微機原理第1章-概述

參考教材微型計算機系統(tǒng)原理及應用（第五版）周明德主編從過時的8086芯片學起的原因IA-32結構是完全兼容的

8088/8086是Intel80x86系列芯片的基礎

構造一個小型系統(tǒng),要采用8086(8088)

PC機的存儲器容量已經(jīng)很大,但是基本存儲單元的工作原理沒有變,構成存儲器的原理沒有變,存儲器與CPU的接口原理、接口方法也沒有變

PC機的外設越來越豐富，但是PC機與外設的接口方法并沒有變，中斷的工作原理及中斷處理方法也沒有變

PC機主板上已用兩塊專用芯片代替以前大量的接口芯片和中小規(guī)模集成電路，但是它們仍然具有8255A、8250、8353（8254）、8259和8237等芯片的作用。并且在自行構造系統(tǒng)時，仍然要使用這些通用的接口芯片

第一章概述1.080X86系統(tǒng)結構的概要歷史微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征的微處理器的集成度每隔18個月就會翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍

------摩爾定律1971年～1977年是微處理器發(fā)展的早期階段:字長為4位或8位，集成度約為3000～10000晶體管/片，微處理器的主頻為0.1～5MHz。1971年：Intel4004，是世界上第一片單片微處理器4位微處理器，尋址空間為4096個半字節(jié),指令系統(tǒng)包括45條指令1972年：Intel8008，是世界上第一片8位微處理器。8008采用了10

m生產(chǎn)工藝，集成度為3500個晶體管，工作頻率為200KHz。1974年：Intel8080采用了6

m生產(chǎn)工藝，集成度為6000個晶體管，主頻為2MHz。1975年4月，MITS公司推出了以8080為CPU的世界上第一臺個人計算機Altair8800。值得一提的是，Altair8800的BASIC語言解釋器是BillGates編寫的1976年：Intel8080Intel公司生產(chǎn)的最后一種8位通用微處理器，8085的工作頻率提高到5MHz，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到246條。微型計算機的發(fā)展第一代：8086/8088（1978年-1981年）1978年--8086采用了3

m工藝，集成了29,000個晶體管，工作頻率為4.77MHz。它的寄存器和數(shù)據(jù)總線均為16位，地址總線為20位，從而使尋址空間達1MB。同時，CPU的內部結構也有很大的改進，采用了流水線結構，并設置了6字節(jié)的指令預取隊列1979年--8088除了它的數(shù)據(jù)總線為8位以外，其余均與8086相同。8088采用8位數(shù)據(jù)總線是為了利用當時現(xiàn)有的8位設備控制芯片。由于8088內部支持16位運算，而與I/O之間傳輸為8位，故8088稱為準16位微處理器。1981年8月，IBM公司推出以8088為CPU的世界上第一臺16位微型計算機IBM5150PersonalComputer，即著名的IMBPC。X86系列微型計算機的發(fā)展第二代：80286（1982年-1984年）采用1.5

m工藝，集成了134,000個晶體管，工作頻率為6MHz。80286的數(shù)據(jù)總線仍然為16位，但是地址總線增加到24位，使存儲器尋址空間達到16MB。1985年IBM公司推出以80286為CPU的微型計算機IBMPC/AT，并制定了一個新的開放系統(tǒng)總線結構，這就是的工業(yè)標準結構（ISA）。該結構提供了一個16位、高性能的I/O擴展總線。80年代中期到90年代初，80286一直是微型計算機的主流CPU。在這一時期，還誕生了世界上最早的芯片組（chipsets）。X86系列微型計算機的發(fā)展第三代：80386（1985年-1988年）第一個實用的32位微處理器，采用了1.5

m工藝，集成了275,000個晶體管，工作頻率達到16MHz。80386的內部寄存器、數(shù)據(jù)總線和地址總線都是32位的。通過32位的地址總線，80386的可尋址空間達到4GB。這時由32位微處理器組成的微型計算機已經(jīng)達到超級小型機的水平。80386的其他一些版本：80386SX，包含16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線，尋址空間為16MB；80386SL／80386SLC，包含l6位數(shù)據(jù)總線和25位地址總線，尋址空間為32MB。由于這些微處理器由于與I/O之間傳輸為16位，故也稱為準32位微處理器。X86系列微型計算機的發(fā)展第四代：80486（1989年-1992年）采用1

