計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)概述

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1、 授 課 教 員 李 毅 國 防 科 技 大 學 計 算 機 學 院 ， 06屆 工 學 碩 士后 勤 工 程 學 院 自 動 化 技 術(shù) 教 研 室TEL:68575165(O) 教 材 ： 計 算 機 硬 件 技 術(shù) 基 礎(chǔ) ， 鄒 逢 興 編 著 ， 高等 教 育 出 版 社課 程 的 性 質(zhì) 、 任 務 本 課 程 是 各 專 業(yè) 的 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 課 ， 以 Intel 8088/8086及 80486,Pentium為 樣 機 ， 以 應 用 為 目 的 ， 通 過 課 堂 講授 、 實 驗 兩 個 環(huán) 節(jié) ， 熟 練 掌 握 微 型 計 算 機 的 工 作 原 理 ，并 能

2、進 行 簡 單 的 底 層 軟 件 編 程 與 計 算 機 應 用 硬 件 設 計 。學 習 特 點u 發(fā) 展 迅 猛 ， 但 許 多 基 本 原 理 是 相 同 的 。u 側(cè) 重 原 理 的 學 習 ， 不 過 分 深 究 具 體 的 細 節(jié) （ 如 數(shù) 百 個 引 腳 并 不 一 一 進 行 研 究 ） 。u 次 序 進 行 了 調(diào) 整 ， 選 擇 和 補 充 了 一 定 內(nèi) 容 。u 通 過 實 驗 ， 加 深 理 解 。 參 考 書 目 ： 1、 【 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 原 理 及 應 用 】 (第 三 版 ) 周 明 德 著 ， 清 華 大 學 出 版 社 2、 【 INTE

3、L 8086/8088 系 列 微 型 計 算 機 及 其 應用 】 張 明 達 著 ， 中 南 工 大 出 版 社 3、 【 IBM PC 匯 編 語 言 程 序 設 計 】 沈 美 明 等 ，清 華 大 學 出 版 社 4、 【 微 型 計 算 機 技 術(shù) 】 田 艾 平 等 編 著 ， 清 華大 學 出 版 社 總 成 績 考 試 60 實 驗 30 平 時 10平 時 ： 作 業(yè) 課 堂 紀 律 為 什 么 要 學 習 這 門 課 程 ？ 我 對 這 門 課 程 有 什 么 希 望 ？ 第 一 章 微 機 發(fā) 展 、 組 成 與 工 作 原 理 1.1 概 述 1.2 Intel808

4、6/8088的 結(jié) 構(gòu) 1.3 外 部 設 備 第 一 章 微 機 發(fā) 展 、 組 成 與 工 作 原 理 1.1 概 述 1.2 Intel8086/8088的 結(jié) 構(gòu) 1.3 外 部 設 備 1.1 概 述1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史1.1.2 微 機 系 統(tǒng) 的 三 個 層 次1.1.3 微 機 的 分 類1.1.4 微 機 的 體 系 結(jié) 構(gòu)1.1.5 有 關(guān) 術(shù) 語1.1.6 微 型 計 算 機 的 組 成 及 工 作 過 程1.1.7 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標1.1.8 微 型 計 算 機 的 運 算 基 礎(chǔ)1.1.9 微 機 發(fā)

5、 展 的 有 關(guān) 新 技 術(shù) 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 一 、 計 算 機 的 發(fā) 展 過 程 計 算 機 的 發(fā) 展 是 伴 隨 著 集 成 電 路 的 發(fā) 展而 發(fā) 展 的 ， 從 二 十 世 紀 四 十 年 代 開 始 ， 集成 電 路 技 術(shù) 得 到 了 迅 猛 的 發(fā) 展 ， 有 電 子 管 、晶 體 管 、 集 成 電 路 發(fā) 展 到 現(xiàn) 在 的 超 大 規(guī) 模集 成 電 路 ， 為 計 算 機 的 發(fā) 展 打 下 了 堅 實 的基 礎(chǔ) 。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 、 世 界 上 第 一 臺 計 算 機 ENIAC（ 第 一 代

6、 ） 1946年 2月 ， 美 國 研 制 成 功 ENIAC (Electronic Numberical Intergrator And Caculator 愛 尼 克 )。 它 由 18000多 個 電 子 管 、 1500多 個 繼電 器 等 組 成 ， 重 30噸 ， 耗 電 150千 瓦 ， 占 地 170平 方 米 ， 運 算 速 度 為 每 秒 5000次 。 這 是 以 電 子管 為 邏 輯 元 件 的 計 算 機 ， 稱 為 第 一 代 計 算 機 。 從 計 算 能 力 來 看 ， 不 如 現(xiàn) 在 的 小 計 算 器 。 ENIAC的 照 片 : （ 見 下 圖 ） 1.

7、1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 2、 第 二 代 計 算 機 是 以 晶 體 管 為 邏 輯 元 件 的 計 算 機 ， 其 特 點 是 體 積小 ， 重 量 輕 ， 耗 電 少 ， 工 作 可 靠 ， 運 算 速 度 達 每 秒 幾萬 至 幾 十 萬 次 。 3、 第 三 代 計 算 機 是 以 集 成 電 路 為 邏 輯 元 件 的 計 算 機 ， 其 特 點 是 體積 大 為 縮 小 ， 耗 電 極 少 ， 可 靠 性 與 速 度 明 顯 提 高 。 4、 第 四 代 計 算 機 是 以 大 規(guī) 模 集 成 電 路 為 邏 輯 元 件 的 計 算 機 ， 其各 方 面 性

8、 能 進 一 步 提 高 。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史5、 計 算 機 的 分 類巨 型 機 ： 運 算 速 度 達 每 秒 上 億 次 。 如 我 國 研 制 的 銀 河 、 曙 光 、 神 州 等 超 級 計 算 機 。大 型 機 ： 速 度 和 性 能 比 巨 型 機 稍 低 ， 其 特 點 是 有 自 己 的 專 用 操 作 系 統(tǒng) 。 以 上 兩 類 主 要 用 于 國 防 、 能 源 、 氣 象 、 航 天 等 領(lǐng) 域 。小 型 機 ： 速 度 和 性 能 再 低 一 些 ， 但 其 通 用 性 強 ， 應 用 軟 件 豐 富 ， 適 用 于 政 府 、

