第一章微型计算机概论1.1微型计算机简介1.2微型计算机组成1.3微型计算机工作原理1.4计算机运算基础1.1
微型计算机简介一、容易混淆的几个概念：微型计算机系统、微型计算机、微处理器1.1微型计算机简介微处理器是由一片
或几片大规模集成电路组成的中央处理部件，包括运算器、控制器和一定数量的寄存器。微型计算机是指以微处理器为基础，配以内存储器和
输入输出接口电路和辅助电路构成的一个相对独立的电路系统。微型计算机系统是指微型计算机在配以相应的外围设备（如键盘、鼠标、显示
器、光驱、硬盘等），以及电源、机箱等硬件基础上，安装必要的软件构成的系统。三、微机分类方法按字长分类：即按照微处理器单次处理的
数据长度为分类标准，可分为4位，8位，16位，32位，64位微处理器。（思考为什么没有40位或者50位的微处理器呢？）按照系统规
模分类： 单片机，单板机，个人计算机。单片机：将CPU、RAM、ROM及I/O接口电路等部件集成在一块集成电路芯片上，以芯片形
式出现的微型计算机。这是目前使用量最大的一类微型计算机。常见的单片机有Intel51系列，AtmelAVR系列，Motorol
a的MC系列等。单板机：在一个电路板上集成了CPU、存储器、I/O接口电路和一定的输入输出设备，以单块电路板形式出现的微型计算机
。常见的单板机有X86架构的PC104系统，ARM架构的单板机系统、平板电脑等。个人计算机：所谓“个人计算机”（PCPerso
nalComputer），是指“由微处理器芯片装成的、便于搬动而且不需要维护的计算机系统”。通常我们所说的个人计算机是指台式个人
计算机和笔记本个人计算机，现在主流的是X86系列个人计算机和苹果公司的iMAC系列个人计算机。1.2微型计算机组成微机的
三总线结构在微型计算机中采用总线结构连接微处理器、输入/输出接口、内存储器等部件，它们之间的信息传递通过总线进行
。所谓总线（BUS），就是计算机中各功能部件间传送信息的公共通道，它是微型计算机的重要组成部分。
总线结构使微机具有结构简单，易于维护和扩展等优点，它是微型计算机的一个重要特点。总线按照功能不同一般分为三类：
数据总线（DB，DataBus）；地址总线（AB，AddressBus）；控制总线（CB，ControlBus）。数
据总线（DB）：微型计算机中所有的内存与输入/输出接口都是通过一组数据线与微处理器或其它控制部件进行数据交换的，这一组数据线被称为
数据总线。根据微型计算机数据交换能力的不同，数据总线可分为8位、16位、32位、64位等。1.3微型计算机工作原理微型计算
机是一个由时钟驱动的数字电路系统。微处理器在一个或几个时钟信号驱动下，完成一次操作，一系列的操作完成一定的数据处理任务。微处理器对
指令的执行大致可分为三个步骤: 如有两个数求和的指令序列如下： MOV AL，[2000H] ADD AL，10H
OUT 20H，AL 该指令序列在内存中存放情况如下： 2000：0000
MOVAL，[2000H] 2000：0003 ADDAL，10H 2000：0005 OUT
20H，AL第一条指令完成后读取下一条指令，此时指令指针为CS：IP=2000H：0003H。读取的指令为ADD
AL，10H，IP自动加2变为2005H该指令被分析译码交给运算器进行加法运算并将结果存在AL寄存器中。
1.指令指针寄存器初始值为CS：IP=2000H：0000H，指向第一条指令。微处理器首先根据该地址读取第一条指
令MOVAL，[2000H]，并将IP自动加3变为2003H。2.微处理器对读得的指令进行分析译码
3.分析译码后根据指令功能，读取DS：2000H地址处的一个字节数据到AL寄存器。第二条指令完成后读取第三条指令，此时指
令指针为CS：IP=2000H：0005H。读取的指令为OUT20H，AL 该指令被分析译码 微处理器将AL的数
据传送给20H端口。比特(bit)：一个二进制信息，它是二进制信息的最小单位（0或1），常用字母“b”表示字节(byte)：
由8位二进制信息组成，字节是微机中分配地址的基本单位，常用字母“B”表示。字(word)：计算机中作为一个整体来处理的一组二进
制数，是字节的整数倍。通常与计算机内的寄存器、算术逻辑单元宽度一致。目前为表达方便，将字定义为16位，而双字定义为32位。字常用字
