微机原理与接口技术专升本重点难点必考点整理教材.docx
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微机原理与接口技术专升本重点难点必考点整理教材
第1章微型计算机基础
1计算机中数的表示和运算
1.1.1计算机中的数制及转换
在微型计算机中，常见和常使用的数制
十进制
二进制
八进制
十六进制等。
1.十进制
十进制计数特征如下：
使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9
基数为10
每一个数码符号根据它在数中所处的位置（即数位），按逢十进一决定其实际数值。
任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：
（D）10＝Dn-l×10n-1+Dn-2×10n-2+…+Dl×101+D0×100+D—l×10-1+D-2×10-2+··+D-n×10-n
2.二进制
在二进制计数制中，基数是2，计数的原则是“逢2进1”。
特征如下：
使用两个不同的数码符号0和l
基数为2
每一个数码符号根据它在数中所处的位置（即数位），按逢二进一决定其实际数值。
任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：
（B）2＝Bn—l×2n-1+Bn—2×2n-2+…+Bl×21+B0×20+B—l×2-1+B-2×1-2+··+B-n×1-n
十进制TO二进制
把十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除以2取余数”。
把十进制小数转换成二进制小数所采用的规则是“乘2取整”。
在计算机中，数的存储、运算、传输都使用二进制。
[例1-2]将十进制小数0.6875转换成二进制小数
3．八进制
在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。
特征如下：
使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7
基数为8
每一个数码符号根据它在数中所处的位置（即数位），按逢八进一来决定其实际数值。
任意一个八进制正数S，可表示为：
（S）8＝Sn—l×8n-1+Sn—2×8n-2+··+S1×81+S0×80+S—l×8–1+··+S-m×8-m
转换:
将十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余数”。
将八进制数转换成二进制数的方法是：
把八进制数中的每一位数都用相应的三位二进制数来代替。
[例1-3]将十进制数59转换成八进制数
[例1-4]将十进制小数0.6875转换成八进制小数
4。
十六进制
在16进制计数制中，基数是16，计数的原则是“逢16进1”。
特征如下：
使用16个不同的数码符号，它们是0，l，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F
基数为16
每一个数码符号根据它在数中的位置（即数位），按逢十六进一。
对任意一个十六进制正数H，可表示为：
（H）16＝Hn-l×16n-1+Hn—2×16n-2+…+Hl×161+H0l×160+H—l×16–1+…+H-m×16-m
转换
将十进制整数转换成十六进制整数的规则是“除16取余”。
十六进制数计数的原则是“逢16进1”。
[例1-5]将十进制数89转换成十六进制数
将十六进制数转换成二进制数的方法
将十六进制数转换成二进制数的方法是：
把十六进制数中的每一位数都用相应的四位二进制数来代替。
[例1-6]将十六进制数10AC转换成二进制数
1.1.2数的表示
1．机器数的特点
机器数表示的数值范围受计算机字长的限制。
机器数的符号位被数值化。
机器数的小数点处于约定的位置。
2．带符号数的表示
带符号数有三种表示方法:
原码、反码、补码。
原码
特征如下：
原码形式与二进制数的原来表示方法基本一样。
原码中增加了专门表示数的正、负的符号位，也就是用0表示正号，用1表示负号。
最左边一位的0和1不代表具体数值，而分别表示“+”和“-”。
反码
正数的原码和反码完全一样。
负数的反码是由其原码的数值部分求反（即由0变为1，1变为0）而得到的。
补码
补码是计算机中带符号数的实用表示方法。
规定如下：
正数的补码与原码和反码是一样的。
负数的补码可由其反码的末位加1。
即负数的补码是对其原码除符号位外各数值位求反并在末位加1而得到的
3．数中小数点的表示
数的定点表示:
N＝2P×S（式中S称为数N的尾数，P称为数N的阶码，2称为阶码的底。
）
数的浮点表示
负数的表示
1.1.3数的运算
1．定点数运算
定点补码加减法的运算规则：
操作数均为补码表示；
符号位一起参加运算；
加法：
做[X]补+[Y]补；
减法：
做[X]补+[Y]补；
