微型计算机系统原理及应用第1章第一次课教材课件

自动化与电气工程学院自动化与电气工程学院6/18/2024 微机原理及应用微机原理及应用6/18/20241 自动化与电气工程学院 微机原理及应用7/28/2023课程介绍o课程名称：课程名称：微机原理及应用微机原理及应用o适应专业适应专业:机自，机设机自，机设o课程性质课程性质:专业基础课专业基础课o学学 时：时：40 40学时（讲课：学时（讲课：3232，实验，实验8 8）o教教 材材：n微计算机系统原理及应用微计算机系统原理及应用(第五版第五版)，周明德周明德,清华清华大学出版社大学出版社o参考书：参考书：1.1.微型计算机技术及应用微型计算机技术及应用,戴梅萼编戴梅萼编,清华大学出版清华大学出版,1995.,1995.2.2.微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用,郑学坚编郑学坚编,清华大学出版清华大学出版3.3.微型计算机原理及接口技术微型计算机原理及接口技术,钱晓捷钱晓捷,机械工业出版社机械工业出版社,1999,19994.IBM PC 4.IBM PC 汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社6/18/20242课程介绍课程名称：微机原理及应用7/28/20232注意事项1.1.作业：作业：周一交作业周一交作业(每周交一次）每周交一次）2.2.成绩组成：成绩组成：考试成绩考试成绩70%+70%+平时成绩平时成绩15%+15%+实验成绩实验成绩15%15%。3.3.期末考核期末考核:闭卷考试闭卷考试 4.4.答疑：随堂答疑答疑：随堂答疑 5.5.联系方式：联系方式：1 1教教12011201室室,cse_ 6/18/20243注意事项1.作业：周一交作业(每周交一次）7/28/202课程简介o是计算机及相关专业的专业基础课，掌握是计算机及相关专业的专业基础课，掌握微机硬件技术的入门课程之一。微机硬件技术的入门课程之一。o着重培养学生着重培养学生有关微机应用系统设计的思有关微机应用系统设计的思维能力、实际动手能力，独立分析问题和维能力、实际动手能力，独立分析问题和解决问题的能力等解决问题的能力等。oIntel80 x86 CPUIntel80 x86 CPU为主线，围绕微机原理及为主线，围绕微机原理及应用的主题，内容涉及应用的主题，内容涉及微处理器结构、存微处理器结构、存储器、储器、I/OI/O接口、中断系统、汇编语言设计接口、中断系统、汇编语言设计等基本知识。等基本知识。6/18/20244课程简介是计算机及相关专业的专业基础课，掌握微机硬件技术的入课程目标课程目标o认识微机系统的基本工作原理和组成认识微机系统的基本工作原理和组成o掌握常用接口电路设计技术及基本应用程掌握常用接口电路设计技术及基本应用程序设计方法序设计方法o认识微机接口技术在工程中的实际应用认识微机接口技术在工程中的实际应用o了解微机及其接口技术的最新发展了解微机及其接口技术的最新发展o建立微型计算机系统的整体概念建立微型计算机系统的整体概念o形成微机系统软硬件开发的初步能力形成微机系统软硬件开发的初步能力6/18/20245课程目标认识微机系统的基本工作原理和组成7/28/20235学习方法o充分的课前预习准备；o注重课堂的学习成效，牢固掌握基本概念、基本原理等基础知识；o理论联系实际，重视实验操作和程序设计的实践；o课后复习巩固，做好习题，及时发现并改正学习中存在的问题和不足。6/18/20246学习方法充分的课前预习准备；7/28/20236课程主要内容课程主要内容1.1.概述概述(微机的发展）微机的发展）2.80862.8086微处理器微处理器(80X86(80X86结构微处理器结构微处理器)（重点）（重点）3.80863.8086指令系统（重点）指令系统（重点）4.4.汇编语言程序设计（重点）汇编语言程序设计（重点）5.5.处理器总线时序和系统总线处理器总线时序和系统总线6.6.存储器存储器7.7.输入输出接口输入输出接口（重点）（重点）8.8.中断控制器中断控制器9.9.计数器和定时器计数器和定时器10.10.并行接口芯片并行接口芯片8255825511.11.串行通信及接口电路串行通信及接口电路12.12.数模转换与模数转换接口数模转换与模数转换接口6/18/20247课程主要内容1.概述(微机的发展）7/28/20237第1章 概述o微型计算机发展概述微型计算机发展概述o80 x8680 x86系列结构的概要历史系列结构的概要历史o计算机基础计算机基础o计算机的硬件和软件计算机的硬件和软件o微型计算机的结构微型计算机的结构o多媒体计算机多媒体计算机6/18/20248第1章 概述微型计算机发展概述7/28/20238本节课要求：o了解了解80 x8680 x86系列微处理器的发展历史系列微处理器的发展历史o掌握计算机的基本结构、常用术语等。掌握计算机的基本结构、常用术语等。