9、企 業(yè) 、 學 校 等 領(lǐng) 域 。工 作 站 ： 常 用 于 專 門 領(lǐng) 域 ， 如 圖 形 工 作 站 。PC機 ： 即 Personal Computer， 個 人 計 算 機 ， 其 通 用 性 更 強 ， 廣 泛 應 用 于 各 個 領(lǐng) 域 。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 二 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 微 機 的 核 心 是 中 央 處 理 器 CPU， CPU的 發(fā)展 代 表 了 微 機 的 發(fā) 展 ， 下 面 以 最 具 代 表 性 的Intel系 列 CPU為 例 說 明 。 、 第 一 代 CPU（ 位 ） 1971年 Intel公 司 推 出 了 世

10、 界 上 第 一 個CPU： Intel4004， 是 用 于 計 算 器 的 4位 微 處理 器 ， 主 頻 740KHz， 1200個 晶 體 管 。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 、 第 二 代 CPU（ 位 ） 從 1972年 到 1977年 ， 先 后 推 出 Intel8008、8080、 8085A等 ， 主 頻 800KHz至 6MHz， 含 晶 體 管2000至 9000個 。 3、 第 三 代 CPU（ 16位 ） 1978年 、 1979年 、 1982年 ， 分 別 推 出 8086、8088、 80286， 主 頻 為 4.77MHz至 12.5

11、MHz， 含 晶體 管 2.9萬 至 13.4萬 個 。 特 別 是 1981年 8088芯 片首 次 用 于 IBM PC機 ， 從 此 開 創(chuàng) 了 全 新 的 PC時 代 。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 4、 第 四 代 CPU（ 32位 ） 1985年 的 80386， 主 頻 33MHz,含 27.5萬 個 晶 體管 ； 1989年 的 80486， 是 將 80386和 80387（ 數(shù) 學 協(xié)處 理 器 ， 支 持 浮 點 運 算 ） 及 8KB高 速 緩 存 器 Cache集 成 在 一 個 芯 片 內(nèi) ， 并 首 次 采 用 了 RISC技 術(shù) ， 其性

12、 能 較 80386DX/80387的 組 合 提 高 4倍 ， 其 主 頻 逐步 提 高 到 100MHz， 單 片 集 成 了 120萬 個 晶 體 管 。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 、 第 五 代 CPU（ 64位 ） 1993年 推 出 Pentium（ 奔 騰 ） 處 理 器 ， 即80586， 集 成 晶 體 管 320萬 個 ， 主 頻 逐 步 提 高到 166MHz ， 實 現(xiàn) 了 超 標 量 體 系 結(jié) 構(gòu) ， 性 能 明顯 提 高 ； 1995年 Pentium Pro（ 多 能 奔 騰 ）處理 器 面 世 ， 俗 稱 P6， 集 成 550萬 個

13、 晶 體 管 ， 主頻 高 達 200MHz。 1.1.1 計 算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 之 后 ， 1996年 的 多 能 奔 騰 (MMX Pentium)處 理器 ， MMX為 Multi Media eXtended(多 媒 體 擴 展 )，增 加 了 多 媒 體 指 令 集 (57條 )； 1997年 的 奔 騰 (Pentium )采 用 了 獨 特 的雙 重 獨 立 總 線 結(jié) 構(gòu) ， 大 大 提 高 信 息 處 理 能 力 ； 1999年 的 奔 騰 (Pentium )， 又 增 加 了 70條 新 型 多 媒 體 指 令 SSE， 動 畫 、 三 維 效 果 逼

14、真 ， 500MHz的 主 頻 ， 集 成 了 950萬 個 晶 體 管 ； 2000年 的 Pentium 4微 處 理 器 又 新 增 了 SSE2指令 集 (144條 )， 給 用 戶 提 供 功 能 強 大 的 服 務 ： 音頻 視 頻 流 、 圖 形 圖 像 處 理 、 3D、 CAD、 游 戲 等 。主 頻 1.4 3.4GHz， 集 成 了 17800萬 個 晶 體 管 。 Pentium4系 列 分 為 賽 揚 (Celeron)、 主 流 奔 騰(Pentium)和 至 強 (Xeon)三 個 檔 次 ， 分 別 針 對 低端 市 場 、 普 通 用 戶 及 高 級 圖 形

15、工 作 站 和 服 務 器 。 2004年 4月 ， 又 推 出 迅 馳 (Centrino)系 列 CPU (Pentium M)， 主 要 用 于 筆 記 本 電 腦 。 Pentium 4 Cenleron(賽 揚 )： 2.8GHz Pentium 4 (奔 騰 )： 1.4 3.6GHz Pentium Xeon(至 強 )： 1.4 3.06GHz Pentium-M Centrino(迅 馳 )： 0.9 1.6GHz 另 外 ： Intel公 司 在 2002年 7月 啟 動 了 安 騰 CPU (Itanium 64位 )， 主 要 用 于 高 端 產(chǎn) 品 。1.1.1 計

16、算 機 、 微 機 發(fā) 展 簡 史 1.1.2 微 機 系 統(tǒng) 的 三 個 層 次微處理器 微 型計 算 機 微 型計 算 機系 統(tǒng) 微 處 理 器 （ Microprocessor) 是 微 型 計 算 機 的 核 心 部 件 ， 包 括 ： 算 術(shù) 邏 輯 部件 ALU、 控 制 部 件 、 寄 存 器 組 三 個 基 本 部 分 ， 由一 片 或 幾 片 LSI、 VLSI器 件 組 成 。u 微 機 系 統(tǒng) 的 三 個 層 次 1.1.2 微 機 系 統(tǒng) 的 三 個 層 次微 型 計 算 機 （ Micro Computer) 是 以 微 處 理 器 為 核 心 ， 加 上 存 儲 器

