单片微型计算机原理与设计 1章

微机与单片机原理及应用

教材

।《MCS-51单片机原理与应用》闫玉德俞红编著

；;机加工业而版在；；；；；；

■《单片微型计算机原理与设计》补充教材।।

；南京理工大学紫金学院（新学期有变动）;；

参考教材；；；；；；；；

»《微型计算机原理及应用》王建宁戴跃伟候晓霞编著

:体学工帆出庶社；；；；；；

《单片机原理及应用》李建忠主编IIII

西安电子科技大学出版社

微机与单片机原理及应用

课程安排

；；总共4.5学分，其中：；；；；

；；；理论琴课,；3学分；；；

।।实验环节，1.5学分:；

理论内容：

；i；微型计算机基础（第一章）

单片机原理及应用（后续章节）

第一章微型计算机基础

-1.1微型计算机概述

・1.2微处理器；

・1.3存储器；

・1.4微机工作原理

・1.5输入输入接口

第一章微型计算机基础

-1.1微型计算机概述

；计算机的产生是20世纪重大的科技成果之一。自从第一

台电子计算机诞生以来，计算机科学已成为本世纪发展最快

的一门科学。尤其是微型机的出现和计算机网络的发展，使

得计算机已应用于社会的各行各业，已进入到我们的家庭与

生活。计算机的飞速发展大大促进了知识经济的发展和社会

信息化的进程，引起了社会的深刻变革。也改变了人们的知

识结构，不会使用计算机将无法面对21世纪的工作、学习与

生活。

1946年2月，世界上第一台计算机〃电子数字积分式计算

机〃ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAnd

Computer)在美国宾西法尼亚大学研制成功。它结构庞大，

占地170平方米，重达30吨，使用了18000个电子管，耗电

150千瓦。虽然它每秒只能进行5000次加减法运算，在性

能方面与今天的计算机无法相比，但是，ENIAC机的研制成

功，在计算机的发展史上具有划时代的意义，它的问世标志

着电子计算机时代的到来，它用电子的快速运动代替了机械

的运动。

〈世界上第一台电子计算机〉

第一代计算机(1946-1958):

