微型计算机原理及应用

微型计算机原理及应用

主讲教师物理学及电子信息工程系王玉平

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微型计算机原理及应用

第1章概述

§1.180x86系列结构的概要历史

§1.2计算机基础

§1.3计算机的硬件和软件

§1.4微型计算机的结构

§1.5多媒体计算机

第1章概述2

微型计算机原理及应用

§1.180x86系列结构的概要历史

1.1.18086

1.1.280386

1.1.380486

1.1.4奔腾(Pentium)

1.1.5P6系列处理器

1.1.6奔腾II

1.1.7奔腾III

1.1.8IntelPentium4处理器

1.1.9Intel超线程处理器

1.1.10Intel双核技术处理器

第1章概述3

微型计算机原理及应用

1971年：Intel4004

70年代中期:Intel8080、8085

80年代初:Intel8086、8088

从8086(8088)到80286、80386、80486、奔

腾(也称为80586)、奔腾MMX、奔腾PRO(也称为

80686)、奔腾H、奔腾HL直至最新的奔腾4,

形成了IA(IntelArchitecture)-32结构。

第1章概述4

80x86系列结构的最新版本的发展能追溯到Intel8086o

在80x86系列结构系统引进32位处理器之前，是16位的处理

器，包括8086处理器和随后很快开发的80186与80286。从

历史的观点来看，80x86系列结构同时包括了16位处理器和

32位处理器。在现在，32位80x86系列结构对于许多操作系

统和十分广泛的应用程序来说是最流行的计算机结构。

80x86系列结构的最重要的成就之一是，从1978开始的

那些处理器上建立的目标程序仍能在80x86系列结构系列的

最新的处理器上执行。

8086有16位寄存器和16位外部数据总线，具有20位地

址总线，可寻址1M字节地址空间。

第1章概述5

Intel386处理器是80x86系列结构系列中的第一个32

位处理器。它在结构中引入了32寄存器，用于容纳操作数

和地址。每个32位寄存器的后一半保留两个早期处理器版

本(8086和80286)的16位寄存器的特性，以提供完全的向

后兼容。Intel386还提供了一种新的虚拟8086方式，以在

新的32位处理器上最有效地执行为8086处理器建立的程序。

Intel386处理器有32位地址总线，能支持多至4G字

节的物理存储器。32位结构为每个软件进程提供逻辑地址

空间。32位结构同时支持分段的存储模式和“平面

(flat)”存储模式。在“平面”存储模式中，段寄存器

指向相同地址，且每个段中的所有4G字节可寻址空间对于

软件程序员是可访问的。

第1章概述6

微型计算机原理及应用

原始的16位指令用新的32位操作数和新的寻址方式得

到增强，并提供了一些新的指令，包括那些位操作指令。

Intel386处理器把分页引进了80x86系列结构，用4K

字节固定尺寸的页提供一种虚拟存储管理方法，它比分段

更为优越。分页对于操作系统更为有效，且对应用程序完

全透明，对执行速度没有明显影响。4G字节虚拟地址空间

的支持能力、存储保护与分页支持一起，使80x86系列结构

成为高级操作系统和广泛的应用程序的最流行的选择。

第1章概述7

380486

Intel486处理器把Intel386处理器的指令译码和执行

单元扩展为五个流水线段，增加了更多的并行执行能力，

其中每个段(当需要时)与其它的并行操作最多可在不同

段上同时执行五条指令。每个段以能在一个时钟周期内执

行一条指令的方式工作，所以，Intel486处理器能在每个

时钟周期执行一条指令。

80486的一个重大改进是在80x86系列处理器的芯片中

引入了缓存。在芯片上增加了一8K字节的一级缓存

(cache),大大增加了每个时钟周期执行一条指令的百分

比，包括操作数在一级cache中的存储器访问指令。

第1章概述8

微型计算机原理及应用

Intel486处理器也是第一次把80x87FPU（浮点处理单

元）集成到处理器上并增加了新的引脚、位和指令，以支

持更复杂和更强有力的系统（二级cache支持和多处理器支

持）。

直至Intel486处理器这一代，Intel把设计以支持电源

保存和别的系统功能加入至X86系列主流结构和Intel486

SL增强的处理器中。这些特性是在Intel386SL和Intel486

SL处理器中开发的，是特别为快速增长的用电池操作的笔

记本PC市场提供的。这些特性包括新的用专用的中断脚触

发的系统管理模式，允许复杂的系统管理特性（例如在PC

内的各种子系统的电源管理），透明地加至主操作系统和

所有的应用程序中。停止时钟（StopClock）和自动暂停

电源下降（AutoHaltPowerdown）特性允许处理器在减慢

的时钟速率下执行，以节省电源或关闭（保留状态），以

进一步节省电源。

第1章概述9

Intel奔腾（Pentium）处理器增加了第二个执行流水

线以达到超标量性能，能实现每个时钟执行两条指令。

芯片上的一级cache也加倍了，8K字节用于代码，另8K

字节用于数据。数据cache使用MESI协议，以支持更有效的

