微型计算机原理与应用第1章微型计算机系统概述课件

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1、,第1章 微型计算机系统概述,1.1 微型计算机系统的硬件组成和基本工作,方法,1.2 微型计算机的软件和操作系统,第 1 章 微型计算机系统概述,返回主目录,第 1 章 微型计算机系统概述,学生在学习本书之前，应已学过计算机应用基础、数字电路与逻辑设计及某种高级计算机语言等课程。可以说，已经具备了一些关于计算机的基本知识。但是，在很多情况下 只具备这些基本知识是不够的，还需要对微型计算机的工作原理和应用方法有更深入的理解。,计算机发展至今一直有这种趋势:组成越来越复杂、功能越来越强、应用越来越容易 组成越来越复杂和功能越来越强不需要解释，而应用越来越容易是指对一般用户而言的。这里所说的容易是

2、建立在无数专业软件开发者的艰苦努力所开发出的大量语言、软件工具等基础之上的，使一般用户具有非常容易的计算机应用环境。,本课程学习计算机的组成逻辑要具体到寄存器的层,次，编程序要面对寄存器编程，这就是汇编语言编程。,在如此深入的层面上理解计算机的工作原理，不单纯是,为了知识，而是很多应用必须建立在这个基础上，只有,掌握了汇编语言编程技术才能充分利用计算机的潜力。组成一个计算机或微型计算机系统，必须包括,(Hardware)和软件(Software)。所谓硬件是指组成计机的,物理实体，是看得见摸得着的部分。对于微型计算机系,统，硬件包括主机箱及其内部的电子器件、机电元件组,成的电路和键盘、鼠标、显

3、示器、打印机、磁盘驱动,器等。,大型计算机系统相当复杂，组成的硬件常常组装在若干个大型机柜中。软件，简单地说就是程序，但主要不是指用户的一般程序。为了使计算机用户感到应用,计算机容易和方便，许多从事计算机开发的专业人员编出了多种程序。计算机执行这些程序并借助这些程序的功能“接待”用户，从而使用户在新的更加方便和容易的条件下使用。软件主要指这些程序。,1.1.1微机系统中的微处理器和主机,板,主机板安装在计算机机箱内。主机板上面的集成电路组成了微机系统的核心，包括微处理器、主存储器RAM、存有开机必须首先运行的程序的只读存储器ROM、实现日历计时和保存系统配置信息的RT/CMOS RAM以及形成

4、总线上发出信号和接收总线上外加信号的总线控制逻辑。,1.微处理器和协处理器,组成计算机四大功能部件的运算器和控制器都是由数字电路组成的，合起来称为中央处理部件，缩写为CPU(Central Processing Unit)。微型计算机系统中的微处理器(Micro Processor)，就是全部功能集成于一片超大规模集成电路的CPU，微处理器完成运算器和控制器功能。,当前微型计算机市场上，大多数微型计算机的微处理器是Intel公司推出的8086微处理器家族成员，有8086、80186、80286、80386、80486、Pentium(80586)、Pentium及Pentium。可以把 808

5、6 微处理器看作基础，以后所推出的 80286 等微处理器虽然都有改进，但都保持与 8086 兼容，即都具有 8086 的基本逻辑结构。以 8086 微处理器组成的微机系统是IBM PC/XT及其兼容机，虽然市场上已经少见了，但从学习的角度出发，它仍然可以作为基本例机学习。80286 及以后推出的微处理器组成的微机系统，并不严格地通称为高档微机。,2.随机存储器RAM和只读存储器ROM,RAM和ROM是半导体存储器中的两大类型。RAM接受程序的控制，既可以向其中写入数据存储起来，又可以把其中存储的数据读出来。可见RAM可以存储程序，也可以存储程序运行时需要的数据、中间结果和最后结果。ROM 中

6、存储的信息是事先写入的。它接受程序的控制只能从其中读出事先写入的数据。主机板上的ROM在系统工作中起着重要作用，因为其中存储着大量的程序。粗略地可将这些程序分为两部分：一部分程序是系统一开机(加电)就执行的程序并借此输入磁盘里的操作系统程序。,然后执行操作系统程序。可见，如果没有ROM中的这部分程序，系统就难以开始工作。ROM中的另一部分程序是一组精心设计的管理和控制常规外部设备工作的子程序。操作系统和用户编制应用程序时都可调用这些子程序，以减轻编程的负担。ROM中的程序，统称为BIOS(Basic Input Output System)。,3.总线控制逻辑,微型计算机系统结构的重要特点之一

