第一章 微型计算机系统概述

第一章微型计算机系统概述第一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四微机

原理

接口

技术

汇编语言典型机型：IBMPC系列机基本系统：8088CPU和半导体存储器I/O接口电路及与外设的连接硬件－－接口电路原理软件－－接口编程方法汇编语言程序设计建立必备软件基础，掌握指令系统、程序格式2第二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四和其他课程的区别计算机组成原理（计算机组成结构）讨论计算机基本部件的构成和组成方式，基本运算的操作原理和单元的设计思想、操作方式及其实现方法和电路原理内部各单元的工作原理和实现方法（芯片内）微机原理与汇编语言程序设计突出应用，详细讲述微处理器芯片的指令系统及编程、CPU外部特性、微机主板，与通用外设的接口电路及应用编程侧重汇编语言编程及接口技术计算机体系结构论述计算机系统的各种基本结构、设计技术和性能定量分析方法侧重整个系统的设计技术（芯片组合）3第三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四课程主要环节讲课汇编语言、存储系统、接口（56学时）软件编程基于汇编语言的程序设计（8学时）硬件设计基于伟福系统的硬件设计（8学时)考试成绩构成：卷面+实验+平时4第四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第一章微型计算机系统概述 华北电力大学计算机系 刘丽第五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四主要内容微型计算机的发展和应用微型计算机系统的组成IBMPC系列机系统主板组成和存储空间的分配计算机中的数据表示6第六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.1微型计算机的发展和应用ENIAC:1946,电子管实现，编程通过插线进行，采用字长10位的十进制计数方式，每秒进行5000次加法运算，最初用于军方武器弹道表编制，后用于各类科学计算7第七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四电子计算机的发展史第一代（1946－1957）电子管为逻辑部件超声波汞延迟线、阴极射线管、磁芯和磁鼓等为存储手段软件上采用机器语言，后期采用汇编语言例如冯诺伊曼等人研制的存储程序计算机ISA(Instituteofadvancestudy)电子管：在气密性封闭容器（一般为玻璃管）中产生电流传导，以获得信号放大或振荡的电子器件8第八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四汞延迟线、阴极射线管、磁芯磁芯：由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物。磁芯有各种各样的形状9第九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四磁鼓磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的磁鼓松下磁鼓10第十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四IAS（InstituteofAdvanceStudy，即高等研究院）计算机

诺伊曼与IAS计算机合影11第十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四电子计算机的发展史第二代（1957－1965）晶体管为逻辑部件磁芯、磁盘做内存和外存软件上广泛采用高级语言（如FORTRAN、ALGOL-60、COBOL），并出现了早期的操作系统代表计算机是IBM公司的IBM-7094机和CDC公司的CDC1604机

晶体管：固体半导体器件，可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能12第十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四TheIBM7094computerintheColumbiaUniversityComputerCentermachineroomsometimebetween1964and1968,operatorJohnSzallasiattheconsoleTheIBM709xseriesarethe36-bitmachinesonwhichLISPwasdevelop。ThisisthemachinethatinspiredDEC'sfirst36-bitmachine,thePDP-6,whichwasfollowedbythePDP-10andDEC-20.IBM-7094CDC160413第十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四电子计算机的发展史第三代（1965－1971）中小规模集成电路为主要部件磁芯、半导体存储器和磁盘为内存、外存软件上广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络代表性的计算机如IBM-360计算机系列。(1964April)IBMannouncestheSystem/360computer.ThiswasthemostexpensiveandriskiestundertakingbyIBMsinceitsinception.Theterm"360"waschosentoemphasizethecomputer'sversatilenature,coveringa360degreesradiusofbusinessapplications.BobO.Evans,whowasinchargeofplanninganddevelopmentinIBM'sDataSystemsDivision,chairedacommitteetodevelopIBM'slongrangecomputersystemsstrategy.ThecommitteemadeitsrecommendationsinJanuary1962,whichincludedtheconceptoftheSystem/360.Over1,000computerswereorderedwithinthefirst30days.