回写方式，以及由Intel486处理器使用的写通方式。加入

的分支预测和芯片上的分支表增加了循环结构中的性能。

加入了扩展以使虚拟8086方式更有效，并像允许4K字

节页一样允许4M字节页。主要的寄存器仍是32位，但内部

数据通路是128和256位以加速内部数据传送，且猝发的外

部数据总线已经增加至64位。增加了高级的可编程中断控

制器（AdvancedProgrammableInterruptController

（APIC））以支持多奔腾处理器系统，新的引脚和特殊的

方式（双处理）设计以支持无连接的两个处理器系统。

第1章概述10

微型计算机原理及应用

奔腾系列的最后一个处理器(具有MMX技术的奔腾处理

器)把IntelMMX技术引入IA-32结构。IntelMMX技术用单

指令多数据(SIMD)执行方式在包含64位MMX寄存器中的包

装的整型数据上执行并行计算。此技术在高级媒体、影像

处理和数据压缩应用程序上极大地增强了IA-32处理器的性

能。

第1章概述11

在1995年，Intel引入了P6系列处理器。此处理器系列

是基于新的超标量微结构上的，它建立了新的性能标准。

P6系列微结构设计的主要目的之一是在仍使用相同的0.6微

米、四层金属BICMOS制造过程的情况下使处理器的性能明

显地超过奔腾处理器，用与奔腾处理器同样的制造过程要

提高性能只能在微结构上有实质上的改进。

IntelPentiumPro处理器是基于P6微结构的第一个处

理器。P6处理器系统随后的成员是IntelPentiumII、

IntelPentiumIIXeon（至强）、IntelCeleron（赛

扬）、IntelPentiumHI和IntelPentiumIIIXeon（至

强）处理器。

第1章概述12

IntelPentiumH处理器把MMX技术加至P6系列处理器,

并具有新的包装和若干硬件增强。处理器核心包装在了

SECC上，这使其更具有了灵活的母板结构。第一级数据和

指令caches每个扩展至16K字节，支持二级cache的尺寸为

256K字节、512K字节和1M字节。

PentiumIIXeon（至强）处理器组合Intel处理器前

一代的若干额外特性，例如4way、8way（最高）可伸缩性

和运行在“全时钟速度”后沿总线上的2M字节二级cache,

以满足中等和高性能服务器与工作站的要求。

第1章概述13

PentiumHI处理器引进流SIMD扩展(SSE)至X86系列

结构。SSE扩展把由IntelMMX引进的SIMD执行模式扩展为

新的128位寄存器和能在包装的单精度浮点数上执行SIMD操

作。

PentiumIIIXeon处理器用Intel的0.18Nm处理技术的

全速高级传送缓存(AdvancedTransferCache)扩展了

IA-32处理器的性能级。

第1章概述14

微型计算机原理及应用

.8IntelPentium4处理器

IntelPentium4处理器是2000年推出的ia-32处理器，

并是第一个基于IntelNetBurst微结构的处理器。Intel

NetBurst微结构是新的32bit微结构，它允许处理器能在比

以前的IA-32处理器更高的时钟速度和性能等级上进行操作。

IntelPentium4处理器有以下高级特性：

(1)IntelNetBurst微结构的第一个实现。

快速的执行引擎；

Hyper流水线技术；

高级的动态执行；

创新的新cache子系统。

第1章概述15

微型计算机原理及应用

(2)流SIMD扩展2(SSE2)：

用144条新指令扩展IntelMMX技术和SSE扩展，它包括

支持：128位SIMD整数算术操作；128位SIMD双精度浮点操

作；Cache和存储管理操作。

进一步增强和加速了视频、语音、加密、影像和照片

处理。

(3)400MHzIntelNetBurst微结构系统总线。

提供每秒3.2G字节的吞吐率(比PentiumHI处理器

快三倍)。

四倍100MHz可伸缩总线时钟，以达到400MHz有效速度。

分开的交易，深度流水线。

128字节线具有64字节访问。

(4)与在IntelX86系列结构处理器上所写和运行的

已存在的应用程序和操作系统兼容。

第1章概述16

微型计算机原理及应用

.9Intel超线程处理器

Intel公司于2002年推出了具有超线程技术的IA-32列处

理器。超线程（Hyper-ThreadingHT）技术允许单个物理处

理器用共享的执行资源并发地执行两个或多个分别的代码流

（线程）。以提高X86系列处理器执行多线程操作系统与应

用程序代码的性能。

从体系结构上说，支持HT技术的IA-32处理器，在一个

物理处理器核中由两个或多个逻辑处理器构成，每个逻辑处

理器有它自己拥有的IA-32体系结构状态。每个逻辑处理器

由全部的IA-32数据寄存器、段寄存器、控制寄存器与大部

分的MSR构成。

图-1显示支持HT技术（用两个逻辑处理器实现的）的

IA-32处理器与传统的双处理器系统的比较。

第1章概述17

微型计算机原理及应用

第1章概述18

微型计算机原理及应用

不像用两个或多个分别的IA-32物理处理器的传统的MP

系统配置，在支持HT技术的IA-32处理器中的逻辑处理器共

