第2章 微机系统基本工作原理
第2章计算机系统的组成
2.2 计算机硬件系统
算
输 入 设 备 备 设 出
输
1.1 计算机硬件
2. 2. 1
微型计算机的硬件组成
微型计算机硬件系统由主机和常用外围设备两大部分 组成。 组成。 主机由中央处理器(CPU)和内存储器 和内存储器(ROM,RAM)组 主机由中央处理器 和内存储器 组 用来执行程序、处理数据， 成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。 ）。为了 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。为了 与外围设备连接， 与外围设备连，在主机板上还安装有若干个接口插 槽，可以在这些插槽上插入不同外围设备连接的接口 用来连接不同的外部设备。 卡，用来连接不同的外部设备。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。一种是 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。
常用的总线结构有： 常用的总线结构有： （1）ISA总线 ） 总线 （2）MCA总线 ） 总线 （3）EISA总线 ） 总线 （4）VESA总线 ） 总线 （5）PCI总线 ） 总线
2. 2. 2
微型计算机的常见外设
微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、 微型计算机常用外围设备有显示器 、 键盘 、 鼠标器 及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘） 及外存储器 。 外存中常用的有硬磁盘 （ 硬盘 ） 、 软 磁盘（软盘）和光盘。 磁盘 （ 软盘 ） 和光盘 。 如果需要还可以根据用户的 要求配置打印机、绘图仪、投影仪； 要求配置打印机 、 绘图仪 、 投影仪 ； 同时为了联网 还可以配置调制解调器等通信设备。 ，还可以配置调制解调器等通信设备。 微机用键盘按照按键个数多少可分为84键 微机用键盘按照按键个数多少可分为 键、101键、 键 104键等几种，目前广泛使用的是 键等几种， 键等几种 目前广泛使用的是101键、104键标准 键 键标准 键盘。这两种键盘一般可分为四个区域： 键盘 。 这两种键盘一般可分为四个区域 ： 主键盘区 功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区） 、功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区）。
第二章微型计算机基础知识
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
第2章 微机保护基础(1)
1、电压变换器（UV）
电压变换器原理接线如图2-11所示，UV原方与电压互感器相 联，TV二次侧有工作接地，UV副方的“直流地”为保护电源 的0V，电容C容量很小，起抗干扰作用。
图2-11 电压变换器应用
2、电流变换器（UA）
电流变换器与电压变换器不同，从UA原方看进去，输入阻抗 很小，对于负载而言UA可以看成一个电流源。电流变换器应 用接线如图2-12所示。
图2-4 采样保持过程示意图
2) 采样频率的选择
采样间隔Ts 的倒数称为采样频率fs。
采样频率越高，要求CPU 的运行速度越高。 因为微机保护是一个实时系统，数据采集系 统以采样频率不断地向微型机输入数据，微 型机必须要来得及在两个相邻采样间隔时间 Ts内处理完对每一组采样值所必须做的各种 操作和运算，否则CPU 跟不上实时节拍而无 法工作。相反，采样频率过低，将不能真实 地反映采样信号的情况。 采样函数为一周期信号,采样间隔Ts太大，就 会有一部分相互交迭，新合成的X(f)*G(f)图 形与X(f)/Ts不一致，这种现象称为迭混。 为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原 信号，采样频率fS必须大于信号最高频率fC 的两倍，即fS＞2fC，这就是采样定理。
<1>采样频率的方式选择
<2>.对多个模拟输入信号的采样方式
微机继电保护绝大多数的算法都是基于多个 模拟输入信号（如三相电压、三相电流等） 采样值进行计算的。如何对多个信号进行采 样，根据多个模拟输入信号在采样时刻上的 对应关系，可分别采用以下三种采样方式： 1、同时采样 2、顺序采样 3、分组同时采样
例