17、 、 輸 入 /輸出 接 口 和 系 統(tǒng) 總 線 組 成 的 。 將 這 幾 部 分 集 成 在 一個 超 大 規(guī) 模 芯 片 上 ， 稱 為 單 片 機 。微 型 計 算 機 系 統(tǒng) (Micro Computer System) 是 以 微 型 計 算 機 為 核 心 ， 配 以 相 應 的 外 設 、電 源 、 輔 助 電 路 和 控 制 微 機 工 作 的 軟 件 而 構(gòu) 成 的完 整 的 計 算 系 統(tǒng) 。 軟 件 分 為 系 統(tǒng) 軟 件 （ 如 操 作 系統(tǒng) 、 語 言 處 理 程 序 等 ） 和 應 用 軟 件 。 1.1.2 微 機 系 統(tǒng) 的 三 個 層 次 1.1.2 微

18、機 系 統(tǒng) 的 三 個 層 次運 算 器 控 制 器 寄 存 器 組 內(nèi) 存 儲 器 總 線 輸 入 輸 出接 口 電 路外 部 設 備 軟 件 微 處 理 器微 型 計 算 機 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 1.1.3 微 機 的 分 類u 微 機 的 分 類按 構(gòu) 成 分 類 ： 單 片 機 、 單 板 機 、 多 板 機 單 片 機l 將 CPU、 內(nèi) 存 、 I/O接 口 電 路 全 部 集 成 一 塊 芯 片 上 ， 構(gòu) 成 具 備 基 本 功 能 的 計 算 機 ， 稱 單 片 機 。l 特 點 ： 超 小 型 、 高 可 靠 性 、 價 廉l 應 用 ： 智 能 儀 表 、 工 業(yè)

19、 實 時 控 制 、 家 用 電 器 等l 產(chǎn) 品 ： Intel 的 8051、 8096/8098系 列 Motorola 的 6801、 6805系 列 Hitachi (日 立 ) 的 H8S、 SH系 列 1.1.3 微 機 的 分 類 單 板 機l將 CPU、 內(nèi) 存 、 I/O接 口 及 其 它 輔 助 電 路 全 部 裝 在 一 塊 印 刷 電 路 板 上 ， 組 成 單 板 機 。l 特 點 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 價 廉l 應 用 ： 過 程 控 制 、 數(shù) 據(jù) 處 理l 產(chǎn) 品 ： TP-801 以 Z80CPU為 核 心 的 單 板 機 80年 代 各 院 校 “ 微

20、機 原 理 ” 的 實 驗 機 1.1.3 微 機 的 分 類l 把 CPU、 內(nèi) 存 、 I/O接 口 芯 片 裝 在 多 塊 電 路 板 上 ， 各 印 刷 板 插 在 主 機 板 的 總 線 插 槽 上 ， 通 過 系 統(tǒng) 總 線 連 接 起 來 ， 構(gòu) 成 多 板 機 。l產(chǎn) 品 ： IBM PC/XT、 486機 、 Pentium機 等 90年 代 以 來 各 院 校 “ 微 機 原 理 ” 和 計 算 機 硬 件 的 實驗 機 多 板 機 馮 .諾 依 曼 計 算 機 的 工 作 原 理 可 概 述 為 ：“ 存 儲 程 序 ” + “ 程 序 控 制 ”要 點 ： 1 數(shù) 據(jù)

21、和 程 序 以 二 進 制 形 式 不 加 區(qū) 別 地 存 放 在 存 儲 器 中 2. 先 將 程 序 存 入 存 儲 器 中 ， 再 由 控 制 器 自 動 讀 取 并 執(zhí) 行輸入設備 控 制 器 輸出設備 CPU 存 儲 器運 算 器 ALU1.1.4 微 機 的 體 系 結(jié) 構(gòu) 1.1.5 有 關(guān) 術(shù) 語1. 位 ( bit )2. 字 節(jié) ( Byte )3. 字 和 字 長 (word)4. 位 編 號5. 指 令 、 指 令 系 統(tǒng) 和 程 序6. 寄 存 器 7. 譯 碼 器 1. 位 ( bit)l 指 計 算 機 能 表 示 的 最 基 本 最 小 的 單 位l 在 計 算

22、 機 中 采 用 二 進 制 表 示 數(shù) 據(jù) 和 指 令 ， 故 ：位 就 是 一 個 二 進 制 位 ， 有 兩 種 狀 態(tài) ， “ 0” 和 “ 1”2. 字 節(jié) ( Byte )l 相 鄰 的 8位 二 進 制 數(shù) 稱 為 一 個 字 節(jié) ， 1Byte 8bit 如 ： 1100 0011 0101 0111 1.1.5 有 關(guān) 術(shù) 語 3 字 和 字 長l 字 是 CPU內(nèi) 部 進 行 數(shù) 據(jù) 處 理 的 基 本 單 位 。 l 字 長 是 每 一 個 字 所 包 含 的 二 進 制 位 數(shù) ， 常 與 CPU內(nèi) 部 的 寄 存 器 、 運 算 裝 置 、 總 線 寬 度 一 致 。

23、1.1.5 有 關(guān) 術(shù) 語 例 某 CPU內(nèi) 含 8位 運 算 器 ， 則 ：參 加 運 算 的 數(shù) 及 結(jié) 果 均 以 8位 表 示 ,最 高 位 產(chǎn) 生 的 進 位 或 借 位 在 8位 運 算 器 中 不 保 存 ，而 將 其 保 存 到 標 志 寄 存 器 中 1 0 1 1 0 1 0 1 被 加 數(shù) 8位 + 1 0 0 0 1 1 1 1 加 數(shù) 8位進 位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和 8位 PSW標 志 寄 存 器運算器標 志寄 存 器運算器 被 加 數(shù)加 數(shù)和進 位 字 長 是 衡 量 CPU工 作 性 能 的 一 個 重 要 參 數(shù) 。

24、不 同 類 型 的 CPU有 不 同 的 字 長 。 如 : Intel 4004 是 4 位 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486是 32 位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被 加 數(shù) + 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加 數(shù)進 位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和 4位 8次 8位 4次16位 2次 32位 1次 位 1 或 0 1位字 節(jié) 1100

25、 0011 8位字 1100 0011 0011 1100 16位雙 字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位高 字 節(jié) 低 字 節(jié) 高 字 低 字把 一 個 字 定 為 16 位 ， 1 Word = 2 Byte 一 個 雙 字 定 為 32位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte 4. 位 編 號 為 便 于 描 述 ， 對 字 節(jié) ,字 和 雙 字 中 的 各 位 進 行 編 號 。 從 低 位 開 始 ， 從 右 到 左 依 次 為 0、 1、 2 編 號7 6 5 4 3 2 1 01 0 1 0 0 0 1 0D7 D