1使用电子管作为主要电子器件，主要特点是体积大、耗电

多、重量重、性能低。

在电子管时代，没有操作系统：用户在这些计器上的操作

和编程，完全由手工进行，以绝对的机器语言形式(二进制代

码形式)编程，采用接插板或开关板控制计算机操作，没有显

示设备，由氮灯或数码显示。在这一阶段，几乎没有程序设计

语言，用户面对的也是一个很不方便的操作环境。直到50年代

初期，卡片穿孔成为程序编制和记录的方法，才形成一种可

“阅读”的程序。在这类早期的计算机系统中，有了程序，但

没有操作系统。

V第一代计算机的核心部件，真空电子管〉

第二代计算机(1958—1964年)：

;使用晶体管作为主要电子器件。在晶体管时代，监控程序

和批处理程序:随着晶体管的诞生使得计算机产生了一次革命

性的变革，但这一时期用户与计算机系统之间，仍然存在明显

的分隔，然而，由于有了计算机语言和相应的程序，就产生了

对用户所提交的程序进行管理的程序，这就是监控程序

(monitor)的雏形。虽然此时的监控程序仅仅是处理用户的

批量作业和简单的命令解释，但它毕竟建立了用程序来寒来暑

往控制其他程序的方式。

第二代计算机的重要贡献：

(1)开创了计算机处理文字和图形的新阶段；

(2)高级语言已投入使用；

(3)开始有了通用机和专用机之分；

(4)开始使用鼠标作为输入设备。

V贝尔实验室研制的世界上第一台全晶体管计算机TRADIO

第三代计算机(1965—1971年)：

使用小规模集成电路SSI(smallscaleintegration井口中规模

额的集成电路MIS(mediumscaleintegration)作为主要电子

元冷；；；；；；；；；'、i

在这一时期中，计算机不仅用于科学计算，还用于文字处理、

企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结

合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领

域。另外，微型机算计得到了飞速的发展，对计算机的普及起到

了决定性的作用。

第三代计算机的主要贡献：

(1)运算速度已达到100万次/秒以上；

(2)操作系统更完善；

(3)序列机的推出，较好地解决了“硬件不断更新，而软

件相对稳定”的矛盾；

(4)机器可根据其性能分为巨型机、大型机和小型机。

〈第三代计算机的标志性产品，旧M360大型机的局部图〉

第四代计算机(20世纪70年代以后)：

使用大规模集成电路LSI(largescaleintegration)和超

大规模集成电路VLSI(verylargescaleintegrtion)作为主要

的电子器件。各种性能上都得到了大幅度的提高，对应的软件

也越来越丰富，其应用涉及到国民经济的各个领域，已经在办

公自动化、数据库管理、图象识别、专家系统等众多领域中得

到了广泛应用，并且以不可阻碍的势头大量进入家庭。

〈早期的第四代计算机，由DEC公司生产,

作为第四代计算机的典型代表——微型计算机应运而生。

微型计算机由微处理器、半导体存储器和输入输出接口组成。

微型计算机的出现和发展，掀起了计算机大普及的浪潮，微型

机比小型机体积更小、价格更低廉，且通用性强、灵活性好、

可靠性高、使用方便。

20世纪70年代后期，个人计算机（PC机）问世。它以设计先

进、功能齐全、软件丰富、价格便宜等原因很快占领了微型机

的市场，为计算机渗透到各行各业，进入办公室和家庭开启了

方便之门。

计算机的发展核心部件为CPU,它的发展经历以下过程：

1971年，Intel推出第一片4位微处理器4004。

1978年，Intel首次推出16位处理器8086,这是80x86系列CPU

的鼻祖，8086的内部和外部数据总线都是16位，地址总线为20

位IIiiiiIIiiiI

1979年，Intel又推出8088。

19824990年，相继推出16位80286,32位80386,80486等

1993年，Intel推出了新一代高性能微处理器Pentium（奔腾）。

1981年旧MPC的正式推出，一个全新的个人计算机时代开始了。

计算机发展趋势：巨型化，微型化，网络化，智能化和多功能化

Centrino8Centrind

inside''inside

.一\_____________

Celeron

insider

Intel公司CPU图标

计算机的分类

;按照综合性能指标，：通用电子计算机可以

分为:III...................................................................

;巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机

'主要区别是在于运算速度、数据存储容量、输

入/输出能力、指令系统规模和价格等因素。

第一章微型计算机基础

■1.1.1微型计算机的硬件

1,计算机的组成

CPU

程序、数据

图1.1计算机的组成结构

运算器

计算机主机控制器

存储器

计算机组成

输入设备

计算机外设

输出设备

第一章微型计算机基础

2；计或机，字匕v\U彳

计算机内所有的信息都是以二进制代码的形式表示的。

甘算机的柒长；；：；；；；；；

I.L6计算机由用的二进制代码的位数I

-l计算机的字长越长，它能代表的数值就越大，能表示

’的数值的有效位数也越多，计算的精度就越高。但是位数

越长，用来表示进制代码的逻辑电路也越多，使得计算机

♦的结构变得越庞大，电路变得越复杂，造价也越高。用户

通常要根据不同的任务选择不同字长的计算机。

第一章微型计算机基础

微型计算机的字长有4位、8位、16位、32位、64位等。

目前最为广泛学习的主要是8位微机和16位微机，而当前在

市场上购买的主流产品是32位微机和64位微机。:

3.微型£算机的组琳；；；；；；；

微处理器：运算器、控制器、寄存器集成在一块硅片上，成

为独立的芯片，称为微处理器(MicroProcessor),也称CPU

或MPU。

第一章微型计算机基础

3.微型计算机的组成；；；；；

微型计算机：微处理器芯片、存储器芯片、输入/输出接

口芯片(Input/OutputInterface,简称I/O接口)之间由总

线(Bus)连接，就构成了微型计算机(MicroComputer)

