微 机 原理与接口技术

1. 微机原理与接口技术 刘兆瑜 13526897058 liuzhaoyu@zzia.edu.cn

2. 第1章 微型计算机概述 本章主要介绍微型计算机系统的基础知识，包括微型计算机系统的发展及其特点、组成结构、发展历程、分类及其功能应用等。

3. 1.1 微型计算机的发展及其特点 数字电子计算机由各种电子器件共同组成，它是能够自动、高速、精确地进行算数、逻辑控制和信息处理的现代化设备。 微处理器是指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。

4. 1.1.1 微型计算机发展概况 1. 第一代（1971-1973年）： 4位或8位微处理器和微型计算机 • 4004、4040 • 8008

5. 1.1.1 微型计算机发展概况 2. 第二代（1973-1977年）： 8位中、高档微处理器和微型计算机 • Intel 8080 • Motorola MC6800 • Zilog Z80

6. 1.1.1 微型计算机发展概况 3.第三代（1978-1984年）： 16位微处理器和微型计算机 • Intel8086、8088、80286 • MC68000、MC68010、Z8000

7. 1.1.1 微型计算机发展概况 4.第四代（1985-1989年）： 32位微处理器和微型计算机 • Intel80386、80486 • MC68020、MC68030

8. 1.1.1 微型计算机发展概况 5.第五代（1993-1995年）： 超级32位Pentium微处理器和微型计算机 • 32位微处理器Pentium

9. 1.1.1 微型计算机发展概况 6.第六代（1995年以后）： 新一代64位微处理器和微型计算机

10. Intel 80x86系列处理器 酷睿2 安腾 奔腾4 奔腾III 奔腾II 奔腾 80486 80386 不是我不明白， 这世界变化太快。 扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！ 80286 8086 4004

11. 1.1.2 微型计算机的特点 微型计算机本质上与其它计算机的不同是广泛采用了集成度相当高的器件和部件，特别是把组成计算机系统的两大核心部件运算器和控制器进行集成。

12. 1.1.2 微型计算机的特点 1. 体积小、重量轻、功耗低 由于微型计算机采用了大规模和超大规模集成电路，使得构成微型计算机所需的器件数目大大减少，体积大大缩小。

13. 1.1.2 微型计算机的特点 2. 性能价格比高 随着超大规模集成电路技术的进一步成熟，生产规模和自动化程度的不断提高，微型计算机价格还会越来越便宜，性能价格比也会越来越高。

14. 1.1.2 微型计算机的特点 3.可靠性高，结构灵活，对使用环境要求低 系统内部使用芯片数目大大减少，接插件数目也大幅减少，外部引线得到了简化；MOS电路芯片功耗低、发热量小，微型计算机可靠性能得到了大大提高。

15. 1.1.2 微型计算机的特点 4. 适应性强，应用面广 采用模块化总线结构，各功能部件通过标准化的插槽和端口相连，用户选择不同功能部件和相应外设就可构成不同要求和规模的微型计算机系统。

16. 1.1.3 微型计算机的分类 1. 按CPU字长分类 字长是指计算机直接处理的二进制数的位数，它是微型计算机的一个重要参数。按字长一般可分为4位、8位、16 位、32位和64位机。

17. 1.1.3 微型计算机的分类 2. 按组装形式分类 • 微型计算机：把CPU、存储器、各种I/O端口芯片、驱动电路、电源等装配在不同印刷电路板上，各印刷电路板通过标准总线插槽连接起来构成的。

18. 1.1.3 微型计算机的分类 • 单板机：将CPU、内存储器、I/O端口芯片、简单的I/O设备、数码显示器等组装在一块印刷电路板上。 • 单片机：又称微控制器或嵌入式控制器，它将CPU、ROM/RAM存储器、定时器/计数器、中断控制，I/O接口电路等集成在一片芯片上。

19. 1.1.3 微型计算机的分类 3. 按用途分类 • 个人计算机（PC：Personal Computer） • 工作站/服务器 • 网络计算机（NC：Network Computer）

20. 1.1.3 微型计算机的分类 4. 按结构形式分类 • 台式机：交流电源，部件分立 • 便携机：直流电源，部件集成 • 平板电脑：手写输入，发展趋势

21. 中国超级计算机谱系表 国防科技大学计算机研究所——“银河”系列 银河-Ⅰ1983年 运算速度每秒1亿次银河-Ⅱ 1994年 运算速度每秒10亿次银河-Ⅲ 1997年 运算速度每秒130 亿次银河-Ⅳ 2000年 运算速度每秒1万 亿次 天河一号2009年 运算速度每秒1206万亿次

22. 中科院计算技术研究所——“曙光”系列 曙光一号1992年 运算速度每秒6.4亿次曙光-1000 1995年 运算速度每秒25亿次曙光-1000A 1996年 运算速度每秒40亿次曙光-2000Ⅰ 1998年 运算速度每秒200亿次曙光-2000Ⅱ 1999年 运算速度每秒1117亿次曙光-3000 2000年 运算速度每秒4032亿次曙光-4000L 2003年 运算速度每秒4.2万亿次曙光-4000A 2004年 运算速度每秒11万亿次曙光-5000A 2008年 运算速度每秒230万亿次曙光-星云2010年 运算速度每秒1271万亿次

23. 国家并行计算机工程技术中心——“神威”系列国家并行计算机工程技术中心——“神威”系列 神威-Ⅰ 1999年 运算速度每秒3840亿次 神威3000A 2007年 运算速度每秒18万亿次 神威-Ⅱ在研 运算速度每秒300万亿次 （军用）