26、6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字 節(jié) 數(shù) 據(jù) Data地 址 Address D0D7D15 D815 81 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 07 0A0A7A15 A8字 的 編 號 為 15 0雙 字 的 編 號 依 此 類 推 ， 為 31 0 5. 指 令 、 指 令 系 統(tǒng) 和 程 序l 一 個 CPU能 執(zhí) 行 什 么 操 作 ， 是 工 程 人 員 設 計 和 制 造 好 的 ， 是 固 定 的 ， 用 戶 不 能 改 變 。l 指 令 是 CPU能 執(zhí) 行 的 一 個 基 本 操 作 。 如 ： 取

27、數(shù) 、 加 、 減 、 乘 、 除 、 存 數(shù) 等l 指 令 系 統(tǒng) 是 CPU所 能 執(zhí) 行 的 全 部 操 作 。 不 同 的 CPU， 其 指 令 系 統(tǒng) 不 同 。l 程 序 是 用 戶 在 使 用 計 算 機 時 ， 為 要 解 決 的 問 題 ， 用 一 條 條 指 令 編 寫 的 指 令 序 列 。 構(gòu) 成 程 序 的 指 令 在 存 儲 器 中 一 般 都 是 順 序 存 放 ，要 破 壞 這 種 順 序 性 ， 必 須 由 轉(zhuǎn) 移 指 令 操 作 。 6 寄 存 器 l 寄 存 器 是 用 來 存 放 數(shù) 據(jù) 和 指 令 的 一 種 基 本 邏 輯 部 件 。l 根 據(jù) 存

28、放 信 息 的 不 同 ， 有 指 令 寄 存 器 、 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 、 地 址 寄 存 器 等 。 標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 寄 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IPCPU結(jié) 構(gòu)示 意 圖 7 譯 碼 器l 譯 碼 器 是 將 輸 入 代 碼 轉(zhuǎn) 換 成 相 應 輸 出 信 號 的 邏 輯 電 路 。 指 令 是 CPU能 執(zhí) 行 的 一 個 基 本 操 作 ;CPU的 設 計 者 對 CPU的 所 有 指 令 進 行 編 碼 ;用

29、 戶 用 編 碼 形 式 的 指 令 進 行 編 程 ， 程 序 存 放 在 內(nèi) 存 中 ;CPU從 內(nèi) 存 取 來 編 碼 形 式 的 指 令 ,對 指 令 進 行 譯 碼 ， 發(fā) 出 執(zhí) 行 該 指 令 功 能 所 需 的 信 號 CPU 總 線 內(nèi) 存標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組

30、運算器 IPl 根 據(jù) 譯 碼 內(nèi) 容 的 不 同 ， 可 分 為 ： 指 令 譯 碼 器 : 將 指 令 代 碼 轉(zhuǎn) 換 成 該 指 令 所 需 的 各 種 控 制 信 號 。 地 址 譯 碼 器 : 將 地 址 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 各 地 址 單 元 相 應 的 選 通 信 號 。 1) 構(gòu) 成 部 件 2) 工 作 過 程1.1.6 微 型 計 算 機 的 組 成 及 工 作 過 程 微 機 的 硬 件 由 CPU、 存 儲 器 、 輸 入 /輸 出 設 備 構(gòu) 成 ；輸 入 /輸 出 設 備 通 過 輸 入 /輸 出 接 口 與 系 統(tǒng) 相 連 ； ( 輸 入 /輸 出 接 口 簡 稱

31、 I/O接 口 )各 部 件 通 過 總 線 連 接 。構(gòu)成部件 1) 構(gòu) 成 部 件 總 線 BUS存儲器 I/O接口 輸入設備 I/O接口 輸出設備CPU (1)總 線l 總 線 是 連 接 多 個 功 能 部 件 的 一 組 公 共 信 號 線 微 機 中 各 功 能 部 件 之 間 的 信 息 是 通 過 總 線 傳 輸總 線 BUS存儲器 I/O接口 輸入設備 I/O接口 輸出設備CPU l 按 信 號 的 作 用 ， 總 線 分 為 三 類 ： 地 址 總 線 、 數(shù) 據(jù) 總 線 、 控 制 總 線 存儲器 I/O接口 輸入設備 I/O接口 數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB

32、地 址 總 線 AB輸出設備CPU 三 總 線 結(jié) 構(gòu) 地 址 總 線 AB ( Address Bus) ： 單 向用 來 傳 送 CPU輸 出 的 地 址 信 號 ，確 定 被 訪 問 的 存 儲 單 元 、 I/O端 口 。地 址 總 線 的 條 數(shù) 決 定 CPU的 尋 址 能 力 。10根 210 1024 1K 20根 220 1024K 1M32根 2 32 22 230 4G 數(shù) 據(jù) 總 線 DB ( Data Bus )： 雙 向 用 來 在 CPU與 存 儲 器 、 I/O接 口 之 間 進 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

33、送 數(shù) 據(jù) 的 寬 度 。 8 根 一 次 傳 送 8位16 根 一 次 傳 送 16位 32 根 一 次 傳 送 32位 64 根 一 次 傳 送 64位 控 制 總 線 CB ( Control Bus ) ： 用 于 傳 送 各 種 控 制 信 號 。 有 的 是 CPU發(fā) 出 ， 如 讀 控 制 信 號 、 寫 控 制 信 號 ； 有 的 是 發(fā) 向 CPU， 如 外 設 向 CPU發(fā) 出 的 中 斷 申 請 信 號 。 (2) 中 央 處 理 器 CPUl 計 算 機 的 核 心 部 件 用 來 實 現(xiàn) 指 令 的 自 動 裝 入 和 自 動 執(zhí) 行 ， 實 現(xiàn) 計 算 機 本 身

