微机原理概述课件

第1

章微型计算机概述微型计算机微机的软件基础微机的结构特点1第1页/共32页微机——

微型化的电子计算机电子计算机的基本组成存储器输入设备输出设备控制器运算器CPU数据流控制流2第2页/共32页微处理器、微机、微机系统第3页/共32页微处理器（MP，Microprocessor），也称为CPU或MPU。微处理器是由算术逻辑部件（ALU）、控制部件（CU）、寄存器（R）组、片内总线等部分组成的大规模集成电路芯片。微型计算机（MC，Microcomputer，简称微机）是以微处理器为核心，配上大规模集成电路的半导体存储器、输入和输出接口电路，以及相应的辅助电路。微型计算机系统（MCS，Microcomputer

System）是以微型计算机为主体，配上一定规模的系统软件和3微型计算机性能指标第4页/共32页字长：微处理器并行处理的最大位数，有8/16/32位等，通常与微处理器的ALU、R、数据总线的位数一致。字长是微机分类的主要依据。存储容量：微机系统能够直接访问的存储单元字节数，即内存寻址的最大字节数。存储器字节数是由存储器地址的位数决定的，通常以KB，MB，GB（分别是210，220

，230

字节）为单位。运算速度：微机通常是以计算机的主频（MHz,106Hz）速度为运算速度单位

。系统配置：系统提供的人机联系手段（软/硬件配置越高档，工作效率越高）。性能/价格比：微机系统性能—价格比值的综合指标。4微型计算机的组成第5页/共32页硬件微型计算机微处理器ALU，CU，R，....内存储器ROM，RAMI/O接口并行I/O，串行I/O，....系统总线AB，DB，CB外围设备外部设备键盘，CRT，存储器，....过程通道A/D，D/A，开关量I/O，....电源软件系统软件监控程序，操作系统，编译程序，....程序设计语言机器语言，汇编语言，C语言，....应用软件软件包，数据库，

....

5微机的分类及其应用微机的分类微机通常是以微处理器字长作为微机的分类标准。微机一般分为4位、8位、16位、32位微机等。微机的应用特点形小、体轻、功耗低性能可靠价格便宜结构灵活，适应性强第6页/共32页6微机中的数制7第7页/共32页十进制二进制十六进制数码0~90，10~9，A~F基(或模)10216进位原则逢十进一逢二进一逢十六进一位权值10i2i16i位值规则通项公式N=∑Di×10ii

=

n-1~-mN=∑Bi×2i

i

=

n-1~-mN=∑Hi×16ii

=

n-1~-m数制后缀符号D或者省略BH微机的有/无符号数表示8第8页/共32页无符号数是正数，无需符号表示，所有数位都是数值数位。n位无符号数N的数值范围是0≤N≤2n

-1。有符号数的符号用一位二进制数码（正数0，负数1）表示。原码（符号-绝对值）表示法：用其最高有效位作为数的符号位（Sf

），其余位为数值位。n位原码的数值范围是-2n

-1

+1≤N≤2n

-1

-1。补码表示法：微机的基本运算第9页/共32页计算机的基本运算有算术运算和逻辑运算，由算术/逻辑运算部件ALU完成。逻辑运算：有反（非）运算、与（∧）运算、或（∨）运算、异或（⊕）运算。对于多位二进制变量的逻辑运算是“按位”运算的，即各对应位分别进行逻辑运算。算术运算：计算机中的四则运算最终简化为加/减法运算。ALU的核心电路是加法器，实现的是补码加法运算（不需要判断正/负号，符号位和数值位一起参加运算，能自动得到正确的补码结果，除非出现数值溢出错9

误）。微机的信息编码10第10页/共32页BCD

码（

Binary

Coded

Decimal

码）是十进制数的编码。0~9数字的BCD码分别对应0000~1001编码。计算机常用一个字节存放2位BCD码（压缩BCD码）。ASCII码（American

Standard

Code

for

InformationInterchange）是计算机的文字符号的信息编码。用7位编码，可表示128

（27

）个字符。计算机常用一个字节存放一个ASCII码（D7

位恒为0）。二进制数/码的示例11第11页/共32页D7~D016#数无符号数有符号数（补码）压缩BCD码ASCII码0110010064H10010064d011111117FH127127非法码<DEL>1000000080H128-12880非法码1001010195H149-10795非法码111111110FFH255-1非法码非法码微机的指令系统8086/8088