图
MAX125内部结构图
2.1.1
模拟数据采集系统
微机原理及应用讲稿
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
微型计算机原理与接口技术(第三版)冯博琴主编__课后答案
第1章基础知识部分1.1 计算机中常用的计数制有哪些？解：二进制、八进制、十进制（BCD）、十六进制。
1.2 什么是机器码？什么是真值？解：把符号数值化的数码称为机器数或机器码，原来的数值叫做机器数的真值。
1.3 完成下列数制的转换。
微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。
解：（1）166，A6H（2）0.75（3）11111101.01B, FD.4H(4 ) 5B.AH, (10010001.011000100101)BCD1.4 8位和16位二进制数的原码、补码和反码可表示的数的范围分别是多少？解：原码（-127~+127）、（-32767~+32767）补码(-128~+127）、（-32768~+32767）反码（-127~+127）、（-32767~+32767）1.5 写出下列真值对应的原码和补码的形式。
（1）X= -1110011B（2）X= -71D（3）X= +1001001B解：（1）原码：11110011 补码：10001101（2）原码：11000111 补码：10111001（3）原码：01001001 补码：010010011.6 写出符号数10110101B的反码和补码。
解：11001010，110010111.7 已知X和Y的真值，求[X+Y]的补码。
（1）X=-1110111B Y=+1011010B（2）X=56D Y= -21D解：（1）11100011（2）001000111.8 已知X= -1101001B，Y= -1010110B，用补码求X-Y的值。
解：111011011.9 请写出下列字符的ASCII码。
4A3-！解：34H，41H，33H，3DH，21H1.10 若给字符4和9的ASCII码加奇校验，应是多少？解：34H，B9H1.11 上题中若加偶校验，结果如何？解：B4H，39H1.12 计算下列表达式。
第2章 计算机系统的组成与工作原理_习题参考答案
第2章习题参考答案一、选择题1．计算机主机是由CPU和（ D ）构成的。
A．控制器B．输入/输出设备C．运算器D．内存储器2．在计算机软件系统中，用来管理计算机硬件和软件资源的是（ B ）。
A．程序设计语言B．操作系统C．诊断程序D．数据库管理系统3．I/O接口位于（ C ）。
A．主机和I/O设备之间B．主机和总线之间C．总线和I/O设备之间D．CPU和内存储器之间4．计算机中表示信息的最小单位（ A ）。
A．位B．字节C．字D．字长5．计算机中基本的存取单位是（ B ）。
A．位B．字节C．字D．字长6．微型计算机中的Cache是（ B ）。
A．只读存储器B．高速缓冲存储器C．可编程只读存储器D．可擦除可再编程只读存储器7．配置高速缓冲存储器（Cache）是为了解决（ C ）问题。
A．内存与辅助内存之间速度不匹配B．CPU与辅助内存之间速度不匹配C．CPU与内存储器之间速度不匹配D．主机与外设之间速度不匹配8．采用PCI的奔腾微型计算机，其中的PCI是（ B ）。
A．产品型号B．总线标准C．微型计算机系统名称D．微处理器型号二、填空题1．电子计算机能够快速、准确地按照人们的意图进行工作的基本思想是（存储程序），这个思想是由（冯·诺伊曼）提出的，按照这个思想，计算机由5大部件组成，它们是（控制器）、（运算器）、（存储器）、（输入设备）、（输出设备）。
2．CPU是由（运算器）和（控制器）组成的。
3．根据功能的不同，可将内存储器分为（随机存取存储器或RAM）和（只读存储器或ROM）两种。
4．在表示存储器的容量时，MB的准确含义是（220字节）。
5．5678.123=(1 0110 0010 1110.0001 1111 01)2=(13056.0764)8=（162E.1F4）H。
6．同一个字母的大小写，（小写）字母的ASCII码值比（大写）字母的ASCII码值要大（32）。
7．微型计算机采用总线结构，根据传送信息的种类不同，系统总线分为（数据总线）、（地址总线）和（控制总线）。
微机原理课件第二章 8086系统结构
但指令周期不一定都大于总线周期，如MOV AX，BX
操作都在CPU内部的寄存器，只要内部总线即可完成，不 需要通过系统总线访问存储器和I/O接口。
