微机原理_第1章微型计算机概述

算术逻辑部件（ALU）：专门用来处理各种数据信息的，它可以进行加、减、乘、除算术和与、或、非、异或等逻辑运算（本身是没有指数和对数运算的）
累加器和通用寄存器组（14个）：用来保存参加运算的数据以及运算的中间结果，也用来存放地址
程序计数器（指令指针IP）：指向下一条要取出的指令
指令寄存器：存放从存储器中取出的指令码
译码器：对指令码进行译码和分析，从而确定指令的操作，并确定操作数的地址，再得到操作数，以完成指定的操作。
时序和控制部件：指令译码器对指令进行译码时，产生相应的控制信号送到时序和控制逻辑电路，组合成外部电路所需要的时序和控制信号。这些信号送到微型计算机的相应部件，以控制这些部件协调工作。

CPU的控制信号分为两类

由CPU内部产生相应的控制信号：送到存储器、输入/输出接口电路和其他部件
微型计算机系统的其它部件也会在它们需要的时候向CPU发出各种请求信号：如中断请求、总线请求等。

1.1.3 内存储器

内存储器又叫内存或主存，计算机的记忆部件存放数据（包括原始数据、中间结果和最终结果）和程序。

1.内存单元的地址和内容

内存中存放的数据和程序，从形式上看都是二进制数
微机通过给各个内存单元规定不同地址来管理内存
位——计算机存储信息的基本单位每8位组成一个字节
若字长为16位，由2个字节组成
每一个字节单元有一个存储器地址，地址用二进制数表示，为无符号整数，书写格式为16进制（内存单元的内容是8位二进制，内存单元的地址可以超过8位二进制<8088是8根数据线，20根地址线>）

例：（（0004H））=2F1EH，如用X表示某存储单元的地址，则X单元的内容用（X）表示，假如X单元中存放着Y，则（X）=Y，而Y又是一个地址，则可用（Y）=((X))来表示Y单元的内容

一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容
16位时，低位字节存入低地址，高位字节存入高地址
两个字节单元构成一个字单元，字单元的地址采用它的低地址表示

存储器地址与内容有关说明：

存储器以字节（8bit）为单位存储信息
每个字节单元有一个地址，从0编号，顺序加1
地址也用二进制数表示（无符号整数，写成十六进制）
16位二进制数可表示2^16=65536=64K个地址，即0000H—FFFFH；20位二进制数可表示2^20=1048576=1M个地址，即0000H—FFFFFH
字长16位，一个字要占用相继的两个字节
低位字节存入低地址，高位字节存入高地址
机器以偶地址访问（读/写）存储器
字单元地址用它的低地址来表示

2.内存操作

CPU对内存的操作有读、写两种
读操作<输入>是CPU将内存单元的内容取入CPU内部
写操作<输出>是CPU将其内部信息传送到内存单元保存起来

3.内存分类

按工作方式不同，内存可分为两大类：
随机存取存储器RAM(Random Access Memory)
RAM可以被CPU随机地读和写，所以又称为读写存储器
用于存放用户装入的程序、数据及部分系统信息
机器断电后，所存信息消失

只读存储器ROM(Read Only Memory)
ROM中的信息只能被CPU随机读取，而不能由CPU任意写入
主要存放各种程序以及各种常用输和表格
机器断电，信息不会丢失

1.1.4 输入输出设备和输入输出接口

输入输出设备是指微型计算机上配备的I/O设备，也称为外部设备或外围设备（简称外设），其功能是为微型计算机提供具体的输入/输出手段。
微型计算机上配置的标准输入设备和标准输出设备一般是指键盘和显示器，二者又合称为控制台。
为了解决微型计算机与种类繁多的外设之间的信息交换，各种外设都通过相应的接口(Interface)电路与主机系统相连。

1.1.5 总线

总线实际上由一组导线和相关电路组成，是各种公共信号线的集合，用作微机各部分之间传递信息所共同使用的“高速信息公路”。总线包括片内总线（CPU）、片总线（主板）、系统总线（如下）和外总线（USB）。
在CPU，存储器，I/O接口之间传输信息的总线称为“系统总线”。系统总线包括：数据总线，地址总线和控制总线。
数据总线（data bus, DB）：数据总线用来传输数据信息，是双向总线
地址总线（address bus, AB）：地址总线用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线
控制总线（control bus, CB）
控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等
其中有的是CPU向内存和外设发出的信息，有的则是内存或外设向CPU发出的信息
可见，CB中每一根线的方向是一定的、单向的，但CB作为一个整体是双向的