14第十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四集成电路15第十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四电子计算机的发展史第四代（1971－至今）大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）为主要部件半导体存储器和磁盘为内存、外存软件上产生了结构化程序设计思想和面向对象程序设计思想近年来通用微处理器、面向控制和数字信号处理的专用微处理器、片上系统（SystemonChip，SOC）、专用集成电路芯片（Application-specificIntegratedCircuit,ASIC），大规模现场可编程芯片（Field-ProgrammableGateArray/ComplexProgrammableLogicDevice,FPGA/CPLD）等飞速发展16第十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.1.1微型计算机的发展微型计算机的定义：以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件——控制器和运算器的微处理器为核心，所构造出的计算机系统发展史：以字长和典型的微处理芯片作为各阶段的标志17第十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第1代：4位和低档8位微机，4004→4040→80081971年Intel为日本厂商设计，4位，2300个晶体管/片，每秒6万次运算4004的改进inte，PMOS工艺，8位，3500晶体管/片，MCS-8微型计算机18第十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第2代：中高档8位微机8080,NMOS工艺，字长8位，基本指令70多条，6000晶体管/片The6800wasMotorola'sfirstmicroprocessor.The6800wasintroducedtodirectlycompetewithIntel’s8080.MuchofthedesignwasbasedonIntel’s8008.The6800hadaverysimilararchitecturetothe8080withsomedifferencesattheregisterlevel.Forexample,the6800hadtwoaccumulatorswhilethe8080hadone.中档机：M6800、Intel的8080，高档机：Zilog的Z80、Intel的8085，Rockwell公司的650219第十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四中高档8位微机8080808520第二十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四中高档8位微机z80和TRS80TRS-80（采用Z80微处理器）、Apple-II（苹果机，采用6502微处理器）、广泛用于工控场合的Intel的8位单片机

（如MCS－48和MCS－51系列TRS-80z8021第二十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第3代：各公司推出一批16位微机芯片intel:8086→8088→80286motorola:M68000Zilog:Z800022第二十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四8086/8088的核心23第二十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第3代：各公司推出一批16位微机芯片著名的微机有：IBMPC系列机，包括PC、PC/XT和PC/AT三个具体型号Apple公司推出的MACintosh

机（CPU为M68000），用于出版印刷领域24第二十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四16位微机芯片

MACintosh机M6800025第二十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第3代：各公司推出一批16位微机芯片PC机可能包含的三层含义：泛指面向个人应用的微型计算机泛指采用X86指令体系的16/32位微型计算机，以区别于Apple公司的MAC机IBM开发的包括IBMPC/XT/AT等三款机型的PC系列机26第二十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四IBMPC系列机的发展轨迹IBMPC机Intel在其8086微处理器基础上推出其简化版本8088，IBM在1981年用8088做CPU，开发了最早的IBMPC机微软给IBMPC机编制DOS磁盘操作系统IBMPC/XT（ExpandedTechnology）1982，IBM扩充了IBMPC的内存，发展为IBMPC/XT（ExpandedTechnology），IBMPC机采用了技术开放策略，其他公司可围绕他研制配套产品IBMPC/AT（AdvancedTechnology）1984，Intel推出16位微处理器80286，IBM以此为核心推出，提高PC的总体性能。27第二十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第4代（1985年～）：32位微机Intel的芯片：80386→80486→Pentium和MMXPentium→PentiumPro

、PentiumII/Celeron/Xeon

→PentiumIII/CeleronII/Xeon→Pentium4AMD的芯片：K5

→K6→Duron→Athlon这一时期Intel和AMD的微处理器均为IA-32（IntelArchitectrue-32）指令架构，并增加了面向多媒体和网络应用的扩展指令微型计算机：以IBMPC/AT机为基本结构的32位PC机、Apple的32位MAC机，IBM的PS/2机（CPU为80386）

