微型计算机原理与应用

微型计算机原理微型计算机原理与应用与应用 课程描述 课程设置课程设置 专业基础课，设置本课程主要是专业基础课，设置本课程主要是为自动控制（计算机控制）的相关专业课打为自动控制（计算机控制）的相关专业课打下一定的基础。下一定的基础。后续课程后续课程 微机控制技术微机控制技术相关课程相关课程 单片机单片机 PLC DCS等等选用教材选用教材 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术 张荣标张荣标 机械工业出版社机械工业出版社 主要参考书目微型计算机技术及应用（）微型计算机技术及应用（）戴梅萼戴梅萼 史嘉权史嘉权 清华大学出版清华大学出版微型计算机系统原理及应用（第版）微型计算机系统原理及应用（第版）周明德周明德 清华大学出版社清华大学出版社微型计算机原理及应用辅导微型计算机原理及应用辅导 李伯成李伯成 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 课程特点内容多内容多逻辑性差逻辑性差抽象抽象需要在理解的基础上记忆需要在理解的基础上记忆考试难度大考试难度大 学习方法正确认识正确认识微机原理及应用微机原理及应用的用途、特的用途、特点及其对专业知识的影响点及其对专业知识的影响正确估计课程的难度，提高学习兴趣正确估计课程的难度，提高学习兴趣注重理解性记忆，加强软件、硬件实验锻注重理解性记忆，加强软件、硬件实验锻炼炼充分利用网络，提高自学能力充分利用网络，提高自学能力相互交流，共同提高相互交流，共同提高 课程主要内容本课程主要内容：本课程主要内容：（微机原理、汇编语言程序设计、（微机原理、汇编语言程序设计、接口技术）接口技术）微机基础知识微机基础知识8086/8088CPU结构及原理结构及原理8086系列系列CPU的指令系统的指令系统汇编语言程序设计汇编语言程序设计存储器存储器并行接口、定时器技术并行接口、定时器技术中断技术中断技术 讲课学时及成绩评定共共72学时学时 其中讲课其中讲课60学时，实验学时，实验12学时。学时。成绩评定成绩评定 平时成绩平时成绩 包括作业、实验、课堂表现包括作业、实验、课堂表现 考试成绩考试成绩 闭卷考试。闭卷考试。第一章第一章 微型计算机基础知识微型计算机基础知识本章学习目标本章学习目标了解微型计算机的发展、应用及其分类了解微型计算机的发展、应用及其分类掌握计算机的组成结构掌握计算机的组成结构掌握计算机数据的表示掌握计算机数据的表示理解微型计算机的基本工作过程理解微型计算机的基本工作过程1 微型计算机概述一、微型机的特点和发展一、微型机的特点和发展1、特点、特点l体积小，重量轻，耗电少体积小，重量轻，耗电少l可靠性高，结构灵活可靠性高，结构灵活 l价格低廉价格低廉l应用面广应用面广2、微型机的发展、微型机的发展l1971年，美国年，美国Intel公司研究并制造了公司研究并制造了I4004微处理器芯片。该芯片能同时处理微处理器芯片。该芯片能同时处理4位二进位二进制数，集成了制数，集成了2300个晶体管，每秒个晶体管，每秒6万次，万次，成本约成本约200美元。美元。l微机概念：以大规模、超大规模集成电路微机概念：以大规模、超大规模集成电路构成微处理器作核心，配以存储器、输入构成微处理器作核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出的计算输出接口电路及系统总线所制造出的计算机。机。l划分代标志其发展。早期的摩尔定律。划分代标志其发展。早期的摩尔定律。第一代第一代4位和低档位和低档8位机位机Intel 4004（1971-1972）第二代第二代中高档中高档8位机位机8080/8085、Z80、MC6800第三代第三代16位机位机 Intel 8086、Z8000第四代第四代32位机位机80386、80486第五代第五代（1974-1978）（1978-1981）（1981-1992）（93后）后）特点：特点：1、速度越来越快。、速度越来越快。2、容量越来越大。、容量越来越大。3、功能越来越强。、功能越来越强。第五代计算机（新一代）第五代计算机（新一代）将采用人工智能技术及新型软件，硬件将采用新将采用人工智能技术及新型软件，硬件将采用新的体系结构和超导集成电路。分为问题解决与推的体系结构和超导集成电路。