m工藝，集成了120萬個晶體管，工作頻率為25MHz。80486微處理器由三個部件組成：一個80386體系結構的主處理器，一個與80387相兼容的數(shù)學協(xié)處理器和一個8KB容量的高速緩沖存儲器。80486把80386的內部結構做了修改，大約有一半的指令在一個時鐘周期內完成，而不是原來的兩個，這樣80486的處理速度一般比80386快2到3倍。Intel公司還生產(chǎn)過80486的其他一些版本：80486SX，工作頻率20MHz，不包含數(shù)學協(xié)處理器；80486DX2，采用雙倍時鐘，內部執(zhí)行速度達到66MHZ，內存存取速度為33MHz；80486DX4，采用三倍時鐘，內部執(zhí)行速度達到100MHZ，內存存取速度為33MHz。X86系列微型計算機的發(fā)展第五代：Pentium（1993年-1997年）Pentium處理器的發(fā)展分成三代第一代Pentium處理器（以P5代稱，1993年）采用0.8

m工藝技術，集成了310萬個晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz。第二代Pentium處理器（以P54C代稱，1994年）采用0.6

m工藝，工作頻率為90MHz/100MHz。第三代PentiumMMX（以P55C代稱1997年）增加了57條多媒體指令在體系結構上，Pentium在內核中采用了RISC技術，可以說它是CISC和RISC技術相結合的產(chǎn)物X86系列微型計算機的發(fā)展第六代：P6（1996-今）PentiumPro、PentiumII、PentiumIII采用0.6m-0.18m工藝，集成度550萬-750萬晶體管，時鐘頻率166MHz-1GHz，采用二級高速緩存，2級超標量流水線結構，一個時鐘周期可以執(zhí)行3條指令X86系列微型計算機的發(fā)展第七代：未來----64位Mecerd（P7）X86系列微型計算機的發(fā)展1.2計算機基礎:計算機系統(tǒng)構成框圖輸入設備運算器控制器輸入信息輸出設備輸出信息讀出讀出外存儲器寫入內存儲器寫入取出指令數(shù)據(jù)信息控制信息微型計算機CPU+內存+I/O接口外圍設備中央處理器CPU1.2.1馮·諾依曼結構：控制器:負責控制并協(xié)調各部件的工作,使計算機能自動地執(zhí)行程序?？刂破鲝拇鎯ζ黜樞虻厝〕鲋噶?，并對指令代碼進行翻譯，然后向各部件發(fā)出相應的命令，使指令規(guī)定的操作得以執(zhí)行。因此，控制器是統(tǒng)一指揮和控制計算機各部件進行工作的中央機構。輸入設備：負責把用戶的程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機的存儲器中。

輸出設備：負責從計算機中取出程序執(zhí)行結果或其它信息，供用戶查看。

存儲器：是實現(xiàn)記憶功能的部件。數(shù)據(jù)和程序以二進制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進制形式

運算器：負責數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯運算，即數(shù)據(jù)的加工處理。微處理器嚴格講，微處理器≠CPUCPU指的是計算機中執(zhí)行運算和控制功能的區(qū)域，由算術邏輯部件(ALU)和控制部件兩大主要部分組成把CPU和一組稱為寄存器（Registers）的特殊存儲器集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中，這個器件才被稱為微處理器微型計算機系統(tǒng)的三個層次微型計算機以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM）、輸入／輸出接口電路及系統(tǒng)總線等所組成的計算機，稱為微型計算機。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，簡稱單片機。微型計算機系統(tǒng)以微型計算機為中心，配以相應的外圍設備以及控制微型計算機工作的軟件，就構成了完整的微型計算機系統(tǒng)。微型計算機如果不配有軟件，通常稱為裸機微型計算機系統(tǒng)組成：微型計算機外圍設備系統(tǒng)軟件程序設計語言應用程序位（bit）是計算機所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位，它指的是取值只能為0或1的一個二進制數(shù)值位。位作為單位時記作b字節(jié)（byte）由8個位二進制位組成，通常用作計算存儲容量的單位。字節(jié)作為單位時記作B,是衡量計算機所容納信息量多少的單位。1．位和字節(jié)例如：一張3.5英寸的軟盤容量為1.44MB，即表示該軟盤可存儲：1.44×1024×1024×8≈12079595位二進制信息，或者說能存儲：1.44×1024×1024÷2≈752762個漢字。例2數(shù)字編碼計算機內部處理信息二進制代碼形式流通、處理信息轉化轉化計算機中為什么要采用二進制？

