计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 学时数安排学时数安排 讲课：讲课： 32学时学时 实验：实验： 32学时学时 任课教师：黄任课教师：黄 勤勤 联系电话：联系电话：65106554 65106554 邮件地址：邮件地址：huangqin 课程教材课程教材: 任课教师：黄任课教师：黄 勤勤 联系电话：联系电话：65106554 65106554 邮件地址：邮件地址：huangqin 实验课程教材及课外指导实验课程教材及课外指导: : 微型计算机原理及接口技术实验教程微型计算机原理及接口技术实验教程 -重庆大学出版社重庆大学出版社 2015.92015.9 计算机硬件技术基础（第二版）邹逢兴主编计算机硬件技术基础（第二版）邹逢兴主编 -高等教育出版社高等教育出版社 计算机硬件技术基础学习指导计算机硬件技术基础学习指导 -重庆大学出版社重庆大学出版社 微型计算机原理与接口技术项目教程（第微型计算机原理与接口技术项目教程（第2 2版）杨居义主编版）杨居义主编 -清华大学出版社清华大学出版社 考试形式：考试形式： 开卷开卷 实验实验 20% 笔试笔试 70% 考试分数计算：考试分数计算： 平时平时 10% 学习方式：学习方式： 预习预习+ +听课听课+ +自学自学+ +复习复习 ( (期中期中 10%，期末，期末 60%） 目的目的: :使学生使学生从理论和实践上掌握现代微型计算机的从理论和实践上掌握现代微型计算机的 基本组成、工作原理及典型接口技术，建立微机系统基本组成、工作原理及典型接口技术，建立微机系统 整体概念，使学生具有运用现代微机技术进行软、硬整体概念，使学生具有运用现代微机技术进行软、硬 件设计开发的坚实基础，具有分析解决实际问题的能件设计开发的坚实基础，具有分析解决实际问题的能 力和创新意识。力和创新意识。 课程教学目的要求课程教学目的要求 要求：要求： 既要学会动脑，也要学会动手既要学会动脑，也要学会动手 课程的作用课程的作用 该课程为电气信息类、机械自动化、该课程为电气信息类、机械自动化、机械电子、机械电子、化化 工自动化、航空航天、智能交通等专业的专业基础课，工自动化、航空航天、智能交通等专业的专业基础课， 在这类专业的课程体系设计中本课程起作承前启后的关在这类专业的课程体系设计中本课程起作承前启后的关 键作用，它前承键作用，它前承电工电子学、电工电子学、数字电路数字电路、模拟电路、模拟电路课程课程 ，后起，后起计算机接口技术及应用、嵌入式技术及应用、数计算机接口技术及应用、嵌入式技术及应用、数 控技术、机器人技术、机械电气控制及自动化、微型传控技术、机器人技术、机械电气控制及自动化、微型传 感器与驱动器感器与驱动器等课程，其应用领域涉及汽车、建筑、环等课程，其应用领域涉及汽车、建筑、环 境、医药、交通、材料、半导体、信息处理等众多学科境、医药、交通、材料、半导体、信息处理等众多学科 领域，是一门多学科交叉的基础课程。领域，是一门多学科交叉的基础课程。 后续课程：后续课程： 计算机综合项目训练等计算机综合项目训练等 前修课程：前修课程： 电工电子学电工电子学（数字电路数字电路、模拟电路）、模拟电路） 主主 板板 电路原理图电路原理图 模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电工电子学模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电工电子学 印制电路板图（印制电路板图（PCBPCB板图）板图） PCBPCB板制作软件（自学）板制作软件（自学） 印制电路板印制电路板 计算机综合项目训练计算机综合项目训练 教学目标教学目标 介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、 主要性能指标及应用发展概况。主要性能指标及应用发展概况。 学习要求学习要求 通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作 过程及现代微机的基本知识。过程及现代微机的基本知识。 第第1 1章章 微型计算机基础微型计算机基础 第第1 1章章 微型计算机基础微型计算机基础 1 1. .1 1 微型计算机的组成微型计算机的组成 1 1. .2 2 微型计算机的基本工作过程微型计算机的基本工作过程 1 1. .3 3 微型计算机的运算基础微型计算机的运算基础 1 1. .4 4 典型微型计算机典型微型计算机 1 1. .1 1 微型计算机的组成微型计算机的组成 微型计算机系统微型计算机系统？ 1 1. .CPU(CPU(中央处理器中央处理器、微处理器微处理器） 运算器、控制器、寄存器组运算器、控制器、寄存器组 微型计算机微型计算机 系统软件、应用软件系统软件、应用软件 硬件和软件两大部分组成硬件和软件两大部分组成 主要功能：实现运行主要功能：实现运行、计算和控制计算和控制 2 2. .微型计算机微型计算机 微型计算机在硬件上普遍采用总线结构，总线结构使系统构成微型计算机在硬件上普遍采用总线结构，总线结构使系统构成 方便，并具有很好的可维护性和可扩展性。方便，并具有很好的可维护性和可扩展性。 （1 1）微型计算机的硬件结构特点微型计算机的硬件结构特点 根据总线的组织方式，可把微型计算机的硬件结构分为单总线结构、双根据总线的组织方式，可把微型计算机的硬件结构分为单总线结构、双 总线结构和双层总线结构总线结构和双层总线结构 所谓总线所谓总线，就是一组用于信息传输的公共信号线就是一组用于信息传输的公共信号线，连在总线上的连在总线上的 所有部件均能使用的公共线路所有部件均能使用的公共线路，但使用必须是分时的但使用必须是分时的。