o掌握微处理器的工作原理掌握微处理器的工作原理o掌握地址、数据、控制总线的概念掌握地址、数据、控制总线的概念o理解计算机执行过程理解计算机执行过程o理解理解模型机模型机的工作原理的工作原理6/18/20249本节课要求：了解80 x86系列微处理器的发展历史7/28/21.1 80X86微型计算机发展概述（仅了解）世界上第一台现代意义的电子计算机是世界上第一台现代意义的电子计算机是19461946年美国年美国宾夕法尼亚大学设计制造的宾夕法尼亚大学设计制造的ENIACENIACENIAC=Electronic Numerical Integrator and Computer（电子数字积分（电子数字积分机和计算机）机和计算机）这一庞然大物装有这一庞然大物装有18,000个个电子管电子管，总重量达，总重量达30吨，吨，耗资近耗资近50万美元，不过它万美元，不过它还没有引入还没有引入CPU的概念的概念6/18/2024101.1 80X86微型计算机发展概述（仅了解）世界上第一台现电子计算机的发展：电子计算机的发展：1、电子管计算机（、电子管计算机（1946-1956）2、晶体管计算机（、晶体管计算机（1957-1964）3、中小规模集成电路计算机（、中小规模集成电路计算机（1965-1970）4、超大规模集成电路计算机（、超大规模集成电路计算机（1971-今）今）电子计算机按其性能分类：电子计算机按其性能分类：1、大型计算机、大型计算机2、中型计算机、中型计算机3、小型计算机、小型计算机4、微型计算机、微型计算机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6/18/202411电子计算机的发展：微型计算机是第四代计算机的典型代表7/28o微处理器的生产工艺微处理器的生产工艺n指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以连接线的宽度，一般以nmnm为单位，数值越小，为单位，数值越小，生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越生产工艺越先进，微处理器的功耗和发热量越小。目前微处理器的生产工艺已经达到小。目前微处理器的生产工艺已经达到2222纳米纳米的技术。的技术。o微处理器的集成度微处理器的集成度n指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。n最早最早Intel4004Intel4004的集成度为的集成度为22502250个晶体管，个晶体管，Pentium IIIPentium III的集成度已经达到的集成度已经达到950950万个晶体管万个晶体管以上，集成度提高了以上，集成度提高了30003000多倍。多倍。6/18/202412微处理器的生产工艺7/28/202312微型计算机的发展微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍-摩尔定律Gordon E.Moore，Intel公司的创始人之一微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征6/18/202413微型计算机的发展微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍420042002800280070070055055031031012012027.527.513.413.42.92.90.490.490 0500500100010001500150020002000250025003000300035003500400040004500450019731973 19781978 19821982 19851985 19891989 19931993 19951995 19971997 19991999 20002000年万晶体管6/18/202414摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍42002800700摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍 14004502662001338033165020040060080010001200140016001978 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1999 2000年MHz频率6/18/202415摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍 140Intel 4004Intel 8008微型计算机的发展o微处理器发展的早期阶段（19711977）n字长为4位或8位，集成度约为300010000晶体管/片，微处理器的主频为0.15MHz。n1971年：Intel 4004，是世界上第一片单片微处理器o4位微处理器，寻址空间为4096个半字节,指令系统包括45条指令n1972年：Intel 8008，是世界上第一片8位微处理器。o8008采用了10m生产工艺，集成度为3500个晶体管，工作频率为200KHz。6/18/202416Intel 4004Intel 8008微型计算机的发展微处o1974年：Intel 8080n采用了6m生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频为2MHz。o1975年4月，MITS公司推出了以8080为CPU的世界上第一台个人计算机Altair 8800。nAltair 8800的BASIC语言解释器是Bill Gates编写的o1976年：Intel 8085Intel公司生产的最后一种8位通用微处理器，n8085的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上升到246条。微型计算机的发展6/18/2024171974年：Intel 8080微型计算机的发展7/28/2第一代：8086/8088（1978年-1981年）o1978年-8086n3m工艺，29,000个晶体管，工作频率为4.77 MHz。