第1章微型计算机系统解析课件

微机原理与接口技术 张延彬 13673659360zzu_ie_微机微机 原理原理 与与 接口接口 技术技术典型机型：典型机型：IBM PCIBM PC系列机系列机基本系统：基本系统：CPUCPU和半导体存储器和半导体存储器I/OI/O接口电路及与外设的连接接口电路及与外设的连接硬件接口电路原理硬件接口电路原理软件接口编程方法软件接口编程方法课程介绍课程介绍课程性质课程性质:专业基础课、必修课专业基础课、必修课学习内容学习内容:原理原理+汇编汇编+接口接口学习目的学习目的:应用应用教学学时：教学学时：48学时学时实验学时：实验学时：24学时学时考核方法：考试考核方法：考试+平时成绩平时成绩课程的主要内容课程的主要内容第第1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述第第2章章 处理器结构处理器结构第第3章章 数据处理数据处理第第4章章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计第第5章章 微机总线微机总线第第6章章 存储系统存储系统第第7章章 输入输出接口输入输出接口第第8章章 常用接口技术常用接口技术第第 1 1 章章微型计算机系统微型计算机系统 1.1 1.1 微型计算机的发展微型计算机的发展1.2 Intel 80 x861.2 Intel 80 x86系列处理器系列处理器1.3 1.3 微型计算机系统组成微型计算机系统组成1.1 1.1 微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机（微型计算机（MicrocomputerMicrocomputer）n性能、价格、体积较小，最常见的计算机性能、价格、体积较小，最常见的计算机n现代计算机三大主要应用形式的主角现代计算机三大主要应用形式的主角n桌面个人微机（桌面个人微机（PCPC机）机）n服务器服务器n嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统n采用微处理器为核心构造的计算机采用微处理器为核心构造的计算机处理器、微处理器、中央处理单元处理器、微处理器、中央处理单元CPUCPUn计算机的运算和控制核心计算机的运算和控制核心n采用一块大规模集成电路芯片构成采用一块大规模集成电路芯片构成处理器的基本处理器的基本性能指标性能指标字长（字长（WordWord）n处理器每个时间单位处理的二进制数据位数处理器每个时间单位处理的二进制数据位数（例如一次进行运算、传输的位数）（例如一次进行运算、传输的位数）n指示处理器的数据处理能力指示处理器的数据处理能力时钟频率时钟频率n处理器的处理速度处理器的处理速度n反映处理器的基本时间单位反映处理器的基本时间单位集成度集成度n芯片上集成的晶体管数量芯片上集成的晶体管数量n表明处理器的生产工艺水平表明处理器的生产工艺水平4、8、16、32、64、128Hz、kHz、MHz、GHz1.1.1 1.1.1 通用微处理器通用微处理器4 4位微处理器位微处理器n19711971年，年，Intel 4004Intel 4004，第一个微处理器，第一个微处理器8 8位微处理器位微处理器n19721972年，年，M6800M6800、Z80Z80和和Intel 8080/8085Intel 8080/8085nAppleApple公司苹果机公司苹果机1616位微处理器位微处理器n19781978年，年，Intel 8086/8088 Intel 8086/8088 n1616位个人计算机（位个人计算机（PCPC：Personal ComputerPersonal Computer）3232位微处理器位微处理器n19851985年，年，8038680386，8048680486，PentiumPentiumPentium 4Pentium 4n3232位位PCPC机，机，APPLEAPPLE公司的公司的MacintoshMacintosh机机6464位微处理器位微处理器n20002000年，年，IA-64IA-64结构：结构：ItaniumItanium（安腾）（安腾）nx86x86结构：结构：AMDAMD的的6464位处理器、位处理器、Intel 64Intel 64处理器处理器采用4004的计算器Intel 4004性能指标性能指标1.1.2 1.1.2 专用微处理器专用微处理器单片机（微控制器，嵌入式控制器，单片机（微控制器，嵌入式控制器，MCUMCU）nIntelIntel的的MCS-48MCS-48，MCS-51MCS-51，MCS-96/98MCS-96/98系列系列n爱爱特特梅梅尔尔（AtmlAtml）公公司司的的AT89AT89系系列列（与与MCS-51MCS-51兼容），兼容），AT91AT91系列（基于系列（基于ARMARM内核）内核）nMicrochip TechnologyMicrochip