微机原理与接口技术第一章幻灯片.ppt

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1、微机原理与接口技微机原理与接口技术第一章术第一章第1页，共65页，编辑于2022年，星期六微机原理与应用微机原理与应用【内容提要】本章从电子计算机的基本结构和工作入手，着重介绍微处理器和微计算机的基本概念、组成、特点、名词术语和应用形态，是学习本课程的基础知识。并以当今国内外广泛应用的IBM PC系列计算机为例，使学习者对微计算机系统的结构有一初浅的认识，以此引出本课程学习的内容，明确达到的要求。第2页，共65页，编辑于2022年，星期六第一章概述第一章概述第一节第一节:计算机发展概述计算机发展概述计算机发展里程碑式的人物不能不提的至少计算机发展里程碑式的人物不能不提的至少有三名有三名:Ala

2、n.M.Turling(1912-1954)英国数学家英国数学家现代计算机思想的奠基人现代计算机思想的奠基人,1936年提出理想通年提出理想通用机的设想用机的设想,它能接受指令而处理任何形式的信它能接受指令而处理任何形式的信息息.为计算机的实现提供了理论性和方向性的指为计算机的实现提供了理论性和方向性的指导导.第3页，共65页，编辑于2022年，星期六CloudeShannon(1916-)美国人美国人,信息论的开山鼻祖信息论的开山鼻祖,著有著有.1937年的硕士论文年的硕士论文描述了用继电器的正确排列而实现二进制数的控制描述了用继电器的正确排列而实现二进制数的控制与运算与运算,对计算机的硬件

3、实现以及计算机科学的发展对计算机的硬件实现以及计算机科学的发展具有巨大的意义具有巨大的意义!第4页，共65页，编辑于2022年，星期六VonNeuman(1903-1957),匈牙利人匈牙利人,神童神童,数学家数学家.1930年到年到普林斯顿大学任客座教授普林斯顿大学任客座教授,讲授量子力学讲授量子力学.最大的贡献是引最大的贡献是引爆原子弹的方法爆原子弹的方法:内爆法内爆法.曼哈顿计划曼哈顿计划的主持者的主持者.他改进了由美国宾夕法尼亚大学他改进了由美国宾夕法尼亚大学Mauchly教授发展的教授发展的ENIAC(世世界上第一台电子管计算机界上第一台电子管计算机):1)用二进制方法用二进制方法2

4、)用内存储器而不是用外部开关用内存储器而不是用外部开关提出了著名的计算机的普林斯顿结构提出了著名的计算机的普林斯顿结构,又称冯又称冯.诺曼结构诺曼结构.第5页，共65页，编辑于2022年，星期六“计算机是一群计算机人制造给另一群计算机人服务计算机是一群计算机人制造给另一群计算机人服务的机器的机器.”这种状态一直持续了这种状态一直持续了30年年这样这样,现代意义上的计算机就诞生了现代意义上的计算机就诞生了.1946/2/15日日ENIAC的交付使用意味着现代计算机发的交付使用意味着现代计算机发展的里程碑展的里程碑.1955年冯年冯.诺曼被任命为美国原子委员会委员诺曼被任命为美国原子委员会委员,1

5、957年年去世去世.自自1946-1977年年Apple机出现之前机出现之前,计算机一直是美国有名计算机一直是美国有名的几家大公司垄断的产品如的几家大公司垄断的产品如IBM/DEC/DG/Gray,应用客户应用客户都是大部门都是大部门,如军事如军事,气象等气象等.无论民间或专业人士对计算无论民间或专业人士对计算机都持类似的观点机都持类似的观点,1977年年Apple机的出现是机的出现是(微型微型)计算机计算机发展的里程碑发展的里程碑,它彻底的改变了人们的观念它彻底的改变了人们的观念,也改变了我们也改变了我们的生活的生活.第6页，共65页，编辑于2022年，星期六第二节第二节微型计算机的发展进程