享物理处理器的核心资源。这包括执行引擎和系统总线接口。

在上电和初始化以后，每个逻辑处理器能独立地直接执行规

定的线程、中断或暂停。

HT技术由在单个芯片上提供两个或多个逻辑处理器支持

在现代操作系统和高性能应用程序中找到的进程与线程级并

行。以在每个时钟周期期间最大地使用执行单元。而提高了

处理器的性能。

第1章概述19

微型计算机原理及应用

.10Intel双核技术处理器

双核技术是在IA-32处理器系列中硬件多线程能力的另

一种形式。双核技术由用在单个物理包中有两个分别的执行

核心提供硬件多线程能力。因此，IntelPentium处理器极

品版在一个物理包中提供四个逻辑处理器（每个处理器核有

两个逻辑处理器）。

IntelPentiumD处理器也以双核技术为特色。此处理

器用双核技术提供硬件多线程支持，但它不提供超线程技术。

因此，IntelPentiumD处理器在一个物理包中提供两个逻

辑处理器，每个逻辑处理器拥有处理器核的执行资源，如图

1-2所示。

第1章概述20

微型计算机原理及应用

PentiumD处理誉Pentium处理翻端版

林辅懿体系第魅

现行强执行强

本地APIC本地APIC

蛾接口,总辘口

4-------------*-------------►

系统蟋

第1章概述21

微型计算机原理及应用

Intel奔腾处理器极品版中引入了Intel扩展的存储器技

术（IntelEM64T）对于软件增加线性地址空间至64位与支

持物理地址空间至40位。此技术也引进了称为IA-32e模式的

新的操作模式。

AMD公司是x86系列处理器的另一重要供应商。它于1969

年成立。于1991年推出了AM386系列，1993年推出了AM486,

1997年推出了AMD-K6（相当于具有MMX技术的奔腾处理器），

2001年推出了AMDAthlon（速龙）MP双处理器，2003年推出

AMD速龙N64FX处理器，具有64位的x86-64内核。直至最

近推出了双核的64位处理器。

第1章概述22

微型计算机原理及应用

§1.2计算机基础

1.2.1计算机的基本结构

1.2.2常用的名词术语和二进制编码

1.2.3指令、程序和指令系统

1.2.4初级计算机

1.2.5简单程序举例

1.1.6寻址方式

1.1.7分支

第1章概述23

微型计算机原理及应用

L2.1计算机的基本结构

上述的CPU、主板、内存条、硬盘、软盘、显示卡、显

示器、键盘、鼠标等。这些都是计算机的部件，虽然这些部

件的功能与性能都有了巨大的发展，但是计算机的基本结构

未变，如图-7所示。

第1章概述24

微型计算机原理及应用

第1章概述25

微型计算机原理及应用

计算机最早是作为运算工具出现的。显然，它首先要有

能进行运算的部件，称为运算器；其次要有能记忆原始题目、

原始数据和中间结果以及为了使机器能自动进行运算而编制

的各种命令的器件，这种器件就称为存储器；再次，要有能

代替人的控制作用的控制器，它能根据事先给定的命令发出

各种控制信息，使整个计算过程能一步步地自动进行。

但是光有运算器、控制器和存储器还不够，原始的数据

与命令要输入，所以需要有输入设备；而计算的结果（或中

间过程）需要输出，就要有输出设备。这样就构成了一个基

本的计算机系统。

在计算机中，基本上有两种信息在流动。一种信息为数

据，即各种原始数据、中间结果、程序等。这些数据要由输

入设备输入，存于存储器中。在运算处理过程中，数据从存

储器读入运算器进行运算，运算的中间结果要存入存储器中,

或最后由运算器经输出设备输出。

第1章概述26

微型计算机原理及应用

人们给计算机的各种命令(即程序)，也以数据的形式由

输入设备存至存储器中。在运行时从存储器中取出送入控制

器，由控制器经过译码后变为各种控制信号。这就是计算机

中的另一种信息流即控制命令，由控制器控制输入装置的启

动或停止。控制运算器按规定一步步地进行各种运算和处理,

控制存储器的读和写，控制输出设备输出结果等等。

图1-7中的各个部分构成了计算机的硬件(Hardware)。

在上述的计算机硬件中，往往把运算器、控制器和存储器合

在一起称为计算机的主机；而把各种输入输出设备统称为计

算机的外围设备或外部设备(Peripheral)。

在主机部分中，又把运算器和控制器合在一起称为中央

处理单元CPU(CentralProcessingUnit)o随着半导体集成

电路技术的发展，可以把整个CPU集成在一个集成电路芯片

上，就把它称为微处理器(Microprocessor)。

第1章概述27

I

微型计算机原理及应用

人们把以微处理器为核心构成的计算机，称为微型计算

机，最典型的就是上述的PC机。若内存的容量较小，输入输

出设备少，整个计算机可以只安装在一块印刷电路板上，这

样的计算机就称为单板计算机。若能把整个计算机集成在一

个芯片上，就称为单片机。

但不论计算机的规模大小，CPU只是计算机的一个部件。

必须同时具有CPU、存储器和输入输出设备，才能构成一台

计算机。

第1章概述28

微型计算机原理及应用

L2.2常用的名词术语和二进制编码

1.位、字节、字及字长

(1)位(Bit)

“位”是指一个二进制位。它是计算机中信息存储的

最小单位，一般用b表示。

(2)字节(Byte)

