chapter 1微机系统导论

1、主讲教师：胡晓娟2l理解微机硬、软件系统的功能及其相互之间的联系。理解微机硬、软件系统的功能及其相互之间的联系。l理解微机硬件系统各组成部分功能与作用，掌握各种理解微机硬件系统各组成部分功能与作用，掌握各种信息的不同流向。信息的不同流向。l理解理解CPU对存储器的读对存储器的读/写操作及其区别。写操作及其区别。l着重理解和熟练掌握程序执行的过程。着重理解和熟练掌握程序执行的过程。3微型计算机微型计算机l自从自从1946年第一台电子计算机问世以来，计算机技术不断更新，年第一台电子计算机问世以来，计算机技术不断更新，其发展已经历了其发展已经历了4代：代： 第一代电子计算机称为第一代电子计算机称为电

2、子管电子管计算机。计算机。 第二代计算机称为第二代计算机称为晶体管晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的是晶计算机，其主要逻辑元件采用的是晶体管。体管。 第三代计算机以第三代计算机以集成电路集成电路为标志，其内存储器采用了半导体存为标志，其内存储器采用了半导体存储器，可靠性和存取速度有了明显的改善。储器，可靠性和存取速度有了明显的改善。 第四代计算机以采用第四代计算机以采用大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路为标志。为标志。l微型计算机（简称微机）是第微型计算机（简称微机）是第4代电子计算机向微型化方向发展代电子计算机向微型化方向发展的一个非常重要的分支。的一个非常重要的分支。4l微处

3、理器简称微处理器简称m mP或或MP（microprocessor），它是指由一片），它是指由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（中央处理器（central processing unit，CPU）部件。）部件。l微处理器本身并不等于微型计算机，而只是其中央处理器。微处理器本身并不等于微型计算机，而只是其中央处理器。l通常，在微型计算机中直接用通常，在微型计算机中直接用CPU 表示微处理器。表示微处理器。5lCPU的内部结构可分为的内部结构可分为运算逻辑部件运算逻辑部件、寄存器部件寄存器部件和和控制控制部件部件3部

4、分，这部分，这3个部分相互协调，对命令和数据进行分析、个部分相互协调，对命令和数据进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。判断、运算并控制计算机各部分协调工作。l按照按照CPU处理信息的字长，可分为处理信息的字长，可分为4位、位、8位、位、16位、位、32位、位、64位等。位等。lCPU的主要性能参数有的主要性能参数有CPU的频率、前端总线、的频率、前端总线、CPU的核的核心、心、CPU缓存、缓存、CPU指令集、指令集、CPU插槽类型等。插槽类型等。6l当把微处理器、存储器和输入当把微处理器、存储器和输入输出接口电路统一组装在一输出接口电路统一组装在一块成多块电路板上或集成在单块成多块

5、电路板上或集成在单片芯片上，则分别称之为单板片芯片上，则分别称之为单板机、多板机或单片微型计算机机、多板机或单片微型计算机（简称单片机）。（简称单片机）。l微型计算机简称微型计算机简称MC （microcomputer），是指以微处），是指以微处理器为核心，配上存储器、输入输出接口电路及系统理器为核心，配上存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机（又称主机）。总线所组成的计算机（又称主机）。7l 微型计算机系统简称微型计算机系统简称MCS（microcomputer system），是），是指以微型计算机为中心，配以相指以微型计算机为中心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路应的外围设备

6、、电源和辅助电路等（统称硬件）以及控制微型计等（统称硬件）以及控制微型计算机工作的软件（包括系统软件算机工作的软件（包括系统软件和应用软件）所构成的系统。和应用软件）所构成的系统。8键盘鼠标、光笔、触摸屏光学扫描仪（平板式、便携式）输入设备 扫描仪条码扫描仪图片捕获设备（数码相机、数码摄像机、摄像头）语音识别与合成器ROMALUPROMEPROMEEPROMRAMMCI/OI/OI/MPCUROABDBACB、内存储器存储器微型计算机（）外存储器：常见的软盘、硬盘、光盘等并行接口电路输入/输出（）接口电路串行接口电路地址总线（）系统总线 数据总算术逻辑单元（）微处理器（）控制单元（）寄存器阵列