运算过程中，符号位向前的进位为模，舍弃；
运算结果仍为补码。
2.浮点数的运算
浮点数的运算规则如下：
对阶：
其原则为小阶向大阶看齐。
尾数加减：
按定点数加减运算规则求两数的和（差）。
结果规格化
舍入规则
1.2基本逻辑电路
1．逻辑门电路
⑴与门:
与门的逻辑式为Y=AB
⑵或门:
或门的逻辑式为Y=A+B
⑶非门:
非门的逻辑式为Y=Y上有一个横线
加法器
（1）半加器
“半加”是只求本位相加的和，而不管低位来的进位。
半加器的逻辑状态表如表1-2所示。
表1-2中A和B是两个加数，C是进位，S是半加和。
半加器
（1）全加器
多位数相加时，最低位可以用半加器求本位和，另外给出进位位；第二位相加则要求有本位两个数Ai、Bi及低位的进位Ci-1之和；同时给出向高位的进位Ci。
全、半加器的逻辑状态表如表1-3所示。
1.2.2译码器、触发器和寄存器
2．触发器
门电路是组合逻辑电路的基本单元。
触发器是时序逻辑电路的基本单元。
双稳态触发器具有置位、复位、计数、记忆等多种功能。
由它可以构成多种形式的触发器，如R-S触发器、J-K触发器和D触发器。
D触发器是由J-K触发器和反相器结合构成。
当D=1时，在CP时钟上升沿Q=1；当D=0时，在CP时钟上升沿Q被复位为0，其逻辑功能为Qn+1=Dn，即触发器的输出状态取决于其输入状态，其逻辑状态真值表如表1-5所示。
3．寄存器
寄存器是用来暂时存放数码的常用时序逻辑部件。
它由触发器及有关逻辑门电路构成。
计算机中的8位、16位或32位寄存器，分别由8个、16个或32个触发器组成，由逻辑门电路控制数码的存入和取出。
1.3微型计算机
1.3.1电子数字计算机概述
电子数字计算机是一种能按照事先编好的程序（指令序列）自动地、高速地、准确地进行大量运算和对信息进行加工处理的电子设备。
第一代：
电子管时代。
计算机采用电子管作为逻辑元件。
第二代：
晶体管时代。
第三代：
集成电路时代。
第四代：
大规模集成电路时代。
未来的计算机将朝巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。
第五代计算机将是完全新型的一代计算机。
电子计算机的特点和分类
1．电子计算机的特点和分类
特点:
运算速度快计算精度高记忆能力强具有复杂的逻辑判断能力和自动执行程序的能力。
分类:
目前国际上把计算机分为巨型计算机、大型主机、小型计算机、个人计算机、工作站和小巨型计算机六大类。
计算机系统组成
2．计算机系统组成
任何计算机系统都由硬件系统和软件系统两部分组成。
硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分。
软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件。
计算机是依靠硬件和软件的协同工作来执行给定任务的。
计算机的硬件系统
所有冯诺依曼结构的计算机都由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成,其中运算器和控制器又称为中央处理单元（CPU）。
运算器：
负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理部件。
控制器：
对程序规定的控制信息进行分析、控制，并协调输入、输出操作或内存访问。
存储器：
存储程序和数据，是具有记忆功能的部件。
输入设备：
把用户的程序和数据输入到计算机的存储器。
输出设备：
从计算机中取出程序执行结果或其它信息。
计算机硬件结构图
4．计算机软件系统
软件是组成计算机系统必不可少的、以程序为主体、包括相应文档和使用说明书的非实体性部件。
程序是组成软件的主体，是用程序设计语言表达计算机的处理步骤、指挥计算机进行某种操作的指令序列。
文档是指在软件开发计划、设计、制作、维护等过程中产生的文件、资料、说明、程序等必备的资料。
使用说明书包括软件的用户手册、操作手册、维护手册等。
计算机软件系统由系统软件和应用软件组成。
⑴系统软件
系统软件是管理、监控和维护计算机资源的软件。
系统软件主要包括各种操作系统，各种程序设计语言及其解释程序和编译程序，机器的监控管理程序，调试程序，故障检查和诊断程序等。
操作系统是系统软件中的核心。
⑵应用软件
应用软件是用户为使用计算机解决实际问题所开发的软件的总称。
应用软件分为两类,即公共应用软件和按行业、业务分类的应用软件。
公共应用软件是不分业务、行业，基本上可公共使用的软件。
它主要包括数据处理类软件，声音、图形、图像、文献等信息处理软件，信息检索软件、人工智能方面的软件和CAD/CAM、CAI／CMI、DSS等方面的通用软件。
5．计算机工作过程
首先要编制程序。
通过输入设备将程序和原始数据送入存储器
在程序运行后，计算机就从存储器中取出指令，送到控制器中去分析、识别。
控制器根据指令的含义发出相应的命令，控制存储器和运算器的操作；
