微型计算机技术 主讲教师：郭辉辉 三峡大学计算机与信息学院

学习目标： 学习要求： 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。 掌握以Intel 8086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: 参考教材: 《微型计算机技术》，陈慈发等主编，科学出版社 孙德文《微型计算机技术》高等教育出版社 雷丽文《微机原理与接口技术》电子工出版社出版 杨素行《微型计算机系统原理及应用》清华大学出版社 姚燕南《微型计算机原理》西安电子科技大学出版社 刘乐善《微型计算机接口技术原理及应用》华中科技大学出版社 《80X86/Pentium处理器硬件、软件及接口技术教程》，（美）WALTER A.TRIEBEL 著，王克义等译，清华大学出版社

教学环节: 课堂教学：54学时 讲 授：第一、二、三、四、五、六、七、八章 上机实验：10学时，要求完成实验教程中的5个基本实验。

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 运算器 控制器 寄存器 微处理器 存贮器 I/O接口 系统软件 应用软件 微型计算机 I/O设备，电源机箱等 微型计算机系统 硬件 软件

二、微处理器的发展 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： 1971年 10月，Intel 4004（4位微处理器） 1972年3月，Intel 8008。集成度 2000个管／片，PMOS工艺，10μm光刻技术。

第二代，1973年开始。8位微处理器时期，典型产品有： 1973年，Intel： Intel 8080 1974年3月 Motorola：MC6800；MC6502 1975、76年 Zilog： Z80 ；

Intel 8085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．Intel 8086 首个16位机、20位地址线、1M地址空间。

1979年，Zilog：Z8000 Motorola：MC68000 Intel 80286 集成度为68000管子／片，3μm光刻技术。 数学协处理器80287 80287

80386 第四代，1981年开始，32位微处理器时期，其典型产品有： 1983年 Zilog: Z80000 1984年 Motorola: MC68020 1985年 Intel: Intel 80386， 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。 80387 数学协处理器80387

1989年 Intel公司 Intel80486， 1989年 Motorola公司MC68030，MC68040 集成度都已超过100万管子／片， 主振频率达25－120MHz。

1993年 Intel Pentium （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。

1995年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达550万／片，同片L2Cache256KB。 32位Intel 80X86系列 1995年，Pentium Pro（高能奔腾）集成度达550万／片，同片L2Cache256KB。 1997年， Pentium MMX（多能奔腾、简称 MMX）。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

1997年5月， Pentium II（PII）MMX指令集的 Pentium Pro，Slot1接口。 片上同频32K LI Cache，板上1/2主频 512K L2 Cache，兼容MMX，外频 100M。 1999年3月， Pentium III，片上同频32K LI Cache和 512K L2 Cache，兼容MMX，新增70条指令SSE（Streaming SIMD Extensions），其外频为 100M，并向 133MHz外频发展。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

Old Celeron Celeron

2001年，Pentium IV（奔腾IV，P4）主时钟达2000MHz 2002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。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期 首款支持超线程处理器：Pentium 4 3.06GHz

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。 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

工作频率为2.2GHZ，集成1MB L2 CACHE，Socket754封装 Athlon 64 AMD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1MB L2 CACHE，Socket754封装 80386后32位微处理器的发展进入鼎盛时期

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 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Intel 51系列，Atmel AVR系列，Motorola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架构的单板机系统等。 个人计算机：所谓“个人计算机”（PC Personal Computer），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MAC系列个人计算机。

1.2 微型计算机组成 一、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。 存储器 控制器 运算器 中央处理单元 外存储器 内存储器 I/O接口 输入设备 输出设备

二、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，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，Data Bus），地址总线(AB，Address Bus)和控制总线(CB，Control Bus)。

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: 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。

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 MOV AL，[2000H] 2000：0003 ADD AL，10H 2000：0005 OUT 20H，AL 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MOV AL，[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。 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OUT 20H，AL 该指令被分析译码 微处理器将AL的数据传送给20H端口。

几个基本概念： 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。