微机原理-1
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第一章 微型计算机基础
10
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。 2、微机的类型
按组装方式分：
单片微机（单片机）： 将CPU、内存和I/O接口集成在一片硅片上 单板微机（单板机）： 将CPU、内存和I/O接口电路安装在一块
第一章 微型计算机基础
5
由18000多只电子管组成，重30吨，功率15 第一台数字式电子计算机 ENIAC 千瓦，占地 170平方米。
第一章 微型计算机基础
6
EDVAC计算机： 1951年，冯·诺依曼（Von Neumann）与 莫尔小组合作研制了EDVAC （Electronic Discrete variable Automatic Computer)计算机 ，在这台计算机中确立了计算机的5个基本部 件：输入器（输人数据和程序）、存储器（存 放程序和数据）、控制器（控制程序的执行） 、运算器（完成数据的加工处理）和输出器（ 输出处理结果），并采用了二进制，程序存储 在计算机内部。 －－－－冯·诺依曼结构计算机 现代计算机大部分仍采用冯·诺依曼结构
第一章 微型计算机基础
19
（2） CPU 是微机的核心芯片，结构如下两页图所示， 主要包括运算器、控制器和寄存器三部分。 运算器一般由累加器、暂存器、标志寄存器和算术逻 辑单元ALU组成，用于完成数据的算术和逻辑运算。 控制器一般由指令寄存器、指令译码器和控制电路 组成，控制器根据指令的要求，对微机各部件发出 相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整 个计算机系统的控制。
定时 与控制
ALU 十进制调整 内部地址总线 地 址 缓 冲 器 AR
AB
CB 返回上页
8位微处理器的内部结构框图
通 用 寄 存 器
ALU数据总线
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI
AX BX CX DX
地址形成器 ∑
AB（20位）
（16位） Q总线 （ 8位）
DB CS （16位） DS SS ES IP 内部通信寄 存器 总线控 指令队列缓冲器 1 2 3 4 5 6 制逻辑
第一章 微型计算机基础
24
存储单元地址：通常，存储器由多个存储单元组 成，微机赋予每个存储单元一个地址，CPU通过 这个地址与该单元进行数据传输。 存储容量：指整个存储器所能包含的字节单元或 位单元的数量。
第一章 微型计算机基础
常用的存储容量单位有： 位，即bit，简记作b; 字节（8个位），即Byte，简记作B; 千字节（210字节），记做KB，1KB=1024B 兆字节（220字节），记做MB，1MB=1024KB GB(230字节），1GB=1024MB TB(240字节），1TB=1024GB
第一章 微型计算机基础
14
四、微型计算机系统的基本组成 运算器 CPU 控制器 寄存器 内存 存储器 外存 输入/输出接口
微机 硬件 外设 软件 微机系统
系统软件 应用软件
15
第一章 微型计算机基础
1、微机硬件系统结构
定时器
微 处 理 器 CPU I/O接口 存储器 I/O设备 典型微机硬件系统结构框图
第一章 微型计算机基础
29
常见多板微机系统硬件构成：
•寄存器用来暂存数据和地址，或固定做为某些专用 地址的存储单元。
第一章 微型计算机基础
20
数据缓冲器DR 内部数据总线
DB
指令寄存器IR 多路转换 指令译码器ID 内 部 控 制 总 线 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 堆栈指示器SP 程序计数器PC 地址锁存器 加1/减1器 寄 存 器 阵 列 累加器A 标 志 寄 存 器 F 暂存器TMP
暂存寄存器 ALU FLAGS EU控制 系统
8086 总线
执行单元EU
总线接口单元BIU
返回上页
8086（16位） CPU 内部结构图
（3）存储器 存储器是微机的存储和记忆装置，用于存放 数据和程序。通常分为内部存储器（内存）和外 部存储器（外存）。
内存和外存的特点
内存：容量小，但存取速度快，在微机中以内存 条的形式存在，通过内存插槽连接到系统总线上。 外存：容量大，但存取速度慢。如磁盘、光盘、 U盘等。
9
三、微型计算机概述
1、微型计算机的三个层次 微处理器 微型计算机 微型计算机系统
