微機(jī)原理概念

第一章數(shù)據(jù)是對事實(shí)、概念或指令的一種特殊表達(dá)形式。這種特殊的表達(dá)形式可以用人工的方法或者用自動(dòng)化的裝置進(jìn)行通信、翻譯轉(zhuǎn)換或者進(jìn)行加工處理。數(shù)據(jù)處理的目的是從原始數(shù)據(jù)或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生成或轉(zhuǎn)移得到對使用者有用的數(shù)據(jù)。信息是對人有用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能影響人們的行為或決策。通俗的說，信息處理的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理的主要目的是獲取有用的信息。與計(jì)算機(jī)有關(guān)的媒體有5種：感覺媒體、表示媒體（二進(jìn)制編碼）、存儲媒體（存儲器）、表現(xiàn)媒體（輸入或輸出設(shè)備）、傳輸媒體。所謂多媒體技術(shù)，是指能夠交互式的綜合處理多種不同感覺媒體的信息處理技術(shù)。原碼、反碼、補(bǔ)碼實(shí)質(zhì)是用來解決負(fù)數(shù)在機(jī)器中的表示而引入的編碼方式。BCD碼：用四位二進(jìn)代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)。計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)大體分為兩類：哈佛結(jié)構(gòu)、馮諾依曼結(jié)構(gòu)馮諾依曼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：程序和數(shù)據(jù)共享存儲空間和總線，將分時(shí)實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的訪問，影響了數(shù)據(jù)處理的速度優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的基本思想：計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備等五大部分組成；存儲器不但能存儲數(shù)據(jù)，還可以存放程序。計(jì)算機(jī)可以區(qū)分指令和數(shù)據(jù)將事先編好的程序存入存儲器中，在指令計(jì)數(shù)器控制下，自動(dòng)高速運(yùn)行硬件的控制指揮中心通用微機(jī)硬件系統(tǒng)由5部分組成：①微處理器（CPU）、②內(nèi)存儲器（RAM/ROM）、③總線（AB、CB、DB）、④接口芯片、⑤輸入/輸出設(shè)備（外設(shè)，I/O）硬件的控制指揮中心運(yùn)算部分的核心運(yùn)算部分的核心記錄計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀態(tài)微處理器基本部件：算術(shù)邏輯單元（ALU）記錄計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)算部分累加器ACC加快運(yùn)算和處理速度狀態(tài)寄存器FR加快運(yùn)算和處理速度通用寄存器RS程序計(jì)數(shù)器PC指示當(dāng)前要執(zhí)行的指令地址碼控制部分指令寄存器IR指示當(dāng)前要執(zhí)行的指令地址碼指令譯碼器ID控制邏輯PLA堆棧：堆棧是一組寄存器或指定存儲器中的某一區(qū)域。存取原則：后進(jìn)先出（LIFO），先進(jìn)后出（FILO）內(nèi)存儲器中存放著兩類信息，一類是待處理的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)構(gòu)，另一類是處理數(shù)據(jù)的程序。訪問：對存儲器某地址的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀或?qū)懀慈?shù)或存數(shù)）操作統(tǒng)稱為訪問存儲器由以下幾個(gè)部分組成：存儲體（核心部分）、地址寄存器（MAR）、地址譯碼器、數(shù)據(jù)寄存器（MDR）、控制電路?？