《微机原理与接口技术-郭兰英-第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术-郭兰英-第1章（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微机原理与接口技术第1章 微型计算机系统概述教学重点 计算机中数的表示方法 微型计算机的系统组成 微型计算机的工作过程H - 表示 16进制Q - 表示8 进制B - 表示2 进制D(或不加 标识) - 10 进制1.1 计算机中数的表示方法 数的表示 计算机的数制 常用编码数制之间的转换（整数、小数 ）书写BCD码 ASCII 码汉字编 码1.1 计算机中数的表示方法 BCD码BCD (binary-coded decimal)一种用4位二进制数字来表示一位十进 制数字的编码。组合BCD码（或压缩BCD码 ）未组合BCD码（或未压缩BCD 码）用4个二进制位表示1个十进制位 4256 010
2、0 0010 0101 0110用8个二进制位表示1个十进制位,高4位为 04256 00000100 00000010 00000101 00000110十进制数和8421BCD码的对应关系十进制数8421BCD 码十进制数8421BCD 码 00000501011000160110200107011130011810004010091001BCD码的运算43?0100 +） 0011011148?0100 +） 10001100十进制调整十进制调整规则 若两个BCD数相加，结果大于1001，则在 本位做加0110调整； 若两个BCD数相加，结果在本位上并不大于 1001，但低四位向高位产生
3、了进位，也要 做加0110调整； 两个BCD数相减，若低4位向高位有借位， 在低4位要做减0110调整。调整举例48?0100 +） 10001100 +） 0110 0001 00105448?0101 0100 +） 0100 10001001 1100 +） 01101010 0010 +） 0110 0001 0000 0010ASCII码ASCII(American national standard code for information interchange)7位二进制数表示,第8位常用作奇偶校验位 。汉字编码国标码 国家标准信息交换用汉字编码(GB2312-80) 用两个7
4、位表示一个汉字、符号或图形 输入码拼音、五笔、区位 内码不同的输入方法，但内码是统一的； 台湾的内码不同（BIG5）带符号数的表示无符号数不带正负符号的数。计算机如何表示数的正负号？习惯上约定最高位是符号位，0表示正 数，1表示负数。其余位称为数值位。机器数与真值机器数 正负符号进行数字化的数, 计算机能直接识别。 如01001011、10001001。真值 用+、-表示的数，数的真实意义。 如87，24。原码、反码、补码正数 x原 x反 x补 最高位为符号位,用0表示,其余各数值位不变。负数 最高位为符号位，用1表示。 原码：其余各数值位不变。 反码：其余各数值位按位取反。 补码：其余各数值
5、位按位取反再加1。对于同一个机器数，如果编码方式不同，则对应 的真值可能不同。关于原码、反码、补码的说明带符号数的表示,都是针对特定字长的 。 如8位二进制原码，16位二进制补码。 带符号数的表示都是有确定范围的,超 出范围叫溢出。大多数计算机采用补码来表示带符号 数, 如8086/8088。1.2 微型计算机的系统组成 重要里程碑1971年，Intel公司设计了 世界上第一个微处理器芯片Intel4004。1946年，世界上出现第一台数字式电子计算机ENIAC。人类第一台计算机ENIACIntel 4004和计算器发展历程第1代，4位和低档8位微机 400440408008第2代，中高档8位
6、微机 Z80、I8085、M6800、Apple-II 微机第3代， 16位微机 8086808880286, IBM PC系列机第4代， 32位微机 8038680486PentiumPentium II / III / 4 32位PC机第5代， 64位微机 64位RISC微处理器芯片苹果电脑Apple-IApple-IIIBM PC系列机8088CPUIBM PC机IBM PC/AT机IBM PC/XT机Intel系列处理器80386Pentium代发表 年份字长 (bits)型号线宽 (m)晶体管数 (万个)时钟频 率 (MHz)速度 (MIPS)一1971 19724 84004 80
7、08500.2 0.3300七2002 ？64Itanium？0.08CPU:2.5K Cache:30K800(20条指令/ 时钟周期)3000基本概念位(bit) 计算机所能表示的最小的数据单元。 每个位有两种状态, 即0和1。字(word) 计算机内部进行数据处理的基本单位 。字长(word length) 每个字所包含的二进制位数。通常与计算 机内部寄存器、运算器、总线的宽度一致。 字节(byte) 相邻8位二进制位，即1byte=8bit。基本概念单板机(Single Board Computer)将CPU、ROM、RAM、I/O等电路全部安装 到一块电路板上。单片机(Single
8、Chip Computer)将CPU、ROM、RAM、I/O电路全部 集成到一块芯片上。微机(Microcomputer) 微型计算机的简称。嵌入式系统(Embedded System)以应用为中心，软硬件可剪裁的专用计算机系 统。计算机系统层次结构微机系统的启动和操作系统的装载 相关的两个概念系统BIOS：BIOS是直接与硬件打交道的底层代码，它为操作系统提供了 控制硬件设备的基本功能。BIOS一般 被存放在ROM之中，占用的地址空间 为F0000HFFFFFH。复位地址：FFFF0H。 1.1.4启动过程第一步： 当我们按下电源开关时， CPU得 到的启动地址为FFFF0H，CPU就会从F
