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1、微型计算机原理与接口技术 周荷琴 吴秀清编著 许江淳 Department of Automation,选用教材及参考教材:,选用教材：微型计算机原理与接口技术（第4版）中国科技大学出版社 周荷琴 吴秀清 编参考教材：1、微型计算机技术及应用从16位到32位 清华大学出版社 戴梅萼 史嘉权 编著2、16位微型计算机原理.接口及其应用 中国科技大学出版社 周佩玲 吴耿锋等编著3、IBMPC汇编语言程序设计 清华大学出版社 沈美明 温冬蝉编著,Kunming University of Science&Technology,Page 2,本门课程学习要求：,1、不允许缺课，认真听讲2、课前预习，课
2、后复习3、独立并按时完成作业4、由于该门课学习任务重(包括微机原理、汇编语言程序设计、接口电路设计等三部分内容),时间紧(授课66学时、实验14学时),所以从学期开始应合理安排学习时间(包括复习时间),否则到期末才复习时间来不及;另外必要时请做笔记。,Kunming University of Science&Technology,Page 3,本门课程学习要求：,5、本门课程正在学校网站教育在线栏目上进行网络课程建设，可以利用其资源进行学习。6、如何进入：在昆明理工大学网页上的“网上学习”中的“教育在线”栏目点击进入，输入户名和密码，选择“微机原理及程序设计”课程；7、课程资源：“课程介绍”
3、、“教学大纲”、“教学日历”、“教师信息”、“各章的重点难点”“课程通知”、“教学材料”、“试题试卷库”；每章的“网络课程作业”、“在线测试”等；“课程问题讨论”、“课程复习材料”等等。8、使用要求：（1）每章的“网络作业”、每章的“在线测试”要上网做并提交；（2）网上答疑和课程问题讨论。（3)有关的复习资料。9、如果想拿到这门课的学分，那就平时下功夫学习，恕不接待期末要成绩的学生。,Kunming University of Science&Technology,Page 4,Kunming University of Science&Technology,Page 5,关于这门课-1,课程
4、内容：学习8086微机系统的基本组成原理硬件、软件的设计、应用方法。硬件：8086CPU的基本结构和工作原理、引脚功能、工作时序、最小系统的组成、存储器的扩展设计方法、I/O接口及数据传输方式、微型计算机中断系统及功能、常用可编程接口电路（元件）的硬软件工作原理和设计、应用基本方法。软件：8086汇编语言指令系统和基本编程方法。学本门课所需的基础模拟电子技术及电路数字电子技术及电路,Kunming University of Science&Technology,Page 6,关于这门课-2,为什么要学这门课？工作需要：电子电气工程专业、自动化专业和测控技术及仪器等专业的工程技术人员必须具备微
5、机系统的基本应用方法和应用微机作为工业控制器的基本知识。学习需要：微机原理与接口技术是本专业后续课程的一门专业基础主干课，所以掌握、熟悉本门课的基本知识是本专业后续课程的需要，也是合格的电类专业大学本科生的基本要求之一。,Kunming University of Science&Technology,Page 7,关于这门课-3,本课程授课方式（4-6学时/周，共16周）讲授为主，结合网络课程辅助教学、同时不定时做课堂练习；课后做网络作业和课程作业。上课时间和自学时间的比例至少为：1:1.5课前能预习，课后能总结，上课时能做笔记。鼓励学生之间对学习中的难点疑问积极讨论，不理解的问题可以在课后
6、或答疑时问老师。独立思考，多看参考书，并有读书笔记，不懂的问题可以写在作业中，不要带着问题学习。也可通过邮件等联络方式与我联系。,Kunming University of Science&Technology,Page 8,关于期末成绩,考试方式：期末闭卷方式成绩评定方式：总评成绩=平时成绩*30%+期末考试成绩*70%其中,平时成绩=考勤+作业（含网络作业）+实验成绩，3项各占10分。,Kunming University of Science&Technology,Page 9,关于我的要求,作业要求：每人准备一个课堂练习作业本，每次课都要带来。不定期的在给定时间内，布置并完成课堂练习。
7、独立完成课后作业。按时交作业；上机要求：按给定的时间完成上机实验，按时交上机实验报告；,Kunming University of Science&Technology,Page 10,和我联系,课件获取方法：在学校网站“网上学习”“教育在线”的栏目下的“教学材料”中获取。,Kunming University of Science&Technology,Page 11,第一章 绪论,Kunming University of Science&Technology,Page 12,Outline,1.1 微型计算机的发展过程、特点和应用范围1.2 微型计算机系统,硬件基础软件基础,1.3 微型