6、1975年年,Altair8800诞生诞生,2MHzIntel8080,256bytesstandardRAM1976年，乔布斯与沃兹合伙组建年，乔布斯与沃兹合伙组建公司公司,卖出卖出50台台apple-I,1977年年apple-II诞生诞生.从从1977年年Apple上市后，到年计算机行业的上市后，到年计算机行业的“巨人巨人”宣布也进入个人电脑市场时，苹果公司的利润已达亿美元。宣布也进入个人电脑市场时，苹果公司的利润已达亿美元。年的利润高达亿美元。年的利润高达亿美元。史蒂夫史蒂夫乔布斯令人瞠目结舌的偏执和标新独断的性格注定了苹果电脑将走乔布斯令人瞠目结舌的偏执和标新独断的性格注定了苹果电脑

7、将走上固步自封、特立独行的道路。苹果电脑逐步走进了一个完全禁锢的圈上固步自封、特立独行的道路。苹果电脑逐步走进了一个完全禁锢的圈子，它的子，它的CPU用的不是英特尔的用的不是英特尔的CPU，操作系统也不是微软的，操作系统也不是微软的Windows，甚，甚至包括苹果电脑的硬件和软件都是专用的。苹果电脑完全脱离了至包括苹果电脑的硬件和软件都是专用的。苹果电脑完全脱离了PC的世界，或者说，的世界，或者说，它脱离了普通消费者的视线，而一步一步成为美术、广告、图形设计等特定它脱离了普通消费者的视线，而一步一步成为美术、广告、图形设计等特定领域专爱的产品。苹果电脑自我封闭的直接结果是，在美术、广告、图形设

8、领域专爱的产品。苹果电脑自我封闭的直接结果是，在美术、广告、图形设计等特定领域里，苹果电脑牢牢地控制了一切，然而，它失去了更为广阔的计等特定领域里，苹果电脑牢牢地控制了一切，然而，它失去了更为广阔的大众消费市场。大众消费市场。第7页，共65页，编辑于2022年，星期六 苹果电脑谱写了电脑史上一段不朽的传奇。即使是对英苹果电脑谱写了电脑史上一段不朽的传奇。即使是对英特尔公司董事长安迪特尔公司董事长安迪格鲁夫和微软公司董事长比尔格鲁夫和微软公司董事长比尔盖盖茨这两位已经堪称茨这两位已经堪称IT业泰斗的人物来说，开创苹果电脑传业泰斗的人物来说，开创苹果电脑传奇的史蒂夫奇的史蒂夫乔布斯也同样为他们所崇

9、敬。乔布斯也同样为他们所崇敬。1981年年IBM推出推出PC机机当时当时IMB占占80%的大型计算机市场份额的大型计算机市场份额,而小型机主要为而小型机主要为DEC/GD公司占统治地位公司占统治地位.为在一年的断时间内抢占市场为在一年的断时间内抢占市场,它抛它抛弃了自己制造硬件弃了自己制造硬件/软件的传统方式软件的传统方式,选择了一条捷径选择了一条捷径:采用开采用开放式的硬件放式的硬件/软件结构，软件结构，用市场已有的元件构造用市场已有的元件构造IPMPC机机,它它的这一决定的这一决定,带来了它自己也预料不及也控制不到的结果带来了它自己也预料不及也控制不到的结果,造成造成了个人了个人PC的空前

10、发展的空前发展,并扶植了两个公司并扶植了两个公司,Inter/Microsoft,彻彻底改变了计算机市场份额的格局底改变了计算机市场份额的格局.第8页，共65页，编辑于2022年，星期六1981年年IBMPC硬件硬件:Inter8080CPU软件软件:UCSD-PASCAL-PSYSTEM450$CP/MSYSTEM170$PC-DOSSYSTEM60$1982年年IBMPC/XT10MBHD80861984年年IBMPC/AT802861986年年Compaq首推首推80386DX的的PC兼容机兼容机1987年年IBM用垄断用垄断PS2硬件及硬件及OS/2操作系统以挽回颓势操作系统以挽回颓势

