1、2022-5-21 自動化與電氣工程學院自動化與電氣工程學院5/2/2022 微機原理及應用微機原理及應用2022-5-22課程介紹l 課程名稱：課程名稱： 微機原理及應用微機原理及應用l 適應專業(yè)適應專業(yè): : 機自，機設機自，機設l 課程性質課程性質: : 專業(yè)基礎課專業(yè)基礎課l 學學 時：時： 4040學時（講課：學時（講課：3232，實驗，實驗8 8）l 教教 材材： l微計算機系統(tǒng)原理及應用微計算機系統(tǒng)原理及應用 (第五版第五版)， 周明德周明德,清華清華大學出版社大學出版社o參考書：參考書：1.1.微型計算機技術及應用微型計算機技術及應用 , ,戴梅萼編戴梅萼編, ,清華大學出版清

2、華大學出版, 1995., 1995.2.2.微型計算機原理及應用微型計算機原理及應用, ,鄭學堅編鄭學堅編, ,清華大學出版清華大學出版3.3.微型計算機原理及接口技術微型計算機原理及接口技術, , 錢曉捷錢曉捷, ,機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社,1999,19994.IBM PC 4.IBM PC 匯編語言程序設計，沈美明，清華大學出版社匯編語言程序設計，沈美明，清華大學出版社2022-5-23注意事項1.1.作業(yè)：作業(yè)： 周一交作業(yè)周一交作業(yè)( (每周交一次）每周交一次）2.2.成績組成：成績組成：考試成績考試成績70% + 70% + 平時成績平時成績15% + 15% + 實驗成績實

3、驗成績15% 15% 。3.3.期末考核期末考核: : 閉卷考試閉卷考試 4.4.答疑：隨堂答疑答疑：隨堂答疑 5.5.聯(lián)系方式：聯(lián)系方式：1 1教教12011201室室, , cse_ 2022-5-24課程簡介o 是計算機及相關專業(yè)的專業(yè)基礎課，掌握是計算機及相關專業(yè)的專業(yè)基礎課，掌握微機硬件技術的入門課程之一。微機硬件技術的入門課程之一。o 著重培養(yǎng)學生著重培養(yǎng)學生有關微機應用系統(tǒng)設計的思有關微機應用系統(tǒng)設計的思維能力、實際動手能力，獨立分析問題和維能力、實際動手能力，獨立分析問題和解決問題的能力等解決問題的能力等。o Intel80 x86 CPUIntel80 x86 CPU為主線，

4、圍繞微機原理及為主線，圍繞微機原理及應用的主題，內容涉及應用的主題，內容涉及微處理器結構、存微處理器結構、存儲器、儲器、I/OI/O接口、中斷系統(tǒng)、匯編語言設計接口、中斷系統(tǒng)、匯編語言設計等基本知識。等基本知識。2022-5-25課程目標課程目標o 認識微機系統(tǒng)的基本工作原理和組成認識微機系統(tǒng)的基本工作原理和組成o 掌握常用接口電路設計技術及基本應用掌握常用接口電路設計技術及基本應用程序設計方法程序設計方法o 認識微機接口技術在工程中的實際應用認識微機接口技術在工程中的實際應用o 了解微機及其接口技術的最新發(fā)展了解微機及其接口技術的最新發(fā)展o 建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念建立微型計算機系統(tǒng)的整

5、體概念o 形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力2022-5-26學習方法o 充分的課前預習準備；o 注重課堂的學習成效，牢固掌握基本概念、基本原理等基礎知識；o 理論聯(lián)系實際，重視實驗操作和程序設計的實踐；o 課后復習鞏固，做好習題，及時發(fā)現(xiàn)并改正學習中存在的問題和不足。2022-5-27課程主要內容課程主要內容1. 1. 概述概述( (微機的發(fā)展）微機的發(fā)展）2. 80862. 8086微處理器微處理器(80X86(80X86結構微處理器結構微處理器) ) （重點）（重點）3. 80863. 8086指令系統(tǒng)（重點）指令系統(tǒng)（重點）4. 4. 匯編語言程序設計（重