n寄存器和数据总线均为16位，地址总线为20位，从而使寻址空间达1MB。nCPU的内部结构也有很大的改进，采用了流水线结构，并设置了6字节的指令预取队列o1979年-8088n数据总线为8位，其余均与8086相同。n8088采用8位数据总线是为了利用当时现有的8位设备控制芯片。由于8088内部支持16位运算，而与I/O之间传输为8位，故8088称为准16位微处理器。o1981年8月，IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微型计算机IBM 5150 Personal Computer，即著名的IBM PC。X86系列微型计算机的发展6/18/202418第一代：8086/8088（1978年-1981年）X86系X86系列微型计算机的发展代字长型号型号工艺集成度(万个)主频速度(MIPS)1168086334.77-103006/18/202419X86系列微型计算机的发展代字长型号工艺集成度(万个)主频速酷睿i7是面向高端发烧用户的CPU家族标识，包含Bloomfield(2008年)、Lynnfield(2009年)、Clarksfield(2009年)、Arrandale(2010年)、Gulftown(2010年)、Sandy Bridge(2011年)、Ivy Bridge(2012年)，Haswell等多款子系列，并取代酷睿2系列处理器。2-8颗核心 晶体管数量：7.74亿 45nm制程，32nm，22nm制程产品。6/18/202420酷睿i7是面向高端发烧用户的CPU家族标识，包含Bloomf我国的微处理器发展我国的微处理器发展o“方舟方舟-1”-1”：n20012001年年4 4月由中芯公司推出月由中芯公司推出 n0.250.25微米工艺，微米工艺，166MHz166MHz时钟，时钟，3232位字长位字长oo龙芯龙芯龙芯龙芯1 1 1 1号号号号”：n n32323232位字长，位字长，位字长，位字长，2002200220022002年年年年9 9 9 9月问世月问世月问世月问世 n n达到国际达到国际达到国际达到国际97979797年前后水平，等同于年前后水平，等同于年前后水平，等同于年前后水平，等同于P2 266 P2 266 P2 266 P2 266 n n0.180.180.180.18微米，微米，微米，微米，400400400400万集成度，万集成度，万集成度，万集成度，2 2 2 2亿次亿次亿次亿次/秒速度秒速度秒速度秒速度 n n应用：曙光龙腾服务器、无线应用：曙光龙腾服务器、无线应用：曙光龙腾服务器、无线应用：曙光龙腾服务器、无线PDAPDAPDAPDA等等等等 oo“龙芯龙芯龙芯龙芯2 2 2 2号号号号”：n n64646464位字长，位字长，位字长，位字长，2004200420042004年问世，时钟年问世，时钟年问世，时钟年问世，时钟500MHz500MHz500MHz500MHz，性能接近，性能接近，性能接近，性能接近P4P4P4P4，与国，与国，与国，与国外差距缩小为外差距缩小为外差距缩小为外差距缩小为3 3 3 3年年年年oo2012201220122012年年年年10101010月，我国首款八核月，我国首款八核月，我国首款八核月，我国首款八核32323232纳米龙芯纳米龙芯纳米龙芯纳米龙芯3B15003B15003B15003B1500流片成流片成流片成流片成功。功。功。功。6/18/202421我国的微处理器发展“方舟-1”：7/28/2023211.2计算机基础6/18/2024221.2计算机基础7/28/2023221 1 中央处理器中央处理器CPUCPUo中央处理单元中央处理单元CPUCPU（Central Processor UnitCentral Processor Unit）n是一台计算机的大脑，主要由是一台计算机的大脑，主要由运算器和控制器运算器和控制器构成。构成。n由逻辑门阵电路组成了用于进行运算的加法器、算术逻辑单元、由逻辑门阵电路组成了用于进行运算的加法器、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。译码器、数据选择器、触发器、寄存器、计数器等基本运算。o主频（时钟频率）主频（时钟频率）n用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是主频的单位是MHzMHz（或（或GHzGHz）。）。o外部总线频率（外频）外部总线频率（外频）n单位单位MHzMHz（或（或GHz)GHz)，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快，因而计算机的运行速度也越快。的速度越快，因而计算机的运行速度也越快。n早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从80486DX280486DX2开始，开始，主频主频=外部总线频率外部总线频率 倍频系数倍频系数n倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例系数倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例系数o超频超频n通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上频更高的时钟频率上（有什么优缺点？）。（有什么优缺点？）。