8、计算机系统的主要性能指标1.4 微型计算机系统的分类,Kunming University of Science&Technology,Page 13,1.1 微型计算机的发展过程、特点和应用范围,Kunming University of Science&Technology,Page 14,1.1.1 计算机的发展过程,计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处理的现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动（包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习与创作等思维活动）的工具。Computer：又称电脑，是20世纪最重要的科技成果。计算机的发展过程1、1946年第一台计算
9、机“ENAIC”研制成功至今50余年以来，计算机研制大致经历了电子管式、晶体管式、集成电路式（中、小规模）、大规模及超大规模集成电路式计算机等几个阶段；现很多国家正在研制以人工智能、神经网络为主要特征的新一代计算机。,1.1.1 计算机的发展过程,2、计算机按其性能来分:有巨型、中型、小型和微型计算机。微型计算机的核心部份是微处理器或微处理机它是指由一片或几片大规模集成电路组成的、具有运算器和控制器功能的中央处理器(CPU)3、以微处理器为核心,配上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机,简称微型计算机。4、以微型计算机为中心,配以相应的外围设备、电源和辅助电
10、路,以及指挥微型计算机工作的系统软件,就构成了微型计算机系统。,Kunming University of Science&Technology,Page 15,Kunming University of Science&Technology,Page 16,1.1.2 微型计算机的发展过程,第一代(19711973年)是4位机和低档8位微机。代表产品是美国INTEL公司的4004微处理器及由它组成的MCS4微型计算机,其包括4004、4040、8008等微处理器。第二代(19741978年)是中高档8位微机，以INTEL公司的8080和8085，Motorola公司的MC6800、美国Zil
11、og公司的Z80等为CPU的微型机为典型代表。第三代（19781981年）是16位微机，如8086、Z8000和MC68000为CPU的微型机。第四代(19811992年)是32位微机,典型的CPU产品为80386、MC68020,之后,INTEL公司又推出了80486微处理器。第五代(1993年后)是64位微机。1993年3月INTEL公司推出了当前最先进的微处理器芯片64位的Pentium,该芯片采用新的体系结构,其性能大大高于INTEL系列的其它微处理器。现以发展为:奔腾、奔腾、奔腾 及奔腾。主频已达5GHz以上。,Kunming University of Science&Techno
12、logy,Page 17,微处理器的发展简史,Kunming University of Science&Technology,Page 18,1.1.3 微型计算机的特点和应用范围,特点体积小、重量轻、功能强、功耗低、价格低廉、维护方便；运算速度快、结构简单灵活、可靠性高、使用环境要求低；应用广泛；应用范围科学计算、数据处理、办公自动化、过程控制、辅助系统、仿真等等。,Kunming University of Science&Technology,Page 19,1.2 微型计算机系统,Kunming University of Science&Technology,Page 20,1.2
13、.1 几个概念,有必要区分四个概念：微处理器、微型计算机、微型计算机系统、系统集成。(1)微处理器：MPU(Micro Processing Unit)组成：由算术逻辑部件、累加器和通用寄存器组、程序计数器、时序和控制逻辑部件、内部总线等组成。功能：完成算术/逻辑运算；负责整机控制，协调CPU内部和外部的工作。特点：不能构成独立工作的系统，也不能独立执行程序，必须配上存储器、I/O设备才能工作。,MPU=ALU+CU+R+内部总线,Kunming University of Science&Technology,Page 21,(2)微型计算机,MC(Micro Computer)组成：MPU
14、、存储器、I/O接口电路和系统总线。功能和特点：具有运算功能，能独立执行程序。但运算结果无法显示和输出。还需要I/O设备。,MC=MPU+M(ROM+RAM)+I/O接口+系统总线,Kunming University of Science&Technology,Page 22,(3)微型计算机系统功能和特点：能方便地实现数据的输入和输出。系统软件包括操作系统，应用软件为用户的应用程序，二者是为了便于用户使用微型计算机系统。硬件系统：通俗地说就是构成计算机的看得见摸得着的部件，即构成计算机的硬设备。例如：计算机的主机、显示器、键盘、磁盘驱动器等。系统软件：操作计算机工作的指令集，分为汇编语言和
