第1章 微機(jī)系統(tǒng)概述

1、第第1 1章章 微型計算機(jī)系統(tǒng)概述微型計算機(jī)系統(tǒng)概述1.11.1相關(guān)術(shù)語相關(guān)術(shù)語1.21.2微型計算機(jī)的發(fā)展微型計算機(jī)的發(fā)展1.31.3微型計算機(jī)組成原理微型計算機(jī)組成原理1.41.4微型計算機(jī)工作原理微型計算機(jī)工作原理 1. 位位 ( bit )2. 字節(jié)字節(jié) ( Byte )3. 字和字長字和字長 (word)4. 位編號位編號5. 微處理器微處理器6. 微型計算機(jī)微型計算機(jī)7. 微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)1.1相關(guān)術(shù)語相關(guān)術(shù)語1. 位位 ( bit)l 指指計算機(jī)能表示的最基本最小的單位計算機(jī)能表示的最基本最小的單位l 在計算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令，故：在計算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)

2、據(jù)和指令，故：位就是一個二進(jìn)制位，有兩種狀態(tài)，位就是一個二進(jìn)制位，有兩種狀態(tài)，“0” 和和 “1”2. 字節(jié)字節(jié) ( Byte )l 相鄰的相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個字節(jié)位二進(jìn)制數(shù)稱為一個字節(jié) 1 Byte = 8 bit 如：如： 1100 0011 0101 0111 例例 某某CPU內(nèi)含內(nèi)含 8位運算器位運算器，則：，則：參加運算的數(shù)及結(jié)果均以參加運算的數(shù)及結(jié)果均以 8位位 表示表示, ,最高位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位在最高位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位在8位運算器中不保存，位運算器中不保存，而將其保存到標(biāo)志寄存器中而將其保存到標(biāo)志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加數(shù)被加數(shù)8位位 + + 1 0

3、 0 0 1 1 1 1 加數(shù)加數(shù)8位位進(jìn)位進(jìn)位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8位位PSW標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器運運算算器器標(biāo)志標(biāo)志寄存器寄存器運運算算器器被加數(shù)被加數(shù)加數(shù)加數(shù)和和進(jìn)位進(jìn)位字長是字長是CPU一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。CPU的字長有的字長有4位、位、8位、位、16位和位和32位等等位等等3字長字長 字長是衡量字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。工作性能的一個重要參數(shù)。 不同類型的不同

4、類型的CPU有不同的字長。有不同的字長。 如如: Intel 4004 是是 4 位位 8080 是是 8 位位 8088/ 8086/80286 是是 16 位位 80386/80486、Pentium 是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加數(shù)被加數(shù) + + 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加數(shù)加數(shù)進(jìn)位進(jìn)位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位

5、位 1次次位位 1 或或 0 1位位字節(jié)字節(jié) 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位雙字雙字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)低字節(jié) 高高 字字 低低 字字把一個把一個字字定為定為16 位位， 1 Word = 2 Byte 一個一個雙字雙字定為定為32位位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte4. 位編號位編號 為便于描述，對字節(jié)為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進(jìn)行編號。字和雙字中的各位進(jìn)行編號。 從低位開始，從右到左依次為從低位開始，從右到左依次為 0、1、2

6、 編號編號7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字節(jié)字節(jié)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Data地址地址Address字字的編號為的編號為15 05 微處理器微處理器（MicroprocessorMicroprocessor）（）（MPUMPU）（）（CPUCPU） 微處理器一個大規(guī)模集成電路芯片，主要由控制微處理器一個大規(guī)模集成電路芯片，主要由控制器、運算器和寄存器組成，是微型計算機(jī)的核心器、運算器和寄存器組成，是微型計算機(jī)的核心具有以下功能：具有以下功能： 可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算；可保存少量可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算；可保存少量數(shù)據(jù)

