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1、第章微型计算机概述 本章内容本章内容计算机硬件基本结构计算机硬件基本结构计算机的常用术语计算机的常用术语计算机的工作原理计算机的工作原理8086微处理器微处理器2.1 计算机硬件基本结构计算机硬件基本结构 计算机的计算机的CPU、主板、内存条、硬盘、主板、内存条、硬盘、软盘、显示卡、显示器、键盘、鼠标等。这软盘、显示卡、显示器、键盘、鼠标等。这些都是计算机的部件，些都是计算机的部件，虽然这些部件的功能虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是计算机的基与性能都有了巨大的发展，但是计算机的基本结构未变，本结构未变，如下图所示。如下图所示。ABDBCBCPU 存储器存储器I/O接口接口外外设设
2、微型计算机组成框图微型计算机组成框图 其次要有能记忆原始题目、原始数据和中间结果以其次要有能记忆原始题目、原始数据和中间结果以及为了使机器能自动进行运算而编制的各种命令的器及为了使机器能自动进行运算而编制的各种命令的器件，这种器件就称为件，这种器件就称为存储器存储器。再次，要有能代替人的控制作用的再次，要有能代替人的控制作用的控制器控制器，它能根，它能根据事先给定的命令发出各种控制信息，使整个计算据事先给定的命令发出各种控制信息，使整个计算过程能一步步地自动进行。过程能一步步地自动进行。计算机最早是作为运算工具出现的。显然，它首计算机最早是作为运算工具出现的。显然，它首先要有能进行运算的部件，
3、称为先要有能进行运算的部件，称为运算器运算器。但是光有运算器、控制器和存储器还不够，原始但是光有运算器、控制器和存储器还不够，原始的数据与命令要输入，所以需要有的数据与命令要输入，所以需要有输入设备输入设备；而计；而计算的结果算的结果(或中间过程或中间过程)需要输出，就要有需要输出，就要有输出设备输出设备。这样就构成了一个基本的计算机系统。这样就构成了一个基本的计算机系统。在计算机硬件在计算机硬件(Hardware)中，往往把运算中，往往把运算器、控制器和存储器合在一起称为计算机的器、控制器和存储器合在一起称为计算机的主主机机；而把各种输入输出设备统称为计算机的外；而把各种输入输出设备统称为计
4、算机的外围设备或围设备或外部设备外部设备（Peripheral）。）。在主机部分中，又把运算器和控制器合在在主机部分中，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理单元一起称为中央处理单元CPU(Central Processing Unit)。随着半导体集成电路技术。随着半导体集成电路技术的发展，可以把整个的发展，可以把整个CPU集成在一个集成电集成在一个集成电路芯片上，就把它称为微处理器路芯片上，就把它称为微处理器(Microprocessor)。系统总线系统总线（1）、总线：）、总线：传递信息的一组公用导线。传递信息的一组公用导线。（2）、系统总线：）、系统总线：从从处理器处理器引出的若干信号
5、线，引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器或通过它们与存储器或I/O设备进行信息交换。系统总设备进行信息交换。系统总线分为：线分为：（A）、地址总线：）、地址总线：传递地址信息的总线，即传递地址信息的总线，即AB。CPU在地在地址总线上址总线上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，该总线，该总线为单向总线为单向总线。内存容量的计算：内存容量的计算：10条地址线可访问条地址线可访问 210=1 KB 16条地址线可访问条地址线可访问 216=64 KB 20条地址线可访问条地址线可访问 220=1 MB 1K=1024B 1M=1024 KB 1G=102
6、4 MB （B）、数据总线：）、数据总线：传递数据信息的总线，即传递数据信息的总线，即DB。在在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过数据总线送往进行读操作时，内存或外设的数据通过数据总线送往CPU；在在CPU进行写操作时，进行写操作时，CPU数据通过数据总线送往内存或外设，数据通过数据总线送往内存或外设，数据总线是双向总线数据总线是双向总线。（C）、控制总线：）、控制总线：传递控制信息的总线，即传递控制信息的总线，即CB。控制总线的方向控制总线的方向：一部分是从：一部分是从CPU输出：通过对指令的译码，输出：通过对指令的译码，由由CPU内部产生，由内部产生，由CPU送到存储器、输入送到存储
