第1章微机基础

1、湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院电子信息工程系电子信息工程系 20062006年年8 8月月作者：周明辉作者：周明辉联系电话：联系电话：1301715360913017153609QQQQ：106050931106050931 微机原理与接口技术微机原理与接口技术课是工科课是工科学生学习和掌握微机硬件知识和汇编语学生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，课程的任务是言程序设计的入门课程，课程的任务是使学生从理论和实践上掌握微机的基本使学生从理论和实践上掌握微机的基本组成、工作原理、接口电路及硬件的连组成、工作原理、接口电路及硬件的连接建立微机系统的整机

2、概念，使学生具接建立微机系统的整机概念，使学生具有微机系统软硬件开发的初步能力。有微机系统软硬件开发的初步能力。课程目标课程目标1、雷丽文主编，、雷丽文主编，微机原理与接口技术微机原理与接口技术，电，电子工业出版社，子工业出版社，2002.62、戴梅萼主编，、戴梅萼主编，微型计算机技术及应用微型计算机技术及应用，清华大学出版社，清华大学出版社，19913、周明德主编，、周明德主编，微型计算机系统原理及应微型计算机系统原理及应用用，清华大学出版社，清华大学出版社，1991主要参考书主要参考书平时作业平时作业30% 期末考试期末考试 70%考核方式考核方式学习学习微机原理与接口技术微机原理与接口技

3、术应注意的问题应注意的问题1 1、学习、学习微机原理及应用微机原理及应用课程首先要打破课程首先要打破软件、硬件的神秘感。程序设计和大型软件软件、硬件的神秘感。程序设计和大型软件的开发不是特技，而是的开发不是特技，而是规范、稳定、别人看规范、稳定、别人看得懂以及便于维护得懂以及便于维护。微机的发展使软件设计。微机的发展使软件设计“平民化平民化”，作软件的终极目的是要从别人，作软件的终极目的是要从别人口袋里掏钱，不是口袋里掏钱，不是自娱和愚人自娱和愚人，软件设计早，软件设计早已走过了裘伯君那个编码英雄的年代，程序已走过了裘伯君那个编码英雄的年代，程序员已经是个坐办公室的员已经是个坐办公室的“蓝领蓝

4、领”了。你具备了。你具备拧好一颗拧好一颗“螺丝钉螺丝钉”的能力就可以了，的能力就可以了，CodeCode是是“最低级最低级”的事情了。的事情了。2 2、团结协作尤其重要，、团结协作尤其重要，Windows XP Windows XP 是微软四是微软四千人团结协作的结果，要是有四千中国人哪怕千人团结协作的结果，要是有四千中国人哪怕是一千人团结在一起，彼此信任，相互不设是一千人团结在一起，彼此信任，相互不设“暗钉子暗钉子”，什么样的大型软件和操作系统编，什么样的大型软件和操作系统编不出来呢？！不出来呢？！3 3、善于利用、善于利用“前人前人”的成果，踩在的成果，踩在“巨人巨人”的的肩膀上，开拓创新

5、是成功的捷径。通过本门课肩膀上，开拓创新是成功的捷径。通过本门课程的学习，应树立两方面的勇气：第一是要有程的学习，应树立两方面的勇气：第一是要有敢于将不太完善的产品向外发布的勇气，先让敢于将不太完善的产品向外发布的勇气，先让别人熟悉、喜欢你的产品，并发现你的不足，别人熟悉、喜欢你的产品，并发现你的不足，进而促进你不断完善。进而促进你不断完善。WindowsWindows不正是这样作不正是这样作的吗！发布时吹得天花乱坠，事后不断加补丁，的吗！发布时吹得天花乱坠，事后不断加补丁，不是吗？十全十美的东西可能就没有生命力，不是吗？十全十美的东西可能就没有生命力，就没有市场；就没有市场；第二是要有敢于接