微机的指令系统有133条指令，分为六大类：数据传送

类

:

MOV

，

PUSH

，

POP

，

XCHG

，

LEA

等指令。算术运算类:加、减、乘、除算术运算四组指令。逻辑运算和移位类:逻辑运算指令组，移位指令组。控制转移类:

Jxxx指令组，LOOP，CALL/RET指令组。串操作类6.处理机控制类第12页/共32页12操作数的寻址方式根据操作数的个数，有0（零）操作数指令、单操作数指令和双操作数（用逗号分割）指令。操作数作为参与指令具体操作的对象，可以是操作的数据，也可以是转移的地址数据。操作数可以是立即数，也可以存放在寄存器或内存储器或输入/输出接口中。操作数的寻址方式有立即方式、寄存器方式、直接内存方式、间接内存方式、I/O方式。8086/8088寻址方式分为数据寻址方式（7种）和转移地址寻址方式（4种）两第1大3页类/共3。2页138086/8088内存储器第14页/共32页内存储器是以字节为存储单位。8086/8088内存储器容量1MB，地址范围0～0FFFFFH。操作数如果存放在内存，需要指明内存的逻辑地址，微处理器自动形成内存的物理地址.内存逻辑地址表示：〈段基址〉:〈偏移址〉内存物理地址=〈段基址〉×16+〈偏移址〉内存双字（4字节）：往往表示两个16位的14地址值，即内存数据寻址方式第15页/共32页内存逻辑地址的段基址值存放在段址寄存器（CS/SS/DS/ES）。偏移地址（EA）寻址方式:直接方式：间接方式：指令中直接给出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〉内存数据寻址使用的偏移址R：BX,BP,SI,DI段址R和偏移址R配对使用的隐含规定：CS:IPSS:SP,或SS:BPDS:SI代码（指令）指针堆栈操作指针源数据串指针

目的数据串指针ES:DI158086/8088寻址方式示例操作数据的寻址方式：MOV

AX，3000HMOV

AX，[3000H];[3000H]是内存直接寻址MOV

AX，[BX+20]

;[BX+20]是内存间接寻址转移地址的寻址方式：JMP

pp2

;段内直接转移到pp2标号JMP

第16页;段内间接转移到（页32共/

BX）指示16输入/输出（I/O）指令第17页/共32页8086/8088微机I/O接口指令的语句格式：IN

AL

,〈端口地址〉OUT

〈端口地址〉,

ALI/O

接口的端口地址为

0000H

~FFFFH

。若端口地址为

00H~FFH（0~255），可以直接给出；超出字节范围的端口地址必须存放在DX寄存器中，间接给出。例如：IN

AL

,

80H；与MOV

AL，80H

的区别17I/O中断指令第18页/共32页中断指令：INT

n

;n为中断类型号0~255（0~0FFH）系统提供的最常用的I/O中断指令：显示BIOS中断服务（INT10H指令）键盘BIOS中断服务（INT

16H

指令）DOS中断服务（INT

21H

指令）INT

21H

（AH=1）

;读一个字符到AL中并回显INT

21H

（AH=2）

;显示DL中的一个字符18汇编语言程序设计19◆本课程汇编语言程序第的19实页/验共32，页是由小汇编（ASM.EXE汇编语言源程序可以是由三种指令语句：执行指令、伪指令和宏指令（Macro）构成的语句序列。汇编语言源程序（.ASM）文件经过系统软件汇编程序（MASM.EXE）,“翻译”成机器代码的目标程序（.OBJ）输出文件。目标程序（.OBJ）文件经过系统软件连接程序（LINK.EXE），定位生成可执行程序（.EXE）输出文件。汇编语言程序设计技术20第20页/共32页结构化汇编语言程序设计结构化程序设计使程序结构清晰、易于理解、易于调试和修改，充分显示了程序模块化的优点。汇编语言程序的基本结构汇编语言程序设计有三种基本结构，即顺序结构、分支结构和循环结构。它们是单入口/出口的程序结构。这三种结构的任意组合和嵌套构成了结构化程序设计。子程序设计技术汇编语言程序设计例；比较两个数绝对值的大小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个字节数的“搬家”……MOV