24. 联想集团——“深腾”系列 • 深腾1800 2002年 运算速度每秒1万亿次深腾6800 2003年 运算速度每秒5.3 万亿次 • 深腾7000 2008年 运算速度每秒106.5万亿次 • 深腾X在研 运算速度每秒1000 万亿次

25. 中国天河一号千万亿次超级计算机。

26. 当前世界冠军日本“京”具有最高每秒8100万亿次的浮点运算能力，可列入1亿亿次计算机的行列，是排名第二的中国天河一号A（峰值计算能力2600万亿次）的3倍之多

27. 1.2 微型计算机结构 1.2.1 计算机的组成 1946年，美籍匈牙利著名的数学家冯•诺依曼提出具有现代计算机基本结构的EDVAC计算机方案，它明确指出计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入、输出设备五部分组成。

28. ENIAC

29. 1.2.1 计算机的组成 任何复杂的运算和操作都可以将其转换为二进制代码所表示的简单指令，各种数据则可用二进制代码来表示；将组成程序的指令和数据存储起来，让计算机自动地执行有关指令，就可以完成各种复杂的运算操作。

30. 1.2.1 计算机的组成

31. 1.2.2 计算机的工作原理 计算机所能识别并能执行的每一条操作命令就称为一条“机器指令”，而每条机器指令都规定了计算机所要执行的一种基本操作。程序就是完成既定任务的一组指令序列，计算机按照规定的流程，依次执行各条指令，最终完成程序所要实现的目标。

32. 1.2.2 计算机的工作原理 计算机的工作方式取决于两个基本能力：一是存储程序，二是自动执行程序。 计算机是利用内存来存放所要执行的程序的，而CPU则依次从内存中取出程序的每条指令，加以分析和执行，直到完成全部指令序列为止。

33. 1.2.3 微型计算机硬件 微型计算机是以微处理器为基础，配以存储器、系统总线及输入输出接口电路所组成的硬件。它是微型计算机运行一切程序软件所必备的支持。

34. 1.2.3 微型计算机硬件 • 微处理器：微型计算机核心部件，是一个大规模集成电路芯片，其上集成了运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件 。 • 存储器：内部存储器（简称内存）是计算机的记忆部件。分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。

35. 1.2.3 微型计算机硬件 • I/O接口与I/O设备：I/O设备是微型计算机与外界联系的设备；微型计算机与I/O设备间的连接与信息交换要通过I/O接口。 • 系统总线：总线是一组信号线的集合；系统总线包括地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）三部分。

36. 1.2.4 微型计算机软件 微型计算机只有硬件是不能工作的，还必须通过软件才能完成。软件是计算机处理的程序、数据以及文件的集合。各种程序的集合构成了计算机软件系统。

37. 1.2.4 微型计算机软件 • 程序设计语言 程序是计算机用来完成预期目的而设计出来的一系列执行方法和步骤，它由指令或程序语言编写而成。汇编语言是一种符号语言，它通过助记符代替了机器语言指令中的二进制码，使编程效率大大提高。

38. 1.2.4 微型计算机软件 • 编译解释程序 用汇编语言和高级语言编写的程序称为源文件或者源程序，计算机需要将其编译为CPU能够识别的机器语言才能够运行。 实现解释功能的程序分别称为翻译程序和编译程序。

39. 1.2.4 微型计算机软件 • 操作系统 操作系统是系统软件中最关键的软件，一台完整的计算机必须由硬件和软件共同组成。用于管理计算机软、硬件资源，监控计算机及各程序运行过程的软件系统，称为操作系统（OS：Operation System）。

40. 1.2.4 微型计算机软件 • 应用软件 应用软件是为了完成某一特定任务而编制的软件，例如：办公自动化软件Office、图形图像处理软件PhotoShop等。

41. 1.2.5 微型计算机系统 以微型计算机为主体，配上电源系统、输入/输出设备及软件系统就构成了微型计算机系统。 软件系统包括系统软件和应用软件。

42. 微型计算机系统 微型计算机 微处理器 运算器控制器 寄存器组 主存储器 总线 输入输出接口电路 外部设备 软件

43. 1.3 微型计算机的性能指标和应用 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 微型计算机性能的优劣，主要是由它的系统结构、硬件组成、系统总线、外部设备以及软件配置等因素来决定的，具体表现在以下几个主要技术指标上。

44. 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 • 运算速度 通常所说的计算机运算速度（平均运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒”来描述。 （MIPS，Millions of Instructions Per Second）

45. 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 • 系统总线 系统总线是连接微型计算机系统各功能部件的公共数据通道。系统总线所支持的数据传送位数越大，总线工作时钟频率越高，微型计算机的性能就越强 。

46. 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 • 主存容量 主存容量是主存储器所能存储的二进制信息的总量，它反映了微型计算机处理信息时，容纳数据量的能力。 存储器分为内存储器和外存储器两类。

47. 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 • 主存容量 主存容量是主存储器所能存储的二进制信息的总量，它反映了微型计算机处理信息时，容纳数据量的能力。 存储器分为内存储器和外存储器两类。

48. 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 • 外部设备配置 计算机外部信息的输入、存储，处理信息的输出都必须由外部设备完成，微型计算机系统一般都配置了显示器、打印机、键盘、扫描仪等外部设备。

49. 1.3.1 微型计算机的主要性能指标 • 系统软件配置 系统软件也是计算机系统不可或缺的组成部分。微型计算机硬件系统仅是一个裸机，它本身并不能运行。若要运行，必须有基本的系统软件支持。

50. 1.3.2 微型计算机的应用 • 科学计算与信息处理 科学计算是指利用利用微型计算机来完成科学研究和工程设计中人力难以完成的计算问题。信息处理是利用微型计算机对各种形式的数据资料进行收集、处理、存储、计算、传输等。