6、第二是要有敢于接“半拉子半拉子”工程的勇气，不工程的勇气，不是另搞一套，而是在是另搞一套，而是在“前人前人”的基础上完成、的基础上完成、完善和升级，要尊重完善和升级，要尊重“前人前人”的成果，而不是的成果，而不是把前任的工作贬损一通，然后自己再开发有更把前任的工作贬损一通，然后自己再开发有更多问题的代码来替代，还美其名曰多问题的代码来替代，还美其名曰“我们这样我们这样有创造性有创造性”，这样的，这样的“创造性创造性”是没有财力和是没有财力和时间来耗的，宁可不要。时间来耗的，宁可不要。4 4、要使产品在市场上有较长久的生命力，除了、要使产品在市场上有较长久的生命力，除了不断完善和升级外，最好能在

7、升级软件的同时不断完善和升级外，最好能在升级软件的同时将硬件也同时升级，当然最好是在不增加硬成将硬件也同时升级，当然最好是在不增加硬成本的基础上，所以在讲述本课程时要使学生明本的基础上，所以在讲述本课程时要使学生明白：设计系统时，在资源的配置和占用上要留白：设计系统时，在资源的配置和占用上要留有余地，为以后的升级做准备，而且要向下兼有余地，为以后的升级做准备，而且要向下兼容。如何不增加硬成本呢？可以设计专用容。如何不增加硬成本呢？可以设计专用CPUCPU及应用及应用CPLD/FPGACPLD/FPGA技术，技术，“硬件狗硬件狗”的应用也的应用也是专利产品的可行方案。是专利产品的可行方案。软件产

8、品的开发可以多人协作但不能依赖于软件产品的开发可以多人协作但不能依赖于任何一个人，定期交出设计文档很有必要。任何一个人，定期交出设计文档很有必要。谁都可以立即辞职，产品的开发还是会正常谁都可以立即辞职，产品的开发还是会正常进行。软件设计早已走过了个人英雄主义的进行。软件设计早已走过了个人英雄主义的“神密神密”年代，已经是团队作业、分工协作年代，已经是团队作业、分工协作的的“普通普通”工作了。你不是工作了。你不是“菜鸟菜鸟”，必将，必将成为成为CodeCode高手。高手。 计算机行业是朝阳产业，计算机世界是年青计算机行业是朝阳产业，计算机世界是年青人的天堂，朋友，你可以一试！人的天堂，朋友，你可

9、以一试！1.1 微计概述世界上第一台现代意义的电子计算机是世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾年美国宾夕法尼亚大学设计制造的夕法尼亚大学设计制造的ENIAC电子计算机的发展：电子计算机的发展：电子管计算机电子管计算机晶体管计算机晶体管计算机中小规模集成电路计算机中小规模集成电路计算机大规模超大规模集成电路计算机大规模超大规模集成电路计算机电子计算机按其性能分类：电子计算机按其性能分类：大型计算机大型计算机中型计算机中型计算机小型计算机小型计算机微型计算机微型计算机 第一章第一章 微机基础微机基础1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerica

10、l Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2 ，造价100万美元。 微型计算机的发展是以微处理器的发展来微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的，微处理器的集成度每隔表征的，微处理器的集成度每隔18个月就会个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍。翻一番，芯片的性能也随之提高一倍。-摩尔定律摩尔定律1.1.1 微型计算机的发展1971年年1977年是微处理器发展的早期阶段年是微处理器发展的早期阶段:字长为字长为4位或位或8位，集成度约为位，集成度约为300010000晶体管晶体管/片，微处理器的主频为片，微处理器的主频

11、为0.15MHz。1971年：年：Intel 4004，是世界上第一片单片微处，是世界上第一片单片微处理器理器4位微处理器，寻址空间为位微处理器，寻址空间为4096个半字节个半字节, 指指令系统包括令系统包括45条指令条指令1972年：年：Intel 8008，是世界上第一片，是世界上第一片8位微处理位微处理器。器。8008采用了采用了10 m生产工艺，集成度为生产工艺，集成度为3500个个晶体管，工作频率为晶体管，工作频率为200KHz。微型计算机的发展1974年：年：Intel 8080采用了采用了6 m生产工艺，集成生产工艺，集成度为度为6000个晶体管，主频为个晶体管，主频为2MHz。