7、器、输入/输出接口电路输出接口电路和其它部件。如时钟信号、控制信号等。和其它部件。如时钟信号、控制信号等。另一部分是由系统中的部件产生，送往另一部分是由系统中的部件产生，送往CPU，如：中断请，如：中断请求信号、总线请求信号、状态信号。求信号、总线请求信号、状态信号。地址总线地址总线AB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地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线数据总线DBCPU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
8、外部数据通过数据总线送往外部数据线的多少数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数决定了一次能够传送数据的位数控制总线控制总线CB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、适应性等总线的使用特点：总线的使用特点：1、在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制总、在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制总线，其它总线主控设备此时必须放弃对总线的控制。线，其它总线主控设备此时必须放弃对总线的控制。2、在连接系统的各个设备中，在某一时刻只能有一、在连接系统的各个设备中，
9、在某一时刻只能有一发送者发送信号，但可以有多个设备从总线上同时发送者发送信号，但可以有多个设备从总线上同时获得信号。获得信号。3、通过总线插槽来接口板连接。、通过总线插槽来接口板连接。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2.1.1 中央处理器中央处理器CPU 中央处理单元中央处理单元CPU(Central Processor Unit)是一台计算机的心脏，主要由是一台计算机的心脏，主要由运算器和运算器和控
10、制器控制器构成，用来构成，用来解释指令并进行算术和逻解释指令并进行算术和逻辑运算辑运算。台式个人计算机的台式个人计算机的CPU，其形状比火柴，其形状比火柴盒略大，但集成了成千上万的逻辑门阵电路，盒略大，但集成了成千上万的逻辑门阵电路，这些逻辑门阵电路组成了用于进行运算的加这些逻辑门阵电路组成了用于进行运算的加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器、法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器、触发器、寄存器、计数器等基本运算单元。触发器、寄存器、计数器等基本运算单元。CPU的形状如下图所示。的形状如下图所示。英特尔微处理器芯片英特尔微处理器芯片80386PentiumIntel 赛扬赛扬D 352
11、8088CPUIA-32结构微处理器的概要历史结构微处理器的概要历史80386803868048680486奔腾奔腾奔腾奔腾II奔腾奔腾4802868028680868086奔腾奔腾IIIIA-64（安腾）（安腾）40044004不是我不明白，这世界变化太快扎扎实实掌握知识，以不变应万变IA-321971年：年：4004，宣告微型计算机时代的到来。，宣告微型计算机时代的到来。1972年：年：8008，8位微处理器位微处理器1974年：年：80801977年：年：8085（8080+支持电路）支持电路）1978年：年：8086，16位微处理器，位微处理器，2.9万万 5-8MHz 3um1979
12、年：年：8088（外部数据线改为（外部数据线改为8位，称为准位，称为准16位）位）1982年：年：802861985年：年：80386（32位微处理器）位微处理器）1989年：年：804861993年：年：Pentium（奔腾、（奔腾、586）1995年：年：Pentium Pro（高能奔腾、（高能奔腾、P6）1996年：年：MMX Pentium（多能奔腾）（多能奔腾）1997年：年：Pentium ii（奔腾（奔腾ii，真正的第，真正的第6代微处理器代微处理器686）1999年：年：Pentium iii（奔腾（奔腾iii）2000年：年：Pentium 4（奔腾（奔腾4）2003年：年：
