微型计算机接口技术讲义与习题精讲（电子教案）

第一章 微型计算机概述

§1.1微型计算机的特点和发展

一、分类:

电子计算机通常按体积、性能和价格分类为:巨型机,大型机,中型机,小型机和微型机五类.从系统结构和基本工作上说,微型机和其他几类计算机并没有本质上的区别.所不同的是微型机广泛采用了集成度相当高的器件和部件,因此带来了以下一系列的特点.

二、微型机的特点

1.体积小,质量轻. 2.价格低廉.

3.可靠性高,结构灵活. 4.应用面广.

三、 微型机的发展:

从1974年至今仅30 余年时间,微处理器经历了四代的发展.

1. 第一代(1971年开始)

这是4位μp的时期,典型产品为:

1971年10月,Intel4004(4位),1972年3月,Intel 8008(8位),其集成度为2000管子/片,采用P-MOS工艺,10μm光刻技术.

时钟频率为1MHZ.平均指令执行时间约为20μs 2. 第二代(1973年开始) 这是8位μp的时期,典型产品为:

1973年,Intel8080;1974年3月,Motorola的MC6800.这两种是中档的8位μp。 1975年至1976年,ZILOG的Z80 ;1976年Intel 8085,这两档是高档的8位μp. 其中Intel 8080的集成度为5400管子/片,它采用了N-MOS工艺,6μm光刻技术。时钟频率为2～4MHZ.平均指令执行时间约为1～2μs。

这一时期还出现了8位单片微型计算机,以Intel 8048/8748、MC6801、Z8为代表,用于工业控制和智能仪表. 3. 第三代(1978年开始) 这是16位μp的时期,典型产品为:

1978年,Intel 8086；1979年,Zilogo的Z8000；1979年,Motorola的MC68000,其集成度为68000管子/片,它采用了H-MOS工艺,3μm光刻技术,时钟频率为4～8MHZ.平均指令执行时间约为0.5μs.

4.第四代(1981年开始) 这是32位μp时期,典型产品为:

1983年,Zilogo的Z80000；1984年7月,Motorola的MC68020,集成度为7万管子/片,采用CHMOS工艺,2μm光刻技术。1985年夏,Intel 80386,集成度为27.5万管子/片,采用

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微型计算机技术及应用

CHMOS工艺,1.2μm光刻技术,时刻频率为16～20M HZ左右,平均指令执行时间约为0.1μs. 1989-1995年,Intel又相继推出了80486和Pentium，其中Pentium的集成度已高达3100000管子/片,时钟频率高达150MHZ.

§1 .2微型机的分类

可以以不同的角度对微型机进行分类.最通常的做法是把微处理器的字长作为微型机的分类标准.

一. 4位微处理器 二. 8位微处理器 三.16位微处理器 四.32位微处理器 五.64位微处理器

六．分层的存储系统

存储器分为5层,从0层到4层.

0层: 0层通常是CPU内部寄存器,离CPU最近,存储速度最快,单数量有限.

1层: ①空间局部性.②时间局部性

片内CACHE称为第一级CACHE,片外CACHE称为第二级CACHE.

2层: 2层是主存储器.通常是由动态RAM(DRAM)组成.

3层：3层是大容量的虚拟存储器，普遍使用的是磁盘存储器。

4层：4层存储器用来存储一个时期内用不着的数据或者因其重要而需要保留的数据。

这种归档（数据库）寄存往往采用磁带或可更换的磁盘和光盘。

§1 .3 微处理器、微型计算机和微型计算机系统

一、计算机的基本组成和基本工作原理 (雷P12)

1、计算机的基本组成 (雷P12) 2、存储程序工作原理 (雷P13)

二、名词术语 (雷P13)

1、 微处理器

微处理器也称为中央处理单元CPU。 2、 微机

通过总线(BUS)和I/O(输入/输出)接口

电路,把CPU和半导体存储器(ROM、RAM)有机的地组合在一起,即构成一台计算机的物理装置,称为微机。

?1.单板机(雷P13)? 按组装的结构不同,微机可分为? ?2.单片机?3.多板机??共97页第2页

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3、微机系统（雷P14）

微机配上外部设备、系统电源和系统软件就构成一个微机系统，简称系统。 4、微机多机系统（雷P14）

由多台微机或/和多片微处理器组合而成的微机复合系统。 5、微机开发系统MDS（雷P14） 6、计算机网络系统（雷P14） 7、多媒体（雷P14）

多媒体是指文、图、声、像等单媒体与计算机程序融合在一起形成的信息传播体。

三、微机结构 (雷P14)

1、 总线 (雷P15)

(1) 地址总线(AB) (2) 数据总线(DB) (3) 控制总线(CB)

2、 微处理器(CPU或MPU) (雷P15)

?寄存器阵列RS?CPU一般由?算术逻辑运算单元ALU

?控制器和内部总线及缓冲器?PC ：程序计数器 AR ：地址寄存器 A ：累加器 RS ：寄存器阵列 PLA ：控制信号产生电路

ID ：指令译码器 IR ：指令寄存器

3、 存贮器 (雷P16)

4、微型计算机 (雷P15)

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5、微型计算机系统

§1.3微型计算机的应用

一、科学计算

二、信息处理和事务管理 三、过程控制、工业控制 四、仪器、仪表控制 五、家用电器和民用产品控制 六、事务处理、教学培训

七、计算机辅助设计和辅助制造CAD/CAM

§1.4微型计算机中数的表示和编码(略) 作业：2、3、8

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第二章 8086微处理器

§2．1 ８０８６的编程结构

一、 总线接口单元BIU

总线接口单元的功能是负责完成CPU与存储器或I／O端口传送数据。 总线接口部件有以下部分组成： ●４个段地址寄存器，即

ＣＳ－１６位的代码段寄存器； ＤＳ－１６位的数据段寄存器； ＥＳ－１６位的扩展段寄存器； ＳＳ－１６位的堆栈段寄存器 ● １６位的指令指针寄存器ＩＰ ● ２０位的地址加法器 ● ６字节的指令队列

二、 执行单元部件EU

执行单元部件的功能就是负责指令的执行。

由内部结构图可以看到，执行单元部件由下列几个部分组成： ● 四个通用寄存器，即ＡＸ，ＢＸ，ＣＸ，ＤＸ；

●４个专用寄存器，即基数指针寄存器ＢＰ，堆栈指针寄存器ＳＰ，源变址寄存器SI，目的源变址寄存器DI； ●标志寄存器（ＦＲ）； ●算术逻辑单元（ＡＬＵ）；

ＢＩＵ负责完成取指令与存取操作数，即ＣＰＵ所有与外部总线有关的操作均有其(BIU)完成，ＥＵ则负责分析、执行指令，并不需要与ＣＰＵ外部总线直接发生联系，其(EU)所需的数据和所产生的结果都通过ＢＩＵ接收或传送到外部总线。ＢＩＵ与ＥＵ两个单元一起并行工作，使得取指令与执行指令的操作并行进行，从而大大提高了工作效率．

各通用寄存器的特殊用途和隐含性质如下表所示：

通用寄存器的特殊用途和隐含性质

寄存器名 AX,AL 在乘法指令中存放被乘数或乖积,在除法指令中存放被除数或商 隐含 特 殊 用 途 在输入输出指令中作数据寄存器 隐含性质 不能隐含 共97页第5页

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