当运算器任务完成后，就可以根据指令序列将结果通过输出设备输出。
操作人员还可以通过控制台启动或停止机器的运行，或对程序的执行进行某种处理。
1.3.2微型计算机组成与配置
微型计算机是以微处理器为核心，配以大规模集成电路存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机。
1．微型计算机的发展阶段
30多年来，微型计算机的发展经历了以下几个发展阶段：
第1阶段（1971年1972年）:
微型计算机采用的微处理器是Intel的4004和8008。
第2阶段（1973年1977年）：
微型计算机采用8位微处理器（如Intel的8080）。
其流行机种是TRS-80和AppleII。
第3阶段（1978年1984年）：
微型计算机采用16位微处理器（如Intel的8086和8088）。
其流行机种是IBMPC和IBMPC/XT。
微型计算机的发展阶段
第4阶段（1985年1992年）：
微型计算机采用32位微处理器（如Intel的80386、80486等）。
其流行机种是PC386和PC486。
第5阶段（1993年至现在）：
采用了新一代微处理器，如Pentium。
Pentium处理器的内部数据总线为32位，外部数据总线为64位。
目前流行机种是PIV。
近来，出现了采用64位的微处理器作为CPU的微型计算机，64位微型计算机具有64位运算能力、64位寻址空间和64位数据通路。
2．微处理器、微型计算机与微型计算机系统
微处理器是指采用大规模集成电路技术，将具有运算器和控制器功能的电路及相关电路集成在一片芯片上的大规模集成电路。
微处理器是微型计算机的核心，又称为微型计算机的中央处理器。
微型计算机是指以微处理器为核心，配以大规模集成电路构成的主存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机。
微型计算机又称为个人计算机（PC）、微电脑等。
微型计算机系统是指以微型计算机为核心，配以相应的外部设备、电源、辅助电路以及控制微型计算机工作的系统软件所构成的计算机系统。
3．微型计算机硬件系统
微型计算机属于冯诺依曼结构的计算机。
但是，微型计算机的运算器、控制器不再是两个独立的部件，它集成在一块微处理器上，称为微处理器。
高档微机有的使用两个或多个微处理器。
采用一个微处理器的微型计算机硬件系统是由微处理器（CPU）、存储器、系统总线及输入输出设备组成，如图1-4所示。
微型计算机硬件系统图
（1）中央处理单元
中央处理单元是一块微处理器芯片，芯片上集成有控制器、运算器、寄存器等功能部件。
运算器又称算术逻辑单元，具有算术运算和逻辑运算功能，是计算机对数据进行加工处理的部件。
控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成，负责对程序规定的控制信息进行分析、控制，并协调输入、输出操作或内存访问。
寄存器是处理器内部的暂时存储单元。
（2）存储器
存储器是计算机实现记忆功能的部件。
存储器主要包括主存储器和辅助存储器。
主存储器由半导体存储器RAM和ROM组成，又称为内存；辅助存储器又称外存储器，包括软盘存储器、硬盘存储器和光盘等。
（3）输入输出设备
常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
一般而言，外存储器也属于输入、输出设备。
（4）总线
微型计算机系统采用总线结构将CPU、存储器和外部设备进行连接。
所谓总线就是在两个以上数字设备之间提供传送信息的公用通道。
总线通常由数据总线、控制总线和地址总线三部分组成。
其中数据总线在CPU与内存或输入输出接口之间传送数据；控制总线用来传送各种控制信号；地址总线用来传送存储单元或输入输出接口的地址信息。
（5）网络设备
随着计算机网络技术的发展，微型计算机适应网络的需求，出现了许多网络设备，如路由器、调制解调器等。
将这些设备硬说成是输入输出设备有点牵强附会，因此将这些设备归为网络设备。
这样，微计算机硬件系统又可以说是由微处理器、存储器、输入、输出设备和网络设备等部分组成。
4．微型计算机主要组装部件
组成微型计算机的组装部件主要有主机系统板、显示器、键盘、软磁盘驱动器、硬磁盘驱动器及各种适配卡。
若要组装一台适合用户需要的兼容机，只要选择合适的一组配套的配件，并按照配件的技术要求，正确组合安装，就可以构成一台微型计算机。
（1）主机系统板
主机系统板位于主机箱内，主机系统板上通常配置中央处理器CPU及其外围电路、基本存储器RAM和ROM、高速缓冲存储器及其控制电路、输入输出控制电路、I/O扩充插槽、键盘接口及扬声器接口、面板控制开关及指示灯连接用接插件及电源接插件等。
不同型号的主机系统板的尺寸及元器件配置位置不同。
（1） 电源和机箱
微机机箱的品种和样式较多，目前常见的有立式和卧式两种，又以立式为多。
电源盒装配在主机箱内，功率大约分150W，200W，230W，300W等几个档次。