分为问题解决与推理机；知识数据库管理机；智能接口计算机。理机；知识数据库管理机；智能接口计算机。CPU 发展的思路发展的思路l 在在CPU上制作存储管理部件上制作存储管理部件l 采用指令和数据高速缓存采用指令和数据高速缓存l 采用流水线结构以提高系统的并行性采用流水线结构以提高系统的并行性l 采用大量的寄存器组成寄存器堆以提高处理速度采用大量的寄存器组成寄存器堆以提高处理速度l 具有完善的协处理器接口，提高数据处理能力具有完善的协处理器接口，提高数据处理能力l 在系统设计上引入兼容性，实现高、低档微机间在系统设计上引入兼容性，实现高、低档微机间的兼容的兼容（摩尔定律是否还存在？）（摩尔定律是否还存在？）二、微型机基本结构（硬件二、微型机基本结构（硬件+软件）软件）输输入入电电路路控制器控制器输输出出电电路路 CPU 存储器存储器运算器运算器ALU1、硬件：中央处理器（、硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口电）、存储器、输入接口电路、输出接口电路、总线路、输出接口电路、总线2、软件：软件：系统软件：由生产厂家配置在机器内。系统软件：由生产厂家配置在机器内。包括监控、管理、汇编、包括监控、管理、汇编、DOS、应用子程、应用子程 序库等。序库等。应用软件：用户根据需要开发的程序应用软件：用户根据需要开发的程序 如采样、滤波、标度变换、报警显示、如采样、滤波、标度变换、报警显示、控制输出等。控制输出等。3、总线：总线是连接多个功能部件的一组总线：总线是连接多个功能部件的一组公共信号线公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输传输 微机：片内（微机：片内（CPU内）内）单总线结构单总线结构 片外片外 三总线结构三总线结构 地址总线（地址总线（AB）、数据总线（数据总线（DB）、控制总线、控制总线（CB）。）。地址总线地址总线AB 单向单向 输出输出CPU的地址信号的地址信号输出将要访问的内存单元或输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线数据总线DB 双向双向 在在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之接口之间进行数据传送。间进行数据传送。CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时，写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线控制总线CB 双向双向 CPU对存储器、对存储器、I/O接口进行接口进行控制和联络。控制和联络。协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等控制总线决定了系统总线的特点控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应性等例如功能、适应性等举例举例举例举例 总线使用特点总线使用特点在某一时刻，只能由一个总线主控设备在某一时刻，只能由一个总线主控设备（例如（例如CPU）来控制总线）来控制总线在连接系统总线的各个设备中，某时刻只在连接系统总线的各个设备中，某时刻只能有一个发送者向总线发送信号；但可以能有一个发送者向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获取信号有多个设备从总线上同时获取信号微机系统采用微机系统采用“总线结构总线结构”，具有组态灵，具有组态灵活、扩展方便的优势活、扩展方便的优势4、关于微机需要区别的概念、关于微机需要区别的概念 微处理器即微处理器即CPU 是计算机的核心部件是计算机的核心部件 利用集成技术将运算器、控制器集成在一片芯利用集成技术将运算器、控制器集成在一片芯片上。其功能如下：片上。