11、.1989年年Intel推出推出80486DXCPU,从此从此,Intel站到了前台站到了前台!第9页，共65页，编辑于2022年，星期六Intel的的CPU发展历史发展历史1974年：年：Intel8080采用了采用了6 m生产工艺，集成度为生产工艺，集成度为6000个晶体管，个晶体管，主频为主频为2MHz。1975年年4月，月，MITS公司推出了以公司推出了以8080为为CPU的世界上的世界上第一台个人计算机第一台个人计算机Altair8800。值得一提的是，。值得一提的是，Altair8800的的BASIC语言解释器是语言解释器是BillGates编写的编写的1976年：年：Intel8

12、080Intel公司生产的最后一种公司生产的最后一种8位通用微位通用微处理器，处理器，8085的工作频率提高到的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上升到，指令系统的指令数上升到246条。条。第10页，共65页，编辑于2022年，星期六第一代：第一代：8086/8088（1978年年-1981年）年）1978年年-8086采用了采用了3 m工艺，集成了工艺，集成了29,000个晶体管，工作频率个晶体管，工作频率为为4.77MHz。它的寄存器和数据总线均为。它的寄存器和数据总线均为16位，地位，地址总线为址总线为20位，从而使寻址空间达位，从而使寻址空间达1MB。同时，。同时，CPU的内部结

13、构也有很大的改进，采用了流水线结构，的内部结构也有很大的改进，采用了流水线结构，并设置了并设置了6字节的指令预取队列字节的指令预取队列1979年年-8088除了它的数据总线为除了它的数据总线为8位以外，其余均与位以外，其余均与8086相同。相同。8088采用采用8位数据总线是为了利用当时现有的位数据总线是为了利用当时现有的8位设备控制芯片。位设备控制芯片。由于由于8088内部支持内部支持16位运算，而与位运算，而与I/O之间传输为之间传输为8位，故位，故8088称为准称为准16位微处理器。位微处理器。1981年年8月，月，IBM公司推出以公司推出以8088为为CPU的世界上第一台的世界上第一台

14、16位微型计算机位微型计算机IBM5150PersonalComputer，即著名的，即著名的IMBPC。第11页，共65页，编辑于2022年，星期六第二代：第二代：80286（1982年年-1984年）年）采用采用1.5 m工艺，集成了工艺，集成了134,000个晶体管，工作频率为个晶体管，工作频率为6MHz。80286的数据总线仍然为的数据总线仍然为16位，但是地址总线增加位，但是地址总线增加到到24位，使存储器寻址空间达到位，使存储器寻址空间达到16MB。1985年年IBM公司推出以公司推出以80286为为CPU的微型计算机的微型计算机IBMPC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构，

15、这就是的，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的工业标准结构（工业标准结构（ISA）。该结构提供了一个）。该结构提供了一个16位、高性能位、高性能的的I/O扩展总线。扩展总线。80年代中期到年代中期到90年代初，年代初，80286一直是微型计算机的主一直是微型计算机的主流流CPU。在这一时期，还诞生了世界上最早的芯片组。在这一时期，还诞生了世界上最早的芯片组（chipsets）。）。第12页，共65页，编辑于2022年，星期六第三代：第三代：80386（1985年年-1988年）年）第第一一个个实实用用的的32位位微微处处理理器器，采采用用了了1.5 m工工艺艺，集集成成了了275,000

16、个个晶晶体体管管，工工作作频频率率达达到到16MHz。80386的的内内部部寄寄存存器器、数数据据总总线线和和地地址址总总线线都都是是32位位的的。通通过过32位位的的地地址址总总线线，80386的的可可寻寻址址空空间间达达到到4GB。这这时时由由32位位微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型机的水平。微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型机的水平。80386的的其其他他一一些些版版本本：80386SX，包包含含16位位数数据据总总线线和和24位位地地址址总总线线，寻寻址址空空间间为为16MB；80386SL80386SLC，包包含含l6位位数数据据总总线线和和25位位地地址址总总线线，寻