（2）显示器和键盘
显示器分单色显示器和彩色显示器。
显示器必须通过显示器适配卡与主机相连。
键盘通常用101键盘和102键盘，通过电缆与主机连接。
（3）显示器和键盘
显示器分单色显示器和彩色显示器。
显示器必须通过显示器适配卡与主机相连。
键盘通常用101键盘和102键盘，通过电缆与主机连接。
（4）磁盘驱动器
磁盘驱动器有软磁盘驱动器和硬磁盘驱动器。
软磁盘驱动器常用3.5英寸，硬盘多用3.5英寸硬盘机。
磁盘驱动器通过磁盘适配（卡）与主机相连。
（5）光盘驱动器
目前常用的光盘驱动器多为CD-ROM驱动器，用于读取CD-ROM盘片上的数据。
（6）各种适配卡
主机系统板上通常有5～8个I/O扩充插槽，用于插接各种适配卡。
常用的适配卡有：
显示器适配卡、软/硬磁盘驱动器适配卡、多功能卡、网络适配器卡、汉字库卡、防病毒卡、A/D及D/A卡、声卡以及各种数字量I/O卡等。
5．微型计算机性能指标
通常用微型计算机的性能指标表述微型计算机的性能。
微型计算机的主要性能指标有字长、主存储器容量、时钟频率和运算速度等。
⑴字长
字长是计算机中的CPU一次能够同时处理的二进制数据的位数，它直接影响到计算机的计算精度、功能和速度。
一般微型计算机字长有8位，16位，高档微机为32位。
目前已出现字长64位的微型计算机。
根据字长分类，微型计算机可分为16位机，32位机、64位机等。
⑵主存储器容量
主存储器的容量指的是主存储器中RAM和ROM的容量总和。
主存储器容量越大，运算速度越快，数据处理能力越强。
微计算机主存储器以字节为单位存储信息。
通常，将1024个字节（Byte）称为1KB，1024KB称为1MB，1024MB称为1GB。
目前，Pentium机容量具有256MB，高端PC使用512MB，已经开始向1GB内存发展。
微型计算机性能指标
⑶运算速度
通常运算速度用每秒钟能执行的指令数来表示，单位一般用MIPS（每百万条指令/秒）。
目前，高档微机的运算速度可达几千万次/秒。
⑷主频
主频是指计算机的时钟频率，单位为兆赫兹（MHz）。
时钟频率很大程度上决定了计算机的运算速度，时钟频率越高，运算速度越快。
目前，PentiumIV型芯片主频高达3000MHz。
⑸可靠性
可靠性是指在给定时间内，计算机系统能正常运转的概率。
通常用平均无故障时间MTBF表示，指系统能正常工作的平均时间。
⑹可维护性
指计算机的维修效率。
通常用平均修复时间MTTR来表示，即从故障发生到故障修复所需的平均时间。
6.微型计算机应用
微型计算机应用已经涉及各个领域，成为人类社会生活不可缺少的工具。
目前，微型计算机应用主要集中在以下几个方面：
⑴科学计算
解决科学技术和工程设计中的数据量很大、计算复杂的数学问题，如人造卫星与运载火箭的轨道设计，导弹发射的飞行轨迹计算等。
⑵信息处理
利用计算机可以对任何形式的数据进行加工和处理，例如文字处理、图形图像处理和声音信号处理等。
⑶自动控制
利用计算机对生产过程进行控制，可以提高生产的自动化水平，减轻劳动强度，提高劳动生产率和产品质量。
目前，计算机过程控制已广泛应用于机械、电力、石油、化工、冶金、纺织等行业，使生产过程的自动控制达到新的阶段，大大提高劳动生产率和产品质量。
⑷计算机辅助工程应用所谓计算机辅助设计（CAD：
ComputerAidedDesign）就是用计算机来帮助设计人员进行设计。
常用于飞机、轮船、建筑工程等复杂设计工程中，利用计算机进行设计可以提高设计质量，缩短设计周期，提高设计的自动化水平。
由计算机辅助设计派生出计算机辅助制造（CAM），计算机辅助教学（CAI）等。
⑸计算机网络通信
计算机网络是计算机技术与现代通信技术相结合的产物。
利用计算机网络，可以使一个地区、一个国家甚至全世界范围内实现计算机软、硬件资源共享，从而使众多的计算机可以方便的进行信息交换和相互通信。
第2章微处理器
2.1微处理器的原理与组成
2.1.1微处理器的基本结构
微处理器:
是一种采用大规模集成电路技术，将具有运算器和控制器功能的电路及相关电路集成在一片芯片上的大规模或超大规模集成电路。
微处理器的硬件
1． 微处理器的硬件组成
一般而言，微处理器芯片上集成有控制器、运算器、寄存器以及连接它们的内部总线等部件。
运算器具有算术运算和逻辑运算功能，是对数据进行加工处理的部件，又称为算术逻辑单元。
微处理器的硬件
控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成，负责对程序规定的控制信息进行分析、控制，协调输入、输出操作或内存访问。
寄存器是微处理器内部的暂时存储单元。
各部件之间通过内部总线交换信息。
2.微处理器的功能部件
随着超大规模集成技术的发展，微处理器内部主要功能部件也由8086的两个功能部件（执行部件、总线接口部件）扩展到有总线接口部件、高速缓存（Cache）部件、取指/译码部件、指令缓冲池部件、调度/执行部件、回退部件、寄存器组部件等.