12、1975年年4月，月，MITS公司推出了以公司推出了以8080为为CPU的的世界上第一台个人计算机世界上第一台个人计算机Altair 8800。值得一提。值得一提的是，的是，Altair 8800的的BASIC语言解释器是语言解释器是Bill Gates编写的编写的1976年：年： Intel 8080 Intel公司生产的最后一种公司生产的最后一种8位通用微处理器，位通用微处理器，8085的工作频率提高到的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上升到指令系统的指令数上升到246条。条。微型计算机的发展第一代：第一代：8086/8088（1978年年-1981年）年）1978年年-8086采

13、用了采用了3 m工艺，集成了工艺，集成了29,000个晶体管，工作频率为个晶体管，工作频率为4.77 MHz。它的寄存器和数据总线均为。它的寄存器和数据总线均为16位，地址总线为位，地址总线为20位，位，从而使寻址空间达从而使寻址空间达1MB。同时，。同时，CPU的内部结构也有很大的内部结构也有很大的改进，采用了流水线结构，并设置了的改进，采用了流水线结构，并设置了6字节的指令预取字节的指令预取队列队列1979年年-8088除了它的数据总线为除了它的数据总线为8位以外，其余均与位以外，其余均与8086相同。相同。8088采用采用8位数据总线是为了利用当时现有的位数据总线是为了利用当时现有的8位

14、设备控制芯片。位设备控制芯片。由于由于8088内部支持内部支持16位运算，而与位运算，而与I/O之间传输为之间传输为8位，故位，故8088称为准称为准16位微处理器。位微处理器。1981年年8月，月，IBM公司推出以公司推出以8088为为CPU的世界上第一台的世界上第一台16位位微型计算机微型计算机IBM 5150 Personal Computer，即著名的，即著名的IMB PC。X86系列微型计算机的发展第二代：第二代：80286（1982年年-1984年）年）采用采用1.5 m工艺，集成了工艺，集成了134,000个晶体管，工作频率为个晶体管，工作频率为6MHz。80286的数据总线仍然

15、为的数据总线仍然为16位，但是地址总线增位，但是地址总线增加到加到24位，使存储器寻址空间达到位，使存储器寻址空间达到16MB。1985年年IBM公司推出以公司推出以80286为为CPU的微型计算机的微型计算机IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的工业标准结构（工业标准结构（ISA）。该结构提供了一个）。该结构提供了一个16位、高性能位、高性能的的I/O扩展总线。扩展总线。80年代中期到年代中期到90年代初，年代初，80286一直是微型计算机的主流一直是微型计算机的主流CPU。在这一时期，还诞生了世界上最早的芯片组。在这一时期

16、，还诞生了世界上最早的芯片组（chipsets）。）。X86系列微型计算机的发展第三代：第三代：80386（1985年年-1988年）年）第一个实用的第一个实用的32位微处理器，采用了位微处理器，采用了1.5 m工艺，集成了工艺，集成了275,000个晶体管，工作频率达到个晶体管，工作频率达到16MHz。80386的内部寄的内部寄存器、数据总线和地址总线都是存器、数据总线和地址总线都是32位的。通过位的。通过32位的地址位的地址总线，总线，80386的可寻址空间达到的可寻址空间达到4GB。这时由。这时由32位微处理位微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型机的水平。器组成的微型计算机已经达到超

17、级小型机的水平。80386的其他一些版本：的其他一些版本：80386SX，包含，包含16位数据总线和位数据总线和24位地址总线，寻址空间为位地址总线，寻址空间为16MB；80386SL80386SLC，包含包含 l6位数据总线和位数据总线和25位地址总线，寻址空间为位地址总线，寻址空间为32MB。由于这些微处理器由于与由于这些微处理器由于与I/O之间传输为之间传输为16位，故也称为位，故也称为准准32位微处理器。位微处理器。X86系列微型计算机的发展第四代：第四代：80486（1989年年-1992年）年）采用采用1 m工艺，集成了工艺，集成了120万个晶体管，工作频率为万个晶体管，工作频率为

