微型计算机原理第二版第1章.ppt

第1章 微型计算机系统导论 第1章 微型计算机系统导论 1.1引言引言1.2计算机的发展概况计算机的发展概况1.3微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1.4微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统1.5微型计算机的工作过程微型计算机的工作过程第1章 微型计算机系统导论 1.1 引 言 电电子子计计算算机机是是由由各各种种电电子子器器件件组组成成的的,能能够够自自动动、高高速速、精精确确地地进进行行算算术术运运算算、逻逻辑辑控控制制和和信信息息处处理理的的现代化设备现代化设备广广泛泛应应用用于于科科学学计计算算、数数据据（信信息息）处处理理和和过过程程控控制等领域。制等领域。计算机早期的主要应用领域是科学计算。计算机早期的主要应用领域是科学计算。非常复杂的非常复杂的数学方程的求解。手工计算非常费时间，有时甚至无法完成。数学方程的求解。手工计算非常费时间，有时甚至无法完成。对此难题，计算机可以发挥其强大的威力。对此难题，计算机可以发挥其强大的威力。第1章 微型计算机系统导论 计算机在科学计算中，一般用计算机在科学计算中，一般用高级语言编程高级语言编程高级语言是面向用户的，用高级语言编写程序比较容易和方便，高级语言是面向用户的，用高级语言编写程序比较容易和方便，易学易用。易学易用。与其在信息处理和过程控制领域的应用相比较，还有以下与其在信息处理和过程控制领域的应用相比较，还有以下两个两个特点特点：第一，它没有很强的实时性要求：第一，它没有很强的实时性要求第二，在科学计算中，需要输入计算机的数据，一般不是从某种第二，在科学计算中，需要输入计算机的数据，一般不是从某种物理现场实时采集的，不需要有专用的完成数据采集任务的输入物理现场实时采集的，不需要有专用的完成数据采集任务的输入设备；同样，计算的结果，一般也不完成对外界的控制功能，不设备；同样，计算的结果，一般也不完成对外界的控制功能，不需要有专门的输出设备与其它系统相连。需要有专门的输出设备与其它系统相连。第1章 微型计算机系统导论 在数据（信息）处理和过程控制应用领域的应用在数据（信息）处理和过程控制应用领域的应用对系统的对系统的实时性实时性有很高的要求有很高的要求程序更精练，运行起来更快（用机器语言或汇编语言编写程序）程序更精练，运行起来更快（用机器语言或汇编语言编写程序）要用专门的要用专门的输入设备输入设备将有关信息输入计算机，用专门的将有关信息输入计算机，用专门的输出设备输出设备输出处理结果或对被控对象实施控制输出处理结果或对被控对象实施控制专用的输入输出设备与计算机的连接和编程控制（称为专用的输入输出设备与计算机的连接和编程控制（称为接口接口），），为此为此，必须对计算机的工作原理有更深入的了解，对计算机的，必须对计算机的工作原理有更深入的了解，对计算机的逻辑组成、工作原理、与外界的接口技术以及直接依赖于计算机逻辑组成、工作原理、与外界的接口技术以及直接依赖于计算机逻辑结构的机器语言、汇编语言编程方法等需要进一步的学习。逻辑结构的机器语言、汇编语言编程方法等需要进一步的学习。第1章 微型计算机系统导论 1.2 计算机的发展概况 计算机的发展，和电子技术，特别是微电子技术密切相关计算机的发展，和电子技术，特别是微电子技术密切相关的。自的。自1946年世界上第一台电子计算机问世以来，计算机技术年世界上第一台电子计算机问世以来，计算机技术得到了突飞猛进的发展，在这不长的时间里，计算机的发展已得到了突飞猛进的发展，在这不长的时间里，计算机的发展已经历了经历了四代四代：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模、超大规模集成电路计算机。和大规模、超大规模集成电路计算机。目前目前，各国正加紧研制，各国正加紧研制和开发第五代和开发第五代“非冯非冯诺依曼诺依曼”计算机和第六代计算机和第六代“神经神经”计算计算机。机。第1章 微型计算机系统导论 微微型型计计算算机机属属于于第第四四代代计计算算机机，是是二二十十世世纪纪70年年代代初初期期研研制制成成功功的的。一一方方面面是是由由于于军军事事、空空间间及及自自动动化化技技术术的的发发展展需需要要体体积积小小、功功耗耗低低、可可靠靠性性高高的的计计算算机机，另另一一方方面面，大大规规模模集集成成电电路路技技术术的的不不断断发发展展也也为为微微型型计计算算机机的的产产生生打打下下了了坚坚实实的的物质基础。物质基础。