其功能如下：对指令译码并执行规定动作；对指令译码并执行规定动作；能与存储器及外设交换数据；可响应其它部件的能与存储器及外设交换数据；可响应其它部件的中断请求；提供系统所需的定时和控制中断请求；提供系统所需的定时和控制微型计算机微型计算机 在在CPU的基础上配置存储器、的基础上配置存储器、I/O接口电路、系接口电路、系统总线统总线微型计算机系统微型计算机系统 以微机为主体，配置系统软件和外设以微机为主体，配置系统软件和外设运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线 输入输出输出输入输出输出 接口电路接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统区别区别3个概念个概念三、微型计算机的应用三、微型计算机的应用1、科学计算和科学研究、科学计算和科学研究（数值计算），（数值计算），如国防、航空航天、建筑设计等可取代大、如国防、航空航天、建筑设计等可取代大、中型计算机。中型计算机。2、数据处理、数据处理（信息处理）（信息处理）如财务管理、财政预算、挡案管理、库房如财务管理、财政预算、挡案管理、库房管理等可以很方便的对各种信息和数据统计、管理等可以很方便的对各种信息和数据统计、分类、检索、转换、制表等分类、检索、转换、制表等 3、工业控制、工业控制（过程控制）（过程控制）主要应用于各工矿企业自动控制和自动生主要应用于各工矿企业自动控制和自动生产流水线等产流水线等 用微型计算机实现用微型计算机实现DDC控制，控制，SCC监督控监督控制、分布控制制、分布控制4、仪器、仪表控制（智能仪表）、仪器、仪表控制（智能仪表）5、家电及民用产品、家电及民用产品 全自动产品全自动产品6、人工智能、人工智能 机器人、机械手机器人、机械手 四、计算机的主要性能指标四、计算机的主要性能指标字长：表示精度字长：表示精度 一次可以并行处理的数据的位数既数据线一次可以并行处理的数据的位数既数据线的条数。的条数。运算速度：平均执行指令的时间（单位运算速度：平均执行指令的时间（单位us）或每秒执行指令数。或每秒执行指令数。内存容量：表示计算机可存储的信息量内存容量：表示计算机可存储的信息量 常用单位：常用单位：K、M、G 2 计算机的数值和编码计算机的数值和编码一、常用术语一、常用术语1、位（、位（bit）：）：是计算机能表示的最小单位，每位是计算机能表示的最小单位，每位只有两种状态只有两种状态0、1。2、字节（、字节（Byte）：）：8位（位（bit）为一个字节）为一个字节 是内存是内存的基本单位。的基本单位。3、字和字长、字和字长（word）：字是）：字是CPU内部进行数据处内部进行数据处理的基本单位。字长即字的长度，常与理的基本单位。字长即字的长度，常与CPU内内部的寄存器、部的寄存器、运算装置、总线宽度一致。运算装置、总线宽度一致。常用微机字长分别是常用微机字长分别是4位、位、8位、位、16位、位、32位。位。4、K、KB ：K是数量单位，是数量单位，KB表示内存容量。表示内存容量。1K=1024 1KB=1024byte 1M=210K=1024K 1G=210M=1024M5、ASC码：码：美国标准信息交换码，用美国标准信息交换码，用7位二进位二进制数表示数字、字母及计算机所能识别的各种符制数表示数字、字母及计算机所能识别的各种符号。号。6、BCD码码：十进制数的二进制表示，用十进制数的二进制表示，用4位二进位二进制数表示制数表示0-9十个数字。十个数字。7、指令：计算机所能识别的规定计算机进行某种指令：计算机所能识别的规定计算机进行某种操作的命令。操作的命令。8、程序：程序是许多指令的有序集合。是用户在、程序：程序是许多指令的有序集合。是用户在使用计算机时，为要解决的问题编写的指令序列。使用计算机时，为要解决的问题编写的指令序列。9、指令系统：是一台计算机所能识别的全部指令、指令系统：是一台计算机所能识别的全部指令的集合。的集合。10、地址：是计算机存储单元的编号，通常、地址：是计算机存储单元的编号，通常8bit为为一个单元，每个单元有独立的编号。一个单元，每个单元有独立的编号。内存地址的最大编号（容量）有限，由地址线的条内存地址的最大编号（容量）有限，由地址线的条数决定。数决定。二、数制及其相互转换二、数制及其相互转换1 1、常用的进位计数制、常用的进位计数制 计算机采用二进制表示所有的信息。计算机采用二进制表示所有的信息。