微機原理概述課件

第1

章微型計算機概述微型計算機微機的軟件基礎(chǔ)微機的結(jié)構(gòu)特點1第1頁/共32頁微機——

微型化的電子計算機電子計算機的基本組成存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器運算器CPU數(shù)據(jù)流控制流2第2頁/共32頁微處理器、微機、微機系統(tǒng)第3頁/共32頁微處理器（MP，Microprocessor），也稱為CPU或MPU。微處理器是由算術(shù)邏輯部件（ALU）、控制部件（CU）、寄存器（R）組、片內(nèi)總線等部分組成的大規(guī)模集成電路芯片。微型計算機（MC，Microcomputer，簡稱微機）是以微處理器為核心，配上大規(guī)模集成電路的半導體存儲器、輸入和輸出接口電路，以及相應(yīng)的輔助電路。微型計算機系統(tǒng)（MCS，Microcomputer

System）是以微型計算機為主體，配上一定規(guī)模的系統(tǒng)軟件和3微型計算機性能指標第4頁/共32頁字長：微處理器并行處理的最大位數(shù)，有8/16/32位等，通常與微處理器的ALU、R、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)一致。字長是微機分類的主要依據(jù)。存儲容量：微機系統(tǒng)能夠直接訪問的存儲單元字節(jié)數(shù)，即內(nèi)存尋址的最大字節(jié)數(shù)。存儲器字節(jié)數(shù)是由存儲器地址的位數(shù)決定的，通常以KB，MB，GB（分別是210，220

，230

字節(jié)）為單位。運算速度：微機通常是以計算機的主頻（MHz,106Hz）速度為運算速度單位

。系統(tǒng)配置：系統(tǒng)提供的人機聯(lián)系手段（軟/硬件配置越高檔，工作效率越高）。性能/價格比：微機系統(tǒng)性能—價格比值的綜合指標。4微型計算機的組成第5頁/共32頁硬件微型計算機微處理器ALU，CU，R，....內(nèi)存儲器ROM，RAMI/O接口并行I/O，串行I/O，....系統(tǒng)總線AB，DB，CB外圍設(shè)備外部設(shè)備鍵盤，CRT，存儲器，....過程通道A/D，D/A，開關(guān)量I/O，....電源軟件系統(tǒng)軟件監(jiān)控程序，操作系統(tǒng)，編譯程序，....程序設(shè)計語言機器語言，匯編語言，C語言，....應(yīng)用軟件軟件包，數(shù)據(jù)庫，

....

5微機的分類及其應(yīng)用微機的分類微機通常是以微處理器字長作為微機的分類標準。微機一般分為4位、8位、16位、32位微機等。微機的應(yīng)用特點形小、體輕、功耗低性能可靠價格便宜結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強第6頁/共32頁6微機中的數(shù)制7第7頁/共32頁十進制二進制十六進制數(shù)碼0~90，10~9，A~F基(或模)10216進位原則逢十進一逢二進一逢十六進一位權(quán)值10i2i16i位值規(guī)則通項公式N=∑Di×10ii

=

n-1~-mN=∑Bi×2i

i

=

n-1~-mN=∑Hi×16ii

=

n-1~-m數(shù)制后綴符號D或者省略BH微機的有/無符號數(shù)表示8第8頁/共32頁無符號數(shù)是正數(shù)，無需符號表示，所有數(shù)位都是數(shù)值數(shù)位。n位無符號數(shù)N的數(shù)值范圍是0≤N≤2n

-1。有符號數(shù)的符號用一位二進制數(shù)碼（正數(shù)0，負數(shù)1）表示。原碼（符號-絕對值）表示法：用其最高有效位作為數(shù)的符號位（Sf