7、（线（）控制总线）（显示器、投影仪输出设备打印机、声音输出设备输入/输出设备：传真机外部设备外围设备A/DD/AI/OI/O、转换器过程控制通道开关量、信号指示器系统软件软件应用软件硬件MCS微型计算机系统 （）电源图图1.5 MCS、MC和和MP的关系的关系9l微处理器微处理器：微机的运算、控：微机的运算、控制中心，用来实现算术、制中心，用来实现算术、 逻辑逻辑运算以及其他操作，并对全机运算以及其他操作，并对全机进行控制。进行控制。l存储器存储器：（主存或内存）用：（主存或内存）用来存储可以供微处理器直接运来存储可以供微处理器直接运行的程序或处理的数据。行的程序或处理的数据。l输入输出输入输

8、出(IO)接口芯片接口芯片: 微处理器与外部输入微处理器与外部输入/输出设备输出设备之间的接口。之间的接口。图图1.6 微机硬件系统的组成原理框图微机硬件系统的组成原理框图运算器运算器控制器控制器存存 储储 器器输输入入设设备备输输出出设设备备接接口口接接口口微处理器芯片微处理器芯片存储器芯片存储器芯片输入输入/输出接口芯片输出接口芯片微型计算机微型计算机l主机（运算器、控制器和存储器均在其中）主机（运算器、控制器和存储器均在其中）：主机内的主板是构：主机内的主板是构成复杂电子系统的中心，其上面密布着各种元件（包括南北桥芯成复杂电子系统的中心，其上面密布着各种元件（包括南北桥芯片组，片组，BI

9、OS芯片等）、插槽（芯片等）、插槽（CPU插槽、内存条插槽和各种扩插槽、内存条插槽和各种扩展插槽等）和接口（串口、并口、展插槽等）和接口（串口、并口、USB口、口、IEEE 1396口等）。口等）。微处理器微处理器CPU、主存储器、主存储器RAM、外部存储器（如软盘、硬盘和、外部存储器（如软盘、硬盘和光驱）声卡、显卡等均通过相应的接口和插槽与主板连接。光驱）声卡、显卡等均通过相应的接口和插槽与主板连接。l输入设备输入设备：常见的输入设备有键盘、鼠标、图像：常见的输入设备有键盘、鼠标、图像/声音输入设备声音输入设备（如扫描仪、数码相机（如扫描仪、数码相机/摄像机、网络摄像头）等。摄像机、网络摄像

10、头）等。 l输出设备输出设备：常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱等。：常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱等。1011通常由通常由系统软件系统软件和和应用软件应用软件两部分组成两部分组成l系统软件系统软件是指不需要用户是指不需要用户干预的能生成、准备和执干预的能生成、准备和执行其他程序所需的一组程行其他程序所需的一组程序。序。l应用软件应用软件是指用于解决各是指用于解决各种具体应用问题的专用软种具体应用问题的专用软件。件。l在实际应用时，软件的配在实际应用时，软件的配置是指微机系统配置什么置是指微机系统配置什么样的操作系统和应用软件。样的操作系统和应用软件。应应操作系统操作系

11、统语言处理程序语言处理程序数据库管理程序数据库管理程序实用程序与实用程序与工具软件工具软件网络与通信软件网络与通信软件用用软软件件硬件硬件l 操作系统是一套复杂的系统程序，用于提供人机接口和管操作系统是一套复杂的系统程序，用于提供人机接口和管理、调度计算机的所有硬件与软件资源。它所包含的系统理、调度计算机的所有硬件与软件资源。它所包含的系统程序的具体分类尚不完全统一。其中，最为重要的核心部程序的具体分类尚不完全统一。其中，最为重要的核心部分是常驻监控程序。计算机开机后，常驻监控程序始终存分是常驻监控程序。计算机开机后，常驻监控程序始终存放在内存中，它通过接收用户命令，并启动操作系统执行放在内存

12、中，它通过接收用户命令，并启动操作系统执行相应的操作。相应的操作。l 硬件系统和软件系统是相辅相成的，共同构成微型计算机硬件系统和软件系统是相辅相成的，共同构成微型计算机系统，缺一不可。现代的计算机硬件系统和软件系统之间系统，缺一不可。现代的计算机硬件系统和软件系统之间的分界线并不明显，总的趋势是两者统一融合，在发展上的分界线并不明显，总的趋势是两者统一融合，在发展上互相促进。互相促进。l 人是通过软件系统与硬件系统发生关系的。通常，由人使人是通过软件系统与硬件系统发生关系的。通常，由人使用程序设计语言编制应用程序，在系统软件的干预下使用用程序设计语言编制应用程序，在系统软件的干预下使用硬件系