“字节”是指相邻的8个二进制位。

(3)字(Word)和字长

“字”是计算机内部进行数据传递、处理的基本单位。

通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、总线宽度相一致。

一个字所包含的二进制位数称为字长。常见的微型计算

机的字长有8位、16位、32位和64位。

第1章概述29

微型计算机原理及应用

2.数字编码

计算机中的数用二进制表示。计算机中的十进制数的每

一位用若干位二进制表示，这就是二进制编码。即十进制数

的二进制编码，简称二-十进制编码（BCD）。

3.字符编码

同样，字母、数字、符号等各种字符也必须按照特定的

规则用二进制编码才能在计算机中表示。字符编码的方式很

多，世界上最普遍采用的一种字符编码是ASCII码（美国信

息交换标准码）。

ASCH码用7位二进制编码，它有128种组合，可以表示128种

字符。包括0〜9,十个阿拉伯数字字符，大、小写英文字母

（72个），常用标点符号和各种控制字符。

在计算机中用一个字节表示一个ASCH码字符，即在7位

ASCH前最高位置为0。详见ASCH字符表。

第1章概述30

微型计算机原理及应用

4.汉字编码

用计算机处理汉字，每个汉字必须用代码表示。键盘输

入汉字是输入汉字的外部码。外部码必须转换为内部码才

能在计算机内进行存储和处理。为了将汉字以点阵的形式输

出，还要将内部码转换为字形码。不同的汉字处理系统之间

交换信息采用交换码。

(1)外部码

汉字主要是从键盘输入，每个汉字对应一个外部码，外

部码是计算机输入汉字的代码，是代表某一个汉字的一组键

盘符号。外部码也叫输入码。汉字的输入方法不同，同一个

汉字的外部码可能不一样。

第1章概述31

微型计算机原理及应用

⑵内部码

汉字内部码也称汉字内码或汉字机内码。在不同的汉字

输入方案中，同一汉字的外部码不同，但同一汉字的内部码

是惟一的。内部码通常是用其在汉字字库中的物理位置表示,

可以用汉字在汉字字库中的序号或者用汉字在汉字字库中的

存储位置表示。汉字在计算机中至少要用两个字节表示(有

用三字节、四字节表示的)，在微型计算机中常用的是两字

节汉字内码。

(3)交换码

计算机之间或计算机与终端之间交换信息时，要求其间

传送的汉字代码信息要完全一致。为此，国家根据汉字的常

用程度定出了一级和二级汉字字符集，并规定了编码，这就

是国标GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集基本集》，

GB231280中汉字的编码即国标码。该标准编码字符集共

收录汉字和图形符号7445个。

第1章概述32

微型计算机原理及应用

(4)输出码

汉字输出码又称汉字字形码或汉字发生器的编码。众所

周知，汉字无论字形有多少变化，也无论笔划有多有少，都

可以写在一个方块中；一个方块可以看作m行n列的矩阵，称

为点阵。一个m行n列的点阵共有mXn个点。例如16X16点阵

的汉字，共有256个点。每个点可以是黑点或者非黑点，凡

是笔划经过的点用黑点，于是利用点阵描绘出了汉字字形，

汉字的点阵字形在计算机中称为字模。如图「8表示汉字

第1章概述33

计算机的几个主要部件构成了计算机的硬件的基础。但

是，光有硬件，还只是具有了计算的可能。计算机要真正能

够进行计算还必须要有软件的配合,首先是各种程序

(Program)。

计算机所以能脱离人的直接干预，自动地进行计算，这

是由于人把实现计算的一步步操作用命令的形式——即一条

条指令(Instruction)领先输入到存彳诸器中，在执行时，机

器把这些指令一条条地取出来，加以翻译和执行。

计算机的运算是通过取数、送数、相加、存数等操作实

现的。把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，

