微型计算机原理复习资料

微型计算机原理第一章概论1计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处理的现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动 （包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习与创作等思维活动）的工具。2,.现代计算机的雏形一一马克I &&&取名ENIAC――电子数字积分器与计算机。 _3•计算机的发展阶段（一） 电子管计算机（1946—1958）――用机器语言、汇编语言编写程序，用于军事和国防尖端技术（二） 晶体管计算机（1958—1964）――开始使用高级语言，用于工程技术、数据处理和其它科学领域（三） 集成电路计算机（1964—1971） ――采用微程序、流水线等技术，提高运行速度，出现操作系统、诊断程序等软件（四） 超大规模集成电路计算机 （1971—至今）一一采用半导体存储器，采用图形界面操作系统器件速度更快，软件、外设更加丰富4•微型计算机的发展阶段（一） 第一阶段（1971-1973）典型的微型机以Intel4004和Intel4040为基础。没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。（二） 第二阶段（1974-1977）以8位微处理器为基础，配有简单的操作系统和高级语言（三） 第三阶段（1978-1981）以16位和准32位微处理器为基础，有虚拟存储和存储保护。（四） 第四阶段（20世纪80年代）80年代初，IBM公司推出开放式的IBMPC，公布了IBMPC的总线设计标准。8086（五）第五阶段（20世纪90年代开始）1993年，Intel公司推出了Pentium微处理器，它具有64位的内部数据通道。计埠tl拓號软件系城通件至躱应用软件主机祭统引洋程序中央处理墨设备输出远器制地址总线AE&CFU敖帽営歩场微型计算机的硬件组成部分主要有微处理器地址总线AE&CFU敖帽営歩场（CPU）、存储器、I/O设备和系统总线。见图0-2所示。

系统总线包括地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB组成。冯•诺依曼体系的核心概念——存储程序工作方式。二进制更换十进制事先编制程序将程序存储于计算机的存储器之中计算机在运行时将自动地连续地从存储器中依次取出指令加以执行计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入装置、输出装置 五大部件构成第一章计算机基础知识1•数制1、 基（Radix）数制允许选用基本数字符号的个数称为基。2、位权（Weight）一个数字符号处在数的不同位置，它所代表的数值不同的。 位权的大小是以基数为底、数字符号所在位置的序号为指数的整数次幕 。2•数制的转化十进制D转化为二进制B，不断地进行除2直至结果为零，将余数自下而上排列十进制小数转化为二进制不断乘以 2取整数，直至为1或按精度计算。2B,8,16H转化3、 一般规定以0代表符号“+”，1代表符号“-”， 计算机中通常只表示整数或小数，因此约定小数点隐含在一个固定的位置，不再占用一个位数。一台机器的字长是固定的&带符号位的机器数对应的数值称机器数的真值。 说明：1）在计算机中无符号数通常用于表示地址。2）有符号数与无符号数的处理是有差别的。4•原码：原码实际上是数值化的符号位加上真值的绝对值 。反码：一个负数的原码符号位不动，其余按位取反2）一个正数的反码与原码形式相同补码：（1）一个正数的补码与原码形式相同（2）原码取反+1&&&&由地位向高位，遇到第一个1（包含）保持不变，之后取反（3） 补码的补码是原码5•定点与浮点（1）定点表示法规定机器中所有数的小数点位置固定不变BCD码：0~9由四个二进制数表示。ASCII编码：字符信息8“或”运算逻辑表达式为： Y=A+B（有1出1,全0出0）“与”运算逻辑表达式为： Y=AB（有0出0，全1出1）“非”运算逻辑表达式为： Y=A反9•摩根定律A——BA——B——- （头上切一刀底下变个号A*B=A+B□——Y或门与非门A £一Y=A\fi异或门A异或非门□——Y或门与非门A £一Y=A\fi异或门A异或非门A 与门 & Y——10半加器耳Cl為00001D]01100111k10与仃异或门A(CiSi0DDuc0n1D10100]011广]D0*01101k11Qk1111广先r广后址"5•垃”AfBtCi图1一4半加器的罠值衣及电路FA-s1.

