第2章 微型计算机组成及微处理器功能结构
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第二章微型计算机基础知识
第二章 微型计算机基础知识
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
第2章微型计算机系统基础知识资料
键盘 鼠标 扫描仪 摄象机 数字化仪
键盘
鼠标
其他输入设备
输 入 设 备
扫描仪 摄象机
输出设备
输出设备
将计算机处理和计算后所得 的结果以一种人们便于识别 的形式记录、显示或打印出 来的设备
常输见出输设出备？ 设备？
显示器 打印机 音箱
显示器
打印机
1.3 微型计算机的软件系统
软件是微机的灵魂。
存储容量 内存储器可以容纳的二进制信息量， 以KB、MB、GB为单位
存取周期 存储器两次连续、独立的操作之间所需 的最短时间，以ns为单位
外存储器
外存储器（辅助存储器） 用来长期保存数据、信息； 一般包括存储介质和驱动器。
外存储器有那些种类?
外存器种类
外存储器
软盘存储器 硬盘存储器 光盘存储器 U盘存储器
采用磁性介质进行光 存储的技术 可擦写
光盘存储器分类
光盘存储器
只读型光盘CD－ROM 一次写入型光盘CD－R 可重写刻录型光盘CD－RW
U盘存储器
U盘存储器 USB移动Flash盘，俗称优盘，e盘。
输入设备
输入设备 向计算机输入信息 的设备，是人与计 算机对话的重要工具
常输见入输设入备？ 设备？
硬盘存储器
硬盘存储器构造
盘片
读/写磁头
数据线接口
电源接口
硬盘的存储容量
存存储储容容量量= ？
磁道
柱面
磁头数×柱面数×
扇区
每扇区字节数×扇
区数。
硬盘的主要性能指标
转速 目前硬盘主轴电机的转速为5400r/min 到7200r/min
硬盘的主要性能指标
平均访问时间 磁头从开始到达目标磁道的时间， 硬盘的平均寻道时间为8ms到 12ms。
第2章_微型计算机硬件基础
2.2
微机主机系统
微型计算机主机系统通常被封装在主机箱内。 主要包括主板总线、微处理器（CPU）、内存储器 系统、输入输出接口等4个部分。制成一块或多块 印刷电路板，称为主机板，简称主板(Mainboard)，
2.2.1 主板
主板又叫母板或系统板，如果把CPU看成是计 算机的大脑，那么主板就是计算机的身躯。是一个 插槽的集合体，也是整个硬件系统的平台，微机的 各个部件都要直接插在主板上或通过电缆连接在主 板上，它上面的一组组的细金属线就是总线的物理 体现。主板的中心任务是维系CPU与外部设备之间 能协同工作，不出差错。在控制芯片组的统一调度 之下，CPU首先接受各种外来数据或命令，经过运 算处理，再经由PCI或AGP等总线接口，把运算结果 高速、准确地传输到指定的外部设备上。
Hale Waihona Puke 现代微型计算机中的多总线结构示意图如图2.5 所示。图中的“北桥”、“南桥”是控制芯片组的 两个部分。
3.外部总线 (1)RS-232 C总线 RS-232 C 是 美 国 电 子 工 业 协 会 ( EIA，Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标 准。RS是英文“推荐标准”的缩写，其中232为标识 号，C表示修改次数。 (2)RS.485总线 RS.485串行总线标准可以满足通信距离要求为几十 米到上千米的场合。RS.485采用平衡发送和差分接收， 因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有 高灵敏度，能检测低至200 mV的电压，故传输信号能 在千米以外得到恢复。RS.485用于多点互连时非常方 便，可以省掉许多信号线。应用RS.485可以联网构成 分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收 器。
微型计算机系统的组成
工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的 基准时钟频率，也就是主板的工作频率。 （4）CPU倍频系数
CPU主频、外频和倍频系数关系如下： CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数 （5）前端总线频率。前端总线（FSB：Front Side Bus） 指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通 道，因此也可以称为是CPU的外部总线。
图 2-5 80486
图 2 -6 P en tiu m P ro
微型计算机系统的组成
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展
几种CPU的外观图如下所示。
图 2 -7 C elero n
图 2 -8 P en tiu m 4
图 2 -9 Itan iu m
微型计算机系统的组成
输出设备
机 外存储器
系
统
操作系统
的
语言处理系统
系统软件
组
系统服务程序
成
软件系统
数据库管理系统
文字处理软件
应用软件
表格处理软件 辅助设计软件
返回本章目录
微型计算机系统的组成实时控制软件
