微机原理与应用[

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1、高职高专 教材电子工业出版社陈国陈国先先 主编主编第1章微型计算机概述1.1 基本概念1.2 微型计算机数据类型1.3 微型计算机系统组成退出退出1.1基本概念1.1.1 微处理器、微型计算机、微型计算机系统微型计算机由运算器、控制器、存储器、输入/输出接口和 设备组成。微处理器是一个由算术逻辑运算单元、控制器单元、寄存器 组、高速缓存以及内部系统总线等单元组成的大规模集成电路芯 片，它具有CPU的全部功能。微型计算机是以微处理器芯片为核心，配上内存芯片、I/O 接口电路以及相应的辅助电路构成的装置，它又简称为微型机。微型计算机系统是以微型计算机为主体，配上输入设备、 输出设备、外存储器设备、

2、电源、机箱以及基本系统软件和应用 软件组成的系统，它又简称为微机系统。 1.1.2 微型计算机的发展和分类世界上第一台电子数字计算机1946年诞生于美国。 1微型计算机的发展（1）第一代PC机以IBM公司的IBM PC和PC/XT机为代表，CPU是 8088/8086，诞生于1981年。 （2）第二代以IBM公司于1985年推出的IBM PC/AT标志着第二代PC 机的诞生。 （3）第三代在1987年Intel公司推出了80386微处理器，分为低档 SX和高档DX两档。 （4）第四代在1989年，Intel公司推出了80486微处理器。 （5）第五代在1993年Intel公司推出了第五代微处理

3、器Pentium（ 中文名“奔腾”）。 （6）第六代在1998年Intel公司推出了Pentium 。2微型计算机的分类 可以从不同的角度将微型计算机分为几种类型。 （1）按组装形式和系统规模分类 单片机单板机个人计算机（PC机） （2）按微处理器位数分类 8位微机16位微机32位微机64位微机 1.1.3 微型计算机系统的主要技术指标(1)字长：字长实际上指的是处理器内部大多数寄存器、运算器、 内部与外部数据总线等主要部件的宽度。 (2)CPU速度：CPU速度指CPU主频及执行指令的运算速度。 (3)内存容量和速度：存储以字节为单位，存储容量以字节数表示 。内存速度指存取周期，即对存储器进行

4、一次完整的读或写所需 的时间。 (4)硬盘容量和速度。 (5)系统总线传输速率。 (6)系统可靠性平均无故障时间。 1.2 微型计算机中的数据类型1.2.1 常用数据类型 1. 进位计数制 每种进位制都有自己的基数，即该进位制中允许选用的基本数码个 数。如十进制数每个数位上允许选用0、1、29共10个不同数 码中的一个，十进制的基数为10，每位计满10向高位进1。 （1）r进制。r进制数数码有r个：0、1、2r-1；计数或运算时逢 r进1，借1当r；各位的权为r的相应次幂；左移i位相当于该位乘 以ri，右移i位相当于该位除以ri。 （2）十进制。 十进制数数码有10个：0、1、2、9；计数或运

5、算 逢10进1，借1当10；各位的权为10的相应次幂；左移i位相当乘 以10i，右移i位相当除以10i。 （3）二进制。 二进制数数码有两个：0、1；计数或运算时逢2进1 ，借1当2；各位的权为2的相应次幂；左移i位相当乘以2i，右移 i位相当除以2i。 （4）十六进制。 十六进制数码有十六个：0、1、2、9、A、B、 C、D、E、F；计数或运算时逢16进1，借1当16； （5）八进制。八进制数码有八个：0、1、2、3、4、5、6、7；计 数或运算时逢8进1，借1当8；各位的权为8的相应次幂。2. 常用进位计数制间的转换 任意进制到十进制的转换基本方法：按权值展开相加。十进制转换为任意进制整数