c(a)半加器符号(b)全加器符号设A=1010(B)=10(D)SoB=1011(B)=11(D)将减数B变成其补码后，再与被减数A相加，其和(如有进位的话，则舍去进位)就是两数之差。SUB=O，做加法SUB=1，做减法可控反相器就是对二进制数求反操作A+(-B)+1第二章微型计算机基本组成电路ALU）、触发器1•ALU）、触发器（Trigger）、寄存器（Register）、存储器（Memory）、总线结构（BUS）等2.1算术逻辑单元（ALU）顾名思意，这个部件既能进行二进制的四则运算，也能进行布尔代数的逻辑运算。_ALU<=^ntrol问题1_ALU<=^ntrol3•触发器是存放一位二进制数字信号的基本单元。触发器是计算机的记忆装置的基本单元,也可以说是记忆细胞。触发器可以组成寄存器，寄存器又可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记忆装置。微机中所有的触发器一般用晶体管元件，这是因为晶体管元件可以制成大规模的集成电路，体积可以更小。时标RS触发器（1）RS触发器注意，s,r不可以同时为0（2）、D触发器0——0，1——1PRESETPRESET -oDoQ&FRCLRCLKPRESETPRESET -oDoQ&FRCLRCLK> 9CLEARCLK©DoQ

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oQoCLEAR3】CLK疋边嫌筑发的D■发器伽）CLKft边垛他发的D魅发祥M低电平预咒敗淸除的D肚发戳（2）jk触发器PR当J=K=O时：保持原状（自锁）当J=1,K=0时：置位；当J=0,K=1时：复位；1•（2）jk触发器PR当J=K=O时：保持原状（自锁）当J=1,K=0时：置位；当J=0,K=1时：复位；1•寄存器II缓冲寄存器：数据放入暂时，完全不动的放出,D触发器构成。L门，专管对寄存器的装入数据的控制LLOADCLK<CLRQ可控缓冲器2、移位寄存器将其所储存的数据向左或向右移位（保持原来的数据，采用D触发器）X1LLOADSHLSHRCLK<DinCLR可控

计COUNTCLR3、计数器（Counter）行波计数器、同步计数器、环行计数器和程序计数器（了解）（1） 行波计数器 JK触发器构成，下降出发，低频清零加入count可控高频信号来时，将数据加 1

（2） 环形计数器，它只是仅有唯一的一个位为高电位，即为 1，其它各位为0注意：环行计数器不是用来计数用的，而是用来发出顺序控制信号的（产生机器节拍！ ！！）,COUNT程序LOAD计数^CLK<CLR图2-23程序计数器（3）程序计数器（ProgramCounter）（4）累加器它也是一个行波计数器。不过它不但可以从0开始计数，也可以将外来的数装入其中，这就需要一个COUNT输入端，也要有一个L门（4）累加器它不进行加法运算，而是作为ALU运算过程的代数和的临时存储处。这种特殊的寄存器在微型计算机的数据处理中担负重要的任务。累加器除了能装入及输出数据外，还能使存储其中的数据左移或右移，所以它又是一种移位寄存器三态电路^2-2三姦输出电踣的逻辑表L门专管对寄存器的装入数据的控制，而 E门专门管由寄存器输出数据的控制。E A B00高阻1高阻0011总线结构连接各部件的公共连接线集称为总线，即总线是它们相互通讯的公共通道，在这个通道上传送地址信息，数据信息及控制信息，即一组总线包括地址总线、数据总线及控制总线三部分。现代计算机系统的总线包括内部总线、系统总线（外部总线）。内部总线是指CPU内部连接各寄存器与ALU部件的总线。系统总线是指CPU、主存储器及I/O接口之间的连线。2.6存储器（Memory）根据使用不同，存储器分为两大类： 只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

为了便于存入和取出，每个单元必须有固定的地址。因此存储器的地址也必定是数以亿计的。为了减少存储器向外引出的地址线,n位地址线可以译成2n个的地址号只读存储器ROM为了便于存入和取出，每个单元必须有固定的地址。因此存储器的地址也必定是数以亿计的。为了减少存储器向外引出的地址线,n位地址线可以译成2n个的地址号只读存储器ROM在存储器内部都自带有译码器AAA 8X4ROMm\nROMun存储地址寄存器mar:它将所要寻找的存储单元的地址暂存下来，以备下一条指令之用它和存储器的联系是双态的，即地址一进入MAR就立即被送到存储器去A?AgA|Ac11MAR卜ROM2、 随机存储器（RAM）:RAM的每一个存储单元相当于一个可控缓冲寄存器3、存储器数据寄存器，MDR也是一个可控缓冲寄存器。它的作用是将要写入RAM中去的数据暂寄存在MDR中第三章（1）PC程序计数器（2）MAR存储地址寄存器（3）PROM可编程序只读寄存器（4）IR指令寄存器（指令寄存器（5）控制器CON （6）累加器出寄存器0（10）二进制显示器DA（7）算术逻辑单元（8）寄存器B（9）输（2）助记符操作码LDA0000ADD0001SUB0010OUT1110HLT1111（3） 执行一条指令的时间为一个机器周期 。机器周期又可分为取指周期和执行周期取指周期需要三个机器节拍：（1）地址节拍（T0=1）PC内容送MAR并到达PROM⑵储存节拍（T仁1）PROM指定单元内容送到IR，高四位送控制部件（3）增量节拍（T2=1）PC+1，指向下一条指令执行周期也需要三个节拍