Technology公司的公司的PICPIC系列系列数字信号处理器（数字信号处理器（DSPDSP）n专注于数字信号的高速处理专注于数字信号的高速处理n美国德州仪器美国德州仪器TITI公司公司TMS320TMS320各代产品各代产品n主要应用于通信、消费类电子产品和计算机主要应用于通信、消费类电子产品和计算机主要应用形式：嵌入式系统主要应用形式：嵌入式系统nIPIP级结构，芯片级结构，模块级结构级结构，芯片级结构，模块级结构1.1.3 1.1.3 摩尔定律摩尔定律集成电路生产技术推动了计算机的飞速发展集成电路生产技术推动了计算机的飞速发展摩尔定律（摩尔定律（Moores LawMoores Law）n集成电路上晶体管密度每年将翻倍集成电路上晶体管密度每年将翻倍n每隔每隔1818个月硅片密度（晶体管容量）将翻倍个月硅片密度（晶体管容量）将翻倍n每每1818个个月月，集集成成电电路路的的性性能能将将提提高高一一倍倍，而而其其价格将降低一半价格将降低一半摩尔定律不会永远持续摩尔定律不会永远持续n今后，性能提高更多地今后，性能提高更多地得益于计算机系统结构的革新得益于计算机系统结构的革新1.2 Intel 80 x861.2 Intel 80 x86系列处理器系列处理器80386803868048680486奔腾奔腾奔腾奔腾II奔腾奔腾4802868028680868086奔腾奔腾III酷睿酷睿240044004不是我不明白，这世界变化太快。扎扎实实掌握知识，以不变应万变！IA-32处理器处理器安腾安腾1.2.1 161.2.1 16位位80 x8680 x86处理器处理器1.8086 1.8086 n1616位结构的处理器：数据总线为位结构的处理器：数据总线为1616位位n主存容量主存容量1MB1MB：地址总线为：地址总线为2020位位n时钟频率时钟频率5MHz5MHz（IBM PCIBM PC使用使用4.77MHz4.77MHz）n准准1616位微处理器位微处理器80888088：外部数据总线为：外部数据总线为8 8位位nIBM PCIBM PC和和PC/XTPC/XT机使用机使用Intel 8088 CPUIntel 8088 CPU2.802862.80286n1616位数据总线、位数据总线、2424位地址总线（位地址总线（16MB16MB主存）主存）n实方式（实方式（Real ModeReal Mode）n保护方式（保护方式（Protected ModeProtected Mode）nIBM PC/ATIBM PC/AT机使用机使用Intel 286 CPUIntel 286 CPUIntel 8086处理器总线处理器总线数据总线（数据总线（DBDB：Data BusData Bus）n处理器与存储器或外设交换信息的通道处理器与存储器或外设交换信息的通道n个数个数(条数条数)是一次能够传送数据的二进制位数是一次能够传送数据的二进制位数 地址总线（地址总线（ABAB：Address BusAddress Bus）n指定存储器或外设的具体单元指定存储器或外设的具体单元n个数反映访问的主存储器容量或外设范围个数反映访问的主存储器容量或外设范围控制总线（控制总线（CBCB：Control BusControl Bus）n控制处理器数据传送等操作控制处理器数据传送等操作n例如例如n存储器读信号（存储器读信号（MEMRMEMR）、存储器写（）、存储器写（MEMWMEMW）n外设读（外设读（IORIOR）、外设写（）、外设写（IOWIOW）地址条数与主存容量地址条数与主存容量Intel80 x86Intel80 x86地址条数地址条数存储容量存储容量8086808620201MB1MB8088808820201MB1MB8028680286242416MB16MBIA-32IA-3232324GB4GB一个信号对应一个信号对应两种状态：高或低两种状态：高或低两种编码：两种编码：1或或0N：2N1KB210 B1024 B1MB220 B1024 KB1GB230 B1024 MB1.2.2 IA-321.2.2 IA-32处理器处理器英特尔英特尔3232位结构位结构IA-32IA-32（Intel Architecture-32Intel Architecture-32）n指令集结构指令集结构IA-32IA-32处理器处理器nIntel 80386Intel 80386nIntel 80486Intel 80486nPentiumPentiumnPentium ProPentium Pro、Pentium IIPentium II、Pentium IIIPentium IIInPentium 4Pentium 4nCeleronCeleron、XeonXeon、Pentium MPentium M1.803861.803863232位结构位结构n数据总线数据总线3232位，地址总线位，地址总线3232位，可寻址位，可寻址4GB4GB主存主存n8038680386指令系统全面升级为指令系统全面升级为3232位位虚拟虚拟80868086方式方式（Virtual 