微机原理第01章第1-2节.ppt

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1、序序教育部提出计算机基础教学分三个层次如图教育部提出计算机基础教学分三个层次如图1-11-1所示：所示：计算机基础教学三层次结构计算机基础教学三层次结构其中：其中：第一层次第一层次：计算机文化基础：计算机文化基础学习计算机基本知识，及基本技能学习计算机基本知识，及基本技能。第二层次第二层次：计算机技术基础：计算机技术基础 学习计算机硬件、软件的工作原理学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。与相关知识。第三层次第三层次：计算机应用基础：计算机应用基础学习计算机信息管理基础和多媒体。学习计算机信息管理基础和多媒体。本课程属于第二层次中本课程属于第二层次中“计算机硬件基础计算机硬件基础”课程课程

2、计算机硬件技术基础课特点：计算机硬件技术基础课特点：内容多内容多,学时少学时少,进度快，难度大，应用广。进度快，难度大，应用广。讲课内容讲课内容:汇编语言、接口技术汇编语言、接口技术.讲课学时讲课学时:共共7272学时学时,其中其中:讲课讲课6262学时学时 实验实验1010学时学时(5(5次）次）教材、参考书教材、参考书 ：教材科购买教材科购买教材教材：微机原理与接口技术微机原理与接口技术(第二版第二版)朱晓华朱晓华 主编主编 电子工电子工业出版社业出版社 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 赵志成赵志成 主编主编 北大出版社北大出版社 考书考书：IBMPCIBMPC汇编语言程序设计汇编语

3、言程序设计 沈美明沈美明 温冬婵温冬婵 编著编著 清华大学出版社出版清华大学出版社出版 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术 冯博琴冯博琴 主编主编 清华大学出版社出版清华大学出版社出版实验指示书实验指示书:微型计算机原理与应用微型计算机原理与应用 试验指导书试验指导书 张晓群编著张晓群编著 本校编本校编第第1 1节节 计算机概述计算机概述 一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语二、有关术语三、计算机发展简史三、计算机发展简史四、微型计算机概述四、微型计算机概述第第2 2节节 计算机中数的表示和编码计算机中数的表示和编码 一、进位计数制及其表示方法

4、一、进位计数制及其表示方法 二、数制之间的转换二、数制之间的转换 三、字和各种字符的编码三、字和各种字符的编码 四、小结四、小结第一节第一节 计算机概述计算机概述一、一、计算机的基本组成和工作原理计算机的基本组成和工作原理二、二、有关术语有关术语三、三、计算机发展简史计算机发展简史四、四、微型计算机概述微型计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理一、计算机的基本组成和工作原理按性能可分为：巨型机，大型机，按性能可分为：巨型机，大型机，中型机，小型机，微机中型机，小型机，微机 现代计算机的结构基础：现代计算机的结构基础：存储程序控制结构存储程序控制结构1945年，美籍匈牙利数学家年，美籍匈牙利数

5、学家John Von Neumann提出提出,诺依曼计算机诺依曼计算机ENIAC(1946)掌上电脑掌上电脑(2000)1946年由美国宾夕法尼亚大学研制 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And calculator），运算速度 5000次/秒，功耗150kw/h，占地170m2，造价100万美元。诺依曼计算机的工作原理可概述为：诺依曼计算机的工作原理可概述为：“存储程序存储程序”+“程序控制程序控制”要点：要点：1以二进制表示数据和指令以二进制表示数据和指令(程序程序)2.先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行先将程序存入存储器中，再由控制

6、器自动读取并执行输输入入设设备备控制器控制器输输出出设设备备 CPU 存储器存储器运算器运算器ALU二、有关术语二、有关术语1.位位(bit)2.字节字节(Byte)3.字和字长字和字长(word)4.位编号位编号5.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序6.寄存器寄存器 7.译码器译码器1.位位(bit)l 指指计算机能表示的最基本最小的单位计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，位就是一个二进制位，有两种状态，“0”和和“1”2.字节字节(Byte)l 相邻的相邻的8位二进制数称为一