6/18/2024231 中央处理器CPU中央处理单元CPU（Central Pr2 系统主板o主板是机箱中最大的一块集成电路板，在它上面集成有CPU插座、内存插座、扩展板插座、输入输出系统、总线系统、电源接口等。6/18/2024242 系统主板主板是机箱中最大的一块集成电路板，在它上面集成有3 存储器o存储器分为内存储器和外存储器内存储器和外存储器。n内存储器简称内存，由半导体存储器构成，用内存条的形式提供n外存储器则包括硬盘、软盘、光盘、磁带机等许多设备。o硬盘n是当前微机的主要外存储设备，由驱动器、控制器和盘片组成，更进一步地说有磁头、电机等部件。n硬盘读取数据时通过磁头来完成的，硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头漂浮的盘片上方。只有在所要存取的资料的扇区转到磁头下方时，才能读取数据。所以转速越快，等待的时间就越短。n现在微机硬盘的接口以satasata口（串口）口（串口）、IDE（并口），SCSI主要用于服务器。6/18/2024253 存储器存储器分为内存储器和外存储器。7/28/202324 光盘存储器o光盘存储器是光盘和光盘驱动器的统称。n光盘是利用光学方式进行进行信息读写的介质。n光盘的信息存储格式和磁盘类似，也是分轨道、扇区来记录信息的字节。n一般CD-ROM光驱像硬盘一样，有IDE和SCSI接口，并被主机认为是和硬盘一样的设备。6/18/2024264 光盘存储器光盘存储器是光盘和光盘驱动器的统称。7/28/o显示卡n显示卡是插在主板扩展槽上的一块电路板，在露出机箱的部分有接显示器的插口。它是主机于显示器之间的接口，它接收CPU和内存发送来的信息，并将其处理转换成视频和同步信号，发给显示器。n许多主板上都集成有显卡。o显示器n是现代微型计算机的最主要的输出设备。n显示器就屏幕不同有：球面屏幕、平面直角屏幕、柱面屏幕、真正平面屏幕和LED液晶显示器。n其技术指标有：扫描方式、点距、刷新频率、视频带宽、分辨率等。6/18/202427显示卡7/28/202327o声卡和音箱n和显卡一样，声卡也是插在主板上的扩展槽中的，在露出机箱的部分留有音箱、耳机和麦克插孔。n许多主板都集成有声卡。o网卡网卡n是网络连接设备，它允许计算机和专用网线连接，其速度远远高于电话线，n有10M、100M和1000M（1G）的不同传输速率。o机箱机箱n是用来固定主板，并将所有设备安装在其中的设备。鼠标是坐标定位输入设备，键盘是数字和字符输入装置。是目前微型计算机的最主要输入设备。6/18/202428声卡和音箱7/28/2023281.2 计算机基础1.2.1 计算机的基本结构(参见P.7)外部设备外部设备微处理器微处理器 (CPU)存储器存储器输入输入/输出输出接口电路接口电路数据总线数据总线控制总线控制总线地址总线地址总线6/18/2024291.2 计算机基础1.2.1 计算机的基本结构(参见P.7)内存储器内存储器微微处处理理器器IO接口接口外部设备外部设备ABDBCB微处理器微处理器：进行算数和进行算数和逻辑运算逻辑运算。存储器存储器：存储程序、存储程序、数据、符号等数据、符号等I/O接口接口：使外设使外设与微机相连与微机相连。6/18/202430内存储器微处理器IO接口外部设备ABDBCB微处理器：存储o计算机系统由五部分组成：n控制器、运算器、存储器和输入输出设备。n人们往往把运算器、控制器和存储器合在一起称为计算机的主机；n把各种输入输出设备统称为计算机的外设。o在主机部分中，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理单元CPU。n随着半导体集成电路技术的发展，可以把这个CPU集成在一个集成电路芯片上，人们就把它称为微处理器（Microprocessor）。o人们把以微处理器为核心构成的计算机，称为微型计算机。6/18/202431计算机系统由五部分组成：7/28/202331微型计算机系统的三个层次：微处理器微型计算机 微型计算机系统微处理器微处理器存储器I/O接口总线 硬 件软 件微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机外 设ALU寄存器控制部件键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪6/18/202432微型计算机系统的三个层次：微处理器硬 件微 型微 型外 补充:n微处理器微处理器o严格讲，微处理器严格讲，微处理器 CPU CPUoCPUCPU由由算术逻辑算术逻辑部件部件(ALU)(ALU)和和控制部件控制部件两大主要部分两大主要部分组成，实现运算功能和控制功能组成，实现运算功能和控制功能o微处理器除算术逻辑部件和控制部件以外，微处理器除算术逻辑部件和控制部件以外，还包含还包含一组寄存器（一组寄存器（RegistersRegisters）以及高速缓冲存储器）以及高速缓冲存储器（CacheCache）等等特殊的存储器。将这些部件特殊的存储器。将这些部件集成在一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这个器件才被称为微处理器o 寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件件。根据存放信息的不同，根据存放信息的不同，指令寄存器、数据指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。寄存器、地址寄存器等。