图

地址总统

广

2

微

夕卜国型

设备计

微处理需

数

CPU机

的

组

成

结

构

(1)微处理器

微处理器是微型计算机的核心，它由运算器、控制器和寄存器

三大部分组成。

运算器：主要由算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicUnit)构

成。ALU是对传送到微处理器的数据进行算术运算或逻辑运算

的部件，能够执行加法、减法运算，逻辑与、逻辑或等运算。

控制器：主要包括时钟电路和控制电路。时钟电路产生时钟

脉冲，用于微机各部分电路的同步定时。控制电路产生完成

各种操作所需的控制信号。

寄存器：CPU中有多个寄存器，用来存放操作数、地址和运

算的中间结果等。

第一章微型计算机基础

(2)存储器

;计算机有了存储器才具备记忆功能。;;

存储器由许多存储单元组成，在8位微机中，每

个存储单元存放8位二进制代码，8位二进制代

码称为一个字节，即8位微机的每个存储单元能

存放一个字节(Byte)的代码。

0000000001101100

0000000110100011

0000001011100101

00000011

00000100

・・・・・・

11111110

11111111

图1.3存储器单元地址

容量：假如存储器有256个单元，每个单元存放一个字节代

码，那么该存储器容量为256字节，或256X8位。在容量

较大的存储器中，存储容量以KB或MB为单位，

1KBH024个存储单元，1MB==1024KBo

第一章微型计算机基础

存储器“写”：微机工作时，CPU将数码存入存储器的过程

称为“写”操作；写入存储单元的数码取代了原有的数码，

而且在下一个新的数码写入之前一直保留着，即存储器具有记

忆数硬的功能。IIIIIIIII

存储器“读”：CPU从存储器中取数码的过程为“读”；

操作。;

在执行读操作后，存储单元中原有的内容不变，即存储器的

读出是非破坏性的。

第一章微型计算机基础

存储单元的地址：对存储器所有单元按顺序进行的编号，

这种编号就是是存储的地址。每个单元都有唯一的地址。

地址用二进制数表示，地址的二进制位数N与存储容量Q的关

系是Q=2N,01।Iiiiiii

例如：................................

:在8086微机系统中，地址的位数是20,则存储器的容量为

c20=1MBo

第一章微型计算机基础

⑶输入/输出接口

1I/O接口是沟通CPU与外部设备的重要部件。外部设

备种类繁多，其运行速度、数据形式、电平等可能存在差

异，常常与CPU不一致，所以要用I/O接口作为桥梁，起到

信息转换与协用的作用；；；；；；；

例如：III......................

P打印机打印一行字符需1s左右，而微机输出一行字符

只需1ms左右，要使打印机与微机同步工作，必须采用相

应的接口芯片来协调连接。

第一章微型计算机基础

(4)总线

总线：是在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部

件之间传输信息的一组公共线路。；；；

前者称为系统总线(片间总线)，后者称为片内总线。

如图1,4所示，为芯片之间的一组系统总线，该总线由8根导线

组成，可以在芯片之间并行传送8位二进制数据。

图1.48位系统总线

常见的微机采用三总线结构，即

数据总线DB(DataBus)在芯片之间传送数据信息；?

