微机原理概念

第一章数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式。这种特殊的表达形式可以用人工的方法或者用自动化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。数据处理的目的是从原始数据或基础数据生成或转移得到对使用者有用的数据。信息是对人有用的数据，这些数据可能影响人们的行为或决策。通俗的说，信息处理的本质就是数据处理，数据处理的主要目的是获取有用的信息。与计算机有关的媒体有5种：感觉媒体、表示媒体（二进制编码）、存储媒体（存储器）、表现媒体（输入或输出设备）、传输媒体。所谓多媒体技术，是指能够交互式的综合处理多种不同感觉媒体的信息处理技术。原码、反码、补码实质是用来解决负数在机器中的表示而引入的编码方式。BCD码：用四位二进代码表示一位十进制数。计算机的结构大体分为两类：哈佛结构、冯诺依曼结构冯诺依曼结构的缺点：程序和数据共享存储空间和总线，将分时实现程序和数据的访问，影响了数据处理的速度优点：结构简单，易于实现。冯诺依曼结构的基本思想：计算机应由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备等五大部分组成；存储器不但能存储数据，还可以存放程序。计算机可以区分指令和数据将事先编好的程序存入存储器中，在指令计数器控制下，自动高速运行硬件的控制指挥中心通用微机硬件系统由5部分组成：①微处理器（CPU）、②内存储器（RAM/ROM）、③总线（AB、CB、DB）、④接口芯片、⑤输入/输出设备（外设，I/O）硬件的控制指挥中心运算部分的核心运算部分的核心记录计算机运行状态微处理器基本部件：算术逻辑单元（ALU）记录计算机运行状态运算部分累加器ACC加快运算和处理速度状态寄存器FR加快运算和处理速度通用寄存器RS程序计数器PC指示当前要执行的指令地址码控制部分指令寄存器IR指示当前要执行的指令地址码指令译码器ID控制逻辑PLA堆栈：堆栈是一组寄存器或指定存储器中的某一区域。存取原则：后进先出（LIFO），先进后出（FILO）内存储器中存放着两类信息，一类是待处理的数据和运算结构，另一类是处理数据的程序。访问：对存储器某地址的数据进行读或写（即取数或存数）操作统称为访问存储器由以下几个部分组成：存储体（核心部分）、地址寄存器（MAR）、地址译码器、数据寄存器（MDR）、控制电路。总线：实际上是一组导线，是各种信息线的集合，用来作为各个组成部分共同使用的“公路”。计算机软件：为了运行、管理和维护计算机所需的程序的总和。它可以分为系统软件和应用软件。指令：是人们规定计算机执行特定操作的命令。计算机全部指令的集合称为计算机指令系统，指令系统定义了计算机的处理能力。程序：为解决某一具体问题，将指令和数据编写成一个互相联系的序列。机器语言：如果所用指令编写的程序是计算机能直接理解和执行的二进制代码形式，称作机器语言。汇编语言：机器语言对使用者来说十分繁琐且容易出错，为克服这些缺点，就用一组便于记忆、编写、简写英文字母构成的符号（助记符）来代替机器语言指令，这就是汇编语言。汇编：汇编语言便于人们记忆和交流，但计算机仍不能直接识别，为此在交付计算机执行前，必须将它翻译成机器语言的目标程序，这个过程叫汇编。指令周期：微型计算机执行一条指令所需的时间。指令周期分成两个阶段：取指令阶段和执行指令阶段。取指令阶段：根据PC中的值从存储器读出指令并送到CPU的指令寄存器IR，PC则自动修改，指向下一条指令地址。执行指令阶段：将IR中的指令操作码译码，并根据译码产生相应的控制电位和定时节拍信号以执行指令所规定的操作。一台微型计算机性能的优劣，取决于：系统结构、指令系统、硬件组成、外部设备以及软件配备是否齐全。一台计算机的字长由下列一个或两个条件所决定：（1）ALU一次能处理的二进制编码位数；（2）数据总线的宽度；（3）内存储器的字长。存取周期：存储器执行一次完整的读/写操作所需要的时间。内存储器的速度用存取周期来衡量。第二章8086/8088CPU由两个独立的处理部件组成：执行部件（EU）、总线接口部件（BIU）;两个部分的操作是并行的，各自独立操作。EU的组成：8个16位寄存器（通用寄存器AX、BX、CX、DX；指针寄存器SP、BP；变址寄存器SI、DI）、算术逻辑部件ALU、标志寄存器FR、暂存寄存器和EU控制系统。