6/18/202433补充:微处理器7/28/2023331.2.2 常用的名词术语和二进制编码(P.13)o计算机对要处理的数据（数值或非数值数据）均实行计算机对要处理的数据（数值或非数值数据）均实行二进制编码。二进制编码。为便于记忆和书写，用十六进制数表示二为便于记忆和书写，用十六进制数表示二进制数。进制数。000008 1000100019 100120010A 101030011B 101140100C 110050101D 110160110E 111070111F 11116/18/2024341.2.2 常用的名词术语和二进制编码(P.13)计算机对要1.2.2 常用的名词术语和二进制编码(P.13)o1.位、字节、字及字长位、字节、字及字长o位（位（Bit）n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n在计算机中采用二进制表示数据和指令，位就是一个二进制位，有两种在计算机中采用二进制表示数据和指令，位就是一个二进制位，有两种状态，状态，“0”和和“1”o字节（字节（Byte）n相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte=8 bit n 如：如：1100 0011 0101 0111 n1024个字节构成一个千字节，用个字节构成一个千字节，用KB表示，表示，1024KB构成一个兆字节，用构成一个兆字节，用MB表示，表示，1024MB构成一个千兆字节（吉），用构成一个千兆字节（吉），用GB表示。表示。o字（字（Word）和字长）和字长n“字字”是计算机内部进行数据传递和处理的基本单位。是计算机内部进行数据传递和处理的基本单位。n一个字所包含的二进制位数称为字长。一个字所包含的二进制位数称为字长。n目前在目前在PC机中把字定义为机中把字定义为2个字节（个字节（16位）位）6/18/2024351.2.2 常用的名词术语和二进制编码(P.13)1.位、字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。不同类型不同类型的的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6/18/202436字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有（4）.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、20 编号编号765432101010001D7 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Address6/18/202437（4）.位编号0 编号765432101010001D7D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的编号为字的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 0低字节高字节6/18/202438D0D7D15D8158101010101010101070数字编码：数字编码：BCDBCD码码o计算机中常用BCD(Binary Coded Decimal)码表示十进制数。即十进制数中的每一位都用4位二进制数表示。n压缩压缩BCDBCD码：码：1 1字节表示两位十进制数字节表示两位十进制数n非压缩BCD码：1字节表示一位十进制数，（低4位表示，高4位恒为0）o二二十进制编码的方法很多，最常用的是十进制编码的方法很多，最常用的是8421BCD8421BCD码。码。n用用4 4位二进制数表示位二进制数表示1 1位十进制数，各位的权重依次位十进制数，各位的权重依次为为8 8、4 4、2 2、1 1。例如：。例如：o63.12463.124对应的对应的BCDBCD码是码是0110 0011.0001 0010 01000110 0011.0001 0010 0100，小，小数点前最高位的数点前最高位的0 0和小数点后最低位的和小数点后最低位的0 0可以省掉，所以可以省掉，所以也可以写成也可以写成110 0011.0001 0010 01110 0011.0001 0010 01o111 1001 0010.0010 0101BCD111 1001 0010.0010 0101BCD对应的十进制数是对应的十进制数是792.25792.256/18/202439数字编码：BCD码计算机中常用BCD(Binary Codeo3.3.字符编码字符编码o字母、数字、常用符号等各种字符也必须按照特定的规则编码，才能在计算机中表示。字符编码的方法也很多，世界上最普遍采用的一种字符编码是ASCII码（美国信息交换标准码。）。oASCII码用7位二进制数表示，可表示128种字符。包括09十个阿拉伯数字，大小写72个英文字母以及常用标点符号和各种控制字符。o在计算机中用一个字节表示一个ASCII码，最高位置0。o参看P4156/18/2024403.字符编码7/28/202340中文信息的编码中文信息的编码按照国家标准信息交换用汉字编码基本字符集（按照国家标准信息交换用汉字编码基本字符集（GB2312-80）规定，）规定，一个汉字用两个字节编码，一个汉字用两个字节编码，这样每个字节只用低这样每个字节只用低7位，位，这就是所谓双这就是所谓双7位汉字编码（位汉字编码（128128=16384种状态），称作种状态），称作汉字的交换码（又称国标码）。汉字的交换码（又称国标码）。