微机原理

第一章　　微型计算机基础

第一节　　微型计算机发展概况

• 计算机是一种自动、高速、精确地进行信息处理的现代化电子设备。自从1946年第一台计算机诞生，计算机已经由电子管时代、晶体管时代、中小规模集成电路时代、发展到大规模、超大规模集成电路时代、第五代计算机、甚至量子计算机发展。

• 微处理器也有了飞速的发展，从70年代初，由大规模集成电路组成的微型计算机问世，经历30余年-推出了四代产品（4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器及以上）在微型计算机发展过程中，最成功的也最具有影响力的是IBM PC系列微机，又称PC机（PERSONAL COMPUTER）。

• 在微型计算机发展的同时，软件系统也得到了迅速的发展。以操作系统为例，PC机最初使用的是DOS操作系统，随着PC机的升级，DOS操作系统以由开始的DOS1.0版本升级到DOS6.2版本。DOS操作系统虽然有着很大的改进，但它仍是一种采用命令行接口的单任务、单用户的操作系统。和DOS操作系统相比，MS Windows操作系统有更大的优越性.MS windows提供了一个具有图形功能的用户界面操作环境，使用户使用更方便，因此得到了广泛的应用。MS Windows也由 WIN 3.1发展到WIN95,WIN NT 、WIN 98、win xp win2000 \win7、win8、win10。

第二节 微型计算机的硬件结构

• 虽然计算机发展迅速，但至今为止机的硬件体系结构仍采用冯。诺依曼建立的经典结构，这结构的主要持点是:微型计箅机系统的硬件由五大部分组成，如图所示.这五部分分别是运算器、控制器、存诸器.输入设备和输出设备。其中运算器和控制器合称MPU，微机的各组成部分通过总线连接起来。总线包括地址总线AB(ADDRESS BUS)、数据总线DB(DATA BUS)和控制总线CB(CONTROLBUS).我们将微切计箅机的这种系统结构称为三总线结构，简称为为总线结构。

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• 按照认识习惯，微机硬件包括主板、CPU、内存、键盘、鼠标、显示器、硬盘、机箱以及各种接口卡。

第三节 　　微型计算机的运算基础

二进制、八进制、十进制、十六进制以及原码、反码、补码

数的编码方式：

*   BCD------十进制数的二进制编码
*   ACSII 码
*   汉字编码
*   unicode 万国码，gbk国内使用，utf8全世界

第四节　　PC系列微机系统

一、主板结构

• 主板是一块多頃印别电路板，h面集成了 CPU、存油器、系统时钟发生器、《盘适K器、开 关、跳线器等电子器件及总线和总线扩展柏主板按所配用的CPU不同，分为XT主板、AT主 板、386主板、4g6主板和Pentium主板按使用总线的不同可分为ISA总线主板、EISA总线主 板、VEsk厣部总线和PC丨局邢总线主板等，有些PC机将软、硬件驱动适配器、显示器适配器和 串行U、并行口也集成在主板上,构成一体化结^的主板，可提高主机的可靠性和後定性，

二、常用I/0适配器

• 微型计算机的外设需通过适配器（又叫控制器)才能与CPU进行数据交换.常用的适配器有显示器适配器、软/硬盘驱动适配器、打印机适配器和串行接口等。
• 显示适配器

1. pc机的显示能力与显示器和显示适配器有关，目前常用的显示适配器如下，
2. EGA(增强图形适配器）这神显示适配器是IBM公司于】984年随AT机推出的一 种功陡较强的显示适配器_a它具有较好的字符和m形显示质量.
3. VGA(视頻图形陈列适配器）这种M示适配器是IBM公司1987年推出的视频控制 器卡.VGA显示棋式为祺拟信号彩色显示器，具有丰苗的色彩.它晁示的宇符和围形质童比 EGA 好。
4. SVGA(超级视頻图形冻列适配器）它比VGA功能更强，性能更好,可支持1024X 768的炅示分辨率.

• 软/硬盘驱动器适配器

早期的软硬盘适配器功能单一，各自独立。发展到如今，已将软硬盘驱动器适配器集成在 一起,成为多功能卡，目前使用较多的软硬盘接口卡除了有软硬盘适配器外，还集成了两个串 行口，一个并行口和一个游戏口接口卡，与主板I/O扩展槽相对应，多功能卡也冇许多种类。 目前PC机大多采用IDE接口卡，采用的是ISA总线接口标准，具有体积小,芯线少(40芯扁 平电缆连接多磁头、大容量、小型化硬盘的优点。另一种SCSI接口，通过50芯扁平电缆连接，可以同硬盘驵动器、光盘驱动器、打印机等多种外设连接,并通过命令与它们进行通信.故 越来越多的被采用.