18、25MHz。80486微处理器由三个部件组成：一个微处理器由三个部件组成：一个80386体体系结构的主处理器，一个与系结构的主处理器，一个与80387相兼容的数学协处理器相兼容的数学协处理器和一个和一个8KB容量的高速缓冲存储器。容量的高速缓冲存储器。80486把把80386的内部的内部结构做了修改，大约有一半的指令在一个时钟周期内完成，结构做了修改，大约有一半的指令在一个时钟周期内完成，而不是原来的两个，这样而不是原来的两个，这样80486的处理速度一般比的处理速度一般比80386快快2到到3倍。倍。Intel公司还生产过公司还生产过80486的其他一些版本：的其他一些版本：80486SX，

19、工，工作频率作频率20MHz，不包含数学协处理器；，不包含数学协处理器；80486DX2，采用，采用双倍时钟，内部执行速度达到双倍时钟，内部执行速度达到66MHZ，内存存取速度为，内存存取速度为33MHz；80486DX4，采用三倍时钟，内部执行速度达到，采用三倍时钟，内部执行速度达到100MHZ，内存存取速度为，内存存取速度为33MHz。X86系列微型计算机的发展第五代：第五代：Pentium（1993年年-1997年）年）Pentium处理器的发展分成三代处理器的发展分成三代第一代第一代Pentium处理器（以处理器（以P5代称，代称，1993年）采用年）采用0.8 m工 艺 技 术 ，

20、集 成 了工 艺 技 术 ， 集 成 了 3 1 0 万 个 晶 体 管 ， 工 作 频 率 为万 个 晶 体 管 ， 工 作 频 率 为60MHz/66MHz。第二代第二代Pentium处理器（以处理器（以P54C代称，代称，1994年）采用年）采用0.6 m工艺，工作频率为工艺，工作频率为90MHz/100MHz。第三代第三代Pentium MMX（以（以P55C代称代称1997年）增加了年）增加了57条多媒体指令条多媒体指令在体系结构上，在体系结构上， Pentium在内核中采用了在内核中采用了RISC技术，可技术，可以说它是以说它是CISC和和RISC技术相结合的产物技术相结合的产物X

21、86系列微型计算机的发展第六代：第六代：P6（1996-今）今）Pentium Pro、Pentium II、Pentium III采用采用0.6 m -0.18 m工艺，集成度工艺，集成度550万万-750万晶体管，万晶体管，时钟频率时钟频率166MHz-1GHz，采用二级高速缓存，采用二级高速缓存，2级超标量级超标量流水线结构，一个时钟周期可以执行流水线结构，一个时钟周期可以执行3条指令条指令第七代：第七代：64位位Itanium Itanium IIX86系列微型计算机的发展代 字长 (bit) 型号 工艺 (um) 集成度 (万个) 主频 (MHz) 速度(MIPS) 1 16 808

22、6 3 3 4.77-10 300 X86系列微型计算机的发展X86系列微型计算机的发展1.1.2 1.1.2 微型计算机的特点和应用范围微型计算机的特点和应用范围1.1.2.1 微型计算机的特点微型计算机的特点1.1.2.2 微型机的应用范围微型机的应用范围 返回本章首页返回本章首页1.1.2.1 1.1.2.1 微型计算机的特点微型计算机的特点41体积小、重量轻、价格低廉体积小、重量轻、价格低廉42简单灵活、可靠性高、使用环境要简单灵活、可靠性高、使用环境要 求不高求不高 43功耗低功耗低返回本节返回本节1.1.2.2 1.1.2.2 微型计算机的应用微型计算机的应用41科学计算科学计算4