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标 （1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指
2.1 概述
2.1.2 软件系统
系统软件
监控程序 操作系统 编辑程序 解释程序 编译程序 诊断程序
软件 程序设计语言
机器语言 汇编语言 高级语言
应 用 软 件 ：如 软 件 包 、数 据 库 等
微型计算机系统的组成
主机
中央处理器
运算器 控制器
内存储器
CPU主频、外频和倍频系数关系如下： CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数 （5）前端总线频率。前端总线（FSB：Front Side Bus） 指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通 道，因此也可以称为是CPU的外部总线。
图 2-5 80486
图 2 -6 P en tiu m P ro
微型计算机系统的组成
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展
几种CPU的外观图如下所示。
图 2 -7 C elero n
图 2 -8 P en tiu m 4
图 2 -9 Itan iu m
微型计算机系统的组成
输出设备
机 外存储器
系
统
操作系统
的
语言处理系统
系统软件
组
系统服务程序
成
软件系统
数据库管理系统
文字处理软件
应用软件
表格处理软件 辅助设计软件
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微型计算机系统的组成实时控制软件
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标 （1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指
2.1 概述
2.1.2 软件系统
系统软件
监控程序 操作系统 编辑程序 解释程序 编译程序 诊断程序
软件 程序设计语言
机器语言 汇编语言 高级语言
应 用 软 件 ：如 软 件 包 、数 据 库 等
微型计算机系统的组成
主机
中央处理器
运算器 控制器
内存储器
第二章 微型计算机系统
16
外存：永久性存储器 外存：永久性存储器
存储器与存储系统
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 是一种具有保存和存取信息 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 现代微型计算机的存储系统结构： 现代微型计算机的存储系统结构： 高速缓存--主存 外存 主存-高速缓存--主存--外存 为什么采用这种结构？ 为什么采用这种结构？ 指令执行速度依赖于内存读写速度 高速CPU需配置高速内存 高速CPU需配置高速内存 大软件需配置大容量内存 高速度 大容量 17
13
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问：内存与外存是一回事吗？
• 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； • 通过I/O接口才能被 接口才能被CPU控制的存储器称为外存。 控制的存储器称为外存。 通过 接口才能被 控制的存储器称为外存
第2章 微型计算机系统
硬件和软件系统
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软件 程序及其配套的 数据、文档等
软件
计算机 系统
硬件 “看得见、摸得着 ”的物理载体
硬件
2
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7
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问：主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思？ 又是什么意思？ 主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思 答：
说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。
说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。
微型计算机系统是一种基于微处理器和具有一定输入、输出功能的计算机系统。
它主要由以下四个部分组成：中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备。
下面就对这四个部分的作用进行详细介绍。
一、中央处理器（CPU）中央处理器是微型计算机系统的核心，它是控制计算机系统各个部件协同工作的中心。
中央处理器包括运算器和控制器两个部分，运算器进行算术和逻辑运算，而控制器则指挥各个部件的工作。
在计算机基本工作中，由中央处理器发出的指令和控制信号是最主要的。
二、存储器存储器是指计算机中的内存，是存放程序和数据的地方。
存储器包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型。