28第二十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机Intel80386微处理器Intel80486微处理器29第二十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机Intel奔腾(Pentium)微处理30第三十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机多能奔腾(PentiumMMX)的正式名称就是“带有MMX技术的Pentium”MMX（MultiMediaExtensions，多媒体扩展指令集）是英特尔于1996年发明的一项多媒体指令增强技术，包括57条多媒体指令，这些指令可以一次处理多个数据，MMX技术在软件的配合下，就可以得到更好的性能。31第三十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机1995年秋天，英特尔发布了Pentium

Pro处理器（高能奔腾）。Pentium

PRO是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，可以应用在高速辅助设计、机械引擎、科学计算等领域。英特尔在Pentium

PRO的设计与制造上又达到了新的高度，总共集成了550万个晶体管，并且整合了高速二级缓存芯片。32第三十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机33第三十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机

赛扬34第三十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机IntelPentiumⅢ微处理器35第三十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机xeon至强36第三十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四32位机IntelPentium4微处理器37第三十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四AMD芯片K5→K6→Duron→Athlon38第三十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四第5代（2000年～）：64位微机芯片：Intel的Itanium，采用Intel和HP公司共同定义的指令架构IA-64（显式并行指令计算），区别于IA-32AMD的Athlon64，沿用了X86指令体系微型计算机：主要面向服务器和工作站等高端应用，目前台式机为64位的摩尔定律新的集成电路芯片其集成密度每18-24个月就会翻一番39第三十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四贝尔实验室（BellLaboratories）1925年，当时AT&T总裁华特·基佛德（WalterGifford）收购了西方电子（WesternElectric）公司的研究部门，成立了一个叫做“贝尔电话实验室公司”的独立实体。AT&T和西方电子各拥有该公司的50%贝尔实验室的工作可以大致分为三个类别：基础研究，系统工程和应用开发40第四十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四贝尔实验室重要发明表

41第四十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司fairchildsemiconductor威廉·布拉德福德·肖克利（WilliamBradfordShockley，1910－1989）英国出生的美国物理学家和发明家，获得90多项专利和约翰·巴丁、沃尔特·豪泽·布喇顿共同发明了晶体管,因此获得1956年的诺贝尔物理奖1955年，离开贝尔实验室，在加州创立了“肖克利实验室股份有限公司”，聘用了很多年轻优秀的人才42第四十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司罗伯特·诺依斯（RobertNoyce）、戈登·摩尔（GordonMoore）、朱利亚斯·布兰克（JuliusBlank）、尤金·克莱尔（EugeneKleiner）、金·赫尔尼（JeanHoerni）、杰·拉斯特（JayLast）、谢尔顿·罗伯茨（SheldonRoberts）和维克多·格里尼克（VictorGrinich）他们的年龄都在30岁以下，风华正茂，学有所成，处在创造能力的巅峰。他们之中，有获得过双博士学位者，有来自大公司的工程师，有著名大学的研究员和教授，这是当年美国西部从未有过的英才大集合43第四十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司肖克利是天才的科学家，却缺乏经营能力，一年之中，实验室没有研制出任何象样的产品八位青年瞒着肖克利开始计划出走。在诺依斯带领下，他们向肖克利递交了辞职书。肖克利怒不可遏地骂他们是“八叛逆”（TheTraitorousEight）“八叛逆”找到了一家地处美国纽约的摄影器材公司来支持他们创业，这家公司名称为Fairchild，音译“费尔柴尔德”，但通常意译为“仙童”44第四十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司费尔柴尔德先生仅仅提供了3600美元的种子基金，要求他们开发和生产商业半导体器件，并享有两年的购买特权1958年1月，IBM公司给了他们第一张订单，订购100个硅晶体管，用于该公司电脑的存储器到1958年底，“八叛逆”的小小公司已经拥有50万销售额和100名员工，依靠技术创新优势，一举成为硅谷成长最快的公司45第四十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司1964年，仙童半导体公司创始人之一摩尔博士，以三页纸的短小篇幅，发表了一个奇特的定律摩尔预言，集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持着这种势头摩尔所作的这个预言，因后来集成电路的发展而得以证明，并在较长时期保持了它的有效性，被人誉为“摩尔定律”，成为新兴电子电脑产业的“第一定律”46第四十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司脱离仙童半导体创办公司者之中，较有名气的是查尔斯·斯波克（C.Sporck）和杰里·桑德斯(J.Sanders)斯波克一度担任仙童半导体公司总经理，1967年出走后，到国民半导体公司（NSC）担任CEO。他大刀阔斧地推行改革，把NSC从康涅狄格州迁到了硅谷，使它从一家亏损企业快速成长为全球第6大半导体厂商桑德斯则是仙童半导体公司销售部主任，1969年，他带着7位仙童员工创办高级微型仪器公司（AMD），这家公司目前已经是仅次于英特尔公司的微处理器生产厂商，其微处理器产品畅销全世界47第四十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四仙童半导体公司1968年，“八叛逆”中的最后两位诺依斯和摩尔，也带着葛罗夫（A.Grove）脱离仙童公司自立门户，他们创办的公司就是大名鼎鼎的英特尔（Intel）从1965年到1968年，公司连续两年没有赢利。费尔柴尔德以3年100万美元薪金外加60万美元股票，从摩托罗拉公司请来莱斯特·霍根博士，在执政仙童6年期限内，他尽了最大的努力，使公司销售额增加了两倍1974年，霍根把权柄交给36岁的科里根，而他的继任者在二三年内让这家公司从半导体行业的第2位，迅速跌落到第6位1979年夏季，仙童被卖给法国一家主营石油服务业的公司施拉姆伯格（Schlumberger），然后被用原价的三分之一转卖给另一家美国公司，买主正是原仙童总经理斯波克管理的国民半导体公司（NSC）1996年，国民半导体公司把原仙童公司总部迁往缅因州，并恢复了“仙童半导体”的老名字。但是，拥有员工6500人的“硅谷人才摇篮”却不得不退出了硅谷48第四十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.1.2微型计算机的应用

