第2章微型计算机基础
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第2章 微型计算机基础
1
主要内容：
微型机的构成及工作原理 8088/8086
CPU的结构及工作原理
系统总线
2
§2.1 微型机的基本结构
掌握： 微机系统的基本组成 微型机的工作原理 微机8088的存储器组织
3
一、微型计算机系统组成
微型计算机系统的三个层次
微处理器(Microprocessor) 微型计算机(Microcomputer) 微型计算机系统(Microcomputer System)
11
（二） 主机硬件系统——存储器M
功能: 存放程序和数据的记忆装置 用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、 文字、图像、。。。） 分类: 内存：ROM、RAM
特点：随机存取，速度快，容量小
特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大
12
外存：磁盘(软/硬盘、光盘、半导体盘、U盘…
• 有关内存储器M的几个概念
16
(4) 内存储器的分类
读写存储器或随机存取存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据
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
17
（三）主机硬件系统—输入/输出接口
简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的 桥梁
CPU
I/O 接口
外设
18
接口的功能
15
(3) 内存操作
读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； 写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖； 刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作 内存的读写的操作步骤为： CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上 若是写操作， CPU紧接着把要写入的数据放到DB上 CPU通过CB发出读写命令 数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB 若是读操作， CPU紧接着从DB上取回数据 参见P30图2-5
提供驱动外设的电压或电流；
匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、
信号类型、数据格式等； 缓存CPU发给外设的数据、控制命令 和外设提供的运行状态信息； 提供两者间数据传递控制方式: DMA控制、 中断控制(还有无条件、查询）。
19
（四） 主机硬件系统——总线BUS
连接多个功能部件的一组公共信号线
8
一、微型计算机的基本结构
1. 微型计算机的硬件系统
微处理器（CPU） 存储器(M) 输入/输出接口(I/O接口) 总线(BUS)
9
微型计算机的概念结构
地址总线 AB
C P U
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
I/O 接 口
数据总线 DB
控制总线 CB
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确 定被访问的存储单元、I/O端口。 地址线的根数决定了CPU的寻址范围。
CPU的寻址范围 = 2n， n--地址线根数
数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据 传送的公共通路。数据总线的条数(字长)决定CPU 一次最多可以传送的数据宽度。
控制总线CB：用来传送各种控制信号,如读、写等
6
硬件系统级——微型计算机
以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、 读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及 系统总线等部件，就构成了微型计算机。 将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一 片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计 算机，简称单片机。
7
系统级
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。 微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 软件分为系统软件和应用软件两大类。
4
微型计算机系统的三个层次
微 型 计算机 (主机)
ALU 微 处 理 器 寄存器 控制器 CPU 存储器 I/O接口 总线 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统
外 设 系统软件 应用软件
ห้องสมุดไป่ตู้
5
核心级——微处理器
微处理器简称CPU，是计算机的核心， 主要包括： 运算器ALU 控制器CU 寄存器组Registers(简称Regs或R) CPU实现了运算功能和控制功能
(1) 内存单元的地址和内容 (2) 内存容量 (3) 内存的操作 (4) 内存的分类
13
(1)内存单元的地址和内容
内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区 分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编 号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
内存单 元地址
. . .
. . .