为了在内部能区分汉字与为了在内部能区分汉字与ASCII字符，把两个字节汉字的字符，把两个字节汉字的国国标码的每个字节的最高位置标码的每个字节的最高位置1，这样就形成了汉字另外一种编码称这样就形成了汉字另外一种编码称作汉字机内码（内码）。作汉字机内码（内码）。在机器中，汉字是以内码形式存储和传输的，一种机器常有若在机器中，汉字是以内码形式存储和传输的，一种机器常有若干种汉字输入方式（输入码），但其内码是统一的。干种汉字输入方式（输入码），但其内码是统一的。汉字输出码又称汉字字形码或汉字发生器的编码。汉字输出码又称汉字字形码或汉字发生器的编码。6/18/202441中文信息的编码按照国家标准信息交换用汉字编码基本字符集（GB1.2.3 指令程序和指令系统(P.11)o计算机所以能脱离人的干预，自动地进行计算，这是计算机所以能脱离人的干预，自动地进行计算，这是由于人把实现这个计算的一步步操作用命令的形式由于人把实现这个计算的一步步操作用命令的形式预先输入到存储器中预先输入到存储器中.o在执行时，机器把这些命令一条条地取出来，加以翻在执行时，机器把这些命令一条条地取出来，加以翻译和执行。比如两个数相加的运算，就需要下面几译和执行。比如两个数相加的运算，就需要下面几个步骤：个步骤：o第一步：把第一步：把第一个数第一个数从它所在的存储单元中取出来，从它所在的存储单元中取出来，送至运算器；送至运算器；o第二步：把第二步：把第二个数第二个数从它所在的存储单元中取出来，从它所在的存储单元中取出来，送至运算器；送至运算器；o第三步：相加第三步：相加o第四步：把加完的结果，送至存储器中指定的单元。第四步：把加完的结果，送至存储器中指定的单元。n所有这些所有这些取数、送数、相加、存数取数、送数、相加、存数等都是一种操作。等都是一种操作。6/18/2024421.2.3 指令程序和指令系统(P.11)计算机所以能脱离人o我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，就时下来，就时指令指令（InstructionInstruction）。）。n指令是指令是CPU能执行的一个基本操作。能执行的一个基本操作。n如：取数、加、减、乘、除、存数如：取数、加、减、乘、除、存数 等等o计算机所能执行的全部指令，就是计算机的计算机所能执行的全部指令，就是计算机的指令系指令系统统（Instruction SetInstruction Set）o程序程序n是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条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指令的序列。条指令编写的指令指令的序列。n构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，6/18/202443我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，就时指令（1.2.4 初级计算机(P.12)o初级计算机：n以实际计算机为基础，经过简化的模型机。o组成：n微处理器（CPU）、存储器、接口电路组成，o连接：n通过三总线来连接n地址总线（Address Bus）n数据总线（Date Bus）n控制总线（Control Bus）。6/18/2024441.2.4 初级计算机(P.12)初级计算机：7/28/20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CPU6/18/202445存I/O输I/O数据总线 DB控制总线 CB地址总线 AB输o1.模型机的CPU结构标标 志志寄存器寄存器地址总线地址总线 AB数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 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结构结构示意图示意图6/18/2024461.模型机的CPU结构标 志地址总线 AB数据总线 DBo算术逻辑单元算术逻辑单元 ALU ALU（ArithmeticArithmetic）n是执行是执行算术和逻辑运算算术和逻辑运算的装置。的装置。所有的算术运算所有的算术运算，逻逻辑运算和移位操作都是由辑运算和移位操作都是由ALUALU完成的。完成的。o程序计数器程序计数器PCPC：n提供需要执行的指令地址。提供需要执行的指令地址。n一般计算机一上电，就给一般计算机一上电，就给PCPC置个初值，这就是第一条置个初值，这就是第一条指令存放的地址。以后每取出一个存储单元的指令，指令存放的地址。以后每取出一个存储单元的指令，PCPC的内容就自动加一。这样的内容就自动加一。这样PCPC中保存的就永远是下一中保存的就永远是下一条要执行的指令的地址。条要执行的指令的地址。o地址寄存器地址寄存器ARAR（Address RegisterAddress Register）n把要寻址的单元的地址通过地址总线送至存储器。把要寻址的单元的地址通过地址总线送至存储器。6/18/202447算术逻辑单元 ALU（Arithmetic）7/28/2022.