第1章 微機(jī)系統(tǒng)概述

第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1.1相關(guān)術(shù)語1.2微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.3微型計(jì)算機(jī)組成原理1.4微型計(jì)算機(jī)工作原理

1.

位(bit)

字節(jié)(Byte)

字和字長(word)位編號(hào)微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.1相關(guān)術(shù)語1.

位(bit)

指計(jì)算機(jī)能表示的最基本最小的單位在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個(gè)二進(jìn)制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”2.字節(jié)(Byte)

相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)1Byte=8bit

如：1100001101010111例某CPU內(nèi)含8位運(yùn)算器，則：參加運(yùn)算的數(shù)及結(jié)果均以8位表示,最高位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位在8位運(yùn)算器中不保存，而將其保存到標(biāo)志寄存器中

10110101被加數(shù)8位

+10001111加數(shù)8位進(jìn)位1

11111101000100和8位PSW標(biāo)志寄存器運(yùn)算器標(biāo)志寄存器運(yùn)算器被加數(shù)加數(shù)和進(jìn)位字長是CPU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)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。CPU的字長有4位、8位、16位和32位等等3字長

字長是衡量CPU工作性能的一個(gè)重要參數(shù)。不同類型的CPU有不同的字長。如:Intel4004是4位

8080是8位

8088/8086/80286是16位

80386/80486、Pentium是32位

10101100011001011001100001000011被加數(shù)

+11000011110000110001010101011000加數(shù)進(jìn)位

11111111111101110000001010001010110110011011和

4位8次

8位4次16位2次32位1次位

1或01位字節(jié)

110000118位字

110000110011110016位雙字

1100001100111100110000110011110032位高字節(jié)低字節(jié)高字低字把一個(gè)字定為16位，1Word=2Byte

一個(gè)雙字定為32位

1DWord=2Word=4Byte4.位編號(hào)為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進(jìn)行編號(hào)。從低位開始，從右到左依次為0、1、2．．．←編號(hào)7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字節(jié)數(shù)據(jù)Data地址Address字的編號(hào)為15~05微處理器（Microprocessor）（MPU）（CPU）微處理器一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片，主要由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，是微型計(jì)算機(jī)的核心具有以下功能：可以進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算；可保存少量數(shù)據(jù)；能對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作等。6微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）（MC）通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：微機(jī)、微型機(jī)以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口電路及系統(tǒng)總線等所組成的計(jì)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，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)存儲(chǔ)器（Memory）

存儲(chǔ)器是計(jì)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。存儲(chǔ)器分為主存（內(nèi)存）和輔存（外存），主存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(shí)必須調(diào)入內(nèi)存才能運(yùn)行。存儲(chǔ)器按照存放內(nèi)容分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。RAM用于存放數(shù)據(jù)和臨時(shí)程序，也稱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，PC機(jī)的內(nèi)存即為RAM；ROM用于存放永久性程序或常數(shù)，如PC機(jī)中的BIOS程序，故亦稱程序存儲(chǔ)器。I/O（Input/Output）

I/O泛指I/O設(shè)備（如鍵盤、監(jiān)視器、打印機(jī)、A/D數(shù)據(jù)采集卡等）或I/O接口（如RS232、USB等）。I/O作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出通道。

7微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputersystem）(mcs)以微型計(jì)算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微型計(jì)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。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件微型計(jì)算機(jī)（主機(jī)）微處理器

(CPU)軟件外圍設(shè)備運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器

(內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語音識(shí)別儀…)

輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、…)

輔助存儲(chǔ)器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O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(jì)算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理…)電源電路時(shí)鐘電路1.2微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（自學(xué)）1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)二、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的ENIAC1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndcalculator），裝有18,000個(gè)電子管，總重量達(dá)30噸，運(yùn)算速度5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2