微处理器微处理器(MicroProcessor)是微型计算机的核心是微型计算机的核心芯片，它是将计算机中的运算器和控制器集成在一片硅片上制芯片，它是将计算机中的运算器和控制器集成在一片硅片上制成的集成电路。这样的芯片也被称为中央处理单元，简称为成的集成电路。这样的芯片也被称为中央处理单元，简称为CPU(CentralProcessingUnit)。第1章 微型计算机系统导论 微微型型计计算算机机(MicroComputer)是是由由微微处处理理器器(CPU)、存储器和、存储器和I/O接口电路组成的计算机。接口电路组成的计算机。微处理器和微型计算机发展极快，几乎每两年微处理微处理器和微型计算机发展极快，几乎每两年微处理器的集成度翻一番，每器的集成度翻一番，每2 4年更新换代一次，现已进年更新换代一次，现已进入第五代入第五代。第1章 微型计算机系统导论 1.第一代第一代4位或低档位或低档8位微处理器位微处理器典型产品是典型产品是Intel公司公司1971年研制成功的年研制成功的4004（4位位CPU）及及1972年推出的低档年推出的低档8位位CPU8008指令系统比较简单，运算能力差，速度慢（平均指令执行时指令系统比较简单，运算能力差，速度慢（平均指令执行时间为间为10 20 s）。）。软件主要使用机器语言及简单的汇编语言编软件主要使用机器语言及简单的汇编语言编写。写。第1章 微型计算机系统导论 2第二代第二代中高档中高档8位微处理器位微处理器以以Intel公公司司、Motorola公公司司、Zilog公公司司产产品品为为代代表表的的三三大大系系列列微微处处理理器器。典典型型产产品品有有1974年年Intel公公司司生生产产的的8080CPU，Zilog公公司司生生产产的的Z80CPU、Motorola公公司司生生产产的的MC6800CPU以以及及Intel公公司司1976年年推推出出的的8085CPU。它它们们均均为为8位位微微处处理理器器，具具有有16位地址总线。位地址总线。指令的平均执行时间为指令的平均执行时间为1 2 s。指令系统相对比较完善，已具指令系统相对比较完善，已具有典型的计算机体系结构以及中断、存储器直接存取有典型的计算机体系结构以及中断、存储器直接存取(DMA)功能。功能。微机系统已经配有单用户操作系统，可使用汇编语言及微机系统已经配有单用户操作系统，可使用汇编语言及BASIC、FORTRAN等高级语言编写程序。等高级语言编写程序。第1章 微型计算机系统导论 3第三代第三代16位微处理器位微处理器典典型型产产品品是是1978年年Intel公公司司生生产产的的8086 CPU、Zilog公公司司的的Z8000CPU和和Motorola公公司司的的MC6800CPU。它它们们均均为为16位位微微处理器，具有处理器，具有20位地址总线。位地址总线。有丰富的指令系统、多级中断系统、多处理机系统、段式存储有丰富的指令系统、多级中断系统、多处理机系统、段式存储器管理以及硬件乘除法器等。器管理以及硬件乘除法器等。准准16位的位的8088CPU，其指令系统与其指令系统与8086完全兼容，完全兼容，CPU内部结内部结构仍为构仍为16位，但外部数据总线是位，但外部数据总线是8位的。位的。第1章 微型计算机系统导论 1982年，年，Intel公司在公司在8086基础上研制出性能更优越的基础上研制出性能更优越的16位微位微处理器芯片处理器芯片80286。它具有。它具有24位地址总线，并具有多任务系统位地址总线，并具有多任务系统所必须的任务切换功能、存储器管理功能以及各种保护功能。所必须的任务切换功能、存储器管理功能以及各种保护功能。以以80286为为CPU组成组成IBMPC/AT高档高档16位微型计算机。位微型计算机。第1章 微型计算机系统导论 4第四代第四代32位高档微处理器位高档微处理器1985年年，Intel公公司司推推出出了了32位位微微处处理理器器芯芯片片80386，其其地地址址总总线线也也为为32位位。80386有有两两种种结结构构：80386SX和和80386DX。80386SX内内部部结结构构位位32位位，外外部部数数据据总总线线为为16位位，采采用用80287作作为为协协处处理理器器，指指令令系系统统与与80286兼兼容容。80386DX内内部部结结构构、外外部部数数据据总总线线皆皆为为32位，采用位，采用80387作为协处理器。作为协处理器。1990年，年，Intel公司在公司在80386基础上研制出新一代基础上研制出新一代32位微处理器芯位微处理器芯片片80486，其地址总线仍然为，其地址总线仍然为32位。它相当于把位。