偩€：實(shí)際上是一組導(dǎo)線，是各種信息線的集合，用來作為各個(gè)組成部分共同使用的“公路”。計(jì)算機(jī)軟件：為了運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)所需的程序的總和。它可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。指令：是人們規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定操作的命令。計(jì)算機(jī)全部指令的集合稱為計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)定義了計(jì)算機(jī)的處理能力。程序：為解決某一具體問題，將指令和數(shù)據(jù)編寫成一個(gè)互相聯(lián)系的序列。機(jī)器語言：如果所用指令編寫的程序是計(jì)算機(jī)能直接理解和執(zhí)行的二進(jìn)制代碼形式，稱作機(jī)器語言。匯編語言：機(jī)器語言對使用者來說十分繁瑣且容易出錯(cuò)，為克服這些缺點(diǎn)，就用一組便于記憶、編寫、簡寫英文字母構(gòu)成的符號（助記符）來代替機(jī)器語言指令，這就是匯編語言。匯編：匯編語言便于人們記憶和交流，但計(jì)算機(jī)仍不能直接識別，為此在交付計(jì)算機(jī)執(zhí)行前，必須將它翻譯成機(jī)器語言的目標(biāo)程序，這個(gè)過程叫匯編。指令周期：微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。指令周期分成兩個(gè)階段：取指令階段和執(zhí)行指令階段。取指令階段：根據(jù)PC中的值從存儲器讀出指令并送到CPU的指令寄存器IR，PC則自動(dòng)修改，指向下一條指令地址。執(zhí)行指令階段：將IR中的指令操作碼譯碼，并根據(jù)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制電位和定時(shí)節(jié)拍信號以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。一臺微型計(jì)算機(jī)性能的優(yōu)劣，取決于：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、硬件組成、外部設(shè)備以及軟件配備是否齊全。一臺計(jì)算機(jī)的字長由下列一個(gè)或兩個(gè)條件所決定：（1）ALU一次能處理的二進(jìn)制編碼位數(shù)；（2）數(shù)據(jù)總線的寬度；（3）內(nèi)存儲器的字長。存取周期：存儲器執(zhí)行一次完整的讀/寫操作所需要的時(shí)間。內(nèi)存儲器的速度用存取周期來衡量。第二章8086/8088CPU由兩個(gè)獨(dú)立的處理部件組成：執(zhí)行部件（EU）、總線接口部件（BIU）;兩個(gè)部分的操作是并行的，各自獨(dú)立操作。EU的組成：8個(gè)16位寄存器（通用寄存器AX、BX、CX、DX；指針寄存器SP、BP；變址寄存器SI、DI）、算術(shù)邏輯部件ALU、標(biāo)志寄存器FR、暫存寄存器和EU控制系統(tǒng)。EU主要任務(wù)是從BIU的隊(duì)列中取出指令、執(zhí)行指令、BIU的組成：4個(gè)段寄存器（CS、ES、DS、SS）、指令指針I(yè)P、內(nèi)部通信寄存器、指令隊(duì)列、總線控制邏輯和地址加法器∑。BIU的主要任務(wù)是完成從內(nèi)存取指令、以及CPU與內(nèi)存或CPU與I/O端口之間的數(shù)據(jù)交換。8086/8088CPU主要性能：字長：16位，數(shù)據(jù)、地址總線復(fù)用，內(nèi)存容量：1MB，基本尋址方式：7種，端口地址：16位、可尋址64K段基地址：段寄存器指示存儲區(qū)域的起始地址。為什么把存儲器劃分為“段”？