，造價(jià)100萬美元。不過它還沒有引入CPU的概念微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機(jī)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。4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機(jī)集成度為6000個(gè)晶體管，主頻為2MHz。Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)第3代：16位微機(jī)采用了3

m工藝，集成了29,000個(gè)晶體管，工作頻率為4.77MHz。

8086→8088→80286，IBMPC系列機(jī)Intel4004微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展（續(xù)）第4代：32位微機(jī)PentiumIII采用0.6m-0.18m工藝，集成度550萬-950萬晶體管，時(shí)鐘頻率166MHz-1GHz80386→80486→Pentium32位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī)第5代：32-64位微機(jī)64位RISC微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站第6代：64位微機(jī)PentiumII→PentiumIII→Pentium4計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，為何要學(xué)8086/8088系統(tǒng)？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(jì)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(jì)算機(jī)的工作原理及其線路設(shè)計(jì)還是有利于教學(xué)的IBM-PC機(jī)的指令系統(tǒng)從8086/8088-Pentium都是向上兼容的。為設(shè)計(jì)某一具體用途的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，和學(xué)習(xí)掌握其他機(jī)種打下基礎(chǔ)精度——用字長（數(shù)據(jù)總線位數(shù)，Bit）來表示。如64位機(jī)比32位機(jī)精度高。速度——用主頻（微處理器的振蕩頻率，MHz、GHz）來表示。如INTEL8086主頻為4.77MHz，而Pentium4的主頻高達(dá)2GHz。內(nèi)存——用容量（存儲(chǔ)單元字節(jié)數(shù)，MByte）來表示。如，INTEL8086的最大內(nèi)存只有1MB，而Pentium4可以高達(dá)64GB。（1GB=1024MB）接口——接口類型和接口數(shù)量。板級(jí)接口ISA、PCI等，外設(shè)接口RS232、RS485、LPT、USB等?？煽啃浴闷骄鶡o故障時(shí)間（小時(shí)）表示。功耗——耗電功率（W）或持續(xù)運(yùn)行時(shí)間（筆記本電腦等便攜機(jī)）。微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)1.3微型計(jì)算機(jī)組成原理CPU總線形成系統(tǒng)總線內(nèi)存內(nèi)存接口接口接口接口外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)微機(jī)的基本組成要素微處理器——大腦，信息處理中心存儲(chǔ)器——信息倉庫輸入輸出接口——信息來源與歸宿信息載體信息通道總線——連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線CPUMEMI/ODB—DataBusAB—AddressBusCB—ControlBusABCBDB三大總線數(shù)據(jù)總線DB：雙向用來在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。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。地址總線AB：單向用來傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪問的存儲(chǔ)單元、I/O端口。通過地址總線，可使某個(gè)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，以防止操作錯(cuò)誤?？刂瓶偩€CB：

用于傳送各種控制信號(hào)。

有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號(hào)、寫控制信號(hào)；有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請信號(hào)。1.4微型計(jì)算機(jī)的工作原理微處理器的結(jié)構(gòu)與工作過程存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與工作過程I/O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(yùn)算器＋寄存器一、微處理器的結(jié)構(gòu)與工作過程存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與工作過程二、存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及其工作過程00000000000110110000101100001011000010110000000100020000000100000001微型計(jì)算機(jī)的工作過程三、

輸入/輸出接口結(jié)構(gòu)及其工作原理外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過I/O接口與CPU相連。

鍵盤

→鍵盤接口顯示器

→顯示卡鼠標(biāo)

→串行接口網(wǎng)絡(luò)

→網(wǎng)卡

打印機(jī)

→并行接口音箱、麥可風(fēng)

→聲卡輸入輸出接口的結(jié)構(gòu)與工作過程小結(jié)：掌握微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念掌握微型計(jì)算機(jī)組成要素、三大總線各自特點(diǎn)掌握微型計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)了解微機(jī)工作過程作業(yè)1、三大總線的分類和特點(diǎn)？2、微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)3、微型計(jì)算機(jī)的構(gòu)成1）運(yùn)算器算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU（ArithmeticLogicUnit）：專門進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算和與、或、非、異或、循環(huán)移位等邏輯運(yùn)算。2）控制器指揮控制中心，負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲(chǔ)器中取出，經(jīng)譯碼分析后發(fā)出相應(yīng)的控制命令。3）寄存器相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的存儲(chǔ)器，可提高機(jī)器的運(yùn)行速度。程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）：記錄下一條要執(zhí)行的指令機(jī)器碼在程序存儲(chǔ)器中的位置。亦稱指令指針I(yè)P（InstructionPoin