其中，RAM是可以读写的存储设备，它的主要功能是存放计算机进行操作时所需要的数据；而ROM是只读存储设备，主要作用是存放计算机启动时所需的程序。
三、输入设备输入设备是指用来输入数据和指令的设备，例如键盘、鼠标、扫描仪等。
它们的主要作用就是接受输入设备中的数据或指令，并将这些数据或指令为中央处理器使用。
四、输出设备输出设备包括显示器、打印机、喇叭等，它们的主要作用是将计算机处理后的结果以人们能够理解的形式显示或输出出来。
综上所述，微型计算机系统的硬件组成包括中央处理器、存储器、输入设备和输出设备四个部分，它们各自承担着不同的主要功能。
中央处理器是微型计算机系统的核心，存储器用来存放程序和数据，输入设备是用来输入数据和指令，输出设备则是用来将计算机处理后的结果展现出来。
这四个部分相互协调，共同构成了一个完整的微型计算机系统，它已经成为现代人们离不开的重要工具之一。
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
第2章微型计算机的组成及应用
2. 微型计算机分类
按主机、I/0接口和系统总线组成部件所在位置 划分为：
① 单片机：组成部件集成在一个超大规模芯片 上，用于控制仪器仪表等。、
② 单板机：各组成部件装配在一块电路板上， 常用于实验控制。
③ 多板机：各组成部件装配在多块电路板上， 如台式微型计算机、便携式PC机。
2.1.2 微型计算机系统的配件
2.4.2 CMOS
“小随机存储器”，靠电池供电。用于保存系统当 前配置，如系统日期和时间、硬盘格式和容量、内存 容量等。这些信息既是系统启动时必读信息，也是更 新硬件时要修改的信息。
2.4.3 高速缓存Cache
为了解决CPU与内存之间速度不匹配的问题，引 入高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，是高 速存取信息的芯片。它存取速度比内存快，但容量不 大，主要用于存放当前使用最多的程序段和数据块， 并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。
AGP（Accelerated Graphics Port）扩展槽：专门用于图形显示 卡，是在PCI总线基础上发展起来的，主要针对图形显示方面 进行了优化。AGP插槽通常是棕色，随着显卡速度的提高， AGP接口已经不能满足显卡传输数据速度的要求，目前AGP 显卡已经逐渐被PCI Express接口显卡所取代。
2.4 微型机系统存储器
内存是微机重要配置之一，内存容量及性能是影响微机性 能的重要因素。在Pentium Ⅲ系列微型计算机中，内存条以使 用168 Pin SDRAM(同步动态随机存取存储器 )型为主，目前在 Pentium 4系列微型计算机中，多数采用DDR内存条。
图2.3.1 微型计算机内存储器（条）
为方便识别主板上的各种接口，PC99技术规格规 范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用颜色识 别标识。
说明微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用
说明微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用微型计算机系统是一种由硬件和软件组成的计算机系统，它通常由中央处理器（CPU）、内存、存储设备、输入设备、输出设备和其他辅助设备组成。
下面将详细介绍微型计算机系统的硬件组成及各部分的作用。
1.中央处理器（CPU）：CPU是微型计算机系统的核心部件，它包括一个或多个处理核心，负责执行计算机指令、控制和协调计算机系统的各个组件。
CPU的主要作用是进行算术逻辑运算和控制指令的执行，它是计算机系统的"大脑"。
2.内存：内存是用来存储程序和数据的地方，它是CPU和存储设备之间的桥梁。
内存分为主存和辅存两部分，主存是CPU可以直接访问的存储空间，而辅存则是用来扩展存储容量的外部设备。
内存的作用是提供临时存储空间，使得CPU能够高速读写数据。
3.存储设备：存储设备用于长期存储程序和数据，包括硬盘、固态硬盘、光盘、U盘等。
它们的作用是存储大量数据，并可以长期保存，以便下次使用。
4.输入设备：输入设备用于将外部数据和命令输入到计算机系统中，包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
输入设备的作用是将用户的指令、数据等输入到计算机系统中，供CPU处理。
5.输出设备：输出设备用于将计算机系统处理后的结果或数据输出到外部设备或显示器上，包括显示器、打印机、音箱等。
输出设备的作用是将计算机系统处理后的信息展示给用户或输出到外部设备中。
6.辅助设备：辅助设备包括声卡、网卡、USB接口等，它们用于扩展计算机系统的功能和连接外部设备。
除了以上硬件组成部分，还有一些与硬件部件紧密相关的组件，包括总线、电源和主板等。
-总线：总线是连接计算机系统各个硬件部件之间的通信线路，它用来传输数据和控制信号。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线，其中数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存或设备地址，控制总线用于传输控制信号。