15、高级语言。,MCS=MC+外围设备(外设+I/O外设)+电源+辅助电路+软件(系统软件+应用软件),Kunming University of Science&Technology,Page 23,(4)系统集成组成：多台计算机连接成网络。功能：实现信息共享、分布式处理或信息的集中管理，实现信息共存和开放性。,Kunming University of Science&Technology,Page 24,1.2.2 总线概念,总线：概念：在计算机系统中各个部件之间传送信息的公共通路。意义：微型计算机是面向总线结构的，各部件只要符合总线标准，就可以加入系统。系统的扩展性好。总线分类：内部总线，
16、元件级总线，系统总线，局部总线。(1)内部总线：微处理器内部各部件之间传送信息的通路。(2)元件级总线：连接计算机系统中两个主要部件的总线。包括：地址总线，数据总线和控制总线。,Kunming University of Science&Technology,Page 25,(3)板级总线(系统总线)：各模块、接口板之间连接的总线。总线标准：国际上正式公布或推荐的系统各个模块互连的标准。包括：插座的尺寸，引线数目，颜色、引脚含义和时序等。例如：PC总线，ISA总线，EISA总线、VGA及AGP总线等。(4)局部总线：在多总线多处理器结构的微型机系统中，每个子系统有自己的局部总线，局部总线上挂有
17、局部存贮器及局部I/O接口，便于子系统内部的数据交换。只有访问公共存储器或I/O接口时，采用系统总线。意义：提高各子系统的并行性，避免系统总线的堵塞。,Kunming University of Science&Technology,Page 26,1.2.3 微型机的硬件组成及功能描述,微型计算机的硬件组成部分主要有微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口、系统总线。,基本组成原理结构图,Kunming University of Science&Technology,Page 27,三总线结构,地址总线：用于CPU向存储器或I/O端口传送地址。地址总线的位数决定CPU可直接
18、寻址的内存容量。例如：地址总线为20位，最大寻址范围=220=1M字节。单向总线数据总线：CPU与存储器及外设交换数据的通路。一般地，数据总线的位数=微处理器的位数。双向总线控制总线：用来传输控制信号的信号线。传输方向就具体控制信号而定。控制总线的宽度根据系统需要确定。有些是单向，有些是双向。,Kunming University of Science&Technology,Page 28,CPU,微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部件，由运算器、控制器和寄存器 3 部分组成。运算器用于完成数据的算术和逻辑运算。寄存器用来暂存参加运算的操作数和运算结果。控制器由指令寄存器、指令译码
19、器和控制电路组成。指令：是一组二进制编码信息，主要包括两个内容：告诉计算机进行什么操作；指出操作数或操作数地址。控制电路：根据指令的要求向微型机各部件发出一系列相应的控制信息，使它们协调有序地工作。,Kunming University of Science&Technology,Page 29,存储器,存储器是指微型计算机的内存储器用来存放程序、原始操作数、运算的中间结果数据和最终结果数据。程序：程序是按解题顺序编排、用一系列指令表示的计算步骤。程序和数据的存储：程序和数据在形式上均为二进制码，它们均以字节为单位存储在内存储器中，一个字节占用一个存储单元，并具有唯一的地址号。,Kunming
20、 University of Science&Technology,Page 30,CPU对内存储器的操作,CPU可以对内存储器执行读/写两种操作：读操作过程（输入）读存储器操作是在控制部件发出的读命令控制下，将内存中某个存储单元的内容取出，送入CPU中某个寄存器；写操作过程:（输出）写存储器操作是在控制部件发出的写命令控制下，将CPU中某寄存器内容传送到存储器的某个存储单元中。【注意】:写操作执行后，存储单元内容被改变；读操作执行后，存储单元内容不变。,Kunming University of Science&Technology,Page 31,I/O设备,输入/输出(缩写为I/O)设备
21、统称外部设备，是微型计算机的重要组成部分。输入设备：任务是将程序、原始数据及现场信息以计算机所能识别的形式送到计算机中，供计算机自动计算或处理用。微型机中常用的输入设备包括键盘、鼠标器、数字化仪、扫描仪、A/D转换器、只读激光盘(CD-ROM)及其驱动器等。输出设备任务是将计算机的计算和处理结果或回答信号以人能识别的各种形式表示出来。微型机中常用的输出设备包括显示器、打印机、绘图仪、D/A转换器等。软磁盘、硬磁盘及其驱动器对微型机来说，既是输入设备又是输出设备。软磁盘、硬磁盘及光盘又统称为计算机的外存储器,Kunming University of Science&Technology,Pag
22、e 32,【附录1】微型机工作原理简述,Kunming University of Science&Technology,Page 33,附录1 微型机工作原理简述,1、取指令过程 CPU中的指令指针用来存放下一条要取出指令的存储单元地址。指令指针的存在对一条指令的执行来说是必不可少的，程序中的指令是按顺序执行的。当需要将欲执行的指令码取出时，首先把指令指针的内容经地址锁存器送地址总线，选中存储器中某一存储单元，然后再从此存储单元取出欲执行的指令码。与此同时，指令指针的内容送地址锁存器后，便被自动加 1，以便为取出下一条指令码作好准备。若一条指令码不止一个字节，则每个字节的取出过程与此相同。,