微处理器通常简称为µP或MP，也称为中央 处理单元（CPU），是将计算机中的运算器和控 制器集成在一片硅片上制成的集成电路。 微型计算机简称为µC或MC，由微处理器、 适量存储器(内存)和输入输出(I/O)接口电路组成。
第一章 微型计算机基础
7
根据所采用的物理器件来看， 电子计算 机的发展已经经历了四代，即 第一代 (1946－1957） ：电子管计算机 第二代（1958－1964） ：晶体管计算机 第三代（1964－1972） ：集成电路计算机 第四代（1972至今） ： 大规模集成电路计算机 第四代计算机的典型代表：微型计算机 微型计算机的核心：微处理器（CPU）
微机原理
西南交通大学 张怡
1
课程主要内容:
微机相关基础知识 微机的结构及工作原理 微机基本硬件电路分析及设计 汇编语言指令及程序设计
第一章 微型计算机基础
2
授课章节:
第一章 计算机基础 第二章 8086微处理器及其系统结构 第三章 8086/8088的寻址方式和指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 存储器与存储器系统扩展 第六章 中断系统 第七章 基本输入输出接口
第一章 微型计算机基础
28
2、微机系统的软件 系统软件：指管理、控制和维护电脑硬件和软件 资源，协调电脑各部件有效工作的软件。如操作 系统、各种软件开发环境等 应用软件：用户利用计算机以及它所提供的各种 系统软件，编制的解决各种实际问题的程序，如 文字处理软件、信息管理软件等 程序设计层次： 机器语言程序设计 汇编语言程序设计 高级语言程序设计
第一章 微型计算机基础
11
印刷电路板上。 多板微机： 将CPU、内存和I/O接口电路等功能部件分别 组装在多块印刷电路板上，并通过同一机箱内的 总线插槽连成一体。
根据CPU的内部数据通路的宽度划分：
8位微机 32位微机
第一章 微型计算机基础
16位微机 64位微机
12
3、微机的发展 第一代（1971－1973）： 最早的微机： 1971年，Intel，MCS－4（4004 CPU） 4位和低档8位 第二代（1974－1978）： 中档（MC6800，I8080）、高档（Z80， I8085，MC6809）8位CPU。后期开始配上 操作系统，加上各种外设，构成了微机系统
第一章 微型计算机基础
8
二、计算机的分类
根据计算机的各项综合性能指标，计算机可 分为以下五大类： 巨型机 CPU具有分时处理 大型机 能力，速度快，带 中型机 有多个终端。 小型机 微型机 －－由单个终端组成 (工作站－－性能更高的微机，主要用 于图形图像处理和计算机 CAD辅助设计等领域 )
第一章 微型计算机基础
第一章 微型计算机基础
23
常用的名词术语
位（bit）：是计算机所能表示的最小最基本的 数据单元。在计算机中，它有两种状态：0和1。 字节（Byte）： 8位的二进制数被称为一个字节 字（Word）：通常两个字节的二进制数（16位） 被称为一个字，是计算机内部进行数据处理的基 本单位。 双字（Dword）：通常四个字节的二进制数（32 位）被称为一个双字。
第一章 微型计算机基础
13
第三代（1978－1984）： 16位CPU（I8086/8088，MC68000）:VLSI 第四代（1985－1992）： 32位CPU（I80386，I486） 第五代（1992－）： 64位CPU（Pentium， Pentium Pro，MMX Pentium， Pentium Pro＋MMX，PII……）
第一章 微型计算机基础
控制总线CB 地址总线AB 数据总线DB
系 统 总 线
16
定时器
微 处 理 器 CPU
地址锁存 及数据收 发电路
CB 系 统 AB 总 DB 线 I/O接口
具有分时复用 总线的CPU
存储器 I/O设备
采用具有分时复用总线CPU的微机硬件系统结构框图
第一章 微型计算机基础
17
（1）总线 总线是连接计算机有关部件的一组信号线。 按传送的信息的类型可分为： •地址总线（AB）：传送地址信息的总线（单向）。
第一章 微型计算机基础
26
来自百度文库
存储器的结构和操作
读操作：CPU将存储 器单元的内容读入 CPU内部。读操作后, 被读存储器单元的内 容不变。 写操作：CPU将其内部 信息传送到存储器单元 保存起来。写操作后, 被写的存储器单元的内 容通常会发生改变。
第一章 微型计算机基础
AB
地 址 译 码 电 路 读写 控制 电路
CPU 地址 存储器或I/O接口
•数据总线（DB）： 传送数据信息的总线（双向 三态）。 写数据