），其余位為數(shù)值位。n位原碼的數(shù)值范圍是-2n

-1

+1≤N≤2n

-1

-1。補碼表示法：微機的基本運算第9頁/共32頁計算機的基本運算有算術(shù)運算和邏輯運算，由算術(shù)/邏輯運算部件ALU完成。邏輯運算：有反（非）運算、與（∧）運算、或（∨）運算、異或（⊕）運算。對于多位二進制變量的邏輯運算是“按位”運算的，即各對應(yīng)位分別進行邏輯運算。算術(shù)運算：計算機中的四則運算最終簡化為加/減法運算。ALU的核心電路是加法器，實現(xiàn)的是補碼加法運算（不需要判斷正/負號，符號位和數(shù)值位一起參加運算，能自動得到正確的補碼結(jié)果，除非出現(xiàn)數(shù)值溢出錯9

誤）。微機的信息編碼10第10頁/共32頁BCD

碼（

Binary

Coded

Decimal

碼）是十進制數(shù)的編碼。0~9數(shù)字的BCD碼分別對應(yīng)0000~1001編碼。計算機常用一個字節(jié)存放2位BCD碼（壓縮BCD碼）。ASCII碼（American

Standard

Code

for

InformationInterchange）是計算機的文字符號的信息編碼。用7位編碼，可表示128

（27

）個字符。計算機常用一個字節(jié)存放一個ASCII碼（D7

位恒為0）。二進制數(shù)/碼的示例11第11頁/共32頁D7~D016#數(shù)無符號數(shù)有符號數(shù)（補碼）壓縮BCD碼ASCII碼0110010064H10010064d011111117FH127127非法碼<DEL>1000000080H128-12880非法碼1001010195H149-10795非法碼111111110FFH255-1非法碼非法碼微機的指令系統(tǒng)8086/8088

微機的指令系統(tǒng)有133條指令，分為六大類：數(shù)據(jù)傳送

類

:

MOV

，

PUSH

，

POP

，

XCHG

，

LEA

等指令。算術(shù)運算類:加、減、乘、除算術(shù)運算四組指令。邏輯運算和移位類:邏輯運算指令組，移位指令組?？刂妻D(zhuǎn)移類:

Jxxx指令組，LOOP，CALL/RET指令組。串操作類6.處理機控制類第12頁/共32頁12操作數(shù)的尋址方式根據(jù)操作數(shù)的個數(shù)，有0（零）操作數(shù)指令、單操作數(shù)指令和雙操作數(shù)（用逗號分割）指令。操作數(shù)作為參與指令具體操作的對象，可以是操作的數(shù)據(jù)，也可以是轉(zhuǎn)移的地址數(shù)據(jù)。操作數(shù)可以是立即數(shù)，也可以存放在寄存器或內(nèi)存儲器或輸入/輸出接口中。操作數(shù)的尋址方式有立即方式、寄存器方式、直接內(nèi)存方式、間接內(nèi)存方式、I/O方式。8086/8088尋址方式分為數(shù)據(jù)尋址方式（7種）和轉(zhuǎn)移地址尋址方式（4種）兩第1大3頁類/共3。2頁138086/8088內(nèi)存儲器第14頁/共32頁內(nèi)存儲器是以字節(jié)為存儲單位。8086/8088內(nèi)存儲器容量1MB，地址范圍0～0FFFFFH。操作數(shù)如果存放在內(nèi)存，需要指明內(nèi)存的邏輯地址，微處理器自動形成內(nèi)存的物理地址.內(nèi)存邏輯地址表示：〈段基址〉:〈偏移址〉內(nèi)存物理地址=〈段基址〉×16+〈偏移址〉內(nèi)存雙字（4字節(jié)）：往往表示兩個16位的14地址值，即內(nèi)存數(shù)據(jù)尋址方式第15頁/共32頁內(nèi)存邏輯地址的段基址值存放在段址寄存器（CS/SS/DS/ES）。偏移地址（EA）尋址方式:直接方式：間接方式：指令中直接給出EAEA

=（寄存器）EA

=（寄存器）+〈位移量〉

EA

=（寄存器1）+（寄存器2）EA

=（寄存器1）+（寄存器2）+〈位移量〉內(nèi)存數(shù)據(jù)尋址使用的偏移址R：BX,BP,SI,DI段址R和偏移址R配對使用的隱含規(guī)定：CS:IPSS:SP,或SS:BPDS:SI代碼（指令）指針堆棧操作指針源數(shù)據(jù)串指針