13、统。硬件系统。l一个实际的微机系统一个实际的微机系统，它所包括的硬件和软件数量各不相它所包括的硬件和软件数量各不相同，究竟应包括多少，要根据应用场合对系统功能方面的同，究竟应包括多少，要根据应用场合对系统功能方面的要求来配置。要求来配置。l对一般用户来说，最关心的是能为自己配置一套物超所值对一般用户来说，最关心的是能为自己配置一套物超所值的实用微机系统。通常的经典配置应包括主板的实用微机系统。通常的经典配置应包括主板+CPU、硬盘、硬盘、显示器、显示卡、声卡与光驱等多媒体套件、内存以及机显示器、显示卡、声卡与光驱等多媒体套件、内存以及机箱等主要选项。箱等主要选项。l微机系统的性能由它的主板与微

14、机系统的性能由它的主板与CPU、外设配置、总线结构、外设配置、总线结构以及软件配置等多种因素所决定，因此，应当用各项性能以及软件配置等多种因素所决定，因此，应当用各项性能指标进行综合评价指标进行综合评价。13l主板主板（Mother Board）又称为母又称为母板、主机板、系统板等，它是微板、主机板、系统板等，它是微机硬件系统中最重要的部件，其机硬件系统中最重要的部件，其结构与性能如何将直接影响到微结构与性能如何将直接影响到微机各个部件之间的相互配合及其机各个部件之间的相互配合及其整体性能。整体性能。14l在主板上，集中了微机的主要部件和接口电路，如在主板上，集中了微机的主要部件和接口电路，如

15、CPU、内存条和高速缓存内存条和高速缓存（Cache）芯片、系统芯片组等都直接芯片、系统芯片组等都直接安装在主板上，硬盘、软驱和光驱都通过数据线与主板相安装在主板上，硬盘、软驱和光驱都通过数据线与主板相连，鼠标、键盘和各种扩充卡等也都通过外设接口或扩充连，鼠标、键盘和各种扩充卡等也都通过外设接口或扩充槽安装或接插在主板上。槽安装或接插在主板上。15微处理器支持的能力，包括微处理器支持的能力，包括CPU插槽类型、插槽类型、CPU种类、种类、外频范围、电压范围；外频范围、电压范围；系统芯片组的类型；系统芯片组的类型；是否集成显卡、声卡、调制解调器是否集成显卡、声卡、调制解调器（Modem）、网卡；

16、、网卡；支持内存和高速缓存支持内存和高速缓存（Cache）的类型与容量；的类型与容量；系统系统BIOS的版本、功能，是否支持即插即用；的版本、功能，是否支持即插即用；扩充插槽及扩充插槽及I/O接口的数量、类型；接口的数量、类型；主板的电压输出范围。主板的电压输出范围。16微处理器是微机系统的核心部件，它的性能直接影响到微处理器是微机系统的核心部件，它的性能直接影响到整个系统的性能。整个系统的性能。l字长字长：标志着计算精度，字长越长，它能表示的数值范标志着计算精度，字长越长，它能表示的数值范围越大，计算出的结果有效数的位数就越多，精度也就围越大，计算出的结果有效数的位数就越多，精度也就越高。越

17、高。l内存容量内存容量：以字节为单位计算的以字节为单位计算的，微机可寻址的微机可寻址的最大最大内内存容量存容量由地址线的条数决定由地址线的条数决定 。l指令系统指令系统：微机的核心部件微处理器都有各自的指令系微机的核心部件微处理器都有各自的指令系统，一般来说，指令的条数愈多，其功能就愈强统，一般来说，指令的条数愈多，其功能就愈强 。l运算速度运算速度：微处理器执行指令的速率。：微处理器执行指令的速率。17l微机硬件系统结构是指按照总体布局的设计要求将各部件微机硬件系统结构是指按照总体布局的设计要求将各部件构成某个系统的连接方式。构成某个系统的连接方式。微微处处理理器器CPUROMRAMI/O接