6、部分：除以基数取余数；小数部分：乘以基数取整数。 二进制与八进制、十六进制间的转换1位八进制数相当3位二进制数，1位十六进制数相当4位二进制数。 故二八或二十六的方法为：以小数点为基准，整数部分向左3位或4位二进制数化为1位八进制或十六进制数，不足3或4位添前0；小数部分向右3位或4位二进制数化为1位八进制或十六进制数，不足3或4位补后0； 3数的码制带符号数在机器中一般有原码、反码和补码三种表示法。（1）原码。最高位表示符号：0为正，1为负，数值的尾数部分不变。这就是原码的表示法。前面所提到的有符号数都是用原码表示的。用+、-表示符号正负的二进制数称为真值。（2）反码。正数的反码与原码相同，

7、符号位为0，尾数不变；负数的反码符号位为1，数值的尾数逐位变反。（3）补码。一个绝对值小于模的数，若为正，其补码就是该数本身；若为负，其补码就是该数与模的和。若真值X=-010100B求X的补码：X为负数，X 原=10010100B，X反=11101011B，X补=11101100B1.2.2 常用的编码1 字符编码字符(Character)泛指由拉丁字母、数字、标点符号及一些 特殊符所组成的西文。一种文字的所有字符的集合叫做该文字的 字符集。计算机中用得最普遍的西文字符集是ASCII码。ASCII是美国 信息交换标准码 。国际上通用的七位ASCII码，它包含10个阿拉伯数字、52个 大小写英

8、文字母、32个标点符号、34个控制码，共128个字符， 用七位二进制数表示 。 2汉字编码我国1981年公布了信息交换用汉字编码字符集基本集 (GB2312-80)。该标准选取6763个常用汉字和682个非汉字字符， 为每个字符规定了标准代码，供这7445个字符在不同计算机系统 之间进行信息交换使用。该字符集及其编码称为国标交换码，简 称国标码。 3. 图像编码图像表示法用mn个像点(Pixel，即像素)来表示画面内容 ，又称为位图表示法或点阵表示法。 1.3 微型计算机系统的组成多媒体微型机是由硬件系统（简称硬件）和软件系统（简称软件）组成的。 1.3.1 微型计算机的硬件1主机主机一般指主

9、机箱、主板、CPU、内存条、电源供应器。 （1） 主板由微处理器（CPU）插座、芯片组（Chipset）、内存条 插槽、BIOS芯片、总线扩展槽和接口电路等组成，用于控制多媒 体微型机的运行。（2）微处理器（CPU）是多媒体微型机的核心部件，多媒体微型 机的微处理器主要由运算器、控制器、Cache和寄存器等部件组 成。 （3） 内存。内存是CPU可以直接寻址的存储器，专门用于存放程 序及待处理的数据 .（4）电源供应器。电源供应器是安装在一个金属壳体内的独立 部件，它的作用是为系统和各种部件提供工作所需要的电源 2. 存储设备多媒体存储设备主要有硬盘、软盘驱动器和移动存储设备等。（1）软盘和软

10、盘驱动器。软盘是塑料盘片加一个保护套的活动磁盘 ，用于保存和交换数据。 （2）硬盘和硬盘驱动器。硬盘具有读写速度快、存储容量大等优点 。硬盘及其读写驱动器是全部封装在一起的，寿命长，工作稳定 。（3）移动存储设备。移动存储设备主要有闪存类存储器和活动硬盘 。 3输出设备多媒体输出设备主要有打印机、显示器、绘图仪、音响设备、 电视机和录像机等。 4输入设备多媒体输入设备有键盘、鼠标、麦克风、数码相机、摄像机、录像 机和扫描仪等。5多媒体设备多媒体设备主要有光盘和光盘驱动器、视频卡、声卡和音箱等。1.3.2 微型计算机的软件软件又分为系统软件和应用软件两大类。1 系统软件通常系统软件可以细分为操作

11、系统和各种实用软件。（1）操作系统。操作系统是系统软件中最基础的部分，是用户和 裸机之间的接口。 操作系统主要完成以下工作：统一管理多媒体微型机中各种软、硬件资源；合理组织多媒体微型机的工作流程；目前，多媒体微型机上常用的操作系统有DOS、Windows和Linix等 。（2）实用软件。实际上是一组具有通用目的程序 .2. 应用软件应用软件是具有特定应用目的程序组。 第2章微处理器结构及基 本工作原理2.1 微处理器基本的结构及工作原理 2.2 8086微处理器的功能结构 2.3 80X86微处理器的功能结构2.4 Pentium级微处理器的功能结构2.5 CPU的主要性能指标退出退出1.1