17、寻址址空空间间为为32MB。由由于于这这些些微微处处理理器器由由于于与与I/O之之间间传传输输为为16位位，故故也也称称为为准准32位位微处理器。微处理器。第13页，共65页，编辑于2022年，星期六第四代：第四代：80486（1989年年-1992年）年）采采用用1 m工工艺艺，集集成成了了120万万个个晶晶体体管管，工工作作频频率率为为25MHz。80486微微处处理理器器由由三三个个部部件件组组成成：一一个个80386体体系系结结构构的的主主处处理理器器，一一个个与与80387相相兼兼容容的的数数学学协协处处理理器器和和一一个个8KB容容量量的的高高速速缓缓冲冲存存储储器器。80486把

18、把80386的的内内部部结结构构做做了了修修改改，大大约约有有一一半半的的指指令令在在一一个个时时钟钟周周期期内内完完成成，而而不不是是原原来来的的两两个个，这这样样80486的的处处理速度一般比理速度一般比80386快快2到到3倍。倍。Intel公公司司还还生生产产过过80486的的其其他他一一些些版版本本：80486SX，工工 作作 频频 率率 20MHz，不不 包包 含含 数数 学学 协协 处处 理理 器器；80486DX2，采采用用双双倍倍时时钟钟，内内部部执执行行速速度度达达到到66MHZ，内内存存存存取取速速度度为为33MHz；80486DX4，采采用用三三倍倍时时钟钟，内内部部执

19、执行行速速度度达达到到100MHZ，内内存存存存取速度为取速度为33MHz。第14页，共65页，编辑于2022年，星期六第五代：第五代：Pentium（1993年年-1997年）年）Pentium处理器的发展分成三代处理器的发展分成三代第第一一代代Pentium处处理理器器（以以P5代代称称，1993年年）采采用用0.8 m工工艺艺技技术术，集集成成了了310万万个个晶晶体体管管，工工作作频频率率为为60MHz/66MHz。第第二二代代Pentium处处理理器器（以以P54C代代称称，1994年年）采采用用0.6 m工艺，工作频率为工艺，工作频率为90MHz/100MHz。第第三三代代Pent

20、iumMMX（以以P55C代代称称1997年年）增增加加了了57条条多媒体指令多媒体指令在在体体系系结结构构上上，Pentium在在内内核核中中采采用用了了RISC技技术术，可以说它是可以说它是CISC和和RISC技术相结合的产物技术相结合的产物第15页，共65页，编辑于2022年，星期六第六代：第六代：P6（1996-2001）PentiumPro、PentiumII、PentiumIII采用采用0.13 m-0.18 m工艺，集成度工艺，集成度550万万-750万晶体万晶体管，时钟频率管，时钟频率166MHz-1GHz，采用二级高速缓存，采用二级高速缓存，2级超标量流水线结构，一个时钟周期

21、可以执行级超标量流水线结构，一个时钟周期可以执行3条指令条指令第七代：（第七代：（P7）(2000.11-)PentiumIVWillametteP4的的256KBCache到到NorthwoodP4(Cache512K),内集成的晶体管数目内集成的晶体管数目5500万万,Pentium4采用最新的采用最新的0.13加工工加工工艺制造，目前英特尔已经确立了艺制造，目前英特尔已经确立了4GHz的开发目标的开发目标,并支持并支持HyperthreadingTechnology.第16页，共65页，编辑于2022年，星期六第17页，共65页，编辑于2022年，星期六第18页，共65页，编辑于2022

22、年，星期六微型计算机的组成和结构微型计算机的微型计算机的基本组成和工作基本组成和工作第19页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统第20页，共65页，编辑于2022年，星期六冯冯诺依曼结构：诺依曼结构：由运算器、控制器、存储器、由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部输入设备和输出设备五大部分组成分组成控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）工作，并由一个程序计数器（工作，并由一个程序计数器（PC）控制指令的执行。）控制指令的执行。控制器具有判断能力，能够根据计算结果选择不同的控制器具有判断能力，能

23、够根据计算结果选择不同的动作流程动作流程数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式制形式第21页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次微处理器微处理器严格讲，微处理器严格讲，微处理器CPUCPU指的是计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术指的是计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术逻辑部件逻辑部件(ALU)和控制部件两大主要部分组成和控制部件两大主要部分组成把把CPU和一组称为寄存器（和一组称为寄存器（Re

