第1章 微型計(jì)算機(jī)概論

■總計(jì)尊機(jī)■■

MDtt*

蘭州理工大學(xué)

電信工程學(xué)院

《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》

課程簡介及要求

課程性質(zhì)及教學(xué)q的

《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》是工科本科一

門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。

本課程幫助學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件組成

及使用；學(xué)會(huì)運(yùn)用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；樹立

起計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念；掌握微機(jī)的基本

組成、工作原理、接口電路及硬件的連接，建立

微機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念，具備初步開發(fā)微機(jī)系統(tǒng)軟、

硬件的能力。

《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》

彈簡介及要求

課程特點(diǎn)：

理論與實(shí)際聯(lián)系非常緊密的課程，課程內(nèi)

容更新極快。

內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少，進(jìn)度快，難度大，應(yīng)用

廣。

《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》

課程簡介及要求

抓住教學(xué)過程中的3個(gè)環(huán)節(jié)

上課時(shí)要主動(dòng)參與、發(fā)現(xiàn)、探究

將上課時(shí)的多媒體教案從教師手中轉(zhuǎn)化為自己的

認(rèn)知工具，主動(dòng)參與、發(fā)現(xiàn)、探究；

課堂上會(huì)布置自學(xué)內(nèi)容，通過自學(xué)從而培養(yǎng)自

學(xué)的能力；

獨(dú)立完成作業(yè)

同學(xué)之間相互交流，一起討論，但一定要獨(dú)立

完晟作業(yè)；

《微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)》

課程簡介及要求

實(shí)驗(yàn)課前要預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，做到心中有數(shù)，有的放矢；

實(shí)驗(yàn)課后，要寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；提高自己

分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)一種嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)作風(fēng)。

收獲與時(shí)間成正比

本課程理論聯(lián)系實(shí)際非常緊密，內(nèi)容更新極快。

只能采用解剖麻雀方法，教師在這里只起到拋磚引玉的

作用。

因此同學(xué)們學(xué)習(xí)過程中，要花時(shí)間去學(xué)習(xí)、思索、實(shí)踐。

有機(jī)地將本專業(yè)的知識(shí)結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)，

解決實(shí)際問題。

收獲與時(shí)間成正比,花時(shí)間越多，收獲將越大。

第一章微型計(jì)算機(jī)概論

1.1微型計(jì)算機(jī)概述

1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1.第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

1946年2月，美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)

電子數(shù)字計(jì)算機(jī)："”（ENIAC,即Electronic

NumericalIntegratorandCalculator,電子數(shù)字積分計(jì)

算機(jī)）。

重量30噸，占地170平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，價(jià)

值約40萬美元。采用18000只電子管，70000個(gè)電阻，10000

支電容，研制時(shí)間近三年，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法

運(yùn)算。

ENIAC的不足：運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量小、全部指令沒

有存放在存儲(chǔ)器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差。

2.馮?諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

1946年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼(Johe

VonNeumman)提出了“存儲(chǔ)程序”的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方

案。其特點(diǎn)是：

采用二進(jìn)制數(shù)形式表示數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)指令。

指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中，能自動(dòng)

依次執(zhí)行指令。

由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)

備5大部分組成計(jì)算機(jī)硬件。

工作原理的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”C

按照這一原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為馮?諾依曼型計(jì)算

機(jī)。

馮?諾依曼提出的體系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

理論的基礎(chǔ)，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑。

瑪?諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)框圖

馮?諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

?由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)

備五部分組成。

?數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼形式不加區(qū)別地存放在

存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也為二

進(jìn)制。

?控制器是根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列即程序

來工作的，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器(即指令地址計(jì)

數(shù)器)控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，

能根據(jù)指令，選擇不同的動(dòng)作流程。

?微處理器包括運(yùn)算器和控制器。以其為核心，通過

地址(AB)、數(shù)據(jù)(DB)、控制(CB)三總線連接存儲(chǔ)器、

輸入/輸電接口，進(jìn)而輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

1.1.2微型計(jì)算機(jī)的分類及主要性能指標(biāo)

1.微型計(jì)算機(jī)的分類

(1)按照CPU的字長來分類

有4位、8位、16位、32位、64位微型計(jì)算機(jī)等。

⑵按照微處理器器件的工藝來分類

可分成MOS工藝、雙極型TTL工藝的微處理器。

⑶按照微型計(jì)算機(jī)的利用形態(tài)來分類

有單片機(jī)、單板機(jī)、位片機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)寺。

(4)按計(jì)算機(jī)的用途分類

>個(gè)人計(jì)算機(jī)：面向個(gè)人或家庭使用的低檔微型計(jì)算機(jī)。

>工作站：介于PC機(jī)和小型機(jī)之間的高檔微型機(jī)。

>小型計(jì)算機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易維護(hù)和使用。其規(guī)

模和設(shè)置可以滿足一個(gè)中小型部門的工作需要。

>主機(jī)：具有大容量存儲(chǔ)器，多種類型的I/O通道，能同時(shí)