图2-1微处理器内部功能结构
2.1.2微处理器的工作原理
微处理器的工作过程就是执行程序的过程，而执行程序就是逐步执行一条条指令。
微处理器在执行一条指令的步骤如下。
1.取指令指令预取部件向指令快存提取一条指令。
2.指令译码指令译码部件将取得的指令翻译成起控制作用的微指令。
3.取操作数根据计算出的该指令所使用的操作数的物理地址，请求总线接口部件，通过总线从存储器取得该操作数。
4.执行运算按照指令操作码的要求，通过执行微指令，对操作数完成规定的运算处理。
5.回送结果将指令的执行结果回送内存或某寄存器中。
微处理器的工作过程是取指令、指令译码、取操作数……，再取指令……，周而复始地进行。
2.1.3微处理器特点与分类
1．微处理器的特点
（1）体积小，功耗低
一个单片微型计算机，可以做在仅几十平方毫米的硅片上。
如32位微处理器Pentium片内集成有310万个晶体管。
（2）可靠性高，使用环境要求低
由于使用大规模集成电路和超大规模集成电路，简化了外接线和外加逻辑，安装容易，大大提高了可靠性。
（3）系统设计灵活，使用方便。
2．微处理器分类
微处理器分类方法很多，主要有两种。
按微处理器位数分类有：
位片、4位、8位、12位、16位、32位、64位等微处理器。
按微处理器的应用领域分类有：
通用高性能微处理器；
嵌入式微处理器；
数字信号处理器（DSP）
微控制器主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自动控制设备。
2.28086/8088微处理器
2.2.18086/8088主要特征
Intel8086采用HMOS工艺制造，内含29000多个晶体管，双列直插式封装，40引脚，采用单个+5V电源供电,时钟频率5MHz10MHz。
8086主要特性
8086主要特性是：
16位数据总线（8088外部数据总线为8位）。
20位地址总线，其中低16位与数据总线复用。
24位操作数寻址方式。
16位端口地址线可寻址64K个I/O端口。
7种基本寻址方式。
99条基本指令。
具有对字节、字和字块进行操作的能力。
可处理内部软件和外部硬件中断，中断源多达256个。
支持单处理器、多处理器系统工作。
2.2.28086CPU内部结构
8086微处理器的内部结构
它由两大部分组成：
总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）
执行部件EU（ExecutionUnit）。
和一般的计算机中央处理器相比较，8086的EU相当于运算器，而BIU则类似于控制器。
8086微处理器的内部结构图
1.执行部件EU
执行部件EU是进行数据处理、加工和有效地址计算的部件，即完成指令译码和执行指令操作。
它主要由算术逻辑运算单元、标志寄存器、通用数据寄存器组、专用寄存器组和EU控制电路等组成。
（1）算术逻辑运算单元（ALU）
算术逻辑运算单元是一个16位的运算器，可用于8位、16位二进制算术和逻辑运算，也可按指令的寻址方式计算寻址存储器所需的16位偏移量。
（2）标志寄存器
标志寄存器是一个16位的寄存器，反映CPU运算的状态特征和存放某些控制标志。
8086使用了9位。
标志寄存器如图2-3所示。
其中6个标志位用来反映CPU的运行状态信息
CF进位标志：
当执行一个加法（或减法）运算使最高位产生进位（或借位）时，CF为1；否则为0。
此外循环指令影响CF。
PF奇偶标志：
当指令执行结果的低8位中含有偶数个1时，PF为1；否则为0。
AF辅助进位标志：
当执行一个加法（或减法）运算使结果的低4位向高4位有进位（或借位）时，AF为1；否则为0。
ZF零标志：
若当前的运算结果为零，ZF为1；否则为0。
SF符号标志：
它和运算结果的最高位相同
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