13、Pentium 4HT 1.25亿亿 3.4GHz 0.09um主频主频 CPU内部的时钟频率，是内部的时钟频率，是CPU进行运算进行运算时的工作频率。时的工作频率。一般来说，主频越高，一个时钟周期里一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就的运算速度也就越快。但由于内部结构不同，并非所有时钟越快。但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的频率相同的CPU性能都一样。性能都一样。与与CPU有关的几个常见概念有关的几个常见概念主频是显示主频是显示CPU性能的最根本的指标，选购电脑的性能的最根本的指标，选购电脑的CPU时，时，常常会说到常常会说到
14、“Pentium III 600”、“Pentium III 600B”、“Duron 600”、“Athon 900”等等，这些型号里面的数字等等，这些型号里面的数字就是就是CPU的主频。的主频。大多数人都认为大多数人都认为CPU的主频指的是的主频指的是CPU运行的速度，实运行的速度，实际上这个认识是片面的。际上这个认识是片面的。CPU的主频表示在的主频表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度内数字脉冲信号振荡的速度，CPU能够运行在更高的频率下说明能够运行在更高的频率下说明CPU能够承受更高的运能够承受更高的运算速度，主频和实际的运算速度算速度，主频和实际的运算速度有关有关。外频外频 CPU与
15、与周边设备周边设备传输数据的频率，具传输数据的频率，具体是指体是指CPU到芯片组之间的总线速度。到芯片组之间的总线速度。外频速度高，外频速度高，CPU就可以同时接受更就可以同时接受更多的来自外围设备的数据，从而使整个系多的来自外围设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高统的速度进一步提高.倍频倍频 原先并没有倍频概念，原先并没有倍频概念，CPU的主频和系统总线的主频和系统总线的速度是一样的，但的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，倍的速度越来越快，倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上，而相对较低的频率上，而CPU速度可以通过倍频
16、速度可以通过倍频来提升。来提升。CPU主频的计算方式为：主频的计算方式为：主频主频=外频外频 x 倍频倍频也就是倍频是指也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就主频也就相应提高。相应提高。生产工艺生产工艺 在生产在生产CPU过程中，要进行加工各种电过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。路和电子元件，制造导线连接各个元器件。其其生产的精度以微米（生产的精度以微米（um）来表示，精度越）来表示，精度越高，生产工艺越先进高，生产工艺越先进，在同样的材料中可以，在同样的材料中可以制造更
17、多的电子元件，连接线也越细。制造更多的电子元件，连接线也越细。提高提高CPU的集成度，的集成度，CPU的功耗也越小。的功耗也越小。这样这样CPU的主频也可提高的主频也可提高，在，在0.25微米的生微米的生产工艺最高可以达到产工艺最高可以达到600MHz的频率。而的频率。而0.18微米的生产工艺微米的生产工艺CPU可达到可达到G赫兹的水平上。赫兹的水平上。工作电压工作电压 是是指指CPU正常工作所需的电压正常工作所需的电压，提高工，提高工作电压，可以加强作电压，可以加强CPU内部信号，增加内部信号，增加CPU的稳定性能。但会导致的稳定性能。但会导致CPU的发热问题，的发热问题，CPU发热将改变发
18、热将改变CPU的化学介质，降低的化学介质，降低CPU的寿命。的寿命。早期早期CPU工作电压为工作电压为5V，随着制造工艺，随着制造工艺与主频的提高，与主频的提高，CPU的工作电压有着很大的的工作电压有着很大的变化，变化，PIIICPU的电压为的电压为1.7V，解决了，解决了CPU发热过高的问题。发热过高的问题。2.1.2 内存内存 一台电脑必须拥有一台电脑必须拥有运算器、控制器、存运算器、控制器、存储器和输入输出设备储器和输入输出设备 运算器、控制器的作用由运算器、控制器的作用由CPU来完成来完成 存储器则分为存储器则分为内存储器和外存储器内存储器和外存储器。内存储器简称为内存，由半导体存储器