支持批處理和分時(shí)處理等多種工作方式。其規(guī)模和配置可

以滿足一個(gè)大中型部門的工作需要。

>小巨型計(jì)算機(jī)：也稱為桌上型超級(jí)計(jì)算機(jī)。最大的特點(diǎn)是

價(jià)格便宜，并且具有較好的性能價(jià)格比。

>巨型計(jì)算機(jī)：也稱為超級(jí)計(jì)算機(jī)。具有極高的性能和極大

的規(guī)模，價(jià)格昂貴，多用于尖端科技領(lǐng)域。

2.微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)介紹

位：這是計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。

字長：是計(jì)算機(jī)在交換、加工和存放信息時(shí)的最基本的長度。

字節(jié)(Byte)：是計(jì)算機(jī)中通用的基本單元，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。

字：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。

主頻：也稱時(shí)鐘頻率，是指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率。

訪存空間：是該微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)所能訪問的存儲(chǔ)單元數(shù)。

力旨令數(shù)：構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的操作命令數(shù)。

‘辛本指令執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所花的時(shí)間。

可靠性：指計(jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。

兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。

性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性指標(biāo)。

微機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

?字長

>計(jì)算機(jī)內(nèi)部一次可處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。取決于微

處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。字

長越長，則表示的數(shù)據(jù)精度越高，完成相同精度的數(shù)

據(jù)運(yùn)算速度越快。

?運(yùn)算速度

>常用平均運(yùn)算速度MIPS(Mi11ionsofInstruction

PerSecond)和CPU的主頻表示。

>主頻：微處理器運(yùn)行的時(shí)鐘頻率。外頻：微處理器外

部總線的頻率。早期微處理器的主頻與外部總線的頻

率相同，從80486DX2開始，主頻=外部總線頻率x倍頻

系數(shù)。

微機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

?存儲(chǔ)器容量：內(nèi)存和外存，通常以字節(jié)為單位。

＞內(nèi)存：微處理器的尋址空間和實(shí)際配置的存儲(chǔ)器容量

（內(nèi)存條容量）O

＞外存：硬盤容量。

＞1K=21O=1O24;1M=22O=1O24K;1G=23O=1O24M;

1T=24O=1O24G

?外設(shè)擴(kuò)展能力

＞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配接各種外部設(shè)備的可能性、靈活

性和適應(yīng)性。

1.1.3微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1.按邏輯部件化分的計(jì)算機(jī)發(fā)展階段

按電子部件的演變經(jīng)歷了四代：

(1)第一代(1946年-1958年)：電子管計(jì)算機(jī)

特點(diǎn)：體積大、耗電多、運(yùn)算速度慢，存儲(chǔ)容量小。

(2)第二代(1959年-1964年)：晶體管計(jì)算機(jī)

特點(diǎn)：體積減小，重量輕、省電、壽命長、可靠性提

高，運(yùn)算速度可達(dá)每秒百萬次。

(3)第三代(1965年-1970年)：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量1-4兆字節(jié)。運(yùn)算速度每秒幾百萬至千

萬次，可靠性有較大提高，體積進(jìn)一步縮小，成本進(jìn)一步降低,

出現(xiàn)了向大型化和小型化發(fā)展的趨勢(shì)。

(4)第四代(1971年-)：大規(guī)模和超大規(guī)

模集成電路計(jì)算機(jī)

大規(guī)模集成電路使計(jì)算機(jī)發(fā)生了巨大的

變化，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的集成度越來越高。

Intel公司推出了微處理器，誕生了微型計(jì)算

機(jī),使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、可靠

性、性能價(jià)格比等方面都比上一代計(jì)算機(jī)有

較大突破。

2.按計(jì)算機(jī)應(yīng)用劃分的計(jì)算機(jī)發(fā)展階段

(1)超、大、中、小型計(jì)算機(jī)階段(1946年-1980

年)

采用計(jì)算機(jī)來代替人的腦力勞動(dòng)，提高了工作

效率，能夠解決較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。

(2)微型計(jì)算機(jī)階段(1981年-1990年)

微型計(jì)算機(jī)大量普及，幾乎應(yīng)用于所有領(lǐng)域，

對(duì)世界科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。

(3)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段(1991年至今)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為人類實(shí)現(xiàn)資源共享提供了有力的

幫助，從而促進(jìn)了信息化社會(huì)的到來，實(shí)現(xiàn)了遍及

全球的信息資源共享。

3.按微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展

將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成

電路芯片上作為中央處理部件，簡稱為微處理器

（Microprocessor）o微型計(jì)算機(jī)是以微處理器為核心，再

配上存儲(chǔ)器、接口電路等芯片構(gòu)成的。

按照計(jì)算機(jī)CPU、字長和功能劃分，經(jīng)歷了5代的演變:

>第一代（1971年~1973年）4位和8位低檔微處理器;