这就是指令。通常一条指令对应着一种基本操作。一台计算

机能执行什么样的操作，能做多少种操作，是由设计计算机

时所规定的指令系统决定的。一条指令，对应着一种基本操

作；计算机所能执行的全部指令，就是计算机的指令系统

(InstructionSet),这是计算机所固有的。

第1章概述34

微型计算机原理及应用

在使用计算机时，必须把要解决的问题编成一条条指令,

这些指令的集合就称为程序。用户为解决自己的问题所编制

的程序，称为源程序(SourceProgram)o

指令通常分成操作码(OpcodeBPoperationcode)和操作

数(Operand)两大部分。操作码表示计算机执行什么操作；

操作数指明参加操作的数的本身或操作数所在的地址。

因为计算机只认得二进制数码，所以计算机的指令系统

中的所有指令，都必须以二进制编码的形式来表示。

计算机发展初期，就是用指令的机器码直接来编制用户

的源程序，这就是机器语言阶段。但是机器码是由一连串的

0和1组成的，没有明显的特征，不好记忆，不易理解，易出

错。所以，编写程序成为一种十分困难而且十分繁琐的工作。

因而，逐渐进入了汇编语言阶段。用户用汇编语言(操作码

用助记符代替，操作数也用一些符号来表示)编写源程序。

第1章概述35

微型计算机原理及应用

L2.4初级计算机

为简化，先用模型机分析计算机内部结构。

图「9是微型计算机的结构图，它是由微处理器(CPU)、

存储器、接口电路组成，通过三条总线(BUS)——地址总线

(AddressBus),控制总线(ControlBus)和双向数据总线

(DataBus)来连接。

第1章概述36

微型计算机原理及应用

地址总线

数据总线

控制总线

第1章概述37

微型计算机原理及应用

1.CPU的结构

模型机的CPU结构，如图1-10所示。

算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicUnit)是执行算术

和逻辑运算的装置，它以累加器AL(Accumulator)的内容作

为一个操作数；另一个操作数由内部数据总线供给，可以是

寄存器(Register)BL中的内容，也可以是由数据寄存器

DR(DataRegister)供给的由内存读出的内容等；操作的结

果通常放在累加器AL中。

第1章概述38

微型计算机原理及应用

第1章概述39

微型计算机原理及应用

F(Flag)是标志寄存器，由一些标志位组成。

PC程序计数器，提供要执行的指令的地址。

AR(AddressRegister)是地址寄存器，由它把要寻址的

单元的地址(可以是指令——则地址由PC提供；也可以是数

据一一则地址要由指令中的操作数部分给定)通过地址总线，

送至存储器。

从存储器中取出的指令，由数据寄存器送至指令寄存器

IR(InstructionRegister),经过指令译码器

ID(InstructionDecoder)译码,通过控制电路，发出执行

一条指令所需要的各种控制信息。

第1章概述40

微型计算机原理及应用

2.存储器

存储器的结构如图1T1所示。它由256个存储单元组成，

为了能区分不同的存储单元，对这些存储单元分别编了号，

用两位十六进制数表示，这就是它们的地址如OOH、01H、

02H、…、FFH等；而每一个存储单元可以存放8位二进制信

息（通常也用两位十六进制数表示），就是它们的内容。

第1章概述41

第1章概述42

I

微型计算机原理及应用

存储器中的不同存储单元，是由地址总线上送来的地址

（8位二进制数），经过存储器中的地址译码器来寻找的（每给

定一个地址号，可从256个存储单元中找到相应于这个地址

号的某一存储单元），然后就可以对这个存储单元的内容进

行读或写的操作。

（1）读操作

若已知在04号存储单元中，存的内容为10000100即84H,