7、；能對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作等。數(shù)據(jù)；能對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作等。6 微型計算機(jī)微型計算機(jī)（MicrocomputerMicrocomputer）（）（MCMC）通常指微型計算機(jī)的硬件系統(tǒng)通常指微型計算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：還有一般的說法：微機(jī)微機(jī)、微型機(jī)微型機(jī)以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的的存儲器存儲器和和輸入輸出接口電路輸入輸出接口電路及及系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線等所等所組成的計算機(jī)組成的計算機(jī). .將這些組成部分集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，將這些組成部分集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計算機(jī)，簡稱稱為

8、單片微型計算機(jī)，簡稱存儲器（存儲器（MemoryMemory） 存儲器是計算機(jī)工作的空間，空間越大，工作越方便，存儲器是計算機(jī)工作的空間，空間越大，工作越方便，空間小，則由于數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)而影響速度?？臻g小，則由于數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)而影響速度。 存儲器分為存儲器分為主存主存（內(nèi)存）和輔（內(nèi)存）和輔存存（外存），主存由半導(dǎo)（外存），主存由半導(dǎo)體存儲器組成，輔存由磁盤、光盤等組成。軟件通常存放在輔體存儲器組成，輔存由磁盤、光盤等組成。軟件通常存放在輔存中，使用時必須調(diào)入內(nèi)存才能運行。存中，使用時必須調(diào)入內(nèi)存才能運行。 存儲器按照存放內(nèi)容分為存儲器按照存放內(nèi)容分為隨機(jī)存取存儲器（隨機(jī)存取存儲器（RAMRAM）和只讀

9、）和只讀存儲器（存儲器（ROMROM）。RAMRAM用于存放數(shù)據(jù)和臨時程序，也稱數(shù)據(jù)存儲用于存放數(shù)據(jù)和臨時程序，也稱數(shù)據(jù)存儲器，器，PCPC機(jī)的內(nèi)存即為機(jī)的內(nèi)存即為RAMRAM；ROMROM用于存放永久性程序或常數(shù)，如用于存放永久性程序或常數(shù)，如PCPC機(jī)中的機(jī)中的BIOSBIOS程序，故亦稱程序存儲器。程序，故亦稱程序存儲器。I/OI/O（Input/OutputInput/Output） I/OI/O泛指泛指I/OI/O設(shè)備設(shè)備（如鍵盤、監(jiān)視器、打印機(jī)、（如鍵盤、監(jiān)視器、打印機(jī)、A/DA/D數(shù)據(jù)采集卡等）或數(shù)據(jù)采集卡等）或I/OI/O接口接口（如（如RS232RS232、USBUSB等）。

10、等）。I/OI/O作為計算作為計算機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出通道。機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出通道。微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputer system）(mcs)以微型計算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以微型計算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計算機(jī)工作的軟件，就構(gòu)成了以及控制微型計算機(jī)工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)。完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)。微型計算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)微型計算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。硬件微處理器微處理器 (CPU)軟件外圍設(shè)備運算器控制器存儲器存儲器 (內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助

11、設(shè)備 輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、) 輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入輸入/ /輸出接口輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序)應(yīng)用軟件(科學(xué)計算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理)電源電路時鐘電路1.21.2微型計算機(jī)的發(fā)展（自學(xué)）微型計算機(jī)的發(fā)展（自學(xué)）n19461946年，世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)字式電子計算年，世界上出現(xiàn)第一臺數(shù)字式電子計算機(jī)機(jī)ENIACENIAC（電子數(shù)據(jù)和計算器）（電子數(shù)據(jù)和計算器）n發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四發(fā)展到

12、以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了代，產(chǎn)生了微型計算機(jī)微型計算機(jī)二、微型計算機(jī)的發(fā)展二、微型計算機(jī)的發(fā)展世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)是世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)是1946年美國年美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計制造的賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計制造的ENIAC微型計算機(jī)的發(fā)展n第第1 1代：代：4 4位和低檔位和低檔8 8位微機(jī)位微機(jī)400440408008400440408008n第第2 2代：中高檔代：中高檔8 8位微機(jī)位微機(jī)Z80Z80、I8085I8085、M6800M6800，Apple-IIApple-II微機(jī)微機(jī)n第第3 3代：代：1616位微機(jī)位微機(jī)808680888028680

