工业用微型计算机.ppt

1、Page 1,工业用微型计算机 自动化教研室 qq：245414586,Page 2,主要章节,第1章 微型计算机基础 第2章 8086/8088指令系统 第3章 汇编语言程序设计 第4章 存储器及其接口 第5章 I/O接口及应用 第6章 A/D与D/A转换及其接口 第7章 上机实践,Page 3,参考书：,微机原理与接口技术（第2版）. 冯博琴，吴宁主编. 清华大学出版社 实验指导书： 微机原理与接口技术题解及实验指导（第2版）. 吴宁，陈文革编. 清华大学出版社,Page 4,第1章 微型计算机基础,1.1微型计算机的发展,Page 5,前传,巴贝奇分析机采用了三个具有现代意义的装置： 保

2、存数据的寄存器（齿轮式装置）； 从寄存器取出数据进行运算的装置，并且机器的乘法以累次加法来实现； 控制操作顺序、选择所需处理的数据以及输出结果的装置。,查尔斯巴贝奇（Charles Babbage 17921871 ）18281839年期间在剑桥大学任卢卡斯数学教授 失败的英雄！,Page 6,1939年，阿塔纳索夫提出计算机三原则： 采用二进制进行运算； 采用电子技术来实现控制和运算； 采用把计算功能和存储功能相分离的结构。 1939年，阿塔纳索夫还设计并试制数字电子计算机的样机“ABC机”（Atanasoff-Berry Computer） ，但未能完工。,约翰阿塔纳索夫，John Vin

3、cent Atanasoff，（1903年10月4日1995年6月15日）出生于美国纽约西部的哈密尔敦，1925年，获得佛罗里达大学电子工程学位，1926年，获衣阿华大学数学硕士学位，1930年，获威斯康星大学理论物理博士学位。,被遗忘的计算机之父,Page 7,1940年，美国科学家维纳阐述了自己对现代计算机的五点设计原则 数字式而不是模拟式； 以电子元件构成并尽量减少机械装置； 采用二进制而不是十进制； 内部存放计算表； 内部存储数据。,维纳（18941964）。他对20世纪的数学发展作出了重大贡献。1948年出版了他的名著控制论，对科学界产生了巨大的影响。几十年来，控制论得到了迅速发展，

4、广泛应用于自动理论、计算机程序、决策过程等各个方面。,Page 8,冯诺依曼 计算机体系 电子计算机应该以二进制为运算基础， 电子计算机应采用“存储程序”方式工作， 整个计算机的结构应由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。,Page 9,第一代计算机,埃克特为ENIAC换电子管,ENIAC,1946：ENIAC永载史册,Page 10,长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，重达30吨，它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关，耗电量150千瓦。每秒执行5000次加法

5、或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍，(而人最快的运算速度每秒仅5次加法运算)，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。这样的速度在当时已经是人类智慧的最高水平。,Page 11,1959-1964：晶体管造就第二代计算机,晶体管,肖克莱（左）、巴丁（中）、布拉顿（右）于1956年共同获得诺贝尔物理学奖。,Page 12,第二代计算机 TRADIC,美国贝尔实验室于1954年研制成功第一台使用晶体管的第二代计算机TRADIC（TRAnsistor DIgital Computer ）。 装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有

6、3立方英尺。 相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运算，计算能力实现了一次飞跃。,Page 13,IBM 7090 晶体管电脑,第二代电子计算机的典型代表,Page 14,1964-1970：集成电路使第三代 计算机脱胎换骨,1958年，美国物理学家基尔比和诺伊斯同时发明集成电路。,1969年，法庭判决基尔比(左)和诺伊斯（右）为集成电路的共同发明人 ，他们都因此成为微电子学创始人并获得巴伦坦奖章。,Page 15,IBM S/360,S/360极强的通用性适用于各方面的用户，它具有“360度”全方位的特点，并因此得名。开发S/360被称为“世纪豪赌”，IBM为此投入了5

7、0亿美元的研发费用，远远超过制造原子弹的“曼哈顿计划”的20亿美元。,Page 16,1970：第四代计算机,从1970年至今的计算机基本上都属于第四代计算机，它们都采用大规模和超大规模集成电路。随着技术的进展，计算机开始分化成通用大型机、巨型机、小型机和微型机。,Page 17,格鲁夫、诺依斯和摩尔,Intel公司成立于1968年， Intel这个字是由“集成/电子(Integrated Electronics)“两个英文单词组合成的，象征新公司将在集成电路市场上飞黄腾达,Page 18,1971：微处理器时代的开端,1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片I