-电源：电源为计算机系统提供所需的电能，包括直流电源和交流电源两种类型。
第02章 微型计算机系统中的微处理器
主要引线（最小模式下）：
8088是工作在最小还是最大模式由MN/MX端状态决 定。MN/MX=0工作于最大模式，反之工作于最小模式
AD7---AD0：低8位地址和数据信号分时复 用。在传送地址信号时为单 向，传送数据信号时为双向。 A19--- A16：高4位地址信号，分时复用。 A15--- A8 ：输出8位地址信号。
第2章 微型计算机系统中的微处理器
2.1 微型计算机的组成及工作原理 2.1.1微型计算机基本结构（冯诺依曼结构）
存储程序工作原理是指把程序存储在计算机内， 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，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，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 完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流 的串行驱动实现程序控制
2.1.2微处理器CPU
1、寄存器组 2、算术逻辑单元ALU 3、控制器 （1）程序计数器PC （2）地址寄存器AR （3）数据寄存器DR （4）指令寄存器IR和指令译码器ID （5）时许部件
2.1.3 总线
1、DB 2、AB 3、CB
2.1.4 存储器----P11 通常指内存，有读、写操作
图2-13 8086CPU最小模式下的典型配置
2．最大工作模式
由图2-4可知， 最大模式配 置和最小模 式配置有一 个主要的差 别： 最大模 式下多了 8288总线控 制器。
图2-4 8086CPU最大工作 模式下的典型配置
2.6 8086的总线时序
1．读周期的时序 2．写周期的时序
1．读周期的时序（图2-9）
第2章
(汇总)微机原理课件.ppt
微机系统利用3组总线，即数据总线DB、地址总线AB 和控制总线CB分别传送指令及指令执行过程中相关的数据、 地址信息和控制信息。
最新.
5
2.1.3 总线
（1 数据总线是在CPU、存储器或I/O端口等部件之间传递
数据的通道，每次传送一个“计算机字长”，其宽度（根数） 通常与计算机的字长一致。数据总线的传输是双向的。 （2
解：∵ 0ABH=10101011B= -85D 0FFH=11111111B= -1D ∴0ABH+0FFH=10101011B+11111111B = (1)10101010B= -86D
结果没有超出-128~127范围， CF=1，OF=0。 求下例中各状态标志的值： 1．
则 SF= 0, ZF= 0, PF= 0, CF最=新0. , OF=0, AF= 0
最新.
2
2.1.1微型计算机基本结构
最新.
3
2.1.2 微处理器CPU 微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部
件，是整个微型计算机的核心，由运算器、控制器和寄存 器组3部分组成。CPU
1) 指明将要执行指令所在存储单元的地址，取出指令并
2) 3) 传送数据，包括在CPU内部传送数据以及与外界交换
最新.
7
2.2 8086微处理器的功能结构
8086是Intel系列的16位微处理器，是80x86系列微机
1）制造工艺：采用具有高速运算性能的HMOS工艺制成。 2）芯片集成度：芯片上集成有2.9万个晶体管，用单一的 +5V电源和40 3）时钟频率：5～10MHz，最快的指令执行时间0.4μs。4） 字长：16位8088为准16 5 6）内存容量：20位地址可寻址1MB 7）端口地址：16位I/O地址可寻址64KB 8）中断功能：可处理内部软件中断和外部硬件中断，中断 源可多达25个。
最新.
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2.1.3 总线
（1 数据总线是在CPU、存储器或I/O端口等部件之间传递
数据的通道，每次传送一个“计算机字长”，其宽度（根数） 通常与计算机的字长一致。数据总线的传输是双向的。 （2
解：∵ 0ABH=10101011B= -85D 0FFH=11111111B= -1D ∴0ABH+0FFH=10101011B+11111111B = (1)10101010B= -86D
结果没有超出-128~127范围， CF=1，OF=0。 求下例中各状态标志的值： 1．
则 SF= 0, ZF= 0, PF= 0, CF最=新0. , OF=0, AF= 0
最新.
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2.1.1微型计算机基本结构
最新.
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2.1.2 微处理器CPU 微处理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部
件，是整个微型计算机的核心，由运算器、控制器和寄存 器组3部分组成。CPU
1) 指明将要执行指令所在存储单元的地址，取出指令并
2) 3) 传送数据，包括在CPU内部传送数据以及与外界交换
最新.