计算机应用通常分成如下各个领域科学计算，数据处理，实时控制计算机辅助设计，人工智能，……由于微型计算机具有如下特点体积小、价格低工作可靠、使用方便、通用性强……所以，可以分为两个主要应用方向数值计算、数据处理、信息管理过程控制及嵌入应用方向49第四十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.1.2微型计算机的应用

数值计算、数据处理及信息管理方向一般是通用微机，主要形式为服务器、工作站、个人台式机和个人便携机等服务器多用于网络和数据库管理；工作站多用于图形图像、音频视频处理以及计算机辅助设计目前PC的构成模式同最初变化不大，但有了非常大的进步，体现在：性能提高软件资源多，包括操作系统和应用软件具备多媒体功能、可以方便地连接到Internet包括内存外设在内的系统资源丰富

50第五十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四IntelCPU的发展年代Intel处理器字长时钟频率集成度197140044位108kHz2300197280088位500kHz35001978808616位5MHz2.9万19858038632位16MHz27.5万2003Pentium432位3.4GHz1.25亿2007Core2Quad64位2.66GHz5.82亿2009Corei764位2.93GHz7.31亿51第五十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.1.2微型计算机的应用过程控制及嵌入应用方向主要是专用微机和专用系统。如工业PC机、STD总线工控机、PC/104总线工控机、可编程逻辑控制器以及各种宿主应用系统（由通用微处理芯片、微控制器、数字信号处理器DSP等构成）。工控机方面嵌入式应用