8、ntel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。,Page 19,4004的样子很像小虫子,4004的集成度只有2300个晶体管，功能其实比较弱，且计算速度较慢，以致只能用在Busicom计算器上，更不用说进行复杂的数学计算了。不过比起第一台电子计算机ENIAC来说，它已经轻巧太多太多了。而且最大的历史意义是，它是第一个通用型处理器,Page 20,摩尔定律,摩尔预言，晶体管的密度每过18个月就会翻一番，这就是著名的摩尔定律。这 个 趋 势 一 直 延 续 至 今 。 在 26 年 的

9、时 间 里 ， 芯 片 上 的 晶 体 管 数 量 增 加 了 3200 多 倍 ， 从 1971 年 推 出 的 第 一 款 4004 的 2300 个 增 加 到 奔 腾 II 处 理 器 的 750 万 个 。,Page 21,1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。,I,Page 22,1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080,主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。,Page 23,8086,1978年6月，Intel推出4.77

10、MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美元。,Page 24,8088：IBM PC的御用之选,1979年，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。,Page 25,第一台IBM PC,早在1980年7月，一个负责“跳棋计划”的13人小组秘密来到佛罗里达州波克罗顿镇的IBM研究发展中心，开始开发后来被称为IBM PC的产品。一年后的8月1

11、2日，IBM公司在纽约宣布第一台IBM PC诞生,第一台IBM PC采用了主频为4.77MHz的Intel 8088，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS。IBM将其命名为“个人电脑（Personal Computer）”，不久“个人电脑”的缩写“PC”成为所有个人电脑的代名词。,Page 26,PC之父,IBM微电脑技术总设计师埃斯特利奇（Don Estridge）负责整个跳棋计划的执行，他的天才和辛勤工作直接导致了IBM PC的成功，并被后人尊称为“PC之父”。不幸的是，4年后“PC之父”因乘坐的班机遭台风袭击而英年早逝，没能够亲眼目睹他所开创的巨大辉煌。,Page 27,Int

12、el 80286,1983年,Intel推出6MHz的Intel 80286微处理器，采用16位数据总线。它提供了保护模式操作功能，最初的批发价为360美元。,Page 28,80386进入了32位元的世代,1985年10月，Intel推出16MHz 80386DX微处理器,Page 29,Intel 486（1988）,Page 30,Pentium（586）,Intel于1993年3月推出奔腾（Pentium）处理器,Page 31,Pentium MMX，支持多媒体技术的奔腾,Pentium MMX是英特尔在Pentium内核基础上改进，最大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令专门用

13、来处理音视频相关的计算，目的是提高CPU处理多媒体数据的效率。,Page 32,Pentium Pro，面向工作站的处理器,1995年11月1日，Intel推出Pentium Pro微处理器，采用了一种新的总线接口Socket 8。新的处理器对多媒体功能提供了很好的支持。,Page 33,Pentium II，芯片封装有着巨大的改变,Pentium II首次引入了S.E.C封装(Single Edge Contact)技术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。,Page 34,1999年1月，Intel推出奔腾III处理器，其身份代码可通过Internet读取。,Page 35,2000年

14、英特尔发布了Pentium 4处理器。用户使用基于Pentium 4处理器的个人电脑，可以创建专业品质的影片，透过因特网传递电视品质的影像，实时进行语音、影像通讯，实时3D渲染，快速进行MP3编码解码运算，在连接因特网时运行多个多媒体软件。这是目前空前强大的个人电脑处理器产品，仍然在继续销售中。,Page 36,微处理器主要特点,Page 37,主板的结构,中央处理单元 CPU,主存 MEMORY,主板,接口卡,总线插槽,存储 子系统,输入输出 子系统,Page 38,主板：总线,Page 39,主板：接口,Page 40,龙芯处理器：通用微处理器，RISC CPU，兼容MIPS指令 龙芯系列