01011000
内存单 元内容
38F04H 1 0 1 1 0 1 1 0
*内存单元有时 又称为地址单元
14
(2)内存容量
即内存单元的个数，以字节Byte为单位。
注意：内存空间与内存容量的区别
内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条 128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB 内存空间：又称存储空间、寻址范围，是指微机的最大 的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。
PCI
KBD，Mouse 串行/并行接口 HDD/CDROM(IDE) FDD USB 南桥 BIOS
总线扩展槽
ISA
22
微型计算机的物理结构
23
INTEL 845GE主板
24
主板的主要硬件构成
20
2. 微型计算机的软件系统
软件定义：为运行、管理和维护计算机 系统或为实现某一功能而编写的各种程 序的总和及其相关资料文档。
操作系统 编译系统 系统软件 网络系统 软件 工具软件 应用软件
21
3.微型计算机的物理结构
前端总线/CPU总线
CRT AGP CPU 外设
Cache
北桥 RAM 接口卡
10
（一） 主机硬件系统——CPU
作用: 计算机的控制中心，提供运算、判断能力 构成：ALU、CU、Regs（P29图2-3） 例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron AMD K7（Athlon、Duron）
CPU的位数(字长)：4位、8位、16位、32位、64位 是指一次能处理的数据的位数
1
主要内容：
微型机的构成及工作原理 8088/8086
CPU的结构及工作原理
系统总线
2
§2.1 微型机的基本结构
掌握： 微机系统的基本组成 微型机的工作原理 微机8088的存储器组织
3
一、微型计算机系统组成
微型计算机系统的三个层次
微处理器(Microprocessor) 微型计算机(Microcomputer) 微型计算机系统(Microcomputer System)
11
（二） 主机硬件系统——存储器M
功能: 存放程序和数据的记忆装置 用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、 文字、图像、。。。） 分类: 内存：ROM、RAM
特点：随机存取，速度快，容量小
特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大
12
外存：磁盘(软/硬盘、光盘、半导体盘、U盘…
• 有关内存储器M的几个概念
16
(4) 内存储器的分类
读写存储器或随机存取存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据
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
17
（三）主机硬件系统—输入/输出接口
简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的 桥梁
CPU
I/O 接口
外设
18
接口的功能
15
(3) 内存操作
读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； 写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖； 刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作 内存的读写的操作步骤为： CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上 若是写操作， CPU紧接着把要写入的数据放到DB上 CPU通过CB发出读写命令 数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB 若是读操作， CPU紧接着从DB上取回数据 参见P30图2-5
提供驱动外设的电压或电流；
匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、
信号类型、数据格式等； 缓存CPU发给外设的数据、控制命令 和外设提供的运行状态信息； 提供两者间数据传递控制方式: DMA控制、 中断控制(还有无条件、查询）。
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（四） 主机硬件系统——总线BUS
连接多个功能部件的一组公共信号线
8
一、微型计算机的基本结构
1. 微型计算机的硬件系统
微处理器（CPU） 存储器(M) 输入/输出接口(I/O接口) 总线(BUS)
9
微型计算机的概念结构
地址总线 AB
C P U
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
I/O 接 口
数据总线 DB
控制总线 CB
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确 定被访问的存储单元、I/O端口。 地址线的根数决定了CPU的寻址范围。
CPU的寻址范围 = 2n， n--地址线根数
数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据 传送的公共通路。数据总线的条数(字长)决定CPU 一次最多可以传送的数据宽度。
控制总线CB：用来传送各种控制信号,如读、写等
6
硬件系统级——微型计算机
以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、 读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及 系统总线等部件，就构成了微型计算机。 将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一 片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计 算机，简称单片机。
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系统级
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。 微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 软件分为系统软件和应用软件两大类。
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微型计算机系统的三个层次
微 型 计算机 (主机)
ALU 微 处 理 器 寄存器 控制器 CPU 存储器 I/O接口 总线 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统
外 设 系统软件 应用软件
ห้องสมุดไป่ตู้
5
核心级——微处理器
微处理器简称CPU，是计算机的核心， 主要包括： 运算器ALU 控制器CU 寄存器组Registers(简称Regs或R) CPU实现了运算功能和控制功能
(1) 内存单元的地址和内容 (2) 内存容量 (3) 内存的操作 (4) 内存的分类
13
(1)内存单元的地址和内容
内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区 分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编 号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
内存单 元地址
. . .
. . .
01011000
内存单 元内容
38F04H 1 0 1 1 0 1 1 0
*内存单元有时 又称为地址单元
14
(2)内存容量
即内存单元的个数，以字节Byte为单位。
注意：内存空间与内存容量的区别
内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条 128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB 内存空间：又称存储空间、寻址范围，是指微机的最大 的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。
PCI
KBD，Mouse 串行/并行接口 HDD/CDROM(IDE) FDD USB 南桥 BIOS
总线扩展槽
ISA
22
微型计算机的物理结构
23
INTEL 845GE主板
24
主板的主要硬件构成
20
2. 微型计算机的软件系统
软件定义：为运行、管理和维护计算机 系统或为实现某一功能而编写的各种程 序的总和及其相关资料文档。
操作系统 编译系统 系统软件 网络系统 软件 工具软件 应用软件
21
3.微型计算机的物理结构
前端总线/CPU总线
CRT AGP CPU 外设
Cache
北桥 RAM 接口卡
10
（一） 主机硬件系统——CPU
作用: 计算机的控制中心，提供运算、判断能力 构成：ALU、CU、Regs（P29图2-3） 例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron AMD K7（Athlon、Duron）
CPU的位数(字长)：4位、8位、16位、32位、64位 是指一次能处理的数据的位数