目的數(shù)據(jù)串指針ES:DI158086/8088尋址方式示例操作數(shù)據(jù)的尋址方式：MOV

AX，3000HMOV

AX，[3000H];[3000H]是內(nèi)存直接尋址MOV

AX，[BX+20]

;[BX+20]是內(nèi)存間接尋址轉(zhuǎn)移地址的尋址方式：JMP

pp2

;段內(nèi)直接轉(zhuǎn)移到pp2標號JMP

第16頁;段內(nèi)間接轉(zhuǎn)移到（頁32共/

BX）指示16輸入/輸出（I/O）指令第17頁/共32頁8086/8088微機I/O接口指令的語句格式：IN

AL

,〈端口地址〉OUT

〈端口地址〉,

ALI/O

接口的端口地址為

0000H

~FFFFH

。若端口地址為

00H~FFH（0~255），可以直接給出；超出字節(jié)范圍的端口地址必須存放在DX寄存器中，間接給出。例如：IN

AL

,

80H；與MOV

AL，80H

的區(qū)別17I/O中斷指令第18頁/共32頁中斷指令：INT

n

;n為中斷類型號0~255（0~0FFH）系統(tǒng)提供的最常用的I/O中斷指令：顯示BIOS中斷服務(wù)（INT10H指令）鍵盤BIOS中斷服務(wù)（INT

16H

指令）DOS中斷服務(wù)（INT

21H

指令）INT

21H

（AH=1）

;讀一個字符到AL中并回顯INT

21H

（AH=2）

;顯示DL中的一個字符18匯編語言程序設(shè)計19◆本課程匯編語言程序第的19實頁/驗共32，頁是由小匯編（ASM.EXE匯編語言源程序可以是由三種指令語句：執(zhí)行指令、偽指令和宏指令（Macro）構(gòu)成的語句序列。匯編語言源程序（.ASM）文件經(jīng)過系統(tǒng)軟件匯編程序（MASM.EXE）,“翻譯”成機器代碼的目標程序（.OBJ）輸出文件。目標程序（.OBJ）文件經(jīng)過系統(tǒng)軟件連接程序（LINK.EXE），定位生成可執(zhí)行程序（.EXE）輸出文件。匯編語言程序設(shè)計技術(shù)20第20頁/共32頁結(jié)構(gòu)化匯編語言程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計使程序結(jié)構(gòu)清晰、易于理解、易于調(diào)試和修改，充分顯示了程序模塊化的優(yōu)點。匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)匯編語言程序設(shè)計有三種基本結(jié)構(gòu)，即順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。它們是單入口/出口的程序結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)的任意組合和嵌套構(gòu)成了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。子程序設(shè)計技術(shù)匯編語言程序設(shè)計例；比較兩個數(shù)絕對值的大小A

DW 5180，-111……MOV

AX，ACMP

AX，0JNS

AOKNEG

AXAOK：

MOV

BX，A+2CMP

BX，0JNS

BOKNEG

BXBOK：

CMP

AX，BXJA

OKXCHG

AX，BXOK：

……；16個字節(jié)數(shù)的“搬家”……MOV

AX,2000HMOV

DS,AXMOV

CX,16MOV

SI,

3100HMOV

DI,

3200HL1:

MOV

AL,[SI]MOV

[DI],ALINC

SIINC

DILOOP

L1第21頁/共32頁21微機的總線結(jié)構(gòu)22第22頁/共32頁微機的核心部件是微處理器。微機的總線是指微機主板或單板機上以微處理器芯片為核心的、芯片與芯片之間的連接總線，稱為系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線好似微機系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，把微處理器、存儲器和I/O接口電路（外部設(shè)備與微型計算機相連的協(xié)調(diào)電路）有機地連接起來，所有的地址、數(shù)據(jù)和控制信號都經(jīng)過總線傳輸。系統(tǒng)總線

分為三類總線，即

數(shù)據(jù)總線（

DB

）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。微機總線結(jié)構(gòu)示意圖微處理器存儲器