15、微处理器介绍 ：龙芯大事记 http:/ 2001年5月，在中科院计算所知识创新工程的支持下，龙芯课题组正式成立。 2. 2001年8月19日，龙芯1号设计与验证系统成功启动Linux操作系统，10月10日通过由中国科学院组织的鉴定。 3. 2002年8月10日，首片龙芯1号芯片X1A50流片成功。 4. 2002年9月22日龙芯1号通过由中国科学院组织的鉴定。9月28日举行龙芯1号发布会，人大常委会副委员长路甬祥、全国政协副主席周光召参加了龙芯1号发布会。 5. 2003年10月17日，龙芯2号首片MZD110流片成功。 6. 2004年1月，龙芯技术服务中心前身龙芯实验室成立。 7. 20

16、04年9月28日，经过多次改进后的龙芯2C芯片DXP100流片成功。 8. 2004年11月，国务院总理温家宝视察中科院计算所听取龙芯研发情况汇报。 9. 2005年2月，国家主席胡锦涛等党和国家领导人在参观中科院建院55周年展览时参观了龙芯处理器展览。 10. 2005年1月31日举行了由中国科学院组织的龙芯2号鉴定会，2005年4月18日在人民大会堂召开了由科技部、中科院和信息产业部联合举办的龙芯2号发布会，人大常委会副委员长顾秀莲参加了龙芯2号发布会。 11. 2005年5月，龙芯课题组派出骨干成员赴江苏参与组建龙芯产业化基地（龙梦科技前身）。 12. 2006年3月18日，龙芯2号增强

17、型处理器CZ70流片成功，9月13日通过科技部组织的鉴定，徐冠华部长亲临鉴定会现场。 13. 2006年10月，中法两国在北京签署了关于中国科学院与意法半导体公司合作研发龙芯多核处理器的框架协议，中国国家主席胡锦涛与法国总统希拉克共同出席了协议的签字仪式。 14. 2007年3月28日，中国科学院计算所与意法半导体公司（ST）在北京人民大会堂召开龙芯处理器技术合作及产品发布会，全国人大常委会副委员长许嘉璐、信息产业部副部长娄勤俭、中国科学院秘书长李志刚参加了会议。,国产通用处理器：龙芯处理器系列,Page 41,龙芯系列微处理器介： 1）龙芯处理器主要包括三个系列。2）龙芯1 号处理器及其IP

18、 系列主要面向嵌入式应用，龙芯2 号超标量处理器及其IP 系列主要面向桌面应用，龙芯 3 号多核处理器系列主要面向服务器和高性能机应用。 3 ）根据应用的需要，其中部分龙芯2 号也可以面向部分高端嵌入式应用，部分低端龙芯3 号也可以面向部分桌面应用。以后上述三个系列将并行发展。 4）龙芯系列处理器通过充分开发指令级并行性、数据级并行性、以及线程级并行性来提高性能。其中龙芯1 号系列微处理器实现了带有静态分支预测和阻塞Cache 的单发射的乱序执行流水线；龙芯2 号系列微处理器实现了带有动态分支预测和非阻塞Cache 的超标量四发射乱序执行流水线，龙芯2 号系列微处理器还使用浮点数据通路复用技术

19、实现了定点的单指令流多数据流指令；下一代的龙芯3 号系列微处理器将实现片内多核技术。,Page 42,1、龙芯1号处理器,龙芯一号CPU采用0.18um CMOS工艺制造，具有良好的低功耗性，平均功耗0.5瓦特，在片内提供了一种特别设计的硬件机制，可以抗御缓冲区溢出类攻击。在硬件上根本抵制了缓冲溢出类攻击危险，从而大大增加了服务器的安全性。基于龙芯CPU的网络安全设备可以满足国家政府部门，企业机关对于网络与信息系统安全的需求。,Page 43,龙芯一号32位微处理器性能参数,Page 44,2-1.龙芯2号处理器芯片,龙芯2号采用180nm的CMOS工艺制造，片上集成了1350万个晶体管，硅片

20、面积6.2毫米6.7毫米，最高频率为500MHz，功耗为3-5瓦。 龙芯2号实现了先进的四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64KB，片外二级高速缓存最多可达8MB。龙芯2号的SPEC CPU2000标准测试程序的实测性能是龙芯1号的8-10倍，是1.3GHz的威盛处理器的2倍，已达到相当于Pentium 3的水平。基于龙芯2号的Linux-PC系统可以满足绝大多数的桌面应用。,Page 45,2-2. 龙芯2号增强型处理器芯片（龙芯2E）,龙芯2E是一款实现64位MIPS指令集的通用RISC处理器，采用90nm的CMOS工艺，布线层为七层铜金属，芯片晶体管数目为4700万，芯