8086 ModeVirtual 8086 Mode）n保护方式下的保护方式下的80868086工作方式工作方式系统管理方式（系统管理方式（System Management ModeSystem Management Mode）n低功耗节能状态低功耗节能状态Intel 3862.804862.804868048680486803868038680387803878KB Cache8KB Cache集成浮点处理单元集成浮点处理单元FPUFPUn8086/80888086/8088：80878087，8028680286：8028780287，8038680386：8038780387具有片上高速缓冲存储器具有片上高速缓冲存储器(L1(L1 Cache)Cache)n微处理器与主存之间速度很快但容量较小的存储器微处理器与主存之间速度很快但容量较小的存储器n用于提高整个存储器系统的存取速度用于提高整个存储器系统的存取速度融合融合RISCRISC的技术的的技术的CISCCISC指令流水线指令流水线n指令执行划分成多个步骤在多个部件中独立地进行指令执行划分成多个步骤在多个部件中独立地进行n多条指令可以在不同的执行阶段同时进行多条指令可以在不同的执行阶段同时进行时钟倍频思想时钟倍频思想 3.Pentium3.Pentium俗称的俗称的8058680586处理器，奔腾处理器处理器，奔腾处理器3232位结构，连接主存的外部数据总线是位结构，连接主存的外部数据总线是6464位位超标量（超标量（SuperscalarSuperscalar）技术）技术n具有可以并行工作的具有可以并行工作的2 2条整数处理流水线条整数处理流水线n可以达到每个时钟周期执行可以达到每个时钟周期执行2 2条指令条指令双路高速缓冲结构双路高速缓冲结构n8KB8KB代码高速缓冲存储器代码高速缓冲存储器n8KB8KB数据高速缓冲存储器数据高速缓冲存储器Intel Pentium4.Pentium Pro4.Pentium Pro原称原称P6P6，中文名称为，中文名称为“高能奔腾高能奔腾”两个芯片组成两个芯片组成nCPUCPU与一级（与一级（L1L1）CacheCache（8KB8KB代码和代码和8KB8KB数据）数据）n二级（二级（L2L2）CacheCache（256KB256KB或或512KB512KB）扩展的超标量技术扩展的超标量技术n1212级指令流水线级指令流水线n能同时执行能同时执行3 3条指令条指令动态执行技术动态执行技术n分支预测、数据流分析和推测执行分支预测、数据流分析和推测执行5.Pentium II5.Pentium II多媒体扩展指令（多媒体扩展指令（MMXMMX指令）指令）nMMXMMX（MutliMediaMutliMedia eXtensioneXtension）n整数运算多媒体指令整数运算多媒体指令n图像、音频、视频和通信方面的程序进行优化图像、音频、视频和通信方面的程序进行优化n提升微机对多媒体的处理能力提升微机对多媒体的处理能力Pentium MMXPentium MMX（多能奔腾）（多能奔腾）MMXMMX指令应用于指令应用于PentiumPentium处理器处理器Pentium IIPentium IIMMXMMX指令应用于指令应用于Pentium ProPentium ProIntel Pentium II6.Pentium III6.Pentium III数据流数据流SIMDSIMD扩展指令（扩展指令（SSESSE指令）指令）nSSESSE（Streaming SIMD ExtensionsStreaming SIMD Extensions）n浮点单精度多媒体运算指令浮点单精度多媒体运算指令n提高浮点提高浮点3D3D数据的处理能力数据的处理能力nSSESSE指令类似于指令类似于AMDAMD公司发布的公司发布的3D Now!3D Now!指令指令Pentium IIIPentium III：SSESSE指令应用于指令应用于Pentium II Pentium II 单指令多数据单指令多数据SIMDSIMDnSingle Instruction Multiple DataSingle Instruction Multiple Datan表示一条指令具有同时处理多组数据的能力表示一条指令具有同时处理多组数据的能力7.Pentium 47.Pentium 4NetBurstNetBurst的微结构（的微结构（MicroarchitectureMicroarchitecture）n指令级并行指令级并行ILPILP（Instruction-Level ParallelInstruction-Level Parallel）n进一步发掘指令之间可以同时执行的能力进一步发掘指令之间可以同时执行的能力n超级流水线：超级流水线：2020级级超线程超线程HTHT（Hyper ThreadingHyper