在計算機中任何信息均采用二進制，計算機內部存儲、處理的只有0和1組成的代碼。主要原因如下：

二進制在計算機中容易實現(xiàn)（只需二種狀態(tài)）；運算簡單；如：十進制的乘法運算，九九表有100條法則，而二進制只有4條法則：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1。便于計算機實現(xiàn)邏輯運算；“1、0”兩種狀態(tài)剛好與“真、假”、“是、非”對應2、二進制編碼常用計數(shù)制的表示方法可用右下角小數(shù)字來表示不同數(shù)制的數(shù)。如：(100)2(100)10(100)16(100)8在計算機中，通常用數(shù)字后面跟一個英文字母來表示不同數(shù)制的數(shù)。如：110B（二進制）5A6H（十六進制）685D（十進制）235O（八進制）在計算機應用中引入十六進制數(shù)主要是為了書寫和使用上的方便，在計算機內部信息處理仍是二進制數(shù)。注意：因為23=8，24=16，所以，一位八進制數(shù)可以用3位二進制數(shù)來表示，一位十六進制數(shù)可以用4位二進制數(shù)來表示。進位計數(shù)制及其相互轉換十進制、二進制、八進制和十六進制采用的都是進位計數(shù)制，進位計數(shù)制中用少量數(shù)碼按次序排列成數(shù)位，并按由低到高的進位方式進行計數(shù)?；鶖?shù)和權是進位十進制的兩個基本要素?；鶖?shù)是進位計數(shù)制中所用數(shù)碼的個數(shù)，基數(shù)為r的進位計數(shù)制中需要r個數(shù)碼，每個數(shù)位計滿r就向高位進一，即逢r進一。在進位計數(shù)制表示的數(shù)中，同一數(shù)字處在不同位置表示不同的值，它所表示的值是該數(shù)字乘以一個由它所處位置所決定的常數(shù)，這一常數(shù)就是該數(shù)位所具有的權。r進制數(shù)各位的權是以r為底的冪。進制轉換總結進位計數(shù)制及其相互轉換任何一個r進制數(shù)N可以表示為：

若r=10，則十進制數(shù)，其各位的權是以10為底的冪；若r=2，則是二進制數(shù)，其各位的權是以2為底的冪；若r=8，則是八進制數(shù)，其各位的權是以8為底的冪，八進制中共有八個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7；若r=16，則是十六進制數(shù)，其各位的權是以16為底的冪，十六進制中共有16個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。為了明確表示一個數(shù)所采用的進位計數(shù)制，可以該數(shù)的后面加上下標(B)、(O)、(D)、(H)，分別表示該數(shù)為二進制、八進制、十進制和十六進制進位計數(shù)制及其相互轉換r進制數(shù)轉換為十進制數(shù)按照公式展開求和例1.分別把二進制數(shù)1011.01和十六進制數(shù)F0.C用十進制表示十進制數(shù)轉換為r進制數(shù)整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉換整數(shù)部分的轉換步驟：①把r寫成十進制數(shù)；②將N除以r，記錄商和余數(shù)，并用r進制表示余數(shù)，這余數(shù)便是用r進制表示的數(shù)的最低位數(shù)字；③把上次的商進行②中所述除以r取余的運算，用r進制表示余數(shù)；重復這種運算直到商為0，這時的余數(shù)即為十進制數(shù)N用r進制表示時的最高位數(shù)字。十進制數(shù)轉換為r進制數(shù)例2.把十進制數(shù)103用二進制表示例3.把十進制數(shù)506用十六進制表示小數(shù)部分的轉換步驟：①把r寫成十進制數(shù)；②將N乘以r，記錄積的整數(shù)部分和小數(shù)部分，并用r進制表示整數(shù)部分，該整數(shù)即為轉換后r進制小數(shù)的最高位；③把上次積的小數(shù)部分進行②中所述乘以r取整的運算，用r進制表示積的整數(shù)部分；重復這種運算直到積的小數(shù)部分為0，或者達到所要求的位數(shù)，這時的整數(shù)部分即為十進制數(shù)N轉換成r進制小數(shù)的最低位。十進制數(shù)轉換為r進制數(shù)例4.把十進制0.8125用八進制表示二進制與八進制、十六進制的相互轉換從二進制轉換成十六進制時，從小數(shù)點位置開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每四位二進制數(shù)為一組用一位十六進制的數(shù)字來表示，不足四位的用0補足，就是相應十六進制的表示。從二進制轉換成八進制時，從小數(shù)點位置開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每三位二進制數(shù)為一組用一位八進制的數(shù)字來表示，不足三位的用0補足，就是相應八進制的表示。例5.把二進制1011011010111.11101用十六進制表示例6.把八進制數(shù)62.31用二進制表示數(shù)值數(shù)據(jù)的表示符號數(shù)的表示把二進制數(shù)的最高一位定義為符號位，符號位為0表示正數(shù)，符號位為1表示負數(shù)這種在計算機中使用的、連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機器數(shù)。機器數(shù)所表示的真實的數(shù)值，稱為真值。對于符號數(shù)，機器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補碼記作[X]補。最高位表示符號，數(shù)值位用二進制絕對值表示的方法，稱為原碼表示法一個負數(shù)的原碼符號位保持不變，其余位取反就是機器數(shù)的另一種表示方法，反碼表示法。正數(shù)的反碼與原碼相同。將負數(shù)的反碼加1，則得到機器數(shù)的補碼表示。正數(shù)的補碼與原碼相同。補碼定義特點：當正數(shù)時，后面的7位為數(shù)碼部分；當負數(shù)時，后面的7位按位取反再加1才是它的二進制值；補碼的幾何表示補碼的運算規(guī)則模（module）就是一個計數(shù)系統(tǒng)的最大容量，其大小等于以進位計數(shù)制基數(shù)為底，以位數(shù)為指數(shù)的冪。凡是用器件進行的運算都是有模運算，運算結果超過模的部分被運算器自動丟棄。補碼的運算規(guī)則補碼運算的溢出3字符編碼1、ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標準代碼） 采用7位二進制代來對一個字符進行編碼，可表示128個字符。2、編碼表:P4153、