6、點）匯編語言程序設計（重點）5.5. 處理器總線時序和系統(tǒng)總線處理器總線時序和系統(tǒng)總線6.6. 存儲器存儲器7.7. 輸入輸出接口輸入輸出接口（重點）（重點）8.8. 中斷控制器中斷控制器9.9. 計數(shù)器和定時器計數(shù)器和定時器10.10.并行接口芯片并行接口芯片8255825511.11.串行通信及接口電路串行通信及接口電路12.12.數(shù)模轉換與模數(shù)轉換接口數(shù)模轉換與模數(shù)轉換接口2022-5-28第1章 概述o 微型計算機發(fā)展概述微型計算機發(fā)展概述o 80 x8680 x86系列結構的概要歷史系列結構的概要歷史o 計算機基礎計算機基礎o 計算機的硬件和軟件計算機的硬件和軟件o 微型計算機的結構

7、微型計算機的結構o 多媒體計算機多媒體計算機2022-5-29本節(jié)課要求：o 了解了解80 x8680 x86系列微處理器的發(fā)展歷史系列微處理器的發(fā)展歷史o 掌握計算機的基本結構、常用術語等。掌握計算機的基本結構、常用術語等。o 掌握微處理器的工作原理掌握微處理器的工作原理o 掌握地址、數(shù)據(jù)、控制總線的概念掌握地址、數(shù)據(jù)、控制總線的概念o 理解計算機執(zhí)行過程理解計算機執(zhí)行過程o 理解理解模型機模型機的工作原理的工作原理2022-5-2101.1 80X86微型計算機發(fā)展概述（僅了解）世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機是世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機是19461946年美國年美國賓夕法尼亞大學設

8、計制造的賓夕法尼亞大學設計制造的ENIACENIACENIAC= Electronic Numerical Integrator and Computer（電子數(shù)字積分（電子數(shù)字積分機和計算機）機和計算機）這一龐然大物裝有這一龐然大物裝有18,000個個電子管電子管，總重量達，總重量達30噸，噸，耗資近耗資近50萬美元，不過它萬美元，不過它還沒有引入還沒有引入CPU的概念的概念2022-5-211電子計算機的發(fā)展：電子計算機的發(fā)展：1、電子管計算機（、電子管計算機（1946-1956）2、晶體管計算機（、晶體管計算機（1957-1964）3、中小規(guī)模集成電路計算機（、中小規(guī)模集成電路計算機（1

9、965-1970）4、超大規(guī)模集成電路計算機（、超大規(guī)模集成電路計算機（1971-今）今）電子計算機按其性能分類：電子計算機按其性能分類：1、大型計算機、大型計算機2、中型計算機、中型計算機3、小型計算機、小型計算機4、微型計算機、微型計算機微型計算機微型計算機是第四代計算機的典型代表是第四代計算機的典型代表2022-5-212o 微處理器的生產工藝微處理器的生產工藝n 指在硅材料上生產微處理器時內部各元器件間指在硅材料上生產微處理器時內部各元器件間連接線的寬度，一般以連接線的寬度，一般以nmnm為單位，數(shù)值越小，為單位，數(shù)值越小，生產工藝越先進，微處理器的功耗和發(fā)熱量越生產工藝越先進，微處理

10、器的功耗和發(fā)熱量越小。目前微處理器的生產工藝已經達到小。目前微處理器的生產工藝已經達到2222納米納米的技術。的技術。o 微處理器的集成度微處理器的集成度n 指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。n 最早最早Intel4004Intel4004的集成度為的集成度為22502250個晶體管，個晶體管，Pentium IIIPentium III的集成度已經達到的集成度已經達到950950萬個晶體管萬個晶體管以上，集成度提高了以上，集成度提高了30003000多倍。多倍。2022-5-213微型計算機的發(fā)展微處理器的集成度每隔18個月就會翻一番，芯片的性能也隨之提

11、高一倍-摩爾定律Gordon E. Moore，Intel公司的創(chuàng)始人之一微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征2022-5-214摩爾定律 晶體管數(shù)目每兩年增加一倍420042002800280070070055055031031012012027.527.513.413.42.92.90.490.490 0500500100010001500150020002000250025003000300035003500400040004500450019731973 19781978 19821982 19851985 19891989 19931993

12、 19951995 19971997 19991999 20002000年萬晶體管2022-5-215摩爾定律 CPU性能每18個月增加一倍 14004502662001338033165020040060080010001200140016001978 1982 1985 1989 1993 1995 1997 1999 2000年MHz頻率2022-5-216Intel 4004Intel 8008微型計算機的發(fā)展o 微處理器發(fā)展的早期階段（19711977）n字長為4位或8位，集成度約為300010000晶體管/片，微處理器的主頻為0.15MHz。n1971年：Intel 4004，是世