Threading）n线程级并行线程级并行TLPTLP（Thread-Level ParallelThread-Level Parallel）n发掘程序中的并行性发掘程序中的并行性n一个物理处理器形成两个逻辑处理器一个物理处理器形成两个逻辑处理器SSE2SSE2指令指令n增强浮点双精度多媒体运算能力增强浮点双精度多媒体运算能力SSE3SSE3指令指令n增强和完善增强和完善MMXMMX，SSESSE和和SSE2SSE2指令指令Intel Pentium 48.Celeron8.Celeron和和XeonXeonCeleronCeleron（赛扬）处理器（赛扬）处理器n面向低端（低价位）面向低端（低价位）PCPC机机XeonXeon（至强）处理器（至强）处理器n面向高端服务器、工作站面向高端服务器、工作站Pentium MPentium M（MobileMobile）处理器）处理器n针对便携式针对便携式PCPC机（笔记本电脑）机（笔记本电脑）nCentrinoCentrino（迅驰）处理器，支持无线通信（迅驰）处理器，支持无线通信AMDAMD处理器处理器nAMDAMD公司生产的公司生产的IA-32IA-32处理器兼容芯片处理器兼容芯片nIntelIntel公司最主要的竞争对手公司最主要的竞争对手1.2.3 Intel 641.2.3 Intel 64处理器处理器1.Intel 641.Intel 64结构结构n6464位线性地址空间，支持位线性地址空间，支持4040位物理地址空间位物理地址空间n3232位扩展工作方式（位扩展工作方式（IA-32eIA-32e）n8 8个个附附加加的的通通用用寄寄存存器器、8 8个个附附加加的的SIMDSIMD多多媒媒体体寄存器、寄存器、6464位通用寄存器和位通用寄存器和6464位指令指针等位指令指针等2.Intel Core2.Intel Core微结构微结构n提高了性能并降低了功耗提高了性能并降低了功耗n多核处理器的基础多核处理器的基础 3.3.多核技术（多核技术（Multi-coreMulti-core）n一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心1.3 1.3 微型计算机系统组成微型计算机系统组成运算器运算器 控制器控制器寄存器组寄存器组 主存储器主存储器 总线总线输入输出接口电路输入输出接口电路外部设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统硬件（硬件（HardwareHardware）：物理设备）：物理设备软件（软件（SoftwareSoftware）：程序和文档）：程序和文档1.3.1 1.3.1 冯冯诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构ENIAC冯诺伊曼冯冯诺伊曼计算机的基本思想诺伊曼计算机的基本思想采采用用二二进进制制形形式式表表示示数数据据和和指指令令。指指令令由由操操作作码码和地址码组成和地址码组成将将程程序序和和数数据据存存放放在在存存储储器器中中，计计算算机机在在工工作作时时从从存存储储器器取取出出指指令令加加以以执执行行，自自动动完完成成计计算算任任务务。这这就就是是“存存储储程程序序”和和“程程序序控控制制”（简简称称存存储储程序控制）的概念程序控制）的概念指指令令的的执执行行是是顺顺序序的的，即即一一般般按按照照指指令令在在存存储储器器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现计计算算机机由由存存储储器器、运运算算器器、控控制制器器、输输入入设设备备和和输输出出设设备备五五大大基基本本部部件件组组成成，并并规规定定了了5 5部部分分的的基基本功能本功能1.1.组成部件组成部件5 5大部件组成大部件组成控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备3 3个硬件子系统个硬件子系统处理器、存储系统和输入输出系统处理器、存储系统和输入输出系统2.2.二进制编码二进制编码计算机采用二进制形式表示数据和指令计算机采用二进制形式表示数据和指令现实中的一切，计算机中都是现实中的一切，计算机中都是0 0和和1 1数码数码二进制编码二进制编码按照一定规律组合的按照一定规律组合的0 0和和1 1数码数码不同的信息用不同的数码表示不同的信息用不同的数码表示同同样样的的信信息息也也可可以以用用不不同同的的编编码码规规则则用用不不同同的数码表示的数码表示二二进进制制只只支支持持“0”和和“1”两两个个数数码码表示电源的关和开等两种状态表示电源的关和开等两种状态对应数字信号的低电平和高电平对应数字信号的低电平和高电平程序、指令、操作码程序、指令、操作码程序用程序设计语言编写，由指令构成程序用程序设计语言编写，由指令构成指令指令(机器语言机器语言)是控制计算机操作的命令是控制计算机操作的命令指令由操作码和地址码组成指令由操作码和地址码组成n操作码（操作码（OpcodeOpcode）表明指令的操作）表明指令的操作n地址码、操作数（地址码、操作数（OperandOperand）是参与操作的数据）是参与操作的数据指令的代码格式：二进制编码规则指令的代码格式：二进制编码规则处理器的母语是指令基本数据单位（二进制位）基本数据单位（二进制位）1 