答：8086/8088直接尋址空間為1MB，有20位地址信息，而它內(nèi)部只能進(jìn)行16位運(yùn)算，這就是說，它能處理的地址信息僅16位，為解決這一矛盾，把存儲器劃分為“段”。（每個(gè)段的物理長度是64K）物理地址是指1MB存儲區(qū)域中的某一單元地址，其地址信息是20位的二進(jìn)制代碼，以十六進(jìn)制代碼表示是00000H—FFFFFH中的一個(gè)單元；CPU訪問存儲器時(shí)，地址總線上送出的是物理地址，編寫程序時(shí)，則采用邏輯地址，邏輯地址由段基地址和偏移量組成。偏移量是在某段內(nèi)指定存儲器單元到段基地址的距離。（物理【實(shí)際】地址=段基地址×16+偏移量）機(jī)器周期就是完成某一獨(dú)立操作所持續(xù)的時(shí)間；時(shí)鐘周期（T狀態(tài)）是兩個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿之間的持續(xù)時(shí)間，它是CPU最小的定時(shí)單位。一個(gè)機(jī)器周期由幾個(gè)時(shí)鐘周期組成?？偩€周期：CPU通過總線對微處理器外部（存儲器或I/Q接口）進(jìn)行一次訪問所需時(shí)間為一個(gè)總線周期。（由4個(gè)T狀態(tài)組成，T1：輸出地址，T2：準(zhǔn)備，T3：數(shù)據(jù)傳輸，T4：總線周期結(jié)束）規(guī)則字：地位字節(jié)放在偶數(shù)地址，高位字節(jié)放在奇數(shù)地址讀寫一個(gè)規(guī)則字需要一個(gè)總線周期，讀寫一個(gè)非規(guī)則字需要兩個(gè)總線周期。最大/最小模式的區(qū)別單CPU系統(tǒng)（最小模式）：MN/MX引腳接高電平Vcc，全部控制信號由CPU本身提供多CPU系統(tǒng)（最大模式）：MN/MX引腳接低電平GND，全部控制信號由芯片總線控制器提供BHE可以看作一條附加的地址總線，用來訪問存儲器的高字節(jié)；而Ao用來訪問存儲器的低字節(jié)。指令隊(duì)列的作用：有指令隊(duì)列后，在執(zhí)行部分執(zhí)行指令的同時(shí)，總線接口部件就能從存儲器向指令隊(duì)列中取下一條指令，EU和BIU并行工作，從而提高了CPU的工作效率。第三章指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼指示CPU執(zhí)行那種操作，操作數(shù)指示指令執(zhí)行過程中所需要的數(shù)據(jù)。操作數(shù)分三種：立即數(shù)、寄存器操作數(shù)、存儲器操作數(shù)。指令分為6個(gè)功能組：數(shù)據(jù)傳送類、算術(shù)運(yùn)算類、邏輯運(yùn)算與移位類、串操作類、控制轉(zhuǎn)移類和處理器控制類。第四章用于計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的語言可分為：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。鏈接程序LINK匯編程序MASM匯編語言源文件.asm----機(jī)器語言目標(biāo)文件.obj-----機(jī)器語言執(zhí)行文件.exe鏈接程序LINK匯編程序MASM匯編語言有三種基本語句：指令語句、偽指令語句和宏指令語句?？蓤?zhí)行語句，在程序的代碼段中，會(huì)產(chǎn)生機(jī)器代碼說明性語句，可出現(xiàn)在任一段內(nèi)，本身并不產(chǎn)生機(jī)器代碼，是CPU不執(zhí)行語句可執(zhí)行語句，在程序的代碼段中，會(huì)產(chǎn)生機(jī)器代碼說明性語句，可出現(xiàn)在任一段內(nèi)，本身并不產(chǎn)生機(jī)器代碼，是CPU不執(zhí)行語句標(biāo)號與變量的區(qū)別：有遠(yuǎn)（FAR）、近（NEAR）兩種，表示是處于不同的代碼段還是處于同一代碼段中標(biāo)號具有3種屬性：段屬性、偏移屬性、類型屬性。有遠(yuǎn)（FAR）、近（NEAR）兩種，表示是處于不同的代碼段還是處于同一代碼段中表示標(biāo)號所代表的指令相對于代碼段起始地址的字節(jié)數(shù)表示標(biāo)號所在代碼段的起始地址，即CS值表示標(biāo)號所代表的指令相對于代碼段起始地址的字節(jié)數(shù)表示標(biāo)號所在代碼段的起始地址，即CS值變量具有3種屬性：段屬性、偏移屬性、類型屬性。