52第五十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四工控机松下军用机53第五十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.2微型计算机的系统组成微处理器（Microprocessor）：一个大规模集成电路芯片，内含控制器、运算器和寄存器等，是微机中的核心芯片微型计算机（Microcomputer）：通常指微型计算机的硬件系统，还有一般的说法：微机、微型机。主要包括微处理器、存储器、I/O接口和I/O设备、系统总线等。微型计算机系统（Microcomputersystem）：指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统。硬件指构成计算机的“硬”设备，软件指计算机上运行的程序，广义的软件还应包括计算机管理的数据及有关文档54第五十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.2.1微型计算机的硬件系统图1.1微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系统总线形成处理器子系统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS微处理器存储器I/O设备和I/O接口系统总线55第五十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.2.1微型计算机的硬件系统处理器子系统存储器主存、辅存内存（RAM和ROM）、外存I/O设备和I/O接口I/O设备：机器上配备的输入／输出设备，也称为外设，为微机提供具体的输入／输出手段I/O接口：各种外设的工作速度、驱动方法差别很大，无法与CPU直接匹配，不能简单的连接到系统总线，需要I/O接口电路充当它们和CPU之间的连接桥梁，通过I/O接口完成信号转变、数据缓存、与CPU联络等工作56第五十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四系统总线指传递信息的一组公用导线，是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线还有电源、地线等其他辅助信号除了CPU外，DMA控制器和协处理器等设备也有控制和使用总线的能力——总线主控设备连接在总线上的存储器、I/O设备是被访问和控制的对象——总线被控设备57第五十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四系统总线总线信号可分成三组地址总线AB：传送地址信息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了系统直接寻址存储器的范围数据总线DB：传送数据信息CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPUCPU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了一次能够传送数据的位数控制总线CB：传送控制信息协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应性等举例举例58第五十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四Intel80x86CPU的地址线条数 Intel80x86 地址条数 存储容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386~Pentium4 32 4GB返回59第五十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四Intel80x86CPU的数据线位数 Intel80x86 数据位数8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回60第六十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四总线使用特点在某一时刻，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微机系统采用“总线结构”，具有组态灵活、扩展方便的优势61第六十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.2.2微型计算机的软件系统系统软件：面向所有用户，目标是方便用户的使用和维护、提高机器效率。通常包括操作系统、语言处理程序、诊断调试程序、设备驱动程序以及为提高机器效率设计的各种程序应用软件：围绕某种应用、面向用户的软件如数据库管理、面向计算机辅助设计、面向文字处理的软件或软件包等62第六十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.3IBMPC系列机系统IBMPC：1981，IBM选Intel的8088做CPU，操作系统为微软的MS-DOSv1.0。内存小，无硬盘IBMPC/XT：1982，扩充内存，增加了10MB的硬盘，DOS2.0，支持硬盘和树形目录结构IBMPC/AT：1984，选Intel的80286为CPU，该芯片兼融8086／8088的指令系统，速度更快，支持虚拟存储和多任务操作，DOS3.063第六十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.3.1硬件基本组成外观：主机、键盘、显示器内部：系统主板（上有系统主要电路和总线插槽）、硬盘驱动器

、软盘驱动器、电源、扬声器等IBMPC/XT与IBMPC/AT的比较表1-1，P964第六十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四16位IBMPC系列机是32位微机的基础

8088CPUIBMPC机IBMPC/AT机IBMPC/XT机65第六十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四IBMPC/AT66第六十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.3.2主板的构成

IBMPC系列机的整个电路由主板和插在该板总线槽内的若干电路插板组成主板为4层印刷电路板（PrintedCircuitBoard,PCB），内层连接电源和地线，两面连接信号线。主板的组成部分：处理器子系统内存系统控制芯片键盘和系统配置信息接口I/O通道67第六十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四CPUFPU键盘插座系统电源输入ROMBIOSROMBASIC系统配置开关I/O通道PC总线插槽并行接口DMA控制器定时控制器中断控制器扬声器输出IBMPC/XT主板1.处理器子系统：CPU8088FPU8087外围辅助芯片（时钟发生器8284，总线控制器8288）2.内存ROM-BIOSROM-BASICDRAM3.系统控制芯片：中断控制器8259A定时控制器8253/8254DMA控制器8237A4.键盘和系统配置信息接口PC/XT并口8255APC/AT8042键盘接口和M1468185.I/O通道68第六十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四IBMPC/XT主板69第六十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.处理器子系统——IBMPC/XTCPU为80888088（准16位）是8086（16位）的简化本内部运算器和寄存器16位，20位地址总线，寻址1MB内存和64K个I/O端口，其指令系统完全兼容外部数据总线8位8088采用最大组态模式8088和8288共同形成总线，允许使用多个处理器8088工作频率4.77MHz，每个时钟周期约210ns由时钟发生器8284提供工作模式为实地址模式，20位地址，寻址1M内存70第七十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.处理器子系统