地址总线AB(AddressBus)传送地址信息；

控制总线CB(ControlBus)传送控制信息。

有的微机则采用一组总线分时传送地址和数据信息，称为地

址/数据分时复用总线。

地址总线

外围

设备

与微机相关的几个概念：

单板机：若将微处理器、存储器、I/O接口以及简单的I/O设备

组装在一块印制电路板(PCB)上，则称为单板微型计算机，简

称单板机。例如，如SDK-86、Z・80等都是常用的单板机

单片机：若将微处理器、存储器和I/O接口集成在一块芯片上,

则称为单片微型计算机，简称单片机。II

例如MCS・51、MCS-96系列等都是常见的单片机。

微型计算机系统：微型计算机与外围设备、电源构成了硬件

1

总体，配合软件一起则构成了微型计算机系统。1||A1

如图1.6所示，概括了微处理器、微型计算机、微型计算机

系统三者之间的关系。

运算器

微处理器

控制器

微型计算机存储器：ROM、RAM

（主机）I/O接口：并行接口、串行接口

硬件，总线：DB、AB、CB

外设：键盘、显示器、打印机等

微型计算机系统电源

系统软件：操作系统、汇编、编译等

软件

.应用软件

图1.6微型计算机系统

第一章微型计算机基础

■1.1.2微型计算机的软件

软件是使用和管理计算机的各种程序(Program),而程序是由

一条条的指令(Instruction)组成的。

1.指令

指令是指控制计算机进行各种操作的命令。；；；；

指令主要由操作码和操作数两大部分组成。操作码表示该指令

执行何种操作，操作数表示参加运算的数据或数据所在存储器

单元的地址。

例如，将立即数29传送(Move)到累加器A的指令称为传送

指令，书写形式为

MOVA#291A)629

其中“(A)629”是用符耳表示豺该指令功能。।

将寄存器A的内容与数38相加的指令称为加法(Additive)指

令，书写形式为

ADDA,#38;(A)^(A)+38

该指令将运算结果送回累加器A保存。

率程序।।।।।।।।।।

为了计算一个数学式，或者要控制一个生产过程，需要事先制

定计算机的计算步骤或操作步骤。计算步骤或操作步骤是由一

条条指令来实现的。这种一系列指令的有序集合称为程序。

例如，计算63+56+36+14二?编制的程序如下。

MOVA,#63数63送入累加器A。

ADDA,#56A的内容63与数56相加，其和119送回A。

ADDA,#36A的内容119与数36相加，其和155送回A。

ADDA,#14A的内容155与数14相加，运算结果169保存

在A中。

3.编程语言

编制程序可以采用的程序设计语言分为三类：机器语言、汇编

语言和IWJ级语言。

汇编语言

汇编指令：用助记符（通常是指令功能的英文缩写）表示操

作码，用字符（字母、数字、符号）表示操作数的指令。

;用汇编指令编制的程序称为汇编语言程序。III

特点：占用存储器单元较少、执行速度较快、能够准确掌

握执行时间，可实现精细控制，因此特别适用于实时控制。

但，汇编语言是面向机器的语言，各种计算机的汇编语言是不

同的，必须对所用机器的结构、原理和指令系统比较清楚才能

编写出汇编语言程序，I而且不能通用于其它机器。III

高级语有1111111111

高级语言是面向过程的语言，常用的高级语言有BASIC,

FORTRAN,PASCAL,C等等。

特点：用高级语言编写程序时主要着眼于算法，而不必了解计

算机的硬件结构和指令系统，因此易学易用。适用于科学计算、

数据处理等方面。

高级语言是独立于机器的，同一个程序可在其它机器中使用。

机器语言;;;;;;;;;