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2.2 8086微处理器的功能结构
8086是Intel系列的16位微处理器，是80x86系列微机
1）制造工艺：采用具有高速运算性能的HMOS工艺制成。 2）芯片集成度：芯片上集成有2.9万个晶体管，用单一的 +5V电源和40 3）时钟频率：5～10MHz，最快的指令执行时间0.4μs。4） 字长：16位8088为准16 5 6）内存容量：20位地址可寻址1MB 7）端口地址：16位I/O地址可寻址64KB 8）中断功能：可处理内部软件中断和外部硬件中断，中断 源可多达25个。
微机原理及应用(第五版)
-2x109到2x109
长整数
Байду номын сангаас
64
-9x1018到9x1018
压缩BCD
80
-99…99到99..99(18位)
短实数
32
-3.39x10-38到3.39x1038
长实数
64
-1.19x10-308到1.19x10308
临时实数
80
-1.19x10-4932到1.19x104932
微机原理及应用
1.2.1 整型数 80387支持长整型数,而80386支持字节整型数.
微机原理及应用
2.1.3 输入/输出设备及其接口电路
输入设备:将程序、原始数据及现场信息以计算机能 识别的形式送到计算机中,供计算机自动计 算或处理。(键盘 鼠标 数字化仪 扫描仪 A/D等)
[-0]原=10000000 综上述
[X]原={
X 2n-1-X
X为正 X为负
微机原理及应用
2).补码和反码
举一实例:3点钟-7小时=8时
3点钟+5小时=8时
即:3-7=3+5
为什么?
答:时钟是以12为模,5是-7的补码.
在计算机中采用补码主要原因有二,一是 可以将减法变成加法来运算.二是补码的符号 位可以参加运算.
微机原理及应用
3).移码
针对补码不易比较大小的缺点而出现了移码
[X]移= 2n-1 -1+X 2n-1-1为偏移量
X>-2n-1 且X<=2n-1
例如:X=+10010B=+18,Y=-10010B=-18
[X]移= 26-1 -1+X=011111+010010=110001B [Y]移= 26-1 -1+Y=011111-010010=001101B
第二章_微型计算机基础
例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron
CPU的位数是指能同时处理的二进制数据的位数， 有4位、8位、16位、32位、64位之分，位数越多 处理能力越强。
7
主机硬件系统之二：存储器
存储器是存放程序和数据的记忆装置，分为内存 和外存。
内存：ROM、RAM，用来存放当前正在执行的 程序和正在处理的数据。
8086的流水线操作
8086CPU流水线的实现 BIU不断地从存储器取指令送入指令队列IPQ，EU不 地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2段流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于 工厂流水线的传送带）
新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执 行更多的指令 例如，PIII为14个段，P4为20个段（超标量流水线）
CPU送到AB上的20位的地址称为物理地址。
34
物理地址：数据交换时CPU使用的实际地址
物理地址
存储器的操作完全基 于物理地址。 ➢问题： 8086的内部总线和内 部寄存器均为16位， 如何生成20位地址？ ➢解决：存储器分段
. . 60000H F0H 60001H 12H 60002H 1BH 60003H 08H 60004H . . .
10
存储器相关概念3：内存储器的分类
读写存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据 RAM又分静态RAM和动态RAM，即SRAM、DRAM
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
11
主机硬件系统之三：输入输出接口
I/O接口是指主机与外设的交接部分，位于系统 总线和外设之间，是主机和外设联系的桥梁。
CPU的位数是指能同时处理的二进制数据的位数， 有4位、8位、16位、32位、64位之分，位数越多 处理能力越强。
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主机硬件系统之二：存储器
存储器是存放程序和数据的记忆装置，分为内存 和外存。
内存：ROM、RAM，用来存放当前正在执行的 程序和正在处理的数据。
8086的流水线操作
8086CPU流水线的实现 BIU不断地从存储器取指令送入指令队列IPQ，EU不 地从IPQ取出指令执行 EU和BIU构成了一个简单的2段流水线 指令预取队列IPQ是实现流水线操作的关键（类似于 工厂流水线的传送带）
新型CPU将一条指令划分成更多的阶段，以便可以同时执 行更多的指令 例如，PIII为14个段，P4为20个段（超标量流水线）
CPU送到AB上的20位的地址称为物理地址。
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物理地址：数据交换时CPU使用的实际地址
物理地址
存储器的操作完全基 于物理地址。 ➢问题： 8086的内部总线和内 部寄存器均为16位， 如何生成20位地址？ ➢解决：存储器分段
. . 60000H F0H 60001H 12H 60002H 1BH 60003H 08H 60004H . . .