——IBMPC/XT主板的模块构成71第七十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.处理器子系统——IBMPC/ATCPU为80286，16位数据线，24位地址线工作模式为实模式和保护虚拟地址模式实模式同PC/XT相同，但运行速度更快，可兼容前期的各种软件资源保护模式下，可使用24位地址，寻址16M(224)字节，即16MB，并支持虚拟存储和特权保护，适用于多任务环境80286与总线控制器80288共同形成总线系统时钟发生器82284提供8MHz工作时钟用户可选协处理器80287支持硬件浮点运算

72第七十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四2.内存ROM用来固化ROM-BIOS(BasicInput/outputSystem)自检及初始化程序服务设定中断PC/XT中，还固化了32KB的ROM-BASIC解释程序，用于支持BASIC语言RAMPC内存主体主要由RAM构成，而且是集成度较高、价格较低的动态存储芯片（DRAM）构成73第七十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四3.系统控制芯片(1)中断控制内中断外中断

CPU内部异常或执行特定指令引起可屏蔽中断：外部信号触发CPU的“可屏蔽中断请求”引脚引起，通过8259A管理和扩展不可屏蔽中断：外部信号触发CPU的“不可屏蔽中断请求”引脚引起，用于对数据校验错误和浮点运算事故进行处理74第七十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四3.系统控制芯片PC/XT：1片8259A，可屏蔽中断8个优先级从高到低为IRQ0～IRQ7，IRQ2被系统保留IRQ0→定时器0通道；IRQ1→键盘；IRQ7并行打印口LPT1；IRQ3和IRQ4→COM1和COM2口PC/AT：2片8259A，主片通过IRQ2级联从片，15个中断源优先级从高到低为：IRQ0、IRQ1、IRQ8～IRQ15、IRQ3～IRQ7。IRQ8→实时时钟；IRQ13→协处理器75第七十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四3.系统控制芯片(2)定时控制:XT和AT中分别用8253和8254提供3个16位的定时器定时器0：每55ms输出一个脉冲，通过8259A的IRQ0申请中断定时器1：每15μs产生一个输出，用来请求对DRAM的刷新操作定时器2：为主机箱内的扬声器提供音频震源76第七十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四3.系统控制芯片(3)DMA控制DMA，DirectMemoryAccess，直接存储器存取指存储器和外设间不经过CPU指令、直接通过硬件实现的高速数据传输，以便为磁盘驱动器这样的高速外存服务需要先由DMA控制器向CPU申请系统总线，CPU让出总线后，DMA控制器控制总线在存储器和外设间实现数据传送。77第七十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四3.系统控制芯片PC/XT用1片8237A做DMA控制器，提供4个DMA通道通道0：与外设无关，负责对DRAM刷新通道1：系统保留，用户可利用，也可用于SDLC协议的同步通信卡通道2：软盘和内存之间的高速数据传输通道3：硬盘和内存之间的高速数据传输78第七十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四3.系统控制芯片PC/AT用2片8237A做DMA控制器，主片通过通道1与从片级联，共7个DMA通道PC/AT设计有专门的DRAM刷新电路，不需要通道0通道0－3用于8位数据的DMA传送通道5－7用于支持16位数据传送79第七十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四4.键盘和系统配置信息接口

PC/XT用并行接口芯片8255A实现键盘接口和系统配置信息的读取。8255A有3个并行端口：A端口：用于读取键盘的按键信息（扫描码）B端口：用于控制（串并转换和发声控制）C端口：用于读取系统配置信息PC/AT键盘接口用8042微控制器实现系统配置信息用M146816芯片提供80第八十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四5.I/O通道即PC机主板上的若干总线插槽，插在其中的电路板称为某某设备的适配器或某某卡PC/XT的I/O总线插槽被称为PC总线共62个信号，分A、B两侧8根数据线、20根地址线位于A侧（卡的元件面）6根中断请求线、6根DMA联络线以及内存外设的读写控制线、电源线等位于B侧PC/AT的I/O总线插槽被称为AT总线、ISA总线为兼容PC总线，在62线插槽的一端增加了36线的新插槽，形成了98线的新总线81第八十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.3.3存储空间分配