它相当于把80386、80387及及8KB高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)集成在一块芯片上，性能比集成在一块芯片上，性能比80386有有较大提高。较大提高。第1章 微型计算机系统导论 1993年年Intel公司推出的公司推出的Pentium(奔腾，奔腾，Intel586)也属于也属于32位位CPU。Pentium微处理器数据总线为微处理器数据总线为64位，地址总线位，地址总线为为36位，有两条超标量流水线，两个并行执行位，有两条超标量流水线，两个并行执行单元及双高速缓冲存储器，工作频率有单元及双高速缓冲存储器，工作频率有50MHz、66MHz、133MHz、和、和166MHz等。等。第1章 微型计算机系统导论 5.第五代第五代64位高档微处理器位高档微处理器Intel公公司司在在2005年年推推出出第第一一款款64位位CPU，Pentium46XX，高高端产品端产品P4EE，随后又发布了，随后又发布了64位的位的CeleronDCPU系列芯片。系列芯片。双核双核CPU，多核，多核CPU。第1章 微型计算机系统导论 微型机微型机系统系统硬件硬件硬件硬件软件软件软件软件微型计算机微型计算机微型计算机微型计算机外围设备外围设备外围设备外围设备系统软件系统软件系统软件系统软件应用软件应用软件应用软件应用软件CPUCPU内存内存内存内存输入输入输入输入/输出接口电路输出接口电路输出接口电路输出接口电路1.3微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统电源和辅助电路电源和辅助电路电源和辅助电路电源和辅助电路第1章 微型计算机系统导论 硬件硬件微型机微型机系统系统外外围围设备设备过程控制过程控制I/O通道通道A/D,D/A转换器转换器开关量等开关量等外部外部设备设备键盘、鼠标等输入设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备显示器、打印机等输出设备软驱、硬盘及磁带等外存储器软驱、硬盘及磁带等外存储器主机主机输入输出输入输出(I/O)接口电路接口电路微处理器微处理器(CPU)运算器运算器(算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALU)控制器控制器(控制单元控制单元CU)寄存器阵列寄存器阵列(RA)内存储器内存储器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等等系统软件系统软件软件软件用户（应用）软件用户（应用）软件微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成第1章 微型计算机系统导论 1.3.1基于总线的微型计算机硬件系统基于总线的微型计算机硬件系统到到目目前前为为止止，计计算算机机仍仍沿沿用用1940年年由由冯冯.诺诺依依曼曼首首先先提提出出的的体体系系结构。其基本设计思想为：结构。其基本设计思想为：以二进制形式表示指令和数据。以二进制形式表示指令和数据。程程序序和和数数据据事事先先存存放放在在存存储储器器中中，计计算算机机在在工工作作时时能能够够高速地从存储器中取出指令加以执行。高速地从存储器中取出指令加以执行。由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机硬件系统。大部件组成计算机硬件系统。第1章 微型计算机系统导论 微型计算机硬件系统结构微型计算机硬件系统结构地址总线地址总线AB定时电路定时电路输入设备输入设备输出设备输出设备I/O接口接口ROMRAM数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB微微处处理理器器(CPU)第1章 微型计算机系统导论 总总线线，是是计计算算机机中中各各功功能能部部件件间间传传送送信信息息的的公公共共通通道道，是是微微型型计计算算机机的的重重要要组组成成部部分分。它它们们可可以以是是带带状状的的扁扁平平电电缆缆线线，也也可可以以是是印印刷刷电电路路板板上上的的一一层层极极薄薄的的金金属属连连线线。所所有有的的信信息息都都通通过过总总线线传传送送。根根据据所所传传送送信信息息的的内内容容与与作作用用不不同同，总总线线可可分分为为三类：三类：地址总线地址总线AB(AddressBus)：在对存储器或：在对存储器或I/O端口进行访端口进行访问时，传送问时，传送由由CPU提供的要访问存储单元或提供的要访问存储单元或I/O端口的地址信端口的地址信息，以便选中要访问的存储单元或息，以便选中要访问的存储单元或I/O端口，是单向总线。