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存储器相关概念3：内存储器的分类
读写存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据 RAM又分静态RAM和动态RAM，即SRAM、DRAM
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
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主机硬件系统之三：输入输出接口
I/O接口是指主机与外设的交接部分，位于系统 总线和外设之间，是主机和外设联系的桥梁。
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四、8086系统堆栈操作
堆栈：后进先出的一段内存 栈顶：永远由地址指针(SS：SP)指示 栈底：最初始的地址指针(SS：SP)指示处 堆栈深度：最大64KB 堆栈的作用：调用子程序(或转向中断服务程序)时，把断 点及有关的寄存器、标志位及时正确地保存下来，并保证 逐次正确返回 堆栈操作指令：入栈指令PUSH与出栈指令POP 入/出栈操作数：是一个字，而不是一个字节 子程序调用指令或中断响应自动完成时，恢复断点地址则 由返回指令（RET或IRET）完成
微处理器
控制器
指令译码器 可编程逻辑阵列
内部寄存器阵列: A、DR、PC、F、AR、RA
微机的计算和控制中心，用来实现算术、逻辑运算 及其他操作，并对全机进行操作。
内存储器
存储器由存储阵列、地址译码器、三态数据缓 冲器及控制电路组成 存储阵列：有8根地址线，存储容量为28=256 个存储单元。（00H~FFH） 地址译码器：接受来自地址总线AB送来的地 址码。经译码器译码，选中相应的某个存储单 元，从中读出信息或者写入信息。 控制电路：控制存储器的读/写过程。 三态数据缓冲器：对RAM来说是双向的，它 用来将存储单元的数据进行三台缓冲控制后， 与CPU外部数据线（DB）相连。
BHE 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 读/写的字节 高低两个字节 奇数地址的低位字节 偶数地址的高位字节 不传送
存储体与总线的连接
D7 ~D0 D15 ~D8
D7 ~D0 D7 ~D0
DB
奇地址存储体
偶地址存储体
SEL A18 ~ A0
SEL A18 ~ A0
BHE A0 A19 ~A1
AB
2.3.2 I/O端口组织
I/O端口地址：80X86系统和外部设备之间进行数据传输 时，各类信息在接口中将进入不同的寄存器，一般称这些 寄存器为I/O端口；每个端口分配一个地址号，称为端口 地址，CPU通过指令对它们进行访问；I/O端口分：数据端 口、状态端口和命令端口。 接口电路占用的I/O端口有两类编址形式 I/O端口独立编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088 I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如MC6800
偶地址存储体 奇地址存储体 512K*8 512K*8 bit bit A0＝0 BHE＝0 FFFFEH FFFFFH
存储器内两个连续的字节，定义 为一个字。每个字的低字节(低8位) 存放在低地址中，高字节(高8位)存 放在高地址中。 8086允许字从任何地址开始。字的地址为偶地址时， 称字的存储是对准的，若字的地址为奇地址时，称字的存 储是未对准的。
五、8086的存储空间与存储结构
1、存储空间与数据存储格式 8086的存储器以字节为单位。具有20条地址总线，寻 址的地址空间容量为1MB。每个字节对应一个唯一的地址， 地址范围为00000～FFFFFH。分为偶存储体和奇存储体。
地址 00000H 00002H 内容 内容 地址 00001H 00003H
I/O端口独立编址
优点： I/O端口的地址空间 独立，不占用内存 空间 指令的执行速度快 缺点： I/O指令没有存储器 指令丰富，指令功 能比较弱
FFFFFH
FFFFH
0 I/O 空间
内存 空间
I/O端口与存储器统一编址
FFFFFH 优点： 不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器数 据存取一样灵活 存储器空间 缺点： I/O端口要占去部分存储 器地址空间 寻址速度比专用的I/O指 00000H 令慢
芯片内部的总线，其结构和器件本身有关；
单机内总线
外部总线
局部总线 CPU与外围芯片之间的连接 系统总线 内部系统板与各插件板之间的连接 微机和其它设备或控制对象之间进行通信的总线
