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图书名称：《微型计算机原理与应用》

【作　者】龙光利

【丛书名】高等学校应用型本科电子信息类专业系列教材

【页 数】 340

【出版社】 西安：西安电子科学技术大学出版社 , 2021.02

【ISBN号】978-7-5606-5956-5

【价 格】49.00

【分 类】微型计算机-高等学校-教材

【参考文献】 龙光利. 微型计算机原理与应用. 西安：西安电子科学技术大学出版社, 2021.02.

图书封面：

图书目录：

《微型计算机原理与应用》内容提要：

本书主要以Intel公司生产的8086微处理器家族各成员组成的IBMPC系列微型机为例，介绍了微型计算机组成原理、汇编语言程序设计和输入输出接口技术等内容。全书共11章，包括绪论、80x86系统结构、微型计算机指令系统、汇编语言程序设计、存储器、输入输出接口技术、中断技术、可编程计数器定时器8253及其应用、并行与串行通信接口技术、模数和数模转换、总线技术等。每章末均附有习题，便于读者巩固所学内容。本书可作为高等院校电子信息类专业本科生教材，也可作为工程技术人员和科研人员的参考书。

《微型计算机原理与应用》内容试读

第1章绪论

·1

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第1章绪论造京》现湖和了

电子计算机无疑是人类历史上最伟大的发明之一。人类从原始社会学会使用工具以来到现代社会经历了3次大的产业革命：农业革命、工业革命、信息革命，而信息革命就是以计算机技术和通信技术的发展与普及为代表的。本章主要讨论微型计算机的组成、计算机中的数制及编码、微型计算机的主要性能指标和发展。

1.1微型计算机系统

U0器段议央

1.1.1,计算机的基本结构

122019）)器0国

1946年美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(John Von Neumann)等人在一篇《关于电子计算仪器逻辑设计的初步探讨》的论文中第一次提出了计算机组成和工作方式的基本构想。其主要构想如下：

(①)计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这五大部分组成，如图1.1所示。

控制器

输入设备

存储器

输出设备

运算器

宽奇

图1.1计算机的基本结构

(2)存储器不但能存放数据，而且能存放程序。数据和指令均以二进制数形式存放，计算机具有区分指令和数据的能力。

(3)编好的程序事先存入存储器中，在指令计数器控制下自动高速运行（执行程序）。以上几点可归纳为“程序存储，程序控制”的构思。

数十年来，虽然计算机技术已经取得惊人的进展，相继出现了各种结构形式的计算机，但究其本质，仍属冯·诺依曼结构体系。

所谓微型计算机，是指以微处理器Micro Processor)为核心再配上半导体存储器、输

入输出(/O)接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。微型计算机由硬件和

软件两大部分组成。硬件是指那些为组成计算机而有机联系的电子、电磁、机械、光学的元件、部件或装置的总和，它是有形的物理实体。软件是相对于硬件而言的。从狭义角度讲，软件包括计算机运行所需的各种程序：从广义角度讲，软件还包括手册、说明书和有

·2·

微型计算机原理与应用

关资料等。

1.1.2微型计算机的硬件系统组成

微型计算机的硬件系统结构如图1.2所示。

地址总线(AB)

数据总线「一一

头的头工纸处金

I/01

存储器

I/O接口

头.草你

状态i设备！

CPU

控制

★尚的冰星

数据总线(DB)

控制总线(CB)

图1.2微型计算机的硬件系统结构

1.中央处理器(CPU)

中央处理器(Central Processing Unit,CPU)也称微处理器，是微型计算机的心脏，它包含了早期计算机中的运算器、控制器和其他功能部件，是用来解释、执行指令并进行运算

的部件。关

CPU是一块超大规模集成电路，它集成了成千上万的逻辑门阵列电路，这些逻辑门阵

列电路组成了用于运算的加法器、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。无论多么复杂的工作，都是由计算机程序来完成的，而计算机高

级语言程序被一级一级地最终翻译成机器认识的由0和1组成的二进制机器码，并由CPU

进行处理。所以，人们把计算机又称为电脑，实际指的就是CPU的功能：

目前微型计算机CPU的主要生产厂商是美国的Intel公司和AMD公司。从最初的8086、80286、80386到后来的Pentium、PentiumⅡ、Pentium IⅢI、Pentium4等都是由Intel公司生产的。

2.存储器

存储器的主要任务是临时或永久地保存计算机的软件资源。存储器分为内存储器和外存储器。内存储器指内存，用于临时性保存软件资源；而外存储器则包括硬盘、软盘、光驱、磁带机等许多设备，用于永久性保存软件资源。在现代微型计算机中，内存在物理结构上由若干内存条组成。在计算机主板上有很多内存扩展槽，内存条就是插在这些内存扩

展槽上的。目前内存条常用的容量有512MB、1GB、2GB、4GB、8GB等。用户可根据

实际需要在内存扩展槽中插入不同容量的内存条来扩充内存。

3.总线品半

目前，微型计算机硬件连接都采用总线结构。所谓总线，是指能为多个功能部件服务的一组公用通信线路。借助总线连接，计算机在各系统部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。