21、片面积6.8mm5.2mm，最高工作频率为1GHz，典型工作频率为800MHz，实测功耗5-7瓦。龙芯2E具有片上128KB一级缓存、512KB二级缓存，单精度峰值浮点运算速度为80亿次/秒，双精度浮点运算速度为40亿次/秒，在1GHz主频下SPEC CPU2000的实测分值达到500分，综合性能已经达到高端Pentium 以及中低端Pentium 4处理器的水平。,Page 46,2-3. 龙芯2F,龙芯2F是基于龙芯2E处理器的改进版本，于2007年研制成功。龙芯2F在龙芯2E的基础上提高了I/O性能和内存访问带宽，增加了通过软件调节工作频率的机制，并且兼容MIPS64标准。龙芯2F集成了

22、高性能龙芯2号CPU核，DDR2内存控制器，PCI/PCI-X 接口, Local bus, 中断控制器以及视频加速部件。龙芯2F采用CMOS90纳米标准工艺生产。 龙芯2F的具体特性如下： 64位 MIPS III 及扩展指令集兼容, 64位字长; 四发射动态超标量结构，支持2个定点部件，2个浮点部件和一个访存部件。 9-10 级超流水线，支持寄存器重命名、动态调度、转移预测等乱序执行技术 IEEE 754兼容的浮点部件，每个浮点部件都支持全流水浮点乘加运算，硬件实现浮点除法和开方运算，并支持多媒体加速。 64项全相联TLB，每项映射两页，页大小4KB-4MB可变；独立的16-32项指令TL

23、B，支持可执行位以防止缓冲区溢出攻击。 分离的片上一级指令Cache和数据Cache，4路组相联，大小各为64KB，每块32字节。 512KB片上4路组相连二级Cache（每块32字节），能够由软件控制打开或关闭。 集成64位DDR2内存控制器，最高333MHz频率。 集成133MHz PCIX总线控制器，支持PCIX和PCI总线兼容。 1-GHz 主频，支持动态频率调节以及关闭内核时钟等动态功耗管理功能。 低功耗：1GHz频率下功耗小于5瓦 集成视频加速模块，该模块位于PCI/PCI-X 控制器的写数据通路中，利用软件驱动，视频加速模块能够进行YUV格式到RGB格式的视频数据转换和自动缩放运

24、算.,Page 47,龙芯3号,3A（4核，已经流片成功，性能在测试中） 龙芯 3A 处理器是第一款集高性能、 低成本、 低功耗于一体的多核处理器 ,内部集成 4 个主频为 1GHz 的 64 位超标量通用处理器核 ,采用 65nm工艺设计,芯片晶体管数目为4.7亿。龙芯 3A 处理器集成了 2 个 16 位的 Hyper Transport 接口 , 2 个 64 位DDR2/ 3 Memory Cont roller 接口 ,1 个 32 位的 PCI/ PCI -X接口 ,和 1 个L PC接口 ,其内部结构模块如图 1示是龙芯 3A 处理器的芯片布局图 ,采用 ST Micro公司的6

25、5nm工艺制成 ,硅片尺寸约为12mm x 14mm ,面积大约 174mm2,最高频率为 1. 0GHz ,功耗约为 1520W。 3B （8核，正在流片） 3C（16核）,Page 48,第1章 微型计算机基础,1.2 计算机中的数制及编码,各种计数制的特点及表示方法； 各种计数制之间的相互转换。,主要内容,Page 49,1.2.1 常用计数法,十进制二进制十六进制,Page 50,十进制 二进制 十六进制 0 00000000B 00H 1 00000001B 01H 2 00000010B 02H 3 00000011B 03H 4 00000100B 04H 5 00000101B

26、 05H 6 00000110B 06H 7 00000111B 07H 8 00001000B 08H 9 00001001B 09H 16 00010000B 10H 32 00100000B 20H 64 01000000B 40H 128 10000000B 80H 256 100000000B 100H 1024 1000000000B 400H 65536 10000000000000000B 10000H 1048576 100000000000000000000B 100000H,28=256 210=1024=1K 216=65536=64K 220=1048576=1M,P