计算机中只能存放和处理二进制数据，所以，无论汇编语言程序

还是高级语言程序，都必须转换成二进制代码形式后才能送入计

算机。这种二进制代码形式的程序就是机器语言程序。相应的二

进制代码形式的指令称为机器指令或机器码。

采用汇编语言或高级语言编写的程序又称为源程序，而机器语

言程序则称为目标程序。

机器语言只有0、1两种符号，用它来直接编写程序十分困难。

因此，往往先用汇编语言或高级语言编写源程序，然后再转换

成目标程序。将汇编语言程序翻译成目标程序的过程称为汇编。

实现“汇编”的两种方式

汇编指令与机器指令具有一一对应的关系，用汇编语言编写源

程序，再经过汇编得到机器指令表示的目标代码，将目标程序

存入容量为256的程序存储器，

从地址为00000000的单元开始存放，如图1.7所示。

地址目标代码汇编语言备注

0000000001110100

MOVA,#63第1条指令

0000000100111111

0000001000100100

ADDA,#56第2条指令

0000001100111000

0000010000100100

ADDA,#36第3条指令

0000010100100100

0000011000100100

ADDA,#14第4条指令

0000011100001110

图1.7存储器中的目标代码

4.软件

软件是指根据解决问题的思想、方法和过程而编写的程序的有

序集合。软件按其功能分为应用软件和系统软件两大类。

应用软件是用户为解决某种具体问题而编制的程序，如科学

计算程序、自动控制程序、数据处理程序等。随着计算机的

广泛应用，应用软件的种类及数量将越来越多。

系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等，

其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。

系统软件分成以下几类：

⑴操作系统(2)语言处理程序⑶标准库程序(4)服务性程序

第一章微型计算机基础

总之，软件系统是在硬件系统的基础上，为有效地使用计算机

而配备的。没有系统软件，现代计算机系统就无法正常地、有

效地运行。没有应用软件，计算机就不能发挥效能。

LL3微型计算机的数制

数制是指利用符号来计数的科学方法。；；；；

数制有很多种，在微型计算机中经常使用的是十进制、二进制

和十六进制。

1.数制的种类

「数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有的值称

为权。

[(1)+进制；；；；；；；；；

十进制的基为“10”，即它所使用的数码为0到9共10个数字。

每位数字的值都是以该位数字乘以基数的塞次来表示，通常将

基数的塞次称为权，即以10为底的0次塞、1次幕、2次幕等。

.i(2)二进制|||||II||

二进制的基为“2",即其使用的数码为0、1共2个。二进制

各位的权是以2为底的哥。

(3)十六进制

十六进制的基为“16”,即其使用的数码为0〜9、A〜F共16

个，其中A〜F相当于十进制数的10〜15。十六进制的权是以16

为底的事。

(4)二-十进制

二-十进制数称为二进制编码的十进制数(BinaryCoded

Decimal),简称BCD码。在BCD码中是用四位二进制数给0〜9这

十个数字......................................