原因：易于构造原因：易于构造2 2个稳定状态的电子器件个稳定状态的电子器件 易于和十进制数相互转换易于和十进制数相互转换 运算规则简单运算规则简单 易于和逻辑运算统一易于和逻辑运算统一 十进制十进制 09 十个不同的基数十个不同的基数 逢十进一逢十进一 用用D表示或省略表示或省略二进制二进制 只有只有0、1两个不同的基数两个不同的基数 逢二进一逢二进一 用用B表示表示十六进制十六进制 09、A、B、C、D、E、F十六个不同的基数十六个不同的基数 逢十六进一逢十六进一 用用H表示表示2 2、不同进制之间的相互转换、不同进制之间的相互转换 二进制转换为十进制二进制转换为十进制 方法：按权展开相加方法：按权展开相加例例1（101011）B=1 25+0 24+1 23+0 22 +1 21+1 20=（43）D例例2：（1101010.101）B=1 26+1 25+1 23 +1 21+1 2-1+1 2-3=（106.625）D十进制转换为二进制十进制转换为二进制 整数部分采用除整数部分采用除2 2取余法，直到商为取余法，直到商为0 0 为止。为止。小数部分采用乘小数部分采用乘2 2取整法，直到满足精度要求取整法，直到满足精度要求 为止。为止。例例1 1：将（：将（136136）D D转换为二进制数。转换为二进制数。2 136 余数（结果）余数（结果）低位低位 2 68 -0 2 34 -0 2 17 -0 向向 2 8 -1 上上 2 4 -0 写写 2 2 -0 2 1 -0 0 -1 高位高位（136）D=10001000B原理原理：(136)D=(Kn-1Kn-2K1K0)B =Kn-1 2n-1+Kn-2 2n-2+K1 21 +K0 20两边同除以两边同除以2 2，K Kn-1n-1K Kn-2n-2KK1 1中均含有中均含有2 2的的因子，余数为因子，余数为K K0 0，同理继续除下去可以找到同理继续除下去可以找到K K1 1 、K K2 2直到直到K Kn-1n-1例例2：将：将(0.613)D转换为十进制转换为十进制(0.613)10 2=1.226 k1=1 高位高位(0.226)10 2=0.452 k2=0(0.452)10 2=0.904 k3=0(0.904)10 2=1.808 k4=1(0.808)10 2=1.616 k5=1(0.616)10 2=1.232 k6=1 低位低位(0.613)D=（0.100111）B原理原理(0.613)D=（0.k1k2 km）B =k1 2-1+k2 2-2+.+km 2-m两端同乘以两端同乘以2 2，则等式右端的整数为，则等式右端的整数为k k11，不断乘下去可以找到不断乘下去可以找到k k22.k km m。十六进制于二进制之间的互相转换十六进制于二进制之间的互相转换二进制不方便书写、记忆、查错、纠错，用十六进制将其缩二进制不方便书写、记忆、查错、纠错，用十六进制将其缩短。短。4位二进制数和一位十六进制数具有一一对应的关系。位二进制数和一位十六进制数具有一一对应的关系。十六进制十六进制 二进制二进制 十六进制十六进制 二进制二进制 0 0000 8 1000 1 0001 9 1001 2 0010 A 1010 3 0011 B 1011 4 0100 C 1100 5 0101 D 1101 6 0110 E 1110 7 0111 F 1111 例例1：（F3.A）H=(11110011.1010)B例例2（101100100111101.011）B=（593D.6）Hl 十进制与十六进制之间的互相转换十进制与十六进制之间的互相转换 十六进制十六进制 十进制：十进制：按权威展开相加按权威展开相加 十进制十进制 十六进制：整数十六进制：整数 除十六取余除十六取余 小数小数 乘十六取整乘十六取整思考：转换是否可以用不同的方法实现？思考：转换是否可以用不同的方法实现？明确明确3个概念的区别个概念的区别微处理器（微处理器（Microprocessor）一个大规模集成电路芯片一个大规模集成电路芯片内含控制器、运算器和寄存器等内含控制器、运算器和寄存器等微机中的核心芯片微机中的核心芯片微型计算机（微型计算机（Microcomputer）通常指微型计算机的硬件系统通常指微型计算机的硬件系统还有一般的说法：还有一般的说法：微机微机、微型机微型机微型计算机系统（微型计算机系统（Microcomputer system）指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统返回返回Intel 80 x86CPU的地址线条数的地址线条数Intel 80 