1、、微機原理和接口技術，高中21世紀教材，電子教案，人民郵電出版社，退出，第1章概述，1.1臺式個人計算機1.2構成計算機基礎1.3硬件和軟件1.4微機結構1.5多媒體臺式個人計算機主要用于家庭，進一步細分，其主體主要有主板、CPU、內存、硬盤、fdd (光盤)、圖形卡、聲卡、網卡、光學(光學)設備、1.1臺式個人計算機的配置、1.1.1中央處理單元CPU (中央處理單元)是計算機的心臟，其主要由運算器和控制器組成，并被用于解釋和計算指令。 我們在評價CPU的指標時，主要是看其主頻率，主頻率越高運算速度越快。 下面我們來看一下CPU緩存的大小。 一般來說，緩存的大小也會對CPU的運算速度產生很大

2、影響。 1.1.2主板是機箱中最大的一塊集成電路板，上面集成了CPU插座、內存插座、擴展板(通信板、圖形卡、聲卡、NIC等)。主板包括CPU、內存芯片、 1.1.3內存提供現(xiàn)代微機中內存用內存棒的形狀，在計算機主板上有一個內存擴展槽，內存棒被插入這些內存擴展槽中。 1.1.4硬盤是辦公微機和家用微機的主要外部存儲設備，一個完整的硬盤由驅動器、控制器、磁盤三大部分組成。 1.1.5軟盤軟盤存儲器由三部分組成：軟盤驅動器、軟盤控制器和軟盤。 1.1.6圖形卡是插入主板上的總線擴展槽中的卡，在主體和顯示器之間的接口，接收從CPU和存儲器發(fā)送來的信息，對這些信息進行處理并轉換，把影像信號和同步信號傳送

3、給顯示器。 1.1.7顯示技術的發(fā)展隨著電視技術和計算機技術的發(fā)展而發(fā)展，它是目前微機最主要的輸出設備。 1.1.8光盤存儲器光盤存儲器是光盤和光盤驅動器的總稱，光盤是利用光學方式進行信息讀寫的操作方式的介質。 光盤的信息存儲格式與磁盤相似，也是記錄軌道(在此不能稱為軌道)、扇區(qū)、信息的字節(jié)，但是該軌道不像磁盤那樣是同心圓，螺旋型從中心向外擴展。 1.1.9聲卡和揚聲器聲卡與其他擴展卡一樣，插入主板的總線擴展槽中，聲卡機箱外露部分留有揚聲器、耳機和麥克風插口。 1.1.10網卡也稱為網卡，插入主板的總線擴展槽中。 1.1.11盒、鼠標和鍵盤盒是用于固定計算機主板并安裝所有設備的設備。 鼠標是坐

4、標定位輸入設備，分為機械式、光電式等。 鍵盤是數(shù)字和文字的輸入裝置，是根據(jù)初期的機械式打字機進化而來的輸入裝置。1.2修正計算機基礎、1.2.1修正計算機的基本結構、圖1-7的各部構成修正計算機硬件。 在上述修正計算機硬件中，通常將運算器、控制器、存儲器合稱為修正計算機的主機的各種輸入輸出設備總稱為計算機的外圍設備(或外部設備Peripheral )。 在主機單元中，運算器和控制器的組合也被稱作中央處理單元(CPU )。 隨著半導體集成電路技術的發(fā)展，整個CPU可以集成在一個集成電路芯片中，這被稱為微處理器。以微處理器為中心構成的修正機稱為微修正機。 這樣的修正機如果能夠將修正機整體僅安裝在一

5、個印刷基板上，則稱為單板修正機。 如果能把整個計算機集成到一個芯片上，就叫單片機。 1.2.2常用的名詞術語和二進制碼1比特、字節(jié)、字和字長(1)比特(Bit )“比特”指的是二進制比特。 這是計算機中信息存儲的最小單位。 (2)字節(jié)(Byte )“字節(jié)”是指相鄰的8個二進制位。 (3)字(Word )和字長“字”是在計算機內部進行數(shù)據(jù)傳輸處理的基本單位。 通常與計算機內部的寄存器、運算裝置、總線寬度一致。 此外，二進制數(shù)字代碼由二進制代碼表示，計算機的各位十進制數(shù)字代碼能幫助識別和轉換機器，這是所謂的十進制二進制代碼，它簡稱為二進制-十進制代碼(BCD代碼)。 2-10進制編碼的方法很多，最

