微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言授課班級(jí)：通信04級(jí)主講教師：王言前

信電學(xué)院

2006.8微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言授課班級(jí)：通信04級(jí)1主要內(nèi)容：

本課程緊密結(jié)合電子信息專業(yè)的特點(diǎn)，圍繞微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用主題，以Intel8086CPU為主線，系統(tǒng)介紹了微型計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)、基本組成、體系結(jié)構(gòu)、工作模式，介紹了8086CPU的指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)方法和技巧，存儲(chǔ)器的組成和I/O接口擴(kuò)展方法，微機(jī)的中斷結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程，從而使學(xué)生能較清楚的了解微機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作流程，建立起系統(tǒng)的概念。本課程系統(tǒng)介紹了微機(jī)中的常用接口原理和應(yīng)用技術(shù)，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253、中斷控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A（DAC0832）、DMA（8237）、人機(jī)接口（鍵盤與顯示器接口）的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中涉及的總線技術(shù)、高速緩存技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸方法、高性能計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)作了簡(jiǎn)要介紹。主要內(nèi)容：本課程緊密結(jié)合電子信息專業(yè)的特點(diǎn)，圍繞微2教學(xué)要求：1.上課注意聽(tīng)講，必要時(shí)應(yīng)記筆記，課前需要預(yù)習(xí)，課下及時(shí)復(fù)習(xí)，充分利用課外參考資料和答疑解決學(xué)習(xí)中的困難。2.按時(shí)交作業(yè)3.實(shí)驗(yàn)必須按時(shí)上課，并完成教師布置的任務(wù)。教學(xué)參考書：

1.

教材周荷琴吳秀清編著《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社2.鄭學(xué)堅(jiān)周斌編著《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社3.劉樂(lè)善主編《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用》華中理工大學(xué)出版社4.戴梅萼史嘉權(quán)編著《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社5.周明德《微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社6.沈美明溫冬嬋編著《IBM-PC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社（配套習(xí)題集）7.艾德才主編《Pentium系列微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》高等教育出版社教學(xué)要求：1.上課注意聽(tīng)講，必要時(shí)應(yīng)記筆記，課前需要預(yù)習(xí)，課3學(xué)習(xí)微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言的方法：1.掌握微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與組成原理2.掌握微機(jī)的指令系統(tǒng)與編程方法3.掌握微機(jī)的時(shí)序，不懂時(shí)序，就無(wú)法真正掌握微機(jī)原理，難以充分利用微機(jī)。4.掌握微機(jī)硬件電路中的通用符號(hào)的意義。5.掌握微機(jī)外圍接口芯片的原理與典型應(yīng)用。（鎖存器、緩沖器、驅(qū)動(dòng)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、DMA、A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）6.掌握微機(jī)擴(kuò)展的原理，注意學(xué)會(huì)主要信號(hào)的擴(kuò)展方法，能夠舉一反三。（如：片選、數(shù)據(jù)總線、地址總線、片內(nèi)尋址、讀/寫控制線、地址鎖存、時(shí)鐘、復(fù)位、中斷請(qǐng)求與響應(yīng)等）學(xué)習(xí)微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言的方法：4第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

1946年2月，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)：“埃尼阿克”（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。重量30噸，占地150平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，價(jià)值約40萬(wàn)美元。采用18800只電子管，70000個(gè)電阻，10000支電容，研制時(shí)間近三年，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法運(yùn)算。ENIAC的不足：運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量小、全部指令沒(méi)有存放在存儲(chǔ)器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差。第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況5按計(jì)算機(jī)應(yīng)用，計(jì)算機(jī)發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：（1）超、大、中、小型計(jì)算機(jī)階段（1946年-1980年）采用計(jì)算機(jī)來(lái)代替人的腦力勞動(dòng)，提高了工作效率，能夠解決較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。（2）微型計(jì)算機(jī)階段（1981年-1990年）微型計(jì)算機(jī)大量普及，幾乎應(yīng)用于所有領(lǐng)域，對(duì)世界科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段（1991年至今）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為人類實(shí)現(xiàn)資源共享提供了有力的幫助，從而促進(jìn)了信息化社會(huì)的到來(lái)，實(shí)現(xiàn)了遍及全球的信息資源共享。按計(jì)算機(jī)應(yīng)用，計(jì)算機(jī)發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：（1）超、大、中6微處理器的發(fā)展概況：

將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡(jiǎn)稱為微處理器（Microprocessor）。微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱微機(jī)）是以微處理器為核心，再配上存儲(chǔ)器、接口電路、外圍設(shè)備等構(gòu)成的。第一代微處理器：1971年Intel公司設(shè)計(jì)了4位微處理器4004、4040和早期的8位微處理器8008。（集成度為：2000管/片，時(shí)鐘頻率為：1MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為20μs，數(shù)據(jù)總線寬度：4位。）