13、界上第一片單片微處理器o 4位微處理器，尋址空間為4096個半字節(jié), 指令系統(tǒng)包括45條指令n1972年：Intel 8008，是世界上第一片8位微處理器。o 8008采用了10m生產工藝，集成度為3500個晶體管，工作頻率為200KHz。2022-5-217o 1974年：Intel 8080n采用了6m生產工藝，集成度為6000個晶體管，主頻為2MHz。o 1975年4月，MITS公司推出了以8080為CPU的世界上第一臺個人計算機Altair 8800。nAltair 8800的BASIC語言解釋器是Bill Gates編寫的o 1976年： Intel 8085Intel公司生產的最后

14、一種8位通用微處理器，n8085的工作頻率提高到5MHz，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到246條。微型計算機的發(fā)展2022-5-218第一代：8086/8088（1978年-1981年）o1978年-8086n3m工藝，29,000個晶體管，工作頻率為4.77 MHz。n寄存器和數(shù)據(jù)總線均為16位，地址總線為20位，從而使尋址空間達1MB。nCPU的內部結構也有很大的改進，采用了流水線結構，并設置了6字節(jié)的指令預取隊列o1979年-8088n數(shù)據(jù)總線為8位，其余均與8086相同。n8088采用8位數(shù)據(jù)總線是為了利用當時現(xiàn)有的8位設備控制芯片。由于8088內部支持16位運算，而與I/O之間傳輸為8位，故

15、8088稱為準16位微處理器。o1981年8月，IBM公司推出以8088為CPU的世界上第一臺16位微型計算機IBM 5150 Personal Computer，即著名的IBM PC。X86系列微型計算機的發(fā)展2022-5-219X86系列微型計算機的發(fā)展代字長型號型號工藝集成度(萬個)主頻速度(MIPS)1168086334.77-103002022-5-220酷睿i7是面向高端發(fā)燒用戶的CPU家族標識，包含Bloomfield(2008年)、Lynnfield(2009年)、Clarksfield(2009年)、Arrandale(2010年)、Gulftown(2010年)、Sandy

16、 Bridge(2011年)、Ivy Bridge(2012年)，Haswell等多款子系列，并取代酷睿2系列處理器 。2-8顆核心 晶體管數(shù)量：7.74億 45nm制程，32nm，22nm制程產品。 2022-5-221我國的微處理器發(fā)展我國的微處理器發(fā)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微米工藝，微米工藝，166MHz166MHz時鐘，時鐘，3232位字長位字長 2022-5-2221.2計算機基礎2022-5-2231 1 中央處理器中央處理器CPUCPUo 中央處理單元中央處理單元CPUCPU（Central P

17、rocessor UnitCentral Processor Unit）n是一臺計算機的大腦，主要由是一臺計算機的大腦，主要由運算器和控制器運算器和控制器構成。構成。n由邏輯門陣電路組成了用于進行運算的加法器、算術邏輯單元、由邏輯門陣電路組成了用于進行運算的加法器、算術邏輯單元、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器等基本運算。譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器等基本運算。o主頻（時鐘頻率）主頻（時鐘頻率）n用來表示微處理器的運行速度，主頻越高表明微處理器運行越用來表示微處理器的運行速度，主頻越高表明微處理器運行越快，主頻的單位是快，主頻的單位是MHzMHz（或（或GHzGHz）。

18、）。o 外部總線頻率（外頻）外部總線頻率（外頻）n單位單位MHzMHz（或（或GHz)GHz)，外頻越高說明微處理器與系統(tǒng)內存數(shù)據(jù)交換，外頻越高說明微處理器與系統(tǒng)內存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而計算機的運行速度也越快。的速度越快，因而計算機的運行速度也越快。n早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX280486DX2開始，開始，主頻主頻= =外部總線頻率外部總線頻率 倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)n 倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)o 超頻超頻n通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比

19、標稱主通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標稱主頻更高的時鐘頻率上頻更高的時鐘頻率上（有什么優(yōu)缺點？）。（有什么優(yōu)缺點？）。2022-5-2242 系統(tǒng)主板o 主板是機箱中最大的一塊集成電路板，在它上面集成有CPU插座、內存插座、擴展板插座、輸入輸出系統(tǒng)、總線系統(tǒng)、電源接口等。2022-5-2253 存儲器o 存儲器分為內存儲器和外存儲器內存儲器和外存儲器。n內存儲器簡稱內存，由半導體存儲器構成，用內存條的形式提供n外存儲器則包括硬盤、軟盤、光盤、磁帶機等許多設備。o 硬盤n是當前微機的主要外存儲設備，由驅動器、控制器和盤片組成，更進一步地說有磁頭、電機等部件。n硬盤讀取數(shù)據(jù)時通過磁