ASCII碼表特點4漢字編碼◆其實，所有漢字輸入法都是根據(jù)漢字的特點（字形、筆劃、聲音等）對漢字進行編碼，這些都屬于外部輸入碼，簡稱外部碼或輸入碼。◆為了用戶輸入方便而設計的特定外部輸入碼，必須通過特定的輸入字典或特定的轉換函數(shù)，投影到對應的內部碼上，這樣一來，不管你用什么方法輸入同一個漢字，存入計算機的都是與字形發(fā)生器嚴格一一對應的內部碼。在計算機中存放的、處理過程中采用的都是唯一的內部碼。輸入設備輸入碼輸出設備輸入字典內部處理內部碼輸出字典字形表示1.2.3、指令程序和指令系統(tǒng)指令：將計算機執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來，稱為指令指令＝操作碼＋操作數(shù)程序：能實現(xiàn)某種功能的（算法）指令集合。程序＝算法＋指令指令系統(tǒng)：計算機所能執(zhí)行的全部指令。1011000000000111機器語言程序語言代碼特點不利于查錯、記憶利于查錯十六進制表示機器語言匯編（助記符）利于查錯、記憶B0H07HMovAL，07H1.2.4初級計算機微型計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列組成，因此，執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行指令序列的過程，即逐條地從存儲器中取出指令并完成指令所指定的操作。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指、譯碼和執(zhí)行三個基本步驟，所以，微型計算機的工作過程，也就是不斷地取指令、譯碼和執(zhí)行的過程，直到遇到停機指令時才結束機器的運行。微型計算機的工作過程運算器的組成例1:(A)+(C)->A,其中(A)=5,(C)=3控制器的組成組合邏輯控制器微程序控制器控制器的組成組合邏輯控制器和微程序控制器，兩種控制器各有長處和短處。組合邏輯控制器設計麻煩，結構復雜，一旦設計完成，就不能再修改或擴充，但它的速度快。微程序控制器設計方便，結構簡單，修改或擴充都方便，修改一條機器指令的功能，只需重編所對應的微程序；要增加一條機器指令，只需在控制存儲器中增加一段微程序，但是，它是通過執(zhí)行一段微程。具體對比如下：組合邏輯控制器又稱硬布線控制器，由邏輯電路構成，完全靠硬件來實現(xiàn)指令的功能?？刂破鞯慕M成組合邏輯控制器的設計步驟①設計機器的指令系統(tǒng)：規(guī)定指令的種類、指令的條數(shù)以及每一條指令的格式和功能。②初步的總體設計：如寄存器設置、總線安排、運算器設計、部件間的連接關系等。③繪制指令流程圖：標出每一條指令在什么時間、什么部件進行何種操作。④編排操作時間表：即根據(jù)指令流程圖分解各操作為微操作，按時間段列出機器應進行的微操作。⑤列出微操作信號表達式，化簡，電路實現(xiàn)?？刂破鞯慕M成組合邏輯控制器微程序控制器控制器的組成微程序控制(簡稱微碼控制)的基本思路是：用微指令產(chǎn)生微操作命令，用若干條微指令組成一段微程序實現(xiàn)一條機器指令的功能(為了加以區(qū)別，將前面所講的指令稱為機器指令)。內存儲器的結構主機的運行原理執(zhí)行第0條指令執(zhí)行第1條指令執(zhí)行第2條指令執(zhí)行第3條指令1.2.5尋址方式1.2.5.1立即尋址操作數(shù)所在的地址直接包含在指令中。指令的操作數(shù)部分就是操作數(shù)本身。