23、2数据处理数据处理43办公自动化办公自动化44过程控制过程控制45辅助系统辅助系统46仿真仿真返回本节返回本节进位计数制及其相互转换进位计数制及其相互转换十进制、二进制、八进制和十六进制采用的都是进位十进制、二进制、八进制和十六进制采用的都是进位计数制，进位计数制中用少量数码按次序排列成数位，计数制，进位计数制中用少量数码按次序排列成数位，并按由低到高的进位方式进行计数。基数和权是进位并按由低到高的进位方式进行计数。基数和权是进位十进制的两个基本要素。十进制的两个基本要素。基数是进位计数制中所用数码的个数，基数为基数是进位计数制中所用数码的个数，基数为r的进的进位计数制中需要位计数制中需要r个

24、数码，每个数位计满个数码，每个数位计满r就向高位进就向高位进一，即逢一，即逢r进一。进一。在进位计数制表示的数中，同一数字处在不同位置表在进位计数制表示的数中，同一数字处在不同位置表示不同的值，它所表示的值是该数字乘以一个由它所示不同的值，它所表示的值是该数字乘以一个由它所处位置所决定的常数，这一常数就是该数位所具有的处位置所决定的常数，这一常数就是该数位所具有的权。权。r进制数各位的权是以进制数各位的权是以r为底的幂。为底的幂。1.2 1.2 计算机中数的表示和编码计算机中数的表示和编码进位计数制及其相互转换进位计数制及其相互转换任何一个任何一个r进制数进制数N可以表示为：可以表示为：1 -

25、nmiiimm1100111n1nrKrKrKrKrK.rKN若若r=10，则十进制数，其各位的权是以，则十进制数，其各位的权是以10为底的幂；为底的幂；若若r=2，则是二进制数，其各位的权是以，则是二进制数，其各位的权是以2为底的幂；为底的幂；若若r=8，则是八进制数，其各位的权是以，则是八进制数，其各位的权是以8为底的幂，八进制中为底的幂，八进制中共有八个数码：共有八个数码：0、1、2、3、4、5、6、7；若若r=16，则是十六进制数，其各位的权是以，则是十六进制数，其各位的权是以16为底的幂，十六为底的幂，十六进制中共有进制中共有16个数码：个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9

26、、A、B、C、D、E、F。为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可以该数的后面加为了明确表示一个数所采用的进位计数制，可以该数的后面加上下标上下标 (B)、(O)、(D)、(H)，分别表示该数为二进制、八进制、，分别表示该数为二进制、八进制、十进制和十六进制十进制和十六进制进位计数制及其相互转换进位计数制及其相互转换r进制数转换为十进制数按照公式展开求和例例1. 分别把二进制数1011.01和十六进制数F0.C用十进制表示十进制数转换为r进制数整数部分和小数部分分别进行转换整数部分的转换步骤： 把r写成十进制数； 将N除以r，记录商和余数，并用r进制表示余数，这余数便是用r进制表示的数的最低位

27、数字； 把上次的商进行中所述除以r取余的运算，用r进制表示余数；重复这种运算直到商为0，这时的余数即为十进制数N用r进制表示时的最高位数字。十进制数转换为r进制数例例2. 把十进制数103用二进制表示例例3. 把十进制数506用十六进制表示小数部分的转换步骤： 把r写成十进制数； 将N乘以r，记录积的整数部分和小数部分，并用r进制表示整数部分，该整数即为转换后r进制小数的最高位； 把上次积的小数部分进行中所述乘以r取整的运算，用r进制表示积的整数部分；重复这种运算直到积的小数部分为0，或者达到所要求的位数，这时的整数部分即为十进制数N转换成r进制小数的最低位。十进制数转换为r进制数例例4. 把