9、FFF0H处 开始取指令、执行指令。系统BIOS放在这里的只 是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动程序处。第二步： 系统BIOS的启动程序首先要做的 事情就是进行加电后自检（PowerOn Self Test，POST）。第三步：系统BIOS的启动程序进行的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、 硬盘或光驱装载操作系统。 微型计算机系统的三个层次微处理器 存储器 I/O接口 总线 输入/输出设备硬件系统软件系统微 型 计算机 系 统微 型 计算机 (主机)外 设ALU(运算器) 寄存器组 控制器键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪 系统软件 应用软件计算机系统组
10、成运算器 控制器寄存器组 内存储器 总线输入输出设备接口电路外部设备 软件微处理器微型计算机微型计算机系统微型计算机组成框图微处 理器存储器总 线输入输 出设备接口微处理器组成运算器控制器寄存器组 用来进行算术逻辑运算和位移、循环等操作。 又称算术逻辑单元ALU, 核心是累加器。 参加运算的操作数来自累加器和内部数据总线。 控制器是整个计算机的控制、指挥中心。 主要功能是控制指令执行的过程与顺序。 主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器 ID和控制逻辑PLA等部件组成。 通常由多个寄存器组成,主要用来暂存CPU执行程序 时的常用数据或地址。控制器程序计数器PC控制器指令寄存器IR指令
11、译码器ID控制逻辑部件PLA时序电路地址寄存器AR 数据寄存器DR微处理器ALU oI2I1ARDRPC256字 节RAMRAPLAIDIRALF标志寄 存器程序指针 累加器地址寄 存器地址总线AB内存寄存器组运算器控制逻辑指令 译码 器指令 寄存 器数据寄 存器 数据总线DB系统总线总线（bus） 总线是指传递信息的一组公用导线。 总线是传送信息的公共通道。 微机系统采用总线连接系统功能部件。 总线信号可分成三组： 地址总线AB ：传送地址信息 数据总线DB ：传送数据信息 控制总线CB ：传送控制信息 总线还有电源、地线等其他辅助信号系统总线总线信号 地址总线AB (address bus
12、)用于传送CPU输出将要访问的内存单元或I/O端口 的地址 地址线的多少决定系统直接寻址存储器的范围 数据总线DB (data bus)CPU读操作时,外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时,CPU数据通过数据总线送往外部 数据线的多少决定一次能够传送数据的位数 控制总线CB (control bus)协调系统中各部件的操作,用于传送自CPU发出的 控制信息或送到CPU的状态信息。 控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应 性等注意：通常将数据总线位数小于字长的计 算机（如8088）称为准字长计算机 注意：数据总线的位数通常和CPU中运算器 的位数（即字长）相一致，但有时也不一致。
13、数据总线：16位8086地址总线：20位 16位字长 数据总线：8位8088地址总线：20位总线的特点 在某一时刻，只能由一个总线主控设备（例 如CPU）来控制总线。 在连接系统总线的各个设备中，某时刻只能 有一个发送者向总线发送信号，但可以有多个 设备从总线上同时获取信号。 优点 可以减少机器中的信息传送线的根数，从而简化 了系统结构，提高了机器的可靠性。 可以方便地对存储器芯片及I/O接口芯片进行扩充 。存储器 遵循冯.诺依曼体系结构存储程序，即将程序和数据事先写入存储器中 程序控制，即由计算机按照程序的要求自动进行 工作 存储器作用：用来存放程序和数据的 分类 内存（主存，简称为存储器）
14、、外存（辅存） RAM、ROM CPU对存储器的访问约占CPU时间的70% 左右，所以存储器对微机的工作效率影响很大 。输入输出接口及外部设备CPUI/O 接口I/O 外部 设备 输入设备 键盘、鼠标、扫描仪、摄像机、触摸屏 等 输出设备 显示器、打印机、绘图仪、音响设备等软件系统的组成 操作系统 MS-DOS、Windows、Linux/Unix 计算机语言及其编译处理系统 机器语言、汇编语言、高级语言 汇编程序、解释程序、编译程序 应用软件和工具软件 科学计算、财会软件、绘图、办公、网 络等指令的工作过程 基本思想 存储程序、程序控制 指令 是指定计算机完成某一特定操作的命 令，由二进制编
15、码组成。 机器码 为方便记忆，常用英文缩写为指令的 助记符号。汇编指令 过程 读取指令取指 执行指令执指模拟机存储结构 存储单元 内容（指令、数 据） 地址：从0开始的 无符号整数02H单元存放有一个数据34H，表示为02H34H两个完全 不同的概 念准备 举例：710？ 准备工作 编写汇编源程序。 翻译（汇编）成机器语言指令。 将数据和程序通过输入设备送至存储器中 。 程序一共3条指令,5个字节。假设它们存 放在从00H单元开始的连续5个存储单元中。第1条指令的取指过程第1条指令的执行过程第2条指令的取指过程第2条指令的执行过程8086/8088微处理器内部结构 8086CPU由两个独立的处理部件组成： 执行部件EU（ Execution Unit） 总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）8086/8088微处理器内部结构 负责指令的译码、执行和数据的运算EU负责全部指令的执行； 向BIU输出数据(操作结果)；对寄存器和标志寄存器进行 管理；16位运算（数据运算和操作数偏移地址的运算），数据传送和处 理；EU的作用8086/8088微处理器内部结