x86地址条数地址条数存储容量存储容量8086201MB8088201MB802862416MB80386Pentium 4324GB返回返回Intel 80 x86CPU的数据线位数的数据线位数Intel 80 x86数据位数数据位数80861680888802861680386Pentium 432返回返回三、二进制编码三、二进制编码一般微机采用一般微机采用TTL电子元件，使用电子元件，使用5V电源电源 通常规定通常规定:0V0.3V 为为0（低电平）（低电平）2.7V5V 为为1（高电平）高电平）0.3V2.7V 为高阻（浮空）为高阻（浮空）l 计算机中所有的数字、字母、符号、指令等必须计算机中所有的数字、字母、符号、指令等必须用固定的二进制数表示，这种方法叫二进制编码用固定的二进制数表示，这种方法叫二进制编码。1、二进制编码的十进制数、二进制编码的十进制数（BCD码）常用码）常用8421BCD码码 例例:（495.38）D =（010010010101.00111000）BCD2、ASC码码 采用七位二进制编码，可以表示采用七位二进制编码，可以表示128个字符。个字符。bit7作奇偶校验位，在机器中表示时，常认为作奇偶校验位，在机器中表示时，常认为“0”，用一个字节（用一个字节（8位）表示一个位）表示一个ASC字符。字符。常用的常用的ASC字符：字符：09 的的ASC码码30H39H AZ 的的ASC码码41H5AH az 的的ASC码码61H7AH3 3、BCDBCD码运算时的修正码运算时的修正l BCD码在计算机内运算时，运算器仍按码在计算机内运算时，运算器仍按二进制原则进行，则结果有偏差，我们要二进制原则进行，则结果有偏差，我们要求结果仍是正确的求结果仍是正确的BCD码，则需要进行调码，则需要进行调整。整。l 以加法为例说明以加法为例说明：例例1：A=31 B=56 A+B=87 00110001 +01010110 10000111 结果正确无需调整结果正确无需调整例例2：A=58 B=23 A+B=81 01011000 +00100011 01111011 结果不正确需加结果不正确需加06H调整调整 +00000110 10000001 得到正确结果得到正确结果例例3：A=49 B=78 A+B=127 01001001 +01111000 11000001 结果不正确需加结果不正确需加66H调整调整 +01100110 100100111 得到正确结果得到正确结果l 总之加法修整的方法是：总之加法修整的方法是：低半字节大于低半字节大于9或向高半字节有进位（半进位），或向高半字节有进位（半进位），则加则加06H调整。调整。高半字节大于高半字节大于9或有进位，则加或有进位，则加60H调整。调整。以上两种情况交叉组合，则加以上两种情况交叉组合，则加66H调整。调整。l 同理，减法、乘法、除法分别由相应的调整方法。同理，减法、乘法、除法分别由相应的调整方法。l 在计算机中有专用指令完成调整。在计算机中有专用指令完成调整。3 计算机中数值的表示计算机中数值的表示一、一、8086中的三种数据中的三种数据1、无符号二进制数、无符号二进制数 8位位 数值范围数值范围 0255 16位位 数值范围数值范围 0655352、有符号的二进制数、有符号的二进制数 S为符号位，其余为数值位（为符号位，其余为数值位（0或或1）。）。8位位 数值范围数值范围 -128+127 16位位 数值范围数值范围 -32768+32767S XXXXXXX3、BCD码（只能在一个字节中表示，无符号）码（只能在一个字节中表示，无符号）两种形式：两种形式：压缩型压缩型 数值范围数值范围 099 非压缩型非压缩型 数值范围数值范围 09十位十位个位个位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00个位个位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0二、码制（有符号数的表示方法）二、码制（有符号数的表示方法）用二进制数的最高位表示符号用二进制数的最高位表示符号0为正，为正，1为负。为负。常用三种表示法：原码、反码、补码。常用三种表示法：原码、反码、补码。