12、微处理器的结 构及工作原理 2.1.1 微处理器的基本结构1寄存器组寄存器是CPU的组成部分，用来存放数据和地址。累加器A（Accumulator）和标志寄存器F（Flag）是寄存器组中极为重要的两个寄存器。 2算术逻辑单元ALU 在指令译码器产生的操作控制信号作用下，完成各种算术运算、逻辑运算或其它操作。 3控制器控制器源源不断地从内存储器取来指令，并对之译码，产生计算机各部件所需要的操作控制信号。 （1）程序计数器PC每当取出一个字节的指令后，PC自动加1，PC中的内容就是下一个 指令字节所在的存储单元的地址。 （2）地址寄存器AR （3）数据寄存器DR （4）指令寄存器IR （5）时序

13、微处理器的时序就是指微处理器执行各种指令的动作过程及其在 时间上的对应关系。将一条指令的执行过程分为若干个不同的基本操作，完成每一个 基本操作所需的时间称为机器周期。 每个时钟周期是微处理器处理动作的最小的时间单位，称为T周 期或T状态。 4. 总线（BUS）系统总线是连接CPU、存储器或I/O端口等部件之间的总线， 2.1.2处理器的基本工作原理1存储程序的概念程序是人们为解决某个实际问题而事先设计好的具体的操作步骤，由指示计算机执行具体操作的有序命令（即指令）序列组成，并被存储在存储器中，计算机的整个工作过程就是周而复始地从存储器中取出指令、分析指令和执行指令。 2指令的执行过程要解决某一

14、问题，必须对其进行具体分析，提出解决问题的方法和步骤，即算法；然后用该计算机指令系统中的指令来描述该算法，即设计程序。（1）取第一条指令操作码的操作过程（2）执行第一条指令（即取第一条指令第二字节）的操作过程取第一条指令操作码的操作过程 图2-3 取第一条指令操作码的操作过程 2.2 8086微处理器的功 能结构2.2.1总线接口单元(BIU)总线接口部件BIU主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器以及总线控制电路等四个部件组成。BIU的总线控制电路将CPU的内部总线与外部总线相连，是CPU与外部交换数据的通路。2.2.2执行单元(EU)指令执行部件EU主要由算术逻辑运算单元ALU、标

15、志寄存器FR、通用寄存器组和EU控制器等四个部件组成。 2.2.3 8086 CPU的引脚功能8086 CPU采用标准DIP 40线封装，根据它的基本性能至少包含 16 条数据线，20条地址线，再加上其它一些必要的控制信号。 2.2.4 寄存器组1通用寄存器组8086的通用寄存器可分为两组。数据寄存器：包括4个16位的寄存器AX、BX、CX和DX，可用来存放16位的数据或地址。同时每个数据寄存器又可分成两个8位寄存器：AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL，用来存放8位数据。2段寄存器和存储器分段8086系统中采用分段技术把1M字节的存储空间分成若干个逻辑段，每段最长为64K字节，这些

16、逻辑段可在整个存储空间中浮动，用段寄存器给定各个逻辑段的首地址的高16位，这个地址被称作段基址。 代码段寄存器CS ，数据段寄存器DS，,附加段寄存器ES，堆栈段寄存器SS。 3标志寄存器8086CPU中设置了一个16位标志寄存器FR，用来存放运算结果 的特征。各位含义如下： CF（Carry Flag）进位标志位： 当进行16位或8位数加法或减法运算时，若最高位产生进位或借位时， CF=1；否则CF=0；逻辑运算的结果总使CF=0。 PF（Parity Flag）奇偶校验标志位： 若运算结果低8位中含有偶数个“1”时，PF=1；否则PF=0。 AF（Auxiliary Carry Flag）辅助进位标志位： 当进行8位数运算时，低4位向高4位产生进位或借位时AF=1；否则AF=0 。 ZF（Zero Flag）零标志位： 若运算结果为0，则ZF=1；否则ZF=0。SF（Sign Flag）符号标志位:对于带符号的数，用最高位表示数的符号