24、gisters）的特殊存储器集成）的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器器件才被称为微处理器第三节第三节微处理器、微记算机、微处理器系统微处理器、微记算机、微处理器系统第22页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次微型计算机微型计算机以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（存储器（ROM）、读写存储器（）、读写存储器（RAM）、输入输出）、输入输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称

25、为微型计算接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。机。将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。上，称为单片微型计算机，简称单片机。第23页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。微型计算机系统的三个层次：微处理器 微型计算机 微型计算机系统第24页，共65页，编辑于2022年

26、，星期六第五节第五节微计算机系统的组成微计算机系统的组成一一硬件硬件由运算器、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二二软件软件（一）（一）程序设计语言：程序设计语言：机器语言、汇编语言、高级语言。机器语言、汇编语言、高级语言。（二）（二）系统软件：监控程序和操作系统、各种程序设计语言的翻绎器和系统软件：监控程序和操作系统、各种程序设计语言的翻绎器和实用程序实用程序（三）应用程序（三）应用程序三三微计算机系统结构特点微计算机系统结构特点（一）软件的固化（一）软件的固化（二）总线结构（二）总线结构第25页，共65页，编辑于2022年

27、，星期六微型计算机的总线结构体系微型计算机的总线结构体系第26页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的总线结构体系微型计算机的总线结构体系第27页，共65页，编辑于2022年，星期六微计算机软件系统的组成微计算机软件系统的组成上面我们所讲述的是计算机的硬件。光有硬件，只是有了计算的可能，上面我们所讲述的是计算机的硬件。光有硬件，只是有了计算的可能，计算机要真正能够进行计算，还必须要有软件的配合。计算机要真正能够进行计算，还必须要有软件的配合。例如：例如：4+5 4+5 这种简单运算这种简单运算,需要以下几个步骤需要以下几个步骤:把第一个数从它所在的存储单元中取出来把第一个数从它所在的

28、存储单元中取出来,送至运算器送至运算器;把第二个数从它所在的存储单元中取出来把第二个数从它所在的存储单元中取出来,送至运算器送至运算器;相加相加;把加完的结果送至存储器中指定的存储单元把加完的结果送至存储器中指定的存储单元.所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操作所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操作.第28页，共65页，编辑于2022年，星期六 指令指令-我们把要求计算机执行的各种操作用命我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来令的形式写下来,就是指令就是指令.通常一条指令对应着一种基本操作通常一条指令对应着一种基本操作,但是计算机怎但是计算机怎么能够辨别和执行这些操作

29、呢么能够辨别和执行这些操作呢?这是由设计时设计人员这是由设计时设计人员赋予它的指令系统决定的赋予它的指令系统决定的.一个计算机能执行什么样的一个计算机能执行什么样的操作操作,能做多少种操作能做多少种操作,是由设计计算机时所规定的指是由设计计算机时所规定的指令系统决定的令系统决定的.指令系统指令系统-一条指令对应着一种基本操作一条指令对应着一种基本操作,计算机所计算机所能执行的全部指令能执行的全部指令,就是计算机的指令系统就是计算机的指令系统.这是计算机所这是计算机所固有的固有的.第29页，共65页，编辑于2022年，星期六 程序程序-我们在使用计算机时我们在使用计算机时,必须把我们要解决的问题

30、必须把我们要解决的问题编成一条条指令编成一条条指令,这些指令的集合就称为程序这些指令的集合就称为程序.(这些指令必须是我们所用的计算机能识别和执行的指令这些指令必须是我们所用的计算机能识别和执行的指令,也即也即每一条指令必须是一台特定的计算机的指令系统中具有的指令每一条指令必须是一台特定的计算机的指令系统中具有的指令.).)源程序源程序-用户为解决自己的问题所编的程序用户为解决自己的问题所编的程序,称为称为源程序源程序.指令形式指令形式-指令通常分成操作码指令通常分成操作码(Opcode)(Opcode)和操作数和操作数(Operand).(Operand).操作码表示计算机执行什么操作操作码