1位位 比特（比特（bitbit：bibinary diginary digit t）4 4位位 半字节（半字节（NibbleNibble）8 8位位 字节（字节（ByteByte）1616位位 字（字（WordWord）3232位位 双字（双字（Double wordDouble word）6464位位 4 4字（字（Quad wordQuad word）D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0哪哪“位位”？二进制二进制B，十进制，十进制D，还是十六进制，还是十六进制H？3.3.存储程序和程序控制存储程序和程序控制存储程序存储程序n把把指指令令以以代代码码的的形形式式事事先先输输入入到到计计算算机机的的主主存存储器中，这些指令按一定的规则组成程序储器中，这些指令按一定的规则组成程序程序控制程序控制n当当计计算算机机启启动动后后，程程序序就就会会控控制制计计算算机机按按规规定定的的顺顺序序逐逐条条执执行行指指令令，自自动动完完成成预预定定的的信信息息处处理任务理任务存储单元地址存储单元地址n为每个存储单元编排的一个唯一的编号为每个存储单元编排的一个唯一的编号n现现代代计计算算机机中中，主主存存储储器器是是字字节节可可寻寻址址的的：主主存存储储器器的的每每个个存存储储单单元元具具有有一一个个地地址址，保保存存一一个字节的信息个字节的信息地址编号地址编号取指译码执行周期取指译码执行周期取指（取指（FetchFetch）n处理器从主存储器读取指令处理器从主存储器读取指令译码（译码（DecodeDecode）n翻译指令代码的功能翻译指令代码的功能执行执行(Execute(Execute）n执行指令完成指令所规定的操作执行指令完成指令所规定的操作程序计数器程序计数器PC确定下一条指令的主存地址确定下一条指令的主存地址PC具有自动增量的能力，实现程序的顺序执行具有自动增量的能力，实现程序的顺序执行转移指令改变转移指令改变PC的数值，实现分支、循环、调用的数值，实现分支、循环、调用取指取指取指取指译码译码译码译码执行执行执行执行1.3.2 1.3.2 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成现代计算机广泛应用总线结构连接各个部件现代计算机广泛应用总线结构连接各个部件组合灵活、扩展方便组合灵活、扩展方便控制总线控制总线CB数据总线数据总线DB地址总线地址总线AB微微处处理理器器I/O设备设备I/O接口接口存储器存储器系统总线系统总线BUS1.1.微处理器微处理器微机的核心、控制中心，中央处理器微机的核心、控制中心，中央处理器CPUCPU大规模集成电路大规模集成电路VLSIVLSI芯片，集成芯片，集成n控制器控制器n运算器（整数运算器）运算器（整数运算器）n寄存器（高速存储单元）寄存器（高速存储单元）高性能微处理器内部还有高性能微处理器内部还有n浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元n存储管理单元、代码保护机制存储管理单元、代码保护机制n高速缓冲存储器高速缓冲存储器n2.2.存储器存储器存储器（存储器（MemoryMemory）是存放程序和数据的部件）是存放程序和数据的部件高性能微机的存储系统高性能微机的存储系统n微处理器内部的寄存器（微处理器内部的寄存器（RegisterRegister）n高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（CacheCache）n主板上的主存储器主板上的主存储器n以外设形式出现的辅助存储器以外设形式出现的辅助存储器主存储器（主存、内存）主存储器（主存、内存）n半导体存储器芯片组成半导体存储器芯片组成nRAMRAM部分断电后信息丢失部分断电后信息丢失n相对造价高、速度快、但容量小相对造价高、速度快、但容量小辅助存储器（简称辅存或外存）辅助存储器（简称辅存或外存）n磁盘、光盘存储器等构成磁盘、光盘存储器等构成n相对造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢相对造价低、容量大、信息可长期保存，但速度慢RAM和和ROM3.I/O3.I/O接口和接口和I/OI/O设备设备I/OI/O设备设备(Peripheral(Peripheral）：用户与微机交互）：用户与微机交互n输入（输入（InputInput）设备）设备n标准输入设备：键盘标准输入设备：键盘n输出（输出（OutputOutput）设备）设备n标准输出设备：显示器标准输出设备：显示器I/OI/O接口接口(Interface)(Interface)：外设和主机间的桥梁：外设和主机间的桥梁n完成信号变换、数据缓冲、联络控制等工作完成信号变换、数据缓冲、联络控制等工作n较简单的较简单的I/OI/O接口电路与主板一体接口电路与主板一体n较较复复杂杂的的I/OI/O接接口口电电路路制制成成独独立立的的电电路路板板（接接口口卡卡CardCard）4.4.