7、个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte=8 bit 如：如：1100 0011 0101 0111 3字和字长字和字长 l 字长字长是每一个字所包含的二进制位数。是每一个字所包含的二进制位数。常与常与CPU内部的寄存器、内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致运算装置、总线宽度一致l 字字是是CPU内部进行数据处理的基本单位。内部进行数据处理的基本单位。例例 某某CPU内含内含 8位运算器位运算器，则：，则：参加运算的数及结果均以参加运算的数及结果均以 8位位 表示表示,最高位产生的进位或借位在最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存，位运算器中不保存，而将其保存到标志寄存器中而将其保存到标

8、志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数被加数8位位 +1 0 0 0 1 1 1 1 加数加数8位位进位进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和和8位位PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器标志标志寄存器寄存器运运算算器器被加数被加数加数加数和和进位进位字长是衡量字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。不同类型的不同类型的CPU有不同的字长。有不同的字长。如如:Intel 4004 是是 4 位，位，8080 是是 8 位位，8088/8086/80286 是是 16 位，位，80386/80486、Pentium 是是 32 位

9、位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 +1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次位位 1 或或 0 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高

10、字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字把一个把一个字字定为定为16 位位，1 Word=2 Byte 一个一个双字双字定为定为32位位 1 DWord=2 Word=4 Byte4.位编号位编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地址地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A

11、0A7A15A8字字的编号为的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 05.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序l 一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。l 指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数 等l 指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。l 程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令的序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。6寄存器寄存器 寄存器寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件是用来存放数据和

12、指令的一种基本逻辑部件。l 根据存放信息的不同，有根据存放信息的不同，有指令寄存器指令寄存器、数据寄存器数据寄存器、地址寄地址寄存器存器等。等。标标 志志寄存器寄存器地地 址址 总总 线线 AB数数 据据 总总 线线 DB控控 制制 总总 线线 CB指令寄存器指令寄存器数据寄存器数据寄存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPCPU结构结构示意示意图图7译码器译码器l 译码器译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令指令是是CPU能执行的一个基本

13、操作能执行的一个基本操作;CPU的设计者对的设计者对CPU的所有指令进行的所有指令进行编码编码;用户用用户用编码形式的指令编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中进行编程，程序存放在内存中;CPU从从内存取来编码形式的指令内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器

14、控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl 根据译码内容的不同，可分为：根据译码内容的不同，可分为：指令译码器指令译码器:将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器地址译码器:将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。三、计算机发展简史三、计算机发展简史1.根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：电子管计算机电子管计算机(19461956)晶体管计算机晶体

15、管计算机(19571964)集成电路计算机集成电路计算机(19651970)超大规模集成超大规模集成电路计算机电路计算机(1971至今至今)l 用机器语言、汇编语言编写程用机器语言、汇编语言编写程l 用于军事和国防尖端技术用于军事和国防尖端技术l 开始使用高级语言开始使用高级语言l 开始用于工程技术、数据处理和开始用于工程技术、数据处理和 其它科学领域其它科学领域l 采用微程序、流水线等技术，采用微程序、流水线等技术，提高运行速度提高运行速度l 出现操作系统、诊断程序等软件出现操作系统、诊断程序等软件l 采用半导体存储器采用半导体存储器l 采用图形界面操作系统采用图形界面操作系统l 器件速度更

16、快器件速度更快,软件、外设更加丰富软件、外设更加丰富 主主要要特特点点2计算机的两个方向发展：计算机的两个方向发展：l 研制高速度、强功能的巨型机和大型机研制高速度、强功能的巨型机和大型机 适应军事和尖端科学的需要。适应军事和尖端科学的需要。l 研制价格低廉的超小型机和微型机研制价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域和占领更广大的市场。开拓应用领域和占领更广大的市场。微型计算机微型计算机是第四代计算机的典型代表。是第四代计算机的典型代表。四、微型计算机概述四、微型计算机概述 1.微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构 2.微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机