28、十进制0.8125用八进制表示二进制与八进制、十六进制的相互转换从二进制转换成十六进制时，从小数点位置开始，整数部分向左，小数部分向右，每四位二进制数为一组用一位十六进制的数字来表示，不足四位的用0补足，就是相应十六进制的表示。从二进制转换成八进制时，从小数点位置开始，整数部分向左，小数部分向右，每三位二进制数为一组用一位八进制的数字来表示，不足三位的用0补足，就是相应八进制的表示。例例5. 把二进制1011011010111.11101用十六进制表示例例6. 把八进制数62.31用二进制表示数值数据的表示符号数的表示把二进制数的最高一位定义为符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数这种

29、在计算机中使用的、连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数X的原码记作X原，反码记作X反，补码记作X补。最高位表示符号，数值位用二进制绝对值表示的方法，称为原码表示法一个负数的原码符号位保持不变，其余位取反就是机器数的另一种表示方法，反码表示法。正数的反码与原码相同。将负数的反码加1，则得到机器数的补码表示。正数的补码与原码相同。补码加减法的运算规则XY补=X补+Y 补其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算。模（module）就是一个计数系统的最大容量，其大小等于以进位计数制基数为底，以位数为指数的幂

30、。凡是用器件进行的运算都是有模运算，运算结果超过模的部分被运算器自动丢弃。因此，当器件为n位时，有，X=2n+X (mod 2n)不难验证， X补=2n+X (mod 2n)因此， XY补= 2n+ (XY) (mod 2n) = (2n+ X)+ (2n+ X) = X补+ Y补补码加减法的运算规则例例7. 设X = 23，Y = -42，以28为模，用补码运算求X + Y和X - Y。当运算结果超出补码表示的数值范围时，补码运算就不正确了。这种现象称为溢出。对于n位补码，当 时应用补码运算可以得到正确的结果12YX21n1n无符号数的表示无符号数的最高位不是符号位而是数值的一部分机器运算表

31、示符号数表示无符号数 10111001 00101011 11100100+) -71补 43补 -28补+) 185 43 228+)浮点数的表示任意一个二进制实数X都可以表示成如下一般格式：X = S 2 J尾符尾数阶符阶码10.010111012+5的阶码为+5，表示把尾数的小数点向右移动5位就是小数点的实际位置规格化处理：整数部分必须是1符号位阶码有 效 数 字02 33 1符号位阶码有 效 数 字05 16 3符号位阶 码有 效 数 字06 47 916 3单精度数双精度数扩展精度数浮点数的表示Pentium微处理器支持的浮点格式Pentium将阶码以一种偏置形式存放于格式之中，即将

32、真阶码加上一个常数偏置值才是格式阶码，以保证偏置后的格式阶码恒为正数。单精度的阶码偏置值为+127，双精度的阶码偏置值为+1023，扩展精度的阶码偏置值为+16383。一个浮点数数的真阶码要通过它的格式阶码减去偏置值而得到。浮点数的表示例例8. 写出178.125以单精度浮点数形式存放的机器数。十进制数的表示8421BCD码压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，00001001表示09，一个字节表示两位十进制数。非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的00001001表示09。非数值数据的表示 ASCII码采用7位二进制代码对字符进行编码数字09的编码是01100

33、000111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码相符。英文字母AZ的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母az的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。美国标准信息交换代码 ASCII 字符表0000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC22BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENGNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCA

34、N(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?OoDEL注：H 表示高 3 位，L 表示低 4 位。HL ASCII码汉字编码汉字编码包括输入编码、内码和字模编码，分别用于输入、内部处理和输出。汉字的输入编码是为了使用西文标准键盘把汉字输入到计算机中，其编码方法主要有数字编码、拼音码和字形编码三类。除了键盘输入以外，利用语音或图象识别技术自动将汉字输入到计算机内的方法也已经实现汉字内码是用于汉字信息的存储、交换、检索等操作的机内代码，它采用两个字节的二进制形式表示一个汉字。为了与英文字符能相互区别，汉