31、表示计算机执行什么操作,操作数指明操作数指明参加操作的数本身或操作数所在的内存中的位置参加操作的数本身或操作数所在的内存中的位置.因为计算机只认得二进制数码因为计算机只认得二进制数码,所以计算机指令系统中的所所以计算机指令系统中的所有指令有指令,都必须以二进制编码的形式来表示都必须以二进制编码的形式来表示.第30页，共65页，编辑于2022年，星期六 把第一个数从它所在的存储单元中取出来把第一个数从它所在的存储单元中取出来,送至运算器送至运算器;把第二个数从它所在的存储单元中取出来把第二个数从它所在的存储单元中取出来,送至运算器送至运算器;相加相加;把加完的结果送至存储器中指定的存储单元把加完

32、的结果送至存储器中指定的存储单元.A0 00 20 MOV AL,2000H A0 00 20 MOV AL,2000H A8 1E 01 20 MOV BL,2001H A8 1E 01 20 MOV BL,2001H 00 D8 ADD AL,BL 00 D8 ADD AL,BL A2 00 30 MOV 3000H,AL A2 00 30 MOV 3000H,AL机器语言机器语言汇编语言汇编语言第31页，共65页，编辑于2022年，星期六 机器语言机器语言-计算机发展的初期计算机发展的初期,就是用指令的机器码直接来编就是用指令的机器码直接来编制用户的源程序制用户的源程序,这就是机器语言阶

33、段这就是机器语言阶段.汇编语言汇编语言-由于机器码是由一连串的由于机器码是由一连串的 0 0 和和 1 1 组成的组成的,不好记忆不好记忆,容易出错容易出错,因而后来人们用一些助记符因而后来人们用一些助记符(Mnemonic)(Mnemonic)来来代替操作码代替操作码,如上所示如上所示.这样这样,每条指令有明显的特征每条指令有明显的特征,易于理解易于理解记忆记忆,这便是汇编语言阶段这便是汇编语言阶段.程序的存放程序的存放-要求机器能自动执行这些程序要求机器能自动执行这些程序,就必须把这就必须把这些程序存放到存储器的某个区域些程序存放到存储器的某个区域.计算机在执行时把这些指令一计算机在执行时

34、把这些指令一条条取出来加以执行条条取出来加以执行.第32页，共65页，编辑于2022年，星期六软件系统软件系统第33页，共65页，编辑于2022年，星期六符号数的表示把二进制数的最高一位定义为符号位，符号位为把二进制数的最高一位定义为符号位，符号位为0表示正数，符表示正数，符号位为号位为1表示负数表示负数这种在计算机中使用的、连同符号位一起数值化了的数，称为机这种在计算机中使用的、连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。对于符号数，机器器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数数常用的表示方法有原码、

35、反码和补码三种。数X的原码记作的原码记作X原原，反码记作反码记作X反反，补码记作，补码记作X补补。最高位表示符号，数值位用二进制绝对值表示的方法，称为原最高位表示符号，数值位用二进制绝对值表示的方法，称为原码表示法码表示法一个负数的原码符号位保持不变，其余位取反就是机器数的另一个负数的原码符号位保持不变，其余位取反就是机器数的另一种表示方法，反码表示法。正数的反码与原码相同。一种表示方法，反码表示法。正数的反码与原码相同。将负数的反码加将负数的反码加1，则得到机器数的补码表示。正数的补码与原码，则得到机器数的补码表示。正数的补码与原码相同。相同。第六节第六节 微计算机数和字符的表示微计算机数和

36、字符的表示第34页，共65页，编辑于2022年，星期六1.计算机中用计算机中用2进制表示法进制表示法/16进制表示法进制表示法(10010011)B8位位2进制数进制数(93)H2位位16进制数进制数其中其中,8位位2进制数的表示范围为进制数的表示范围为:0-255(无符号数无符号数)-128-+127(有符号数有符号数)2.计算机完全用补码表示计算机完全用补码表示:符号数的表示符号数的表示第35页，共65页，编辑于2022年，星期六例如例如:(+105)10=(01101001)2=69H+105原原=(01101001)2-105原原=(11101001)2+105补补=(01101001

