《微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述課件（41頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、,第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,1.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和基本工作,方法,1.2 微型計(jì)算機(jī)的軟件和操作系統(tǒng),第 1 章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,返回主目錄,第 1 章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述,學(xué)生在學(xué)習(xí)本書(shū)之前，應(yīng)已學(xué)過(guò)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)及某種高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言等課程?？梢哉f(shuō)，已經(jīng)具備了一些關(guān)于計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)。但是，在很多情況下 只具備這些基本知識(shí)是不夠的，還需要對(duì)微型計(jì)算機(jī)的工作原理和應(yīng)用方法有更深入的理解。,計(jì)算機(jī)發(fā)展至今一直有這種趨勢(shì):組成越來(lái)越復(fù)雜、功能越來(lái)越強(qiáng)、應(yīng)用越來(lái)越容易 組成越來(lái)越復(fù)雜和功能越來(lái)越強(qiáng)不需要解釋，而應(yīng)用越來(lái)越容易是指對(duì)一般用戶而言的。這里所說(shuō)的容易是
2、建立在無(wú)數(shù)專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)者的艱苦努力所開(kāi)發(fā)出的大量語(yǔ)言、軟件工具等基礎(chǔ)之上的，使一般用戶具有非常容易的計(jì)算機(jī)應(yīng)用環(huán)境。,本課程學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的組成邏輯要具體到寄存器的層,次，編程序要面對(duì)寄存器編程，這就是匯編語(yǔ)言編程。,在如此深入的層面上理解計(jì)算機(jī)的工作原理，不單純是,為了知識(shí)，而是很多應(yīng)用必須建立在這個(gè)基礎(chǔ)上，只有,掌握了匯編語(yǔ)言編程技術(shù)才能充分利用計(jì)算機(jī)的潛力。組成一個(gè)計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，必須包括,(Hardware)和軟件(Software)。所謂硬件是指組成計(jì)機(jī)的,物理實(shí)體，是看得見(jiàn)摸得著的部分。對(duì)于微型計(jì)算機(jī)系,統(tǒng)，硬件包括主機(jī)箱及其內(nèi)部的電子器件、機(jī)電元件組,成的電路和鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯
3、示器、打印機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng),器等。,大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，組成的硬件常常組裝在若干個(gè)大型機(jī)柜中。軟件，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是程序，但主要不是指用戶的一般程序。為了使計(jì)算機(jī)用戶感到應(yīng)用,計(jì)算機(jī)容易和方便，許多從事計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的專業(yè)人員編出了多種程序。計(jì)算機(jī)執(zhí)行這些程序并借助這些程序的功能“接待”用戶，從而使用戶在新的更加方便和容易的條件下使用。軟件主要指這些程序。,1.1.1微機(jī)系統(tǒng)中的微處理器和主機(jī),板,主機(jī)板安裝在計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)。主機(jī)板上面的集成電路組成了微機(jī)系統(tǒng)的核心，包括微處理器、主存儲(chǔ)器RAM、存有開(kāi)機(jī)必須首先運(yùn)行的程序的只讀存儲(chǔ)器ROM、實(shí)現(xiàn)日歷計(jì)時(shí)和保存系統(tǒng)配置信息的RT/CMOS RAM以及形成
4、總線上發(fā)出信號(hào)和接收總線上外加信號(hào)的總線控制邏輯。,1.微處理器和協(xié)處理器,組成計(jì)算機(jī)四大功能部件的運(yùn)算器和控制器都是由數(shù)字電路組成的，合起來(lái)稱為中央處理部件，縮寫(xiě)為CPU(Central Processing Unit)。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的微處理器(Micro Processor)，就是全部功能集成于一片超大規(guī)模集成電路的CPU，微處理器完成運(yùn)算器和控制器功能。,當(dāng)前微型計(jì)算機(jī)市場(chǎng)上，大多數(shù)微型計(jì)算機(jī)的微處理器是Intel公司推出的8086微處理器家族成員，有8086、80186、80286、80386、80486、Pentium(80586)、Pentium及Pentium?？梢园?808