13、86808880286，IBM PCIBM PC系列機(jī)系列機(jī)Intel 4004微型計算機(jī)的發(fā)展（續(xù)）n第第4 4代：代：3232位微機(jī)位微機(jī)8038680486Pentium8038680486Pentium3232位位PCPC機(jī)、機(jī)、MacintoshMacintosh機(jī)、機(jī)、PS/2PS/2機(jī)機(jī)n第第5 5代：代：32-6432-64位微機(jī)位微機(jī)6464位位RISCRISC微處理器芯片微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站n第第6 6代：代：6464位微機(jī)位微機(jī)Pentium II Pentium III Pentium 4Pentium II

14、Pentium III Pentium 4計算機(jī)發(fā)展迅速，為何要學(xué)計算機(jī)發(fā)展迅速，為何要學(xué)8086/8088系統(tǒng)？系統(tǒng)？n發(fā)展主要在于位數(shù)提高、內(nèi)存擴(kuò)大以及集發(fā)展主要在于位數(shù)提高、內(nèi)存擴(kuò)大以及集成度提高，而在計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和組成成度提高，而在計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和組成上沒有太大變化，因而對了解計算機(jī)的工上沒有太大變化，因而對了解計算機(jī)的工作原理及其線路設(shè)計還是有利于教學(xué)的作原理及其線路設(shè)計還是有利于教學(xué)的nIBM-PCIBM-PC機(jī)的指令系統(tǒng)從機(jī)的指令系統(tǒng)從8086/8088-Pentium8086/8088-Pentium都是向上兼容的。都是向上兼容的。n為設(shè)計某一具體用途的小型計算機(jī)系統(tǒng)，為

15、設(shè)計某一具體用途的小型計算機(jī)系統(tǒng)，和學(xué)習(xí)掌握其他機(jī)種打下基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)掌握其他機(jī)種打下基礎(chǔ)l精度精度用字長（數(shù)據(jù)總線位數(shù)，用字長（數(shù)據(jù)總線位數(shù)，BitBit）來表示。如）來表示。如6464位機(jī)比位機(jī)比3232位機(jī)精度高。位機(jī)精度高。l速度速度用主頻（微處理器的振蕩頻率，用主頻（微處理器的振蕩頻率，MHzMHz、GHzGHz）來表示。如來表示。如INTEL8086INTEL8086主頻為主頻為4.77MHz4.77MHz，而，而Pentium4Pentium4的主頻高達(dá)的主頻高達(dá)2GHz2GHz。l內(nèi)存內(nèi)存用容量（存儲單元字節(jié)數(shù)，用容量（存儲單元字節(jié)數(shù)，MByteMByte）來表示。）來表示。如，如

16、，INTEL8086INTEL8086的最大內(nèi)存只有的最大內(nèi)存只有1MB1MB，而，而Pentium4Pentium4可可以高達(dá)以高達(dá)64GB64GB。（。（1GB=1024MB1GB=1024MB）l接口接口接口類型和接口數(shù)量。板級接口接口類型和接口數(shù)量。板級接口ISAISA、PCIPCI等，外設(shè)接口等，外設(shè)接口RS232RS232、RS485RS485、LPTLPT、USBUSB等。等。l可靠性可靠性用平均無故障時間（小時）表示。用平均無故障時間（小時）表示。l功耗功耗耗電功率（耗電功率（W W）或持續(xù)運行時間（筆記本電）或持續(xù)運行時間（筆記本電腦等便攜機(jī)）。腦等便攜機(jī)）。微型計算機(jī)的性能

17、指標(biāo)微型計算機(jī)的性能指標(biāo)1.3微型計算機(jī)組成原理微型計算機(jī)組成原理CPU總總線線形形成成系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線內(nèi)存內(nèi)存內(nèi)存內(nèi)存接口接口接口接口接口接口接口接口外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)微機(jī)的基本組成要素微機(jī)的基本組成要素n微處理器微處理器大腦，信息處理中心大腦，信息處理中心n存儲器存儲器信息倉庫信息倉庫n輸入輸出接口輸入輸出接口信息來源與歸宿信息來源與歸宿信息載體信息載體信息通道信息通道u總線總線連接多個功能部件的一組公共信連接多個功能部件的一組公共信號線號線CPUMEMI / ODBData BusABAddress BusCBControl BusABCBDB三大三大總線總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總