系统总线系统总线总线（总线（BusBus）n传递信息的一组公用导线、信息通道传递信息的一组公用导线、信息通道系统总线（系统总线（System BusSystem Bus）n微机系统中信息交换的主要公共通道微机系统中信息交换的主要公共通道地址总线地址总线n单向输出主存单元或单向输出主存单元或I/OI/O端口的地址信息端口的地址信息数据总线数据总线n读（读（ReadRead）操作数据输入微处理器）操作数据输入微处理器n写（写（WriteWrite）操作数据输出到外界（主存或外设）操作数据输出到外界（主存或外设）控制总线控制总线n有些控制信号或状态信号输出有些控制信号或状态信号输出n有些请求或联络信号输入有些请求或联络信号输入存储器存储器外设外设CPURead Write1.3.3 161.3.3 16位位IBM PC/ATIBM PC/AT微型机结构微型机结构微处理器：微处理器：Intel 80286Intel 80286主存储器主存储器nROM-BIOSROM-BIOS：固固化化基基本本输输入入输输出出系系统统（Basic Basic Input/Output SystemInput/Output System）n主存主要由主存主要由RAMRAM组成组成I/OI/O接口接口n两个中断控制器两个中断控制器8259A8259An两个两个DMADMA控制器控制器8237A8237An定时控制器定时控制器82548254n并行接口电路并行接口电路系统总线：系统总线：ISAISA总线（总线（I/OI/O通道）通道）示意图示意图1.3.4 321.3.4 32位位PCPC微型机结构微型机结构微处理器：微处理器：IA-32IA-32或其兼容微处理器或其兼容微处理器(含含Cache)Cache)控制芯片组：微处理器的主要辅助器件控制芯片组：微处理器的主要辅助器件主存储器：主存插槽和主存条主存储器：主存插槽和主存条多总线结构多总线结构n系统总线：系统总线：PCIPCI总线（低速总线（低速ISAISA总线）总线）n存储总线存储总线n显示显示AGPAGP总线总线扩展槽和外设接口扩展槽和外设接口n主存条插槽，主存条插槽，AGPAGP插槽，插槽，PCIPCI插槽，插槽，IDEIDE插槽插槽nPS/2PS/2键键盘盘接接口口和和PS/2PS/2鼠鼠标标接接口口，并并行行打打印印接接口口LPTLPT，COM1COM1和和COM2COM2串行通信接口串行通信接口n通用串行总线通用串行总线USBUSB接口，高速视频接口接口，高速视频接口IEEE1394IEEE1394示意图示意图1.3.5 1.3.5 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构用用 户户 层层高高 级级 语语 言言 层层汇汇 编编 语语 言言 层层操操 作作 系系 统统 层层 机机 器器 层层控控 制制 层层数数 字字 电电 路路 层层 应用软件应用软件 系统软件系统软件 软硬件界面软硬件界面物理机物理机虚拟机虚拟机硬件硬件固件固件硬件直接执行硬件直接执行Level 0(门电路、电子线路门电路、电子线路)Level 1(微程序或硬布线微程序或硬布线)Level 2(指令集结构指令集结构ISA)Level 3(操作系统、库代码操作系统、库代码)Level 4(汇编语言代码汇编语言代码)Level 5(C+，Java，等，等)Level 6(可执行程序可执行程序)1.1.计算机程序设计语言计算机程序设计语言高级语言（高级语言（High Level LanguageHigh Level Language）n面向问题的程序设计语言面向问题的程序设计语言汇编语言（汇编语言（Assembly LanguageAssembly Language）n将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言n本质上是机器语言本质上是机器语言n优优势势：可可以以直直接接、有有效效地地控控制制计计算算机机硬硬件件，容容易易产产生生运运行行速速度度快快、指指令令序序列列短短小小的的高高效效率率目目标程序标程序n劣劣势势：与与处处理理器器密密切切有有关关，需需熟熟悉悉硬硬件件和和细细节节，编程繁琐，调试、维护、移植困难编程繁琐，调试、维护、移植困难机器语言（机器语言（Machine LanguageMachine Language）n底层的计算机语言，对应机器底层的计算机语言，对应机器指令指令为什么学习汇编语言为什么学习汇编语言2.2.