第二代微處理器：1973年12月Intel公司研制成功了8080。（集成度為：5000管/片，時(shí)鐘頻率為：2----4MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為1----2μs，數(shù)據(jù)總線寬度：8位。）微處理器的發(fā)展概況：將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制7

第三代微處理器：1978年制造了8086和1979年研制了8088，1983年又制造了全16位的80286。（集成度為：2----6萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率為：4----8MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為0.5μs，數(shù)據(jù)總線寬度：16位。）

第四代微處理器：1985年Intel公司制造出32位字長(zhǎng)的微處理器80386。（集成度為：27.5萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率為：12.5----33MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為0.1μs，數(shù)據(jù)總線寬度：32位）。1989年4月又研制成功80486。第五代微處理器：

1993年3月Intel公司制造出Pentium（奔騰）微處理器；

1995年11月，推出了PentiumPro，接著又推出了含有MMX（多媒體擴(kuò)展指令集）功能的Pentium處理器P55C；

1999年11月推出PⅢ微處理器；

2000年11月，Intel推出更新的微處理器芯片P4。（目前市場(chǎng)上P4的集成度為：4200萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率為：3GHz）

見(jiàn)教材P4表1-1

此外，Motorola、Zilog等公司也推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。第三代微處理器：1978年制造了8086和197981.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1946年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼（JoheVonNeumman）提出了“存儲(chǔ)程序”的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案。其特點(diǎn)是：采用二進(jìn)制數(shù)形式表示數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)指令。指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中，能自動(dòng)依次執(zhí)行指令。由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部分組成計(jì)算機(jī)硬件。工作原理的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”。按照這一原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。馮·諾依曼提出的體系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑。1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1946年6月，美籍匈牙9馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)：輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)：輸輸存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器10一、微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。計(jì)算機(jī)的硬件由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器部分組成。運(yùn)算器和控制器組成了中央處理器（CPU，也稱微處理器）。軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過(guò)程I/O通道

硬件系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體。硬件的基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)。一、微型計(jì)算機(jī)硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口11微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線DB（雙向）地址總線AB（單向）控制總線CB中央處理單元：中央處理單元CPU（ControlProcessingUnit）是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，是包含有運(yùn)算器ALU、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，俗稱微處理器。

微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接12微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序

軟件系統(tǒng)是指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。軟件系統(tǒng)基本功能保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境。計(jì)算機(jī)的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能正常工作。微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)用軟件：軟件13二、存儲(chǔ)器功能：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。分類：超高速緩存、內(nèi)部存儲(chǔ)器（內(nèi)存或主存）、外部存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器體系：存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)就是把速度不同、容量不同、存儲(chǔ)技術(shù)也可能不同的存儲(chǔ)設(shè)備分為幾層，通過(guò)硬件和管理軟件組成一個(gè)極有足夠大的空間又能保證滿足CPU存取速度而且價(jià)格適中的整體。CPU超高速緩存主存輔助存儲(chǔ)器外存內(nèi)部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器二、存儲(chǔ)器功能：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。CPU超主輔外內(nèi)部存儲(chǔ)器外部14工作過(guò)程：為了解決存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本之間的矛盾，在主存和CPU之間設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器Cache，在主存和外存之間設(shè)置輔存。把正在執(zhí)行的指令代碼單元附近的一部分指令代碼或數(shù)據(jù)從主存裝入Cache中，供CPU在一段時(shí)間內(nèi)使用，在一定容量Cache的條件下，我們可以做到使CPU大部分取指令代碼及進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的操作都只要通過(guò)訪問(wèn)Cache，而不是訪問(wèn)主存而實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量及單位成本能夠主存相當(dāng)，而存取速度可以與Cache的讀寫速度相當(dāng)，這就很好地解決了存儲(chǔ)器系統(tǒng)的上述三個(gè)方面性能之間的矛盾。主存---輔存結(jié)構(gòu)解決了存儲(chǔ)器的大容量要求和低成本之間的矛盾，從整體看，其速度接近于主存的速度，其容量則接近于輔存的容量，而每位平均價(jià)格也接近于廉價(jià)的慢速的輔存平均價(jià)格。這種系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，就逐步形成了現(xiàn)在廣泛使用的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。工作過(guò)程：為了解決存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本之間的15任何程序如果想要取得CPU控制權(quán)都必須要先被裝入內(nèi)存，也就是說(shuō)，要運(yùn)行一個(gè)程序，必須先將它裝入內(nèi)存。向存儲(chǔ)單元保存信息的操作稱作“寫”操作，向存儲(chǔ)單元獲取信息的操作稱作“讀”操作，“讀”、“寫”時(shí)一般都以字節(jié)為單位。“讀”操作不會(huì)影響存儲(chǔ)單元中的信息，“寫”操作將新的信息取代存儲(chǔ)單元中原有的信息。1.內(nèi)部存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)部件，用于存放被運(yùn)行的程序、程序所使用的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果等各種信息，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)中心。內(nèi)存（Memory）直接和運(yùn)算器、控制器交換信息。（1）超高速緩存Cache（2）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）：SRAM、DRAM（3）只讀存儲(chǔ)器（ROM）：掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM。任何程序如果想要取得CPU控制權(quán)都必須要先被16