18、線 DB：雙向雙向 用來在用來在CPU與存儲器、與存儲器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。地址總線地址總線 AB ：單向單向用來傳送用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、儲單元、I/O端口。端口。通過地址總線，可使某個芯片的數(shù)據(jù)口打開，從而使其通過地址總線，可使某個芯片的數(shù)據(jù)口打開，從而使其能接收數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)，而其他芯片的數(shù)據(jù)口關(guān)閉，以能接收數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)，而其他芯片的數(shù)據(jù)口關(guān)閉，以防止操作錯誤。防止操作錯誤?？刂瓶偩€控制總線CB ： 用于傳送

19、各種控制信號。用于傳送各種控制信號。 有的是有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號；發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號； 有的是發(fā)向有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請信號。發(fā)出的中斷申請信號。1.4 微型計算機(jī)的工作原理微型計算機(jī)的工作原理一一微處理器的結(jié)構(gòu)與工作過程微處理器的結(jié)構(gòu)與工作過程二二存儲器的結(jié)構(gòu)與工作過程存儲器的結(jié)構(gòu)與工作過程三三I/OI/O的結(jié)構(gòu)與工作過程的結(jié)構(gòu)與工作過程1、微處理器的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)微處理器控制器運算器寄存器微處理器控制器運算器寄存器一、微處理器的結(jié)構(gòu)與工作過程一、微處理器的結(jié)構(gòu)與工作過程存儲器的結(jié)構(gòu)與工作過程二、存儲器的結(jié)構(gòu)及其工作過程000

20、00000000110110000101100001011000010110000000100020000000100000001微型計算機(jī)的工作過程微型計算機(jī)的工作過程三、三、 輸入輸入/輸出接口結(jié)構(gòu)及其工作原理輸出接口結(jié)構(gòu)及其工作原理 外設(shè)的電信號、運行速度與外設(shè)的電信號、運行速度與CPU不匹配，不匹配， 不能與不能與CPU直接相連，必須通過直接相連，必須通過I/O接口與接口與CPU相連。相連。 鍵鍵 盤盤 鍵盤接口鍵盤接口 顯示器顯示器 顯示卡顯示卡鼠鼠 標(biāo)標(biāo) 串行接口串行接口 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 網(wǎng)卡網(wǎng)卡 打印機(jī)打印機(jī) 并行接口并行接口 音箱、麥可風(fēng)音箱、麥可風(fēng) 聲卡聲卡輸入輸出接口的結(jié)構(gòu)與工

21、作過程小結(jié)：n掌握微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)掌握微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)概念系統(tǒng)概念n掌握微型計算機(jī)組成要素、三大總線各自掌握微型計算機(jī)組成要素、三大總線各自特點特點n掌握微型計算機(jī)性能指標(biāo)掌握微型計算機(jī)性能指標(biāo)n了解微機(jī)工作過程了解微機(jī)工作過程作業(yè)作業(yè)1、三大總線的分類和特點？、三大總線的分類和特點？2、微型計算機(jī)的性能指標(biāo)、微型計算機(jī)的性能指標(biāo)3、微型計算機(jī)的構(gòu)成、微型計算機(jī)的構(gòu)成1）運算器）運算器算術(shù)邏輯運算單元算術(shù)邏輯運算單元ALU（Arithmetic Logic Unit）：）：專門進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運算和與、專門進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運算和與、或、非、異或、循環(huán)移位等邏輯運算。或、非、異或、循環(huán)移位等邏輯運算。2）控制器）控制器指揮控制中心，負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲器中取指揮控制中心，負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲器中取出，經(jīng)譯碼分析后發(fā)出相應(yīng)的控制命令。出，經(jīng)譯碼分析后發(fā)出相應(yīng)的控制命令。3）寄存器）寄存器相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的存儲器，可提高機(jī)器的運行速度。程序計數(shù)器程序計