为了区别以上四种数制，在数的后面加写英文字母来区

别，B、D、H、BCD分别表示为二进制数、十进制数、十六进

制数、二-十进制数，通常对十进制可不加标志。若十六进制

数是字母A〜F打头，则前面需加一个0。

2.数制的转换；；；；；；；；；

(1)二进制、十六进制转换成十进制数।I।।I

只需将二进制、十六进制数按权展开后相加即可。

例如，十六进制的7BDH转化为十进制，表示为

=1792+176+13=1981Do

(2)十进制数转换成二进制、十六进制数

;通常采用除基取余法。例如，十进制数45678D转化为十六进

制数，表示为0B26EH。

(3)二进制、十六进制数相互转换

1位十六进制数转换为4位二进制数。

(4)BCD码与十进制的相互转换

按照BCD的十位编码与十进制的关系，进行转换。

3.常用的编码

(1)BCD码

BCD码是一种具有十进制权的二进制编码，即它是一种既能为

计算机所接受，又基本上符合人的十进制数运算习惯的二进制

编码。1,111111111

BCD码的种类较多，常用的有8421码、2421码、余3码和格雷码

等,其中最为常用的是8421BCD编码。।Illi

因十进制数有10个不同的数码0〜9,必须要有4位二进制数来

表示，而4位二进制数可以有16种组合，因此取4位二进制数顺

序编码的前10种，即0000B〜1001B为8421码的基本代码，

1010B〜1H1B未被使用,如下表1.1所示。

表1.18421BCD码表

十进制数8421BCD码十进制数8421BCD码

00000B50101B

10001B60110B

20010B70111B

30011B81000B

40100B91001B

(2)ASCH编码

ASCH码是“美国信息交换标准代码”的简称年，是一种较完

善的字符编码，现已成为国际通用的标准编码，广泛用于微型

计算机与外设的通信。

i它是用七位二进制数码来表示的，七位二进制数码共有：

128种组合，包括图形字符96个和控制字符32个。

96个图形字符包括十进制数字符10个、大小写英文字母52

个和其它字符34个，这类字符有特定形状，可以显示在显示器

上或打印出来。

32个控制字符包括回车符、换行符、退格符、设备控制符

和信息分隔符等，这类字符没有特定形状，字符本身不能在显

示器上显示或打印。

4.数在计算机中的表示

数在计算机中的表示形式统称为机器数，机器数有两个基本

特点，一是数的符号数值化，通常以“0”代表号，以

“1”代表“一”号。二是机器数的位数受计算机硬件（字长）

..............................................।

E翻号融；；；；；；；；；

.把计算机字长的所有二进制位都用来表示数值，称为无

符号数。例如8位机中的无符号数

23+2°

000010016==9

1；\\平+中+2：；；；；；

100010016==137

(2)有符号数

有符号数一般有三种表示方法，即源码、反码和补码，8位二进

制的数表示如表1.2所.；；；；；；；

原码就是用符号为“0”表示正数，“1”表示负数，后面再加上

数值位的二进制鸣。；।；；；；；；

例如：+4的8位原码表示为［+4］原=00000100B

—4的8位原码表示为［—4］原=10000100B

正数的反码与原码相同，负数的反码是原码符号位不变、数

值位取用。IIiIIIIIII

例如：+4的8位反码表示为［+4］反=00000100B

—4的8位反码表示为［—4］反=11111011B

正数的补码与原码相同，负数的补码是反码加1，即原码符号

位术变、坂值位取后加1可II।IIVI

例如：+4的8位补码表示为［+4］反=00000100B

—4的8位补码表示为［—4］反=11111100B

表1.28位二进制数的原码、反码和补码表示

二进制数码无符号数原码反码补码

000000000+0+0+0

000000011+1+1+1

000000102+2+2+2

01111111127+127+127+127

10000000128-0-127-128

10000001129-1-126-127

10000010130-2-125-126

11111101253-125-2-3

11111110254-126-1-2

11111111255-127-0-1

1.2微处理器

微处理器是微型计算机的核心，不同型号微处理器的结构有所不同。

图1.8是典型的8位微处理器的结构框图，包括运算器、控制器、

寄存器三部分。

该微处理器的外部采用三总线结构，内部是单总线结构。

指指

令令

寄译控制总线

逻辑时序

存码---------------------►

器器和控制

PC程序计数器

地址总线

缓冲器

---------------------►

通用

A

SP堆栈指示器

地址总线

寄存器组

变址寄存器

数据总线

缓冲器

数据总线

图1.8微处理器的

标志寄存器

结构

ALU

1.2.1运算器

运算器由算术逻辑单元ALU、累加器A、暂存寄存器TR、标志寄

存器F等部分组成。

算术逻辑单元ALU是微型计算机执行算术运算和逻辑运算的

王要部件。

它有两个输入端，一个输入端与累加器A(Accumulatorj相连，

另一个输入端与暂存寄存器TR相连。输出端则与内部总线相

连。

累加器A是一个8位寄存器。很多8位双操作数运算一个操作

数来自A,运算结果又送回A,所以累加器A是使用最频繁的

寄存器。

另一个操作数可以来自CPU内部的寄存器，也可以来自存储

器或I/O接口，它总是通过内部总线送来的，由于总线只能分时传

送数据，故用暂存寄存器在内部总线与ALU之间起缓冲作用。3

「在执行运算指令时，内部总线先传送一个操作数至TR,然

后在控制器的控制下，由ALU对A和TR中的内容进行运算，运

算结果再通过内部总线传送到累加器A。；；

；微机的运算器可执行加法、减法等算术运算，有些微机还可

以执行乘法、除法运算，运算器执行的逻辑运算有与、或、求反、

异或、清零、移位等。

1.2.2控制器

控制器由指令寄存器旧、指令译码器ID及时序与控制电路三部分

组恤。\]