20、頭來完成的，硬盤的主軸馬達帶動盤片高速旋轉，產生浮力使磁頭漂浮的盤片上方。只有在所要存取的資料的扇區(qū)轉到磁頭下方時，才能讀取數(shù)據(jù)。所以轉速越快，等待的時間就越短。n現(xiàn)在微機硬盤的接口以satasata口（串口）口（串口）、IDE（并口），SCSI主要用于服務器。2022-5-2264 光盤存儲器o 光盤存儲器是光盤和光盤驅動器的統(tǒng)稱。n 光盤是利用光學方式進行進行信息讀寫的介質。n 光盤的信息存儲格式和磁盤類似，也是分軌道、扇區(qū)來記錄信息的字節(jié)。n 一般CD-ROM光驅像硬盤一樣，有IDE和SCSI接口，并被主機認為是和硬盤一樣的設備。2022-5-227o 顯示卡n顯示卡是插在主板擴展槽上的

21、一塊電路板，在露出機箱的部分有接顯示器的插口。它是主機于顯示器之間的接口，它接收CPU和內存發(fā)送來的信息，并將其處理轉換成視頻和同步信號，發(fā)給顯示器。n許多主板上都集成有顯卡。o 顯示器n是現(xiàn)代微型計算機的最主要的輸出設備。n顯示器就屏幕不同有：球面屏幕、平面直角屏幕、柱面屏幕、真正平面屏幕和LED液晶顯示器。n其技術指標有：掃描方式、點距、刷新頻率、視頻帶寬、分辨率等。2022-5-228o 聲卡和音箱n和顯卡一樣，聲卡也是插在主板上的擴展槽中的，在露出機箱的部分留有音箱、耳機和麥克插孔。n許多主板都集成有聲卡。o 網卡網卡n是網絡連接設備，它允許計算機和專用網線連接，其速度遠遠高于電話線，

22、n有10M、100M和1000M（1G）的不同傳輸速率。o 機箱機箱n是用來固定主板，并將所有設備安裝在其中的設備。鼠標是坐標定位輸入設備，鍵盤是數(shù)字和字符輸入裝置。是目前微型計算機的最主要輸入設備。2022-5-2291.2 計算機基礎1.2.1 計算機的基本結構(參見P.7)外部設備外部設備微處理器微處理器 (CPU)存儲器存儲器輸入輸入/輸出輸出接口電路接口電路數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線地址總線地址總線2022-5-230內存儲器內存儲器微微處處理理器器IO接口接口外部設備外部設備ABDBCB微處理器微處理器：進行算數(shù)和進行算數(shù)和邏輯運算邏輯運算。存儲器存儲器：存儲程序、存儲程序、

23、數(shù)據(jù)、符號等數(shù)據(jù)、符號等I/O接口接口：使外設使外設與微機相連與微機相連。2022-5-231o 計算機系統(tǒng)由五部分組成：n控制器、運算器、存儲器和輸入輸出設備。n人們往往把運算器、控制器和存儲器合在一起稱為計算機的主機；n把各種輸入輸出設備統(tǒng)稱為計算機的外設。o 在主機部分中，又把運算器和控制器合在一起稱為中央處理單元CPU。n隨著半導體集成電路技術的發(fā)展，可以把這個CPU集成在一個集成電路芯片上，人們就把它稱為微處理器（Microprocessor）。o 人們把以微處理器為核心構成的計算機，稱為微型計算機。2022-5-232微型計算機系統(tǒng)的三個層次：微處理器微型計算機 微型計算機系統(tǒng)微處

24、理器微處理器存儲器I/O接口總線 硬 件軟 件微微 型型計算機計算機系系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計算機計算機外 設ALU寄存器控制部件鍵盤、鼠標顯示器軟驅、硬盤、光驅 打印機、掃描儀2022-5-233補充:n 微處理器微處理器o 嚴格講，微處理器嚴格講，微處理器 CPU CPUo CPUCPU由由算術邏輯算術邏輯部件部件(ALU)(ALU)和和控制部件控制部件兩大主要部分兩大主要部分組成，實現(xiàn)運算功能和控制功能組成，實現(xiàn)運算功能和控制功能o 微處理器除算術邏輯部件和控制部件以外，微處理器除算術邏輯部件和控制部件以外，還包含還包含一組寄存器（一組寄存器（RegistersRegisters）以及高速緩