5、6 微處理器看作基礎(chǔ)，以后所推出的 80286 等微處理器雖然都有改進(jìn)，但都保持與 8086 兼容，即都具有 8086 的基本邏輯結(jié)構(gòu)。以 8086 微處理器組成的微機(jī)系統(tǒng)是IBM PC/XT及其兼容機(jī)，雖然市場(chǎng)上已經(jīng)少見(jiàn)了，但從學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，它仍然可以作為基本例機(jī)學(xué)習(xí)。80286 及以后推出的微處理器組成的微機(jī)系統(tǒng)，并不嚴(yán)格地通稱為高檔微機(jī)。,2.隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM,RAM和ROM是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中的兩大類型。RAM接受程序的控制，既可以向其中寫(xiě)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，又可以把其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出來(lái)?？梢?jiàn)RAM可以存儲(chǔ)程序，也可以存儲(chǔ)程序運(yùn)行時(shí)需要的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最后結(jié)果。ROM 中
6、存儲(chǔ)的信息是事先寫(xiě)入的。它接受程序的控制只能從其中讀出事先寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。主機(jī)板上的ROM在系統(tǒng)工作中起著重要作用，因?yàn)槠渲写鎯?chǔ)著大量的程序。粗略地可將這些程序分為兩部分：一部分程序是系統(tǒng)一開(kāi)機(jī)(加電)就執(zhí)行的程序并借此輸入磁盤(pán)里的操作系統(tǒng)程序。,然后執(zhí)行操作系統(tǒng)程序?？梢?jiàn)，如果沒(méi)有ROM中的這部分程序，系統(tǒng)就難以開(kāi)始工作。ROM中的另一部分程序是一組精心設(shè)計(jì)的管理和控制常規(guī)外部設(shè)備工作的子程序。操作系統(tǒng)和用戶編制應(yīng)用程序時(shí)都可調(diào)用這些子程序，以減輕編程的負(fù)擔(dān)。ROM中的程序，統(tǒng)稱為BIOS(Basic Input Output System)。,3.總線控制邏輯,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)之一
7、是采用總線(Bus)結(jié)構(gòu)?？偩€結(jié)構(gòu)是主體部分與其它部分相連接的一種結(jié)構(gòu)方式。其基本思想是，主體部分與其它多個(gè)不同部分都通過(guò)同一組精心設(shè)置的連線相連接。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有兩級(jí)(或兩層)總線，即微處理器級(jí)總線和系統(tǒng)級(jí)總線。,(3)適應(yīng)外部中斷方式；,(4)適應(yīng)存儲(chǔ)器直接與外部設(shè)備交換信息(即DMA方式)。產(chǎn)生和接受這些操作所需要的信號(hào)是總線控制邏輯的任務(wù)?？偩€控制邏輯包括多種專用的集成電路，將在第 10 章討論。,4.RT/CMOS RAM,在 80286 及以后的高檔微機(jī)主機(jī)板上，都有一片稱為RT/CMOS RAM(簡(jiǎn)稱CMOS)集成電路。它在電池支持下工作，就是說(shuō)在機(jī)器關(guān)掉電源后它仍在工作
8、。它包括計(jì)數(shù)邏輯和 64 個(gè)字節(jié)的可讀寫(xiě)存儲(chǔ)器，完成兩個(gè)功能：一個(gè)功能是計(jì)數(shù)和提供實(shí)時(shí)的日歷時(shí)間，包括年、月、日、時(shí)、分、秒；另一個(gè)功能是存儲(chǔ)系統(tǒng)配置的信息，例如系統(tǒng)的存儲(chǔ)器、顯示器、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等的參數(shù)。,為了保持與XT總線兼容，除保持原來(lái)插槽的位置和信號(hào)線之外，增加了一個(gè)短插槽，接有擴(kuò)展的信號(hào)線。80286 以后的微機(jī)系統(tǒng)大多數(shù)都采用PC/AT總線，并把它定為標(biāo)準(zhǔn)總線之一，稱為ISA(Industry Standard Architecture)總線。此外，還有EISA(Extended ISA)總線和MCA(Micro Channel Architecture)總線。,1.1.3輸入輸出接