AHALAX...B83412...代碼段

(存儲器中)操作碼(B8)操作數(shù)(1234H)

立即數(shù)一條指令1234MOVAX，1234H1.2.5.2寄存器尋址寄存器中保存的是操作數(shù)的內容。例：INCBL操作：使BL中內容加1后送回+1BL00011.2.5.3直接尋址操作數(shù)部分直接給出有效地址（EA）。例：MOVAX，[1234H]機器碼：A13412操作：把偏移量1234H作為EA，在數(shù)據(jù)段中找到相應的字單元，再將字單元的內容送AX。1.3.3.4寄存器間址尋址寄存器中保存的是操作數(shù)的地址。

例：MOVAX，[BX]機器碼：8B04操作：以BX的內容作為有效地址EA，在數(shù)據(jù)段中找到對應的字單元，再將該字單元的內容送AX中。1.2.6指令的執(zhí)行過程1.3計算機的硬件和軟件微型計算機硬件軟件微型計算機外圍設備----系統(tǒng)軟件程序設計語言應用軟件、軟件包、數(shù)據(jù)庫微處理器內存儲器輸入/輸出接口電路系統(tǒng)總線運算器控制器RAMROM數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線鍵盤/顯示器、打印機、磁帶機、磁盤機、D/A、A/D轉換器監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)匯編程序解釋程序編譯程序機器語言匯編語言高級語言（1）硬件是基礎，軟件依賴于硬件的存在而發(fā)生作用。（2）軟件是靈魂，是硬件功能的擴充和完善。（3）硬件和軟件相互滲透，相互促進，并可以相互轉化。1.3.1軟硬件之間的相互關系軟件的概念：電子計算機為解決某問題而編寫的程序及運用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所需的手續(xù)、規(guī)則、文件的總稱。軟件的分類：用戶語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理工具軟件應用軟件開發(fā)軟件硬件維護工具軟件裝配程序調試程序匯編語言操作系統(tǒng)裸機1)、系統(tǒng)軟件：充分利用計算機資源，便于使用、管理、操作維護計算機編制的程序的總稱。2)、應用軟件：為解決各類實際應用問題而編制的程序。1.3.2計算機的軟件系統(tǒng)3)、支撐軟件：信息數(shù)據(jù)軟件。A、操作系統(tǒng)是管理和控制計算機系統(tǒng)軟、硬件資源的大型程序。B、語言處理程序主要有各種語言和它們的匯編程序、解釋程序、編譯程序。C、服務性程序指為了幫助用戶使用與維護計算機，提供服務性手段而編制的一類程序。系統(tǒng)軟件包括：1、操作系統(tǒng)2、程序設計語言編寫計算機程序所用的語言即為程序設計語言，它是人與計算機之間交換信息的工具，是軟件系統(tǒng)的重要組成部分。程序設計語言一般分3類：機器語言匯編語言高級語言機器語言機器語言：是機器可識別的，不需翻譯，直接供機器使用。（每一條語句即是一條二進制形式的指令代碼）特點：最低級的程序設計語言，難閱讀、難理解、難編寫和記憶，但執(zhí)行速度最快。匯編語言匯編語言：面向機器，“符號化”，用助記符代替二進制代碼—符號語言。特點：低級語言，比機器語言易閱讀、易理解、易修改和檢查等，執(zhí)行速度也快。但匯編語言依賴于具體的微處理器型號，故通用性、可移植性較差。高級語言高級語言：采用“自然語言的詞匯，語法也相近的自封閉語法體系”。面向問題求解過程—算法語言或過程語言。特點：更易閱讀和理解，獨立于具體的機器系統(tǒng)，其通用性、可移植性大大提高。目前，世界上已有上千種高級語言，用得較多的是Fortran、Pascal、C、Prolog、Lisp、VB、VC等數(shù)十種。3、語言處理程序源程序：采用高級語言或匯編語言編寫的程序。目標程序：機器能直接執(zhí)行的用“0”、“1”代碼表示的程序（機器碼）。語言處理程序語言處理程序的任務就是把源程序翻譯成目標程序。源程序目標程序（機器碼）翻譯將程序轉化成機器語言稱為翻譯；“匯編程序”的功能是將匯編語句（ADD）轉化成機器語言（10000000）；“解釋程序”的功能是將高級語言逐行轉化成機器語言；“編譯程序”的功能是將高級語言一次性轉化成機器語言；編譯可視作“成批處理”，且產(chǎn)生目標程序。解釋是逐條執(zhí)行，并且不產(chǎn)生目標程序。ADDBASIC語言A＋BFORTRAN、C語言匯編程序解釋程序編譯程序機器語言（10000000＝ADD）高級語言匯編語言程序計數(shù)器ALUCPU計算機編好的程序翻譯機器碼存于存儲器執(zhí)行計算機程序設計語言第一代語言