2.外部存儲(chǔ)器磁存儲(chǔ)器：

硬磁盤、軟盤。一般1.44MB軟盤的磁道為雙面、每面有80個(gè)磁道，每個(gè)磁道為18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有512個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)容量為：2面×80磁道/面×18扇區(qū)/磁道×512字節(jié)/扇區(qū)=1.44MB

硬磁盤一般為80-300GB，7200轉(zhuǎn)/分。典型的硬盤接口有：IDE（PC機(jī)系統(tǒng)接口）、SCSI（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）、ESDI（增強(qiáng)型小型外設(shè)接口）、IPI（智能外設(shè)接口）。光存儲(chǔ)器：光盤，650MB。U盤：閃存，64MB、128MB、256MB、512MB、1GB。3.存儲(chǔ)器組織8086：16位，兩個(gè)存儲(chǔ)體，奇偶地址分開(kāi)。80386/486：四個(gè)存儲(chǔ)體，尾地址00、01、10、11地址分開(kāi)。2.外部存儲(chǔ)器174.存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)

存儲(chǔ)容量：是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的首要性能指標(biāo)，因?yàn)榇鎯?chǔ)容量越大，則系統(tǒng)能夠保存的信息量就越多，相應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)；存儲(chǔ)器的存取速度：直接決定了整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，因此，存取速度也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要的性能指標(biāo)；存儲(chǔ)器的成本：也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。

為了在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中兼顧以上三個(gè)方面的指標(biāo)，目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，由這三者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量接近輔存的容量，而其成本則接近廉價(jià)慢速的輔存平均價(jià)格。4.存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)

存儲(chǔ)容量：是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的首要性能指標(biāo)，18三、輸入/輸出接口電路

輸入/輸出接口電路也稱為I/O（Input/Output）電路，即通常所說(shuō)的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計(jì)算機(jī)外部設(shè)備交換信息的橋梁。主要用于CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、速度匹配、電平匹配等。只有通過(guò)輸入/輸出接口，外部設(shè)備才能從總線接收數(shù)據(jù)或者向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，才能從總線上接收控制信號(hào)或者發(fā)送控制和狀態(tài)信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，顯示器連接到總線上需要顯卡，音箱連接到總線上需要聲卡，鍵盤連接到總線上需要鍵盤接口（現(xiàn)在的鍵盤接口是固化到主板上了，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單）。主要接口芯片有：鎖存器（273、373），數(shù)據(jù)緩沖器（244、245），可編程中斷控制器8259A，可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253，可編程并行接口（8255、8155），可編程串行接口8251，DMA控制器8237A，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（ADC0809、ICL7135），模數(shù)轉(zhuǎn)換器（DAC0832）等。三、輸入/輸出接口電路19四、總線

連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他主要功能部件的橋梁，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信息輸送的樞紐，只有通過(guò)總線，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件才能實(shí)現(xiàn)相互通信?？偩€標(biāo)準(zhǔn)：

物理特性：根數(shù)、插頭、插座的形狀、引腳排列；

功能特性：每根線的功能；電器特性：每根線上信號(hào)的傳送方向及電平規(guī)定；時(shí)間特性：時(shí)序，每根線上信號(hào)何時(shí)有效。

四、總線連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他主要功能20總線的分類：（1）內(nèi)部總線：微處理器內(nèi)部各個(gè)器件之間傳送信息的通路。（2）元件級(jí)總線：連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連各主要部件的總線?？煞譃椋簲?shù)據(jù)總線DB（DataBus）：用于CPU與主存儲(chǔ)器、CPU與I/O設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。地址總線AB（AddressBus）：用于CPU訪問(wèn)主存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備時(shí)，傳送相關(guān)的地址?？刂瓶偩€CB（ControlBus）：用于傳送CPU對(duì)主存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的控制信號(hào)。（3）系統(tǒng)總線：微處理機(jī)機(jī)箱內(nèi)的底板總線?？煞譃椋篒SA、EISA、VESA局部總線、PCI局部總線等。（4）外部總線：微機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與外設(shè)之間的總線。常用的有：USB、EIARS-232、IEEE-488、1394、RS485等?？偩€的分類：21總線的結(jié)構(gòu)：（1）單總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)器和I/O接口均掛在單總線上。P12圖1-7（2）面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)在CPU和主存儲(chǔ)器之間，CPU和I/O設(shè)備之間分別設(shè)置一組總線。P13圖1-8（3）面向主存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu)所有的部件和設(shè)備均掛在總線上，可以通過(guò)總線交換信息；同時(shí)，又在CPU和主存儲(chǔ)器之間增加了一組高速存儲(chǔ)總線。使CPU與主存儲(chǔ)器之間可直接高速交換信息。P13圖1-9總線的結(jié)構(gòu)：22五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)有主頻、字長(zhǎng)、內(nèi)存容量、存取周期、運(yùn)算速度及其他指標(biāo)。1.位（Bit）：這是計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元（1位二進(jìn)制數(shù)）。2.字長(zhǎng)：是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長(zhǎng)決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度。