2.2 8086/8088微处理器
8086微处理器采用HMOS工艺技术制造，外 型封装为双列直插式，有40个引脚。 主时钟频率有5MHz，8MHz和10MHz几种。 内部采用16位数据通路和流水线结构，从 而允许其在总线空闲时预取指令，使取指令与 执行指令实现了并行操作。 8086有20位地址线，可直接寻址的空间达 1MB。 Intel公司为了与一整套外围设备兼容推出 准16位CPU8088，内部结构和8086相同，但对 外数据总线只有8位。
I/O接口
指CPU与外围设备或外围设备与系统进行信 息交换的中转站。
I/O接口技术 : 是研究CPU如何与外设进行最佳耦合与匹配，实现 双方高效、可靠地交换信息的一门技术，是软件、 硬件结合的体现，是微机应用的关键。
总线
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，分单向总线和双向总线; 微机系统采用总线结构连接系统功能部件，易于扩展，便于构成多 机系统; 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 按连接对象区分
微处理器内总线
(01010110) 56H (01111000) 78H
E8000H E8001H
二、存储器的分段
分段原因: 8086有20根 地址线，但其 内部可以表示 的地址最多只 能是16位。 为了能寻址 1MB 空 间 ， 8086对存储器 进行逻辑分段 ，每个段最大 为 64KB，最小 为 16B（此时最 多64K个段）。
第2章 计算机组成及微处理器功能结构
2.1 微型计算机的组成及工作原理 2.2 8088/8086微处理器 2.3 8088/8086存储器和I/O组织
2.1 微型计算机的组成及工作原理
CPU
存 储 器
I/O 接 口
I/O 设备
控制总线 地址总线 数据总线
图 2.1 微型计算机的组成
运算器（算术逻辑单元） 指令寄存器
内存 部分
I/O 部分
2.3 8086/8088存储器和I/O组织
2.3.1 8086/8088的存储器组织
一、8088/8086存储空间
8088/8086: AB=20 220=1MB存储单元 8086: DB=16 （字/字节操作） 8088: DB=8 （字节操作）
FFFFFH 00000H 00001H 00002H 00003H 00004H 00005H
2.2.1 8086微处理器的功能结构
在8086内部分两大部件： 总线接口部件（BIU）：负责与存储器、I/O端口 传送数据 执行部件（EU）：负责指令的执行 这两大部件构成两级流水线，使取指和执行可并 行完成，并成为后续CPU的基本技术。
8086/8088结构图
AX BX CX DX 通用寄存器 AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI 总 执 线 行 接 部 口 件 EU 部 件 BIU
内部总线16位
20位地址总线
地址加法器
总
16位（8位） 数据总线 线
CS DS SS ES
IP 暂存器
控 制 逻
总线
暂存器
ALU
标志寄存器
EU
指令队列 控 制 8位队列总线 1 2 3 4 5 6 单 8088 元 8086
辑
举例
下节
指令指针寄存器 用来存放下一条将要执行的指令在当前代码段中 的偏移地址。在程序运行中，IP的内容能够自动修 改，使之总是指向下一条要执行的指令地址。 总线控制逻辑电路 总线控制逻辑电路将8086微处理器的内部总线 和外部总线相连,是8086微处理器与内存单元或 I/O端口进行数据交换的必经之路。
连续 00000H 10000H 20000H 30000H 40000H …… A段 部分重叠 C段 E段 D段 完全 重叠 分离
B段
实际（物理） 存储器
逻辑段
三、存储器的逻辑地址和物理地址
15 0
段寄存器
15
0000
0
段基址
存储单元 物理地址
1123H
偏移量 段基址
16位偏移量
11230H 11231H 11232H …… 1123FH 11240H 11241H 11242H 11243H
加法器
19 0
13H
1124H
偏移量
20位物理地址 8086物理地址PA的形成， 其中的16位偏移量也称为有 效地址EA(出现在指令中)
03H
逻辑地址LA=段基值 ：偏移量
各种类型访问存储器时的段地址和偏移地址
访问存储器类型 取指令码 堆栈操作 字符串操作 源地址 字符串操作 目的地址 BP用做基地址 寄存器时 一般数据存取 隐含的地址段 CS SS DS ES SS DS 可“段更换”的 地址段 无 无 CS、ES、SS 无 CS、DS、ES CS、ES、SS 段内偏移地址 来源 IP SP SI DI EA EA