若要把它读出至数据总线上，则要求CPU的地址寄存器先给

出地址号04,然后通过地址总线送至存储器，存储器中的地

址译码器对它进行译码，找到04号存储单元；再要求CPU发

出读的控制命令，于是04号存储单元的内容84H就出现在数

据总线上，由它送至数据寄存器DR,如图「12所示。

第1章概述43

微型计算机原理及应用

第1章概述44

微型计算机原理及应用

(2)写操作

若要把数据寄存器中的内容26H写入到10号存储单元，

则要求CPU的AR地址寄存器先给出地址10,通过地址总线(AB)

送至存储器，经译码后找到10号存储单元；然后把DR数据寄

存器中的内容26H经数据总线(DB)送给存储器；且CPU发出写

的控制命令，于是数据总线上的信息26H就可以写入到10号

存储单元中，如图1T3所示。

信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息是一直

保留的，而且我们的存储器的读出是非破坏性的，即信息读

出后存储单元的内容不变。

第1章概述45

9寸

微型计算机原理及应用

3.执行过程

若程序已经存放在内存中，大部分8位机执行过程就是

取指（取出指令）和执行（执行指令）这两个阶段的循环。

机器从停机状态进入运行状态，要把第一条指令所在的

地址赋给PC,然后就进入取指阶段。在取指阶段从内存中读

出的内容必为指令，所以DR把它送至IR,然后由指令译码器

译码，就知道此指令要执行什么操作，在取指阶段结束后就

进入执行阶段。当一条指令执行完以后，就进入到了下一条

指令的取指阶段，这样的循环一直进行到程序结束（遇到停

机指令）o

第1章概述47

微型计算机原理及应用

L2.5简单程序举例

第1章概述48

微型计算机原理及应用

2.6寻址方式

在上例中，操作数就包含在指令中，但是更一般的情况

是操作数在存储器中的某一单元，例如操作数是前面操作的

中间结果。上例中的和是放在累加器中，但若还要进行别的

运算，则必须把和放到存储器中暂时存放。于是就存在一个

如何寻找操作数的问题，这就是寻址方式。

第1章概述49

微型计算机原理及应用

1.立艮［J寻址(ImmediateAddressing)

上例中的操作数就包含在指令中，这种规定操作数的方

式，称为立即寻址。指令中的操作数称为立即数。

2.寄存器寻址(RegisterAddressing)

若操作数在某一寄存器中，这种寻址方式就称为寄存器

寻址。

3.直接寻址(DirectAddressing)

在这种寻址方式中，指令的操作数字段不是操作数本身,

而是操作数所在的地址，它是把地址所指的存储单元的内容

送至累加器AL,如图1-19所示。

由于在这种寻址方式中，指令中包含操作数的直接地址,

故称为直接寻址。

第1章概述50

in

擀

微型计算机原理及应用

4.寄存器间接寻址(RegisterIndirectAddressing)

这种寻址方式与寄存器寻址方式不同，它不是把寄存器

BL中的内容作为操作数送AL,而是把BL中的内容作为操作数

吃地址，把此地址所指的内存单元的内容送AL,如图1-20所

示鄙

在这种寻址方式，操作数的地址并不直接在指令中，而

是在某一个寄存器中，故称为间接寻址。

第1章概述52

微型计算机原理及应用

M

BL

第1章概述53

微型计算机原理及应用

在程序执行时，往往会产生许多条件，要按条件执行不

同的操作。也有许多操作要重复执行。于是程序直线执行的

情况很少，而是要根据条件执行分支或循环。这就需要有分

支和循环指令。

1.无条件转移(UnconditionalJump)

无条件转移的指令的格式为:

JMPn

这条指令的功能是把n赋给PC,于是程序就无条件地转

移到地址n开始的程序段去。

2,条件转移(ConditionalJump)