25、沖存儲器）以及高速緩沖存儲器（CacheCache）等等特殊的存儲器。將這些部件特殊的存儲器。將這些部件集成在一集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中，這個器件才被稱為微處理器這個器件才被稱為微處理器o 寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件件。根據(jù)存放信息的不同，根據(jù)存放信息的不同， 指令寄存器、數(shù)據(jù)指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。寄存器、地址寄存器等。2022-5-2341.2.2 常用的名詞術語和二進制編碼(P.13)o 計算機對要處理的數(shù)據(jù)（數(shù)值或非數(shù)值數(shù)據(jù)）均實行計算機對要處理

26、的數(shù)據(jù)（數(shù)值或非數(shù)值數(shù)據(jù)）均實行二進制編碼。二進制編碼。為便于記憶和書寫，用十六進制數(shù)表示二為便于記憶和書寫，用十六進制數(shù)表示二進制數(shù)。進制數(shù)。000008 1000100019 100120010A 101030011B 101140100C 110050101D 110160110E 111070111F 11112022-5-2351.2.2 常用的名詞術語和二進制編碼(P.13)o1.位、字節(jié)、字及字長位、字節(jié)、字及字長o位（位（Bit）n指指計算機能表示的最基本最小的單位計算機能表示的最基本最小的單位n在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，位就是一個二進制位，有兩種在計算機中采用二進制

27、表示數(shù)據(jù)和指令，位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，狀態(tài)，“0” 和和 “1”o字節(jié)（字節(jié)（Byte）n相鄰的相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)位二進制數(shù)稱為一個字節(jié) 1 Byte = 8 bit n 如：如： 1100 0011 0101 0111 n1024個字節(jié)構成一個千字節(jié)，用個字節(jié)構成一個千字節(jié)，用KB表示，表示，1024KB構成一個兆字節(jié)，用構成一個兆字節(jié)，用MB表示，表示，1024MB構成一個千兆字節(jié)（吉），用構成一個千兆字節(jié)（吉），用GB表示。表示。o字（字（Word）和字長）和字長n“字字”是計算機內部進行數(shù)據(jù)傳遞和處理的基本單位。是計算機內部進行數(shù)據(jù)傳遞和處理的基本單位。n一個字所

28、包含的二進制位數(shù)稱為字長。一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。n目前在目前在PC機中把字定義為機中把字定義為2個字節(jié)（個字節(jié)（16位）位）2022-5-236字長是衡量字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。工作性能的一個重要參數(shù)。 不同類型不同類型的的CPU有不同的字長。有不同的字長。 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 被加數(shù)被加數(shù) + + 1100 0011 1100

29、 0011 0001 0101 0101 1000 加數(shù)加數(shù)進位進位 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2022-5-237（4）. 位編號位編號 為便于描述，對字節(jié)為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。字和雙字中的各位進行編號。 從低位開始，從右到左依次為從低位開始，從右到左依次為 0、1、20 編號編號765432101010001D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字節(jié)字節(jié)數(shù)

30、據(jù)數(shù)據(jù)Data地址地址Address2022-5-238D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的編號為字的編號為15 0雙字雙字的編號依此類推，為的編號依此類推，為31 0低字節(jié)高字節(jié)2022-5-239數(shù)字編碼：數(shù)字編碼：BCDBCD碼碼o 計算機中常用BCD(Binary Coded Decimal)碼表示十進制數(shù)。即十進制數(shù)中的每一位都用4位二進制數(shù)表示。n 壓縮壓縮BCDBCD碼：碼：1 1字節(jié)表示兩位十進制數(shù)字節(jié)表示兩位十進制數(shù)n非壓縮BCD碼：1字節(jié)表示一位十進制數(shù)，（低4位表示，高4位恒為0）o 二二十進制編碼的方法很多，最常用的是十進制

31、編碼的方法很多，最常用的是8421BCD8421BCD碼。碼。n 用用4 4位二進制數(shù)表示位二進制數(shù)表示1 1位十進制數(shù)，各位的權重依次位十進制數(shù)，各位的權重依次為為8 8、4 4、2 2、1 1。例如：。例如：o 63.12463.124對應的對應的BCDBCD碼是碼是0110 0011.0001 0010 01000110 0011.0001 0010 0100，小，小數(shù)點前最高位的數(shù)點前最高位的0 0和小數(shù)點后最低位的和小數(shù)點后最低位的0 0可以省掉，所以可以省掉，所以也可以寫成也可以寫成110 0011.0001 0010 01110 0011.0001 0010 01o 111 10