软件与硬件的等价性原理软件与硬件的等价性原理任任何何一一个个由由软软件件所所完完成成的的操操作作也也可可以以直直接接由由硬硬件件来来实实现现，任任何何一一条条由由硬硬件件所所执执行行的的指指令令也能用软件来完成也能用软件来完成软软硬硬件件在在逻逻辑辑功功能能上上的的等等价价，并并不不意意味味着着性性能和成本的等价能和成本的等价n软软件件易易于于实实现现各各种种逻逻辑辑和和运运算算功功能能，但但是是往往往往速度较慢速度较慢n硬硬件件则则可可以以高高速速实实现现逻逻辑辑和和运运算算功功能能，但但是是难难以实现复杂功能或计算以实现复杂功能或计算3.3.计算机结构、组成与实现计算机结构、组成与实现计算机系统结构计算机系统结构(Computer architecture(Computer architecture）n计算机系统的软件与硬件的界面指令系统计算机系统的软件与硬件的界面指令系统n程序员所看到的计算机属性外特性程序员所看到的计算机属性外特性 计算机组成计算机组成(Computer organization(Computer organization）n计算机系统结构的逻辑实现计算机系统结构的逻辑实现计算机实现计算机实现(Computer implementation(Computer implementation）n计算机组成的物理实现计算机组成的物理实现一种计算机结构可以有多种计算机组成一种计算机结构可以有多种计算机组成一种计算机组成又可以有多种物理实现一种计算机组成又可以有多种物理实现4.4.软件兼容与系列机和兼容机软件兼容与系列机和兼容机软件兼容软件兼容n同同一一个个软软件件可可以以不不加加修修改改地地运运行行于于体体系系结结构构相相同的各档机器，结果一样、运行时间可能不同同的各档机器，结果一样、运行时间可能不同系列机系列机n在在一一个个厂厂家家生生产产的的具具有有相相同同计计算算机机结结构构，但但具具有有不不同同组组成成和和实实现现的的一一系系列列（FamilyFamily）不不同同档档次、不同型号的机器次、不同型号的机器兼容机兼容机n不不同同厂厂家家生生产产的的具具有有相相同同计计算算机机结结构构（不不同同的的组成和实现）的计算机组成和实现）的计算机系列机和兼容机需要保证向后兼容系列机和兼容机需要保证向后兼容1.3.6 1.3.6 微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统WindowsWindows操作系统平台操作系统平台MASM 6.15MASM 6.15汇编程序汇编程序硬件硬件BIOS应用程序应用程序*.ASM,*.OBJ*.LST,*.EXE操作系统操作系统编辑程序，汇编程序编辑程序，汇编程序连接程序，调试程序连接程序，调试程序1.1.操作系统（操作系统（Operating SystemOperating System）操作系统管理着系统的软硬件资源操作系统管理着系统的软硬件资源n为用户提供使用机器的交互界面为用户提供使用机器的交互界面n为程序员使用资源提供可供调用的驱动程序为程序员使用资源提供可供调用的驱动程序n为其他程序构建稳定的运行平台为其他程序构建稳定的运行平台3232位控制台环境位控制台环境%SystemRoot%system32cmd.exe%SystemRoot%system32cmd.exe1616位模拟位模拟DOSDOS环境环境%SystemRoot%SystemRoot%32位控制台环境和位控制台环境和16位模拟位模拟DOS环境环境两种基本功能和界面一致，但本质不同两种基本功能和界面一致，但本质不同2.2.汇编程序汇编程序将汇编语言源程序转换为机器代码将汇编语言源程序转换为机器代码微软宏汇编程序微软宏汇编程序MASMMASMnMASM 6.11MASM 6.11是最后一个独立发行的是最后一个独立发行的MASMMASM软件包软件包 nMASM MASM 6.156.15来来自自Visual Visual C+6.0C+6.0，支支持持到到Pentium Pentium 4 4的的SSE2SSE2指令系统指令系统nVisual C+.NET 2005Visual C+.NET 2005提供提供n支持支持SSE3SSE3指令的指令的MASM 8.0MASM 8.0n支持支持6464位指令的位指令的ML64.EXEML64.EXE程序程序本教材配套开发环境本教材配套开发环境MASM 6.15汇编系统汇编系统3.3.文件路径文件路径目录目录（DirectoryDirectory）：管理磁盘上文件的）：管理磁盘上文件的文件夹文件夹路径（路径（PathPath）：分区）：分区:根目录根目录 子目录子目录 文件名文件名n绝对路径：文件的完整路径绝对路径：文件的完整路径d:masmprogseg0201.asmd:masmprogseg0201.asmn相对路径：相对当前目录的路径相对路径：相对当前目录的路径progseg0201.asmprogseg0201.asm.bin.binml.exeml.exe转换分区转换分区d:d:进入当前目录（进入当前目录（Current DirectoryCurrent Directory）cdcd masmmasm专业领域应该使用专业术语专业领域应该使用专业术语4.4.