18、口接口计时电路计时电路输出设备输出设备输入设备输入设备地址总线地址总线(AB)数据总线数据总线(DB)控制总线控制总线(CB)系统总线是用来传送信息的公共导线，它们可以是带状的系统总线是用来传送信息的公共导线，它们可以是带状的扁平电缆线，也可以是印刷电路板上的一层极薄的金属连扁平电缆线，也可以是印刷电路板上的一层极薄的金属连线。线。所有的信息都通过总线传送。所有的信息都通过总线传送。通常，根据所传送信息的内容与作用不同，可将系统总线通常，根据所传送信息的内容与作用不同，可将系统总线分为分为3类：类：数据总线数据总线DB(Data Bus)，地址总线地址总线AB(Address Bus)，控制总

19、线控制总线CB(Control Bus)。 系统中各部件均挂在总线上，所以，有时也将这种系统结系统中各部件均挂在总线上，所以，有时也将这种系统结构称为构称为面向系统的总线结构面向系统的总线结构。18在微型计算机中有两股信息流（数据信息流和控制信息流）在微型计算机中有两股信息流（数据信息流和控制信息流）在流动。在总线结构中，通过总线实现微处理器、存储器在流动。在总线结构中，通过总线实现微处理器、存储器和所有和所有I/O设备之间的信息交换。设备之间的信息交换。采用总线结构时，系统中各部件均挂在总线上，可以使微采用总线结构时，系统中各部件均挂在总线上，可以使微机系统的结构比较简单，易于维护，并具有更

20、大的灵活性机系统的结构比较简单，易于维护，并具有更大的灵活性和更好的可扩展性。和更好的可扩展性。根据总线结构组织方式的不同，目前采用的总线结构可分根据总线结构组织方式的不同，目前采用的总线结构可分为单总线、双总线和双重总线。为单总线、双总线和双重总线。19系统存储器系统存储器M和和I/O接口均使用同接口均使用同一组信息通路，因此，一组信息通路，因此，CPU对对M的的读读/写和对写和对I/O接口的输入接口的输入/输出操作输出操作只能分时进行。只能分时进行。M和和I/O接口各具有一组连通接口各具有一组连通CPU的总线，的总线，CPU可以分别在两组总线可以分别在两组总线上同时与上同时与M和和I/O交

21、换信息，因而交换信息，因而拓宽了总线带宽，提高了总线的数拓宽了总线带宽，提高了总线的数据传输效率据传输效率。20它有局部总线与全局总线这双重总线。它有局部总线与全局总线这双重总线。21 CPU通过局部总线访问局通过局部总线访问局部部 M 和局部和局部 I/O 时，工作时，工作方式与单总线相同。方式与单总线相同。 当系统中某微处理器需要当系统中某微处理器需要对全局对全局M和全局和全局I/O访问访问时，则必须由总线控制逻时，则必须由总线控制逻辑统一安排才能进行，这辑统一安排才能进行，这时该微处理器就是系统的时该微处理器就是系统的主控设备。主控设备。22微处理器由微处理器由运算器运算器、控控制器制器

22、和和内部寄存器阵列内部寄存器阵列3部分组成。部分组成。图图1.10 简化的微处理器结构简化的微处理器结构23l 运算器又称为算术逻辑单元运算器又称为算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit），用来进行算术或逻辑），用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。运算以及移位循环等操作。l 通 常 ， 参 加 运 算 的 两 个 操 作 数 ， 一 个 来 自 累 加 器通 常 ， 参 加 运 算 的 两 个 操 作 数 ， 一 个 来 自 累 加 器 A（Accumulator），另一个来自内部数据总线，可以是数据寄），另一个来自内部数据总线，可以是数据寄存器存器DR（Data

23、 Register）中的内容，也可以是寄存器阵列）中的内容，也可以是寄存器阵列RA（Register Array）中某个寄存器的内容。运算结果一般送回累）中某个寄存器的内容。运算结果一般送回累加器加器A暂存。暂存。241. 指令寄存器指令寄存器IR（Instruction Register）：用来存放从存储）：用来存放从存储器取出的将要执行的指令。器取出的将要执行的指令。2. 指令译码器指令译码器ID（Instruction Decoder）：用来对指令寄存器）：用来对指令寄存器IR中的指令进行译码，确定该指令应执行什么操作。中的指令进行译码，确定该指令应执行什么操作。3. 可编程逻辑阵列可编