端口，是单向总线。第1章 微型计算机系统导论 数数据据总总线线DB(DataBus)：从从存存储储器器取取指指令令或或读读写写操操作作数数，对对I/O端端口口进进行行读读写写操操作作时时，指指令令码码或或数数据据信信息息通通过过数数据据总总线线送送往往CPU或由或由CPU送出，是双向总线。送出，是双向总线。控制总线控制总线CB(ControlBus)：各种控制或状态信息通过控制：各种控制或状态信息通过控制总线由总线由CPU送往有关部件，或者从有关部件送往送往有关部件，或者从有关部件送往CPU。CB中每中每根线的传送方向是一定的，图根线的传送方向是一定的，图1.2中中CB作为一个整体，用双向表作为一个整体，用双向表示。示。第1章 微型计算机系统导论 微处理器 外部外部DB微处理器微处理器(CPU)AARPLAPC标志寄存器标志寄存器IDIRDRRA至外部至外部CB外部外部AB4001HE7H4002H34H4003HA5H4004H62H4005H38H存储器存储器地址地址单元内容单元内容ALU微处理器结构微处理器结构内内部部数数据据总总线线DB第1章 微型计算机系统导论 1运算器运算器运算器又称算术逻辑单元运算器又称算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicUnit)，用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。，用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。第1章 微型计算机系统导论 2.控制器控制器控控制制器器又又称称控控制制单单元元CU(ControlUnit)，是是全全机机的的指指挥挥控控制制中中心心。它它负负责责把把指指令令逐逐条条从从存存储储器器中中取取出出，经经译译码码分分析析后后向向全全机机发发出出取取数数、执执行行、存存数数等等控控制制命命令令，以以保保证证正正确确完完成成程程序序所要求的功能。所要求的功能。(1)指令寄存器指令寄存器IR(InstructionRegister)：用来存放从存储：用来存放从存储器取出的将要执行的指令码。器取出的将要执行的指令码。第1章 微型计算机系统导论(2)指指令令译译码码器器ID(InstructionDecoder)：用用来来对对指指令令寄寄存存器器IR中中的的指指令令操操作作码码字字段段（指指令令中中用用来来说说明明指指令令功功能能的的字字段段）进行译码，以确定该指令应执行什么操作。进行译码，以确定该指令应执行什么操作。(3)可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)：用：用来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制信号，并经来产生取指令和执行指令所需要的各种微操作控制信号，并经过控制总线过控制总线CB送往有关部件，从而使计算机完成相应的操作。送往有关部件，从而使计算机完成相应的操作。第1章 微型计算机系统导论 3.内部寄存器 1)程序计数器程序计数器PC(ProgramCounter)程序计数器有时也被称为指令指针程序计数器有时也被称为指令指针IP(InstructionPointer)。它被用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址。在程序开它被用来存放下一条要执行指令所在存储单元的地址。在程序开始执行前，必须将程序的第一条指令所在的存储单元地址送入始执行前，必须将程序的第一条指令所在的存储单元地址送入PC。当执行指令时，当执行指令时，CPU将自动修改将自动修改PC内容，以便使其保持的总是将内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址要执行的下一条指令的地址(PC自动加自动加1;或遇到跳转指令时，从或遇到跳转指令时，从指令寄存器指令寄存器IR中的地址字段得到后继指令的地址中的地址字段得到后继指令的地址)。第1章 微型计算机系统导论 2)地址寄存器地址寄存器AR(AddressRegister)：地地址址寄寄存存器器用用来来存存放放正正要要取取出出的的指指令令的的地地址址或或操操作作数数的的地地址址。由由于于在在内内存存单单元元和和CPU之之间间存存在在着着操操作作速速度度上上的的差差异异，所所以以必必须须使使用用地地址址寄寄存存器器来来保保持持地地址址信信息息，直直到到内内存存的的读读/写写操操作完成为止。