17、系统 3.微型计算机的特点微型计算机的特点 4.微型计算机的分类微型计算机的分类 5.IBM PC机的发展简史机的发展简史1.微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构简介简介 1)构成部件构成部件 ;2)工作过程工作过程存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU微机的硬件由微机的硬件由CPU、存储器存储器、输入输入/输出设备输出设备构成；构成；输入输入

18、/输出设备通过输出设备通过输入输入/输出接口输出接口与系统相连；与系统相连；(输入输入/输出接口简称输出接口简称I/O接口接口)各部件通过各部件通过总线总线连接。连接。构构成成部部件件(1)总线总线l 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线总线是连接多个功能部件的一组公共信号线 微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线总线 BUS存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU主板和CPUISA插插槽槽PCI插槽插槽AGP插插槽槽北桥北桥芯片组芯片组南桥南桥芯片组芯片组内存插槽内存插槽CPU插槽插槽IDE接口接口软驱接口

19、软驱接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘鼠标键盘USB接口接口主板主板电源电源插座插座550MHzIDE2Pentium III北桥北桥440BXAGP南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线处理机总线 100MHz100MHzPCI 总线总线 33MHzPCI 插槽插槽ISA 插槽插槽ISA总线总线 8MHz内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM66MHz显卡显卡l 按信号的作用，总线分为三类：按信号

20、的作用，总线分为三类：地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线 存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线地址总线 AB(Address Bus)：单向单向用来传送用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的

21、寻址能力。10根根 210 1024 1K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G数据总线数据总线 DB(Data Bus)：双向双向 用来在用来在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU数据总线数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。的条数决定一次可最多传送数据的宽度。8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位

22、32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位控制总线控制总线CB(Control Bus)：用于传送各种控制信号。用于传送各种控制信号。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU 有的是有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；发出，如读控制信号、写控制信号；有的是发向有的是发向CPU，如外设向如外设向CPU发出的中断申请信号。发出的中断申请信号。(2)中央处理器中央处理器CPUl 计算机的核心部件计算机的核心部件 用来实现指令的自动装入和自动执行，用来实现

23、指令的自动装入和自动执行，实现计算机本身的自动化。实现计算机本身的自动化。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPUCPU结构示意图结构示意图地址信号地址信号标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP数据信号数据信号控制信号控制信号ALUALU控制器控制器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指

24、令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组BIUABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器EU运运算算器器DSESSSCSIP数据暂存器数据暂存器执执 行行 部部 件件控控 制制 电电 路路指令译码器指令译码器总线总线接口接口控制控制电路电路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组ABDBCB地地址址加加法法器器指指令令队队列列PSW标志寄存器标志寄存器运运算算器器8088 编程结构编程结构(3)内存内存 内存是存储程序和数据的部件，内

25、存是存储程序和数据的部件，由地址译码器、内存单元等构成。由地址译码器、内存单元等构成。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111内存结构示意图内存结构示意图l 内存单元内存单元 l 内存单元的地址内存单元的地址l 内存单元的内容内存单元的内容l 对内存的读对内存的读/写操作写操作l 内存单元内存单元 存储信息的基本单元。存储信息的基本单元。每片内存芯片有若干个内存单元。每

26、片内存芯片有若干个内存单元。每个单元可存储每个单元可存储1位或多位等二进制数。位或多位等二进制数。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111l 内存单元的地址内存单元的地址 为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。为区分各内存单元，每个内存单元对应有一个地址。地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中地址线上的数据经译码后只有唯一的内存单元被选中。n根根CPU地

27、址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111l 内存单元的内容内存单元的内容 每个内存单元所存储的二进制数据。每个内存单元所存储的二进制数据。n根根CPU地址线地址线AB数据线数据线DB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011

28、地址地址111111l 对内存的读对内存的读/写操作写操作 CPU发出地址信号，选中相应的内存单元。发出地址信号，选中相应的内存单元。若是若是读操作读操作，CPU发出内存读控制信号，发出内存读控制信号，被选中的内存单元将其内容经数据总线送入被选中的内存单元将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操作写操作，CPU发出内存写控制信号，发出内存写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。将欲写的内容经数据总线，写入被选中的内存单元。n根根CPU地址线地址线AB控制线控制线CB地地址址译译码码器器1100110000110011101010101111000010001000地址