>第二代（1974年?1978年）8位中高檔微處理器；

>第三代（1978年?1980年）16位微處理器；

>第四代（1981年?1992年）32位微處理器；

>第五代（1993年以后）：全新高性能奔騰系列微處理器。

微處理器的發(fā)展

1971年Intel40044位2300108KHz每秒6萬次

階

段1972年Intel80088位3500基本指令周期為20?501Hs

第1974年Intel80808位60002MHz

階MC68008位6800

段1976年Z808位100002.5MHz

1978年Intel808616位290005MHz/基本指令周期0.5ps

階

段1982年Intel16位13.4萬基本指令周期0.2RS

80286

四1985年10月8038632位27.5萬16-33MHz/3-4MIPS

階

段1989年4月8048632位120萬33-120MHz/41-54MIPS

五

階1993.3.22Pentium32位310萬75-133MHz0.6ROI

段1995.11.8Pentium32位550萬200MHz/400MIPS

pro

1997年P(guān)entiumII32位700萬266MHz/400MIPS

1999.2.26PentiumIII32位2800萬450MHz

1999.2.24AMD-K6-III32位2130萬450MHz0.25Rm

七

階2000.11.24Pentium432位4200萬1.4GHz0.18Rm

段

一

CPU性能每18個(gè)月增加一倍

晶體管數(shù)目每兩年增加一倍

8086

80286

80386DX

Deerfield

80486DX2IA-64架構(gòu)

Madison

PentiumMMXPentiumProIA-64架構(gòu)

McKinley

PentiumII

IA-64架構(gòu)

Itanium

733/800MHZ

IA-64架構(gòu)

后而受什％???

4500

4200

嚏

1973197819821985198919931995199719992000

摩東定律晶體管劇目每兩耳槽加一倍

1400

摩東定律CPU嘏犍每18個(gè)用槽加一倍

4.未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

＞朝著微型計(jì)算機(jī)和巨型計(jì)算機(jī)兩級(jí)方向發(fā)展。

＞當(dāng)前開發(fā)和研究的熱點(diǎn)是多媒體計(jì)算機(jī)。

＞未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的總趨勢(shì)是智能化計(jì)算機(jī)。

＞今后計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主流是計(jì)算機(jī)與通信相結(jié)合的

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

＞非馮?諾依曼型體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)是提高現(xiàn)代計(jì)算

機(jī)性能的另一個(gè)研究焦點(diǎn)。

?新型計(jì)算機(jī)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)：建立在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上，從

內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)來模擬人腦的神經(jīng)系統(tǒng)。用簡單的數(shù)據(jù)處理

單元模擬人腦的神經(jīng)元，并利用神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)的分布式存儲(chǔ)

和相互關(guān)聯(lián)來模擬人腦的活動(dòng)。

生物計(jì)算機(jī)：使用由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白分子為材料

的“生物芯片”，不僅具有巨大的存儲(chǔ)能力，而且能以波

的形式傳播信息。由于它具備生物體的某些機(jī)能，所以更

易于模擬人腦的機(jī)制。

光子計(jì)算機(jī)：用光子代替電子，用光互連代替導(dǎo)線互連，

用光硬件代替電子硬件，用光運(yùn)算代替電子運(yùn)算。

1.2計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1.2.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

?各部分的主要功能：

(1)輸入設(shè)備：用于輸入原始信息和處理信息的程序。如鍵

盤、鼠標(biāo)器和掃描儀等。

(2)輸出設(shè)備：用來輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果及程序清單。如

顯示器和打印機(jī)。

(3)存儲(chǔ)器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。在控制器的控制下，可

與輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、控制器交換信息，是計(jì)

算機(jī)中各種信息存儲(chǔ)和交流的中心。

(4)運(yùn)算器：用來對(duì)信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算。也稱為算

術(shù)邏輯部件ALU(ArithmeticandLogicUnit)o

(5)控制器：是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，用來指揮計(jì)算機(jī)各

部件的操作，使其協(xié)調(diào)一致地工作。

計(jì)算機(jī)中的兩類信息：一類是采用雙線表示的數(shù)據(jù)信

息流，它包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、計(jì)算結(jié)果和程序中的

指令；另一類是采用單線表示的控制信息流，它是控制器

發(fā)出的各種操作命令。

1.2.2計(jì)算機(jī)的工作原理

1.存儲(chǔ)程序原理

把事先編制好的由計(jì)算機(jī)指令組成的程序存

放到存儲(chǔ)器內(nèi)，計(jì)算機(jī)在運(yùn)算時(shí)依次取出指令，

根據(jù)指令的功能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，這就是存儲(chǔ)程

序原理。

2.程序的自動(dòng)執(zhí)行

程序在執(zhí)行前先裝入內(nèi)存儲(chǔ)器，CPU負(fù)責(zé)從內(nèi)

存中逐條取出指令，分析識(shí)別指令，最后執(zhí)行指

令，從而完成一條指令的執(zhí)行周期。

程序的執(zhí)行流程：

取指令—分析指令—執(zhí)行指令。

1.2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

1.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大

部分組成：

微處理器

微計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器

I/O接口電路

硬件系統(tǒng)總線

外部設(shè)備

外圍設(shè)備

過程I/O通道

r監(jiān)控程序

操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件編輯程序

解釋程序

編譯程序

〔診斷程序

軟件'機(jī)器語言

程序設(shè)計(jì)語言1匯編語言

〔高級(jí)語言

應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫

＞硬杜系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計(jì)算機(jī)

