU、內存、I/O接口電路和系統總線構成。內存：按照讀寫方式的不同，分為ROM和RAM兩種類型；I/O接口電路是外設與微型計算機之間的連接電路，在兩者之間進行信息交換的過程中，起暫

10、存、緩沖、類型變換、時序匹配的作用；系統總線是CPU與其它各功能部件之間進行信息傳輸的通道，按所傳送信息的不同類型，總線可以分為數據總線DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）三種類型，稱為三總線結構。地址的概念：為了區分不同的存儲單元，把全部存儲單元按照一定的順序編號，這個編號就稱為存儲單元的地址。16 地址總線(AB) ：是用來傳送地址信息的信號線。地址總線的位數決定了CPU可以直接尋址的內存空間的大小。N根地址線可直接尋址 內存空間。地址總是從CPU發出的，所以地址總線是單向三態總線。單向指信息只能沿一個方向傳送，三態指除了

11、輸出高、低電平狀態外，還可以處于高阻抗狀態（浮空狀態）。數據總線(DB)：數據總線是CPU用來傳送數據信息的信號線。數據總線是雙向三態總線，即數據既可以從CPU送到其它部件，也可以從其它部件傳送給CPU，數據總線的位數和處理器的位數相對應。控制總線(CB)：控制總線是用來傳送控制信號的一組總線。由它來實現CPU對外部功能部件（包括存儲器和I/O接口）的控制及接收外部傳送給CPU的狀態信號，不同的微處理器采用不同的控制信號。17各種存儲設備存儲器的存儲容量常用如下幾個單位：1KB 字節1024B 1MB 字節1024KB1GB 字節1024MB 1TB 字節1024GB18各種接口卡19總線結構

12、（1）單總線結構（2）面向CPU的雙總線結構（3）面向主存儲器的雙總線結構微型計算機的性能指標（1）主頻（2）字長（3）內存容量（4）存取周期（5）運算速度20微型計算機系統及其組成微型計算機系統：是指以微型計算機為主體，再配以相應的外圍設備、電源、輔助電路和所需要的軟件而構成的計算機系統。微處理器、微型計算機和微型計算機系統三者關系21注意微型計算機、微型計算機系統均以微處理器為基礎，加上相應的硬件和軟件組裝而成的。要注意，單純的微處理器不是計算機，單純的微型計算機也不是完整的計算機系統，它們都不能獨立地工作，只有微型計算機系統才是完整的計算機系統，才有實用意義。22第一章 緒論微型計算機的

13、應用概況科學計算：科學研究和工程計術計算領域，是計算機應用最早的領域，也是應用得較廣泛的領域。實時控制：計算機在工業測量和控制方面的應用已十分成熟和廣泛，應用于工業、農業、科學技術、國防以至我們日常生活等各個領域。信息處理：信息處理又稱為數據處理，是指計算機用于處理生產、經濟活動、社會和科學研究中獲得的大量信息。計算機發展初期，僅僅用于數值計算。后來應用范圍逐漸發展到非數值計算領域，可用來處理文字、表格、圖象、聲音等各類問題。計算機輔助技術：計算機輔助技術包含計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)、計算機輔助教學(CAI)等。辦公自動化：辦公自動化系統，它

14、是以支持辦公自動化為目的的一個信息系統，如日程管理、電子郵政、電子會議、文檔管理、統計報表等，并能輔助管理和決策。家用電器：目前不僅使用各種類型的個人計算機，而且將單片機廣泛應用于微波爐、磁帶錄音機、自動洗滌機、煤氣用定時器,家用空調設備控制器、電子式縫紉機、電子玩具、游戲機等。人工智能：人工智能的研究課題是多種多樣的,諸如計算機學習、計算機證明、景物分析、模擬人的思維過程、機器人等等。23第一章 緒論計算機數據格式數制（基數、權） 后綴：D（或缺省）-十進制 B-二進制 H-十六進制1、十進制其它數制 整數部分：除基取余，逆序排列 小數部分：乘基取整，順序排列2、其它數制十進制 按權展開3、

15、二進制十六數制 4位二進制對應1位十六進制24碼制帶符號數的編碼1.機器數與真值 一個數在計算機內的表示形式稱為機器數。機器數代表的實際數值，稱為機器數的真值。機器數的最高位為符號位，用“0”代表正號“+”，“1”代表負號“”。機器數可以用原碼、反碼、補碼等不同的碼制來表示。2原碼 原碼是最簡單的帶符號數的編碼方法。它將機器數的最高位作為符號位，0表示正數，1表示負數，后面的各位表示數的絕對值。這種方法也稱為“符號-絕對值”法。3反碼 正數的反碼與其原碼相同，負數的反碼是將其原碼符號位保持不變，數值位按位取反。4補碼 正數的補碼與其原碼相同，負數的補碼是其反碼加1。25ASCII碼 美國標準信

16、息交換碼（American Standard Code for Information Interchange）是國際通用的字符編碼標準， 采用8位二進制碼表示一個字符。 ASCII碼表中數字和英文字母都是按順序排列的。 數字的ASCII碼:任一數字字符的ASCII碼該數字值30H。 字母的ASCII碼:同一字母的大小寫ASCII碼不同,小寫字母 的ASCII碼比大寫字母的ASCII碼大20H。 大寫字母A-Z的ASCII碼為41H-5AH 小寫字母a-z的ASCII碼為61H-7AH26BCD碼 BCD碼為二進制編碼的十進制數，最常用的是8421BCD碼。 編碼方案為：將十進制數的每一位數字

17、（0-9）分別用等值 4位二進制數（0000-1001）表示。 由于4位二進制數有16種組合,而1位十進制數字只有09十種狀態,故8421BCD碼中二進制數不允許出現10101111這6種組合。1.壓縮BCD碼 每個字節表示2位十進制數 如：19D = 0001，1001BCD2.非壓縮BCD碼 每個字節表示1位十進制數，用低4位表示 如：19D = 0000，0001，0000，1001BCD思考題：內存中有一字節，內容為0101，1001B，可代表哪些意義？提示：無符號數、帶符號數（補碼）、ASCII碼、壓縮BCD碼、非壓縮BCD碼27作業1：第一章習題P2021239（1）、（2）11（1）、（2）12（1）、（2）14（2）、（4）默認為補碼28作業1參考答案思考題：字節數據0101，1