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• 8086CPU的典型总线时序，充分体现了总 线是严格地按分时复用的原则进行工作的。 即：在一个总线周期内，首先利用总线传 送地址信息，然后再利用同一总线传送数 据信息。这样减少了CPU芯片的引脚和外 部总线的数目。
• 执行部件（EU）
• 功能：负责译码和执行指令。
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• 联系BIU和EU的纽带为流水指令队列
• 队列是一种数据结构，工作方式为先进先出。写入的指令 只能存放在队列尾，读出的指令是队列头存放的指令。
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•BIU和EU的动作协调原则 BIU和EU按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所 要求的任务： ①每当8086的指令队列中有空字节，BIU就会自动把下 一条指令取到指令队列中。 ②每当EU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代码，然后译码、执行指令。在执 行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口， 那么EU就会请求BIU，完成访问内存或者I／O端口的操 作； ③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU 便进入空闲状态。（BIU等待，总线空操作） ④开机或重启时，指令队列被清空；或在执行转移指令、 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，BIU会 接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。 （EU等待）
•CF（Carry Flag）—进位标志位，做加法时最高位出现进位或 做减法时最高位出现借位，该位置1，反之为0。
微机原理第2章答案
第2章习题参考解答1．8086处理器内部一般包括哪些主要部分?8086处理器与其他处理器一样，其内部有算术逻辑部件、控制与定时部件、总线与总线接口部件、寄存器阵列等。
按功能结构可分为两部分，即总线接口单元(BIU)与执行单元(EU)。
BIU主要包括段寄存器、内部通信寄存器、指令指针、6字节指令队列、20位地址加法器和总线控制逻辑电路。
EU主要包括通用寄存器阵列、算术逻辑单元、控制与定时部件等。
2．什么是总线? —般微机中有哪些总线?所谓总线是指电脑中传送信息的一组通信导线，它将各个部件连接成—个整体。
在微处理器内部各单元之间传送信息的总线称为片内总线；在微处理器多个外部部件之间传送信息的总线称为片外总线或外部总线。
外部总线又分为地址总线、数据总线和控制总线。
随着电脑技术的发展，总线的概念越来越重要。
微机中常用的系统总线有PC总线、ISA总线、PCI总线等。
3．什么是堆栈?它有什么用途?堆栈指针的作用是什么?堆栈是一个按照后进先出的原则存取数据的部件，它是由栈区和栈指针组成的。
堆栈的作用是：当主程序调用子程序、子程序调用子程序或中断时转入中断服务程序时，能把断点地址及有关的寄存器、标志位及时正确地保存下来，并能保证逐次正确地返回。
堆栈除了有保存数据的栈区外，还有一个堆栈指针SP，它用来指示栈顶的位置。
假设是“向下生成”的堆栈，随着压入堆栈数据的增加，栈指针SP的值减少。
但SP始终指向栈顶。
4．在8086 CPU中，FR寄存器有哪些标志位?分别说明各位的功能。
8086 CPU中设置了一个16位的标志寄存器FR，其中用了9位，还有7位保留。
9位中有3位作为控制标志，6位作为状态标志。
IF：中断控制标志。
当IF＝1时，允许可屏蔽中断请求；当IF＝0时，禁止可屏蔽中断请求。
TF：单步运行标志。
当TF＝1，单步运行；TF＝0，连续运行程序。
DF：方向标志。
当DF＝0，串操作时地址按增量修改；DF＝1，地址按减量修改。
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计算机工作过程的一般描述
1-8
机器语言 程 序
汇编语言 程 序 高级语言 程 序
为克服机器语言程序的缺点，常用 助记符来代替机器语言指令。助记符与 机器语言指令之间有一一对应关系。这 种用助记符构成的指令系统叫汇编语言。
