南京工程學院教案【封面】
任課系部： 電力工程學院授課時間：13/14-ⅱ學期
南京工程學院教案【教學單元首頁】
第 1～2 次課授課學時 3教案完成時間
課程目標
微機原理是學習和掌握微機硬體知識和組合語言程式設計的入門課程：
微型計算機的基本工作原理
組合語言程式設計
微型計算機接**術
建立微型計算機系統的整體概念，形成微機系統軟硬體開發的初步能力
第1章微機系統導論
1.1 微機系統組成
一、微型計算機系統的三個層次
(一) 微處理器
微處理器簡稱μp或mp(microprocessor)是指由一片或幾片大規模積體電路組成的具有運算器和控制器功能的**處理器部件，又稱為微處理機。
(二) 微型計算機
微型計算機簡稱μc或mc，是指以微處理器為核心， 配上儲存器、 輸入／輸出介面電路及系統匯流排所組成的計算機(又稱主機或微電腦)。
(三) 微型計算機系統
微型計算機系統(microcomputer system) 簡稱μcs或mcs，是指以微型計算機為中心, 以相應的外圍裝置、電源和輔助電路(統稱硬體)以及指揮微型計算機工作的系統軟體所構成的系統。
二、微型計算機系統的組成
微型計算機系統由硬體和軟體兩個主要部分組成。
(一) 硬體
微處理器:微機的計算、控制中心，用來實現算術、 邏輯運算以及其他操作,並對全機進行控制。
儲存器:(主存或記憶體)用來儲存可以供微處理器直接執行的程式或處理的資料。
輸入／輸出(i／o) : 介面晶元是微處理器與外部輸入/輸出裝置之間的介面。
目前，最流行的實際微機硬體系統一般都是由主機板（包括cpu、cpu外圍晶元組、主儲存器ram、bios晶元與匯流排插槽）、外設介面卡(如顯示卡、音效卡、網絡卡)、外部裝置（如硬碟、光碟機、顯示器、印表機、鍵盤、數據機與滑鼠）以及電源等部件所組成。
(二) 軟體
計算機軟體通常分為兩大類：系統軟體和使用者軟體。系統軟體是指不需要使用者干預的能生成、準備和執行其他程式所需的一組程式。
使用者軟體是各使用者為解題或實現檢測與實時控制等不同任務所編制的應用程式，它也稱為應用軟體。
作業系統是一套複雜的系統程式 ,用於提供人機介面和管理、排程計算機的所有硬體與軟體資源。
微型計算機的常用俗語
1．位和位元組
位（bit）是計算機所能表示的最小最基本的資料單位，它指的是取值只能為0或1的乙個二進位制數值位。位作為單位時記作b
位元組（byte）由8個位二進位制位組成，通常用作計算儲存容量的單位。位元組作為單位時記作b
k是kelo的縮寫，1k=1024=210；
m是mega的縮寫，1m=1024k=220；
g是giga的縮寫，1g=1024m=230；
t是tera的縮寫，1t=1024g=240。
2．字長
字長是微處理器一次可以直接處理的二進位制數碼的位數，它通常取決於微處理器內部通用暫存器的位數和資料匯流排的寬度。微處理器的字長有4位、8位、16位和32位等等。
8088稱為準16位微處理器，而80386sx稱為準32位微處理器。
3．主頻
主頻也叫做時鐘頻率，用來表示微處理器的執行速度，主頻越高表明微處理器執行越快，主頻的單位是mhz。
早期微處理器的主頻與外部匯流排的頻率相同，從80486dx2開始，主頻=外部匯流排頻率倍頻係數
外部匯流排頻率頻率通常簡稱為外頻，它的單位也是mhz，外頻越高說明微處理器與系統記憶體資料交換的速度越快，因而微型計算機的執行速度也越快。
倍頻係數是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例係數。
通過提高外頻或倍頻係數，可以使微處理器工作在比標稱主頻更高的時鐘頻率上，這就是所謂的超頻。
4．mips
mips是millions of instruction per second的縮寫，用來表示微處理器的效能，意思是每秒鐘能執行多少百萬條指令
由於執行不同型別的指令所需時間長度不同，所以mips通常是根據不同指令出現的頻度乘上不同的係數求得的統計平均值。
主頻為25mhz的80486其效能大約是20mips，
主頻為400mhz的pentium ii的效能為832 mips
5．icomp指數
icomp指數是intel公司為評價其32位微處理器的效能而編制的一種指標，它是根據微處理器的各種效能指標在微型計算機中的重要性來確定的，icomp指數包含的指標有整數數學計算、浮點數學計算、圖形處理以及**處理等，這些指標的重要性與它們在應用軟體**現的頻度有關，所以icomp指數說明了微處理器在微型計算機中應用的綜合性能。
6．微處理器的生產工藝
指在矽材料上生產微處理器時內部各元器件間連線線的寬度，一般以m為單位，數值越小，生產工藝越先進，微處理器的功耗和發熱量越小。
目前微處理器的生產工藝已經達到0.18m。
7．微處理器的整合度
指微處理器晶元上整合的電晶體的密度。
最早intel 4004的整合度為2250個電晶體，pentium iii的整合度已經達到750萬個電晶體以上，整合度提高了3000多倍。
微型計算機的發展
微型計算機由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置五大部分組成。
1.2 微機硬體系統結構
一種典型的微機硬體系統結構如圖所示。圖1.1中,用系統匯流排將各個部件連線起來。
圖1.1 典型的微機硬體系統結構
系統匯流排是用來傳送資訊的公共導線 , 它們可以是帶狀的扁平電纜線，也可以是印刷電路板上的一層極薄的金屬連線。所有的資訊都通過匯流排傳送。通常，根據所傳送資訊的內容與作用不同.