CPU 存储器或I/O接口 读数据
控制总线（CB）：传送控制信息的总线。单向 或双向，视情况而定。
第一章 微型计算机基础
18
按总线在系统中的位置可分为： •内部总线 ：指位于计算机内部（CPU片内或 主板板上）的总线，如片内总线和系统总线。 •外部总线：用于连接计算机与外设或仪器的 总线，如设备总线。
00111110
×× ×× ×× ××
DB
CB R/W
存储器结构
27
(4)、输入/输出（ I/O ）设备和I/O 接口 •输入设备：输入原始数据和命令到CPU。常 用的有键盘、鼠标、扫描仪、A/D变换器、 纸带读入机等 •输出设备：将结果输出到外部。常用的有显示 器、打印机、绘图仪等 •接口电路：CPU与外设间的连接部件，是CPU与 外界进行信息交换的中转站,又叫“I/O适配 器”。常见的有显卡、声卡、网卡等
第一章 微型计算机基础
3
第一章 计算机基础
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 绪论 数制及其转换 非数值信息的二进制表示 微型计算机的二进制数运算 带符号数的表示和运算
第一章 微型计算机基础
4
第一节 绪论
一、计算机的发展
ENIAC计算机： 1946年2月，美国物理学博士莫克利和电气 工程师埃克特领导的莫尔小组，为了给美国陆军 编制各种武器的弹道表，研制成出第一台数字式 电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)。
10
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。 2、微机的类型
按组装方式分：
单片微机（单片机）： 将CPU、内存和I/O接口集成在一片硅片上 单板微机（单板机）： 将CPU、内存和I/O接口电路安装在一块
第一章 微型计算机基础
5
由18000多只电子管组成，重30吨，功率15 第一台数字式电子计算机 ENIAC 千瓦，占地 170平方米。
第一章 微型计算机基础
6
EDVAC计算机： 1951年，冯·诺依曼（Von Neumann）与 莫尔小组合作研制了EDVAC （Electronic Discrete variable Automatic Computer)计算机 ，在这台计算机中确立了计算机的5个基本部 件：输入器（输人数据和程序）、存储器（存 放程序和数据）、控制器（控制程序的执行） 、运算器（完成数据的加工处理）和输出器（ 输出处理结果），并采用了二进制，程序存储 在计算机内部。 －－－－冯·诺依曼结构计算机 现代计算机大部分仍采用冯·诺依曼结构
第一章 微型计算机基础
19
（2） CPU 是微机的核心芯片，结构如下两页图所示， 主要包括运算器、控制器和寄存器三部分。 运算器一般由累加器、暂存器、标志寄存器和算术逻 辑单元ALU组成，用于完成数据的算术和逻辑运算。 控制器一般由指令寄存器、指令译码器和控制电路 组成，控制器根据指令的要求，对微机各部件发出 相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整 个计算机系统的控制。
定时 与控制
ALU 十进制调整 内部地址总线 地 址 缓 冲 器 AR
AB
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8位微处理器的内部结构框图
通 用 寄 存 器
ALU数据总线
AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SI
AX BX CX DX
地址形成器 ∑
AB（20位）
（16位） Q总线 （ 8位）
DB CS （16位） DS SS ES IP 内部通信寄 存器 总线控 指令队列缓冲器 1 2 3 4 5 6 制逻辑
第一章 微型计算机基础
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存储单元地址：通常，存储器由多个存储单元组 成，微机赋予每个存储单元一个地址，CPU通过 这个地址与该单元进行数据传输。 存储容量：指整个存储器所能包含的字节单元或 位单元的数量。
第一章 微型计算机基础
常用的存储容量单位有： 位，即bit，简记作b; 字节（8个位），即Byte，简记作B; 千字节（210字节），记做KB，1KB=1024B 兆字节（220字节），记做MB，1MB=1024KB GB(230字节），1GB=1024MB TB(240字节），1TB=1024GB