作完成为止。在在取取指指令令时时，PC中中存存放放的的指指令令地地址址送送到到AR，根根据据此此地地址址从存储器中取出指令。从存储器中取出指令。在读在读/写操作数时，将操作数地址通过内部数据总线送到写操作数时，将操作数地址通过内部数据总线送到AR，再根据此地址与存储器传送操作数。，再根据此地址与存储器传送操作数。第1章 微型计算机系统导论 3)数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器DR(DataRegister)数据缓冲寄存器用来暂时存放指令或数据。数据缓冲寄存器用来暂时存放指令或数据。数数据据缓缓冲冲寄寄存存器器DR是是CPU和和内内存存、外外部部设设备备之之间间信信息息传传送送的的中中转转站站，用用来来补补偿偿CPU和和内内存存、外外围围设设备备之之间间在在操操作作速速度度上存在的差异。上存在的差异。第1章 微型计算机系统导论 4)指令寄存器指令寄存器IR(InstructionRegister)指令寄存器用来保存从存储器取出的将要执行的指令码，指令寄存器用来保存从存储器取出的将要执行的指令码，以便指令译码器对其操作码字段进行译码，产生执行该指令以便指令译码器对其操作码字段进行译码，产生执行该指令所需的微操作命令。所需的微操作命令。第1章 微型计算机系统导论 5)累加器累加器A(Accumulator)累加器是使用最频繁的一个寄存器。在执行算术逻辑运算时，累加器是使用最频繁的一个寄存器。在执行算术逻辑运算时，它用来存放一个操作数，而运算结果通常又放回累加器，其中它用来存放一个操作数，而运算结果通常又放回累加器，其中原有信息随即被破坏。原有信息随即被破坏。显然，显然，CPU中至少应有一个累加器。目前中至少应有一个累加器。目前CPU中通常有很多中通常有很多个累加器。当使用多个累加器时，就变成了通用寄存器堆结构，个累加器。当使用多个累加器时，就变成了通用寄存器堆结构，其中任何一个既可存放目的操作数，也可以放源操作数。例如其中任何一个既可存放目的操作数，也可以放源操作数。例如本书介绍的本书介绍的80 x86系列系列CPU就采用了这种累加器结构。就采用了这种累加器结构。第1章 微型计算机系统导论 6)标志寄存器标志寄存器FLAGS（FlagRegister）标志寄存器有时也称为程序状态字标志寄存器有时也称为程序状态字PSW(ProgramStatusWord)。它用来存放执行算术运算指令、逻辑运算指令或测试。它用来存放执行算术运算指令、逻辑运算指令或测试指令后建立的各种指令后建立的各种状态标志状态标志内容以及对内容以及对CPU操作进行控制的操作进行控制的控控制标志制标志信息。标志标志位的具体设置及功能随微处理器型号的信息。标志标志位的具体设置及功能随微处理器型号的不同而不同。编写程序时，可以通过测试有关标志位的状态不同而不同。编写程序时，可以通过测试有关标志位的状态（0或或1）来决定程序的流向。）来决定程序的流向。第1章 微型计算机系统导论 1.3.3存储器存储器这这里里介介绍绍的的存存储储器器是是指指内内存存储储器器（又又称称为为主主存存或或内内存存）。它它是是微微型型计计算算机机的的存存储储和和记记忆忆装装置置，用用来来存存放放指指令令、原原始始数数据据、中间结果和最终结果。中间结果和最终结果。在计算机内部，程序和数据都以二进制形式表示，在计算机内部，程序和数据都以二进制形式表示，8位二进位二进制代码作为一个制代码作为一个字节字节。为了便于对存储器进行访问，存储器通。为了便于对存储器进行访问，存储器通常被划分为许多常被划分为许多单元单元，每个存储单元存放一个字节的二进制信，每个存储单元存放一个字节的二进制信息，每个存储单元分别赋予一个编号，称为息，每个存储单元分别赋予一个编号，称为地址地址。第1章 微型计算机系统导论 计算机在执行程序时，计算机在执行程序时，CPU会自动而连续地从内存储器中会自动而连续地从内存储器中取出要执行的指令，并执行指令规定的操作。计算机每完成一取出要执行的指令，并执行指令规定的操作。计算机每完成一条指令，至少有一次为取指令而访问内存储器的操作。条指令，至少有一次为取指令而访问内存储器的操作。内存储器是计算机主机的一部分，一般把具有一定容量且内存储器是计算机主机的一部分，一般把具有一定容量且速度较高的存储器作为内存储器，速度较高的存储器作为内存储器，CPU可直接用指令对内存储可直接用指令对内存储器进行读写。在微型计算机中，通常用半导体存储器作为内存器进行读写。