7、是采用总线(Bus)结构。总线结构是主体部分与其它部分相连接的一种结构方式。其基本思想是，主体部分与其它多个不同部分都通过同一组精心设置的连线相连接。在微型计算机系统中，有两级(或两层)总线，即微处理器级总线和系统级总线。,(3)适应外部中断方式；,(4)适应存储器直接与外部设备交换信息(即DMA方式)。产生和接受这些操作所需要的信号是总线控制逻辑的任务。总线控制逻辑包括多种专用的集成电路，将在第 10 章讨论。,4.RT/CMOS RAM,在 80286 及以后的高档微机主机板上，都有一片称为RT/CMOS RAM(简称CMOS)集成电路。它在电池支持下工作，就是说在机器关掉电源后它仍在工作

8、。它包括计数逻辑和 64 个字节的可读写存储器，完成两个功能：一个功能是计数和提供实时的日历时间，包括年、月、日、时、分、秒；另一个功能是存储系统配置的信息，例如系统的存储器、显示器、磁盘驱动器等的参数。,为了保持与XT总线兼容，除保持原来插槽的位置和信号线之外，增加了一个短插槽，接有扩展的信号线。80286 以后的微机系统大多数都采用PC/AT总线，并把它定为标准总线之一，称为ISA(Industry Standard Architecture)总线。此外，还有EISA(Extended ISA)总线和MCA(Micro Channel Architecture)总线。,1.1.3输入输出接

9、口板,许多外部设备，例如显示器、打印机和磁盘驱动器等，虽然不同厂家都是遵照某种标准生产的，但是它们的输入输出仍不能直接与微机系统的系统总线相连接。在系统总线与外部设备之间仍然需要适配逻辑统称为I/O接口板。实际上每种外部设备都有自己的接口板名字，例如显示器适配器、并行打印接口、磁盘接口板等。,随着集成电路技术的发展，不仅各种设备的接口逻辑集成为专用的集成电路，而且已有一种趋势，将多种外部设备的接口逻辑集成于一片电路中，出现各种多功能接口板。第11 章将讨论常用外部设备接口板的功能和编程方法。,我们知道乘法是连加运算，除法的商可在连减的过程中产生，sin(x)等许多函数可以展开成只含加、减、乘、

10、除基本运算的级数。总之无论多么复杂的运算都可以分解为一系列基本运算。计算机执行高级语言的任何一条语句，都是在执行了一系列基本运算后完成的。,计算机能直接完成的两数加、减、逻辑乘、逻辑或以及数的取反、取负、传输等等许多基本运算或操作，每种基本运算或操作称为一条指令。在学习微机原理和汇编语言编程时，指令是最基本最重要的概念。如何理解指令和程序的概念?我们应掌握以下要点：,(1)一个微处理器所能执行的全部指令，就是这个微处理器的指令系统(Instruction Set)。一个微处理器的指令系统是设计微处理器时决定的，成为微处理器固有的功能。指令及指令系统所能完成的功能的强弱，是这种微处理器功能强弱的

11、具体体现。,(2)指令在微处理器内是以代码形式出现和施展控制的，任何一条指令都用与其它指令不同的代码表示。假设微处理器内有寄存器A和寄存器B，又假设“寄存器A中的数与寄存器B中的数相加，其和存入寄存器A”是一条指令，并假设其指令码为 00000001，那么微处理器内一旦出现了指令码 00000001，就会按指令功能的规定执行寄存器A与B内容相加，和存于A的操作。不同的指令有不同的指令码。指令码对操作的控制方法也是不难理解的：,微处理器内有专用的寄存器寄存指令码，这个寄存器称为指令寄存器，它的输出控制是专门设计的组合网络，这个组合网络能在指令码控制下，把时钟脉冲变换成完成该指令操作所需要的控制信