24、程逻辑阵列PLA（Programmable Logic Array）：用来）：用来产生取指令和执行指令所需的各种微操作控制信号。由于每产生取指令和执行指令所需的各种微操作控制信号。由于每条指令所执行的具体操作不同，因此，每条指令将对应控制条指令所执行的具体操作不同，因此，每条指令将对应控制信号的某一种组合，以确定相应的操作序列。信号的某一种组合，以确定相应的操作序列。25l 通常，内部寄存器包通常，内部寄存器包括若干个功能不同的寄括若干个功能不同的寄存器或寄存器组。存器或寄存器组。1. 累加器累加器 A在进行算术逻辑运算时，它具有双重功能：运算前，用来保在进行算术逻辑运算时，它具有双重功能：运

25、算前，用来保存一个操作；运算后，用来保存结果。（使用最频繁的寄存存一个操作；运算后，用来保存结果。（使用最频繁的寄存器）器）26 从存储器读出时，若读出的是指令，经从存储器读出时，若读出的是指令，经DR 暂存的指令通过暂存的指令通过内部数据总线送到指令寄存器内部数据总线送到指令寄存器IR；若读出的是数据；若读出的是数据, 则通过则通过内部数据总线送到有关的寄存器或运算器。内部数据总线送到有关的寄存器或运算器。 向存储器写入数据时，数据是经数据寄存器向存储器写入数据时，数据是经数据寄存器DR，再经数据再经数据总线总线DB写入存储器的。写入存储器的。2. 数据寄存器数据寄存器DR（Data Reg

26、ester）用来暂存数据或指令。用来暂存数据或指令。27 根据根据PC中的指令地址，中的指令地址，CPU准备从存储器中取出将要执行准备从存储器中取出将要执行的指令。的指令。 通常，程序按顺序逐条执行。任何时刻通常，程序按顺序逐条执行。任何时刻, PC 都指示都指示CPU要要取的下一个字节或下一条指令（对单字节指令而言）所在取的下一个字节或下一条指令（对单字节指令而言）所在的地址。因此，的地址。因此，PC具有自动加具有自动加 1 的功能的功能。3. 程序计数器程序计数器 PC（Program Counter） PC中存放着正待取中存放着正待取出的指令的地址。出的指令的地址。28 在取指令时，将在

27、取指令时，将PC中存放的指令地址送到中存放的指令地址送到AR，根据此地址根据此地址从存储器中取出指令。从存储器中取出指令。 在取操作数时，将操作数地址通过内部数据总线送到在取操作数时，将操作数地址通过内部数据总线送到AR，再根据此地址从存储器中取出操作数；在向存储器存入数据再根据此地址从存储器中取出操作数；在向存储器存入数据时，也要先将待写入数据的地址送到时，也要先将待写入数据的地址送到AR，再根据此地址向再根据此地址向存储器写入数据。存储器写入数据。4. 地址寄存器地址寄存器 AR（Address Register） 用来存放正要取出的用来存放正要取出的指令的地址或操作数指令的地址或操作数的

28、地址。的地址。29 标志位的具体设置与功能视微处理器的型号而异。根据检测标志位的具体设置与功能视微处理器的型号而异。根据检测有关的标志位是有关的标志位是0或或1，可以按不同条件决定程序的流向，可以按不同条件决定程序的流向。5. 标志寄存器标志寄存器 F（Flag Register） 用来寄存执行指令时用来寄存执行指令时所产生的结果或状态所产生的结果或状态的标志信号。的标志信号。6. 寄存器阵列寄存器阵列 RA（Register Array） RA通常包括若干个通用寄存器和专用寄存器，其具体设置通常包括若干个通用寄存器和专用寄存器，其具体设置因不同的微处理器而异因不同的微处理器而异。30J 存储

29、器是微机的存储和记忆部件，存储器是微机的存储和记忆部件，用来存放程序和数据（包括原始数用来存放程序和数据（包括原始数据、中间结果与最终结果）。据、中间结果与最终结果）。J 在计算机内部，程序和数据都是用在计算机内部，程序和数据都是用0、1二进制代码的形式来表示的。二进制代码的形式来表示的。每一个每一个 0 或或 1 就叫做就叫做 1 位信息。位信息。31J 为便于计量信息的长度，在计算机中，一般将位二进制为便于计量信息的长度，在计算机中，一般将位二进制代码作为一个字节（代码作为一个字节（Byte），再用，再用2个字节组成一个字个字节组成一个字（Word）来标识来标识16位数据的长度。位数据的长