19、构内存储器简称为内存，由半导体存储器构成成；外存储器则包括了硬盘、软盘、光驱、；外存储器则包括了硬盘、软盘、光驱、磁带机等许多设备磁带机等许多设备 系统内（主）存的容量会在很大程度上影响系统内（主）存的容量会在很大程度上影响性能性能。因为系统中内存容量越大，就使越多的。因为系统中内存容量越大，就使越多的数据能被存储到离数据能被存储到离CPU更近的存储单元中，而更近的存储单元中，而不是存储到速度较慢的硬盘等其他存储介质上。不是存储到速度较慢的硬盘等其他存储介质上。主存储器通常由大规模的主存储器通常由大规模的MOS电路构成，其电路构成，其工作速度虽然比硬盘高了许多，但仍比工作速度虽然比硬盘高了许多
20、，但仍比CPU慢一慢一个数量级。为此，现代计算机常采用速度更高的个数量级。为此，现代计算机常采用速度更高的存储器（当然容量更小）作为存储器（当然容量更小）作为CPU与主存储器之与主存储器之间的间的高速缓存（高速缓存（Cache）。而且自。而且自486以后，把以后，把Cache做进了做进了CPU的内部，形成了多级的内部，形成了多级Cache结结构。构。现代现代PC机几乎都采用机几乎都采用高速缓存、主存储高速缓存、主存储器和后备存储器（如硬盘）这样的多级存器和后备存储器（如硬盘）这样的多级存储体系储体系，就是为了取得，就是为了取得存储容量大、存取存储容量大、存取速度快与成本之间的适当的折衷速度快与
21、成本之间的适当的折衷。存储器存储器内存（主存）内存（主存）外存（辅存）外存（辅存）RAMROMSRAMDRAMROMEPROME2PROM软盘软盘 硬盘硬盘光盘光盘存储器的结构存储器的结构 为了能区分不同的存储单元，对这些存储单元分为了能区分不同的存储单元，对这些存储单元分别编了号，用两位十六进制数表示，这就是它们别编了号，用两位十六进制数表示，这就是它们的的地址。地址。如如00H、01H、02H、FFH 存储器中的不同存储单元，是由地址总线上送存储器中的不同存储单元，是由地址总线上送来的来的地址地址(8位二进制数位二进制数)，经过存储器中的地址，经过存储器中的地址译译码码器来寻找的器来寻找的
22、(每给定一个地址号，可从每给定一个地址号，可从256个存个存储单元中找到相应于这个地址号的某一存储单元储单元中找到相应于这个地址号的某一存储单元)，然后就可以对这个存储单元的内容进行，然后就可以对这个存储单元的内容进行读或写读或写的操作的操作每一个存储单元可以存放每一个存储单元可以存放8位二进制信息位二进制信息(通常也通常也用两位十六进制数表示用两位十六进制数表示)，就是它们的，就是它们的内容内容。存储器由存储器由256个存储单元组成个存储单元组成 (1)读操作读操作 若已知在若已知在04号存储单元号存储单元中，存的内容为中，存的内容为10000100即即84H，若要把它，若要把它读出读出至数
23、据总线上。至数据总线上。则要求则要求CPU的地址寄存器先给出地址号的地址寄存器先给出地址号04，然后通过地址总线送至存储器，存储器中的地址然后通过地址总线送至存储器，存储器中的地址译码器对它进行译码，找到译码器对它进行译码，找到04号存储单元。号存储单元。再要求再要求CPU发出读的控制命令，于是发出读的控制命令，于是04号存号存储单元的内容储单元的内容84H就出现在数据总线上，由它送就出现在数据总线上，由它送至数据寄存器至数据寄存器DR，如下图所示。，如下图所示。读操作读操作 (2)写操作写操作 若要把数据寄存器中的若要把数据寄存器中的内容内容26H写入写入到到10号存储单元号存储单元。则要求
24、则要求CPU的的AR地址寄存器先给出地址地址寄存器先给出地址10，通过地址总线，通过地址总线(AB)送至存储器，经译送至存储器，经译码后找到码后找到10号存储单元；号存储单元；然后把然后把DR数据寄存器中的内容数据寄存器中的内容26H经数经数据总线据总线(DB)送给存储器；且送给存储器；且CPU发出写的发出写的控制命令，于是数据总线上的信息控制命令，于是数据总线上的信息26H就可就可以写入到以写入到10号存储单元中，如下图所示。号存储单元中，如下图所示。写操作写操作 信息写入后，在没有新的信息写入信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息是一直保留的，而且我们的以前，该信息是一直保留的，而且我
25、们的存储器的读出是非破坏性的，即存储器的读出是非破坏性的，即信息读出信息读出后存储单元的内容不变后存储单元的内容不变大家不要误会大家不要误会了了除非再次写入新的信息。除非再次写入新的信息。在计算机中，基本上有在计算机中，基本上有两种信息两种信息在流动。在流动。一种信息为数据一种信息为数据，即各种原始数据、中间结，即各种原始数据、中间结果等。这些数据要由输入设备输入，存于存储器果等。这些数据要由输入设备输入，存于存储器中。在运算处理过程中，数据从存储器读入运算中。在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果要存入存储器中，器进行运算，运算的中间结果要存入存储器中，或最后由运算