I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB外部設(shè)備23第23頁/共32頁管腳的功能復用隨著微機字長和尋址能力的增加，微處理器的管腳需要 的越來越多。又由于工藝技術(shù)和生產(chǎn)成本的考慮，大規(guī) 模集成電路芯片的封裝尺寸和管腳數(shù)目受到限制。微機采用管腳功能復用技術(shù)，即把一個管腳設(shè)計成由多

個功能“共用”的管腳，即讓各個功能“分時”使用該管腳， 所以也稱為管腳分時復用。為了區(qū)分管腳各個功能，需要有相應(yīng)的輔助電路，實現(xiàn) 分時控制邏輯。所以，管腳功能復用技術(shù)是以延長信息傳輸時間，增加系統(tǒng)的第復雜性為代價的。24頁/共32頁24流水線技術(shù)第25頁/共32頁微機為提高系統(tǒng)運行速度，除采用更高速的半導體器件和提高系統(tǒng)主頻外，還可采用同時進行若干操作的并行處理方式，這可使運行的速度達到數(shù)量級增長。流水線技術(shù)就是一種同步進行若干操作的處理方式。這種方式的操作過程類似于工廠的流水線作業(yè)裝配線，故形象地稱之為流水線技術(shù)。流水線技術(shù)的實現(xiàn)除了必須增加硬部件外，要保證流水線有良好性能，必須要有一系列有效的技術(shù)支持，如，流水線協(xié)調(diào)管理技術(shù)和避免阻塞技術(shù)等。流水線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于16位以上的微機系統(tǒng)，主要目的是加快取指令和訪問存儲器等操作，有指令流水線技術(shù)、運算操作流水線技術(shù)、尋址流水線技術(shù)等一系列應(yīng)用。25微機中常用的數(shù)字部件第26頁/共32頁三態(tài)門電路：微機總線結(jié)構(gòu)中廣泛采用三態(tài)門電路把部件與總線相連，使掛接在系統(tǒng)總線上的功能部件既要“共享”總線通道，又要避免總線沖突和信息串擾。數(shù)據(jù)緩沖器：由雙向三態(tài)門構(gòu)成的數(shù)據(jù)緩沖器，也稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動器，或數(shù)據(jù)收/發(fā)器。數(shù)據(jù)鎖存器：由D觸發(fā)器和單向三態(tài)門構(gòu)成的帶緩沖的數(shù)據(jù)鎖存器。譯碼器：是根據(jù)輸入的組合狀態(tài)得到惟一的輸出有效信號的電路，廣泛運用在存儲器單元和I/O設(shè)備的尋址選擇26三態(tài)門電路又要避免總線沖突和信息串擾。微機總線結(jié)構(gòu)中廣泛采用三態(tài)門電路把部件與總線相連。三態(tài)門有較高的輸入阻抗和 較低的輸出阻抗，可以改善 傳輸特性，故對傳輸數(shù)據(jù)起E掛接在微機系統(tǒng)總線上的功能部件既要“共享”總線通道，ABE2E1AB單向三態(tài)門E=1

B=A

E1=1 B=AE=0 B高阻態(tài)

E2=1

A=B（斷開）

E1=E2=0 A、B斷開雙向三態(tài)門到緩沖作用，同時能對第傳27輸頁/共32頁27數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動器Intel

8286（74LS245）是由

8位雙向三態(tài)門構(gòu)成的雙向數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動器（數(shù)據(jù)收/發(fā)器）。A

0

~A

7

，B

0

~B

7

：雙向數(shù)據(jù)端口。OE：輸出允許信號，低電平有效。T

：傳送方向控制信號。A1A2A3A4A5A6A7A0B1B2B3B4B5B6B7B0TOE≥1≥128第28頁/共32頁數(shù)據(jù)鎖存器Intel8282（74LS373）是8位帶有單向三態(tài)緩沖器的數(shù)據(jù)鎖存器。DI

0

~DI

7

、DO

0

~DO

7

：分別是8位數(shù)據(jù)輸入、輸出端。STB

：輸入選通信號，高電平有效。OE：輸出允許信號，低電平有效。DO0OEDO1DO2DO3DO4DO5DO6DO71D

QCLKDI0DI1DI2DI3