32、01 0010. 0010 0101BCD111 1001 0010. 0010 0101BCD對應的十進制數(shù)是對應的十進制數(shù)是792.25792.252022-5-240o 3.3.字符編碼字符編碼o 字母、數(shù)字、常用符號等各種字符也必須按照特定的規(guī)則編碼，才能在計算機中表示。字符編碼的方法也很多，世界上最普遍采用的一種字符編碼是ASCII碼（美國信息交換標準碼。）。o ASCII碼用7位二進制數(shù)表示，可表示128種字符。包括09十個阿拉伯數(shù)字，大小寫72個英文字母以及常用標點符號和各種控制字符。o 在計算機中用一個字節(jié)表示一個ASCII碼，最高位置0。o 參看P4152022-5-241中

33、文信息的編碼中文信息的編碼按照國家標準信息交換用漢字編碼基本字符集（按照國家標準信息交換用漢字編碼基本字符集（GB2312-80）規(guī)定，）規(guī)定，一個漢字用兩個字節(jié)編碼，一個漢字用兩個字節(jié)編碼，這樣每個字節(jié)只用低這樣每個字節(jié)只用低7位，位，這就是所謂雙這就是所謂雙7位漢字編碼（位漢字編碼（128128=16384種狀態(tài)），稱種狀態(tài)），稱作漢字的交換碼（又稱國標碼）。作漢字的交換碼（又稱國標碼）。為了在內部能區(qū)分漢字與為了在內部能區(qū)分漢字與ASCII字符，把兩個字節(jié)漢字的字符，把兩個字節(jié)漢字的國國標碼的每個字節(jié)的最高位置標碼的每個字節(jié)的最高位置1，這樣就形成了漢字另外一種編碼稱這樣就形成了漢字另外

34、一種編碼稱作漢字機內碼（內碼）。作漢字機內碼（內碼）。在機器中，漢字是以內碼形式存儲和傳輸?shù)模环N機器常有若在機器中，漢字是以內碼形式存儲和傳輸?shù)模环N機器常有若干種漢字輸入方式（輸入碼），但其內碼是統(tǒng)一的。干種漢字輸入方式（輸入碼），但其內碼是統(tǒng)一的。漢字輸出碼又稱漢字字形碼或漢字發(fā)生器的編碼。漢字輸出碼又稱漢字字形碼或漢字發(fā)生器的編碼。2022-5-2421.2.3 指令程序和指令系統(tǒng)(P.11)o 計算機所以能脫離人的干預，自動地進行計算，這計算機所以能脫離人的干預，自動地進行計算，這是由于人把實現(xiàn)這個計算的一步步操作用命令的形是由于人把實現(xiàn)這個計算的一步步操作用命令的形式預先輸入到存儲

35、器中式預先輸入到存儲器中. .o 在執(zhí)行時，機器把這些命令一條條地取出來，加以在執(zhí)行時，機器把這些命令一條條地取出來，加以翻譯和執(zhí)行。比如兩個數(shù)相加的運算，就需要下面翻譯和執(zhí)行。比如兩個數(shù)相加的運算，就需要下面幾個步驟：幾個步驟：o 第一步：把第一步：把第一個數(shù)第一個數(shù)從它所在的存儲單元中取出來，從它所在的存儲單元中取出來，送至運算器；送至運算器；o 第二步：把第二步：把第二個數(shù)第二個數(shù)從它所在的存儲單元中取出來，從它所在的存儲單元中取出來，送至運算器；送至運算器；o 第三步：相加第三步：相加o 第四步：把加完的結果，送至存儲器中指定的單元。第四步：把加完的結果，送至存儲器中指定的單元。n所有

36、這些所有這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等都是一種操作。等都是一種操作。2022-5-243o 我們把要求計算機執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫我們把要求計算機執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來，就時下來，就時指令指令（InstructionInstruction）。）。n 指令是指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。能執(zhí)行的一個基本操作。n 如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù) 等等o 計算機所能執(zhí)行的全部指令，就是計算機的計算機所能執(zhí)行的全部指令，就是計算機的指令系指令系統(tǒng)統(tǒng)（Instruction SetInstruction Set）o 程序程序n 是用戶