35、字机内代码中两个字节的最高位均规定为l。汉字字模编码是用来描述汉字字形的代码，它是汉字的输出形式。汉字库有点阵字库、TrueType字库、矢量字库等类型1.3 1.3 微机的一般概念微机的一般概念1.3.1 微型计算机的基本组成和基本工作原理微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机组成结构微型计算机组成结构微型计算机系统微型计算机系统硬件硬件微型计算机微型计算机（主机主机）微处理器微处理器 (CPU)软件软件外围设备外围设备运算器运算器控制器控制器存储器存储器 (内存内存)RAMROM外部设备外部设备辅助设备辅助设备 输入设备输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出

36、设备输出设备(显示器、打印机、绘图仪、显示器、打印机、绘图仪、) 辅助存储器辅助存储器(磁带、磁盘、光盘磁带、磁盘、光盘)输入输入/ /输出接口输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 总线总线 (AB、DB、CB)系统软件系统软件( (操作系统，编辑、编译程序，故障诊断操作系统，编辑、编译程序，故障诊断, ,监控程序监控程序)应用软件应用软件( (科学计算，工业控制，数据处理科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言程序设计语言( (机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言) )电源电路电源电路时钟电路时钟电路 P微型计算机典型系统主板结构图 微

37、型计算机微型计算机以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（作的只读存储器（ROM）、读写存储器）、读写存储器（RAM）、输入输出接口电路及系统总线等）、输入输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。所组成的计算机，称为微型计算机。将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次微型计算机系统微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以以微型计算机为中心，配以

38、相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。软件分为系统软件和应用软件两大类。微型计算机系统的三个层次：微型计算机系统的三个层次：微处理器微处理器微型计算机微型计算机 微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次微型计算机的常用术语1位和字节位和字节位（位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为据单位，它指

39、的是取值只能为0或或1的一个二进的一个二进制数值位。位作为单位时记作制数值位。位作为单位时记作b字节（字节（byte）由）由8个位二进制位组成，通常用作个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作BK是是kelo的缩写，的缩写，1K=1024=210；M是是mega的缩写，的缩写，1M=1024K=220；G是是Giga的缩写，的缩写，1G=1024M=230；T是是tera的缩写，的缩写，1T=1024G=240。微型计算机的常用术语2字长字长字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码

40、的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有的宽度。微处理器的字长有4位、位、8位、位、16位和位和32位等等。位等等。8088称为准称为准16位微处理器，而位微处理器，而80386SX称为准称为准32位微处位微处理器。理器。半字节字节字双字03034707078F8F1 01 71 81 F微型计算机的常用术语3主频主频主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度，主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。

41、早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从80486DX2开始，主频开始，主频=外部总线频率外部总线频率 倍频系数倍频系数外部总线频率频率通常简称为外频，它的单位也是外部总线频率频率通常简称为外频，它的单位也是MHz，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快，因而微型计算机的运行速度也越快。因而微型计算机的运行速度也越快。倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例系数。倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例系数。通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标通过提高外频或倍频系数，可以

42、使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的超频。称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的超频。微型计算机的常用术语4MIPSMIPS是是Millions of Instruction Per Second的缩写，的缩写，用来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多用来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少少百万条百万条指令指令由于执行不同类型的指令所需时间长度不同，所以由于执行不同类型的指令所需时间长度不同，所以MIPS通常是根据不同指令出现的频度乘上不同的通常是根据不同指令出现的频度乘上不同的系数求得的统计平均值。系数求得的统计平均值。主频为主频为25MHz的的80486其性能

43、大约是其性能大约是20MIPS，主频为主频为400MHz的的Pentium II的性能为的性能为832 MIPS5iCOMP指数指数iCOMP指数是指数是Intel公司为评价其公司为评价其32位微处理器的位微处理器的性能而编制的一种指标，它是根据微处理器的各种性能而编制的一种指标，它是根据微处理器的各种性能指标在微型计算机中的重要性来确定的，性能指标在微型计算机中的重要性来确定的，iCOMP指数包含的指标有整数数学计算、浮点数学指数包含的指标有整数数学计算、浮点数学计算、图形处理以及视频处理等，这些指标的重要计算、图形处理以及视频处理等，这些指标的重要性与它们在应用软件中出现的频度有关，所以性