3.字節(jié)（Byte）：是計(jì)算機(jī)中通用的基本單元，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。4.字：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。5.主頻（時(shí)鐘頻率）：是指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率。單位MHz。微機(jī)的運(yùn)行速度與主頻有關(guān)。6.訪存空間：是微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)所能訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元數(shù)。7.內(nèi)存容量：是指內(nèi)部存儲(chǔ)器中能存儲(chǔ)的信息總字節(jié)數(shù)。以字節(jié)（Byte）為單位。8.指令數(shù)：構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的操作命令數(shù)。五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)有239.基本指令執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間。10.存取周期：主存儲(chǔ)器完成一次“讀”或“寫”操作所需的時(shí)間稱為存儲(chǔ)器的存取周期（或讀/寫時(shí)間）。單位為納秒（ns,1ns=10-9s）。存取周期越短，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度就越快。11.運(yùn)算速度：運(yùn)算速度微機(jī)每秒所能執(zhí)行的指令數(shù)。這是個(gè)綜合性的指標(biāo)，單位為MIPS（百萬(wàn)條指令/秒）。影響運(yùn)算速度的因素，主要是主頻和存取周期，字長(zhǎng)和存儲(chǔ)容量也有影響。12.可靠性：指計(jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。（平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF）。13.兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。（包括數(shù)據(jù)和文件的兼容、程序兼容、系統(tǒng)兼容和設(shè)備兼容）14.性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品性能優(yōu)劣的綜合性指標(biāo)。

15.其他指標(biāo)：機(jī)器允許配置的外部設(shè)備的最大數(shù)、目計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的漢字處理能力、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)功能等。9.基本指令執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間。241.3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式一、計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制

計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制是由計(jì)算機(jī)電路所使用的元器件性質(zhì)決定的。計(jì)算機(jī)中采用了具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的二值電路，二值電路只能表示兩個(gè)數(shù)碼：0和1，用低電位表示數(shù)碼“0”，高電位表示數(shù)碼“1”。

二進(jìn)制特點(diǎn)：在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、電路實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。二、進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.進(jìn)位計(jì)數(shù)制：

進(jìn)位計(jì)數(shù)制是人們利用符號(hào)來(lái)計(jì)數(shù)的方法。一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制包含一組數(shù)碼符號(hào)和兩個(gè)基本因素。

（1）數(shù)碼：用不同的數(shù)字符號(hào)來(lái)表示一種數(shù)制的數(shù)值，這些數(shù)字符號(hào)稱為“數(shù)碼”。

（2）基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)稱為“基”。

（3）權(quán)：某數(shù)制每一位所具有的值稱為“權(quán)”。1.3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式一、計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制252.常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制

（1）十進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……8、9

基數(shù)：10逢10進(jìn)1

位權(quán)：10i(i=……-2,-1,0,1,2,……)

（2）二進(jìn)制

數(shù)碼：0、1

基數(shù)：2逢2進(jìn)1

位權(quán)：2i(i=……-2,-1,0,1,2,……)

（3）八進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……6、7

基數(shù)：8逢8進(jìn)1

位權(quán)：8i(i=……-2,-1,0,1,2,……)

（4）十六進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……8、9、A、B、C、D、E、F

基數(shù)：16逢16進(jìn)1

位權(quán)：16i(i=……-2,-1,0,1,2,……)2.常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制

（1）十進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……8、9263.書寫格式：

二進(jìn)制：

10110.011B或（10110.011）2

八進(jìn)制：

375.4O或（375.4）8

十進(jìn)制：

36.82或36.82D或（36.82）10

十六進(jìn)制：DA01H或（DA01）16三、進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

1.二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法：按權(quán)展開(kāi)法。

把一個(gè)任意R進(jìn)制數(shù)bnbn-1...b1b0b-1b-2...b-m

轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，其轉(zhuǎn)換后十進(jìn)制數(shù)結(jié)果為每一位數(shù)字與其位權(quán)之積的和。

bn×Rn+bn-1×Rn-1+…+b1×R1+b0×R0+b-1×R-1+b-2×R-2+…+b-m×R-m3.書寫格式：

二進(jìn)制：10110.011B或（1011272.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成R進(jìn)制