27、age 51,十进制,特点： 以十为底，逢十进一；有0-9十个数字符号。用D表示。 权值表达式：,Page 52,二进制,特点： 以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。用B表示。 权值表达式：,Page 53,十六进制,特点： 有0-9及A-F共16个数字符号，逢16进位。用H表示。 权值表达式：,Page 54,例：,234.98D或（234.98）D 1101.11B或（1101.11）B ABCD . BFH或（ABCD . BF） H,Page 55,1.2.2 各种进制数间的转换,非十进制数到十进制数的转换 十进制到非十进制数的转换 二进制与十六进制数之间的转换,Page 56,非

28、十进制数到十进制数的转换,按相应的权值表达式展开 例： 1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2=8+2+1+0.5+0.25=11.75 5B.8H=5161+11160+816-1=80+11+0.5=91.5,Page 57,十进制到非十进制数的转换,到二进制的转换：对整数：除2取余；对小数：乘2取整。 到十六进制的转换：对整数：除16取余； 对小数：乘16取整。,Page 58,二进制与十六进制间的转换,用4位二进制数表示1位十六进制数 例： 25.5= 11001.1B= 19.8H 11001010.0110101B=CA.6AH,Page 59,1.

29、2.3 无符号数的运算,算术运算 逻辑运算,无符号数 有符号数,二进制数的运算,Page 60,加法运算（1+1=0（有进位） 减法运算（0-1=1（有借位）,最高位向前有进位，产生溢出,Page 61,无符号数的表示范围：,0 X 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生溢出。对无符号数：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时则产生溢出。,Page 62,1.2.4 逻辑运算,与 或 非 异或,Page 63,“与”、“或”运算,任何数和“0”相“与”，结果为0。任何数和“1”相“或”，结果为1。,Page 64,“非”、“异或”运算,“非”运算即按位求反 两个二进制数相“异或”：相同则

30、为0，相异则为1,Page 65,1.2.5 有符号整数表示法,计算机中有符号数的表示 把二进制数的最高位定义为符号位 符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示负数 把符号数值化了的数，称为机器数。 机器数所表示的真实的数值，称为真值。 （在以下讲述中，均以位二进制数为例）,Page 66,例：,+52 = +0110100 = 0 0110100符号位 数值位-52 = -0110100 = 1 0110100,真值,机器数,Page 67,1. 符号数的表示,原码反码补码,对于带符号数，常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数X的原码记作X原，反码记作X反，补码记作X补。注意：对正数，三

31、种表示法均相同。它们的差别在于对负数的表示。,Page 68,（1）、原码： X原= X 0 X 2n-1-12n-1+|X| -2n-1-| X 0（2）、反码： X反= X 0 X 2n-1-12n-1+|X| -2n-1-| X 0（3）、补码： X补= X 0 X 2n-1-12n-|X| -2n-1-| X 0,Page 69,原码,最高位为符号位，用“0”表示正，用“1”表示负；其余为真值部分。 优点： 真值和其原码表示之间的对应关系简单，容易理解； 缺点： 计算机中用原码进行加减运算比较困难，0的表示不唯一。,Page 70,原码X原,原码：最高位为符号位，数值部分为原数的绝对值

32、。 已知真值X=+42,Y=-42,求X原和Y原 X原 =00101010B Y原 =10101010B,X原,Page 71,数0的原码,8位数0的原码：+0 = 0 0000000- 0 = 1 0000000即：数0的原码不唯一。,优点：数的真值和原码表示之间的对应关系简单,相互 转化容易。用原码实现乘除运算规则简单。 缺点：数值0有两个编码值，+0和-0，不利于运算。 尤其是加减运算。+0原=00000000B-0原=10000000B,Page 72,反码X反,正数的反码和原码相同； 负数的反码是对其原码除符号位外的逐位求反。 真值X的反码记为X反,X反,Page 73,例,X= -

33、52 = -0110100X原=1 0110100X反=1 1001011,Page 74,0的反码：,+0反=00000000-0反 =11111111即：数0的反码也不是唯一的。,Page 75,补码,定义： 若X0， 则X补= X反= X原 若X0， 则X补= X反+1,Page 76,例,X= 52= 0110100X原=10110100X反=11001011X补= X反+1=11001100,Page 77,0的补码：,+0补= +0原=00000000 -0补= -0反+1=11111111+1=1 00000000 对8位字长，进位被舍掉,Page 78,特殊数10000000,