第一章 微型计算机基础
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四、微型计算机系统的基本组成 运算器 CPU 控制器 寄存器 内存 存储器 外存 输入/输出接口
微机 硬件 外设 软件 微机系统
系统软件 应用软件
15
第一章 微型计算机基础
1、微机硬件系统结构
定时器
微 处 理 器 CPU I/O接口 存储器 I/O设备 典型微机硬件系统结构框图
第一章 微型计算机基础
29
常见多板微机系统硬件构成：
•寄存器用来暂存数据和地址，或固定做为某些专用 地址的存储单元。
第一章 微型计算机基础
20
数据缓冲器DR 内部数据总线
DB
指令寄存器IR 多路转换 指令译码器ID 内 部 控 制 总 线 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 堆栈指示器SP 程序计数器PC 地址锁存器 加1/减1器 寄 存 器 阵 列 累加器A 标 志 寄 存 器 F 暂存器TMP
暂存寄存器 ALU FLAGS EU控制 系统
8086 总线
执行单元EU
总线接口单元BIU
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8086（16位） CPU 内部结构图
（3）存储器 存储器是微机的存储和记忆装置，用于存放 数据和程序。通常分为内部存储器（内存）和外 部存储器（外存）。
内存和外存的特点
内存：容量小，但存取速度快，在微机中以内存 条的形式存在，通过内存插槽连接到系统总线上。 外存：容量大，但存取速度慢。如磁盘、光盘、 U盘等。
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三、微型计算机概述
1、微型计算机的三个层次 微处理器 微型计算机 微型计算机系统
微处理器通常简称为µP或MP，也称为中央 处理单元（CPU），是将计算机中的运算器和控 制器集成在一片硅片上制成的集成电路。 微型计算机简称为µC或MC，由微处理器、 适量存储器(内存)和输入输出(I/O)接口电路组成。
第一章 微型计算机基础
7
根据所采用的物理器件来看， 电子计算 机的发展已经经历了四代，即 第一代 (1946－1957） ：电子管计算机 第二代（1958－1964） ：晶体管计算机 第三代（1964－1972） ：集成电路计算机 第四代（1972至今） ： 大规模集成电路计算机 第四代计算机的典型代表：微型计算机 微型计算机的核心：微处理器（CPU）
微机原理
西南交通大学 张怡
1
课程主要内容:
微机相关基础知识 微机的结构及工作原理 微机基本硬件电路分析及设计 汇编语言指令及程序设计
第一章 微型计算机基础
2
授课章节:
第一章 计算机基础 第二章 8086微处理器及其系统结构 第三章 8086/8088的寻址方式和指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 存储器与存储器系统扩展 第六章 中断系统 第七章 基本输入输出接口
第一章 微型计算机基础
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2、微机系统的软件 系统软件：指管理、控制和维护电脑硬件和软件 资源，协调电脑各部件有效工作的软件。如操作 系统、各种软件开发环境等 应用软件：用户利用计算机以及它所提供的各种 系统软件，编制的解决各种实际问题的程序，如 文字处理软件、信息管理软件等 程序设计层次： 机器语言程序设计 汇编语言程序设计 高级语言程序设计
第一章 微型计算机基础
11
印刷电路板上。 多板微机： 将CPU、内存和I/O接口电路等功能部件分别 组装在多块印刷电路板上，并通过同一机箱内的 总线插槽连成一体。
根据CPU的内部数据通路的宽度划分：
8位微机 32位微机
第一章 微型计算机基础
16位微机 64位微机
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3、微机的发展 第一代（1971－1973）： 最早的微机： 1971年，Intel，MCS－4（4004 CPU） 4位和低档8位 第二代（1974－1978）： 中档（MC6800，I8080）、高档（Z80， I8085，MC6809）8位CPU。后期开始配上 操作系统，加上各种外设，构成了微机系统
第一章 微型计算机基础
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二、计算机的分类