整數(shù)部分：除以R取余數(shù)，直到商為0，得到的余數(shù)即為二進(jìn)數(shù)各位的數(shù)碼，余數(shù)從右到左排列（從下到上）。

小數(shù)部分：乘以R取整數(shù)，得到的整數(shù)即為二進(jìn)數(shù)各位的數(shù)碼，整數(shù)從左到右排列（從上到下）。

3.八進(jìn)制和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制

每一位八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為三位二進(jìn)制數(shù)，逐位展開(kāi)。不夠位在前面補(bǔ)“0”。

每一位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為四位二進(jìn)制數(shù)，逐位展開(kāi)。不夠位在前面補(bǔ)“0”。4.八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)化

十六----二----八：將十六進(jìn)制先轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別整數(shù)向左、小數(shù)向右每三位組成一組，不足三位在前面補(bǔ)“0”。

八----二----十六：將八進(jìn)制先轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別整數(shù)向左、小數(shù)向右向每四位組成一組，不足四位補(bǔ)零。2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成R進(jìn)制

整數(shù)部分：除以R取余數(shù)28四、進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

1.算術(shù)運(yùn)算

加法：0+0=0,0+1=1+0=1,1+1=0（有進(jìn)位）

減法：0-0=1-1=0,1-0=1,0-1=1（向高位借位）

乘法：0×0=1×0=0×1=0,1×1=1

除法：0÷1=0,1÷1=1

2.邏輯運(yùn)算

或∨：0∨0=0,0∨1=1∨0=1∨1=1

與∧：0∧0=0∧1=1∧0=0,1∧1=1

非：=1=0

異或⊕：0⊕0=1⊕1=0,0⊕1=1⊕0=1四、進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

1.算術(shù)運(yùn)算

加法：0+0=0,029

五、數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示----碼制

1.原碼

符號(hào)位：在最高位?！?”----正數(shù)，用“1”----負(fù)數(shù)。

數(shù)值部分：用二進(jìn)制的絕對(duì)值表示。

8位（一個(gè)字節(jié)）二進(jìn)制數(shù)表示的范圍：-127～+127。如：[+105]原=01101001，[-105]原=11101001，[+0]原=00000000，[-0]原=100000002.反碼

原則：正數(shù)的反碼與其原碼相同。而負(fù)數(shù)的反碼等于原碼符號(hào)位不變，其余各位（尾數(shù)）求反。

8位（一個(gè)字節(jié)）二進(jìn)制數(shù)表示的范圍：-127～+127。如：[+105]反=01101001[-105]反=10010110[+0]反=00000000[-0]反=111111113.補(bǔ)碼

原則：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是把其原碼除符號(hào)位外的各位先求其反，然后在最低位加1。X-Y＝X＋（Y的補(bǔ)碼）＝X＋（Y的反碼＋1）

用8位（一個(gè)字節(jié)）二進(jìn)制數(shù)表示的范圍：-128～+127。

如：[+105]補(bǔ)=01101001[-105]補(bǔ)=10010111[0]補(bǔ)=00000000[-1]補(bǔ)=11111111五、數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示----碼制

1.原碼

30六、數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示--定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

1.定點(diǎn)數(shù)

在計(jì)算機(jī)中一個(gè)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)的位置是固定的。

純小數(shù)表示法：符號(hào)位.數(shù)值部分

整數(shù)表示法：符號(hào)位數(shù)值部分

2.浮點(diǎn)數(shù)

在計(jì)算機(jī)中一個(gè)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動(dòng)的。一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的表示分為階碼和尾數(shù)兩個(gè)部分：

N＝M×2e

其中e是一個(gè)二進(jìn)制整數(shù)，M是二進(jìn)制小數(shù)，這里稱e為數(shù)N的階碼，M稱為數(shù)N的尾數(shù)，M表示了數(shù)N的全部有效數(shù)字，階碼e指明了小數(shù)點(diǎn)的位置。七、非數(shù)值信息在計(jì)算機(jī)中的表示

1.ASCII碼

ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼的簡(jiǎn)稱。六、數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示--定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

1.定點(diǎn)數(shù)31

ASCII碼占一個(gè)字節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼為7位（最高位為0），擴(kuò)充ASCII碼為8位。7位二進(jìn)制數(shù)給出了128個(gè)編碼，表示了128個(gè)不同的字符。其中95個(gè)字符可以顯示。包括大小寫英文字母、數(shù)字、運(yùn)算符號(hào)、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。另外的33個(gè)字符，是不可顯示的，它們是控制碼，編碼值為0～31和127。見(jiàn)教材P508。