• 其它接口电路

(1)打印机适配器

打印机是重要的输出设备，通常连接在并行端口成RS—232串行n上.目前一般把打印机接口集成在多功能卡上打印机接口可以有多个，DOS操作系统称第一个打印机接口为 LPT1,其它依次为LPT2和LPT3等。

(2)串行接口

串行口又称RS—232端口，用来连接打印机,Modem和鼠标器等，S前由行口一般集成 在多功能卡或者主板上。DOS系统中有串行口 1(COMl)和串行口 2(COM2)。DOS 3. 3以后 的版本允许有COM3和COM4,但它们的用途受到限制.

除上述接口电路外,486微机系统中还常常配置一些其它的接口电路，以扩展系统的功 能.为了节省空间，简化安装过程.提高系统的可靠性，常将不同的I/O适配器电路做在一块 电路板上，构成特殊功能卡。例如网卡，扫描仪接口卡、多媒体功能卡等。

第二章　　微处理器与系统总线

第一节　　8086的基本结构及功能

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1. 执行单元
   • 运算器 8个通用寄存器 1个标志寄存器 EU部分控制电路
2. 总线接口单元

• • 功能： 从内存中取指令到指令预取队列 指令预取队列是并行流水线工作的基础 负责与内存或输入/输出接口之间的数据传送 在执行转移程序时，BIU使指令预取队列复位，从指定的新地址取指令，并立即传给执行单元执行。

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• • 寄存器

内存空间的唯一地址(20位)称为物理地址是由两部分组成的：基地址×16 + 偏移地址

• • 存储器寻址
  • 8086/8088CPU的引脚功能

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• 分时复用
  • 分时复用就是一个引脚在不同的时刻具有两个甚至多个作用
  • 最常见的总线复用是数据和地址引脚复用
  • 总线复用的目的是为了减少对外引脚个数
  • 8088 /8086CPU的数据地址线采用了总线复用方法

第三节　　总线

• 处理器总线时序
  • 8086的总线操作主要有
  • 存储器读、存储器写、 I/O读操作、 I/O写操作
  • 中断响应操作，总线请求及响应操作
  • 指令周期 → 总线周期 → 时钟周期
• 指令周期
  • 指执行一条指令所需要的时间。
• 总线周期
  • CPU进行一次数据传送的时间。
  • 一个总线周期至少包括4个时钟周期
• 时钟周期
  • 相邻两个脉冲之间的时间间隔。由计算机主频决定

** 第三章　　�8086的指令系统与寻址方式**

• 指令及指令系统；

  • 指令： 控制计算机完成某种操作的命令。微处理器所能执行的，每一种基本操作的二进制表达形式。
  • 指令系统： 处理器所具有和能够执行的所有指令的集合
  • 指令的兼容性： 指令系统是向上兼容的。

• 指令的格式；

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• 指令中的操作数类型；

  • 立即数
  • 寄存器操作数
  • 存储器操作数

• 指令字长与机器字长；

  • 指令字长： 由操作码的长度、操作数地址长度、操作数个数决定。

• 指令的执行时间

• CISC和RISC指令系统

• • CISC（complex instruction set computer）

• • • 指令的功能强，种类多，常用指令用硬件实现；

    • 指令系统复杂，难使用。

  • RISC指令系统

    • 指令功能较弱，种类少，格式简单；

    • 多数指令在一个计算机周期内完成；

    • 对存储器的结构和存取速度要求较高。

寻址方式

数可能的来源或存放处：

• • 由指令直接给出
  • 寄存器
  • 内存单元

寻找操作数所在地址的方法可以有三种大类型

• • 指令直接给出的方式
  • 存放于寄存器中的寻址方式
  • 存放于存储器中的寻址方式

一、立即寻址

• MOV AX，1200H

二、寄存器寻址

• MOV AX，BX

三、直接寻址

• MOV AX，[1200H]

四、寄存器间接寻址

• MOV AX，[BX] 设BX=1200H

五、寄存器相对寻址

• MOV AX，[BX+DATA] 设：DS=2000H，BX=0220H，DATA=05H 则：AX=[20225H]

六、基址变址寻址

• MOV SI，1100H MOV BX，SI MOV AX，[SI+BX]

七、基址、变址、相对寻址

• 操作数的偏移地址为： 基址寄存器内容+变址寄存器内容+位移量
• 操作数的段地址由选择的基址寄存器决定。
• 基址变址相对寻址方式主要用于二维表格操作。
  • MOV DI，1100H MOV BP，DI MOV AL，[BP][DI]5

八、隐含寻址

• MUL BL