程序中更多的情况是：要根据上面的指令运行的结果,

判断它是否满足一定的条件，若满足则转移，不满足则顺序

继续执行。

第1章概述54

微型计算机原理及应用

为确定是否满足条件，机器中为此设立了一些判断条件

的标志。主要的标志有：

•Z(Zero)标志——零标志。若指令的运行结果为零(即8位

全为0)则Z=l；否则Z=0。

•C(Carry)标志---进位标志。若在加法运算时最高位

(bit7)向前有进位，或在减法运算时最高位向前有借位，则

C=1；否则00。

•S(Sign)标示——符号标志。若运算的结果为负(bit7=l),

则S=l；否则S=0。

第1章概述55

微型计算机原理及应用

3.算术和逻辑运算指令

逻辑运算是指两个操作数按位进行指定的逻辑操作。

(1)“与”运算

即凡是与0进行逻辑“与”运算的位结果为0,而与1进

行“与”运算的位结果不变。所以，可用逻辑“与”屏蔽掉

一些位(即使一些位为0),保留一些位。

(2)“或”运算

凡是与0进行逻辑“或”运算的位结果维持不变，而与1

进行“或”运算的结果为1。所以，可用逻辑“或”使某些

位置“1”。

(3)“异或”运算

两个相同的位“异或”的结果为3否则为1。故利用对

同一个数做“异或”运算，可对操作数清0；也可利用”异

或”运算来检验两个操作数是否相同。

第1章概述56

微型计算机原理及应用

§1.3计算机的硬件和软件

1.3.1系统软件

1.3.2应用软件

1.3.3支撑软件

第1章概述57

微型计算机原理及应用

上述的计算机的基本结构构成了计算机的硬件。但是要

计算机正确地运行以解决各种问题，必须给它编制各种程序。

为了运行、管理和维修计算机所编制的各种程序的总和就称

为软件。软件的种类很多，各种软件发展的目的都是为了扩

大计算机的功能和方便用户，使用户编制解决用户的各种问

题的源程序更为方便、简单和可靠。

第1章概述58

在计算机发展的初期，人们是用机器指令码(二进制编

码)来编写程序的，这就称为机器语言。

用助记符代替操作码，用符号来代替地址，这就是汇编

语言阶段。

但用汇编语言写的源程序在机器中还必须经过翻译，变

成用机器码表示的程序(称为目标程序一一ObjectProgram),

机器才能识别和执行。

能执行这样的功能的程序就称为汇编程序(Assembler)o

为更便于用户编写程序，开发了各种高级语言。高级语

言易于理解、学习和掌握；用户用高级语言编写程序也就方

便多了，大大减少了工作量。但是在计算机执行时，仍必须

把用高级语言编写的源程序翻译成用机器指令表示的目标程

序才能执行，这样就需要有各种解释程序(Interpreter)。

第1章概述59

微型计算机原理及应用

随着计算机本身的发展（更快速，容量更大），以及计算

机应用的普及和推广，计算机的操作也就由手工操作方式

（用户直接通过控制台操作运行机器），过渡到多道程序成批

地在计算机中自动运行方式，于是就出现了控制计算机中的

所有资源（CPU、存储器、输入输出设备以及计算机中的各种

软件），使多道程序能成批地自动运行，并且充分发挥各种

资源的最大效能的操作系统（OperatingSystem）o

第1章概述60

微型计算机原理及应用

这些为了使用和管理计算机由机器的设计者提供的软件,

统称为系统软件。系统软件包括：

(1)各种语言和它们的汇编或解释、编译程序；

(2)机器的监控管理程序(Monitor)、调试程序(Debug)、

故障检查和诊断程序；

(3)程序库。为了扩大计算机的功能，便于用户使用，

机器中设置了各种标准子程序，这些子程序的总和就形成了

程序库；

(4)操作系统。

第1章概述61

微型计算机原理及应用

L3.2应用软件

用户利用计算机以及计算机所提供的各种系统软件，编

制解决用户各种实际问题的程序，这些程序就称为应用软件。

应用软件也可以逐步标准化、模块化、逐步形成了解决各种

典型问题的应用程序的组合，称为软件包(Package)。

第1章概述62

微型计算机原理及应用

匚撑软件

支撑软件又称支持软件，如数据库管理系统等。

为了便于用户根据需要建立自己的数据库，询问、显示、

修改数据库的内容，输出打印各种表格等，这就建立了数据

库管理系统(DataBaseManagementSystem)、报表、字处

理等支撑软件。

上述各种形式的程序，它们存储在各种存储介质中，例

如纸带、卡片、磁盘、磁带等，故统称为计算机的软件。

总之，计算机的硬件建立了计算机应用的物质基础；而