34、的 自 動 化 。存儲器 I/O接口 輸入設備 I/O接口 數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB地 址 總 線 AB輸出設備CPU CPU結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 地 址 信 號標 志寄 存 器 指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 器指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 數(shù) 據(jù) 信 號控 制 信 號 (3) 存 儲 器 （ 內(nèi) 存 ） 內(nèi) 存 是 存 儲 程 序 和 數(shù) 據(jù) 的 部 件 ， 由 地 址 譯 碼 器 、 內(nèi) 存 單 元 等 構(gòu) 成 。n根CPU 地 址 線 AB數(shù) 據(jù) 線 DB控 制 線 CB 地址譯碼器 11001

35、10000110011101010101111000010001000地 址 00.0000地 址 00.0001地 址 00.0010地 址 00.0011地 址 111111 內(nèi) 存 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 l 內(nèi) 存 單 元 l 內(nèi) 存 單 元 的 地 址l 內(nèi) 存 單 元 的 內(nèi) 容l 對 內(nèi) 存 的 讀 /寫 操 作 l 內(nèi) 存 單 元 存 儲 信 息 的 基 本 單 元 。 每 片 內(nèi) 存 芯 片 有 若 干 個 內(nèi) 存 單 元 。 每 個 單 元 可 存 儲 1位 或 多 位 等 二 進 制 數(shù) 。n根CPU 地 址 線 AB數(shù) 據(jù) 線 DB控 制 線 CB 地址譯碼器 110011

36、0000110011101010101111000010001000地 址 00.0000地 址 00.0001地 址 00.0010地 址 00.0011 地 址 111111 l 內(nèi) 存 單 元 的 地 址 為 區(qū) 分 各 內(nèi) 存 單 元 ， 每 個 內(nèi) 存 單 元 對 應 有 一 個 地 址 。 地 址 線 上 的 數(shù) 據(jù) 經(jīng) 譯 碼 后 只 有 唯 一 的 內(nèi) 存 單 元 被 選 中 。n根CPU 地 址 線 AB數(shù) 據(jù) 線 DB控 制 線 CB 地址譯碼器 1100110000110011101010101111000010001000地 址 00.0000地 址 00.0001地

37、址 00.0010地 址 00.0011地 址 111111 l 內(nèi) 存 單 元 的 內(nèi) 容 每 個 內(nèi) 存 單 元 所 存 儲 的 二 進 制 數(shù) 據(jù) 。n根CPU 地 址 線 AB數(shù) 據(jù) 線 DB控 制 線 CB 地址譯碼器 1100110000110011101010101111000010001000地 址 00.0000地 址 00.0001地 址 00.0010地 址 00.0011地 址 111111 l 對 內(nèi) 存 的 讀 /寫 操 作 CPU發(fā) 出 地 址 信 號 ， 選 中 相 應 的 內(nèi) 存 單 元 。 若 是 讀 操 作 ， CPU發(fā) 出 內(nèi) 存 讀 控 制 信 號 ，

38、 被 選 中 的 內(nèi) 存 單 元 將 其 內(nèi) 容 經(jīng) 數(shù) 據(jù) 總 線 送 入 CPU。 若 是 寫 操 作 ， CPU發(fā) 出 內(nèi) 存 寫 控 制 信 號 ， CPU將 欲 寫 的 內(nèi) 容 經(jīng) 數(shù) 據(jù) 總 線 ， 寫 入 被 選 中 的 內(nèi) 存 單 元 。n根CPU 地 址 線 AB 控 制 線 CB 地址譯碼器 1100110000110011101010101111000010001000地 址 00.0000地 址 00.0001地 址 00.0010地 址 00.0011地 址 111111數(shù) 據(jù) 線 DB (4)外 設 和 輸 入 /輸 出 接 口 （ I/O接 口 ） 外 設 的 電

39、 信 號 、 運 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 。 存儲器 I/O接口 輸入設備 I/O接口 數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB地 址 總 線 AB輸出設備CPU 鍵 盤 鍵 盤 接 口 顯 示 器 顯 卡鼠 標 串 行 接 口 網(wǎng) 絡 網(wǎng) 卡打 印 機 并 行 接 口 音 箱 、 麥 克 風 聲 卡I/O接 口 實 例 I/O接 口 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖CPU通 過 對 I/O端 口 進 行 讀 /寫 操 作 ， 實 現(xiàn) 對 外 設 的 控 制 。I/O端 口 1I/O端 口 2I/O端 口 3

40、地 址譯 碼數(shù) 據(jù)緩 沖控 制電 路 外設ABDBCBCPU l I/O端 口l I/O端 口 的 地 址l I/O端 口 的 內(nèi) 容l 對 I/O端 口 的 讀 /寫 操 作 l I/O端 口 I/O接 口 內(nèi) 部 通 常 有 一 個 或 多 個 寄 存 器 ， 用 以 存 放 各 種 信 息 ， 稱 I/O寄 存 器 或 I/O端 口 。I/O端 口 1I/O端 口 2I/O端 口 3地 址譯 碼數(shù) 據(jù)緩 沖控 制電 路 外設ABDBCBCPU l I/O端 口 的 地 址 為 區(qū) 分 各 I/O端 口 ， 每 個 端 口 對 應 有 一 個 端 口 地 址 。I/O端 口 1 (23H

41、端 口 )I/O端 口 2(24H 端 口 )I/O端 口 3(25H 端 口 )地 址譯 碼數(shù) 據(jù)緩 沖控 制電 路 外設ABDBCBCPU l I/O端 口 的 內(nèi) 容 1001 0101 (狀 態(tài) 端 口 )0110 1010(數(shù) 據(jù) 端 口 )1100 0110(控 制 端 口 )地 址譯 碼數(shù) 據(jù)緩 沖控 制電 路 外設ABDBCBCPU根 據(jù) 存 放 內(nèi) 容 的 不 同 可 分 為 ： 狀 態(tài) 端 口 ， 數(shù) 據(jù) 端 口 ， 控 制 端 口 指 I/O端 口 存 放 的 二 進 制 數(shù) 據(jù) 。 l 對 I/O端 口 的 讀 /寫 操 作 ： （ 與 內(nèi) 存 的 讀 /寫 操 作 相