存储器存储器(P.13)地地 址址 译译 码码 器器地址地址 内容内容00 01 02 03 FF00单元单元01单元单元02单元单元03单元单元FF单元单元11010011101000100010011010011101 :11100001ABDB控制控制CB图图1-7 模型机的存储器结构图模型机的存储器结构图o从存储器中取出从存储器中取出的指令，由数据的指令，由数据寄存器送寄存器送指令寄指令寄存器存器IRIR，经过经过指指令译码器令译码器IDID译码，译码，o通过控制电路发通过控制电路发出执行一条指令出执行一条指令所需的各种控制所需的各种控制信号。信号。6/18/2024482.存储器(P.13)地 址 译 码 o存储器由若干个存储单元组成存储器由若干个存储单元组成n图中表示的是一个图中表示的是一个256(FFH)256(FFH)个单元的存储器。个单元的存储器。n为了能区分不同的存储单元，对这些单元分别编了号，为了能区分不同的存储单元，对这些单元分别编了号，用两位用两位1616进制数表示，进制数表示，这就是它们的地址。这就是它们的地址。o存储单元的内容：存储单元的内容：n每个存储单元可以存放每个存储单元可以存放8 8位二进制位二进制信息，这就是他们信息，这就是他们的内容。的内容。n每个存储单元的地址和这个存储单元中存放的内容是每个存储单元的地址和这个存储单元中存放的内容是完全部同的两回事完全部同的两回事，千万不要混淆。，千万不要混淆。o一般地来说，如果一个存储器有一般地来说，如果一个存储器有2 2n n个存储单元个存储单元，那它需要，那它需要有有n n根地址线，如果每个存储单元有根地址线，如果每个存储单元有m m位，那它需要有位，那它需要有m m根根数据线数据线。一个存储器的控制线至少有。一个存储器的控制线至少有读控制线和写控制读控制线和写控制线。线。6/18/202449存储器由若干个存储单元组成7/28/202349n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DB6/18/202450n根地址线AB控制线CB地11001100001100111 将存储单元的数据送至到将存储单元的数据送至到CPUCPUo若在若在0404号号存储单元中存放的内容是存储单元中存放的内容是10000100B10000100B，即，即84H84H，我们要把它读出至数据总线上，则要求：，我们要把它读出至数据总线上，则要求：CPUCPU的地址寄存器的地址寄存器ARAR先给出地址先给出地址号号0404，然后通过地址总线然后通过地址总线ABAB送至存储器，送至存储器，存储器中的地址译码器对它进行译码，找到存储器中的地址译码器对它进行译码，找到0404号存储单元；号存储单元；CPUCPU再再发读控制命令发读控制命令0404号存储单元中的内容号存储单元中的内容84H84H就出现在就出现在数据总线数据总线上，并上，并送至送至CPUCPU的数据寄存器的数据寄存器DRDR。o信息从存储单元读出后，存储单元的内容并不改变，信息从存储单元读出后，存储单元的内容并不改变，只有把新的信息写入该单元时，才由新的内容代替只有把新的信息写入该单元时，才由新的内容代替旧的内容。旧的内容。读操作：读操作：6/18/202451 将存储单元的数据送至到CPU读操作：7/28/20 将存储单元的数据送至到将存储单元的数据送至到CPUCPUo若以把数据寄存器中的内容若以把数据寄存器中的内容26H26H写入写入1010号存储单号存储单元，则要求：元，则要求：nCPUCPU的地址寄存器的地址寄存器ARAR先给出地址先给出地址1010，通过地址总线，通过地址总线（ABAB）送至存储器，经译码后找到）送至存储器，经译码后找到1010号存储单元；号存储单元；n然后把数据寄存器然后把数据寄存器DRDR中的内容中的内容26H26H经数据总线（经数据总线（DBDB）送给存储器；送给存储器；n且且CPUCPU发写控制命令，发写控制命令，n于是数据总线上的信息于是数据总线上的信息26H26H就写入到就写入到1010号存储单元中。号存储单元中。写操作写操作6/18/202452 将存储单元的数据送至到CPU写操作7/28/20 包括包括取出指令取出指令和和执行指令执行指令的两个过程的两个过程.o机器从停机状态进入运行状态，要把第一条指令所在的机器从停机状态进入运行状态，要把第一条指令所在的地址赋给地址赋给PCPC，然后就进入取指阶段。，然后就进入取指阶段。n在取指阶段从内存中读出的内容必为指令，所以数据寄存器在取指阶段从内存中读出的内容必为指令，所以数据寄存器DRDR把它送至指令寄存器把它送至指令寄存器IRIR。n然后由指令译码器译码，就知道此指令要执行什么操作。然后由指令译码器译码，就知道此指令要执行什么操作。o取指阶段结束后就进入执行阶段。取指阶段结束后就进入执行阶段。n按照指令译码的结果，发控制命令，完成指令规定的操作。按照指令译码的结果，发控制命令，完成指令规定的操作。o执行阶段结束后又进入到下一个取指阶段，这样的循环执行阶段结束后又进入到下一个取指阶段，这样的循环一直进行到程序结束。这就是计算机的工作过程。一直进行到程序结束。这就是计算机的工作过程。3.执行过程执行过程(P.14)6/18/202453 包括取出指令和执行指令的两个过程.3.