PC/XT8088提供20根地址线，寻址1MB存储空间，00000H～FFFFFH。分为低端RAM和高端ROM共四个区段

PC/AT

80286提供24根地址线，对内存寻址16MB。低端1M为常规内存，空间分配与PC/XT相同，高端15MB为扩展内存82第八十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.3.3存储空间分配DOS管理，[0～9FFFFH］最低1KB存放中断向量表，接着安排BIOS和DOS使用的数据、操作系统核心程序、可选设备的驱动程序等。其余向用户应用程序开放用于存放要显示在屏幕上的显示信息，简称显示缓存或显存，[A0000H~BFFFFH]DOS5以后的版本利用存储管理软件HIMEM.SYS转换到保护方式使用扩展内存，80386以后的X86微处理器上，DOS用EMM386.EXE软件以扩充内存方式使用该区域

各种I/O卡上的ROM，为相应外设提供驱动，[C0000H~DFFFFH]安排ROM-BIOS，存放字符/点阵信息，ROM-BISC解释程序，[E0000H~FFFFFH]83第八十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.3.4I/O空间的分配

系统板

000－01F020－03F040－05F060－07F080－09F0A0－0BF0C0－0DF0E0－0FFDMA控制器1中断控制器1定时计数器并行接口电路DMA页面寄存器中断控制器2DMA控制器2协处理器

I/O

通

道1F0－1F8200－207278－27F2F8－2FF378－37F380－38F3A0－3AF3B0－3BF3D0－3DF3F0－3F73F8－3FF硬盘适配器游戏接口并行打印机接口LPT2串行通信接口COM2并行打印机接口LPT1SDLC通信接口BSC通信接口单色显示/打印机适配器彩色图形适配器CGA软盘适配器串行通信接口COM180x86访问外设时，只使用低16位A0～A15，寻址64K个8位I/O端口PC机仅使用低10位A0～A9，寻址1024个8位I/O端口主板端口A9=0，I/O插卡支持的端口A9=1主板上A9~A5参与芯片的片选译码，A4~A0片内译码84第八十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.4计算机中的数据表示数据→二进制形式数据分类数:直接表征量的多少，有大小之分，可进行各种数学运算

码:指代某个事物或事物的某种状态属性存储容量的表达比特b（二进制1位）字节B（二进制8位）1KB＝210B＝1024B1MB＝220B、1GB＝230B、1TB=240B二进制数用B或b结尾；十进制数可不用结尾字母，也可用D或d结尾；十六进制数用H或h结尾字长：是微处理器一次可直接处理的二进制数码的位数，通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度85第八十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.4.1计算机中的数

几个概念进位计数制、基数、权（权重）不同进制数之间的转换十进制到N进制的转换整数部分除N取余法，小数部分乘N取整，最先取到的数码总是离小数点最近。小数部分的转换没有穷尽时，可选取一定的精度-----例N进制到十进制的转换——按权展开相加-----例二进制与十六进制间的转换-----例以小数点为中心，两侧每４位（不足4外侧补零）二进制数对应一位十六进制数；反向操作亦然某种计数制中所包含的数码个数就是该数制的基数。体现了该数制的进位和借位原则表示进位计数制中的各数位的单位值。权用基数幂表示86第八十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四(47.24)10=（）2整数部分：47／2＝23……1离小数点最近23／2＝11……111／2＝5……15／2＝2……12／2＝1……0 1／2＝0……1离小数点最远，直到被除数为0为止小数部分：0.24×2＝0.48整数部分为0离小数点最近0.48×2＝0.96整数部分为00.96×2＝1.92整数部分为10.92×2＝1.84整数部分为10.84×2＝1.68整数部分为10.68×2＝1.36整数部分为10.36×2＝0.72整数部分为0离小数点最远……101111.001111