各种软件则扩大了计算机的功能，扩大了它的应用范围，以

及便于用户使用。硬件与软件的结合才形成一个完整的计算

机系统。

第1章概述63

微型计算机原理及应用

§1.4微型计算机的结构

1.4.1微型计算机的外部结构

1.4.2微型计算机的内部结构

第1章概述64

1微型计算机原理及应用

运算器与控制器是系统的核心，称为CPUO把整个运算

器控制器即CPU集成在一个芯片上的CPU,称之为微处理器

(MicroProcessor)oCPU本身还不是一个微型计算机，而只

是微型计算机的一部分。只有与适当容量的存储器、输入输

出设备的接口电路以及必要的输入输出设备结合在一起，才

是一台微型计算机(MicroComputer),或称为微型计算机系

统(MicroComputerSystem),如图1-28所示。

第1章概述65

微型计算机原理及应用

CB控制总线DB数据总线

第1章概述66

微型计算机原理及应用

L4.1微型计算机的外部结构

在微型计算机系统中，外部信息的传送是通过总线进行

的。大部分微型计算机有三组总线：地址总线(Address

Bus)＞数据总线(DataBus)和控制总线(ControlBus)o

地址总线：通常为32位，因此，可寻址的内存单元为

232=4GB。I/O接口也是通过地址总线来寻址的，它可以寻址

64K个外设端口。

数据总线：目前常用的为32位。数据在CPU与存储器和

CPU与I/O接口之间的传送是双向的，故数据总线为双向总线。

控制总线：它传送各种控制信号，有的是CPU到存储器

和外设接口的控制信号，例如存储器请求MREQ#,I/O请求

IORQ,读信号RD#,写信号WR#等；有的是由外设至UCPU的信

号，如8086中的READY以及INT等。

第1章概述67

微型计算机原理及应用

L4.2微型计算机的内部结构

一个典型的8位CPU结构如图1-29所示。

微处理器的内部主要由三部分组成：

(1)内部寄存器阵列。其中，一部分是用来寄存参与运

算的数据，它们也可以连成寄存器对，用以寄存操作数的地

址；另一部分是16位的专用寄存器，如程序计数器PC和堆栈

指针(StackPointer)等。

(2)累加器和算术逻辑单元。这是对数据进行算术运算、

逻辑运算的场所。运算结构的一些特征由一些标志触发器记

忆。

°(3)指令寄存器，指令译码器和定时及各种控制信号的

产生电路。它们把用户程序中的指令一条条译出来，然后以

一定时序发出相应的控制信号，其功能相当于控制器。

第1章概述68

微型计算机原理及应用

［口7一/双向故据总线

故烟色线缓冲器/利打牌

内部数据总线姑

nnTT

娟加器暂存寄存:瑞

标志触发留一q指令由存瑞--------丁要出行专才奥什关

(8位)(X)

哥

U4疗

领什瑞盟通用*存器阵列

(X)指令选

抨

汴码曙

堆我指，”器SP(16)

程仃川效需PC(16)

卜进制调正

如1器/减I器地址锄存渊

定时与控制地址级冲器

•I撕I/O存储瑞

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1NIIOROV1R1QWAII</>RF.SkI

第1章概述69

微型计算机原理及应用

§1.5多媒体计算机

1.5.1人机接口

1.5.2多媒体计算机的主要功能

1.5.3多媒体计算机的主要功能

第1章概述70

微型计算机原理及应用

多媒体(Multimedia)。通常所说的多媒体是指多媒体计

算技术(MultimediaComputing),简称多媒体技术，其涵义

是利用计算机来综合、集成地处理文字、图形、图像、声音、

视频、动画等媒体，而形成的一种全新的信息传播和处理技

术。它把计算机技术、通信技术和广播、电视技术融为一体,

综合利用，扩展了计算机应用的领域，受到了人们极大的关

注和重视。

人类接收和传播信息的两种主要方式是用“眼睛看”和

用“耳朵听”，所以可看见的媒体(如文字、图形、图像、

动画等)和可听见的媒体(如声音等)的完善结合才能完整、

自然地表达和让人类最大程度地接收信息。具有多媒体功能

的计算机就称为多媒体计算机。

第1章概述71

微型计算机原理及应用

［媒体计算机的主要功能

多媒体计算机，要处理的主要信息如图1-30所示。

多媒体信息的处理都涉及巨量的数据，所以大容量数据

存储以及数据压缩和解压缩技术也是多媒体技术的重要方向。

多媒体系统应该具有如下特性：

(1)具备高度集成性，即能高度综合集成各种媒体信息,

使处理各种媒体的设备相互协调地工作。