實(shí)體。

硬件的基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序,并在程序

的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任

務(wù)。

＞軟件系統(tǒng)是指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資

料和各種程序。

舉件系統(tǒng)基本功能保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以

充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境。

計(jì)算機(jī)的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能

正常工作。

1.2.4微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)(MicroComputer)是計(jì)算機(jī)的微型化，

簡稱微機(jī)，它由CPU、存儲(chǔ)器、輸入接口和輸出接口以及總

線組成。該層次就是已安裝了CPU和內(nèi)存條的主板。微型計(jì)

算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示

各組成模塊及其功能:

1.中央處理單元

中央處理單元CPU(ControlProcessingUnit)是微型計(jì)

算機(jī)的核心部件，是包含有運(yùn)算器、控制器、寄存器組以及總

線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，俗稱微處理器。

微處理器(Microprocessor)簡稱好或MP,或MPU

(MicroprocessingUnit)oMPU是采用大規(guī)模和超大規(guī)模集

成電路技術(shù)將算術(shù)邏輯部件ALU(ArithmeticLogicUnit)、

控制部件CU(ControlUnit)和寄存器組R(Registers)三個(gè)

基本部分以及內(nèi)部總線集成在一塊半導(dǎo)體芯片上構(gòu)成的電子器

件。又稱為“中央處理單元”(CentralProcessorUnit),

簡稱CPU。

微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，它的性能決定了整個(gè)微型

機(jī)的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

2.存儲(chǔ)器(用于存放程序與數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件)

?按讀寫方式可分為兩種，一種是隨機(jī)存取存儲(chǔ)

器RAM(RandomAccessMemory),RAM又分為

靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM,在PC機(jī)中,

前者用作高速緩存，后者用作內(nèi)存條，可隨時(shí)

將信息寫入RAM,也可隨時(shí)從RAM中讀出信息。

另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemor

y),CPU只能從ROM中讀出預(yù)先寫入的信息。

?存儲(chǔ)器均按字節(jié)編址。

3.系統(tǒng)總線

總線(BUS)包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三種。

所謂總線，它將多個(gè)功能部件連接起來，并提供傳送信息的公

共通道，能為多個(gè)功能部件分時(shí)共享，總線上能同時(shí)傳送二進(jìn)

制信息的位數(shù)稱為總線的寬度。

CPU通過三種總線連接存儲(chǔ)器和I/O接口，構(gòu)成了微型計(jì)算

機(jī)。

>數(shù)據(jù)總線DB(DataBus):用于CPU與主存儲(chǔ)器、CPU與

I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)。

>地址總線AB(AddressBus):用于CPU訪問主存儲(chǔ)器和

外部設(shè)備時(shí)，傳送相關(guān)的地址。

>控制總線CB(ControlBus):用于傳送CPU對(duì)主存儲(chǔ)器

和外部設(shè)備的控制信號(hào)。

(1)地址總線AB(AddressBus)

微處理器數(shù)據(jù)總線寬度地址總線寬度最大存儲(chǔ)器容量

808616201MB

80888201MB

8018616201MB

80286162416MB

80386SX162416MB

80386DX32324GB

8048632324GB

Pentium64324GB

PentiumPro643664GB

PentiumII643664GB

PentiumIII643664GB

PentiumIV643664GB

(2)數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)

數(shù)據(jù)總線是CPU和存儲(chǔ)器、CPU和I/0接口之間傳送信息的

數(shù)據(jù)通路，數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)姆较驗(yàn)殡p向傳輸。數(shù)據(jù)總線的寬度

越寬，CPU傳輸數(shù)據(jù)信息的速度越快，8086CPU數(shù)據(jù)總線為16

位,PentiumPro的數(shù)據(jù)總線64位,見表-1,分別表示CPU一

次可與存儲(chǔ)器或I/O接口傳送16位和64位二進(jìn)制信息。

(3)控制總線CB(ControlBus)

CPU的控制總線按照傳輸方向分為兩種，一種是由CPU發(fā)出

的控制信號(hào)，用以對(duì)其他部件的讀控制、寫控制等，另一種則

是其他部件發(fā)向CPU的，反過來實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的控制，在兩種方向

的控制信號(hào)中前者多于后者。

4.輸入輸出接口電路

輸入/輸出接口電路也稱為I/O(Input/Output)電路，

即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計(jì)算機(jī)外

部設(shè)備交換信息的橋梁。

5.主

主機(jī)板也稱為系統(tǒng)主板或簡稱主板。主機(jī)板上有CPU芯片、

內(nèi)存槽、擴(kuò)展槽、各種跳線和一些輔助電路。

6.外存儲(chǔ)器

分為軟磁盤、硬磁盤、光盤存儲(chǔ)器。

磁盤存儲(chǔ)器由磁盤、磁盤驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器接口電路組成，

統(tǒng)稱為磁盤機(jī)。

光盤存儲(chǔ)器是由光盤、光盤驅(qū)動(dòng)器和接口電路組成。

7.輸入/輸入設(shè)備

計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備是鍵盤和鼠標(biāo)。

計(jì)算機(jī)最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)。

1.2.5微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件是指支持計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序，以及開發(fā)、