Cp_CLK—ACLR一忙卩 _AiR>PCCLKCLRE,SLclkCONALLT4|^2^，CLR|Cp_CLK—ACLR一忙卩 _AiR>PCCLKCLRE,SLclkCONALLT4|^2^，CLR|ICpEpLmErL|EiLaEaSuEuLbLo■^9 ^B-1^9LMAR>CLK16X8PROM\Z4DLoCLKO>/0（a＞號蛾计界机的希牝整种 a＞功悽分耕图（4） 例行程序，由控制器内部决定的执行步骤。（5） 控制部件（1） 环行计数器（RC）产生时钟脉冲，机器节拍（2） 指令译码器（ID）将高四位组成的编码，译成一个信号，即译为某一控制线为高电位。（3）控制矩阵（CM）其输入为节拍信号和经译码后的指令信号，输出为 12位控制字（4） 其它控制电路1） 时钟脉冲发生器它一般由两部分组成，即时钟振荡器及射极输出器。2） 运行/停车触发器，接收来自按钮的“运行”脉冲信号，接收来自指令译码器的“HLT”停车信号.3） “启动”和“清零”按钮（6） 流水线技术；流水线技术是一种同时进行若干操作的并行处理方式。它把取操作和执行操作重叠进行，在执行一条指令的同时，又取另一条指令。需增加硬件来取指令，并把它存放到寄存器队列中，在微处理器中有两个运算单元，一个主运算单元用于执行指令，另一个专用于地址计算（6）高速缓冲寄存器CPU与主存储器的处理速度不相适，需要在两只之间安装（存取数据速度很快，容量很小的）高速缓冲寄存器。（7） 虚拟存储技术由于一个程序或者数据比主内存还要大虚拟存储技术允许建立一个存储容量比实际物理主存储容量更加大，存放在虚拟存储器中的数据或程序只有其中一部分放在物理存储器之中， 当执行的指令不在其中时，管理计算器的软件能擦觉出来，此时会启动磁盘，把需要的存储区域调入物理存储器之中并覆盖之前的部分。