用汇编语言编写的程序叫汇编语言 程序。 汇编语言程序的优点是直观、易懂、 便于记忆。但又存在着计算机无法识别 的缺点。
计算机工作过程的一般描述
1-9
机器语言 依赖于机器 的编程语言，统称为低级语言。 与此相对应，高级语言则是一种比 较接近于习惯的自然语言和数学语言的 程序设计语言。它以语句和数据的定义 为基础，且通常一个语句都是由一组机 器语言指令或汇编语言指令构成的。用 高级语言编写的程序即为高级语言程序。 高级语言程序比汇编语言程序更直 观易懂，更易于面向问题和对象。
完成汇编、解释、编译的程序则分别叫作 汇 编 程 序 （ Assembler ） 、 解 释 程 序 （ Interpreter ）、编译程序（ Compiler ） , 它 们作为工具软件事先存放在计算机中。
1-11
2.2 指令执行过程
1. 指令的执行 微型计算机每执行一条指令都分成三个阶段 进行(即三步曲):
ORG 1000H 1： MOV A，5CH 2： ADD A，2EH
对应机器码
； B0H 5CH ； 04H 2EH ； 70H 0AH 10H ； A2H 00H 02H F4H
3： JO
100AH
4： MOV 动画演示 5： HLT
(0200H)，A
指令执行过程
1-12
2. 程序的执行
微机程序的执行过程，实际上就是周而复始地完 成这三阶段操作的过程，直到遇到停机指令才结束运 行。
取指令，PC值加1
分 析 指 令
停机？
Y
结束
N
执 行 指 令
1-13
程序执行过程举例
程序功能：5CH+2EH,如结果无溢出，将结果存放 到内存0200H单元后停机；如有溢出，则直接停机。 程序如下：
微机工作的过程，本质上就是执行程序 的过程。而程序是由若干条指令组成的，微 机逐条执行程序中的每条指令，即可完成一 个程序的执行，从而完成一项特定的工作。 因此了解微机工作原理的关键，就是要了 解指令和指令执行的基本过程。
计算机工作过程的一般描述
1-4
1. 指 令
1)指令——规定计算机执行特定操作的命令。 2)指令系统——计算机全部指令的集合。 指令系统准确定义了计算机的处理能力。 不同型号的计算机有不同的指令系统，从而 形成各自的特点和相互差异。
计算机工作过程的一般描述——指令
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3)指令结构 任何一条指令均由两部分组成： 操作码 地址码(操作数) 指明参加规 定操作的数据存 放地址或数据。
指明要完成操作 的性质，如：加、减、 乘、除等。
计算机工作过程的一般描述
1-6
2.程序
为解决某一问题而编写在一起的指令序列。
目前微机系统中使用着三个层次、三种形式 的程序：
机器语言程序
汇编语言程序 高级语言程序
计算机工作过程的一般描述
1-7
机器语言 程 序 汇编语言 程 序 高级语言 程 序
计算机中的指令以二进制代码形式 存在，叫机器码指令。 机器码指令构成的指令系统叫机器 语言，用机器语言编写的程序叫机器语 言程序。 机器语言程序优点是能被计算机直 接理解和执行；缺点是编程繁琐、不直 观、难记忆、易出错。
高级语言 程 序
计算机工作过程的一般描述
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机器语言 程 序
汇编语言 程 序 高级语言 程 序
高级语言程序和汇编语言程序必须先翻译 成机器语言程序才能执行。这个翻译过程，对 汇编语言程序叫汇编（ Assemble ）；对高级 语言程序有的叫解释（ Interpretation ），有 的叫编译（Compila-tion）。 通常又将翻译前的程序叫源程序，而将翻 译后的机器语言程序叫目标程序。
1-1
第2章 微机系统组成及工作原理
2.1 微机系统的体系结构 2.2 微机各大组成部分结构及功能 2.3 微机基本工作原理 2.4 典型微型计算机系统
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2.1 微机基本工作原理
2.1.1 计算机工作过程的一般描述
2.1.2 指令执行过程
2.1.3 程序执行过程举例
1-3
2.1.1 计算机工作过程的一般描述
将IR中的指令 操作码译码，分析 其指令性质，如指 令要求操作数，则 寻找操作数地址。
取指令 分析指令 执行指令
根据程序计数器PC中 的值从存储器读出现行指 令，送到指令寄存器IR， 然后PC自动加1,指向下一 条指令地址或本条指令下 一字节。
取出操作数，执行指令 规定的操作。根据指令不同 还可能写入操作结果。