42、 類 似 ） CPU發(fā) 出 地 址 信 號 ， 選 中 相 應 的 I/O端 口 。 若 是 讀 操 作 ， CPU發(fā) 出 I/O端 口 讀 控 制 信 號 ， 被 選 中 的 I/O端 口 將 其 內(nèi) 容 經(jīng) 數(shù) 據(jù) 總 線 送 入 CPU。 若 是 寫 操 作 ， CPU發(fā) 出 I/O端 口 寫 控 制 信 號 ， CPU將 欲 寫 的 內(nèi) 容 經(jīng) 數(shù) 據(jù) 總 線 ， 寫 入 被 選 中 的 I/O端 口 中 。I/O端 口 1 (23H 端 口 )I/O端 口 2(24H 端 口 ) I/O端 口 3(25H 端 口地 址譯 碼數(shù) 據(jù)緩 沖控 制電 路 外設ABDBCBCPU 2） 微

43、機 的 工 作 過 程 計 算 機 的 工 作 原 理 是 ： “ 存 儲 程 序 ” + “程 序 控 制 ”CPU 總 線 內(nèi) 存 標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 一 、 微 機 工 作 過 程 的 本 質(zhì) 微 機 的 工 作 過 程 其 本 質(zhì) 就 是 處 理 器 執(zhí)

44、行程 序 的 過 程 。 程 序 是 針 對 某 項 特 定 的 任 務 將 若 干 條 指令 有 機 的 組 合 在 一 起 的 一 個 整 體 。 處 理 器 逐 條 執(zhí) 行 程 序 中 的 每 一 條 指 令 ，直 至 程 序 結(jié) 束 ， 就 完 成 了 指 定 的 任 務 。 可 見 ： 了 解 微 機 工 作 原 理 的 關(guān) 鍵 就 是 要了 解 指 令 和 指 令 執(zhí) 行 的 基 本 過 程 。 二 、 指 令 與 程 序 概 念 1、 指 令 指 令 是 規(guī) 定 微 機 特 定 操 作 的 命 令 。 CPU根 據(jù) 指 令 來 控 制 微 機 內(nèi) 部 的 各 部 分 協(xié) 調(diào) 工作

45、 ， 以 完 成 特 定 的 操 作 。 一 種 型 號 CPU的 全 部 指令 的 集 合 就 構(gòu) 成 了 它 的 指 令 系 統(tǒng) ， 也 代 表 了 它 所具 備 的 處 理 能 力 。 不 同 型 號 的 CPU， 指 令 系 統(tǒng) 也不 同 。 指 令 的 組 成 ： 操 作 碼 和 地 址 碼 操 作 碼 指 明 特 定 操 作 的 性 質(zhì) ， 如 ： 算 術(shù) 運 算 地 址 碼 指 明 操 作 對 象 即 數(shù) 據(jù) 的 存 放 地 址 2、 程 序 程 序 是 為 解 決 某 一 問 題 而 編 寫 在 一 起 的 指 令 序 列 。 程序 一 般 分 為 三 個 層 次 ： 機 器

46、語 言 程 序 二 進 制 代 碼 表 示 的 指 令 稱 為 機 器 碼 指 令 。 在 計 算 機 中 ，最 終 存 放 的 可 執(zhí) 行 的 指 令 都 是 這 種 形 式 。 機 器 指 令 的 集合 稱 為 機 器 語 言 ， 用 它 編 寫 的 程 序 為 機 器 語 言 程 序 。 優(yōu)點 ： 直 接 執(zhí) 行 ； 缺 點 ： 繁 、 不 直 觀 、 難 記 。 匯 編 語 言 程 序 用 助 記 符 代 替 機 器 語 言 指 令 ， 它 們 之 間 是 一 一 對 應 的關(guān) 系 。 用 它 寫 的 程 序 為 匯 編 語 言 程 序 ， 需 匯 編 成 機 器 指令 才 可 執(zhí) 行

47、 。 高 級 語 言 程 序 高 級 語 言 是 接 近 于 自 然 語 言 和 數(shù) 學 語 言 ， 如 C語 言 等 。用 它 寫 的 程 序 需 編 譯 或 解 釋 成 機 器 指 令 才 可 執(zhí) 行 。 三 、 指 令 類 別 指 令 系 統(tǒng) 通 常 包 括 以 下 幾 類 ： 數(shù) 據(jù) 傳 送 與 交 換 類 指 令 在 寄 存 器 、 存 儲 器 、 I/O端 口 之 間 進 行 數(shù) 據(jù) 傳 送 與 交換 。 這 類 指 令 最 常 用 。 算 術(shù) 及 邏 輯 運 算 類 指 令 如 ： 加 、 減 、 乘 、 除 、 移 位 、 比 較 、 邏 輯 與 等 指 令 。 程 序 控 制

48、 類 指 令 主 要 包 括 轉(zhuǎn) 移 指 令 和 循 環(huán) 指 令 。 轉(zhuǎn) 移 指 令 分 為 無 條 件轉(zhuǎn) 移 和 條 件 轉(zhuǎn) 移 指 令 。 條 件 通 常 由 CPU的 標 志 寄 存 器 給出 ， 它 反 映 當 前 CPU的 工 作 狀 態(tài) 。 CPU控 制 類 指 令 如 ： 停 機 、 等 待 、 鎖 定 、 CPU狀 態(tài) 設 置 等 指 令 。 四 、 指 令 與 程 序 的 執(zhí) 行 一 條 指 令 的 執(zhí) 行 通 常 分 為 三 步 ： 取 指 令 ： 根 據(jù) 程 序 計 數(shù) 器 PC的 值 從 內(nèi) 存 中 取 出 當前 指 令 ， 送 至 指 令 寄 存 器 IR， 之 后

49、PC自 動 加 1， 指 向下 一 條 指 令 的 地 址 或 下 一 字 節(jié) 地 址 ； 分 析 指 令 ： 對 IR中 的 指 令 操 作 碼 譯 碼 ， 分 析 其 指 令性 質(zhì) 。 若 指 令 要 求 操 作 數(shù) ， 則 計 算 操 作 數(shù) 地 址 ； 執(zhí) 行 指 令 ： 取 出 操 作 數(shù) 后 ， 執(zhí) 行 指 令 操 作 碼 規(guī) 定 的操 作 。 根 據(jù) 指 令 的 不 同 ， 還 可 能 進 行 結(jié) 果 回 寫 。 程 序 的 執(zhí) 行 過 程 實 際 就 是 周 而 復 始 地 執(zhí) 行 以 上 三 步 ，直 至 程 序 結(jié) 束 。 l取 指 令 階 段 （ CPU讀 內(nèi) 存 操 作