在微型计算机中，通常用半导体存储器作为内存储器。储器。第1章 微型计算机系统导论 E7H34HA5HF2H38H4001H4002H4003H4004H4005H地址地址指令或数据内容指令或数据内容 0011100000111000内存单元的地址和内容内存单元的地址和内容第1章 微型计算机系统导论 1.基本概念基本概念位位(Bit)：二进制信息的最小单位（二进制信息的最小单位（0或或1）字字节节(Byte)：由由8位位二二进进制制数数组组成成，可可以以存存放放在在一一个个存存储储单单元元中。是字的基本组成单位。中。是字的基本组成单位。字（字（Word）：计算机中作为一个整体来处理和运算的一组二计算机中作为一个整体来处理和运算的一组二进制数，是字节的整数倍。通常它与计算机内部的寄存器、算进制数，是字节的整数倍。通常它与计算机内部的寄存器、算术逻辑单元、数据总线宽度相一致。每个字包括的位数称为计术逻辑单元、数据总线宽度相一致。每个字包括的位数称为计算机的字长，是计算机的重要性能指标。目前为了表示方便，算机的字长，是计算机的重要性能指标。目前为了表示方便，常把一个字定义为常把一个字定义为16位，把一个双字定义为位，把一个双字定义为32位。位。第1章 微型计算机系统导论 内内存存容容量量：内内存存中中存存储储单单元元的的总总数数。通通常常以以字字节节为为单单位位，1024（210）字节记作）字节记作1KB，220字节记作字节记作1MB,230字节记作字节记作1GB。内存单元地址内存单元地址：为了能识别不同的单元，每个单元都赋予一：为了能识别不同的单元，每个单元都赋予一个编号，这个编号称之为内存单元地址。显然，各内存单元的个编号，这个编号称之为内存单元地址。显然，各内存单元的地址与该地址对应的单元中存放的内容是两个完全不同的概念，地址与该地址对应的单元中存放的内容是两个完全不同的概念，不可混淆。不可混淆。第1章 微型计算机系统导论 2.内存的操作内存的操作CPU对内存的操作有两种：对内存的操作有两种：读或写读或写。读操作是。读操作是CPU将内将内存单元的内容读入存单元的内容读入CPU内部，而写操作是内部，而写操作是CPU将其内部信息送将其内部信息送到内存单元保存起来。显然，写操作的结果改变了被写内存单到内存单元保存起来。显然，写操作的结果改变了被写内存单元的内容，是破坏性的，而读操作是非破坏性的，即该内存单元的内容，是破坏性的，而读操作是非破坏性的，即该内存单元的内容在信息被读出之后仍保持原信息不变。元的内容在信息被读出之后仍保持原信息不变。第1章 微型计算机系统导论 从内存单元读出信息的操作过程如图从内存单元读出信息的操作过程如图(a)所示。假设将地址所示。假设将地址为为90H的单元中的内容的单元中的内容10111010B(BAH)读入读入CPU，其操作过程，其操作过程如下：如下：（1）CPU经地址寄存器经地址寄存器AR将要读取单元的地址信息将要读取单元的地址信息10010000B(90H)送送地址地址总线，经地址译码器选中总线，经地址译码器选中90H单元。单元。（2）CPU发出发出“读读”控制信号。（控制信号。（3）在读控制信号的作用下，）在读控制信号的作用下，将将90H单元中的内容单元中的内容10111010B(BAH)放到放到数据数据总线上，然后经总线上，然后经数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器DR送入送入CPU中的有关部件进行处理。中的有关部件进行处理。第1章 微型计算机系统导论 地地址址译译码码器器10101101B00011010B10111010B10111010B内容内容地址地址00H01HFFH90HAB10010000B来自来自CPU的写信号的写信号00000000BDB地地址址译译码码器器10101101B00011010B10111010B10111010B内容内容地址地址00H01HFFH90HAB10010000B10111010BDB来自来自CPU的读信号的读信号(a)内存读操作过程示意图内存读操作过程示意图(b)内存写操作过程示意图内存写操作过程示意图内存读写操作过程示意图内存读写操作过程示意图第1章 微型计算机系统导论 向内存单元写入信息的操作如图向内存单元写入信息的操作如图(b)所示。假定要将数据所示。假定要将数据0写入内存中地址为写入内存中地址为90H的单元，其操作过程如下：的单元，其操作过程如下：（1）写入单元的）写入单元的地址地址信息信息90H经地址寄存器经地址寄存器AR送到地址总线送到地址总线上。（上。