1、原码表示法：、原码表示法：定义定义：X原原=0X X0 X原原=2n-1-X X0（n包括符号位在内）包括符号位在内）例：例：X=105=1101001 X原原=01101001 X=-105=-1101001 X原原=11101001 利用定义求解利用定义求解 n=8 2n-1=10000000 2n-1-X=10000000-（-1101001）=111010011 =20nxxx原l 原码的特点：原码的特点：l 在原码中在原码中0有两种表示法有两种表示法 +0原原=00H-0原原=80Hl 8位原码表示数的范围是位原码表示数的范围是-127+127（FFH7FH）2、反码表示法：正数的反码与原码相同，负数的、反码表示法：正数的反码与原码相同，负数的反码是负数原码符号位不变，其余位取反。反码是负数原码符号位不变，其余位取反。定义：定义：X反反=0X X0 X反反=2n-1+X X0（n包括符号位在内）包括符号位在内）例例：X=+1011011 X反反=01011011 X=-1011011 X反反=10100100 利用定义求解利用定义求解 n=8 2n-1=11111111 2n-1+X=11111111+（-1011011）=10100100l 反码的特点：反码的特点：l 在反码中在反码中0有两种表示法有两种表示法 +0反反=00H-0反反=FFHl 8位反码表示数的范围是位反码表示数的范围是-127+127（80H7FH）3、补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的、补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的补码是反码加补码是反码加1 。定义：定义：X补补=0X X0 X补补=2n+X X0（n包括符号位在内）包括符号位在内）例：例：X=+1010011 X补补=01010011 X=-1010011 X补补=10101101 利用定义求解利用定义求解 n=8 2n=100000000 2n+X=100000000+（-1010011）=10101101l 补码的特点：补码的特点：l 在补码中在补码中0的表示是唯一的的表示是唯一的 0补补=00Hl 8位补码表示数的范围是位补码表示数的范围是-128+127（80H7FH）l 补码中符号位可以和数值位一同参与运算。补码中符号位可以和数值位一同参与运算。l 补码可以将减法运算变为加法运算。补码可以将减法运算变为加法运算。l 小结：原码小结：原码 正数正数0X 负数负数1X 反码反码 正数正数0X 负数负数1X 补码补码 正数正数0X 负数负数1X+1 （不必利用定（不必利用定义求）义求）原码原码反码反码补码补码真值真值取反取反加加1求补求补4、补码的应用补码的应用l 补码在运算时符号位与数值位同等对待，只要结补码在运算时符号位与数值位同等对待，只要结果不溢出，则结果是正确的（仍为补码）。果不溢出，则结果是正确的（仍为补码）。例：例：X=-1001110=-78 Y=+1100011=99 X补补=10110010 Y补补=01100011 X+Y补补=X补补+Y补补 =10110010+01100011 =00010101 X+Y原原=00010101 X+Y=21 练习：练习：X=+78 Y=-99 求求 X+Y将减法变为加法（可以简化运算器的设计）将减法变为加法（可以简化运算器的设计）原理：在求补码的过程中已经作了减法（原理：在求补码的过程中已经作了减法（2 2n n是是n n位位二进制数的模）。二进制数的模）。应用：应用：X=+65 Y=+10 X补补=X原原=01000001 -X补补=10111111 Y补补=Y原原=00001010 -Y补补=11110110l X+Y=75 X+Y补补=01001011=+75补补l X-Y=55 X-Y补补=X补补+-Y补补=01000001+1111011 =00110111=+55补补l Y-X=-55 Y-X补补=Y补补+-X补补=11001001=-55补补4 简易微型机的工作过程简易微型机的工作过程一、基本结构：一、基本结构：CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器PC程序程序计数器计数器寄存器组寄存器组累加器累加器A运运算算器器微操作发生器微操作发生器1 1、中央处理器的组成、中央处理器的组成中央处理器（中央处理器（CPUCPU）由运算器和控制器组成。）