一个微型计算机系统中的总线大致分为内部总线、系统总线和/O总线三类。

第1章绪论

。3。

(1)内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。，合

(2)系统总线：CPU与计算机系统的其他高速功能部件（如存储器、通道等）互相连接

的总线。

系统总线一般由以下三部分组成：

①数据总线(DB):一般是三态逻辑控制的若干位（如8位、16位等）数据线宽的双向

数据总线，用以实现微处理器、存储器及I/O接口间的数据交换。

②地址总线(AB):一般是三态逻辑控制的若干位（如16位、24位等）线宽的单向传送

地址总线，用于微处理器输出地址，以确定存储器单元地址及/O接口部件地址。

③控制总线(CB):用来传送保证计算机同步和协调的定时、控制信号，使微型计算

机各部件协调动作。其中有些控制信号由微处理器向其他部件输出，如读/写信号等；另些控制信号则由其他部件输入到微处理器中，如中断请求信号、复位信号等。控制总线不需用三态逻辑。

(3)I/O总线：中、低速I/O设备之间互相连接的总线。T”贵p.ì.

4.接口

接口泛指任何两个系统之间的交接部分，或两个系统间的连接部分。在计算机系统里，接口指中央处理器与外部设备（简称外设）之间的连接通道及有关的控制电路。微型计算机要对性能各异的外设进行操作与控制，实现彼此之间的信息交换，就必须在主机与外设之

间设置一组中间部件，该部件将CPU发出的控制信号和数字信号转换成外设所能识别的

数字符号或能执行的具体命令，或将外设发送给CPU的数据和状态信息转换成CPU所能

接收的数字信息。这组位于主机和外设之间的缓冲电路就是接口。微型计算机接口技术包括接口电路和相关编程技术。

码必

1.1.3微型计算机的软件系统组成

1.系统软件

起初，把汇编语言编写的程序翻译成机器码这种翻译工作是由程序员手工完成的，逐渐地，人们就编了一个程序让机器来完成上述的翻译工作，具有这种功能的程序称为汇编程序(Assembler)。由于汇编语言的语句与机器指令是一一对应的，程序的语句数多，编程烦琐，且不能脱离具体的机器，因此汇编语言程序不能在不同的机器上通用。为使用户编程更容易，让程序中所用的语句与实际问题更接近，而且使用户不必了解具体的机器就能编写程序，增强程序的通用性，于是出现了各种高级语言(High Level Language),例如

BASIC、FORTRAN、PASCAL、COBOL、C等。高级语言易于理解、学习和掌握，用户

用高级语言编程也就方便多了，大大减少了工作量。但计算机在执行时，仍需把用高级语言编写的源程序翻译成用机器指令表示的目标程序才能执行，这样就需要有各种解释程序(Interpreter,针对BASIC)或编译程序(Compiler,.针对FORTRAN、C、COBOL)等：

2.应用软件

应用软件是指用户利用计算机以及它所提供的由各种系统软件编制的解决用户实际问题的程序。应用软件也可以逐步标准化、模块化，形成解决各种典型问题的应用程序的

。4

微型计算机原理与应用

组合，即应用软件包(Package)。

3.支撑（或称为支持）软件

随着计算机硬件和软件的发展，计算机在信息处理、情报检索以及各种管理系统中的应用越来越普及。人们需要计算机处理大量的数据，检索和建立大量的表格，而且这些数据和表格要按一定规律组织起来，使得检索更迅速，处理更方便，也更便于用户使用，于是建立了数据库。为便于用户根据需要建立自己的数据库，查询、显示、修改数据库的内容，输出打印各种表格等，建立了数据库管理系统Data Base Management System)等支撑软件。

上述存储在不同存储介质（如磁盘、磁带、光盘等）中的各种形式的程序统称为计算机的软件。

总之，计算机的硬件建立了计算机应用基础：而各种软件激活了计算机且扩大了计算机的功能和应用范围，便于用户使用。硬件与软件的结合才是一个完整的计算机系统。

1.1.4微型计算机的工作过程的

微型计算机必须在硬件和软件的相互配合下才能工作。每种型号的CPU都有自己的

指令系统，每条指令一般都由指令操作码（规定指令的操作类型）和操作数（规定指令的操作对象)两部分组成。用户将要完成的任务预先分解成一系列的基本动作（又称为算法）并且编好程序，再通过输入设备（如键盘）将程序传送至存储器中。微型计算机开始工作后，首先

将该程序在存储器中的起始地址传送至微处理器的程序计数器(PC)中，微处理器根据PC

中的地址值找到对应的存储单元，并取出存放在其中的指令操作码将其传送至微处理器的

指令寄存器R)中，由指令译码器D)对操作码进行译码，并由微操作控制电路发出相应

的微操作控制脉冲序列去取出指令的剩余部分（如果指令不止1个字节的长度），同时执行

指令赋予的操作功能。在取指令过程中，每取出1个单元的指令，PC就自动加1，形成下

一个存储单元的地址。以上为一条指令的执行过程，如此不断重复上述过程，直至执行完最后一条指令为止。

综上所述，微型计算机的基本工作过程是执行程序的过程，也就是CPU自动从程序

存放的第一个存储单元起，逐步取出指令、分析指令，并根据指令规定的操作类型和操作对象执行指令规定的相关操作的过程。如此周而复始，直至执行完程序的所有指令，从而实现程序的基本功能，这就是微型计算机的基本工作过程。