EU主要任务是从BIU的队列中取出指令、执行指令、BIU的组成：4个段寄存器（CS、ES、DS、SS）、指令指针IP、内部通信寄存器、指令队列、总线控制逻辑和地址加法器∑。BIU的主要任务是完成从内存取指令、以及CPU与内存或CPU与I/O端口之间的数据交换。8086/8088CPU主要性能：字长：16位，数据、地址总线复用，内存容量：1MB，基本寻址方式：7种，端口地址：16位、可寻址64K段基地址：段寄存器指示存储区域的起始地址。为什么把存储器划分为“段”？答：8086/8088直接寻址空间为1MB，有20位地址信息，而它内部只能进行16位运算，这就是说，它能处理的地址信息仅16位，为解决这一矛盾，把存储器划分为“段”。（每个段的物理长度是64K）物理地址是指1MB存储区域中的某一单元地址，其地址信息是20位的二进制代码，以十六进制代码表示是00000H—FFFFFH中的一个单元；CPU访问存储器时，地址总线上送出的是物理地址，编写程序时，则采用逻辑地址，逻辑地址由段基地址和偏移量组成。偏移量是在某段内指定存储器单元到段基地址的距离。（物理【实际】地址=段基地址×16+偏移量）机器周期就是完成某一独立操作所持续的时间；时钟周期（T状态）是两个时钟脉冲上升沿之间的持续时间，它是CPU最小的定时单位。一个机器周期由几个时钟周期组成。总线周期：CPU通过总线对微处理器外部（存储器或I/Q接口）进行一次访问所需时间为一个总线周期。（由4个T状态组成，T1：输出地址，T2：准备，T3：数据传输，T4：总线周期结束）规则字：地位字节放在偶数地址，高位字节放在奇数地址读写一个规则字需要一个总线周期，读写一个非规则字需要两个总线周期。最大/最小模式的区别单CPU系统（最小模式）：MN/MX引脚接高电平Vcc，全部控制信号由CPU本身提供多CPU系统（最大模式）：MN/MX引脚接低电平GND，全部控制信号由芯片总线控制器提供BHE可以看作一条附加的地址总线，用来访问存储器的高字节；而Ao用来访问存储器的低字节。指令队列的作用：有指令队列后，在执行部分执行指令的同时，总线接口部件就能从存储器向指令队列中取下一条指令，EU和BIU并行工作，从而提高了CPU的工作效率。第三章指令通常由操作码和操作数两部分组成。操作码指示CPU执行那种操作，操作数指示指令执行过程中所需要的数据。操作数分三种：立即数、寄存器操作数、存储器操作数。指令分为6个功能组：数据传送类、算术运算类、逻辑运算与移位类、串操作类、控制转移类和处理器控制类。第四章用于计算机程序设计的语言可分为：机器语言、汇编语言和高级语言。链接程序LINK汇编程序MASM汇编语言源文件.asm----机器语言目标文件.obj-----机器语言执行文件.exe链接程序LINK汇编程序MASM汇编语言有三种基本语句：指令语句、伪指令语句和宏指令语句。可执行语句，在程序的代码段中，会产生机器代码说明性语句，可出现在任一段内，本身并不产生机器代码，是CPU不执行语句可执行语句，在程序的代码段中，会产生机器代码说明性语句，可出现在任一段内，本身并不产生机器代码，是CPU不执行语句标号与变量的区别：有远（FAR）、近（NEAR）两种，表示是处于不同的代码段还是处于同一代码段中标号具有3种属性：段属性、偏移属性、类型属性。有远（FAR）、近（NEAR）两种，表示是处于不同的代码段还是处于同一代码段中表示标号所代表的指令相对于代码段起始地址的字节数表示标号所在代码段的起始地址，即CS值表示标号所代表的指令相对于代码段起始地址的字节数表示标号所在代码段的起始地址，即CS值变量具有3种属性：段属性、偏移属性、类型属性。该单元所存放的数据长度，可能是字节、字、双字等类型该单元相对于段内起始地址的字节数该单元所在段的起始地址，可以用段寄存器DS、ES、SS、CS表示该单元所存放的数据长度，可能是字节、字、双字等类型该单元相对于段内起始地址的字节数该单元所在段的起始地址，可以用段寄存器DS、ES、SS、CS表示地址表达式具有3种属性：段属性、偏移属性、类型属性。现场的保护与恢复：在CPU将控制转移到子程序之前，主程序已使用的某些寄存器或存储单元中的信息，可能在子程序运行后还要继续使用，必须先将它们压入堆栈加以保护，待子程序结束后再将其恢复。参数是主程序和子程序之间的数据通道。参数传递的方法主要是利用一些公共区域，如寄存器、存储单元、堆栈。嵌套：子程序中含有对其他子程序的调用就是嵌套。递归调用：子程序直接或间接调用自身时称为递归调用。基本DOS系统的构成：输入/输出设备处理程序、文件管理处理程序、命令处理程序。