44、与它们在应用软件中出现的频度有关，所以iCOMP指数说明了微处理器在微型计算机中应用的指数说明了微处理器在微型计算机中应用的综合性能。综合性能。微型计算机的常用术语微型计算机的常用术语6微处理器的生产工艺微处理器的生产工艺指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以度，一般以 m为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越小。理器的功耗和发热量越小。目前微处理器的生产工艺已经达到目前微处理器的生产工艺已经达到0.18 m。7 7微处理器的集成度微处理器的集成度指微处理器芯片上集

45、成的晶体管的密度。指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。最早最早Intel 4004的集成度为的集成度为2250个晶体管，目前个晶体管，目前Pentium III的集成度已经达到的集成度已经达到750万个晶体管以上，集成度提高了万个晶体管以上，集成度提高了3000多倍。多倍。微型计算机的硬件体系结构微型计算机的硬件体系结构冯冯诺依曼结构：诺依曼结构：由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成备五大部分组成数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是在存储器中，

46、存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式二进制形式控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）工作，并由一个程序计数器（工作，并由一个程序计数器（PC）控制指令的执）控制指令的执行。控制器具有判断能力，能够根据计算结果选行。控制器具有判断能力，能够根据计算结果选择不同的动作流程择不同的动作流程微型计算机的硬件体系结构微型计算机的硬件体系结构微型计算机的硬件体系结构微型计算机的硬件体系结构微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理冯冯 诺依曼存储程序工作原理诺依曼存储程序工作原理存储程序工作原理是指把程序存储在计算机内，存储程序工作原理是指把程序存储在计

47、算机内，使计算机能像快速存取数据一样地快速存取组成使计算机能像快速存取数据一样地快速存取组成程序的指令。为实现控制器自动连续地执行程序，程序的指令。为实现控制器自动连续地执行程序，必须先把程序和数据送到具有记忆功能的存储器必须先把程序和数据送到具有记忆功能的存储器中保存起来，然后给出程序中第一条指令的地址，中保存起来，然后给出程序中第一条指令的地址，控制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始控制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取指令、译码、执行，直到完成全部指令操作地取指令、译码、执行，直到完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流的串行驱动实现程序为止，即控制器通过指令流的串行驱动实现

48、程序控制。控制。微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由微型计算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，就是执行指令序指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。定的操作。由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到

49、停机指令时才结束机指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。器的运行。取指令，PC值加1停机?译码并执行结束YN微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程计算计算1+2=?汇编语言程序汇编语言程序对应的机器指令对应的机器指令 对应的操作对应的操作MOV AL, 110110000将立即数将立即数1传送到累加寄存器传送到累加寄存器AL中中00000001ADD AL, 200000100计算两个数的和，结果存放到计算两个数的和，结果存放到AL中中00000010MOV 0008, AL10100010将将AL中的数传送到地址单元中的数传送到地址单元0008000010010000

50、0000HLT11110100停机停机微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程1.4 Intel 8088/80286微处理器结构微处理器结构8088的寄存器结构的寄存器结构AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPPSWAX 累加器 字乘法，字除法，字I/OAL 字节乘、除，字节I/O，十进制算术运算、查表AH 字节乘、除BX 基数寄存器 查表转换、间接寻址CX 计数器 串操作，循环计数CL 变量移位或循环DX 数据寄存器 字乘法、除法，间接I./O寻址SP 堆栈指针；BP 基址指针；SI 源变址指针；DI 目的变址指针指令指针状态标志寄存器8088的寄存器结构的寄存器结构CSDSSSES 代码段代码段 数据段数据段 堆栈段堆栈段 附加段附加段O D I T S ZAPCPSW进位进位奇偶校验奇偶校验辅助进位辅助进位零标志位零标志位符号标志位符号标志位跟踪标志位跟踪标志位中断标志位中断标志位方向