26、器经输出设备输出。或最后由运算器经输出设备输出。计算机中的信息计算机中的信息 另一种信息为另一种信息为程序程序，即人们给计算机的各种控，即人们给计算机的各种控制命令，也以数据的形式由输入设备存至存储器制命令，也以数据的形式由输入设备存至存储器中。在运行时从存储器中取出送入控制器，由控中。在运行时从存储器中取出送入控制器，由控制器经过译码后变为各种控制信号。制器经过译码后变为各种控制信号。输入设备输入设备输出设备输出设备键盘键盘鼠标鼠标扫描仪、数码相机扫描仪、数码相机显示器显示器打印机打印机绘图仪绘图仪I/O设备设备2.1.3 I/O设备和设备和I/O接口接口2.2 常用的名词术语和二进制编码常
27、用的名词术语和二进制编码1，位、字节、字及字长，位、字节、字及字长 (1)位位(Bit)“位位”是指是指一个二进制位一个二进制位。它是计算机中信息存储的。它是计算机中信息存储的最小单位，一般用最小单位，一般用b表示表示 (2)字节字节(Byte)“字节字节”是指是指相邻的相邻的8个二进制位个二进制位。通常用作计算存。通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作储容量的单位。字节作为单位时记作B例如例如8086/8088有有20条地址线，它的存储器寻址范条地址线，它的存储器寻址范围（容量）是围（容量）是220字节，记做字节，记做1MB。1K=1024=210 1M=1024K=220 1G=1
28、024M=230 1T=1024G=240 1KB1K8b (3)字字(Word)和字长和字长 “字字”是是计算机内部进行数据传递、处理的计算机内部进行数据传递、处理的基本单位基本单位。通常它与计算机内部的寄存器、。通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、数据总线宽度相一致。故取决运算装置、数据总线宽度相一致。故取决于微处理器内部于微处理器内部通用寄存器的位数和数据通用寄存器的位数和数据总线的宽度总线的宽度 一个字所包含的二进制位数一个字所包含的二进制位数称为称为字长字长。常。常见的微型计算机的字长有见的微型计算机的字长有8位、位、16位、位、32位位和和64位位2，数字编码，数字编码 计算机中
29、的数用二进制表示。计算机中的数用二进制表示。比如计算机中的十进制数的每一位用若干位二进表比如计算机中的十进制数的每一位用若干位二进表示，这就是十进制数的二进制编码，简称二示，这就是十进制数的二进制编码，简称二-十进十进制编码制编码(BCD)。3.字符编码字符编码 同样，字母、数字、符号等各种字符也必须按照特同样，字母、数字、符号等各种字符也必须按照特定的规则用二进制编码才能在计算机中表示。字符编定的规则用二进制编码才能在计算机中表示。字符编码的方式很多，世界上最普遍采用的一种字符编码是码的方式很多，世界上最普遍采用的一种字符编码是ASCII码（美国信息交换标准码）。码（美国信息交换标准码）。（
30、American Standard Code for Information Interchange）ASCII码用码用7位二进制编码，它有位二进制编码，它有128种种组合，组合，可以表示可以表示128种字符种字符。包括。包括09，十，十个阿拉伯数字字符，大、小写英文字母个阿拉伯数字字符，大、小写英文字母（72个），常用标点符号和各种控制字符。个），常用标点符号和各种控制字符。在计算机中用一个字节表示一个在计算机中用一个字节表示一个ASCII码字符，即在码字符，即在7位位ASCII前最高位置为前最高位置为0。例如，例如，0011000000111001(即即30H39H)是数字是数字09的的A
31、SCII码，而码，而0100000101011010(即即41H5AH)是大写是大写英文字母英文字母AZ的的ASCII码。码。4，汉字编码汉字编码计算机能否处理汉字是能否在我国推广计算机应用计算机能否处理汉字是能否在我国推广计算机应用的关键的关键.用计算机处理汉字，用计算机处理汉字，每个汉字必须用代码表示每个汉字必须用代码表示 键盘输入汉字是输入汉字的键盘输入汉字是输入汉字的外部码外部码 外部码必须转换为外部码必须转换为内部码内部码才能在计算机内进行存储才能在计算机内进行存储 和处理和处理 不同的汉字处理系统之间交换信息采用不同的汉字处理系统之间交换信息采用交换码交换码 为了将汉字以点阵的形式