内部命令内部命令3232位位控控制制台台或或DOSDOS环环境境本本身身具具有有的的、直直接接支支持的命令，即驻留主存的命令持的命令，即驻留主存的命令使用方法使用方法命令关键字命令关键字 参数选项参数选项常用命令常用命令n改变目录改变目录CDCDn文件列表文件列表DIRDIRn文件拷贝文件拷贝COPYCOPYn清除屏幕清除屏幕CLSCLSn退出环境退出环境EXITEXITn帮助命令帮助命令HELPHELP4.4.外部命令外部命令与与其其他他可可执执行行文文件件一一样样,以以文文件件形形式式保保存存在在磁盘上的命令磁盘上的命令,执行时：执行时：路径路径 文件名文件名 参数参数路径搜索顺序：先当前目录，后路径搜索顺序：先当前目录，后搜索路径搜索路径内部命令内部命令PATHPATH：查看和设置当前的搜索路径：查看和设置当前的搜索路径支持的可执行文件支持的可执行文件nCOMCOM文件文件nEXEEXE文件文件nBATBAT文件文件你所执行的命令你所执行的命令不是内部或外部命令，不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件也不是可运行的程序或批处理文件 5.5.进入进入MASMMASM目录的快捷方式目录的快捷方式 建立一个建立一个3232位控制台快捷方式位控制台快捷方式WIN32WIN32复制复制“开始程序附件命令提示符开始程序附件命令提示符”右击快捷方式，从弹出的菜单中选择右击快捷方式，从弹出的菜单中选择“属性属性”n展开展开“快捷方式快捷方式”对话框对话框将将“起始位置起始位置”文本框内容改为文本框内容改为“D:MASM”D:MASM”n展开展开“选项选项”对话框对话框使使“编辑选项编辑选项”的的“快速编辑模式快速编辑模式”为未选中状态为未选中状态 建立建立1616位位DOSDOS环境快捷方式环境快捷方式DOS16DOS16n复制上述快捷方式复制上述快捷方式n“目标目标”文本框内容修改为文本框内容修改为COMMAND.COMCOMMAND.COM操作演示操作演示6.6.建立搜索路径建立搜索路径为为便便于于访访问问MASMMASM目目录录的的文文件件，可可以以在在原原系系统统搜搜索索路路径基础上，增加指定的搜索路径，例如：径基础上，增加指定的搜索路径，例如：set PATH=D:MASM;D:MASMBIN;%PATH%set PATH=D:MASM;D:MASMBIN;%PATH%还可以进一步，创建进入还可以进一步，创建进入MASMMASM的的批处理文件批处理文件n3232位位WindowsWindows控制台：控制台：WIN32.BATWIN32.BATn1616位位DOSDOS环境：环境：DOS16.BATDOS16.BAT这这样样，只只要要在在WindowsWindows图图形形界界面面的的资资源源管管理理器器中中打打开开文文件件夹夹“D:MASM”D:MASM”，双双击击该该批批处处理理文文件件，就就可可以以进入进入MASMMASM环境环境或或者者建建立立启启动动文文件件的的快快捷捷方方式式，通通过过快快捷捷方方式式进进入入MASMMASM环境环境对对通通用用和和专专用用微微处处理理器器有有一一定定了了解解，熟熟悉悉x86x86结结构系列处理器的发展构系列处理器的发展掌掌握握冯冯诺诺依依曼曼计计算算机机结结构构特特点点和和微微型型计计算算机机组组成结构，熟悉成结构，熟悉IBM PC/ATIBM PC/AT机和机和3232位位PCPC机主机结构机主机结构理解计算机层次结构及其特点理解计算机层次结构及其特点掌握掌握WindowsWindows控制台和控制台和DOSDOS环境使用环境使用熟悉本章引出的概念：熟悉本章引出的概念：n处理器引脚、系统总线处理器引脚、系统总线n实方式、保护方式、虚拟实方式、保护方式、虚拟80868086方式方式nCacheCache、流流水水线线、RISCRISC、超超标标量量、动动态态执执行行、ILPILP、TLPTLP、多核技术、多核技术n二进制编码、存储程序和程序控制二进制编码、存储程序和程序控制n中断、中断、DMADMA、定时、并行接口、定时、并行接口n软硬件等价性原理、软件兼容软硬件等价性原理、软件兼容n文件、目录、路径文件、目录、路径教教学学要要求求第第1 1章章 微型计算机系统微型计算机系统第第1 1章章 习题习题1.1 1.1 简答题简答题（1 1、2 2、8 8、9 9、1010）1.2 1.2 判断题判断题（1 1、3 3、5 5、7 7、1010）1.3 1.3 填空题填空题（2 2、3 3、4 4、5 5、6 6）1.5 1.7 1.8 1.10 1.141.5 1.7 1.8 1.10 1.14