50、 ） ： 地 址 經(jīng) 地 址 寄 存 器 地 址 總 線 地 址 譯 碼 器 , 選 中 指 令 所 在 的 內(nèi) 存 單 元 CPU發(fā) 出 內(nèi) 存 讀 控 制 信 號 指 令 從 內(nèi) 存 數(shù) 據(jù) 總 線 數(shù) 據(jù) 暫 存 器 指 令 寄 存 器 指 令 譯 碼 器 對 指 令 進 行 譯 碼 由 IP給 出 指 令 在 內(nèi) 存 的 地 址 標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路

51、指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP l執(zhí) 行 指 令 階 段 ： 經(jīng) 譯 碼 后 的 指 令 ， 由 控 制 電 路 發(fā) 出 控 制 信 號 去 執(zhí) 行 。CPU 總 線 內(nèi) 存 標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 五

52、、 程 序 執(zhí) 行 舉 例 程 序 的 指 令 和 數(shù) 據(jù) 存 放 在 內(nèi) 存 中 。 CPU與 內(nèi) 存 之 間 的 聯(lián) 系 由 三 大 總 線 實 現(xiàn) ， 即 地址 總 線 由 存 儲 器 地 址 寄 存 器 MAR驅(qū) 動 ， 數(shù)據(jù) 總 線 由 存 儲 器 數(shù) 據(jù) 暫 存 器 MDR關(guān) 聯(lián) ， 控制 線 由 控 制 電 路 關(guān) 聯(lián) 。 下 面 給 出 一 個 假 想 模 型 機 的 示 意 圖 ： 假 想 模 型 機 的 示 意 圖CPU 總 線 內(nèi) 存 標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令

53、 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 舉 例 ： 在 假 想 模 型 機 中 執(zhí) 行 一 個 簡 單 程 序 。程 序 的 內(nèi) 容 ： 計 算 5CH+2EH， 判 結(jié) 果 是 否 溢 出 ， 若 無 溢 出 ，結(jié) 果 寫 入 內(nèi) 存 0200H單 元 ； 若 溢 出 ， 則 停 機 。 ORG 1000H 對 應 機 器 碼 對 應 內(nèi) 存 地 址 1： MOV A， 5CH ； B0H 1000H ； 5CH 1

54、001H 2： ADD A， 2EH ； 04H 1002H ； 2EH 1003H 3： JO 100AH ； 70H 1004H ； 0AH 1005H ； 10H 1006H 4： MOV (0200H)， A ； A2H 1007H ； 00H 1008H ； 02H 1009H 5： HLT ； F4H 100AH 給 出 程 序 第 一 條 指 令 MOV A， 5CH的 操 作 細 節(jié) ： 將 PC初 值 1000H送 至 地 址 寄 存 器 MAR PC值 自 動 加 1， 指 向 下 一 個 字 節(jié) 地 址 MAR驅(qū) 動 地 址 總 線 ， 尋 址 內(nèi) 存 1000H單 元

55、CPU發(fā) 讀 內(nèi) 存 操 作 控 制 信 號 將 1000H中 的 B0H讀 出 ， 送 至 數(shù) 據(jù) 暫 存 器 MDR 將 B0H(操 作 碼 )從 MDR經(jīng) 內(nèi) 部 總 線 送 至 IR ID對 B0H譯 碼 ， 知 ： 取 某 操 作 數(shù) 送 累 加 器 A 將 PC內(nèi) 容 1001H送 至 地 址 寄 存 器 MAR PC值 自 動 加 1， 指 向 下 一 個 字 節(jié) 地 址 MAR驅(qū) 動 地 址 總 線 ， 尋 址 內(nèi) 存 1001H單 元 CPU發(fā) 讀 內(nèi) 存 操 作 控 制 信 號 將 1001H中 的 5CH讀 出 ， 送 至 數(shù) 據(jù) 暫 存 器 MDR 將 5CH(操 作

56、數(shù) )從 MDR經(jīng) 內(nèi) 部 總 線 送 至 A。 不 同 的 指 令 ， CPU的 具 體 執(zhí) 行 過 程 不 同 。CPU 可 執(zhí) 行 的 操 作 通 常 有 數(shù) 據(jù) 傳 送 、 算 術(shù) 邏 輯 運 算 等 等 。當 一 條 指 令 需 要 從 內(nèi) 存 或 I/O端 口 取 得 或 存 放 數(shù) 據(jù) 時 ，CPU在 執(zhí) 行 階 段 ，需 對 指 令 指 定 的 內(nèi) 存 單 元 或 I/O端 口 進 行 讀 /寫 操 作 。 例 指 令 1： 將 寄 存 器 R1與 R3的 內(nèi) 容 相 加 ， 結(jié) 果 存 在 R3中 。 指 令 1在 CPU 內(nèi) 部 即 可 完 成CPU 總 線 內(nèi) 存標 志寄

57、 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 例 指 令 2： 將 內(nèi) 存 中 的 數(shù) 據(jù) 2送 至 CPU的 寄 存 器 R2中 指 令 2的 執(zhí) 行 階 段 包 括 一 個 到 內(nèi) 存 取 數(shù) (即 讀 內(nèi) 存 )的 過 程 。CPU 總 線 內(nèi) 存標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序

58、數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 例 指 令 3： 將 寄 存 器 R3的 內(nèi) 容 送 至 數(shù) 據(jù) 3的 內(nèi) 存 單 元 中 指 令 3的 執(zhí) 行 階 段 包 括 一 個 向 內(nèi) 存 存 數(shù) (即 寫 內(nèi) 存 )的 過 程 。CPU 總 線 內(nèi) 存標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 總 線 DB控 制

59、 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 當 一 條 指 令 取 走 后 ，指 令 指 針 寄 存 器 會 被 修 改 成 下 一 條 要 執(zhí) 行 指 令 的 地 址 ，這 樣 ， 當 一 條 指 令 執(zhí) 行 后 ， 又 進 入 取 指 令 階 段 ，如 此 不 斷 的 重 復 。 CPU 總 線 內(nèi) 存標 志寄 存 器 地 址 總 線 AB 程序數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)