32、输出，还要将内部码转换为了将汉字以点阵的形式输出，还要将内部码转换为为字形码字形码 (1)外部码外部码 汉字主要是从键盘输入，每个汉字对应汉字主要是从键盘输入，每个汉字对应一个外部码，外部码是计算机输入汉字的一个外部码，外部码是计算机输入汉字的代码，是代表某一个汉字的一组键盘符号。代码，是代表某一个汉字的一组键盘符号。外部码也叫输入码。汉字的输入方法不同，外部码也叫输入码。汉字的输入方法不同，同一个汉字的外部码可能不一样。同一个汉字的外部码可能不一样。(2)内部码内部码 汉字内部码也称汉字内码或汉字机内码。在不汉字内部码也称汉字内码或汉字机内码。在不同的汉字输入方案中，同一汉字的外部码不同，同
33、的汉字输入方案中，同一汉字的外部码不同，但但同一汉字的内部码是唯一的同一汉字的内部码是唯一的。内部码通常是用。内部码通常是用其在汉字字库中的物理位置表示，可以用汉字在其在汉字字库中的物理位置表示，可以用汉字在汉字字库中的序号或者用汉字在汉字字库中的存汉字字库中的序号或者用汉字在汉字字库中的存储位置表示。汉字在计算机中至少要用两个字节储位置表示。汉字在计算机中至少要用两个字节表示表示(有用三字节、四字节表示的有用三字节、四字节表示的)，在微型计算，在微型计算机中常用的是两字节汉字内码。机中常用的是两字节汉字内码。其特点是其特点是:占占2 2个字节个字节,其最高位都是其最高位都是“1 1”ASCI
34、I码的最高位是“0”(3)交换码交换码 不同计算机系统之间交换信息时，要求不同计算机系统之间交换信息时，要求其间传送的汉字代码信息要完全一致。其间传送的汉字代码信息要完全一致。(4)输出码输出码 汉字输出码又称汉字输出码又称汉字字形码汉字字形码或汉字发生器或汉字发生器的编码。的编码。众所周知，汉字无论字形有多少变化，众所周知，汉字无论字形有多少变化，也无论笔划有多有少，都可以写在一个方块中。也无论笔划有多有少，都可以写在一个方块中。一个方块可以看作一个方块可以看作m行行n列的矩阵，称为列的矩阵，称为点阵。一个点阵。一个m行行n列的点阵共有列的点阵共有mn个点。例个点。例如如1616点阵的汉字，
35、共有点阵的汉字，共有256个点。每个点个点。每个点可以是黑点或者非黑点，凡是笔划经过的点用可以是黑点或者非黑点，凡是笔划经过的点用黑点，于是利用点阵描绘出了汉字字形，汉字黑点，于是利用点阵描绘出了汉字字形，汉字的点阵字形在计算机中称为的点阵字形在计算机中称为字模字模。汉字“中”的1616点阵字模汉字输出通常使用点阵表示的汉字输出通常使用点阵表示的字模码字模码.一个汉字一个汉字有多种字体、字形有多种字体、字形,用不同的字模码表示用不同的字模码表示.不同不同的字体有不同的字库的字体有不同的字库.内码内码 字库地址字库地址 选字体选字体 字模码字模码汉字输入码汉字交换码汉字内码汉字字形库汉字汉字汉字
36、汉字2字节输入设备输入设备 代码转换软件代码转换软件 加汉字标识加汉字标识 字模库字模库 输出设备输出设备2.3 指令、程序和指令系统指令、程序和指令系统 计算机的几个主要部件构成了计算机的硬件的计算机的几个主要部件构成了计算机的硬件的基础。但是，有硬件只是具有了计算的可能。计基础。但是，有硬件只是具有了计算的可能。计算机要真正能够进行计算还必须要有软件的配合算机要真正能够进行计算还必须要有软件的配合,首先是各种首先是各种程序程序(Program)。计算机所以能脱离人的直接干预，自动地进行计算机所以能脱离人的直接干预，自动地进行计算，这是由于人把实现计算的一步步操作用命令计算，这是由于人把实现
37、计算的一步步操作用命令的形式的形式即一条条指令即一条条指令(Instruction)预先输入预先输入到存储器中，在执行时，机器把这些指令一条条地到存储器中，在执行时，机器把这些指令一条条地取出来，加以翻译和执行。取出来，加以翻译和执行。计算机的运算是通过计算机的运算是通过取数取数送数送数运算运算存数存数等操作实现的。等操作实现的。把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是下来，这就是指令指令。通常一条指令对应着一种基本。通常一条指令对应着一种基本操作。操作。一台计算机能执行什么样的操作，能做多少种一台计算机能执行什么样的操作，能做多少种操作，是
38、由设计计算机时所规定的指令系统决定的。操作，是由设计计算机时所规定的指令系统决定的。计算机所能执行的全部指令，就是计算机的计算机所能执行的全部指令，就是计算机的指指令系统令系统(Instruction Set)。在使用计算机时，必须把要解决的问题编在使用计算机时，必须把要解决的问题编成一条条指令，这些指令的集合就称为成一条条指令，这些指令的集合就称为程序程序。用户为解决自己的问题所编制的程序，称用户为解决自己的问题所编制的程序，称为为源程序源程序(Source Program)。指令通常分成指令通常分成操作码操作码(Opcode即即operation code)和和操作数操作数(Operand