30、度。J 在区分计算机处理信息的能力时，有一个计量处理二进制在区分计算机处理信息的能力时，有一个计量处理二进制代码位长的单位代码位长的单位字长。字长。J 字长字长: 表示计算机数据总线上一次能处理的信息的位数，即表示计算机数据总线上一次能处理的信息的位数，即位长，并由此而定义是多少位的计算机，如位长，并由此而定义是多少位的计算机，如1位机，位机，4位机、位机、8位机、位机、16位机、位机、32位机、位机、64位机等。位机等。32J 存储器（内存）可划分为很多存储单元（内存单元）。每存储器（内存）可划分为很多存储单元（内存单元）。每一个存储单元中一般存放一个字节（一个存储单元中一般存放一个字节（8

31、位）的二进制信息，位）的二进制信息，其内容为数据或指令。其内容为数据或指令。J 为了能识别不同的单元，分别赋予每个单元一个编号，这为了能识别不同的单元，分别赋予每个单元一个编号，这个编号称为地址。个编号称为地址。J 存储单元的数目称为存储容量，它的具体数目取决于地址存储单元的数目称为存储容量，它的具体数目取决于地址线的根数。线的根数。J 【注意注意】：各存储单元的地址与该地址中存放的内容是完各存储单元的地址与该地址中存放的内容是完全不同的，不可混淆。全不同的，不可混淆。33J 随机存取存储器随机存取存储器RAM（Random Access Memory）由）由存存储体储体、地址译码器地址译码器

32、和和控制电路控制电路组成。组成。J 所谓所谓“随机存取随机存取”即所有存储单即所有存储单元均可随时访问元均可随时访问，既可读出信息，既可读出信息也可写入信息。也可写入信息。34J 地址译码器地址译码器接收从地址总线接收从地址总线AB送来的地址码，经译码器译送来的地址码，经译码器译码选中相应的某个存储单元，以便从中读出（取出）信息码选中相应的某个存储单元，以便从中读出（取出）信息或写入（存入）信息。或写入（存入）信息。J 控制电路控制电路用来控制存储器的读写操作过程。用来控制存储器的读写操作过程。J 一个由一个由 8 根地址线连接的根地址线连接的存储体存储体共有共有256个存储单个存储单元，其编

33、号从元，其编号从00H（十六（十六进制表示）到进制表示）到FFH，即从即从00000000到到11111111。每个单元存储每个单元存储 8 位二进制信息。这种规格的存储器，通常位二进制信息。这种规格的存储器，通常称为称为2568位位的的RAM。35J 从存储器读出信息：从存储器读出信息：假定假定CPU 要读出存储器要读出存储器04H单元的内容单元的内容10010111（97H）。）。 CPU的地址寄存器的地址寄存器AR先给出地址先给出地址04H并将它放到并将它放到AB上，经地址上，经地址译码器译码选中译码器译码选中04H单元；单元； CPU发出发出“读读”控制信号给存储器，指示它准备把被寻址

34、的控制信号给存储器，指示它准备把被寻址的04H单元中的内容单元中的内容97H放到放到DB上上; 在读控制信号的作用下，存储器将在读控制信号的作用下，存储器将04H单元中的内容单元中的内容97H放到放到DB上，经它送至上，经它送至DR，然后由，然后由CPU取走该内容作为所需要的信息使取走该内容作为所需要的信息使用。用。36J 向存储器写入信息：向存储器写入信息：假定假定CPU要把数据寄存要把数据寄存器器DR中的内容中的内容00100110 写入存储器写入存储器08H单元。单元。 CPU的地址寄存器的地址寄存器AR先把地址先把地址08H放到地址总线上，经地址译码放到地址总线上，经地址译码器选中器选