37、在使用計算機時，為要解決的問題，用一條是用戶在使用計算機時，為要解決的問題，用一條條指令編寫的指令指令的序列。條指令編寫的指令指令的序列。n 構成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放，構成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放，2022-5-2441.2.4 初級計算機(P.12)o 初級計算機：n 以實際計算機為基礎，經過簡化的模型機。o 組成：n 微處理器（CPU）、存儲器、接口電路組成，o 連接：n 通過三總線來連接n 地址總線（Address Bus）n 數(shù)據(jù)總線（Date Bus）n 控制總線（Control Bus）。2022-5-245存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/

38、O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU2022-5-246o 1. 模型機的CPU結構標標 志志寄存器寄存器地址總線地址總線 AB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB指令寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制電路控制電路指令譯碼器指令譯碼器地地址址寄寄存存器器指指 令令指指 針針寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器組寄存器組運運算算器器IPCPU結構結構示意圖示意圖2022-5-247o 算術邏輯單元算術邏輯單元 ALU ALU（ArithmeticArithmetic）n 是執(zhí)行是執(zhí)行算術和邏輯運算算術和邏輯運算的裝置。的裝

39、置。所有的算術運算所有的算術運算，邏邏輯運算和移位操作都是由輯運算和移位操作都是由ALUALU完成的。完成的。o 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC：n 提供需要執(zhí)行的指令地址。提供需要執(zhí)行的指令地址。n 一般計算機一上電，就給一般計算機一上電，就給PCPC置個初值，這就是第一條置個初值，這就是第一條指令存放的地址。以后每取出一個存儲單元的指令，指令存放的地址。以后每取出一個存儲單元的指令，PCPC的內容就自動加一。這樣的內容就自動加一。這樣PCPC中保存的就永遠是下一中保存的就永遠是下一條要執(zhí)行的指令的地址。條要執(zhí)行的指令的地址。o 地址寄存器地址寄存器ARAR（Address RegisterA

40、ddress Register）n 把要尋址的單元的地址通過地址總線送至存儲器。把要尋址的單元的地址通過地址總線送至存儲器。2022-5-2482.存儲器存儲器(P.13) 地地 址址 譯譯 碼碼 器器地址地址 內容內容00 01 02 03 FF00單元單元01單元單元02單元單元03單元單元FF單元單元11010011101000100010011010011101 : :11100001ABDB控制控制CB圖圖1-7 模型機的存儲器結構圖模型機的存儲器結構圖o 從存儲器中取出從存儲器中取出的指令，由數(shù)據(jù)的指令，由數(shù)據(jù)寄存器送寄存器送指令寄指令寄存器存器IRIR，經過經過指指令譯碼器令譯碼

41、器IDID譯碼，譯碼，o 通過控制電路發(fā)通過控制電路發(fā)出執(zhí)行一條指令出執(zhí)行一條指令所需的各種控制所需的各種控制信號。信號。2022-5-249o 存儲器由若干個存儲單元組成存儲器由若干個存儲單元組成n 圖中表示的是一個圖中表示的是一個256(FFH)256(FFH)個單元的存儲器。個單元的存儲器。n 為了能區(qū)分不同的存儲單元，對這些單元分別編了號，為了能區(qū)分不同的存儲單元，對這些單元分別編了號，用兩位用兩位1616進制數(shù)表示，進制數(shù)表示，這就是它們的地址。這就是它們的地址。o存儲單元的內容：存儲單元的內容：n每個存儲單元可以存放每個存儲單元可以存放8 8位二進制位二進制信息，這就是他們信息，這

42、就是他們的內容。的內容。n每個存儲單元的地址和這個存儲單元中存放的內容是每個存儲單元的地址和這個存儲單元中存放的內容是完全部同的兩回事完全部同的兩回事，千萬不要混淆。，千萬不要混淆。o 一般地來說，如果一個存儲器有一般地來說，如果一個存儲器有2 2n n個存儲單元個存儲單元，那它需，那它需要有要有n n根地址線，如果每個存儲單元有根地址線，如果每個存儲單元有m m位，那它需要有位，那它需要有m m根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線。一個存儲器的控制線至少有。一個存儲器的控制線至少有讀控制線和寫控讀控制線和寫控制線。制線。2022-5-250n根根CPU地址線地址線AB控制線控制線CB地地址址譯譯碼碼器器1100