29、地址00.0000地址地址00.0001地址地址00.0010地址地址00.0011地址地址111111数据线数据线DB(4)外设和输入外设和输入/输出接口（输出接口（I/O接口）接口）外设的电信号、运行速度与外设的电信号、运行速度与CPU不匹配，不匹配，不能与不能与CPU直接相连，必须通过直接相连，必须通过I/O接口与接口与CPU相连。相连。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU键键 盘盘 键盘接口键盘接口 显示器显示器 显示卡显示卡鼠鼠 标标 串行接口串行接口 网网 络络 网卡网卡 打

30、印机打印机 并行接口并行接口 音箱、麦可风音箱、麦可风 声卡声卡IDE2Pentium III北桥北桥440BX南桥南桥PIIX4ECMOS&RTCUSB超级超级I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI 插槽插槽ISA 插槽插槽内存条内存条ROM BIOS显显示示器器硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱键盘鼠标键盘鼠标打印机打印机MODEM显卡显卡I/O接口结构示意图接口结构示意图CPU通过对通过对I/O端口进行读端口进行读/写操作，实现对外设的控制。写操作，实现对外设的控制。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外

31、外设设ABDBCBCPUl I/O端口端口l I/O端口的地址端口的地址l I/O端口的内容端口的内容l 对对I/O端口的读端口的读/写操作写操作l I/O端口端口 I/O接口内部通常有一个或多个寄存器，接口内部通常有一个或多个寄存器，用以存放各种信息，称用以存放各种信息，称I/O寄存器或寄存器或I/O端口。端口。I/O端口端口1I/O端口端口2I/O端口端口3地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPUl I/O端口的地址端口的地址 为区分各为区分各I/O端口，每个端口对应有一个端口地址。端口，每个端口对应有一个端口地址。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/

32、O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPUl I/O端口的内容端口的内容1001 0101 (状态状态端口端口)0110 1010(数据端口数据端口)1100 0110(控制端口控制端口)地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU根据存放内容的不同可分为：状态根据存放内容的不同可分为：状态端口，数据端口，控制端口端口，数据端口，控制端口 指指I/O端口存放的二进制数据。端口存放的二进制数据。l 对对I/O端口的读端口的读/写操作：写操作：（与内存的读（与内存的读/写操作

33、相类似）写操作相类似）CPU发出地址信号，选中相应的发出地址信号，选中相应的I/O端口。端口。若是若是读操作读操作，CPU发出发出I/O端口读控制信号，端口读控制信号，被选中的被选中的I/O端口将其内容经数据总线送入端口将其内容经数据总线送入CPU。若是若是写操写操作，作，CPU发出发出I/O端口写控制信号，端口写控制信号，CPU将欲写的内容经数据总线，写入被选中的将欲写的内容经数据总线，写入被选中的I/O端口中。端口中。I/O端口端口1 (23H端口端口)I/O端口端口2(24H端口端口)I/O端口端口3(25H端口端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCP

34、U2）微机的工作过程）微机的工作过程 计算机的工作原理是：计算机的工作原理是：“存储程序存储程序”+“程序控制程序控制”CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP微机的工作过程分两阶段：微机的工作过程分两阶段：l 取指令取指令l 执行指令执

35、行指令l取指令阶段取指令阶段（CPU读内存操作）：读内存操作）：地址经地址寄存器地址经地址寄存器 地址总线地址总线 地址译码器地址译码器,选中指令所在的内存单元选中指令所在的内存单元 CPU发出内存读控制信号发出内存读控制信号 指令从内存指令从内存 数据总线数据总线 数据暂存器数据暂存器 指令寄存器指令寄存器 指令译码器对指令进行译码指令译码器对指令进行译码 由由IP给出指令在内存的地址给出指令在内存的地址标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数