60、 總 線 DB控 制 總 線 CB 地址譯碼器 、 、 、指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4、 、 、 、 、數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) 3、 、 、指 令 寄 存 器數(shù) 據(jù) 暫 存 器控 制 電 路指 令 譯 碼 器 地址寄存器指 令指 針寄 存 器R1R2R3R4寄 存 器 組運算器 IP 微 機 的 工 作 過 程 ： 取 指 令 執(zhí) 行 指 令 取 指 令 執(zhí) 行 指 令 、 、 、 舉 例 ： 操 作 系 統(tǒng) PC DOS啟 動 過 程 PC DOS啟 動 過 程 （ 1） 加 電 開 機 后 進 入 系 統(tǒng) 的 檢 測 程 序 并 執(zhí) 行 該 程 序 對 系 統(tǒng)的 基 本 設

61、 備 進 行 檢 測 （ ROM BIOS） ； （ 2） 檢 測 正 常 后 從 系 統(tǒng) 盤 （ 一 般 是 C盤 ） 0面 0道 1扇 區(qū) 即 邏輯 0扇 區(qū) 讀 入 Boot引 導 程 序 到 內(nèi) 存 的 0000: 7C00處 ； （ 3） 轉(zhuǎn) 入 Boot執(zhí) 行 之 ； （ 4） Boot判 斷 是 否 為 系 統(tǒng) 盤 , 如 果 不 是 系 統(tǒng) 盤 則 提 示 ； non-system disk or disk error Replace and strike any key when ready 否 則 , 讀 入 IBM BIO.COM和 IBM DOS.COM兩 個 隱 含

62、文 件 ； （ 5） 執(zhí) 行 IBM BIO.COM和 IBM DOS.COM兩 個 隱 含 文 件 , 將COMMAND.COM裝 入 內(nèi) 存 ； （ 6） 系 統(tǒng) 正 常 運 行 , DOS啟 動 成 功 。 小 結(jié) ： 微 型 機 計 算 機 系 統(tǒng) 的 基 本 結(jié) 構(gòu)系 統(tǒng) 軟 件 ： DOS、 Windows 98/2000/xp 應 用 軟 件 ： WPS 、 Word、 Photoshop微 處 理 器 CPU 存 儲 器 I/O接 口總 線 硬 件軟 件微 型 計算 機 系統(tǒng) 微 型計 算 機(主 機 )外 設 運 算 部 件控 制 部 件鍵 盤 、 鼠 標顯 示 器軟 驅(qū) 、

63、 硬 盤 、 光 驅(qū) 打 印 機 、 掃 描 儀 1.1.7 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標 1、 字 長 （ CPU內(nèi) 寄 存 器 長 度 等 ） 2、 運 算 速 度 （ CPU的 工 作 頻 率 ） 3、 存 儲 器 容 量 （ 內(nèi) 存 大 小 ） 4、 外 設 擴 展 能 力 5、 軟 件 配 置 情 況 1.1.7 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標1、 字 長 ： 是 計 算 機 內(nèi) 部 一 次 可 以 處 理 的 二 進 制 數(shù) 碼 的位 數(shù) ， 如 8、 16、 32、 64位 。 字 長 越 長 ， 數(shù) 據(jù) 精度 就 越 高 ， 處

64、 理 速 度 越 快 ， 但 硬 件 開 銷 越 大 。2、 存 儲 器 容 量 ： 是 衡 量 計 算 機 存 儲 信 息 量 大 小 的 重 要 指 標 ，通 常 用 字 節(jié) 表 示 。 如 8KBCache、 256MB內(nèi) 存 、40GB硬 盤 ， 一 般 說 容 量 越 大 越 好 。 1.1.7 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標3、 運 算 速 度 一 般 用 每 秒 能 執(zhí) 行 的 指 令 條 數(shù) 來 表 示 ， 而 指 令執(zhí) 行 速 度 又 由 機 器 時 鐘 周 期 決 定 ， 故 主 時 鐘 頻 率越 高 ， 計 算 機 運 行 速 度 越 快 。 4、

65、 外 設 擴 展 能 力 主 要 指 配 接 各 種 外 設 的 可 能 性 、 靈 活 性 和 適 應性 。 擴 展 外 設 的 種 類 、 型 號 的 范 圍 、 支 持 的 程 度將 直 接 影 響 微 機 的 綜 合 性 能 ， 如 顯 示 分 辨 率 、 光驅(qū) 、 網(wǎng) 絡 連 接 、 打 印 機 的 型 號 等 。 1.1.7 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標5、 軟 件 配 置 情 況 軟 件 配 置 是 否 齊 全 ， 直 接 關(guān) 系 到 計 算 機 性能 和 效 率 。 如 所 能 支 持 的 操 作 系 統(tǒng) 及 高 級 語 言等 能 否 滿 足 應 用

66、要 求 ， 是 否 有 豐 富 的 應 用 軟 件可 供 選 用 。 1.1.8微 型 計 算 機 的 運 算 基 礎(chǔ) 在 計 算 機 中 ， 所 有 的 數(shù) 據(jù) 最 終 都 是 用 二 進 制 位 或 來 表 示 。 為 增 強 可 讀 性 和 便 于 處 理 ， 采 用了 一 些 數(shù) 的 表 示 方 法 。 常 用 的 數(shù) 制 有 以 下 幾 種 ： 、 十 進 制 (D)： 101D (以 此 為 例 ) 、 二 進 制 (B)： 01100101B 、 八 進 制 (Q)： 145Q 、 十 六 進 制 (H)： 65H 一 、 數(shù) 制 二 、 碼 制 1、 機 器 數(shù) 和 真 值機 器 數(shù) ： 在 計 算 機 中 使 用 的 ， 連 同 符 號 位 一 起 數(shù) 字 化 的 數(shù)真 值 ： 機 器 數(shù) 所 表 示 的 真 實 值 10110101 53D 0110101B 2、 原 碼 、 反 碼 、 補 碼 對 有 符 號 數(shù) ， 機 器 數(shù) 常 用 原 碼 、 反 碼 、 補 碼 表 示 。（ 以 位 字 節(jié) 數(shù) 為 例 說 明 ） 原 碼 ： 最 高 位 表 示 符 號 ，