使用和維護(hù)這些程序的各種技術(shù)資料的總稱。

軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成，它們形成層次關(guān)系。

處在內(nèi)層的軟件要向外層軟件提供服務(wù)，外層軟件必須在

內(nèi)層軟件支持下才能運(yùn)行。

系統(tǒng)軟件的主要功能是簡化計(jì)算機(jī)操作，充分發(fā)揮硬件功

能，支持應(yīng)用軟件的運(yùn)行并提供服務(wù)。

應(yīng)用軟件處于軟件系統(tǒng)的最外層，直接面向用戶，為用戶

服務(wù)。應(yīng)用軟件是為了解決各類應(yīng)用問題而編寫的程序，

包括用戶編寫的特定程序，以及商品化的應(yīng)用軟件和套裝

軟件。

計(jì)算機(jī)語言也稱為程序設(shè)計(jì)語言，是人機(jī)交流信息的一種

特定語言。在編寫程序時(shí)用指定的符號(hào)來表達(dá)語義。

1.3微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

1.3.1基本概念

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示二進(jìn)制數(shù)的方法稱為數(shù)值編碼，把一個(gè)數(shù)及其

符號(hào)在機(jī)器中的表示加以數(shù)值化，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)稱

為數(shù)的真值。

表示一個(gè)機(jī)器數(shù)，應(yīng)考慮以下三個(gè)因素：

1.機(jī)器數(shù)的范圍

字長為8位，無符號(hào)整數(shù)的最大值是(mimi)B=(255)D,

此時(shí)機(jī)器數(shù)的范圍是0-255。

字長為16位，無符號(hào)整數(shù)的最大值是

(1111111111111111)B=(FFFF)H=(65535)D,

此時(shí)機(jī)器數(shù)的范圍是0-65535。

2.機(jī)器數(shù)的符號(hào)

在算術(shù)運(yùn)算中，數(shù)據(jù)是有正有負(fù)的，將這類數(shù)據(jù)稱為

帶符號(hào)數(shù)。

為了在計(jì)算機(jī)中正確地表示帶符號(hào)數(shù)，通常規(guī)定每個(gè)

字長的最高位為符號(hào)位，并用0表示正數(shù)，用1表示負(fù)數(shù)。

3.機(jī)器數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置

在機(jī)器中，小數(shù)點(diǎn)的位置通常有兩種約定：

一種規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變，這時(shí)的機(jī)器數(shù)稱為

“定點(diǎn)數(shù)”。

另一種規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置可以浮動(dòng)，這時(shí)的機(jī)器數(shù)稱

為“浮點(diǎn)數(shù)”。

（1）定點(diǎn)數(shù)的表示法

在計(jì)算機(jī)中，約定數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)的位置固定在某

一位，原理上講，小數(shù)點(diǎn)的位置固定在哪一位都行，

但是，通常有兩種定點(diǎn)格式，一是將小數(shù)點(diǎn)固定在

數(shù)的最左邊（即純小數(shù)），二是固定在數(shù)的最右邊

（即純整數(shù)）。

例如，用寬度為n+1位的字來表示定點(diǎn)數(shù)X,其中X。

表示數(shù)的符號(hào)，例如1代表負(fù)數(shù)，0代表正數(shù)，其余

位代表它的數(shù)位，對(duì)于任意定點(diǎn)數(shù)X=X0X]X2……Xn,

在定點(diǎn)計(jì)算機(jī)中可表示為：

①如果X為純小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)固定在X。與X1之間，數(shù)X

的表示范圍為：

0<1X14l-2-n

②如果X為純整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)固定在Xn的右邊，數(shù)X的

表示范圍為：

0<|X|<2n-1

(2)浮點(diǎn)數(shù)的表示法(1)

任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N可以寫成

E

N=10xM(1-3)

任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N可以寫成

e

N=2xni(1-4)

0011

例如,N=101.1101=2x0.1011101

同樣，在計(jì)算機(jī)中一個(gè)任意進(jìn)制數(shù)N可以寫成：

e

N=RxM

其中，m為浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)，是一個(gè)純小數(shù)，e是比例因

子的指數(shù)，稱為浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)，是一個(gè)純整數(shù)，比例因子

的基數(shù)R是一個(gè)常數(shù)，一般R取值為2,也有取值為8、16兩

種情況。

(2)浮點(diǎn)數(shù)的表示法(2)

在計(jì)算機(jī)中存放一個(gè)完整的浮點(diǎn)數(shù)，應(yīng)該包括階碼、階符、

尾數(shù)以及尾數(shù)的符號(hào)(數(shù)符)共4部分，即：

Es___________Eg……Em____________Ms___________岫……Mn

階符階碼數(shù)符尾數(shù)

一般按照IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，采用32位浮點(diǎn)數(shù)和64位