母“W”表示，双字用“DW”表示。存储器容量：通常以字节为单位表示，在内存中一个字节占用一个寻址地址。人们常说的1G/2G内存，
实际上应该是具有1G字节/2G字节存储容量的内存。几个基本概念：微型计算机技术陈慈发Add： B3-516
Tel： 6394358，13972597617e-Mail： chcf0415@126.com三峡大学计算机与信息学院
学习目标：理解电子计算机工作原理，初步掌握微型计算机软/硬件的基础知识和验证方法。初步掌握微型计算机硬件接口技术。学习要求：
掌握以Intel8086为代表的X86微处理器的技术特点和基本结构。掌握X86系列微处理器构成的微型计算机的基本组织方式和连
接技术。掌握微型计算机中存储器、I/O接口电路、中断系统、DMA系统、可编程接口芯片工作原理和典型器件。掌握汇编语言程序设计基
本指令和编程调试方法本课程特点内容丰富知识点多，学时数相对少以一定理论为基础，工程实践性强理论性公式少，逻辑性内容较多
各内容关联性强，需要理解记忆内容多教材:《微型计算机技术》，陈慈发等主编，科学出版社参考教材:《微型计算机
技术》，孙德文，高等教育出版社《微机原理与接口技术》，雷丽文，电子工出版社出版《微型计算机系统原理及应用》，杨素行，清华大
学出版社《微型计算机原理》，姚燕南，西安电子科技大学出版社《微型计算机接口技术原理及应用》，刘乐善，华中科技大学出版社《8
0X86/Pentium处理器硬件、软件及接口技术教程》，（美）WALTERA.TRIEBEL著，王克义等译，清华大学出版社
教学环节:课堂教学：64学时讲 授：第一、二、三、四、五、六、七、八、九章上机实验：不少于16小时，要求完成实验教程
中的8个基本实验。作业：每次课后布置作业。运算器控制器寄存器
微处理器存贮器I/O接口微型计算机系统硬件软件系统软件应用软件微型计算机I/O设备，电源机箱等二、微处理器的发
展第一台电子计算机于1946年在美国诞生，从此计算机成为人类最有力的计算工具，在电子技术的支持下计算机技术得到了
快速发展。1958年集成电路技术的出现，更使微型计算机的研制提供了可能。微型计算机按单次处理数据位宽的不同可分为
五代。第一代，1971年～1973年，4位微处理器和低档8位微处理器时期。典型产品：Intel4004，Intel8008
。第二代，1973年～1978年，8位微处理器时期。典型产品：Intel8080，MC6800，Z80，Intel8085
。第三代，1978年～1983年，16位微处理器时期。典型产品：Intel8086，Z8000，MC68000，Intel
80286。第四代，1983年～2001年，32位微处理器时期。典型产品：Z80000，MC68020，Intel80386
到Pentium4。AMD公司K5，K6，Athron，Duron等。第五代，2001年以后，进入64位微处理器时期。典型产
品：Intel64位安腾，Pentium4F，AMDAthlon64等1971年10月，Intel4004（4位
微处理器）1972年3月，Intel8008。集成度2000个管／片，PMOS工艺，10μm光刻技术。第一代，1971年开
始。4位和低档8位微处理器的时期，其典型产品有：1974年3月Motorola：MC6800；MC65021975、76年
Zilog： Z80；第二代，1973年开始。8位微处理器时期，典型产品有：1973年，Intel： Intel8
080Intel8085集成度为5400管子／片，6μm光刻技术。第三代，1978年开始。16位微处理器时期，其典型产品有
：1978年．Intel8086首个16位机、20位地址线、1M地址空间。1979年，Zilog：Z800
0Motorola：MC68000 Intel80286集成度为68000管子／片，3μm光刻技
术。数学协处理器802878028780386第四代，1981年开始，32位微处理器时期，其典型产品有：1983年 Zi
log: Z800001984年 Motorola:MC680201985年 Intel: Intel8
0386，集成度27.5万管子／片，1.2μm光刻技术。80386后出现了许多高性能的32位微处理器。数学协处理器803