37、)2-105补补=(10010111)2+105反反=(01101001)2-105反反=(10010110)2第36页，共65页，编辑于2022年，星期六X Y补补=X补补+Y补补其中其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算。为正负数均可，符号位参与运算。模模（module）就就是是一一个个计计数数系系统统的的最最大大容容量量，其其大大小小等等于于以以进进位位计计数数制制基基数数为为底底，以以位位数数为为指指数数的的幂幂。凡凡是是用用器器件件进进行行的的运运算算都都是是有有模模运运算算，运运算算结结果果超超过过模模的的部部分分被被运运算算器器自自动动丢丢弃弃。因因此此，当当器件为器件为n位时，

38、有，位时，有，X=2n+X(mod2n)不难验证，不难验证，X补补=2n+X(mod2n)因此，因此，X Y补补=2n+(X Y)(mod2n)=(2n+X)+(2n+X)=X补补+Y补补补码加减法的运算规则补码加减法的运算规则第37页，共65页，编辑于2022年，星期六补码加减法的运算规则补码加减法的运算规则例例.设设X=+33，Y=+15，以，以28为模，为模，用补码运算求用补码运算求X+Y和和X-Y。+33补补(00100001)2+15补补(00001111)2+48补补(00110000)2第38页，共65页，编辑于2022年，星期六-33补补(11011111)2+15补补(000

39、01111)2-18补补(11101110)2+33补补(00100001)2+-15补补(11110001)2+18补补(000100010)2第39页，共65页，编辑于2022年，星期六-33补补(11011111)2+-15补补(11110001)2-48补补(11010000)2-33补补(11011111)2-15补补(11110001)2-18补补(11101110)2第40页，共65页，编辑于2022年，星期六+33补补(00100001)2-15补补(11110001)2+48补补(00110000)2第41页，共65页，编辑于2022年，星期六+33补补(00100001)2

40、-15补补(11110001)2+48补补(00110000)2例例.设设X=+33，Y=+15，以，以28为模，为模，用补码运算证明用补码运算证明:X+Y补补=X补补-Y补补。证证:X+Y补补=+48补补(00110000)2X补补-Y补补=+48补补(00110000)2第42页，共65页，编辑于2022年，星期六当运算结果超出补码表示的数值范围时，补码运算当运算结果超出补码表示的数值范围时，补码运算就不正确了。这种现象称为溢出。就不正确了。这种现象称为溢出。对于对于n位补码，当位补码，当时应用补码运算可以得到正确的结果时应用补码运算可以得到正确的结果第43页，共65页，编辑于2022年，

41、星期六有符号数运算的溢出问题有符号数运算的溢出问题:+72补补(01001000)2+98补补(01100010)2-86补补0(10100101)2-83补补(10101101)2+-80补补(10110000)2+48补补1(01011101)2溢出溢出溢出溢出进位进位Cp=1进位进位Cs=0结论结论:溢出溢出(overflag)第44页，共65页，编辑于2022年，星期六无符号数的表示五符号数的最高位不是符号位而是数值的一部分五符号数的最高位不是符号位而是数值的一部分第45页，共65页，编辑于2022年，星期六第46页，共65页，编辑于2022年，星期六第47页，共65页，编辑于2022

42、年，星期六非数值数据的表示非数值数据的表示 ASCII码码采用采用7位二进制代码对字符进行编码位二进制代码对字符进行编码数字数字09的编码是的编码是01100000111001，它们的高，它们的高3位均是位均是011，后，后4位正好与其对应的二进制代码相符。位正好与其对应的二进制代码相符。英文字母英文字母AZ的的ASCII码从码从1000001（41H）开始）开始顺序递增，字母顺序递增，字母az的的ASCII码从码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。美国标准信息交换代码美国标准信息交换代码第48页，共65页，编辑于2

43、022年，星期六 ASCII码第49页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的硬件体系结构一一.系统连接系统连接CPU一般包括控制器和运算器,CPU用三总线(外部总线)DB(data bus)-8086 为16bit,80386为32bitAB(address bus)-8086有20根地址线(可寻址220个8位地址,)CB(control bus)-例如读写控制及中断请求等将存储器（ROM/RAM）,输入I输出O接口电路连接起来第第七节微型计算机的结构及工作原理七节微型计算机的结构及工作原理第50页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的硬件体系结构第51页，共65页，编辑于