器行解

园9g6o1.2计算机中的数制及编码

5

1.2.1”数与数制,7

1.数制

Enisi

进位计数制是一种计数的方法。在日常生活中，人们使用各种进位计数制，例如六十进制(1小时=60分，1分=60秒)、十二进制1英尺=12英寸，1年有12个月)等，但我们最熟悉和最常用的是十进制计数。计算机中使用的是二进制计数。另外，为便于人们阅读

第1章绪论

·5

及书写，常常还要用到八进制计数及十六进制计数来表示二进制计数。山

十进制数的特点是“逢10进1，借1当10”，需要用到的数字符号有10个，分别是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

二进制数的特点是“逢2进1，借1当2”，需要用到的数字符号有2个，分别是0、1。

八进制数的特点是“逢8进1，借1当8”，需要用到的数字符号有8个，分别是0、1、2、3、4、5、6、7。

0国

十六进制数的特点是“逢16进1，借1当16”，需要用到的数字符号有16个，分别

是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

任意一个十进制数可以用位权表示。位权就是某个固定位置上的计数单位。在十进制数中，个位的位权为10°，十位的位权为10，百位的位权为102，千位的位权为103，而在小数点后第一位的位权为10，小数点后第二位的位权为102等。因此，如果有十进制数

234.13,则百位上的2表示2个100，十位上的3表示3个10，个位上的4表示4个1，小数点后第1位上的1表示1个0.1，小数点后第二位上的3表示3个0.01,234.13用位权可表示为

(234.13)10=2×102+3×10+4×10°+1×101+3×102

同理，任意一个二进制数、八进制数和十六进制数也可用位权表示。例如：

(101.11h=1×22+0×2+1×2°+1×21+1×22(124.36)8=1×82+2×8+4×8°+3×81+6×82

(AC.B5)16=A×16+C×16°+B×161+5×162

2.不同数制之间的转换

1)十进制数与二进制数之间的转换

式共容扇

(1)十进制整数转换成二进制整数：除2取余数，结果倒排列。

具体做法：将十进制数除以2，得到一个商和一个余数：再将商除以2，又得到一个商和一个余数；继续这一过程，直到商等于0为止。每次得到的余数（必定是0或1）就是对应的二进制数的各位数字。第一次得到的余数为二进制数的最低位，最后得到的余数为

二进制数的最高位。

例1-1将十进制数97转换成二进制数。解转换过程如下：

2

97

余数为1，即A0=1

2

48

余数为0，即A1=0

份织通

3

24

余数为0，即A2=0

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余数为0，即A3=0

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23

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余数为1，即A6=1

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余数为0，结束

T+C1=1

最后结果为

能过划线猛下

(97)10=(A6A5A4A3A2A1A0)2=(1100001)2说学：医

·6

微型计算机原理与应用

(2)十进制小数转换成二进制小数：乘2取整数，结果顺排列。

具体做法：将十进制数乘2，得到一个整数和一个小数，保存结果的整数部分；再将小数乘2，得到一个整数和一个小数，保存结果的整数部分；继续这一过程，直到小数部分等于0为止。每次得到的整数（必定是0或1）就是对应的二进制数的各位数字。第一次得到的整数为二进制数的最高位，最后得到的整数为二进制数的最低位。

例1-2将十进制数0.6875转换成二进制数。解转换过程如下：

0.6875

叫01武好的计1.3750

整数部分为1，即A,=1·0出4的1个，小

防上合果孩边因看

}的》展问点略

0.3750

余下的小数部分继续乘2

个4不券4闻分个

2

的1间1下

以40,100个

0.7500

整数部分为0，即A2=0

0.7500

余下的小数部分继续乘2

1.5000

整数部分为1，即A3=1

0.5000

余下的小数部分继续乘2

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1.0000

整数部分为1，即A=I

0.0000

余下的小数部分为0，结束的喘问不

最后结果为

出座地出干

(0.6875)10=(0.A-1A-2A-3A-42=(0.1011)2

为了将一个既有整数部分又有小数部分的十进制数转换成二进制数，可以将其整数部分和小数部分分别进行转换，然后组合起来。例如把97.6875转换成二进制数的过程如下：

(97)10=(1100001)2

时名霸

(0.6875)10=(0.1011)2

由此可得

(97.6875)10=(1100001.1011)2

(3)二进制数转换成十进制数：按位权展开后相加求和。例1-3将二进制数111.11转换成十进制数。解转换过程如下：

(111.11)2=1×22+1×2+1×2°+1×21+1×22=4+2+1+0.5+0.25=(7.75)102)十进制数与八进制数之间的转换

()十进制整数转换成八进制整数：除8取余数，结果倒排列。

···试读结束···