機器語言

第二代語言匯編語言第三代語言

高級語言第四代語言

面向問題的語言編程語言的發(fā)展一般所謂的第四代語言(ForuthGenerationLanguage，4GL)，是指不需要專門技術即可使用的套

裝軟件，通常以句子或圖像(icon)選擇所要的功能。第四代語言提供了功能強大的非過程化問題定義手段，用戶只需告知系統(tǒng)做什么，而無需說明怎么做，因此可大大提高軟件生產(chǎn)率。

1.4微型計算機的結構微處理器CPU存儲器DMA控制部件輸入/輸出接口部件外設外設1.4.1微型計算機的外部結構1）地址總線AB（AddressBus）

用于傳送CPU發(fā)出的用于選擇要訪問的器件或部件的地址信息。（在微機中，除存儲器具有單元地址外，幾乎所有的I/O接口部件都具有地址。）一般處理器有16根、20根或更多。數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）

用于傳送微機系統(tǒng)內的各種類型的數(shù)據(jù)。（數(shù)據(jù)可以由外部流向CPU，也可由CPU流向外部，故是雙向傳輸線。）8位CPU有8根，16位CPU有16根等?？刂瓶偩€CB（ControlBus）

傳送保證微機同步和協(xié)調的定時和控制信號。1.4.2微處理器的內部結構1總線接口部件（BIU）與存儲器、I/O接口電路的接口部件組成：指令隊列、段寄存器組、指令指針、地址加法器和總線控制器等組成功能：完成所有外部總線的操作：取指令、讀/寫操作數(shù)、地址變換和總線操作等2累加器和算術邏輯單元組成：算術邏輯部件ALU、標志寄存器、通用寄存器組等組成。功能：負責指令的執(zhí)行。3內部寄存器陣列通用寄存器組：通用數(shù)據(jù)寄存器：（16位）AX、BX、CX、DX （8位）AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL指針與變址寄存器：堆棧指針寄存器SP，基址指針寄存器BP，源變址寄存器SI，目的變址寄存器DI微處理器的內部結構CPU的內部結構可分為控制單元，邏輯單元和存儲單元三大部分。CPU的工作原理就象一個工廠對產(chǎn)品的加工過程：進入工廠的原料（指令），經(jīng)過物資分配部門（控制單元）的調度分配，被送往生產(chǎn)線（邏輯運算單元），生產(chǎn)出成品（處理后的數(shù)據(jù)）后，再存儲在倉庫（存儲器）中，最后等著拿到市場上去賣（交由應用程序使用）。

CPU內部結構的比喻1.5多媒體計算機多媒體技術利用計算機來綜合、集成地處理文字、圖形、圖像、聲音、視頻、動畫等媒體，而形成的一種全新的信息傳播和處理技術。這種技術包括計算機屏幕顯示、視頻光盤、CD-ROM以及語言和聲音的綜合，同時在這些部件之間建立邏輯連接，從而使整個系統(tǒng)具有交互性。顯然，多媒體技術使計算機進一步擺脫了“計算工具”的傳統(tǒng)觀念，成為處理各種信息的強有力工具。多媒體計算機習題1.微型計算機系統(tǒng)有哪三個層次，簡述其內涵及其聯(lián)系與區(qū)別2.試述馮