34、对无符号数:（10000000）B=128 在原码中定义为： -0 在反码中定义为： -127 在补码中定义为： -128,Page 79,符号数的表示范围,对8位二进制数： 原码： -127 +127 反码： -127 +127 补码： -128 +127,Page 80,1.2.6 计算机中的编码,BCD码 用二进制编码表示的十进制数 ASCII码 西文字符编码,Page 81,BCD码,压缩BCD码 用4位二进制码表示一位十进制数 扩展BCD码 用8位二进制码表示一位十进制数,Page 82,BCD码与二进制数之间的转换,先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。 例：（0001 00

35、01 .0010 0101）BCD=11 .25=（1011 .01） B,Page 83,ASCII码,字符的编码，一般用7位二进制码表示。在需要时可在D7位加校验位。 熟悉0-F的ASCII码,Page 84,ASCII码美国标准信息交换代码,Page 85,汉字的编码：,汉字的特点：,字符数多，常用汉字约6000多个。,结构复杂。,要解决汉字的输入、存储和显示问题，需涉及输入码、内码和字型码,输入码：,拼音码，王码，区位码等,字型码：,汉字可看成图形。一个汉字即一幅图。,Page 86,字型码存储,将汉字看成1616的点阵。每个点阵只有两种状态，即黑或白。存储一个汉字需多少位的存储空间？

36、,每个点阵的状态数为2，则编码长度为1b即可。,所有点阵信息占用的存储空间S=16161b=256b=32B,用点阵图存储汉字的优缺点是什么？,Page 87,1.3.1计算机中常用术语,bit 1Mb=10241024bit=220bit 1Gb=230bit=1024Mb 1Tb=240bit=1024Gb Byte 1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte Word：表示字长，有1bit,4bit,8bit,16bit等一般情况下为2Byte(16bit),1.3 微型计算机的组成,Page 88,1.3 微型计算机的组成,1.3.1 微型计算机的组成,1、微处理器：CPU A

37、LU、控制器、累加器、寄存器、内部总线 2、微型计算机： CPU、存储器、输入输出接口电路、系统总线 3、微型计算机系统： 以微型计算机为主体，加上系统软件和外设,Page 89,个人台式计算机的硬件构成实例,构成：主机、显示器、键盘、鼠标和打印机组成 主机内部组成：主板、CPU、内存、硬盘、软驱、光驱、显示卡、声卡、网卡 1、主板：集成电路与外设接口芯片 8255、8253、8259、8237、8251 2、CPU: 运算速度：字长、主频、ALU结构、缓存、工作温度,3、内存储器：128M、256M、512M 4、外存储器：硬盘、软盘、光盘存储器、U盘 5、显示卡、声卡、网卡、MODEM 6

38、、显示器、鼠标、键盘、机箱,Page 90,微型机的系统结构框图,Address bus， AB,Control bus， CB,RAM,ROM,I/O接口,外设,Data bus， DB,CPU,Page 91,CPU,计算机的控制中心，提供运算、判断能力 构成：ALU、CU、Registers （P37）CPU的位数：4位、 8位、 16位、 32位 是指一次能处理的数据的位数,Page 92,Page 93,8086的cpu内部结构框图,Page 94,CPU把要读的内存单元的地址放到AB上 CPU发出读写命令 数据从指定的单元读出到DB CPU紧接着从DB上取回数据,读操作过程,Pag

39、e 95,CPU把要写的内存单元的地址放到AB上 CPU紧接着把要写入的数据放到DB上 CPU发出写命令 数据被写入指定的单元,Page 96,总线BUS,连接多个功能部件的一组公共信号线 地址总线AB（单向）：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。CPU的寻址范围 = 2n， n为地址线根数 数据总线DB（双向）：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。 控制总线CB（双向）：用来传送各种控制信号。,Page 97,1.3.3 微型机的工作过程,程序预先存放在计算机的

40、存储器中，计算机按程序的流程自动地连续取出指令并执行之。 为实现自动连续地执行程序，控制器内设置有程序计数器PC，它可根据指令的长度自动增量（总是指向下一条指令）。只要给出程序中第一条指令的地址，控制器就可依据程序中的指令顺序地取指令、译码、执行指令，直到完成。,Page 98,执行指令的三个基本步骤： 取指、译码和执行,取指令；PC增量，指向 下条指令,译码,执行,Page 99,指令流水线,取指令,指令译码,取操作数,执行指令,存放结果,CPU执行一条指令的过程类似于工厂生产流水线，被分解为多个小的步骤，称为指令流水线。,原料,调度分配,生产线,成品,仓库,出厂,数据和程序指令,控制器的调