9、口板,許多外部設(shè)備，例如顯示器、打印機(jī)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等，雖然不同廠家都是遵照某種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，但是它們的輸入輸出仍不能直接與微機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)總線相連接。在系統(tǒng)總線與外部設(shè)備之間仍然需要適配邏輯統(tǒng)稱為I/O接口板。實(shí)際上每種外部設(shè)備都有自己的接口板名字，例如顯示器適配器、并行打印接口、磁盤(pán)接口板等。,隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，不僅各種設(shè)備的接口邏輯集成為專用的集成電路，而且已有一種趨勢(shì)，將多種外部設(shè)備的接口邏輯集成于一片電路中，出現(xiàn)各種多功能接口板。第11 章將討論常用外部設(shè)備接口板的功能和編程方法。,我們知道乘法是連加運(yùn)算，除法的商可在連減的過(guò)程中產(chǎn)生，sin(x)等許多函數(shù)可以展開(kāi)成只含加、減、乘、
10、除基本運(yùn)算的級(jí)數(shù)?？傊疅o(wú)論多么復(fù)雜的運(yùn)算都可以分解為一系列基本運(yùn)算。計(jì)算機(jī)執(zhí)行高級(jí)語(yǔ)言的任何一條語(yǔ)句，都是在執(zhí)行了一系列基本運(yùn)算后完成的。,計(jì)算機(jī)能直接完成的兩數(shù)加、減、邏輯乘、邏輯或以及數(shù)的取反、取負(fù)、傳輸?shù)鹊仍S多基本運(yùn)算或操作，每種基本運(yùn)算或操作稱為一條指令。在學(xué)習(xí)微機(jī)原理和匯編語(yǔ)言編程時(shí)，指令是最基本最重要的概念。如何理解指令和程序的概念?我們應(yīng)掌握以下要點(diǎn)：,(1)一個(gè)微處理器所能執(zhí)行的全部指令，就是這個(gè)微處理器的指令系統(tǒng)(Instruction Set)。一個(gè)微處理器的指令系統(tǒng)是設(shè)計(jì)微處理器時(shí)決定的，成為微處理器固有的功能。指令及指令系統(tǒng)所能完成的功能的強(qiáng)弱，是這種微處理器功能強(qiáng)弱的
11、具體體現(xiàn)。,(2)指令在微處理器內(nèi)是以代碼形式出現(xiàn)和施展控制的，任何一條指令都用與其它指令不同的代碼表示。假設(shè)微處理器內(nèi)有寄存器A和寄存器B，又假設(shè)“寄存器A中的數(shù)與寄存器B中的數(shù)相加，其和存入寄存器A”是一條指令，并假設(shè)其指令碼為 00000001，那么微處理器內(nèi)一旦出現(xiàn)了指令碼 00000001，就會(huì)按指令功能的規(guī)定執(zhí)行寄存器A與B內(nèi)容相加，和存于A的操作。不同的指令有不同的指令碼。指令碼對(duì)操作的控制方法也是不難理解的：,微處理器內(nèi)有專用的寄存器寄存指令碼，這個(gè)寄存器稱為指令寄存器，它的輸出控制是專門(mén)設(shè)計(jì)的組合網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)組合網(wǎng)絡(luò)能在指令碼控制下，把時(shí)鐘脈沖變換成完成該指令操作所需要的控制信
12、號(hào)序列，加到ALU等執(zhí)行邏輯，完成指令包含的一系列微細(xì)操作。,(3)按運(yùn)算功能要求把指令排列起來(lái)，這就是程序。指令是構(gòu)成程序的基本單元。對(duì)于不同型號(hào)的微處理器或由不同型號(hào)微處理器組成的微型計(jì)算機(jī)，可能編出具有相同運(yùn)算功能的程序，例如都有計(jì)算cos(x)的功能，但編程用的指令和指令序列可能是不同的。這是因?yàn)椴煌吞?hào)微處理器有不同的指令系統(tǒng)，而且編程序時(shí)不能寫(xiě)入指令系統(tǒng)中不存在的主觀臆造的“指令”。,可見(jiàn)，這里所說(shuō)的程序與高級(jí)語(yǔ)言編的程序有很大差別，高級(jí)語(yǔ)言編程用的語(yǔ)句絕大多數(shù)是不隨微機(jī)型號(hào)而改變的，而這里所說(shuō)的編程序用的指令則完全依賴于微處理器的型號(hào)。高級(jí)語(yǔ)言易于學(xué)習(xí)掌握，因?yàn)槠湔Z(yǔ)句形式很接近自
13、然語(yǔ)言，而這里所說(shuō)的指令所指明的操作是計(jì)算機(jī)內(nèi)的基本操作，只有那些有計(jì)算機(jī)原理知識(shí)的人才能理解，所以也只能由這樣的人編寫(xiě)程序。,直接用表示指令的二進(jìn)制代碼編程，稱為用機(jī)器碼語(yǔ)言編程。為了便于記憶和書(shū)寫(xiě)，每條指令的二進(jìn)制代碼可用一組字母或符號(hào)表示，用字母或符號(hào)表示的指令編程稱為用匯編語(yǔ)言編程。用匯編語(yǔ)言編的程序最終必須變換成機(jī)器碼語(yǔ)言程序才能在計(jì)算機(jī)內(nèi)執(zhí)行。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，任何信息都必須以二進(jìn)制代碼形式存在。不難想像，高級(jí)語(yǔ)言程序中的一條語(yǔ)句的功能都是靠若干條指令的程序段完成的。,(4)機(jī)器碼指令排出的程序在準(zhǔn)備執(zhí)行時(shí)，必須存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。程序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，而不是臨時(shí)由人工把一條條指令輸入計(jì)算機(jī)，