43、110000110011101010101111000010001000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數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線DB2022-5-251 將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到CPUCPUo 若在若在0404號號存儲單元中存放的內容是存儲單元中存放的內容是10000100B10000100B，即，即84H84H，我們要把它讀出至數(shù)據(jù)總線上，則要求：，我們要把它讀出至數(shù)據(jù)總線上，則要求：nCPUCPU的地址寄存器的地址寄存器ARAR先給出地址先給出地址號號0404，n然后通過地址總線然后通過地址總線ABAB送至

44、存儲器，送至存儲器，n存儲器中的地址譯碼器對它進行譯碼，找到存儲器中的地址譯碼器對它進行譯碼，找到0404號存儲單元；號存儲單元；nCPUCPU再再發(fā)讀控制命令發(fā)讀控制命令n0404號存儲單元中的內容號存儲單元中的內容84H84H就出現(xiàn)在就出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線上，并上，并送至送至CPUCPU的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)寄存器DRDR。o信息從存儲單元讀出后，存儲單元的內容并不改變，信息從存儲單元讀出后，存儲單元的內容并不改變，只有把新的信息寫入該單元時，才由新的內容代替只有把新的信息寫入該單元時，才由新的內容代替舊的內容。舊的內容。讀操作：讀操作：2022-5-252 將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到將存儲單元

45、的數(shù)據(jù)送至到CPUCPUo 若以把數(shù)據(jù)寄存器中的內容若以把數(shù)據(jù)寄存器中的內容26H26H寫入寫入1010號存儲單號存儲單元，則要求：元，則要求：n CPUCPU的地址寄存器的地址寄存器ARAR先給出地址先給出地址1010，通過地址總線，通過地址總線（ABAB）送至存儲器，經譯碼后找到）送至存儲器，經譯碼后找到1010號存儲單元；號存儲單元；n 然后把數(shù)據(jù)寄存器然后把數(shù)據(jù)寄存器DRDR中的內容中的內容26H26H經數(shù)據(jù)總線（經數(shù)據(jù)總線（DBDB）送給存儲器；送給存儲器；n 且且CPUCPU發(fā)寫控制命令，發(fā)寫控制命令，n 于是數(shù)據(jù)總線上的信息于是數(shù)據(jù)總線上的信息26H26H就寫入到就寫入到1010

46、號存儲單元中。號存儲單元中。寫操作寫操作2022-5-253 包括包括取出指令取出指令和和執(zhí)行指令執(zhí)行指令的兩個過程的兩個過程. .o 機器從停機狀態(tài)進入運行狀態(tài)，要把第一條指令所在的機器從停機狀態(tài)進入運行狀態(tài)，要把第一條指令所在的地址賦給地址賦給PCPC，然后就進入取指階段。，然后就進入取指階段。n在取指階段從內存中讀出的內容必為指令，所以數(shù)據(jù)寄存器在取指階段從內存中讀出的內容必為指令，所以數(shù)據(jù)寄存器DRDR把它送至指令寄存器把它送至指令寄存器IRIR。n然后由指令譯碼器譯碼，就知道此指令要執(zhí)行什么操作。然后由指令譯碼器譯碼，就知道此指令要執(zhí)行什么操作。o 取指階段結束后就進入執(zhí)行階段。取指

47、階段結束后就進入執(zhí)行階段。n按照指令譯碼的結果，發(fā)控制命令，完成指令規(guī)定的操作。按照指令譯碼的結果，發(fā)控制命令，完成指令規(guī)定的操作。o 執(zhí)行階段結束后又進入到下一個取指階段，這樣的循環(huán)執(zhí)行階段結束后又進入到下一個取指階段，這樣的循環(huán)一直進行到程序結束。這就是計算機的工作過程。一直進行到程序結束。這就是計算機的工作過程。3. 執(zhí)行過程執(zhí)行過程(P.14)2022-5-254操作 ：將兩個數(shù) 7 和 10 相加，結果存放在 20內存單元指令： MOV AL, 7 ADD AL, 10 MOV 20H,AL MOV 20H,AL HLT1.2.5 1.2.5 簡單程序舉例簡單程序舉例2022-5-2

48、55o 機器指令： 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 )2022-5-256B0h ( mov al, 7 ) 07h (7)04h ( add al, 10 )0Ah (10)A2h ( mov 20h,al ) 20h (20H)F4h ( hlt )2022-5-2571.2.6 尋址方式（P.19）o 1.1.立即尋址（立即尋址（Immediate AddressingImmediate Addressing） 操作數(shù)就包含在指令中。操作數(shù)就包含在指令中。如：如：MOV ALMOV AL，34H34H操作