微机工作时，由时序与控制电路按照一定的时间顺序发出一系

列控制信号，使微机各部件能按一定的时间节拍协调一致地工

作，从而使指令得以执行。iiiiiii

一条指令的执行分成取指令和执行指令两个阶段。

具体步骤如下：

(1)从存储器中取回该指令的机器码，送指令寄存器IR寄存，

直至该指令执行完毕。

(2)由指令译码器ID译码，以识别该指令需要执行何种操作。

(3)由时序与控制电路产生一系列控制信号，送到计算机各部

件以完成这一指令。

时序与控制电路除了接收译码器送来的信号外，还接收

CPU外部送来的信号，如中断请求信号、复位信号等，这些信

号由控制总线送入。

时序与控制电路产生的控制信号一部分用于CPU内部，控

制CPU各部件的工作，另一部分通过控制总线输出，用于控制

存储器和I/O接口的工作。

1.2：3核/；；；；；；；；；

寄存器用于暂存数据，暂存存储器或I/O端口的地址，暂存程序

运行中的状态.....................................II

:由于寄存器的存取速度远比存储器快，所以寄存器用于暂

存程序重复使用的数据、地址和中间结果，不必每次都送入存

储器存放，从而提高程序的运行速度，同时还能简化指令的机

器代码。

通常寄存器分为三大类：数据寄存器、地址寄存器和状态寄存器。

1.数据寄存器

数据寄存器用于存放经常操作的数据、I变量和中间结果。飞

2；地电寄湍器；；；；；；；；；

地址寄存器用于存放存储器或I/O端口地址，以缩短指令长度，

加快指令运行速度，并能灵活修改地址，以便循环程序处理。

其中较为重要的如程序计数器PC(ProgramCounter),

也称指令指针IP(lnstructionPointer)是管理程序执行次序的

特殊功能寄存器。

程序的执行有两种情况，即顺序执行和跳转，程序计数器具

有以下功能：

(1)复位功能。微机通电时有上电复位，运行时有操作复位。

复位时微机进入初始状态，PC的内容将自动清零。如果用户

主程序的首地址不是0000H,那么，只要在0000H单元中安

排一条无条件转移指令，而用户主程序从跳转地址处开始存

放，微机复位后就转去执行用户主程序。

(2)计数功能。微处理器读取一条指令时，总是将PC的内容

作为指令地址，并经地址总线送到存储器，从该地址单元中

取回指令的机器码，送到指令寄存器。同时，每取回指令代

码的一个字节，PC的内容自动加1。因此，在执行指令的阶

段，PC的内容已是按顺序排列的下一条指令的地址。

(3)置位功能。PC能直接接收内部总线送来的数据，并用该

数据取代其原有的内容，程序发生跳转必须借助这一功能来

实现。

3.状态寄存器

状态寄存器用于存放指令(处理器)的运行状态，如：

微处理器工作状态(监控态或用户态)、存储器工作状态(或管理模

式)、指令执行结果的状态(比如是否溢出等)、中断状态(如是否

允许中断)等。

由于各微机的应用场合和功能强弱不同，其状态寄存器的内

容也不同。

:其中较为重要的标志寄存器F(Flag)又称；

处理器状态字PSW(ProcessorStatusWord),用来存放ALU

运算结果的一些特征，如溢出(0V)、进位(C)、辅助进位(AC)、

奇偶(P)、结果为零(Z)等。

8086、8088微处理器含有13个16位的寄存器和1个9位的标

志寄存器。如图1.9所示。其中三组可编程的寄存器，分别是

通用寄存器、段寄存器以及指针和变址寄存器。

D15D8D7DOD15DO

AXAHAL累加器CS代码段寄存器

BXBHBL基址寄存器DS数据段寄存器

CXCHCL计数寄存器SS堆栈段寄存器

DXDHDL数据寄存器।ES附加寄存器

(a)通用寄存器(b)段寄存器

D15D0D15D0

SP堆栈指针IP指令指针

BP基址指针(d)指令指针

SI,源变址寄存器DllD0

DI目的变址寄存器F0DITSZAPC标志寄存器

(c)指针和变址寄存器(e)标志寄存器

图1.98086、8088微处理器的寄存器

(1)通用寄存器AX、BX、CX和DX,主要用来保存算术和逻辑

运算的操作数和运算结果。8086、8088每个通用寄存器既可

以作为一个16位寄存器使用，也可以分别作为2个8位寄存器使

用。每个通用寄存器的高8位和低8位都有各自的名称，低8位

寄存器名称分别为AL、BL、CL和DL,高8位寄存器的名称则

为AH、BH、CH和DH。这些寄存器的双重性使得8086很容易

地处理字节数据和字数据。IIIIIII

(2)段寄存器CS、DS、SS和ES,用来指定相应段的起始地址。

为了解决1MB的存储空间寻址问题，8086、8088系统采用存

储器分段技术。段寄存器都是16位寄存器，CS为代码段寄存

器保存当前代码段的起始地址，DS为数据段寄存器保存当前