87第八十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四N进制到十进制的转换例： (1011.101)2=(1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2－2+1×2-3)10=(8+2+1+0.5+0.125)10=(11.625)10例： (A7.B)16＝(10×161+7×160+11×16-1)10＝(160+7+0.6875)10＝(167.6875)1088第八十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四二进制与十六进制间的转换例1： (11110.11)2=(1E.C)16例２： (EF.C)16=(11101111.11)2例3： (000110110111.01101000)2=(1B7.68)16

二进制→十六进制：以小数点为中心，两侧每４位（不足4外侧补零）二进制数对应一位十六进制数89第八十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.4.1计算机中的数

数的定点表示名词解释真值：符合人们使用习惯的数的原始表示形式机器数：数据在机器中的实际表示形式定点数：小数点的位置默认并固定的机器数。若小数点的位置被固定在机器数的最右侧，该数据为定点机器整数；若小数点的位置被固定在机器数的最左侧，该数据为定点小数。机器中长短不等的各类整数均采用前一种方法来表示90第九十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.4.1计算机中的数

定点整数的范围无符号定点整数（简称无符号数） ——表示范围为0和正数，不含负数有符号定点整数（简称有符号数） ——表示范围基本上是一半正数、一半负数、0无符号数和有符号数在形态上没有区别91第九十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四有符号数的表示原码表示法符号位：0表示正数，1表示负数其余各位：等同于真值的绝对值0有+0（00000000b）和-0（10000000b）两种表示方法，故8位原码表示范围-127～127-2的原码为10000010b反码表示法符号位：0表示正数，1表示负数其余各位：正数的反码表示同原码，负数的反码表示是原码对符号位以外的各位取反0有+0（00000000b）和-0（11111111b）两种表示方法，故8位反码表示范围-127～127-2的反码为11111101b92第九十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四有符号数的表示补码表示法符号位：0表示正数，1表示负数其余各位：正数的补码表示同原码，负数的补码表示在反码表示的基础上加1获得0被认为是正数，00000000，8位补码范围为：-128～127求补运算：求反加一法带借位零减法例93第九十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四例：求补运算例1：求真值-37H的补码机器数求反加一法：-00110111B→10110111B→11001000B→11001001B=C9H带借位零减法：100000000B-00110111B=11001001B=C9H例2：将八位补码机器数B8H还原为真值。求反加一法的逆过程（减一求反）：B8H=10111000B→10110111B→11001000B→-48H带借位零减法：100000000B-B8H=-[100000000B-10111000B]=-1001000B=-48H例3：直接对十六进制数的操作，求真值-37H的补码机器数带借位零减法：100H-37H=C9H94第九十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四有符号数的表示移码表示法符号位：0表示负数，1表示正数无论正数、负数还是零，均可以在补码表示基础上通过将符号位取反来获得，8位移码表示范围-128～127对于8位机器数有移码＝补码+80H（丢弃进位），即补码加一个常数，相当于在数轴上相正方向平移，移码因此得名移码表示的特点：机器数字面值越大，所对应的真值越大（书P18表1-3），两个移码机器数可直接比大小，用于表示浮点数的阶码95第九十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四1.4.1计算机中的数

数的浮点表示小数点位置表面上被固定，实际浮动，目的在于通过小数点的浮动保持精度维持不变组织形式：N×2nN为尾数，取二进制定点小数的形式n为阶码或指数，取二进制定点整数的形式底数2默认其组织形式为：96第九十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期四IEEE754的32位浮点数（单精度浮点数）表示方法D31D30……D23D22……D1D0尾数24位，表示数据精度（有效数字），其最高位D31表示数符（0正1负），其余23位（D22~D0）表示绝对值尾数，采用原码定点小数的表示形式，而且尾数被规格化为“1.****……***”的形式，最高位恒为1，可以缺省，即尾数域