6、常用的是8421 BCD碼。 8421 BCD代碼有10個不同的數(shù)字符號，都用十進制表示，每個位都用四位二進制表示。 三個字符編碼字符、數(shù)字、符號等各種字符也必須根據(jù)特定規(guī)則進行二進制編碼，才能在計算機上顯示。 多種字符編碼方式，世界上最普遍采用的字符編碼之一是ASCII編碼。 ASCII代碼以7位二進制編碼，有128種組合，可以表示128種字符。 4漢字代碼必須用校正計算機處理漢字，每個漢字都用代碼表示。 鍵盤輸入漢字是輸入漢字的外部代碼。 外部代碼必須轉換為內部代碼，以便在計算機中存儲和處理。 為了將漢字作為格子輸出，將內部代碼轉換為字形代碼。 (1)外部代碼漢字主要從鍵盤輸入，每個漢字對

7、應于一個外部代碼，外部代碼是計算機輸入漢字的代碼，是代表某個漢字的一系列鍵盤符號。 外部代碼也稱為輸入代碼。 (2)內部代碼漢字內部代碼也稱為漢字內代碼或漢字機內代碼。 根據(jù)漢字輸入方式，同一漢字的外部代碼不同，但同一漢字的內部代碼是唯一的。 (3)在交換代碼的修正計算機之間或修正計算機與終端之間交換信息的情況下，在其間傳送的漢字代碼信息要求完全一致。 因此，國家根據(jù)漢字的常用度決定一級和二級的漢字字符集，并決定代碼。 這是國標GB2312-1980信息交換用漢字代碼字符集的基本集。 國標代碼，GB2312-1980中的漢字代碼。 中的組合圖層性質變更選項。 此字符集的任何圖形、符號和漢字都用

8、兩個7位字節(jié)表示(校正器當然是兩個8位字節(jié)，每個字節(jié)的最高有效位用1表示)。 在GB2312-1980規(guī)格中，對每個圖形文字和漢字賦予2種漢字代碼。 一個是由2字節(jié)的2進制數(shù)賦予的國標代碼(在內部代碼中使用)。另一個是4位的10進制地區(qū)代碼，前2位是存在字符或漢字的地區(qū)編號，后2位是地區(qū)內的位置編號。 例如，“啊”字的國標代碼是3021H，地區(qū)代碼是1601D。 (4)輸出代碼漢字輸出代碼也稱為漢字字形代碼或漢字發(fā)生器代碼。 漢字可以寫在一個框中一個框可以看作m行n列的矩陣，稱為格子。 一個m行n列的格子共享mn個點。 在計算機中，格子用二進制表示，格子中的黑點用二進制l表示，格子中的非黑點用

9、二進制0表示。 1.2.3指令程序和指令系統(tǒng)修正計算機真正能修正計算需要軟件的協(xié)作，首先是各種程序(Program )。 由此可見，計算機與人的直接干預分開，自動進行修正運算是為了人將一個指令(Instruction )輸入存儲器中，該指令是實現(xiàn)該修正運算的一步一步操作用指令的形式，在執(zhí)行時機器將一個一個地取出這些指令進行翻譯、執(zhí)行對應基本操作的命令。 校正功能可執(zhí)行的所有指令都是校正功能的指令系統(tǒng)。 使用計算機時，必須把需要解決的問題總結成一個指令。 這些指令的集合稱為程序。命令通常分為操作代碼(opcode )和操作數(shù)(Operand )兩大部分。 操作碼表示計算機執(zhí)行什么操作，操作數(shù)表示

10、參加操作數(shù)的操作數(shù)本身或操作數(shù)所在的地址。 程序通常按順序執(zhí)行，因此程序中的指令也按順序保存。 為了使計算機能夠在執(zhí)行時將這些指令逐條讀出并執(zhí)行，需要能夠追蹤有指令的地址的電路，這就是程序計數(shù)器PC(Program Counter )。 在執(zhí)行開始時，將程序中的第一個指令所在的地址賦予PC，然后，每次取出指令(準確地說是每次取出指令字節(jié))時，對PC中的內容自動加1，指定下一個指令的地址(Address )，由此保證指令的順序執(zhí)行。 只有在程序中有傳輸指令、調用子程序指令、中斷時，PC才將控制傳輸?shù)叫枰奈恢谩?1.2.4一次修正計算機由微處理器(CPU )、存儲器、接口電路構成，通過3個總線(

11、BUS )地址總線(Address Bus )、控制總線(Control Bus )和雙向數(shù)據(jù)總線(Control Bus ) F(Flag )是標志寄存器。 另外，要執(zhí)行的指令的地址由程序計數(shù)器PC提供，并且ar (地址寄存器)是由地址寄存器內的地址單元的地址(指令地址可以由PC提供)。 可以通過地址總線(由指令中的操作數(shù)部分提供)將數(shù)據(jù)地址傳輸至存儲器。 將從存儲器取出的指令從數(shù)據(jù)寄存器傳輸?shù)街噶罴拇嫫?IR )，由指令解碼器(id )解碼，通過控制電路，進行執(zhí)行一個指令所需的各種控制信息可通過存儲器中的地址解碼器在從地址總線發(fā)送來的地址處找到第二存儲器中的不同存儲器單元，并且從所述存儲器