调用BIOS/DOS功能程序的基本方法：（1）、准备入口参数（2）、将功能号送到AH寄存器（3）、执行软中断指令INTnDOS的中断功能只能在DOS的环境下适用，而BIOS功能调用则不受任何操作系统的约束。使程序模块化的基本方法：程序分段和子程序。模块化程序设计是指将一个较大的“任务”分解成若干个具有独立功能的“子任务”，每个子任务命名为一个模块，对每个模块单独编辑和编译，生成各自的源文件.asm和.obj文件，然后由LINK程序将各个模块有效的链接在一起，形成一个完整的可执行文件.exe。模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。模块间通信的主要渠道是全局符号。模块间转移有两种：近（段内）转移和远（段间）转移；指令：JMP、CALL、INT。CPU的外部总线直接与CPU相连第五章CPU的外部总线直接与CPU相连通过I/O接口电路才能访问的存储器存储器的分类：通过I/O接口电路才能访问的存储器按与CPU的连接方式不同分为：内存储器和外存储器；按功能（应用与存取方式）不同静态RAM(SRAM)随机存取存储器（RAM）动态RAM(DRAM)固定存储器，内容不可改变固定存储器，内容不可改变只能改一次，小批量生产掩膜ROM只能改一次，小批量生产可编程ROM(PROM)用专用设备可重复擦写，用于产品研发只读存储器紫外线可擦出的PROM（EPROM）用专用设备可重复擦写，用于产品研发（ROM）电可擦除的PROM（EEPROM）擦除速度快闪存擦除速度快RAM与ROM的区别：RAM：在使用中可由程序随时读/写存储单元内容，一般用于存放输入/输出数据、中间结果或加载的用户应用程序，断电后数据会丢失（易失性）；ROM：在工作时，其内容只能读出，不能写入，一般用于存放工作程序或固定不变的参数表，断电后数据不会丢失。地址编码：为了区分存储体中具体的存储单元，给每个单元规定一个编号，标识相应的存储单元，简称地址。与地址线有关常用的片内地址译码有单译码和双译码两种方式。与地址线有关半导体存储器的主要性能指标：（1）、存储容量：是指一个存储器芯片所能存储的二进制信息量存储器容量=存储单元数×I/O数据线位数（字长）（2）、存取时间：一次访问存储器所需时间。静态RAM和动态RAM比较：静态RAM的特点：①由6个MOS管构成的触发器作为基本存储电路；②集成度高于双极型，但低于动态RAM；③不需要刷新，故可省去刷新电路；④功耗比双极型的低，但比动态RAM高；⑤易于用电池作为后备电源；⑥存取速度较动态RAM快。动态RAM的特点：①基本存储电路用单管线路组成（搞电容存储电荷）；②集成度高；③需要定时刷新；④比静态RAM的功耗更低；⑤价格比静态便宜。注：DRAM一般用于组成大容量RAM存储器，而容量不大时（如常规小型系统或高速缓存）选用SRAM芯片更为简单实用。CPU典型存储器连接：全译码法、部分译码法和线选法。（P222）分级存储结构（CPU访问速度从高到低）：（1）、高速缓存Cache，由静态RAM构成，在主存与CPU之间（2）、主内存，由动态RAM构成（3）、虚拟存储器，由硬盘等构成注意：可编程的只读存储器不一定是可改写的和外存相比，内存的特点：容量小，速度快，成本高第六章CPU与外设间交换的信息分为：数据信息、状态信息、控制信息、数据的传送可采用并行传送和串行传送两种形式。I/O端口的编址分为I/O端口独立编址、I/O端口与存储器统一编址I/O接口的功能：地址译码和I/O设备选择、信息转换、信息的输入/输出、数据的缓冲和锁存I/O设备中为什么要在输入端采用三态缓冲器？在输出端采用数据寄存器？答：在微机系统中，每个输入设备都需要通过数据总线向CPU传送数据，若不经过三态门电路进行缓冲隔离而直接与数据总线相连，就会造成总线上数据的混乱；数据总线是CPU和外部交换数据的公用通道，当CPU把数据送给输出设备时，只有执行总线周期的部分阶段会送出有效数据，因而必须利用数据锁存器及时把数据锁存起来，以便较慢的外设有足够的时间进行处理，使CPU和总线能够脱身去做其他的工作。CPU与外设之间信息交换的输入/输出方式一般分为三种：程序控制的输入/输出、中断控制的输入/输出（中断传送方式）、直接存储器存取（DAM）.程序控制的输入/输出又分为无条件传送和查询传送。中断：在CPU运行程序期间，遇到某些特殊情况（被内部或外部事件所打断），暂时中止原先程序的执行而转去执行一段特定的处理程序，这一过程就叫中断。这段特