例如：A的ASCII碼為1000001,十六進(jìn)制表示為41H。回車符（CR）的ASCII碼為0DH。空格的ASCII碼為20H

'0'～'9'：30H～39H

'A'～'Z'：41H～5AH

'a'～'z‘：61H～7AHASCII碼占一個(gè)字節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼為7位322.BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制）

BCD碼用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)?？煞譃椋?/p>

壓縮BCD碼：每個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)2位BCD碼。非壓縮BCD碼：每個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)1位BCD碼。高位用“0”填充。如：十進(jìn)制二進(jìn)制壓縮BCD碼非壓縮BCD碼

1311010001001100000001000000111651010010100000001011001010000000100000110000001013.漢字交換碼

（1）區(qū)位碼：GB2312-80“信息交換用漢字編碼字符集”，組成一個(gè)94×94的矩陣。每一行稱為一個(gè)“區(qū)”，每一列稱為一個(gè)“位”。一個(gè)漢字的區(qū)號(hào)和位號(hào)合在一起構(gòu)成“區(qū)位碼”。2.BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制）

B33（2）漢字交換碼（國(guó)標(biāo)碼）：

區(qū)位碼（十進(jìn)制）的兩個(gè)字節(jié)分別轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制后加20H。

4.漢字機(jī)內(nèi)碼

漢字機(jī)內(nèi)碼是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)漢字的一種運(yùn)行代碼，系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)、傳輸都是對(duì)機(jī)內(nèi)碼進(jìn)行的。它也和漢字存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。機(jī)內(nèi)碼也占兩個(gè)字節(jié)，且最高位為1。同一個(gè)漢字，在同一種漢字操作系統(tǒng)中，內(nèi)碼是相同的。

漢字機(jī)內(nèi)碼是漢字交換碼兩個(gè)字節(jié)的最高位分別加“1”，即漢字交換碼的兩個(gè)字節(jié)分別加80H；或區(qū)位碼（十進(jìn)制）的兩個(gè)字節(jié)分別轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制后加A0H。

無(wú)符號(hào)數(shù)：若欲處理的數(shù)全是正數(shù)，此時(shí)在保留符號(hào)位就沒(méi)有意義了，可以將在高位作為數(shù)值處理（不再用作符號(hào)位），這樣的數(shù)成為無(wú)符號(hào)數(shù)。8位無(wú)符號(hào)數(shù)的范圍：0～28-1（255）。（2）漢字交換碼（國(guó)標(biāo)碼）：34

作業(yè)：

P20349（2）（4）11（2）（4）微機(jī)原理課件第1章微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言35微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言授課班級(jí)：通信04級(jí)主講教師：王言前

信電學(xué)院

2006.8微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言授課班級(jí)：通信04級(jí)36主要內(nèi)容：

本課程緊密結(jié)合電子信息專業(yè)的特點(diǎn)，圍繞微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用主題，以Intel8086CPU為主線，系統(tǒng)介紹了微型計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)、基本組成、體系結(jié)構(gòu)、工作模式，介紹了8086CPU的指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)方法和技巧，存儲(chǔ)器的組成和I/O接口擴(kuò)展方法，微機(jī)的中斷結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程，從而使學(xué)生能較清楚的了解微機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作流程，建立起系統(tǒng)的概念。本課程系統(tǒng)介紹了微機(jī)中的常用接口原理和應(yīng)用技術(shù)，包括七大接口芯片：并行接口8255A、串行接口8251A、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253、中斷控制器8259A、A/D（ADC0809）、D/A（DAC0832）、DMA（8237）、人機(jī)接口（鍵盤與顯示器接口）的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中涉及的總線技術(shù)、高速緩存技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸方法、高性能計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)作了簡(jiǎn)要介紹。主要內(nèi)容：本課程緊密結(jié)合電子信息專業(yè)的特點(diǎn)，圍繞微37教學(xué)要求：1.上課注意聽(tīng)講，必要時(shí)應(yīng)記筆記，課前需要預(yù)習(xí)，課下及時(shí)復(fù)習(xí)，充分利用課外參考資料和答疑解決學(xué)習(xí)中的困難。2.按時(shí)交作業(yè)3.實(shí)驗(yàn)必須按時(shí)上課，并完成教師布置的任務(wù)。教學(xué)參考書：

1.