由运算器和控制器组成。l 运算器：计算机中加工和处理数据的功能部件。运算器：计算机中加工和处理数据的功能部件。功能功能:（1 1）对数据进行加工处理，主要包括算术和）对数据进行加工处理，主要包括算术和逻辑运算，如加、减、乘、与、或、非运算等。逻辑运算，如加、减、乘、与、或、非运算等。（2 2）暂时存放参与运算的数据和中间结果。）暂时存放参与运算的数据和中间结果。主要包括：主要包括：ALUALU：算术逻辑单元：算术逻辑单元 进行算术、逻辑运算。进行算术、逻辑运算。A A：累加寄存器：累加寄存器(存放操作数或运算结果存放操作数或运算结果)。其它寄存器。其它寄存器。F F：标志寄存器：标志寄存器 存放运算结果的标志（零、正负、存放运算结果的标志（零、正负、进位、溢出等）。进位、溢出等）。l 控制器控制器 控制和指挥计算机内各功能部件协调动作，完成控制和指挥计算机内各功能部件协调动作，完成计算机程序功能。计算机程序功能。（1 1）程序计数器（）程序计数器（PCPC）：存放将要取出的指令地）：存放将要取出的指令地 址，指令取出后，其内容自动加址，指令取出后，其内容自动加1 1。（2 2）指令寄存器（）指令寄存器（IRIR）：存放指令的操作码。）：存放指令的操作码。（3 3）指令译码器（）指令译码器（IDID）：将指令的操作码翻译成机）：将指令的操作码翻译成机器能识别的命令信号。器能识别的命令信号。（4 4）微操作控制信号发生器（）微操作控制信号发生器（PLAPLA）：产生一系）：产生一系 列微操作控制信号。列微操作控制信号。（5 5）地址寄存器（）地址寄存器（ARAR）：存放操作数或结果单元的）：存放操作数或结果单元的地址。地址。2、存储器的基本结构、存储器的基本结构地址译码器、存储单元、控制逻辑地址译码器、存储单元、控制逻辑l 读操作读操作AR的内容的内容 地址总线地址总线 AB 地址译码器地址译码器 选通相应单元选通相应单元 存储单元内容存储单元内容 数据总线数据总线 数据寄存器（数据寄存器（DR）l 写操作写操作AR的内容的内容 地址总线地址总线 AB 地址译码器地址译码器 数据总线数据总线 相应的存储单元相应的存储单元3、执行指令的过程、执行指令的过程取指令、分析指令、执行指令、存结果周而复始。取指令、分析指令、执行指令、存结果周而复始。4、微型计算机的工作过程、微型计算机的工作过程在进行计算前，应做如下工作：在进行计算前，应做如下工作：（1）用助记符号指令（汇编语言）编写程序（源）用助记符号指令（汇编语言）编写程序（源程序）；程序）；（2）用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计）用汇编软件（汇编程序）将源程序汇编成计算机能识别的机器语言程序；算机能识别的机器语言程序；（3）将数据和程序通过输入设备送入存储器中存）将数据和程序通过输入设备送入存储器中存放。放。例：完成例：完成7+10=?结果在结果在A中中 MOV A，07H /B0H 07H ；07送入累加器送入累加器A ADD A，0AH /04H 0AH ；10与与A中内容相加中内容相加 结果在结果在A中中 HLT /F4H ；暂停暂停00H01H02H03H04HB007040AF4取指令阶段的执行过程取指令阶段的执行过程（设程序从（设程序从00H开始存放）开始存放）（1）将程序计数器）将程序计数器PC的内容送地址寄存的内容送地址寄存AR。（2）程序计数器）程序计数器PC的内容自动加的内容自动加1变为变为01H，为取，为取下一条指令作好准备。下一条指令作好准备。（3）地址寄存器）地址寄存器AR将将00H通过地址总线送至存储通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中器地址译码器译码，选中00H单元。单元。（4）CPU发出发出“读读”命令。命令。（5）所选中的）所选中的00单元的内容单元的内容B0H读至数据总线读至数据总线DB上。上。（6）经数据总线）经数据总线DB，读出的，读出的B0H送至数据寄存器送至数据寄存器DR。（7）DR将其内容送至指令寄存器将其内容送至指令寄存器IR中，经过译码中，经过译码CPU“识别识别”出此操作码为出此操作码为“MOV A，07H”指令，指令，于是控制器发出执行这条指令的控制命令。