41、度分配,ALU等 功能部件,处理后的数据,存储器,输出,Page 100,例：计算5+8,汇编语言程序 对应的机器指令 对应的操作 - - - MOV AL, 5 10110000 将立即数1传送到累加寄存器AL中00000101 ADD AL, 8 00000100 计算两个数的和，结果存放到AL中00001000 MOV 0008, AL 10100010 将AL中的数传送到0008地址单元0000100000000000 HLT 11110100 停机,Page 101,1.4 微处理器,8086 、 8088基本类似 16位CPU、AB宽度20位 差别： 指令预取队列：8088为4字节

42、，8086为6字节 数据总线引脚：8088有8根，8086有16根 8088为准16位CPU，内部DB为16位，但外部仅为8位，16位数据要分两次传送,1.4.1 8086/8088微处理器,Page 102,1.4.2 8088 CPU的引线及功能,引脚定义的方法可大致分为： 每个引脚只传送一种信息（RD等）； 引脚电平的高低代表不同的信号（IO/M等）； CPU工作于不同方式有不同的名称和定义； 分时复用引脚（AD7 AD0 等） ；为了减少芯片的引脚，8088的许多引脚具有双重定义和功能，可以分时复用；即在不同时刻，这些引线上的信号是不同的。 引脚的输入和输出分别传送不同的信息。,Pag

43、e 103,1.4.3 8088的外部引脚及其功能,40条引脚， 双列直插式封装,=1，最小模式 =0，最大模式,地址、段寄存器状态复用；S6=0， S5=IF， S4S3=00，ES S4S3=01，SS S4S3=10，CS S4S3=11，DS,=1，访问输入输出端口； =0，访问存储器,数据允许信号，数据总线上有有效数据；,数据传送方向控制信号， =1，CPU发送数据； =0，CPU接收数据；,输入信号，由内存或I/O设备发出。,地址锁存允许信号，ALE=1，,可屏蔽中断请求输入信号；,系统状态信号输出；,Page 104,Page 105,Page 106,1.4.4 8086/80

44、88CPU的两种工作模式,8086/8088可工作于两种模式： 最小模式： 总线由芯片本身的引脚直接引出。仅需4片外围芯片便可构成一个小型应用系统，为单处理机模式。 最大模式： 系统总线由8086/8088和总线控制器8288共同构成。这种模式下构成的微型机除8086/8088 CPU以外，还可以接一个协处理器8087，构成多微处理器系统；,Page 107,主要引线（最小模式下）,8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决定：MN/MX=0时工作于最大模式，反之工作于最小模式。 数据信号线(DB)与地址信号线(AB)： AD7AD0：三态，地址/数据复用线。ALE有效时输出地址的低

45、8位。传送数据信号时为双向。 A19A16：三态，输出。高4位地址信号，与状态信号 S6-S3分时复用。 A15A8 ：三态，输出。输出8位地址信号。,Page 108,最小模式下的连接示意图,8086 CPU, ,控制总线,数据总线,地址总线,地址 锁存器,数据总线 缓冲器,ALE,时钟发 生 器,8284A,地址/数据,8286,8282,Vcc,DEN,DT/R,Page 109,最大模式下的连接示意图,8088 CPU,数据总线,地址总线,地址 锁存器,数据总线缓冲器,时钟发 生 器,总 线 控制器,控制总线,8284A,8288,ALE,CLK,8282,8286,GND,Page

46、110,最大模式：,PC/XT微机,Page 111,1.4.5 8086/8088的内部寄存器,含14个16位寄存器，按功能可分为三类8个通用寄存器4个段寄存器2个控制寄存器,Page 112,1、通用寄存器,数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）,Page 113,数据寄存器,8088含4个16位数据寄存器，它们又可分为8个8位寄存器，即： AX AH，AL BX BH，BL CX CH，CL DX DH，DL 常用来存放参与运算的操作数或运算结果,Page 114,数据寄存器特有的习惯用法,AX：累加器。多用于存放中间运算结果。所有 I/O指令必须都通过AX与接口传送信息； BX：基址寄存器。在间接寻址中用于存放基地址； CX：计数寄存器。用于在循环或串操作指令中存放循环次数或重复次数； DX：数据寄存器。在32位乘除法运算时，存放高16位数；在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址。,