（2）待写入的）待写入的数据数据00000000B经数据缓冲寄存器经数据缓冲寄存器DR放到数放到数据总线上。（据总线上。（3）CPU发出发出“写写”控制信号，在该信号的作用下控制信号，在该信号的作用下将数据将数据0写入写入90H单元。此时，单元。此时，90H单元中原有的内容单元中原有的内容10111010B就会被就会被00000000B所替代。所替代。第1章 微型计算机系统导论 3.内存的分类内存的分类按按工工作作方方式式，内内存存可可分分为为两两大大类类：随随机机读读写写存存储储器器RAM(RandomAccessMemory)和和只只读读存存储储器器ROM(ReadOnlyMemory)。随随机机读读写写存存储储器器可可被被CPU随随机机地地读读写写，它它用用于于存存放放将将要要被被CPU执执行行的的用用户户程程序序、数数据据以以及及部部分分系系统统程程序序。断断电电后后，其其中中存存放放的所有信息将丢失。的所有信息将丢失。只读存储器只读存储器中的信息只能被中的信息只能被CPU读取，而不能由读取，而不能由CPU任意地写任意地写入。断电后，其中的信息不会丢失。它用于存放永久性的程序入。断电后，其中的信息不会丢失。它用于存放永久性的程序和数据。如系统引导程序、监控程序、操作系统中的基本输入和数据。如系统引导程序、监控程序、操作系统中的基本输入/输出管理程序（输出管理程序（BIOS）等。）等。第1章 微型计算机系统导论 1.4.4I/O接口与输入输出设备接口与输入输出设备I/O接口是微型计算机与输入输出设备之间信息交换的桥梁。接口是微型计算机与输入输出设备之间信息交换的桥梁。程序、数据及现场信息要通过输入设备输入给计算机。计算程序、数据及现场信息要通过输入设备输入给计算机。计算机的处理结果要通过输出设备输出，以便用户使用。常用的输机的处理结果要通过输出设备输出，以便用户使用。常用的输入设备有：键盘、鼠标、数字化仪、扫描仪、入设备有：键盘、鼠标、数字化仪、扫描仪、A/D转换器等。转换器等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、D/A转换器等。转换器等。第1章 微型计算机系统导论 外设的种类很多，工作速度较低外设的种类很多，工作速度较低,处理的信息多样化处理的信息多样化，另外，另外，外设与微机工作的逻辑时序也可能不一致。为此，微机与外设外设与微机工作的逻辑时序也可能不一致。为此，微机与外设之间的连接及信息的交换不能直接进行，而需要设计一个之间的连接及信息的交换不能直接进行，而需要设计一个I/O接接口作为微型机与外设之间的桥梁。口作为微型机与外设之间的桥梁。I/O接口也称为接口也称为I/O适配器，不同的外设必须通过不同的适配器，不同的外设必须通过不同的I/O适配适配卡（板）才能与微机相连。所以，卡（板）才能与微机相连。所以，I/O接口是微型计算机应用系接口是微型计算机应用系统不可缺少的重要组成部件。任何一个微机应用系统的研制和统不可缺少的重要组成部件。任何一个微机应用系统的研制和开发，实际上是开发，实际上是I/O接口的研制和开发。因此，接口的研制和开发。因此，I/O接口技术是本接口技术是本课程要重点讨论的内容之一，课程要重点讨论的内容之一，第1章 微型计算机系统导论 1.4微型计算机软件系统微型计算机软件系统所谓所谓软件软件，就是为了管理、维护计算机以及为完成用户，就是为了管理、维护计算机以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。计算机的工作就是的某种特定任务而编写的各种程序的总和。计算机的工作就是运行程序，通过逐条地从存储器（内存）中取出程序中的指令运行程序，通过逐条地从存储器（内存）中取出程序中的指令并执行指令规定的操作而实现某种特定的功能，因此，软件是并执行指令规定的操作而实现某种特定的功能，因此，软件是微型计算机系统不可缺少的组成部分。微型计算机的软件包括微型计算机系统不可缺少的组成部分。微型计算机的软件包括系统软件和用户（应用）软件。系统软件和用户（应用）软件。第1章 微型计算机系统导论 系系统统软软件件是是指指不不需需要要用用户户干干预预的的，为为其其它它程程序序的的开开发发、调调试试以以及及运运行行等等建建立立一一个个良良好好环环境境的的程程序序。主主要要包包括括操操作作系系统统OS(OperatingSystem)和和系系统统应应用用程程序序。操操作作系系统统用用于于提提供供人人机机接接口口和和管管理理、调调度度计计算算机机的的所所有有硬硬件件与与软软件件资资源源。