浮點(diǎn)數(shù)兩種標(biāo)準(zhǔn)格式。

①32位浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)格式

32位浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)格式如下:

313023220

SE.M

在32位浮點(diǎn)數(shù)中，約定基數(shù)R=2,S是尾數(shù)的符號(hào)位，

即浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)位，它占一位，安排在最高位，。表示正數(shù),

1表示負(fù)數(shù)，尾數(shù)M占23位，放在低位部分，當(dāng)然是純小數(shù)。

E是階碼，占8位。

②64位浮點(diǎn)數(shù)格式

636252510

SEM

它與32位浮點(diǎn)數(shù)的組成原理相同，約定基數(shù)R=2,尾

數(shù)符號(hào)位S占一位，置于最高位，規(guī)格化的尾數(shù)M占52位,

最左邊一位1已被隱藏。

1.3.2原碼、反碼與補(bǔ)碼

1.機(jī)器數(shù)與真值

機(jī)器數(shù)：帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)稱之為機(jī)器數(shù)。

二進(jìn)制數(shù)最高位作為符號(hào)位：表示負(fù)數(shù),

0表示正數(shù)

例：取8位字長時(shí)：

0001H1B則可以代表15

000H11B則可以代表15

真值：機(jī)器數(shù)所能表示的值。

在微機(jī)中，機(jī)器數(shù)有三種表示方法，即原碼、

反碼與補(bǔ)碼

2.原碼表示法

若定點(diǎn)整數(shù)的原碼形式為X0XM2……xn,則原碼

表示的定義是

2n-X=2n+|X|0>X>-2n(1-8)

X。為符號(hào)位，若n=7,即字長8位，則

①X取值范圍：-127-+127

②[+0]原=00000000

③[-0]原=10000000

原碼

正數(shù)的符號(hào)位為0,負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1,其它位按照一

般的方法來表示數(shù)的絕對(duì)值。用這樣的表示方法得到的就

是數(shù)的原碼。

【例】當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時(shí)：

X=+1011011［X］原碼=01011011

Y=-1011011［Y］原碼=11011011

［+1］原碼［一1］原碼=10000001

［+127］原碼=01111111［-127］原碼=11111111

原碼表示的整數(shù)范圍是：

一(2nT-1)~+(1-1),其中n為機(jī)器字長。

則：8位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是-127?+127;

16位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍是-32767?+32767。

采用原碼表示法簡單易懂，但它

最大缺點(diǎn)是加法運(yùn)算電路復(fù)雜，不容

易實(shí)現(xiàn)。

3.反碼表示法

對(duì)于定點(diǎn)整數(shù)，反碼表示的定義是：

「X2n>X>0

兇反=Y

X2n+1-1)+X0>X>-2n(1-9)

同樣n取7,即字長8位，那么

①X取值范圍：-127~+127

②[+0]反=00000000

③[-0]反=11111111

反碼

對(duì)于一個(gè)帶符號(hào)的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相

同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號(hào)位以外的各位按位取反。

【例】當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時(shí)：

X=+1011011[X]原碼=01011011[X]反碼=01011011

Y=-1011011[Y]原碼=11011011[Y]反碼=10100100

[+1]反碼=00000001[-1]反碼=11111110

[+127]反碼=01111111[-127]反碼=10000000

負(fù)數(shù)的反碼與負(fù)數(shù)的原碼有很大的區(qū)別，反碼通常用作

求補(bǔ)碼過程中的中間形式。

反碼表示的整數(shù)范圍與原碼相同。

4.補(bǔ)碼表示法

對(duì)于定點(diǎn)整數(shù)，補(bǔ)碼表示的定義是：

「X2n>X>0

[X]補(bǔ)=Y

―2n+i+X=2"1-IXI0>X>-2n(1-10)

同樣如果n取7,即字長8位，那么

①X取值范圍：-128?+127

②[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000

③[-10000000]補(bǔ)=10000000

④[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=乂，對(duì)已知的一個(gè)補(bǔ)碼通過再一次求其補(bǔ)，便

可還原由真值

補(bǔ)碼

正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼在最低位加lo

【例】(1)X=+1011011(2)Y=-1011011

(1)根據(jù)定義有：DC原碼=01011011[X]補(bǔ)碼=01011011

(2)根據(jù)定義有：[Y]原碼=11011011[Y]反碼=10100100

[Y]m=10100101

補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是-2毆1?+(2n-1—1),其中n為機(jī)器

字長。

貝U：8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是-128?+127

16位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是-32768?+32767

當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍時(shí)，就不能正確表示數(shù)了，此時(shí)稱

為溢出。

例若字長位,求原,

8X=1265Y=-126,［X］

［X］反，［X］補(bǔ)和［Y］原，［Y］反，［Y］補(bǔ)。

解：兇原=兇反=兇補(bǔ)=01111110

［Y］原=niinio

［Y］反=10000001

［Y］補(bǔ)=10000010

5.補(bǔ)碼的加減法運(yùn)算及溢出的判斷

(1)補(bǔ)碼加法運(yùn)算

規(guī)則：［X］補(bǔ)+［Y］補(bǔ)=［X+Y］補(bǔ)