执行过程操作：将两个数 7 和 10 相加，结果存放在 20内存单元指令：MOV AL,7 ADD AL,10 MOV 20H,AL MOV 20H,AL HLT1.2.5 1.2.5 简单程序举例简单程序举例6/18/2024541.2.5 简单程序举例7/28/202354o机器指令：1011 0000 B0h(mov al,7)1011 0000 B0h(mov al,7)0000 0111 07h (7)0000 0111 07h (7)0000 0100 04h(add al,10)0000 0100 04h(add al,10)0000 1010 0Ah(10)0000 1010 0Ah(10)1010 0010 A2h 1010 0010 A2h(mov 20h,al)(mov 20h,al)0010 0000 20h(20H)0010 0000 20h(20H)1111 0100 F4h(hlt)1111 0100 F4h(hlt)6/18/202455机器指令：7/28/202355B0h(mov al,7)07h (7)04h(add al,10)0Ah(10)A2h(mov 20h,al)20h(20H)F4h(hlt)6/18/202456B0h(mov al,7)A2h(mov 1.2.6 寻址方式（P.19）o1.1.立即寻址（立即寻址（Immediate AddressingImmediate Addressing）操作数就包含在指令中。操作数就包含在指令中。如：如：MOV ALMOV AL，34H34H操作：操作：将十六进制数将十六进制数34H34H送送寄存器寄存器ALAL。6/18/2024571.2.6 寻址方式（P.19）1.立即寻址（Immedia2.寄存器寻址（Register Addressing）操作数包含在CPU的内部寄存器中。6/18/2024582.寄存器寻址（Register Addressing）7/3.直接寻址（Direct Addressing）在指令中直接给出操作数的地址.6/18/2024593.直接寻址（Direct Addressing）7/284.寄存器间接寻址（Register Indirect Addressing）操作数的地址在指令中给出的寄存器中。6/18/2024604.寄存器间接寻址（Register Indirect Ad还有什么寻址方式？（补充）oMOV AX，（BX+100H）oMOV AX，（BX+CX+10）o？oMOV AL，300oMOV AL，10101010BoMOV BX，2000H 6/18/202461还有什么寻址方式？（补充）MOV AX，（BX+100H1.3 计算机的硬件和软件1.3.1 1.3.1 系统软件系统软件o用机器指令码（二进制编码）来编写的程序，称为机器语言。o在机器语言中，用助记符代替操作码，用符号来代替地址，就是汇编语言。o计算机只能执行机器语言，把汇编语言翻译成机器语言的程序叫做汇编程序（汇编程序（AssemblerAssembler）。o用汇编语言编写程序必须对机器的指令系统非常熟悉，而不能脱离具体的机器，对不熟悉硬件的编程人员还是很不方便。这就产生了面向对象问题，不依赖具体的计算机不依赖具体的计算机的高级语言的高级语言（High Lever Language）。o把高级语言翻译成机器语言的程序叫做解释程序解释程序（Interpreter）和编译程序编译程序（Compiler）。o随着计算机功能的增加，资源的增多，又出现了管理计算机资源、诊断计算机故障、简化和提高操作性能、最大限度地发挥计算机的效能的操作系统。操作系统。o所有这些汇编程序、解释程序、编译程序、管理、调试、诊断程所有这些汇编程序、解释程序、编译程序、管理、调试、诊断程序和操作系统等构成了计算机系统软件序和操作系统等构成了计算机系统软件。6/18/2024621.3 计算机的硬件和软件1.3.1 系统软件7/28/201.3.2 应用软件o专为某种应用目的在操作系统下开发的各种专为某种应用目的在操作系统下开发的各种软件和用户利用计算机编制的各种程序称为软件和用户利用计算机编制的各种程序称为应用软件。应用软件。o1.3.3 1.3.3 支撑软件支撑软件(支持软件支持软件)o建立数据库建立数据库6/18/2024631.3.2 应用软件专为某种应用目的在操作系统下开发的各种软1.4.1 微型计算机的结构微型计算机的结构存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线 DB控制总线 CB地址总线 AB输出设备CPU6/18/2024641.4.1 微型计算机的结构存I/O输I/O数据总线 DB1.4.1 微型计算机的外部结构o总线总线连接多个功能部件的一组公共信号线连接多个功能部件的一组公共信号线n各部件通过各部件通过总线总线连接，连接，o地址总线地址总线AB：n用来传送用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。n地址总线的条数地址总线的条数决定微处理器的寻址能力决定微处理器的寻址能力o数据总线数据总线DB：n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n数据总线的条数数据总线的条数决定微处理器一次最多可以传送的数据宽度决定微处理器一次最多可以传送的数据宽度o控制总线控制总线CB：n以来传送各种控制信号以来传送各种控制信号6/18/2024651.4.1 微型计算机的外部结构总线连接多个功能部件的一1.4.2 微型计算机的内部结构o微型计算机的内部主要由三部分组成微型计算机的内部主要由三部分组成1、内部寄存器阵列、内部寄存器阵列 参与运算和专用寄存器。如PC SP。2、累加器和算术逻辑单元、累加器和算术逻辑单元 运算结构的一些特征。3、指令寄存器、指令寄存器 指令译码和定时及控制信号的产生电路。图见 P27（以后还要详细介绍，先建立概念）6/18/2024661.4.2 微型计算机的内部结构微型计算机的内部主要由三部分o作业:o习题(P29):1.1 1.4 1.6 o阅读教材P1-29 6/18/202467作业:7/28/202367