諾依曼計算機的體系結構和馮

諾依曼存儲程序工作原理3.將二進制數(shù)11011.011轉換成十進制數(shù)，八進制數(shù)和十六進制數(shù)4.設計算機字長為8位，求機器數(shù)E3(H)分別為原碼、反碼、補碼、無符號數(shù)、壓縮BCD碼時對應的真值5.5.Key：21.25+15.4+21.25=57.9北京郵電大學計算機科學與技術學院，白中英，計算機組成原理[美]KrisJamsa，PCPerformanceTuningandUpgradingTipsandTechniques沈美明，溫冬嬋，IBM-PC匯編語言程序設計[美]ScottMueller,UpgradingandRepairingPCs參考教材1.1臺式個人計算機的構成（組裝）

PC配件的搭配問題

在裝機之前，我們必須逐一采購各種配件，然而這些配件必須有機地配合才能使用。具體來說，大家必須注意五點：CPU與芯片組配合內存與主板配合電源與主板配合顯卡與主板配合CPU風扇與CPU配合

1.1.1裝機必備——硬件基礎知識

主板由5部分組成：CPU、存儲器、總線、插槽和電源。它就象一座城市：CPU猶如行政領導機構；存儲器類似住宅、賓館、倉庫、廣場；總線則是大街小巷及交通指揮中心；插槽則象車站、碼頭、機場，代表主板與外界交換數(shù)據(jù)的能力；電源則是供應能量的電廠，通常電源在主板上只是一個插座，電源電路不在主板上。主板的總線結構1.1.2、簡潔的最小系統(tǒng)

所謂“最小系統(tǒng)”就是CPU（包含風扇）、主板、內存、顯卡、電源這五項配件。為了避免反復裝卸，強烈建議大家在固定主板之前使用“最小系統(tǒng)”驗證系統(tǒng)是否能夠順利點亮。當然，在測試時一定要注意防護靜電。其實，最佳的靜電防護方法便是使用專用的放靜電帶，并且接地。如果沒有接地設備，當我們要用手接觸板卡時，可以用手觸摸一下自來水管或潮濕的地面，把自己身上攜帶的靜電泄放掉，避免在接觸板卡時人身對板卡放電，造成板卡的損壞。特別是冬季干燥寒冷，我們穿的多為羊毛化纖制品，最容易產(chǎn)生靜電。1.1.3實戰(zhàn)演練——最小系統(tǒng)試驗既然最小系統(tǒng)是構成了整個PC的核心，那么我們就從安裝最小系統(tǒng)開始。在安裝時應該找一個防靜電帶置于主板的下方，同時將主板放在較為柔軟的物品上，以免刮傷背部的線路，建議使用防靜電包裝袋以及泡沫袋（圖）。1安裝CPU

CPU的安裝并不困難，大家首先要找對方向。注意觀察主板上CPU插槽，其中有些邊角處并沒有針孔，這一位置也應該對應CPU上缺針的位置。以AMD的AthlonXP或者Duron處理器為例，其針腳有兩個邊角呈“斜三角”（圖），應該對準SocketA插槽上的“斜三角”（圖）。如果方向反了，那么CPU是無法順利嵌入CPU插槽的。至于Intel的Pentium4或者Celeron4（賽揚）處理器，只有一個邊角呈現(xiàn)缺口（圖），大家對準CPU插槽的缺口即可（圖）。安裝CPU時應該先輕輕地拉起CPU插槽旁邊的滑桿（圖），此時CPU可以略帶阻尼感地插入CPU插槽，然后放下滑桿，以固定CPU（圖）。整個過程應該相當輕松，如果遇到很大的阻力，應該立即停止，因為這很可能是CPU插入方向錯誤所引起的。一味地使用蠻力肯定不能解決問題，反而會損壞CPU！CPU主要概念：主頻主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)。很多人以為認為CPU的主頻指的是CPU運行的速度，實際上這個認識是很片面的。CPU的主頻表示在CPU內數(shù)字脈沖信號震蕩的速度，與CPU實際的運算能力是沒有直接關系的。當然，主頻和實際的運算速度是有關的，但是目前還沒有一個確定的公式能夠實現(xiàn)兩者之間的數(shù)值關系，而且CPU的運算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標。由于主頻并不直接代表運算速度，所以在某些情況下，很可能會出現(xiàn)主頻較高的CPU實際運算速度較低的現(xiàn)象。因此主頻僅僅是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表CPU的整體性能。CPU主要概念：外頻外頻是CPU的基準頻率，單位也是MHz。外頻是CPU與主板之間同步運行的速度，而且目前的絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻也是內存與主板之間的同步運行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內存相連通，實現(xiàn)兩者間的同步運行狀態(tài)。前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率（即總線頻率）是直接影響CPU與內存直接數(shù)據(jù)交換速度。由于單位數(shù)據(jù)傳輸量取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)交換速度＝（總線頻率×數(shù)據(jù)帶寬）/8。外頻與前端總線(FSB)頻率的區(qū)別：前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數(shù)字脈沖信號在每秒鐘震蕩一千萬次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數(shù)據(jù)傳輸量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。CPU主要概念：倍頻倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。但實際上，在相同外頻的前提下，高倍頻的CPU本身意義并不大。這是因為CPU與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸速度是有限的，一味追求高倍頻而得到高主頻的CPU就會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”效應——CPU從系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)的極限速度不能夠滿足CPU運算的速度。通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標稱主頻更高的時鐘頻率上，這就是所謂的超頻。2安裝CPU風扇