44、2022年，星期六微型计算机的硬件体系结构二二.典型的微处理器典型的微处理器微处理器一般包括四个主要部:1.寄存器阵列通用寄存器通用寄存器,专用寄存器专用寄存器2.运算器累加器,暂存器,ALU,FLG3.控制器指令寄存器IR,指令译码器ID,定时控制器4.数据及I/O缓冲器总线缓冲器,隔离CPU内外总线,并提供附加的总线驱动能力采用内部总线连接.第52页，共65页，编辑于2022年，星期六1.寄存器阵列2.运算器4.数据及I/O缓冲器3.控制器第53页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的硬件体系结构四位并行加法器四位并行加法器第54页，共65页，编辑于2022年，星期六算术逻辑单元

45、算术逻辑单元(ALU)微型计算机的硬件体系结构15H+37H=4CHA,F改变改变A+BA第55页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的硬件体系结构三三.典型存储器的内部结构典型存储器的内部结构12354第56页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的硬件体系结构存储器的读写操作存储器的读写操作第57页，共65页，编辑于2022年，星期六四四.微机的工作原理及程序执行过程微机的工作原理及程序执行过程冯冯 诺依曼存储程序工作原理诺依曼存储程序工作原理存储程序工作原理是指把程序存储在计算机内，使计算机能像存储程序工作原理是指把程序存储在计算机内，使计算机能像快速存取数据一样地快速

46、存取组成程序的指令。为实现控制器快速存取数据一样地快速存取组成程序的指令。为实现控制器自动连续地执行程序，必须先把程序和数据送到具有记忆功能自动连续地执行程序，必须先把程序和数据送到具有记忆功能的存储器中保存起来，然后给出程序中第一条指令的地址，控的存储器中保存起来，然后给出程序中第一条指令的地址，控制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取指令、译码、制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取指令、译码、执行，直到完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流的串执行，直到完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流的串行驱动实现程序控制行驱动实现程序控制微型计算机的硬件体系结构第58页，共65页

47、，编辑于2022年，星期六微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。作。由于执行每一条指令，都包括取指、译码和由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时

48、才结束机器的运行。程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。程序执行过程程序执行过程第59页，共65页，编辑于2022年，星期六计算计算1+2=?汇编语言程序汇编语言程序对应的机器指令对应的机器指令对应的操作对应的操作MOVAL,110110000将立即数将立即数1传送到累加寄存器传送到累加寄存器AL中中00000001ADDAl,200000100计算两个数的和，结果存放到计算两个数的和，结果存放到AL中中00000010MOV0008,AL 10100010将将AL中的数传送到地址单元中的数传送到地址单元00080000100100000000HLT11110100 停机停机程序执行过程程序

49、执行过程第60页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的程序执行过程微型计算机的程序执行过程(例例1)MOVAL,11011000000000001ADDAl,20000010000000010MOV0008,AL101000100000100100000000HLT11110100第61页，共65页，编辑于2022年，星期六微型计算机的程序执行过程微型计算机的程序执行过程(例例2)12345678123456789AB第62页，共65页，编辑于2022年，星期六第八节第八节 IBMPCXT/AT简介简介一一硬件系统结构硬件系统结构1.CPU处理器子系统处理器子系统（1）CPU(808

50、6/80286)（2）地址锁存器）地址锁存器(74LS373/74LS244)（3）数据收发器）数据收发器(74LS245)（4）总线控制器）总线控制器(8288/82288)2.ROM子系统子系统3.RAM子系统子系统4.I/O芯片和芯片和I/O接口子系统接口子系统（1）DMA控制控制(8237A)（2）定时）定时/计数计数(8253-5)（3）并行接口）并行接口(8255A-5)（4）中断控制）中断控制(8279A)5.IBMPCXT/AT机的总线扩展槽机的总线扩展槽二二IBMPCXT/AT微机的软件系统微机的软件系统1系统软件、系统软件、2应用软件、应用软件、3工具软件。工具软件。第63