該單元所存放的數(shù)據(jù)長度，可能是字節(jié)、字、雙字等類型該單元相對于段內(nèi)起始地址的字節(jié)數(shù)該單元所在段的起始地址，可以用段寄存器DS、ES、SS、CS表示該單元所存放的數(shù)據(jù)長度，可能是字節(jié)、字、雙字等類型該單元相對于段內(nèi)起始地址的字節(jié)數(shù)該單元所在段的起始地址，可以用段寄存器DS、ES、SS、CS表示地址表達(dá)式具有3種屬性：段屬性、偏移屬性、類型屬性?，F(xiàn)場的保護(hù)與恢復(fù)：在CPU將控制轉(zhuǎn)移到子程序之前，主程序已使用的某些寄存器或存儲單元中的信息，可能在子程序運(yùn)行后還要繼續(xù)使用，必須先將它們壓入堆棧加以保護(hù)，待子程序結(jié)束后再將其恢復(fù)。參數(shù)是主程序和子程序之間的數(shù)據(jù)通道。參數(shù)傳遞的方法主要是利用一些公共區(qū)域，如寄存器、存儲單元、堆棧。嵌套：子程序中含有對其他子程序的調(diào)用就是嵌套。遞歸調(diào)用：子程序直接或間接調(diào)用自身時(shí)稱為遞歸調(diào)用?；綝OS系統(tǒng)的構(gòu)成：輸入/輸出設(shè)備處理程序、文件管理處理程序、命令處理程序。調(diào)用BIOS/DOS功能程序的基本方法：（1）、準(zhǔn)備入口參數(shù)（2）、將功能號送到AH寄存器（3）、執(zhí)行軟中斷指令I(lǐng)NTnDOS的中斷功能只能在DOS的環(huán)境下適用，而BIOS功能調(diào)用則不受任何操作系統(tǒng)的約束。使程序模塊化的基本方法：程序分段和子程序。模塊化程序設(shè)計(jì)是指將一個(gè)較大的“任務(wù)”分解成若干個(gè)具有獨(dú)立功能的“子任務(wù)”，每個(gè)子任務(wù)命名為一個(gè)模塊，對每個(gè)模塊單獨(dú)編輯和編譯，生成各自的源文件.asm和.obj文件，然后由LINK程序?qū)⒏鱾€(gè)模塊有效的鏈接在一起，形成一個(gè)完整的可執(zhí)行文件.exe。模塊化的目的是為了降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。模塊間通信的主要渠道是全局符號。模塊間轉(zhuǎn)移有兩種：近（段內(nèi)）轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)（段間）轉(zhuǎn)移；指令：JMP、CALL、INT。CPU的外部總線直接與CPU相連第五章CPU的外部總線直接與CPU相連通過I/O接口電路才能訪問的存儲器存儲器的分類：通過I/O接口電路才能訪問的存儲器按與CPU的連接方式不同分為：內(nèi)存儲器和外存儲器；按功能（應(yīng)用與存取方式）不同靜態(tài)RAM(SRAM)隨機(jī)存取存儲器（RAM）動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)固定存儲器，內(nèi)容不可改變固定存儲器，內(nèi)容不可改變只能改一次，小批量生產(chǎn)掩膜ROM只能改一次，小批量生產(chǎn)可編程ROM(PROM)用專用設(shè)備可重復(fù)擦寫，用于產(chǎn)品研發(fā)只讀存儲器紫外線可擦出的PROM（EPROM）用專用設(shè)備可重復(fù)擦寫，用于產(chǎn)品研發(fā)（ROM）電可擦除的PROM（EEPROM）擦除速度快閃存擦除速度快RAM與ROM的區(qū)別：RAM：在使用中可由程序隨時(shí)讀/寫存儲單元內(nèi)容，一般用于存放輸入/輸出數(shù)據(jù)、中間結(jié)果或加載的用戶應(yīng)用程序，斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失（易失性）；ROM：在工作時(shí)，其內(nèi)容只能讀出，不能寫入，一般用于存放工作程序或固定不變的參數(shù)表，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。