相對而言，安裝CPU風扇是整個裝機過程中最危險的一步，因為用力不當就很容易壓壞CPU的核心。首先用導熱硅脂在CPU的表面均勻地涂上一層，做這一步的目的便是確保CPU與散熱片之間緊密接觸，趕走空氣（圖）。當然，導熱硅脂也不能涂太多，應該以裝上CPU風扇后不溢出為標準。最后大家千萬不能忘記為CPU風扇接上電源，不然短短的幾秒種就可能讓CPU過熱而燒毀。如今CPU風扇都采用3pin電源接口，一般位于主板上CPU插槽的附近（圖）。這種3pin電源接口有一個導向小槽，因此不用擔心插飯。此外，少數(shù)老式風扇可能依舊采用由ATX電源輸出的電源接口。3安裝內存和顯卡

在內存插槽上，我們可以看到兩個塑料鈕扣，將其向外搬，然后把內存條的缺口對準內存插槽上的小梗（圖），完全插入之后再將塑料鈕扣的位置復原（圖）。安裝內存基本上沒有太大的難度，只要注意方向即可。AGP顯卡的安裝也同樣簡單，大家只要將其插上主板的AGP插槽即可。此時，AGP顯卡的擋板應該面向主板端口的一側。很多主板的AGP插槽都有一個彈簧片（圖），當顯卡正確插入之后，該彈簧片會牢牢地扣住顯卡。4設定跳線、加電開機

在加電開機之前，我們還要設置一下各個重要跳線，以免因為參數(shù)錯誤而導致硬件損壞。一般而言，CPU外頻跳線、倍頻跳線、電壓跳線是我們首先關注的對象。當然，并非所有的主板都需要設置這些跳線，因為有些主板采取在BIOS中進行設定，或者完全由系統(tǒng)自動識別。。完成多種跳線的設定之后，我們就可以接上20pin的ATX電源了。主板上的20pinATX電源接口有一個導航槽，順著方向插入即可（圖）。之所以要求大家最后才接ATX電源也是為了保證安全，因為少數(shù)主板的供電模塊有些小問題，有時一接上電就會自動啟動。最后，我們就要進行開機了。雖然我們沒有開關按鈕，但是通過短路主板上2pin開關即可正常開機。主板上的2pin開關一般位于左下角（圖），通過說明書或者PCB上印刷字找到確切位置，用鑰匙等導電物輕輕一碰，ATX電源就會立即啟動。如果一切順利的話，應該能夠看到顯示器出現(xiàn)系統(tǒng)自檢畫面，這也表明這些配件基本上可以完美地協(xié)調工作。1.1.4再接再厲——完成裝機

盡管我們已經(jīng)成功地讓最小系統(tǒng)正常運作，但是如果要真正完成整個裝機過程，我們還必須經(jīng)歷固定主板、連接機箱前置面板與信號燈、安裝IDE設備、添加板卡等步驟。1連接機箱前置面板與信號燈一般來說，我們需要連接PC喇叭、硬盤信號燈、電源信號燈、ATX開關、Reset開關，其中ATX開關和Reset開關在連接時無需注意正負極，而PC喇叭、硬盤信號燈和電源信號燈需要注意正負極，白線或者黑線表示連接負極，彩色線（一般為紅線或者綠線）