AX,2000HMOV

DS,AXMOV

CX,16MOV

SI,

3100HMOV

DI,

3200HL1:

MOV

AL,[SI]MOV

[DI],ALINC

SIINC

DILOOP

L1第21页/共32页21微机的总线结构22第22页/共32页微机的核心部件是微处理器。微机的总线是指微机主板或单板机上以微处理器芯片为核心的、芯片与芯片之间的连接总线，称为系统总线。系统总线好似微机系统的“中枢神经”，把微处理器、存储器和I/O接口电路（外部设备与微型计算机相连的协调电路）有机地连接起来，所有的地址、数据和控制信号都经过总线传输。系统总线

分为三类总线，即

数据总线（

DB

）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。微机总线结构示意图微处理器存储器

I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB外部设备23第23页/共32页管脚的功能复用随着微机字长和寻址能力的增加，微处理器的管脚需要 的越来越多。又由于工艺技术和生产成本的考虑，大规 模集成电路芯片的封装尺寸和管脚数目受到限制。微机采用管脚功能复用技术，即把一个管脚设计成由多

个功能“共用”的管脚，即让各个功能“分时”使用该管脚， 所以也称为管脚分时复用。为了区分管脚各个功能，需要有相应的辅助电路，实现 分时控制逻辑。所以，管脚功能复用技术是以延长信息传输时间，增加系统的第复杂性为代价的。24页/共32页24流水线技术第25页/共32页微机为提高系统运行速度，除采用更高速的半导体器件和提高系统主频外，还可采用同时进行若干操作的并行处理方式，这可使运行的速度达到数量级增长。流水线技术就是一种同步进行若干操作的处理方式。这种方式的操作过程类似于工厂的流水线作业装配线，故形象地称之为流水线技术。流水线技术的实现除了必须增加硬部件外，要保证流水线有良好性能，必须要有一系列有效的技术支持，如，流水线协调管理技术和避免阻塞技术等。流水线技术已广泛应用于16位以上的微机系统，主要目的是加快取指令和访问存储器等操作，有指令流水线技术、运算操作流水线技术、寻址流水线技术等一系列应用。25微机中常用的数字部件第26页/共32页三态门电路：微机总线结构中广泛采用三态门电路把部件与总线相连，使挂接在系统总线上的功能部件既要“共享”总线通道，又要避免总线冲突和信息串扰。数据缓冲器：由双向三态门构成的数据缓冲器，也称为数据驱动器，或数据收/发器。数据锁存器：由D触发器和单向三态门构成的带缓冲的数据锁存器。译码器：是根据输入的组合状态得到惟一的输出有效信号的电路，广泛运用在存储器单元和I/O设备的寻址选择26三态门电路又要避免总线冲突和信息串扰。微机总线结构中广泛采用三态门电路把部件与总线相连。三态门有较高的输入阻抗和 较低的输出阻抗，可以改善 传输特性，故对传输数据起E挂接在微机系统总线上的功能部件既要“共享”总线通道，ABE2E1AB单向三态门E=1

B=A

E1=1 B=AE=0 B高阻态

E2=1

A=B（断开）

E1=E2=0 A、B断开双向三态门到缓冲作用，同时能对第传27输页/共32页27数据缓冲/驱动器Intel

8286（74LS245）是由

8位双向三态门构成的双向数据缓冲/驱动器（数据收/发器）。A

0

~A

7

，B

0

~B

7

：双向数据端口。OE：输出允许信号，低电平有效。T

：传送方向控制信号。A1A2A3A4A5A6A7A0B1B2B3B4B5B6B7B0TOE≥1≥128第28页/共32页数据锁存器Intel8282（74LS373）是8位带有单向三态缓冲器的数据锁存器。DI

0

~DI

7

、DO

0

~DO

7

：分别是8位数据输入、输出端。STB

：输入选通信号，高电平有效。OE：输出允许信号，低电平有效。DO0OEDO1DO2DO3DO4DO5DO6DO71D

QCLKDI0DI1DI2DI3