按传输信息方按传输信息方 向向，总线分为只能单方向传输信息的单向总线和可以双向传送信息的总线分为只能单方向传输信息的单向总线和可以双向传送信息的 双向总线双向总线。按传输信息类别按传输信息类别，总线分为传输数据信息的数据总线总线分为传输数据信息的数据总线 （DataData BusBus ,DB,DB）、传输地址信息的地址总线传输地址信息的地址总线（AddressAddress BusBus ，ABAB ） 和传输控制信息的控制总线和传输控制信息的控制总线（ControlControl Bus,Bus, CBCB）。 （3 3）数据总线数据总线、地址总线地址总线、控制总线控制总线 用于实现用于实现CPUCPU与内存储器或与内存储器或I/OI/O设备间的信息交换设备间的信息交换。DBDB是是 双向总线双向总线。DBDB的位数越多的位数越多（宽宽），一次传输的数据信息一次传输的数据信息 量就越大量就越大，8 8位位DBDB一次只能传输一次只能传输1 1个字节的数据信息个字节的数据信息，而而 6464位位DBDB则一次可以传输则一次可以传输8 8个字节的数据信息个字节的数据信息。 数据总线数据总线DBDB （2 2）总线总线 用来确定用来确定CPUCPU要访问的内存单元或要访问的内存单元或I/OI/O端口的地址信号端口的地址信号， 它是由微处理器发出它是由微处理器发出，故故ABAB为单向总线为单向总线。ABAB的位数越宽的位数越宽， 寻址的空间就越大寻址的空间就越大。对于地址总线为对于地址总线为1616位的微处理器而位的微处理器而 言言，即有即有ABAB15 15 ABAB0 0 1616条地址线条地址线，寻址范围为寻址范围为2 216 16= =64 64KBKB； 对于地址总线为对于地址总线为3232位微处理器而言位微处理器而言，其寻址范围为其寻址范围为 2 232 32= =4 4GB GB。 用于传送控制信号的一组信号线用于传送控制信号的一组信号线。它包括微处理器向存它包括微处理器向存 储器发送的读选通信号储器发送的读选通信号RDRD、写选通信号写选通信号WRWR，以及外设向以及外设向 微处理器发送的中断请求信号微处理器发送的中断请求信号NMINMI、INTRINTR等等。控制总线的控制总线的 各位作用不同各位作用不同，且一般都是单向的且一般都是单向的。 地址总线地址总线ABAB 控制总线控制总线CBCB 3 3. .微型计算机系统微型计算机系统 微机系统各类接口框图微机系统各类接口框图 1 1. .2 2 微型计算机的基本工作过程微型计算机的基本工作过程 1 1. . 微型计算机的主要组成部分及功能微型计算机的主要组成部分及功能 1 1）微处理器的内部硬件结构微处理器的内部硬件结构 微处理器是微型计算机的运算和控制指挥中心。它主要由运算器、微处理器是微型计算机的运算和控制指挥中心。它主要由运算器、 控制器和寄存器组三个主要部件以及内总线组成。控制器和寄存器组三个主要部件以及内总线组成。 运算器运算器 由累加器由累加器（AccumulatorAccumulator，A A）、暂存器暂存器（TemporaryTemporary，TMPTMP）、 算术逻辑单元算术逻辑单元（ArithmeticArithmetic LogicLogic UnitUnit，ALUALU）、标志寄存器标志寄存器 （FlagFlag RegistersRegisters，F F）和一些逻辑电路组成和一些逻辑电路组成。 累加器累加器 算术逻辑单元算术逻辑单元 标志寄存器标志寄存器 CFCF进位标志进位标志 CF=CF= 1 1 运算时产生了进运算时产生了进/ /借位借位 0 0 运算时无进运算时无进/ /借位借位 ZFZF零标志零标志 ZF=ZF= 1 1 运算结果为零运算结果为零 0 0 运算结果非零运算结果非零 SFSF符号标志符号标志 SF=SF= 1 1 运算结果为负运算结果为负 0 0 运算结果为正运算结果为正 AFAF辅助进位标志辅助进位标志 AF=AF= 1 1 运算时有辅助进运算时有辅助进/ /借位借位 0 0 运算时无辅助进运算时无辅助进/ /借位借位 PFPF奇偶标志奇偶标志 PF=PF= 1 1 运算结果中“运算结果中“1”1”的个数为偶数的个数为偶数 0 0 运算结果中“运算结果中“1”1”的个数为奇数的个数为奇数 OFOF溢出标志溢出标志 OF=OF= 1 1 有溢出有溢出 0 0 无溢出无溢出 如：两无符号数如：两无符号数A A、B B进行比较进行比较 ： = 若若A AB B 后有后有 ZF=1ZF=1，则，则 A BA B 若若A AB B 后有后有 CF=1CF=1，则，则 A BA B 若是带符号数进行大小比较，能用若是带符号数进行大小比较，能用CFCF标志来判断？标志来判断？ 例：例：A=FFHA=FFH，B=01HB=01H；A AB=FEHB=FEH，此时，此时CF=0CF=0，A AB B？ 对带符号数的大小判断有两种方法对带符号数的大小判断有两种方法 方法一：数值与符号分开判断方法一：数值与符号分开判断 方法二：数值与符号同时判断方法二：数值与符号同时判断 例：若例：若A A0 0 ，B B0 0 ，应有，应有A AB B 成立成立 A=100DA=100D，B=B=50D50D， A AB B有：有： 0 1 1 0 0 1 0 0 B0 1 1 0 0 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 0 B0 0 1 1 0 0 1 0 B 1 0 0 1 0 1 1 0 B1 0 0 1 0 1 1 0 B SF = 1 A