條件：X、Y以及X+Y在定義域內(nèi)

特點(diǎn)：符號(hào)位參與運(yùn)算；以2升1為模進(jìn)行為1法,

最高位相加產(chǎn)生的進(jìn)位自然丟掉。

根據(jù)運(yùn)算后結(jié)果的符號(hào)位，對(duì)結(jié)果求補(bǔ)，即

［［X+Y］補(bǔ)］補(bǔ)=乂+丫，便可還原出真值。

在下面所有例子的運(yùn)算過程中，假定字長均是8位。

例X=+0000111LY=+01000000,求X+Y。

解：[X]補(bǔ)=00001111[Y]補(bǔ)=01000000

00001111

+01000000

結(jié)果正確。

01001111=[X+Y]#=X+Y,

例求

X=-000011115￥=01000000,X+Y

解：[X]補(bǔ)=11110001[Y]補(bǔ)=01000000

11110001

+01000000

H]00110001=[X+Y]^=X+Y,結(jié)果正確。

⑵溢出的判斷

?若參與操作的兩數(shù)在定義域內(nèi)，但運(yùn)算結(jié)果超出

了字長范圍內(nèi)補(bǔ)碼所能允許表示的值，所計(jì)算出

的結(jié)果產(chǎn)生了錯(cuò)誤，稱之為溢出。

?例如字長8位，補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是：

-128<x<+127,若字長n位,補(bǔ)碼所能表示數(shù)的范

圍是-2nT《X42nT-l,當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍

時(shí)，便產(chǎn)生溢出，兩個(gè)正數(shù)相加可能產(chǎn)生正的溢

出，兩個(gè)負(fù)數(shù)相加可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)的溢出，

數(shù)相加不會(huì)產(chǎn)生溢出。

例計(jì)算64+65

D7D6

01000000+64

+01000001+65

10000001+129>+127,

結(jié)果錯(cuò)誤，產(chǎn)生了溢出

兩個(gè)正數(shù)相加,結(jié)果為負(fù)數(shù)形式，這

是由于+129>+127的原因，從上式可看出

D7=l9D6=05OF=D7ffiD6=lffi0=1,溢出標(biāo)

志OF=1,表示有溢出。

例計(jì)算-128-1

0706

[—128]補(bǔ)=10000000

+[T]補(bǔ)=11111111

101111111

兩個(gè)負(fù)數(shù)相加,結(jié)果為正數(shù)形式,這

是由于-128-1=-129<-128的原因,從上式

可看出口7=0,D6=LOF=D7十口6=0十1=1,袤

示有溢出。

例計(jì)算64T

D7D6

[+64]補(bǔ)=01000000

+[-1]11111111

000111111

運(yùn)算結(jié)果正確。D7=O,D6=O9

則OF=D7十。6=0?0=0,無溢出。

6.補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換

正數(shù)補(bǔ)碼的真值等于補(bǔ)碼的本身；負(fù)數(shù)補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為其真值時(shí)，

將負(fù)數(shù)補(bǔ)碼按位求反，末位加1,即可得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對(duì)應(yīng)的真值

的冷對(duì)值。

【例】[X]補(bǔ)碼=01011001B,[X]m=11011001B,分別求其真值X。

X=+1011001B=+(1x26+1x24+1x23+1x2°)

=+(64+16+8+1)=+(89)0

(2)《補(bǔ)碼代表的數(shù)是負(fù)數(shù),則真值：

X=-([1011001]求反+1)B=一(0100110+1)B

=-(0100111)B=-(1X25+1X22+1X21+1X2°)

=-(32+4+2+1)=-(39)D

1.3.2、微機(jī)中常用的數(shù)字代碼與字符代碼

1.數(shù)字代碼

⑴數(shù)字代碼的表示

BCD碼是一種常用的數(shù)字代碼，它的編碼方法是

每個(gè)十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示，從而實(shí)現(xiàn)了用

二進(jìn)制數(shù)。

表示十進(jìn)制數(shù)。在計(jì)算機(jī)中，最常用的BCD碼是

8421碼，稱為標(biāo)準(zhǔn)BCD碼，每個(gè)BCD碼每位上對(duì)應(yīng)的

權(quán)值與二進(jìn)制權(quán)值相同，十進(jìn)制數(shù)0?9的BCD碼貝”為

0000、0001.......100L

二一十進(jìn)制編碼---BCD碼

BCD(Binary-CodedDecimal)碼又稱為“二一十進(jìn)制編

碼”，專門解決用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)數(shù)的問題。最常用的是

8421編碼，其方法是用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)，自左

至右每一位對(duì)應(yīng)的位權(quán)是8、4、2、1。

1.壓縮BCD碼

每一位數(shù)采用4位二進(jìn)制數(shù)來表示，即一個(gè)字節(jié)表示2位

十進(jìn)制數(shù)。例如：二進(jìn)制數(shù)10001001B,采用壓縮BCD碼表示

為十進(jìn)制數(shù)89D。

2.非壓縮BCD碼

每一位數(shù)采用8位二進(jìn)制數(shù)來表示，即一個(gè)字節(jié)表示1位

十進(jìn)制數(shù)。而且只用每個(gè)字節(jié)的低4位來表示0?9,高4位為0。

例如：十進(jìn)制數(shù)89D,采用非壓縮BCD碼表示為二進(jìn)制數(shù)是：

0000100000001001B

(2)標(biāo)準(zhǔn)BCD碼的加法

由于計(jì)算機(jī)中的基本運(yùn)算電路只能作二進(jìn)