23、Kunming University of Science&Technology,Page 34,2)指令的执行过程:指令信号被送入控制部件，控制部件在该指令信号控制下按照一定的时间顺序发出一系列控制信号，以使指令的各种微操作(如取数、运算、存数等)按顺序正确执行。3)指令的转移过程:当遇到转移指令时，该转移指令执行过程中将要转移到的指令地址置入指令指针，形成下条指令地址。4)指令的连续执行过程：当前指令执行完后，由于指令指针内容已指向下条指令地址，随着计算机时序周期的连续运行，便可根据下条指令地址取出下条指令码，以便执行下条指令 周而复始，直至程序执行完为止。,2)指令的执行过程:指令信号被
24、送入控制部件，控制部件在该指令信号控制下按照一定的时间顺序发出一系列控制信号，以使指令的各种微操作(如取数、运算、存数等)按顺序正确执行。3)指令的转移过程:当遇到转移指令时，该转移指令执行过程中将要转移到的指令地址置入指令指针，形成下条指令地址。4)指令的连续执行过程：当前指令执行完后，由于指令指针内容已指向下条指令地址，随着计算机时序周期的连续运行，便可根据下条指令地址取出下条指令码，以便执行下条指令 周而复始，直至程序执行完为止。,Kunming University of Science&Technology,Page 35,【附录2】应该知道的人和应该了解的事,Kunming Uni
25、versity of Science&Technology,Page 36,【附录2】一个你应该知道的人,William Henry Gates III昵称比尔盖茨(Bill Gates)1955年10月28日出生，在西雅图长大。他的父亲威廉亨利盖茨是一位律师，母亲是一位教师，性格坚强，富有独立性，善于与人交往。1973年进入哈佛大学法律系学习，19岁时退学，与同伴保罗艾伦(Paul Allen)创办电脑公司，直到后来创办了微软公司，自任董事长、总裁兼首席执行官。微软CEO鲍尔默评价Gates：“他是一个比较内向的小伙子，不太爱说话，但身上充满了活力，尤其是一到晚上就活跃起来。当时的情况是，经
26、常在我早上醒来时，他才准备睡觉。”。,Kunming University of Science&Technology,Page 37,你可能不知道的Gates,15岁时，帮助一家名为CCC的电脑公司抓臭虫，帮助信息科学的公司设计工资管理软件，17岁的时候，盖茨卖掉了他的第一个电脑编程作品一个时间表格系统，买主是他的高中学校，价格是4200美元。18岁，帮助美国国防项目承包商TRW公司开发的管理水库的电脑监督控制系统，消灭电脑臭虫。盖茨在SAT（美国大学入学考试）标准化测试中得分1590，这项测试的满分是1600。、在哈佛上学的时候，盖茨参与编写了Altair BASIC，这成为Microso
27、ft（当时称为Micro-Soft）的第一款产品。每当盖茨思考或者全神贯注的时候，他会在椅子上前后摇摆晃个不停，这一怪癖要追溯到他小时侯喜欢在木马上摇摆上好几个小时后来微软的员工已经很习惯看到他们的头儿参加会议的时候一边思考，一边倾听，一边摇摆 比尔盖茨每秒赚250美元，每天赚2000万美元，一年赚78亿美元。,Kunming University of Science&Technology,Page 38,Gates给青年的11条忠告(首发于时代杂志),1生活是不公平的，你要去适应它。2这个世界并不会在意你的自尊，而是要求你在自我感觉良好之前先有所成就。3刚从学校走出来时你不可能一个月挣4万
28、美元，更不会成为哪家公司的副总裁，还拥有一部汽车，直到你将这些都挣到手的那一天。4如果你认为学校里的老师过于严厉，那么等你有了老板再回头想一想。5卖汉堡包并不会有损于你的尊严。你的祖父母对卖汉堡包有着不同的理解，他们称之为“机遇”。6如果你陷入困境，那不是你父母的过错，不要将你理应承担的责任转嫁给他人，而要学着从中吸取教训。,Kunming University of Science&Technology,Page 39,7在你出生之前，你的父母并不像现在这样乏味。他们变成今天这个样子是因为这些年来一直在为你付账单、给你洗衣服。所以，在对父母喋喋不休之前，还是先去打扫一下你自己的屋子吧。8你所在的学校也许已经不再分优等生和劣等生，但生活却并不如此。在某些学校已经没有了“不及格”的概念，学校会不断地给你机会让你进步，然而现实生活完全不是这样。9走出学校后的生活不像在学校一样有学期之分，也没有暑假之说。没有几位老板乐于帮你发现自我，你必须依靠自己去完成。10电视中的许多场景决不是真实的生活。在现实生活中，人们必须埋头做自己的工作，而非像电视里演的那样天天泡在咖啡馆里。11善待你所厌恶的人，因为说不定哪一天你就会为这样的一个人工作。,Kunming University of Science&Technology,Page 40,Thanks!,