39、)两大部分。两大部分。操作码操作码表示表示计算机执行什么操作计算机执行什么操作操作数操作数指明指明参加操作的数的本身或操作数所在的参加操作的数的本身或操作数所在的地址地址。计算机发展初期，就是用指令的机器码计算机发展初期，就是用指令的机器码直接来编制用户的源程序，这就是直接来编制用户的源程序，这就是机器语言阶段机器语言阶段。因为计算机只认得二进制数码，所以计算因为计算机只认得二进制数码，所以计算机的机的指令系统中的所有指令，都必须以二进制指令系统中的所有指令，都必须以二进制编码的形式来表示编码的形式来表示。但是机器码是由一连串的但是机器码是由一连串的0和和1组成的，组成的，没有明显的特征，不好
40、记忆，不易理解，易出没有明显的特征，不好记忆，不易理解，易出错。所以，编写程序成为一种十分困难而且十错。所以，编写程序成为一种十分困难而且十分繁琐的工作。因而，逐渐进入了分繁琐的工作。因而，逐渐进入了汇编语言阶汇编语言阶段段。用户用汇编语言用户用汇编语言(操作码用助记符代替，操操作码用助记符代替，操作数也用一些符号来表示作数也用一些符号来表示)编写源程序编写源程序。2.4 8086/8088微处理器微处理器8086/8088微处理器是微处理器是Intel公司推出的公司推出的第三代第三代CPU芯片，它们的芯片，它们的内部结构基本相同，都采用内部结构基本相同，都采用16位结构进行操作及存储器寻址，
41、位结构进行操作及存储器寻址，但外部性能有所差异，两种处理器都封装在相同的但外部性能有所差异，两种处理器都封装在相同的40脚脚双列直双列直插组件（插组件（DIP）中。）中。8086微处理器的一般性能特点：微处理器的一般性能特点：1、16位的内部结构，位的内部结构，16位双向数据信号线位双向数据信号线；2、20位地址信号线位地址信号线，可寻址，可寻址1M字节存储单元；字节存储单元；3 3、较强的指令系统；、较强的指令系统；4 4、利用、利用16位的地址总线来进行位的地址总线来进行I/O端口寻址，端口寻址，可寻址可寻址64K个个I/O端口端口；5 5、中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，、中断
42、功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源可达中断源可达256个个；6 6、单一的单一的5V电源电源，单相时钟，单相时钟5MHz。Intel Intel公司同期推出的公司同期推出的IntelIntel80888088微处理器一种准微处理器一种准1616位微处位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按理器，其内部寄存器，内部操作等均按1616位处理器设计，与位处理器设计，与Intel8088Intel8088微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有8 8位，位，目的是为了方便地与目的是为了方便地与8 8位位I/OI/O接口芯片相兼容接口芯片相兼
43、容。8086的内部结构的内部结构内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器通用寄存器地址加法器地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位从应用角度（不是从内部工作原理）掌握从应用角度（不是从内部工作原理）掌握典型典型8位微处理器的基本结构位微处理器的基本结构8088/8086的功能结构的功能结构8
44、088/8086的寄存器结构的寄存器结构8088/8086的存储器结构的存储器结构学习目标学习目标2.4.1 8086微处理器的基本结构微处理器的基本结构内部数据总线内部数据总线控制总线控制总线数据总线数据总线地址总线地址总线暂存器暂存器累加器累加器ALU标志寄存器标志寄存器指指令令寄寄存存指指令令译译码码时序时序和和控制控制逻辑逻辑通通 用用寄存器组寄存器组地地 址址寄存器组寄存器组地址地址总线总线控制控制数据数据总线总线控制控制1.算术逻辑单元（运算器）算术逻辑单元（运算器）2.寄存器组寄存器组3.指令处理单元（控制器）指令处理单元（控制器）2.4.2 8088/8086的功能结构的功能结