其其中中最最为为重重要要的的核核心心部部分分是是常常驻驻监监控控程程序序，计计算算机机启启动动后后，常常驻驻监监控控程程序始终存放在内存中，它接收用户命令，并执行相应的操作；序始终存放在内存中，它接收用户命令，并执行相应的操作；第1章 微型计算机系统导论 操作系统还包括用于执行操作系统还包括用于执行I/O操作的操作的I/O驱动程序驱动程序，每当用，每当用户程序或其它系统程序需要使用户程序或其它系统程序需要使用I/O设备时，通常并不是该程序设备时，通常并不是该程序执行执行I/O操作，而是由操作系统利用操作，而是由操作系统利用I/O驱动程序来执行任务；驱动程序来执行任务；此外，操作系统还包括用于管理存放在外存中大量数据的此外，操作系统还包括用于管理存放在外存中大量数据的文件文件管理程序管理程序，文件管理程序和，文件管理程序和I/O驱动程序配合使用，用于文件驱动程序配合使用，用于文件的存取、复制和其它处理。系统应用程序很多，如各种高级语的存取、复制和其它处理。系统应用程序很多，如各种高级语言的编译程序、汇编程序、诊断和调试程序，文字处理程序，言的编译程序、汇编程序、诊断和调试程序，文字处理程序，服务性工具程序，数据库管理程序等。服务性工具程序，数据库管理程序等。第1章 微型计算机系统导论 用户软件用户软件就是用户为解决各种实际问题而编就是用户为解决各种实际问题而编写的各种程序。常用的编程语言：写的各种程序。常用的编程语言：机器语言机器语言程序是计算机能够理解和直接执行的程序是计算机能够理解和直接执行的程序，其指令是用二进制代码表示和存储的。程序，其指令是用二进制代码表示和存储的。汇编语言汇编语言程序是用助记符语言表示的程序，计程序是用助记符语言表示的程序，计算机不能直接算机不能直接“识别识别”，需要经过，需要经过“汇编程序汇编程序”把它转换为机器语言程序后才能执行。机器把它转换为机器语言程序后才能执行。机器语言指令和汇编语言指令是一一对应的，都是语言指令和汇编语言指令是一一对应的，都是面向机器，不同的机器有着自己独有的机器语面向机器，不同的机器有着自己独有的机器语言指令系统和汇编语言指令系统。言指令系统和汇编语言指令系统。第1章 微型计算机系统导论 高级语言高级语言是不依赖于具体机型只面向过程的程是不依赖于具体机型只面向过程的程序设计语言，由它所编写的高级语言程序，需序设计语言，由它所编写的高级语言程序，需经过编译程序或解释程序的编译或解释生成机经过编译程序或解释程序的编译或解释生成机器语言程序后才能执行。器语言程序后才能执行。因此因此，不论程序是用什么语言编写，都必须首，不论程序是用什么语言编写，都必须首先将其转换为计算机能直接识别和执行的机器先将其转换为计算机能直接识别和执行的机器语言程序，然后才能由语言程序，然后才能由CPU逐条读取并执行。逐条读取并执行。第1章 微型计算机系统导论 1.5 微型计算机的工作过程 汇编语言编程汇编语言编程汇编汇编装入机器语言程序装入机器语言程序第1章 微型计算机系统导论 内存单元内存单元地址地址机器语言机器语言程序程序汇编语言汇编语言程序程序指令功能说明指令功能说明0000H0001H1011000100000110MOVA,06H双字节指令。将数字双字节指令。将数字6送累加器送累加器A0002H0003H0000100000000101ADDA,05H双字节指令。将数字双字节指令。将数字5与累加器与累加器A中的内容相加，结果存放在累加中的内容相加，结果存放在累加器器A中。中。0004H11111110HLT停机指令停机指令表表1.1某模型机上完成某模型机上完成“6+5”操作所需的机器语言程序操作所需的机器语言程序和汇编语言程序和汇编语言程序假设该机器语言程序从内存中地址为假设该机器语言程序从内存中地址为0000H单元开始存放单元开始存放。第1章 微型计算机系统导论 微机的微机的工作过程工作过程就是不断地从内存中取出指令并执行指令就是不断地从内存中取出指令并执行指令的过程。当开始运行程序时，首先应把第一条指令所在存储单的过程。当开始运行程序时，首先应把第一条指令所在存储单元的地址赋予程序计数器元的地址赋予程序计数器PC(ProgramCounter)，然后机器就，然后机器就进入取指阶段。在进入取指阶段。在取指阶段取指阶段，CPU从内存中读出的内容必为指从内存中读出的内容必为指令，于是，数据缓冲寄存器的内容将被送至指令寄存器令，于是，数据缓冲寄存器的内容将被送至指令寄存器IR，然，然后机器就进入后机器就进入执行指令阶段执行指令阶段，即由指令译码器对，即由指令译码器对IR中指令的操中指令的操作码字段进行译码，并发出执行该指令所需要的各种微操作控作码字段进行译码，并发出执行该指令所需要的各种微操作控制信