地址編碼：為了區(qū)分存儲體中具體的存儲單元，給每個(gè)單元規(guī)定一個(gè)編號，標(biāo)識相應(yīng)的存儲單元，簡稱地址。與地址線有關(guān)常用的片內(nèi)地址譯碼有單譯碼和雙譯碼兩種方式。與地址線有關(guān)半導(dǎo)體存儲器的主要性能指標(biāo)：（1）、存儲容量：是指一個(gè)存儲器芯片所能存儲的二進(jìn)制信息量存儲器容量=存儲單元數(shù)×I/O數(shù)據(jù)線位數(shù)（字長）（2）、存取時(shí)間：一次訪問存儲器所需時(shí)間。靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM比較：靜態(tài)RAM的特點(diǎn)：①由6個(gè)MOS管構(gòu)成的觸發(fā)器作為基本存儲電路；②集成度高于雙極型，但低于動(dòng)態(tài)RAM；③不需要刷新，故可省去刷新電路；④功耗比雙極型的低，但比動(dòng)態(tài)RAM高；⑤易于用電池作為后備電源；⑥存取速度較動(dòng)態(tài)RAM快。動(dòng)態(tài)RAM的特點(diǎn)：①基本存儲電路用單管線路組成（搞電容存儲電荷）；②集成度高；③需要定時(shí)刷新；④比靜態(tài)RAM的功耗更低；⑤價(jià)格比靜態(tài)便宜。注：DRAM一般用于組成大容量RAM存儲器，而容量不大時(shí)（如常規(guī)小型系統(tǒng)或高速緩存）選用SRAM芯片更為簡單實(shí)用。CPU典型存儲器連接：全譯碼法、部分譯碼法和線選法。（P222）分級存儲結(jié)構(gòu)（CPU訪問速度從高到低）：（1）、高速緩存Cache，由靜態(tài)RAM構(gòu)成，在主存與CPU之間（2）、主內(nèi)存，由動(dòng)態(tài)RAM構(gòu)成（3）、虛擬存儲器，由硬盤等構(gòu)成注意：可編程的只讀存儲器不一定是可改寫的和外存相比，內(nèi)存的特點(diǎn)：容量小，速度快，成本高第六章CPU與外設(shè)間交換的信息分為：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息、數(shù)據(jù)的傳送可采用并行傳送和串行傳送兩種形式。I/O端口的編址分為I/O端口獨(dú)立編址、I/O端口與存儲器統(tǒng)一編址I/O接口的功能：地址譯碼和I/O設(shè)備選擇、信息轉(zhuǎn)換、信息的輸入/輸出、數(shù)據(jù)的緩沖和鎖存I/O設(shè)備中為什么要在輸入端采用三態(tài)緩沖器？在輸出端采用數(shù)據(jù)寄存器？答：在微機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)輸入設(shè)備都需要通過數(shù)據(jù)總線向CPU傳送數(shù)據(jù)，若不經(jīng)過三態(tài)門電路進(jìn)行緩沖隔離而直接與數(shù)據(jù)總線相連，就會(huì)造成總線上數(shù)據(jù)的混亂；數(shù)據(jù)總線是CPU和外部交換數(shù)據(jù)的公用通道，當(dāng)CPU把數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備時(shí)，只有執(zhí)行總線周期的部分階段會(huì)送出有效數(shù)據(jù)，因而必須利用數(shù)據(jù)鎖存器及時(shí)把數(shù)據(jù)鎖存起來，以便較慢的外設(shè)有足夠的時(shí)間進(jìn)行處理，使CPU和總線能夠脫身去做其他的工作。CPU與外設(shè)之間信息交換的輸入/輸出方式一般分為三種：程序控制的輸入/輸出、中斷控制的輸入/輸出（中斷傳送方式）、直接存儲器存?。―AM）.程序控制的輸入/輸出又分為無條件傳送和查詢傳送。中斷：在CPU運(yùn)行程序期間，遇到某些特殊情況（被內(nèi)部或外部事件所打斷），暫時(shí)中止原先程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特定的處理程序，這一過程就叫中斷。這段特