14、這一點(diǎn)成為計(jì)算機(jī)之所以有很強(qiáng)功能的關(guān)鍵之一。這是因?yàn)橐噪娮铀俣葟拇鎯?chǔ)器中取出指令要比人工輸入指令快得很多很多。大多數(shù)計(jì)算器沒(méi)有存儲(chǔ)程序的功能，在計(jì)算一個(gè)長(zhǎng)的算術(shù)式時(shí)，要人工一步一步打入“指令”，這就是計(jì)算器與計(jì)算機(jī)的重要區(qū)別之一。,2.計(jì)算機(jī)的基本操作過(guò)程,建立了指令和程序的概念之后，不難總結(jié)出計(jì)算機(jī)的基本工作方法。計(jì)算機(jī)的工作就是運(yùn)行程序，未運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)就是未工作、“未上班”的計(jì)算機(jī)。,首先，微處理器、微型計(jì)算機(jī)的“微”字來(lái)源于微電子學(xué)的“微”字。集成電路技術(shù)是微電子學(xué)的核心，微處理器為超大規(guī)模集成電路(VLSI)，是微電子學(xué)發(fā)展的結(jié)果，微型計(jì)算機(jī)是以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)，其體積小。,
15、其次，從計(jì)算機(jī)分類來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)比集成電路出現(xiàn)早得多。早在復(fù)雜的微處理器出現(xiàn)之前，根據(jù)功能的強(qiáng)弱和體積的大小，計(jì)算機(jī)有大型、中型和小型計(jì)算機(jī)之分。大約70 年代后期微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，體積比小型計(jì)算機(jī)小得多，但這不意味著微型機(jī)的功能也比小型機(jī)弱，今天的IBM PC微型計(jì)算機(jī)比 70 年代的中型計(jì)算機(jī)的功能還要強(qiáng)。,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展并不受人為的定義的限制，微電子學(xué)集成電路技術(shù)不可能僅限制用于生產(chǎn)微處理器和微型計(jì)算機(jī)。新的大型、中型和小型計(jì)算機(jī)中采用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路器件后，功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了 70 年代的大型計(jì)算機(jī)。,1.2微型計(jì)算機(jī)的軟件和操作系統(tǒng),軟件是程序，而且主要是指那些由專業(yè)人員
16、編制的、在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)功能的程序。從用戶使用的立場(chǎng)出發(fā)，代表計(jì)算機(jī)特征的是它的功能。不但組成計(jì)算機(jī)的硬件可以影響計(jì)算機(jī)的功能，而且計(jì)算機(jī)所具有的軟件也可以影響計(jì)算機(jī)的功能。從對(duì)計(jì)算機(jī)功能影響的意義上來(lái)看，硬件和軟件的作用是相同的。現(xiàn)今市場(chǎng)上銷售的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，沒(méi)有一臺(tái)是不帶任何軟件的“計(jì)算機(jī)”。所以軟件是組成微機(jī)系統(tǒng)不可缺少的部分。,計(jì)算機(jī)軟件分為兩大類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用(或用戶)軟件。系統(tǒng)軟件是這樣的一些程序，計(jì)算機(jī)在運(yùn)行這些程序時(shí)，為其它程序的開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行等建立一個(gè)良好的環(huán)境：能方便地輸入程序，作好執(zhí)行前的準(zhǔn)備處理以及可靠運(yùn)行程序。,系統(tǒng)軟件一般是專業(yè)公司開(kāi)發(fā)后由計(jì)算機(jī)廠商提供的。應(yīng)用軟件是系統(tǒng)的用戶為解決自己特定問(wèn)題的需要而開(kāi)發(fā)的程序或購(gòu)買(mǎi)的程序。本書(shū)的重點(diǎn)之一就是講述如何使用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的技術(shù)。,微機(jī)系統(tǒng)接通電源后運(yùn)行的第一個(gè)系統(tǒng)軟件是固化在主機(jī)板上 ROM中的BIOS，然后運(yùn)行系統(tǒng)最基本最重要的系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)(Operating System)。屬于系統(tǒng)軟件的還有在操作系統(tǒng)支持下的各種工具和各種語(yǔ)言處理程序等。例如，各種文本編輯程序(Text Edit
微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述課件