35、中08H单元；单元； CPU把数据寄存器中的内容把数据寄存器中的内容26H放到数据总线上放到数据总线上; CPU向存储器发送向存储器发送“写写”控制信号，在该信号的控制下，将内容控制信号，在该信号的控制下，将内容26H写入被寻址的写入被寻址的08H单元。单元。37 读操作完成后，被读单元的内容仍保持不变，这种特读操作完成后，被读单元的内容仍保持不变，这种特点称为非破坏性读出（点称为非破坏性读出（Non-Destructive Read Out，NDRO）。这一特点使得允许多次读出同一单元的内）。这一特点使得允许多次读出同一单元的内容。容。 写入操作将破坏被写入单元原来存放的内容，即由写写入操作

36、将破坏被写入单元原来存放的内容，即由写入的新内容代替了原存内容，原存内容将被清除。入的新内容代替了原存内容，原存内容将被清除。38J 微机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令微机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程列的过程 , 即逐条地执行指令；由于执行每一条指令，即逐条地执行指令；由于执行每一条指令，都包括取指令与执行指令两个基本阶段，所以，都包括取指令与执行指令两个基本阶段，所以，微机微机的工作过程也就是不断地取指令和执行指令的过程的工作过程也就是不断地取指令和执行指令的过程 。

37、39假定程序已由输入设备存放到内存中。当计算机从停假定程序已由输入设备存放到内存中。当计算机从停机状态进入运行状态时，首先把第机状态进入运行状态时，首先把第 1 条指令所在的地条指令所在的地址赋给程序计数器址赋给程序计数器PC，然后机器进入，然后机器进入取指阶段取指阶段。40指令通常包括指令通常包括操作码操作码（Operation Code）和）和操作数操作数（Operand）两大部分。）两大部分。l 操作码表示计算机执行什么具体操作；（每条指令必须有操作码表示计算机执行什么具体操作；（每条指令必须有操作码）操作码）l 操作数表示参加操作的数的本身或操作数所在的地址，操作数表示参加操作的数的本

38、身或操作数所在的地址， 也也称之为地址码。（称之为地址码。（1条指令可以有条指令可以有2个操作数，个操作数，1个操作个操作数，也可以没有操作数。）例如：数，也可以没有操作数。）例如： MOV AX, BX; DEC AX; DAA 41 在取指阶段，在取指阶段，CPU从内存中读出的内容必为指令，于是，从内存中读出的内容必为指令，于是，数据寄存器数据寄存器DR便把它送至指令寄存器便把它送至指令寄存器IR；然后由指令译码；然后由指令译码器译码，控制器就发出相应的控制信号，器译码，控制器就发出相应的控制信号，CPU便知道该条便知道该条指令要执行什么操作。指令要执行什么操作。 在取指阶段结束后，机器就

39、进入执指阶段，这时，在取指阶段结束后，机器就进入执指阶段，这时，CPU执执行指令所规定的具体操作。行指令所规定的具体操作。 当一条指令执行完毕以后，就转入了下一条指令的取指阶当一条指令执行完毕以后，就转入了下一条指令的取指阶段。这样周而复始地循环一直进行到程序中遇到暂停指令时段。这样周而复始地循环一直进行到程序中遇到暂停指令时方才结束。方才结束。【注意注意】取指阶段都是由一系列相同的操作组成的，所以取取指阶段都是由一系列相同的操作组成的，所以取指阶段的时间总是相同的，它称为公操作。而执指阶段将由指阶段的时间总是相同的，它称为公操作。而执指阶段将由不同的事件顺序组成，它取决于被执行指令的类型，因

40、此，不同的事件顺序组成，它取决于被执行指令的类型，因此，执指阶段的时间从一条指令到下一条指令变化相当大。执指阶段的时间从一条指令到下一条指令变化相当大。42由于不同系列的微处理器具有不同的指令表，所以，在编写由于不同系列的微处理器具有不同的指令表，所以，在编写程序之前，必须首先查阅所使用的微处理器的指令表或指令程序之前，必须首先查阅所使用的微处理器的指令表或指令系统（它是某种微处理器所能执行的全部操作命令汇总，其系统（它是某种微处理器所能执行的全部操作命令汇总，其中给每条指令规定了一个缩写词或称作助记符）中给每条指令规定了一个缩写词或称作助记符）名称助记符机器码说明立即数取入累加器MOV A,