12、号序列，加到ALU等执行逻辑，完成指令包含的一系列微细操作。,(3)按运算功能要求把指令排列起来，这就是程序。指令是构成程序的基本单元。对于不同型号的微处理器或由不同型号微处理器组成的微型计算机，可能编出具有相同运算功能的程序，例如都有计算cos(x)的功能，但编程用的指令和指令序列可能是不同的。这是因为不同型号微处理器有不同的指令系统，而且编程序时不能写入指令系统中不存在的主观臆造的“指令”。,可见，这里所说的程序与高级语言编的程序有很大差别，高级语言编程用的语句绝大多数是不随微机型号而改变的，而这里所说的编程序用的指令则完全依赖于微处理器的型号。高级语言易于学习掌握，因为其语句形式很接近自

13、然语言，而这里所说的指令所指明的操作是计算机内的基本操作，只有那些有计算机原理知识的人才能理解，所以也只能由这样的人编写程序。,直接用表示指令的二进制代码编程，称为用机器码语言编程。为了便于记忆和书写，每条指令的二进制代码可用一组字母或符号表示，用字母或符号表示的指令编程称为用汇编语言编程。用汇编语言编的程序最终必须变换成机器码语言程序才能在计算机内执行。在计算机内，任何信息都必须以二进制代码形式存在。不难想像，高级语言程序中的一条语句的功能都是靠若干条指令的程序段完成的。,(4)机器码指令排出的程序在准备执行时，必须存储于存储器中。程序存储于存储器中，而不是临时由人工把一条条指令输入计算机，

14、这一点成为计算机之所以有很强功能的关键之一。这是因为以电子速度从存储器中取出指令要比人工输入指令快得很多很多。大多数计算器没有存储程序的功能，在计算一个长的算术式时，要人工一步一步打入“指令”，这就是计算器与计算机的重要区别之一。,2.计算机的基本操作过程,建立了指令和程序的概念之后，不难总结出计算机的基本工作方法。计算机的工作就是运行程序，未运行程序的计算机就是未工作、“未上班”的计算机。,首先，微处理器、微型计算机的“微”字来源于微电子学的“微”字。集成电路技术是微电子学的核心，微处理器为超大规模集成电路(VLSI)，是微电子学发展的结果，微型计算机是以微处理器为核心的计算机，其体积小。,

15、其次，从计算机分类来说，计算机的出现比集成电路出现早得多。早在复杂的微处理器出现之前，根据功能的强弱和体积的大小，计算机有大型、中型和小型计算机之分。大约70 年代后期微型计算机出现，体积比小型计算机小得多，但这不意味着微型机的功能也比小型机弱，今天的IBM PC微型计算机比 70 年代的中型计算机的功能还要强。,科学技术的发展并不受人为的定义的限制，微电子学集成电路技术不可能仅限制用于生产微处理器和微型计算机。新的大型、中型和小型计算机中采用了大规模和超大规模集成电路器件后，功能已经远远超过了 70 年代的大型计算机。,1.2微型计算机的软件和操作系统,软件是程序，而且主要是指那些由专业人员

16、编制的、在计算机上运行时增强了计算机功能的程序。从用户使用的立场出发，代表计算机特征的是它的功能。不但组成计算机的硬件可以影响计算机的功能，而且计算机所具有的软件也可以影响计算机的功能。从对计算机功能影响的意义上来看，硬件和软件的作用是相同的。现今市场上销售的计算机系统，没有一台是不带任何软件的“计算机”。所以软件是组成微机系统不可缺少的部分。,计算机软件分为两大类：系统软件和应用(或用户)软件。系统软件是这样的一些程序，计算机在运行这些程序时，为其它程序的开发、调试、运行等建立一个良好的环境：能方便地输入程序，作好执行前的准备处理以及可靠运行程序。,系统软件一般是专业公司开发后由计算机厂商提供的。应用软件是系统的用户为解决自己特定问题的需要而开发的程序或购买的程序。本书的重点之一就是讲述如何使用汇编语言开发应用软件的技术。,微机系统接通电源后运行的第一个系统软件是固化在主机板上 ROM中的BIOS，然后运行系统最基本最重要的系统软件操作系统(Operating System)。属于系统软件的还有在操作系统支持下的各种工具和各种语言处理程序等。例如，各种文本编辑程序(Text Edit