可將系統匯流排分為3類：資料匯流排db(data bus)，位址匯流排ab(address bus)，控制匯流排cb(control bus)。
系統中各部件均掛在匯流排上，所以 , 有時也將這種系統結構稱為面向系統的匯流排結構。
目前採用的匯流排結構可分為單匯流排、雙匯流排和雙重匯流排單匯流排結構
單匯流排結構
系統儲存器m和i/o 介面均使用同一組資訊通，因此，cpu對m的讀/寫和對i/o介面的輸入/輸出操作只能分時進行。
雙匯流排結構
m和i/o介面各具有一組連通cpu的匯流排，cpu可以分別在兩組匯流排上同時與m和i/o交換資訊,因而拓寬了匯流排頻寬,提高了匯流排的資料傳輸效率。
圖1.2 （a）單匯流排結構b）雙匯流排結構
雙重匯流排結構
有區域性匯流排與全域性匯流排。cpu通過區域性匯流排訪問區域性m和區域性i/o時, 工作方式與單匯流排相同。當系統中某微處理器需要對全域性m和全域性i/o 訪問時，則必須由匯流排控制邏輯統一安排才能進行,這時該微處理器就是系統的主控裝置。
這樣，整個系統便可在雙重匯流排上實現並行操作,從而提高了系統資料處理和資料傳輸的效率。
1.3 微處理器組成
微處理器由運算器、控制器和內部暫存器陣列3部分組成，如圖1.3所示。
圖1.3 微處理器結構
一、運算器
運算器又稱為算術邏輯單元alu(arithmetic logic unit),用來進行算術或邏輯運算以及位移迴圈等操作。參加運算的兩個運算元，累加器a(accumulator)和內部資料匯流排,可以是資料暫存器dr(data register)中的內容，也可以是暫存器陣列ra中某個暫存器的內容。運算結果送回累加器a暫存。
二、 控制器
(一) 指令暫存器ir(instruction register)
存放從儲存器取出的將要執行的指令。
(二) 指令解碼器id(instruction decoder)
對指令暫存器ir中的指令進行解碼，確定該指令應執行什麼操作。
(三) 可程式設計邏輯陣列pla(programmable logic array
產生取指令和執行指令所需的各種微操作控制訊號。
三、 內部暫存器
通常，內部暫存器包括若干個功能不同的暫存器或暫存器組。
(一) 累加器a
累加器是用得最頻繁的乙個暫存器。在進行算術邏輯運算時，它具有雙重功能：運算前，用來儲存乙個操作；運算後，用來儲存結果。
(二) 資料暫存器dr
資料暫存器dr用來暫存資料或指令。 從儲存器讀出時，若讀出的是指令，經dr 暫存的指令通過內部資料匯流排送到指令暫存器ir;若讀出的是資料, 則通過內部資料匯流排送到有關的暫存器或運算器。向儲存器寫入資料時,資料是經資料暫存器dr，再經資料匯流排db寫入儲存器的。
(三) 程式計數器pc(program counter)
程式計數器pc中存放著正待取出的指令的位址。根據pc中的指令位址，準備從儲存器中取出將要執行的指令。通常, 程式按順序逐條執行。
微機原理及應用
課程名稱 微機原理及應用 一 考試的總體要求 掌握微型計算機的基本工作原理及相關的數學及數字電子技術基礎，靈活運用所學的基礎知識與方法解決控制領域相關的計算機應用系統或主要功能模組的分析與設計問題。二 考試的內容 1.微型計算機的基本工作原理及其數學及電子技術基礎。包括典型微型計算機的基本結構組成和...
微機原理及應用試題
一 單項選擇題 在每小題的四個備選答案中，選出乙個正確的答案，並將其 填入括號內。每小題1 分，共10 分 1 指令系統不僅定義了一台計算機所能執行的 的集合，還定義了使用 的規則。a.軟體作業系統 b.應用軟體 mc ds c.指令作業系統 d.指令指令 2 通用資料讀寫預設的段暫存器ds，段內偏...
微機原理及應用實驗指導書
微機原理及應用 實驗指導書 安陽工學院 電子資訊與電氣工程學院 目錄第一章 tpc usb實驗系統介紹 3 第二章 tpc usb實驗系統硬體環境 4 2.1 usb模組介紹 4 2.1.1 usb模組結構 4 2.1.2 usb模組功能 4 2.1.3 usb模組的對外介面 4 2.1.4 usb...