36、据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IPl执行指令阶段：执行指令阶段：经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。经译码后的指令，由控制电路发出控制信号去执行。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器

37、指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP不同的指令，不同的指令，CPU的具体执行过程不同。的具体执行过程不同。CPU 可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。可执行的操作通常有数据传送、算术逻辑运算等等。当一条指令需要从内存或当一条指令需要从内存或I/O端口取得或存放数据时，端口取得或存放数据时，CPU在执行阶段，在执行阶段，需对指令指定的内存单元或需对指令指定的内存单元或I/O端口进行读端口进行读/写操作。写操作。例例 指令指令1：将寄存器：将寄存器R1与与R3的内容相加，结果存在的内容相加，结果存在R3中。中。指令

38、指令1在在CPU 内部即可完成内部即可完成CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP例例 指令指令2：将内存中的数据：将内存中的数据2送至送至CPU的寄存器的寄存器R2中中指令指令2的执行阶段包括一个到内存取数的执行阶段包括一个到内存取数(

39、即读内存即读内存)的过程。的过程。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP例例 指令指令3：将寄存器：将寄存器R3的内容送至数据的内容送至数据3的内存单元中的内存单元中指令指令3的执行阶段包括一个向内存存数的执行阶段包括一个向内存存数(即

40、写内存即写内存)的过程的过程。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP当当一一条条指指令令取取走走后后，指指令令指指针针寄寄存存器器会会被被修修改改成成下下一一条条要要执执行行指令的地址，这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段，指令的地

41、址，这样，当一条指令执行后，又进入取指令阶段，如此不断的重复。如此不断的重复。CPU 总线总线 内存内存标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB程程序序数数据据数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据2数据数据3、指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器IP微机的工作过程：微机的工作过程：取指令取指令 执行指令执行指令 取指令取指令 执行指令执行指令、2微处理器、微型计算机、

42、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统系统软件：系统软件：DOS、Windows 95/98/2000应用软件：应用软件：WPS、Word、Photoshop微微 处处 理理 器器 CPU 存储器存储器(RAM,ROM)I/O接口接口总线总线 硬硬 件件软软 件件微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机(主机主机)外外 设设ALU寄存器寄存器控制部件控制部件键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪3微型计算机的特点微型计算机的特点与相应时期的大型机相比与相应时期的大型机相比:l 速度相对低速度相对低l 功能相对低功

43、能相对低 在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数，在字长位数，内存容量，寻址方式，指令条数，中断级别，及内部寄存器数量等方面都不如中断级别，及内部寄存器数量等方面都不如l 体积小，重量轻，耗电小体积小，重量轻，耗电小l 可靠性高，结构灵活可靠性高，结构灵活，价格低，价格低l 研制周期短，产品系列化，便于选研制周期短，产品系列化，便于选 购购l 应用面广：应用面广：科学计算，数据处理，事务管理，教学培训科学计算，数据处理，事务管理，教学培训 计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信4.微型计算机的分类微型计算机的分类1)按构成分类按构成分类2)按按CPU的字

44、长分类的字长分类3)按主机装置分类按主机装置分类1)按构成分类按构成分类单片机、单板机、多板机单片机、单板机、多板机 单片机单片机l 将将CPU、内存、内存、I/O接口电路全部集成一块芯片上，接口电路全部集成一块芯片上，构成具备基本功能的计算机，称单片机。构成具备基本功能的计算机，称单片机。l 特点：超小型、高可靠性、价廉特点：超小型、高可靠性、价廉l 应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等l 产品：产品：Intel 的的8051、8096/8098系列系列 (有选修课有选修课)Motorola 的的6801、6805系列系列 Hitachi(日立日立

45、)的的 H8S、SH系列系列 (有选修课有选修课)单板机单板机l将将CPU、内存、内存、I/O接口及其它辅接口及其它辅 助电路助电路 全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。l 特点：结构简单、价廉特点：结构简单、价廉l 应用：过程控制、数据处理应用：过程控制、数据处理l 产品：产品：TP-801 以以Z80CPU为核心的单板机为核心的单板机 80年代各院校年代各院校“微机原理微机原理”的实验机的实验机 多板机多板机l 把把CPU、内存、内存、I/O接口芯片装在多块电路板上，接口芯片装在多块电路板上，各印刷板插在主机板的总线插槽上，各印刷板插在主机板的总线插