注意区分总线与系统总线

总线包括片内总线（CPU）、片总线（主板）、系统总线（如下）和外总线（USB）。

系统总线包括数据总线，地址总线和控制总线。

1.2 微型计算机系统

1.2.1 微型计算机系统的组成

一台完整的计算机必须由硬件和软件这两大部分组成，其中硬件是基础，软件是灵魂，二者缺一不可。

微型计算机硬件系统是机器的实体部分，主要包括主机和外围设备。
主机由微处理器和内存储器组成。
微型计算机软件系统主要包括系统软件和应用软件等。
系统软件主要包括操作系统、语言处理程序和各种支持软件。
应用软件包括各种应用软件包、数据库管理系统以及用户根据需要而设计的各种程序。

不能说“一台完整的计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成”，原因是：

一台完整的计算机必须由硬件和软件这两大部分组成；

计算机硬件部分由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

1.2.2 微型计算机的主要性能指标

基本字长：基本字长是指参与运算数的基本位数，它是由加法器、寄存器、数据总线的位数决定的
主存容量：一个主存储器所能存储的最大信息容量称为主存容量，一般用字节数来表示
运算速度
运算速度指标
具体指明运算所需时间
给出每秒能执行的机器指令条数，一般是指加减运算这类短指令
一般用计算机的运算速度（平均运算速度）用每秒处理的百万级的机器语言指令数（Million Instruction Per Second, MIPS）表示
人们用计算机的主频——时钟频率来表示运算速度，以MHz或GHz为单位
系统配置：外部设备、软件
性能价格比

1.2.3 典型微型计算机的组成结构

典型微型计算机（以Pentium为CPU、符合ATX标准的）组成结构图

1.3 微型计算机的运算基础

1.3.1 数和数制

1．数制与进位计数法

数制是以表示数值所用的数字符号个数来命名的。进位计数法是一种计数的方法。如二进制B、八进制O、十进制D、十六进制H等。

2. 数制转换

3. 数制运算

数制运算主要有加减乘除等算术运算和与或非等逻辑运算。其他进制加减乘除等算术运算方法与十进制的运算方法类似，规则是逢r进1，借1当r。与或非等逻辑运算一般指二进制的逻辑运算，将1当成真，将0当成假。

1.3.2 数的表示

1. 机器数

计算机中的数是用二进制来表示的，数的符号也是用二进制表示的。在机器中，把一个数连同其符号在内数值化表示的数称为机器数。
计算机要处理的数有无符号数和有符号数。无符号数，通常表示一个数的绝对值或存储单元的地址。对无符号数而言，数的各个位都用来表示数的大小，所有的位均为数值位。有符号数，即有正负意义的机器数。对有符号数而言，数的最高有效位为符号位，表示数的符号，正数用0表示，负数用1表示，其余位为数值位。

2. 原码、反码和补码

机器数可以用不同的码制来表示，常用的有原码、反码和补码表示法。
对于二进制数，正数的原码就是它本身，负数的原码符号位为1，数值位为其绝对值；正数的反码就是它本身，负数的反码符号位为1，数值位为其绝对值按位求反。
在机器里，为了扩大表数范围，可用两个机器字来表示一个机器数，称双字长数或双精度数

1.3.3 数的编码

编码就是用少量简单的基本符号，选用一定的组合规则，以表示出大量复杂多样的信息。

1．BCD码（及其（加减）运算）

虽然二进制数实现容易,但不符合人们的使用习惯,且书写阅读不方便，所以在计算机输入输出时通常还是采用十进制来表示数，这就需要实现十进制与二进制间的转换。为了转换方便,常采用二进制编码的十进制，简称为BCD码。
BCD码就是用4位二进制数表示1位十进制整数。表示的方法有多种，常用的是8421BCD码。
在计算机中，BCD码有两种格式，即组合BCD码和非组合BCD码，亦称压缩BCD码和非压缩BCD码。<考>
组合BCD码的每一位十进制数用4位二进制数表示，一个字节可以表示两位十进制数。
非组合BCD码用一个字节（8位二进制数）表示一位十进制数，其中低4位表示相应的十进制数，高四位没有意义。

2．ASCII码

标准ASCII码用7位二进制数编码，共有128个。
计算机存储器基本单位为8位，ASCII码的最高位通常为0，通信时，最高位用作奇偶校验位。
ASCII码表中的前32个和最后1个编码是不能显示的控制字符，用于表示某种操作。
ASCII码表中20H后的94个编码是可显示和打印的字符，其中包括数码0～9，英文字母，标点符号等。