制加法運(yùn)算，如果利用它實(shí)現(xiàn)BCD碼相加，必

須要找出將二進(jìn)制加法運(yùn)算電路適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)BCD

碼相加的規(guī)則，然后遵循該規(guī)則設(shè)計(jì)出BCD碼

相加的運(yùn)算電路

例01000101

+01010100

10011001結(jié)果正確

例01000101

+01010101

10011010結(jié)果不正確

+個(gè)位加6修正

10100000結(jié)果還不正確

+十位加6修正

100000000結(jié)果正確

BCD碼力口法的規(guī)貝I：

?兩個(gè)BCD數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD碼位用二進(jìn)制加法相加，若

產(chǎn)生的和小于10則保持不變，結(jié)果正確；如果產(chǎn)

生的和》10,則在和數(shù)上作加6修正

?兩個(gè)BCD數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD碼位用二進(jìn)制加法相加后，

如果向高位BCD碼產(chǎn)生了進(jìn)位，說明逢十六進(jìn)一，

丟掉了6,所以也要作加6修正。力口6修正的原因是:

運(yùn)算電路只能逢十六進(jìn)一，不能逢十進(jìn)一

⑶標(biāo)準(zhǔn)BCD碼的減法

BCD碼減法規(guī)則：

?兩個(gè)BCD數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD碼位用二進(jìn)制相減，不發(fā)

生借位則結(jié)果正確

?兩個(gè)BCD數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD碼位用二進(jìn)制相減，若低

位向高位發(fā)生了借位，表示借16,而不是借10,

在低位上要作減6修正

2.字符代碼

微機(jī)中常用的是ASCII碼（美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)

代碼），如表「2所示。

它包括10個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼，26個(gè)英文字母和一些

專用符號(hào)，總共128個(gè)字符的ASCH碼，因此，只需

要一個(gè)字節(jié)中的低7位編碼，最高位可用作奇偶校

驗(yàn)位，當(dāng)最高位恒取1,稱為標(biāo)記校驗(yàn)，當(dāng)最高位

恒取0,稱作空格校驗(yàn)。

ASCII(AmericanStandardCodefor

InformationInterchange)碼是美國信息交換標(biāo)

準(zhǔn)代碼的簡稱，用于給西文字符編碼；包括英文字

母的大小寫、數(shù)字、專用字符、控制字符等；

這種編碼由7位二進(jìn)制數(shù)組合而成，可以表示

128種字符；

在ASCH碼中，按其作用可分為：

>34個(gè)控制字符；

>10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字

>52個(gè)英文大小寫字母；

>32個(gè)專用符號(hào)

高位MSB

低位LSBo?o

001ow。*100w.*

00000NULDLESP0@p、p

10001SOHDC1!1AQaq

ff

20010STXDC22BRbr

30011ETXDC3#3CScs

40100EOTDC4$4DTdt

50101ENQNAK%5Eueu

60110ACKSYN&6FVfV

70111BELETB!7GWgw

81000BSCAN(8HXhX

91001HTEM)91￥y

A1010LFSUB**JZz

B1011VTESC+KIk(

f

C1100FFFS<L\11

D1101ORGSM]m)

E1110SORS>Ntn

F1111SIUS/?o<―0DEL

NUL空HT橫向列表（穿孔卡片指信令）FF走紙控制DC4設(shè)備控制4

SOH標(biāo)題開始LF換行CR回車NAK否定應(yīng)答

STX正文結(jié)束SYN空轉(zhuǎn)同步SO移位輸出FS文字分隔符

ETX本文結(jié)束ETB信息組傳送結(jié)束SI移位輸入GS組分隔符

EOT傳輸結(jié)果CAN刪去符SP空格RE記錄分隔符

ENQ詢問EM紙盡DLE數(shù)據(jù)鏈換碼US單元分隔符

ACK承認(rèn)SUB減DC1設(shè)備控制1DEL作廢

VEL報(bào)警符ESC換碼DC2設(shè)備控制2

BS退一格VT垂直制表DC3設(shè)備控制3

128個(gè)ASCII字符中有95個(gè)編碼,它

們分別對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)中在輸入/輸出終端設(shè)

備上能鍵入和輸出顯示以及輸出打印的

95個(gè)字符，包括大小寫英文字母，其余

33個(gè)編碼，其編碼值為0?31和127,則

不對(duì)應(yīng)任何顯示與打印實(shí)際字符，它們

被用作為控制碼，控制計(jì)算機(jī)I/O設(shè)備的

操作以及計(jì)算機(jī)軟件的執(zhí)行情況。

1.3.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換