教材周荷琴吳秀清編著《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社2.鄭學(xué)堅(jiān)周斌編著《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社3.劉樂(lè)善主編《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用》華中理工大學(xué)出版社4.戴梅萼史嘉權(quán)編著《微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社5.周明德《微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社6.沈美明溫冬嬋編著《IBM-PC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社（配套習(xí)題集）7.艾德才主編《Pentium系列微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》高等教育出版社教學(xué)要求：1.上課注意聽(tīng)講，必要時(shí)應(yīng)記筆記，課前需要預(yù)習(xí)，課38學(xué)習(xí)微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言的方法：1.掌握微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與組成原理2.掌握微機(jī)的指令系統(tǒng)與編程方法3.掌握微機(jī)的時(shí)序，不懂時(shí)序，就無(wú)法真正掌握微機(jī)原理，難以充分利用微機(jī)。4.掌握微機(jī)硬件電路中的通用符號(hào)的意義。5.掌握微機(jī)外圍接口芯片的原理與典型應(yīng)用。（鎖存器、緩沖器、驅(qū)動(dòng)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、DMA、A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等）6.掌握微機(jī)擴(kuò)展的原理，注意學(xué)會(huì)主要信號(hào)的擴(kuò)展方法，能夠舉一反三。（如：片選、數(shù)據(jù)總線、地址總線、片內(nèi)尋址、讀/寫控制線、地址鎖存、時(shí)鐘、復(fù)位、中斷請(qǐng)求與響應(yīng)等）學(xué)習(xí)微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言的方法：39第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

1946年2月，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)：“埃尼阿克”（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。重量30噸，占地150平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，價(jià)值約40萬(wàn)美元。采用18800只電子管，70000個(gè)電阻，10000支電容，研制時(shí)間近三年，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法運(yùn)算。ENIAC的不足：運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量小、全部指令沒(méi)有存放在存儲(chǔ)器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差。第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況40按計(jì)算機(jī)應(yīng)用，計(jì)算機(jī)發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：（1）超、大、中、小型計(jì)算機(jī)階段（1946年-1980年）采用計(jì)算機(jī)來(lái)代替人的腦力勞動(dòng)，提高了工作效率，能夠解決較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。（2）微型計(jì)算機(jī)階段（1981年-1990年）微型計(jì)算機(jī)大量普及，幾乎應(yīng)用于所有領(lǐng)域，對(duì)世界科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段（1991年至今）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為人類實(shí)現(xiàn)資源共享提供了有力的幫助，從而促進(jìn)了信息化社會(huì)的到來(lái)，實(shí)現(xiàn)了遍及全球的信息資源共享。按計(jì)算機(jī)應(yīng)用，計(jì)算機(jī)發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：（1）超、大、中41微處理器的發(fā)展概況：

將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡(jiǎn)稱為微處理器（Microprocessor）。微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱微機(jī)）是以微處理器為核心，再配上存儲(chǔ)器、接口電路、外圍設(shè)備等構(gòu)成的。第一代微處理器：1971年Intel公司設(shè)計(jì)了4位微處理器4004、4040和早期的8位微處理器8008。（集成度為：2000管/片，時(shí)鐘頻率為：1MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為20μs，數(shù)據(jù)總線寬度：4位。）

第二代微處理器：1973年12月Intel公司研制成功了8080。（集成度為：5000管/片，時(shí)鐘頻率為：2----4MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為1----2μs，數(shù)據(jù)總線寬度：8位。）微處理器的發(fā)展概況：將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制42

第三代微處理器：1978年制造了8086和1979年研制了8088，1983年又制造了全16位的80286。（集成度為：2----6萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率為：4----8MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為0.5μs，數(shù)據(jù)總線寬度：16位。）

第四代微處理器：1985年Intel公司制造出32位字長(zhǎng)的微處理器80386。（集成度為：27.5萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率為：12.5----33MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為0.1μs，數(shù)據(jù)總線寬度：32位）。1989年4月又研制成功80486。第五代微處理器：

1993年3月Intel公司制造出Pentium（奔騰）微處理器；

1995年11月，推出了PentiumPro，接著又推出了含有MMX（多媒體擴(kuò)展指令集）功能的Pentium處理器P55C；

1999年11月推出PⅢ微處理器；

2000年11月，Intel推出更新的微處理器芯片P4。（目前市場(chǎng)上P4的集成度為：4200萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率為：3GHz）

見(jiàn)教材P4表1-1

此外，Motorola、Zilog等公司也推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。第三代微處理器：1978年制造了8086和1979431.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1946年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼（JoheVonNeumman）提出了“存儲(chǔ)程序”的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案。其特點(diǎn)是：采用二進(jìn)制數(shù)形式表示數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)指令。指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中，能自動(dòng)依次執(zhí)行指令。由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部分組成計(jì)算機(jī)硬件。工作原理的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”。按照這一原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。馮·諾依曼提出的體系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑。1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1946年6月，美籍匈牙44馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)：輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)：輸輸存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器45一、微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。計(jì)算機(jī)的硬件由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器部分組成。運(yùn)算器和控制器組成了中央處理器（CPU，也稱微處理器）。軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過(guò)程I/O通道