于是控制器发出执行这条指令的控制命令。PCARALUABDRIRIDPLA01H100H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令读命令B0H56B0H7控制信号控制信号（取第一条指令操作示意图）（取第一条指令操作示意图）执行指令阶段的执行过程执行指令阶段的执行过程：（1）将程序计数器（将程序计数器（PC）的内容送地址寄存器）的内容送地址寄存器AR。（2）程序计数器）程序计数器PC的内容自动加的内容自动加1变为变为02H，为取，为取下一条指令作好准备。下一条指令作好准备。（3）地址寄存器）地址寄存器AR将将01H通过地址总线送至存储通过地址总线送至存储器地址译码器译码，选中器地址译码器译码，选中01H单元。单元。（4）CPU发出发出“读读”命令。命令。（5）所选中的）所选中的01H单元的内容单元的内容07H读至数据总线读至数据总线DB上。上。（6）经数据总线）经数据总线DB，读出的，读出的07H送至数据寄存器送至数据寄存器DR。（7）由控制码计算机已知到读出的是立即数，并）由控制码计算机已知到读出的是立即数，并要求将它送入累加器要求将它送入累加器A中，所以数据寄存器中，所以数据寄存器DR通通过内部总线将过内部总线将07H送入累加器送入累加器A中。中。PCARALUABDRIRIDPLA02H101H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令读命令07H567控制信号控制信号07H（执行第一条指令操作示意图）（执行第一条指令操作示意图）执行第二条指令的取指过程与第一条相同，只是指执行第二条指令的取指过程与第一条相同，只是指令码地址不同。令码地址不同。经过对第二条指令操作码的分析得知第二条指令为经过对第二条指令操作码的分析得知第二条指令为加法指令。则执行过程如下：加法指令。则执行过程如下：（1）（）（PC）的内容送）的内容送AR。（2）PC+1送送 PC（3）AR经经AB送存储器地址译码器。送存储器地址译码器。（4）CPU发出发出“读读”命令。命令。（5）所选中的）所选中的03H单元的内容单元的内容0AH送送DB。（6）DB上数据送数据寄存器上数据送数据寄存器DR。（7）DR经经B送送ALU的一端。的一端。（8）A的内容送的内容送ALU的另一端。的另一端。（9）ALU相加的结果输出到相加的结果输出到A。（取第二条指令操作示意图）（取第二条指令操作示意图）2控制信号控制信号07HPCARALUABDRIRIDPLA03H102H00 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令读命令04H5604H7PCARALUABIRIDPLA04H103H200 B0H01 07H02 04H03 0AH04 F4H34读命令读命令DR0AH56707H（执行第二条指令操作示意图）（执行第二条指令操作示意图）0AH11H习习 题题1 1、微型计算机的特点是什么？主要性能指标有哪些？、微型计算机的特点是什么？主要性能指标有哪些？字节和字长有什么区别？字节和字长有什么区别？2 2、微型计算机是由哪几部分组成的？简述各部分的、微型计算机是由哪几部分组成的？简述各部分的作用。作用。3 3、微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间有、微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间有什么联系和区别。什么联系和区别。4 4、微型计算机内部、外部的结构特点是什么？总线、微型计算机内部、外部的结构特点是什么？总线结构的优点是什么？结构的优点是什么？5、完成下列数制之间的转换完成下列数制之间的转换（48）D=（）H=（）B（6DB）H=（）D=（）B （10101101）B=（）H=（）D（98）D=（）BCD=（）B（010110010010）BCD=（）D （）B6、完成下列码制之间的转换完成下列码制之间的转换X原原=BDH X补补、X反反、真值真值=？X反反=3CH X补补、X原原、真值真值=？X补补=8AH X反反、X原原、真值真值=？7、已知已知X=72 Y=35 求求 X+Y=?X-Y=?Y-X=?