87803871989年Intel公司Intel80486，1989年Motorola公司MC68
030，MC68040集成度都已超过100万管子／片，主振频率达25－120MHz。 1993年IntelP
entium（外部数据总线宽64位） 集成度都已超过100万管子／片，主振频率达200MHz。32位Intel80X
86系列1995年，PentiumPro（高能奔腾）集成度达550万／片，同片L2Cache256KB。1997年，Pe
ntiumMMX（多能奔腾、简称MMX）。1997年5月，PentiumII（PII）MMX指令集的Pentium
Pro，Slot1接口。片上同频32KLICache，板上1/2主频512KL2Cache，兼容MMX，外频100M
。1999年3月，PentiumIII，片上同频32KLICache和512KL2Cache，兼容MMX，新增70
条指令SSE（StreamingSIMDExtensions），其外频为100M，并向133MHz外频发展。OldCe
leronCeleron2001年，PentiumIV（奔腾IV，P4）主时钟达2000MHz2002年，P4主时钟已
达2800MHz。2003年，3.06GHz的P4，采用了超线程（HT）技术，在一颗物理核心中整合了两颗逻辑核心，大大提高处理器
的效率。在高负载的多任务应用中能显出其效能。首款支持超线程处理器：Pentium43.06GHz第五代：2001年开始
，64位微处理器出现并得到应用。Itanium(安腾)Intel的第一款64位处理器0.09微米光刻工艺，三级缓存，其中一
级缓存与二级缓存都是装载于核心内部，容量分别为32KB与96KB。三级缓存容量达到了2MB或4MB。Athlon64AM
D第一款64位处理器0.13微米或90纳米光刻工艺工作频率为2.2GHZ，集成1MBL2CACHE，Socket754封装
1.1微型计算机简介1.2微型计算机组成计算机的五大部分：按照冯·诺依曼体系结构，计算机包括五
个主要的部分，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。控制器运算器中央处理单元外存储器输入设备输
出设备存储器内存储器I/O接口微型计算机作为计算机使用最广泛的一个分类，结构上看主要可以分为三个大
的部分，即微处理器、输入/输出接口、存储器：微处理器：是一块或几块大规模/超大规模集成电路，包含了运算器和控制
器的功能。输入/输出接口：是微处理器与外部输入/输出设备交换数据的通道，主要完成信号转换、地址标识、数据缓冲等功
能。存储器：是微型计算机的记忆功能部件，用于存储微机系统的数据和程序。按照与微处理器连接方式的不同可以分为两类，
通过地址总线直接与微处理器连接的存储器为内存储器，通常是RAM或ROM；通过输入/输出接口与微处理器连接的存储器为外存储器，通常为
硬盘、光盘等设备。地址总线（AB）：每个内存单元和输入/输出接口都编有地址，微处理器通过一组地址线告知内存或输入/输出接口要操
作的地址。这一组用于提供地址的线路称为地址总线。地址线的数量决定了微处理器可以访问的内存数量或输入/输出接口的数量。如一个微处理器
地址总线为10根，则其最多能够给出210（1024）个地址。控制总线（CB）：为了控制外围部件工作需要微处理器提供一组特定功能的
线路，这一组特定功能的线路称为控制总线。控制总线通常包括读、写、等待、使能、测试、响应等多种控制信号，利用这些信号微处理器可以管理微型计算机中的各个部件，按一定时序协调工作。取指令：微处理器从存储器中将指令读取到微处理器内部，读取指令首先要确定指令所在的地址，这个地址由微处理器内部的指令指针寄存器存放。分析指令：也称为指令译码，微处理器通过分析读取的指令了解指令的功能和操作对象等，从而为下一步执行做好准备。执行指令：根据指令分析的结果，微处理器发出一系列控制信号，指挥各部件完成该指令的功能，这样一条指令的执行就结束了。接着微处理器读取下一条指令进入下一个指令周期。80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期 |
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