数据段的起始地址，SS为堆栈段寄存器保存当前堆栈段的起

始地址，ES为附加段寄存器保存当前附加段的起始地址。

(3)指针和变址寄存器SP、BP、SI和DL通常用于存放某一个段

内的偏移量。

8086微处理器中，SP和BP称为指针寄存器，SI和DI称为变址寄

存露||；；|；|；|>|

(4)指令指针IP,用于存放即将读取的下一条指令的偏移地址。

用户不能对其进行直接的读写操作，而由8086的总线接口部

件BIU负责修改，以保证它总是包存下一条要取的指令在现行代

码段中的地址偏移量，即IP总是指向下一条待取的指令。；

(5)标志寄存器F,用来记录微处理器运行的状态信息，或者控制

微处理器操作。包含有9个位，其中状态标志6位，在算术或逻辑

运算指令执行之后自动设置。控制标志3位，由用户编程设定。

状态标志：

进位标志位(CF)：反映上次运算是否在最高位产生一个进位或

借位。；；；；；；；；；\I

辅助进位标志位(AF)：反映上次运算是否在低4位产生了一个

进位或借位。

溢出标志位(OF)：反映上次运算是否产生一个超出范围的带符

号数结果。

零标志位(ZF)：反映上次运算的结果是否为零。

符号标志位(SF)：反映上次运算的结果是否为负数。

奇偶标志位(PF)：反映上次运算结果的低8位中“1”的个数是

否为偶数。

控制标志：

方向标志位(DF)：控制串操作指令对字符串操作的方向。

中断允许标志位(IF)：表示是否允许CPU响应外部可屏蔽中断

请求。।।II।।।।।II

跟踪标志(TF)：为方便程序的调试，使处理器的执行进人单步

方式而设置的控制标志位。

第一章微型计算机基础

■1.3存储器

；存储器是微机的重要组成部分。由于存储器存

储了需要处理的数据和程序，使微机具有了“记

忆功能”，微机才能脱离人的直接干预而自动地

工作。

衡量存储器的性能指标主要有三个，即容量、

速度和成本。

存储器系统的容量越大，表明其能够保存的信

息量越多，相应计算机系统的功能就越强，因此

存储容量是存储器系统的第一性能指标。

为了在一个存储器系统中兼顾以上三个

方面的指标，目前在计算机系统中通常采

用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储

器、主存储器和辅助存储器，由这三者构

成一个统一的存储系统。从整体看，其速

度接近高速缓存的速度，其容量接近辅存

的容量，而位成本则接近廉价慢速的辅存

平均价格。

•1.3.1存储器分类

随着计算机系统结构的发展和器件的发展,

存储器的种类日益繁多，分类的方法也有很

多种，可按存储器的存储介质划分，按存取

方式划分，按存储器在计算机中的作用划分

等。

•7.按存储介质分类；；；；；

按构成存储器的器件和存储介质的不同主

要可分为半导体存储器、光电存储器、磁表

面存储器以及光盘存储器等。目前，绝大多

数计算机使用的都是半导体存储器。

•2.按存取方式分类

按对存储器的存取方式可分为随机存取存

储器、只读存储器等。

•(1)随机访问存储器RAM

随机访问存储器(RandomAccess

Memory)又称读写存储器，指通过指令可以

随机地对各个存储单元进行访问。

按照存放信息的方式不同，随机存储器又

可分为静态和动态两种。静态RAM是以双

稳态元件作为基本的存储单元来保存信息，

因此，其保存的信息在不断电的情况下，

是不会被破坏的。而动态RAM是靠电容来

存放信息的，由于电容的充放电功能，使

得这种存储器中存放的信息会随着时间的

流逝而丢失，因此必须定时进行刷新。

■(2)只读存储器ROM

只读存储器(ReadOnlyMemory)指在微机系

统在线工作过程中，对其内容只能读出不能写入

的存储器。它通常用来存放固定不变的程序，汉

字字型库、字符等不变的数据。

随着半导体技术的发展，只读存储器也出现了

不同的种类，如掩膜型只读存储器MROM

(MaskedROM),可编程序只读存储器PROM

(ProgrammableROM),可擦除可编程只读存储

器EPROM(ErasablePROM),电可擦除可编程

只读存储器EEPROM(ElectricalEPROM),以

及近年迅速发展的快擦写型存储器(Flash

Memory)o

■3.按在微机中的作用分类

按在微机中的作用可以分为主存储器（内

存）、辅助存储器（外存）、缓冲存储器等。

主存储器速度快，但容量较小，位价格较

高。辅存速度慢，容量大，位价格较低。

缓冲存储器用在两个不同工作速度的部件

之间，在交换信息过程中起缓冲作用。

存储器分类如下图所示

11EJ双极型半导体存储器一0，

随机访问存储器］［六/比里地太…f夫DAM

［MOS型存储器：静态R