微型计算机的系统结构与工作原理(程启明)

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1、计算机硬件技术上海电力学院自动化工程学院2013.2主讲教师:程启明老师（微机原理及其应用）内容简介、前言（程启明编写）第1章微机系统的基础知识（程启明编写）第2章微处理器（楼俊君编写）第3章存储器（楼俊君编写）第4章指令系统（楼俊君编写）第5章汇编语言程序设计（罗静编写）第6章I/O接口技术与DMA技术（黄云峰编写）第7章中断技术（赵永熹编写）第8章并行接口8255与人机接口技术（王莉编写）第9章串行通信接口技术（黄云峰编写）第10章定时/计数技术（甄兰兰编写）第11章模拟接口技术（黄云峰编写）第12章MCS-51单片机原理及程序设计基础（赵永熹编写）第13章MCS-51单片

2、机的接口（赵永熹编写）第14章计算机硬件系统的设计及开发实例（刘刚编写）附录、参考文献（程启明编写）课程内容（可根据不同课时选择讲课内容）课程目标：计算机硬件技术是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程：微型计算机的基本工作原理汇编语言软件程序设计微型计算机硬件接口技术目的：建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软、硬件开发的初步能力。课程难度：“教”与“学”都较难特点：内容多、逻辑联系少、概念抽象、记忆多、综合强（软硬结合）、入门难等。课程情况学时安排：48/69讲课+16实验+1周课程设计（自动化/测控专业）44讲程+8实验（电气或动力专业）考试成绩：出勤率

3、10%+作业10%+实验10%+期中、期末考试70%作业要求：每章或几章结束交作业本（准备2本）10周后发解答考试题型：选择、填空、判断、名词解释、计算、作图、编程等考试形式：闭卷、试卷库（任1套/10套）集体统一批改、及格率50~75%（含补考）先修课程：计算机基础、C语言、电子线路等课程地位专业基础课，讲课3/4学分+实验1学分+课程设计1学分=5/6学分。几乎所有工科（可能是除文科外绝大部分专业）必学，电类各专业必修，自动化专业、测控仪表等专业考研（初、复试）必考。与《软件技术基础》课程形成硬件与软件配套。教材及教学参考书1程启明、黄云峰等编，计算机硬件技术，中国电力出版

4、社，2012.22程启明、黄云峰、杨艳华编，计算机硬件技术实践指导，中国电力出版社，2013.22冯博琴主编，微机原理与接口技术，清华大学出版社，2002.23周明德主编,微型计算机系统原理及应用(第四版),清华大学出版社,2003.8答疑辅导地点：电力与自动化工程学院大楼xxx室手机:1337189xxxx电子邮箱:xxx@shiep.edu.cn第1章微机系统的基础知识1.1微机概述1.2微机系统的结构和工作原理1.3微机系统的工作过程1.4PC系列微机的体系结构1.5微机的数制与编码习题与思考题本章要点本章从微机系统的总体框架入手，帮助学生建立起微机系统的概念，并通过掌握

5、数据格式间的转换，为后继学习奠定基础。本章的重点是微处理器、微机、微机系统的定义和及相互关系，以及原码、补码、反码的计算。本章的难点在于对微机系统结构的理解和数据格式的转换。1.1微机概述1.1.1计算机的发展1946年，第一台计算机在美国诞生。60多年来，根据计算机采用的逻辑元件来分，计算机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路计算机这5个阶段，如图1-1所示。图1-1计算机采用的逻辑元件（1）第1代计算机，即电子管时代的计算机。从20世纪40年代末到50年代中期的计算机都采用电子管为主要元件。这一代计算机主要用于科学计算。（2）第2代计算机，即晶体

6、管时代的计算机。20世纪50年代中期，晶体管取代电子管，大大缩小了计算机的体积，降低了成本，同时将运算速度提高了近百倍。第2代计算机不仅用于科学计算，而且开始用于数据处理和过程控制。（3）第3代计算机。20世纪60年代中期，集成电路问世之后，出现了中、小规模集成电路构成的计算机。这一时期，实时系统和计算机通信网络有了一定的发展。（4）第4代计算机。20世纪70年代初，出现了以大规模集成电路为主体的计算机。这一代计算机的体积进一步缩小，性能进一步提高，发展了并行技术和多机系统，出现了精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer，RISC）。微型计算

7、机（Microcomputer）也是在第4代计算机时期产生的。（5）第5代计算机。计算机采用超大规模集成电路，在系统结构上类似人脑的神经网络，在材料上使用常温超导材料和光器件，在计算机结构上采用超并行的数据流计算等。1.1.2微机的发展计算机有多种分类方法，按性能规模可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和工作站。随着大规模集成电路的发展，计算机分别朝着巨型或大型机和超小型或微型机两个方向发展。以微处理器MPU（MicroProcessingUnit）为核心，配上大容量的半导体存储器及