46、槽上，通过系统总线连接起来，构成多板机。通过系统总线连接起来，构成多板机。l 特点：见前面微型计算机的特点特点：见前面微型计算机的特点l 产品：产品：IBM PC/XT、486机、机、Pentium机等机等 90年代以来各院校年代以来各院校“微机原理微机原理”和计算机硬件的实验机和计算机硬件的实验机2)按按CPU的字长分类的字长分类CPU的性能可以用两个主要参数来描述：的性能可以用两个主要参数来描述：速度：速度：用用CPU的工作频率表示，单位的工作频率表示，单位MHzCPU内部寄存器宽度：寄存器的位数内部寄存器宽度：寄存器的位数宽度：宽度：外部数据总线宽度：数据线的根数外部数据总线宽度：数据线

47、的根数地址总线宽度：地址线的根数地址总线宽度：地址线的根数l 按按CPU 的字长，微机可分为：的字长，微机可分为：4位机位机、8位机位机、16位机位机、32位机位机CPU内部的寄存器宽度可用内部的寄存器宽度可用字长字长描述描述以以Intel公司生产的公司生产的80 x86为例为例：3)按主机装置分类按主机装置分类桌上型：台式电脑桌上型：台式电脑便携型：笔记本、掌上电脑等便携型：笔记本、掌上电脑等5.IBM PC机的发展简史机的发展简史第第2节节 计算机中的数制与码制计算机中的数制与码制了解了解 特点；特点；表示方法；表示方法；相互间的转换。相互间的转换。一、常用计数法一、常用计数法 十进制十进

48、制符合人们的习惯符合人们的习惯二进制二进制便于物理实现便于物理实现十十六六进进制制便便于于识识别别、书书写写八进制八进制1.十进制十进制特点：以十为底，逢十进一；特点：以十为底，逢十进一；共共有有0 0-9 9十个数字符号十个数字符号。表示：表示：2.二进制二进制特点：以特点：以2为底，逢为底，逢2进位；进位；只有只有0和和1两个符号。两个符号。表示：表示：3.十六进制十六进制特点：以特点：以16为底，逢为底，逢16进位；进位；有有0-9及及A-F共共16个数字符号。个数字符号。表示：表示：进位计数制的一般表示进位计数制的一般表示一般地，对任意一个一般地，对任意一个K进制数进制数S都可表示为都

49、可表示为其中：Si-S的第i位数码，可以是K个符号中任何一个；n,m-含义同前；K-基数；Ki-K进制数的权二、各进制数间的转换二、各进制数间的转换1.非十进制数到十进制数的转换非十进制数到十进制数的转换 按按相相应应进进位位计计数数制制的的权权表表达达式式展展开，再按十进制求和。开，再按十进制求和。例：例：10110010B10110010B =(?)=(?)1010 13FAH13FAH =(?)=(?)10102.十进制到非十进制数的转换十进制到非十进制数的转换十进制十进制 二进制的转换：二进制的转换：整数部分：除整数部分：除2取余；取余；小数部分：乘小数部分：乘2取整。取整。十进制十进

50、制 十六进制的转换：十六进制的转换：整数部分：除整数部分：除16取余；取余；小数部分：乘小数部分：乘16取整。取整。以小数点为起点求得整数和小数的各个位。以小数点为起点求得整数和小数的各个位。3.二进制与十六进制间的转换二进制与十六进制间的转换用用4位二进制数表示位二进制数表示1位十六进制数位十六进制数 例：例：10110001001.110=(?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 .C1.3 二进制数的运算二进制数的运算 无符号数无符号数 算术运算算术运算 有符号数有符号数 逻辑运算逻辑运算一、无符号数的运算一、无符号数的运算算术运算算术运算 包括：包括：加法运算加法运