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 0100 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 8008500.2 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 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FFFF0H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)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。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）、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