根据计算机的各项综合性能指标，计算机可 分为以下五大类： 巨型机 CPU具有分时处理 大型机 能力，速度快，带 中型机 有多个终端。 小型机 微型机 －－由单个终端组成 (工作站－－性能更高的微机，主要用 于图形图像处理和计算机 CAD辅助设计等领域 )
第一章 微型计算机基础
第一章 微型计算机基础
23
常用的名词术语
位（bit）：是计算机所能表示的最小最基本的 数据单元。在计算机中，它有两种状态：0和1。 字节（Byte）： 8位的二进制数被称为一个字节 字（Word）：通常两个字节的二进制数（16位） 被称为一个字，是计算机内部进行数据处理的基 本单位。 双字（Dword）：通常四个字节的二进制数（32 位）被称为一个双字。
第一章 微型计算机基础
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第三代（1978－1984）： 16位CPU（I8086/8088，MC68000）:VLSI 第四代（1985－1992）： 32位CPU（I80386，I486） 第五代（1992－）： 64位CPU（Pentium， Pentium Pro，MMX Pentium， Pentium Pro＋MMX，PII……）
第一章 微型计算机基础
控制总线CB 地址总线AB 数据总线DB
系 统 总 线
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定时器
微 处 理 器 CPU
地址锁存 及数据收 发电路
CB 系 统 AB 总 DB 线 I/O接口
具有分时复用 总线的CPU
存储器 I/O设备
采用具有分时复用总线CPU的微机硬件系统结构框图
第一章 微型计算机基础
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（1）总线 总线是连接计算机有关部件的一组信号线。 按传送的信息的类型可分为： •地址总线（AB）：传送地址信息的总线（单向）。
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存储器的结构和操作
读操作：CPU将存储 器单元的内容读入 CPU内部。读操作后, 被读存储器单元的内 容不变。 写操作：CPU将其内部 信息传送到存储器单元 保存起来。写操作后, 被写的存储器单元的内 容通常会发生改变。
第一章 微型计算机基础
AB
地 址 译 码 电 路 读写 控制 电路
CPU 地址 存储器或I/O接口
•数据总线（DB）： 传送数据信息的总线（双向 三态）。 写数据
CPU 存储器或I/O接口 读数据
控制总线（CB）：传送控制信息的总线。单向 或双向，视情况而定。
第一章 微型计算机基础
18
按总线在系统中的位置可分为： •内部总线 ：指位于计算机内部（CPU片内或 主板板上）的总线，如片内总线和系统总线。 •外部总线：用于连接计算机与外设或仪器的 总线，如设备总线。
00111110
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DB
CB R/W
存储器结构
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(4)、输入/输出（ I/O ）设备和I/O 接口 •输入设备：输入原始数据和命令到CPU。常 用的有键盘、鼠标、扫描仪、A/D变换器、 纸带读入机等 •输出设备：将结果输出到外部。常用的有显示 器、打印机、绘图仪等 •接口电路：CPU与外设间的连接部件，是CPU与 外界进行信息交换的中转站,又叫“I/O适配 器”。常见的有显卡、声卡、网卡等
第一章 微型计算机基础
3
第一章 计算机基础
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 绪论 数制及其转换 非数值信息的二进制表示 微型计算机的二进制数运算 带符号数的表示和运算
第一章 微型计算机基础
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第一节 绪论
一、计算机的发展
ENIAC计算机： 1946年2月，美国物理学博士莫克利和电气 工程师埃克特领导的莫尔小组，为了给美国陆军 编制各种武器的弹道表，研制成出第一台数字式 电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)。