45、构8088的内部结构从功能上分成两个单元的内部结构从功能上分成两个单元1.总线接口单元总线接口单元BIU负责负责CPU对存储器和外设进行访问，即负责与存储对存储器和外设进行访问，即负责与存储器及器及I/O接口之间的数据传送操作接口之间的数据传送操作管理管理8088与系统总线的接口与系统总线的接口2.执行单元执行单元EU负责指令的译码、执行和数据的运算负责指令的译码、执行和数据的运算两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可两个单元相互独立，分别完成各自操作，还可以并行执行，实现指令预取（以并行执行，实现指令预取（指令读取和执行的指令读取和执行的流水线操作流水线操作）8086的内部结构的内部结构内
46、部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器通用寄存器地址加法器地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位BIU是是CPU与外部存储器、与外部存储器、I/O设备的接口，完成设备的接口，完成取指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内取指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内存单元或存单元或I/O端口取操
47、作数，或者将操作结果送内端口取操作数，或者将操作结果送内存单元或者存单元或者I/O端口。端口。主要由以下几部分组成：主要由以下几部分组成：16位指令指针寄存器位指令指针寄存器IP 指令队列（指令队列（8086为为6个字节，个字节，8088为为4个字节）个字节）4个个16位段寄存器：位段寄存器：CS、DS、ES、SS 20位地址加法器位地址加法器 总线控制部件总线控制部件执行部分执行部分EU的作用是负责执行全部指令，的作用是负责执行全部指令，并负责管理标志寄存器和通用寄存器。并负责管理标志寄存器和通用寄存器。EU由以下几部分组成：由以下几部分组成：16位算术逻辑单元位算术逻辑单元ALU 16位标
48、志寄存器位标志寄存器F 数据暂存寄存器数据暂存寄存器 通用寄存器组：通用寄存器组：SP、BP、SI、DI和和AX、BX、CX、DX EU控制电路控制电路BIU与与EU的动作协调原则的动作协调原则 总线接口部件（总线接口部件（BIU）和执行部件（）和执行部件（EU）按以下流水线技术原则协调工作，）按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所要求的信息处理任务：共同完成所要求的信息处理任务：每当每当8086的指令队列中有两个空字节，或的指令队列中有两个空字节，或8088的指令队列中有一个空字节的指令队列中有一个空字节时，时，BIU就会自动把指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现就会自动把
49、指令取到指令队列中。其取指的顺序是按指令在程序中出现的前后顺序的前后顺序 每当每当EU准备执行一条指令时，它会从准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令队列前部取出指令的部件的指令队列前部取出指令的代码，然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存代码，然后用几个时钟周期去执行指令。在执行指令的过程中，如果必须访问存储器或者储器或者IO端口，那么端口，那么EU就会请求就会请求BIU，进入总线周期，完成访问内存或者，进入总线周期，完成访问内存或者IO端口的操作；如果此时端口的操作；如果此时BIU正好处于空闲状态，会立即响应正好处于空闲状态，会立即响应EU的总线请求。的总线请
50、求。如如BIU正将某个指令字节取到指令队列中，则正将某个指令字节取到指令队列中，则BIU将首先完成这个取指令的总线将首先完成这个取指令的总线周期，然后再去响应周期，然后再去响应EU发出的访问总线的请求发出的访问总线的请求 当指令队列已满，且当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，又没有总线访问请求时，BIU便进入空闲状态便进入空闲状态 在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了在执行转移指令、调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会接着往指令队列装入转会接着往指令队