12、單元讀取和寫入所述內容。 (1)即使從存儲單元讀取讀取操作信息，存儲單元的內容也不變，只有在新信息被寫入該單元的情況下，才用新的置換舊的。 (2)寫入操作信息的寫入后，保留到沒有新信息的寫入為止，并且我們的存儲器的讀出是非破壞性的，也就是說，在信息的讀出后，存儲單元的內容不變。 3執(zhí)行進程的機器從停止狀態(tài)進入運行狀態(tài)，將有最初命令的地址分配給PC，然后進入取指令(取出命令)的階段。 由于在提取階段從存儲器讀取的內容必定是指令，所以DR將其發(fā)送至IR，通過由指令解碼器進行解碼，可知該指令執(zhí)行怎樣的操作，提取階段結束后進入執(zhí)行階段。 一個命令的執(zhí)行完成后，進入下一個命令的提取階段。 此類周期一直持

13、續(xù)到程序結束(發(fā)生了停機命令)。 1.2.6地址方式1即時地址(Immediate Addressing )操作數(shù)包含在指令中，將定義該操作數(shù)的方式稱為即時地址。 當存在第二寄存器地址操作數(shù)的寄存器時，將該地址方法稱為寄存器地址。 3因為“直接地址”(Direct Addressing )指令包含操作數(shù)的直接地址，所以稱為直接地址。 4寄存器間接地址(Register Indirect Addressing )操作數(shù)的地址不是直接指令，在某些寄存器中稱為間接地址。 1.2.7分支1無條件轉移這一指令的功能是通過向PC賦予n來使得程序無條件地移動到從地址n開始的各個段。 大多數(shù)雙條件轉移程序基于

14、上述命令執(zhí)行的結果，判斷是否滿足一定條件，若不滿足則轉移，而若不滿足則繼續(xù)依次執(zhí)行。Conditional Jump程序。 機器為此設置了幾個判斷條件的標志。 主要有Z(Zero )標志零標志。 如果指令的運行結果為零(即8位全部為0 )，則Z=1，否則z=0。c (carry )標志進位標志。加法時，最高位(bit7)前進或減法時最高位有前借，C=1否則c=0s (sign )標志符號標志。 如果運算的結果為負(bit7=1)，則S=1，否則s=0，3算術和邏輯運算指令的邏輯運算是指兩個操作數(shù)以位為單位指定的邏輯操作。 (1)and運算：與0進行邏輯積運算的比特結果全部為0，與1進行邏輯積運

15、算的比特結果不變。 因此，邏輯乘法可以掩蔽一些比特(即使某些比特為0 )以保留某些比特。 (2)or運算： 0和進行邏輯or運算的比特結果不變，1和進行邏輯or運算的結果為1。 因此，邏輯上可以使用“或”將特定位置設置為“1”。 (3)“異或”運算相同的2位異或的結果為0，否則為1。 因此，也可以利用通過利用ALAL能夠實現(xiàn)AL清0的異或運算，來檢查兩個操作數(shù)是否相同等。 1.3修正機的硬件和軟件，1.3.1系統(tǒng)軟件由機器的設定修正者提供，為了使用修正機的軟件進行管理，統(tǒng)稱為系統(tǒng)軟件。 系統(tǒng)軟件包括(1)各種語言及其匯編或解釋、編譯程序。 (2)機器的監(jiān)控管理程序(Moniter )、調試程序

16、(Debug )、故障檢查和診斷程序。 (3)程序庫。 為了擴展計算機的功能和提高用戶的便利性，在各種標準子例程被設置在裝置上，這些子例程的和形成庫。 (4)操作系統(tǒng)。 1.3.2應用用戶利用計算機和它提供的各種系統(tǒng)軟件制作用于解決用戶的各種實際問題的程序，這些程序被稱為應用軟件。 總之，校正機的硬件為校正機應用奠定了物質基礎的各種軟件激活了計算機，擴大了計算機的功能，擴大了用戶可以使用的應用范圍。 硬件和軟件的組合是完整的計算機系統(tǒng)。 1.4微計算機的結構，在微計算機系統(tǒng)中，外部信息的傳輸通過總線進行。 大多數(shù)微機有三種總線：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 (1)內部寄存器陣列，有些用于登記與運算相關的數(shù)據(jù)；也可將它們連接到寄存器對，以登記操作數(shù)的地址。 一部分是16位的專用寄存器、例如程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP(Stack P