41、 n1011 0000 nB0 n双字节指令，把n取入A中加立即数ADD A, n0000 0100 n04 n双字节指令，n和A中内容相加后结果暂存A暂停HLT1111 0100F4停止所有操作43l根据指令表提供的指令，用助记符形式和十进制数表示的加法根据指令表提供的指令，用助记符形式和十进制数表示的加法运算的程序可表达为运算的程序可表达为: MOV A, 3ADD A, 2 HLTl模型机并不认识助记符和十进制数，只认识用二进制数表示的模型机并不认识助记符和十进制数，只认识用二进制数表示的操作码和操作数。因此，必须按二进制数的形式来写程序，即操作码和操作数。因此，必须按二进制数的形式来写

42、程序，即用对应的操作码代替每个助记符，用相应的二进制数代替每个用对应的操作码代替每个助记符，用相应的二进制数代替每个十进制数。十进制数。 MOV A, 3 变成变成 1011 0000 ;操作码操作码(MOV A ,n) 0000 0011 ;操作数操作数(3) ADD A, 2 变成变成 0000 0100 ;操作码操作码(ADD A , n) 0000 0010 ;操作数操作数(2) HLT 变成变成 1111 0100 ;操作码操作码(HLT)44l 【注意【注意】整个程序是整个程序是3条指令条指令5个字节。由于微处理器和存储个字节。由于微处理器和存储器均用器均用1个字节存放与处理信息，

43、因此，当把这段程序存入个字节存放与处理信息，因此，当把这段程序存入存储器时存储器时，共需要占共需要占5个存储单元。个存储单元。l 假设我们把它存假设我们把它存放在存储器的最放在存储器的最前 面前 面 5 个 单 元个 单 元里，则该程序将里，则该程序将占 有 从占 有 从 0 0 H 至至04H这这5个单元。个单元。地址（固定）地址（固定）内容（可变）内容（可变）45微机内部执行程序的具体操作过程微机内部执行程序的具体操作过程（程序程序已已存入存储器存入存储器） ：l 开始执行程序时，必开始执行程序时，必须先给程序计数器须先给程序计数器PC赋赋以第以第1 条指令的首地址条指令的首地址00H，然

44、后就进入第，然后就进入第1条条指 令 的 取 指 阶 段 。指 令 的 取 指 阶 段 。46第第1条指令的取指条指令的取指操作过程操作过程： 把把PC的内容的内容00H送到地址寄存器送到地址寄存器AR。 一旦一旦PC的内容可靠地送入的内容可靠地送入AR后，后，PC自动加自动加1，即由，即由00H变为变为01H。【注意注意】此时此时AR的内容并没有变化。的内容并没有变化。 把地址寄存器把地址寄存器AR的内容的内容00H放在地址总线上，并送至存储器，经放在地址总线上，并送至存储器，经地址译码器译码，选中相应的地址译码器译码，选中相应的00H单元。单元。 CPU发出读命令。发出读命令。 在读命令控

45、制下，把所选中的在读命令控制下，把所选中的00H单元中的内容即第单元中的内容即第1条指令的操条指令的操作码作码1011 0000（B0H） 读到数据总线读到数据总线DB上。上。 把读出的内容把读出的内容B0H经数据总线送到数据寄存器经数据总线送到数据寄存器DR。 取指阶段的最后一步是指令译码。因为取出的是指令的操作码，取指阶段的最后一步是指令译码。因为取出的是指令的操作码，故数据寄存器故数据寄存器DR把它送到指令寄存器把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令译码器，然后再送到指令译码器ID，经过译码，经过译码，CPU“识别识别”出这个操作码出这个操作码B0H就是就是MOV A，n指指令，于是，它令，于是，它“通知通知”控制器发出执行这条指令的各种控制命令。控制器发出执行这条指令的各种控制命令。47执行第执行第1条指令的取指条指令的取指操作过程操作过程：l 完成第完成第1条指令的取指阶段后转入执行第条指令的取指阶段后转入执行第1条指令的阶段。条指令的阶段。l 经过对操作码经过对操作码B0H译译码后，码后，CPU 就就“知道知道”这是一条把下一单元这是一条把下一单元中的操作数取入累加中的操作数取入累加器器 A 的 双 字 节 指 令的 双 字 节 指 令MOV A，n，所以，所以，执行第执行第1条指令就必须条指令就必须把指令第把指令第2字节中的操字节中的操作数作数03