第四章微处理器（Microprocessor）是微机的运算及控制部件，也称中央处理单元（CPU）。它本身不构成独立的工作系统，因而它不能独立地执行程序。通常，微处理器由算术逻辑部件（ALU）、控制部件、寄存器组和片内总线等几部分组成，这些都在前面几章中讲过了有了一定的基础。1.8086和80882.EUAHAL1BHBlCH1.8086和80882.EUAHAL1BHBlCHClDHDLSIDIBPSP8086CPU从功能上可分为两部分，即总线接口部件 BIU（Bus1nterfaceUnit）和执行部件EU执行部件（EU）的功能就是负责指令的执行。组成：来寸暂存器］暂存^器1）四个通用寄存器，即AX、BX、CX、DX；2）四个专用寄存器，即源变址寄存器一—S|,(SourceIndex)目的变址寄存器一一DI；(DestinationIndex)基数指针寄存器一一BP,(BasePointer)堆栈指针寄存器一一SP,(StackPointer)3）标心奇存器（FR）；(FlagsRegister)4）算术逻辑部件（ALU）。3.8086特点、四个通用寄存器既可以作为 16位寄存器使用，也可以作为 8位寄存器使用.AX累加器，8086指令系统中有许多指令都是通过累加器的动作来执行的。.加法器是算术逻辑的主要部件，绝大部分指令的执行都由加法器来完成标志奇存器FRCF:进位标志（反应运算过程中，最高位是否产生进位 /借位。AF:辅助进位标志（反应运算过程中，对字节操作 D3位是否产生进位ZF:零标志（运算结果为0时，ZF=1,否则ZF=0SF:符号标志（反映运算结果的符号位。OF：溢出标志（OverflowFlag）PF：奇偶标志（ParityFlag）有偶数个1”时，PF=1,否则PF=0。5•总线接口部件BIU4个16位段寄存器：DS（DataSegment）ES(ExtraSegment)SS(StackSegment)CS(CodeSegment)16位IP指令指针寄存器20位地址加法器指令队列共有14个16位寄存器,AX，BX，CX，DX，SI，DI，SP，BP,DS，ES，SS，CS,FR，IP.其中：AX、BX、CX、DX又可分成两个8位寄存器其它10个只能作为16位寄存器。1)每当8086的指令队列中有2个空字节，BIU就会自动把指令取到指令队列中。而同时EU从指令队列取出一条指令，并用几个时钟周期去分析、执行指令。当指令队列已满，而且EU对BIU又无总线访问请求时，BIU便进入空闲状态。在执行转移、调用和返回指令时，指令队列中的原有内容被自动清除。8•有20条地址线，可以寻址多达2A20(1M)这20为为物理地址，所以需要把1m物理地址分为16个段。段基址存放在段寄存器DS或CS或SS或ES中，段内的偏移地址存放在IP或SP中。物理地址=段基址*16+偏移地址物理地址就是实际地址，它具有 20位的地址值。逻辑地址由段基址和偏移地址组成。程序以逻辑地址编址，而不是用物理地址编址在8086／8088中，一个最基本的总线周期由四个时钟周期组成，时钟周期是 CPU的基本时间计量单位，它(1/主频)在一个最基本的总线周期中，常将四个时钟周期分别称为四个状态，即 T1状态、T2状态、T3状态、T4状态T1指出要寻址的存储单元或外设端口的地址T2CPU从总线上撤消地址，而使总线的低16位浮置成高阻状态，为传输数据做准备。总线的最高四位(A16—A19)用来输出本总线周期状态信息。T3高4位继续提供状态信息，低16位传递数据TW(可能)外设或存储器会通过“READY”信号线在T3状态启动之前，向CPU发一个“数据未准备好”信号，于是CPU会在T3之后插入一个或多个附加的时钟周期Tw，Tw也叫等待状态。T4总线周期结束只有在CPU和内存或I/O接口之间传输数据，以及填充指令队列时， CPU才执行总线周期。可见，如果在一个总线周期之后，不立即执行下一个总线周期，那么系统总线就处在空闲状态，此时，执行空闲周期T111.AD15—AD0。(AddressDatabus)地址/数据复用引脚(双向工作)作为复用引脚，在总线周期的T1状态用来输出要访问的存储器或I／O端口地址。(AD0—低八位数据的选通信号)MN/MX(Minimum/MaximumModeControl)最小/最大模式控制信号引脚(输入)它是最大模式及最小模式的选择控制端。此引脚固定接为+5V时，CPU处于最小模式；如果接地，则CPU处于最大模式。READY“准备好”信号引脚(输入)“准备好”，信号实际上是由所访问的存储器或 1/O设备发来的响应信号，高电平有效。“准备好”，信号有效时，表示内存或 I/O设备准备就绪，马上就可进行数据传输。NMI（Non一Maskableinterrupt）非屏蔽中断引脚（输入）非屏蔽中断信号是不受中断允许标志 IF的影响，也不能用软件进行屏蔽。每当 NMI端进入一个正沿触发信号时， CPU就会在结束当前指令后，进入非屏蔽中断处理程序。INTR（1nterruptRequest）可屏蔽中断请求信号引脚（输入）是外设发来的可屏蔽中断请求信号，为高电平有效， CPU在执行每条指令的最后一■个时钟周期会对INTR信号进行采样，如果CPU中的中断允许标志为1,并且又接收到INTR信号，那么，CPU就会在结束当前指令后，响应中断请求，进入一个中断处理子程序。RESET（Reset）复位信号引脚（输入）复位信号来到后，CPU便结束当前操作，并对处理器标志寄存器、 IP、DS、SS、ES及指令队列清零，而将CS设置为FFFFH。当复位信号变为低电平时，CPU从FFFF0H开始执行程序。12.8086、8088工作模式最小模式，就是在系统中只有8086/8088—个微处理器。在这种系统中，所有的总线控制信号都直接由8086/8088产生最大模式包含两个或多个微处理器。其中一个主处理器就是 8086/8088，其它的处理器称为协处理器。它们是协助主处理器工作的。和 8086/8088配合的协处理器有两个，一个是数值运算协处理器8087,—个是输入/输出协处理器 8089。第五章1.标号：（1）标识符由字母（a――z、A――Z）、数字（0—9）或某些特殊字符（@,-,?）组成；（2） 第一个字符必须是字母（a――z、A――Z）或某些特殊的符号（@, -,?）,但“？”不能单独作标识符；（3） 标识符有效长度为31个字符，2•指令助记符是指令名称的代表符号 ，它是指令语句中的关键字，不可缺省3•操作数是参加本指令运算的数据，有些指令不需要操作数，可以缺省 （举例）；有些指令需要两个操作数，这时必须用逗号（，）将两个操作数分开。4