硬件系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體。硬件的基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)。一、微型計(jì)算機(jī)硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口46微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線DB（雙向）地址總線AB（單向）控制總線CB中央處理單元：中央處理單元CPU（ControlProcessingUnit）是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，是包含有運(yùn)算器ALU、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，俗稱微處理器。

微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接47微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序

軟件系統(tǒng)是指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。軟件系統(tǒng)基本功能保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境。計(jì)算機(jī)的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能正常工作。微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)用軟件：軟件48二、存儲(chǔ)器功能：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。分類：超高速緩存、內(nèi)部存儲(chǔ)器（內(nèi)存或主存）、外部存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器體系：存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)就是把速度不同、容量不同、存儲(chǔ)技術(shù)也可能不同的存儲(chǔ)設(shè)備分為幾層，通過(guò)硬件和管理軟件組成一個(gè)極有足夠大的空間又能保證滿足CPU存取速度而且價(jià)格適中的整體。CPU超高速緩存主存輔助存儲(chǔ)器外存內(nèi)部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器二、存儲(chǔ)器功能：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。CPU超主輔外內(nèi)部存儲(chǔ)器外部49工作過(guò)程：為了解決存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本之間的矛盾，在主存和CPU之間設(shè)置高速緩沖存儲(chǔ)器Cache，在主存和外存之間設(shè)置輔存。把正在執(zhí)行的指令代碼單元附近的一部分指令代碼或數(shù)據(jù)從主存裝入Cache中，供CPU在一段時(shí)間內(nèi)使用，在一定容量Cache的條件下，我們可以做到使CPU大部分取指令代碼及進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的操作都只要通過(guò)訪問(wèn)Cache，而不是訪問(wèn)主存而實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)是整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量及單位成本能夠主存相當(dāng)，而存取速度可以與Cache的讀寫速度相當(dāng)，這就很好地解決了存儲(chǔ)器系統(tǒng)的上述三個(gè)方面性能之間的矛盾。主存---輔存結(jié)構(gòu)解決了存儲(chǔ)器的大容量要求和低成本之間的矛盾，從整體看，其速度接近于主存的速度，其容量則接近于輔存的容量，而每位平均價(jià)格也接近于廉價(jià)的慢速的輔存平均價(jià)格。這種系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，就逐步形成了現(xiàn)在廣泛使用的虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。工作過(guò)程：為了解決存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量、存取速度及單位成本之間的50任何程序如果想要取得CPU控制權(quán)都必須要先被裝入內(nèi)存，也就是說(shuō)，要運(yùn)行一個(gè)程序，必須先將它裝入內(nèi)存。向存儲(chǔ)單元保存信息的操作稱作“寫”操作，向存儲(chǔ)單元獲取信息的操作稱作“讀”操作，“讀”、“寫”時(shí)一般都以字節(jié)為單位?！白x”操作不會(huì)影響存儲(chǔ)單元中的信息，“寫”操作將新的信息取代存儲(chǔ)單元中原有的信息。1.內(nèi)部存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)部件，用于存放被運(yùn)行的程序、程序所使用的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果等各種信息，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)中心。內(nèi)存（Memory）直接和運(yùn)算器、控制器交換信息。（1）超高速緩存Cache（2）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）：SRAM、DRAM（3）只讀存儲(chǔ)器（ROM）：掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM。任何程序如果想要取得CPU控制權(quán)都必須要先被51

2.外部存儲(chǔ)器磁存儲(chǔ)器：

硬磁盤、軟盤。一般1.44MB軟盤的磁道為雙面、每面有80個(gè)磁道，每個(gè)磁道為18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有512個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)容量為：2面×80磁道/面×18扇區(qū)/磁道×512字節(jié)/扇區(qū)=1.44MB

硬磁盤一般為80-300GB，7200轉(zhuǎn)/分。典型的硬盤接口有：IDE（PC機(jī)系統(tǒng)接口）、SCSI（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）、ESDI（增強(qiáng)型小型外設(shè)接口）、IPI（智能外設(shè)接口）。光存儲(chǔ)器：光盤，650MB。U盤：閃存，64MB、128MB、256MB、512MB、1GB。3.存儲(chǔ)器組織8086：16位，兩個(gè)存儲(chǔ)體，奇偶地址分開(kāi)。80386/486：四個(gè)存儲(chǔ)體，尾地址00、01、10、11地址分開(kāi)。2.外部存儲(chǔ)器524.存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)

存儲(chǔ)容量：是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的首要性能指標(biāo)，因?yàn)榇鎯?chǔ)容量越大，則系統(tǒng)能夠保存的信息量就越多，相應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)；存儲(chǔ)器的存取速度：直接決定了整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，因此，存取速度也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要的性能指標(biāo)；存儲(chǔ)器的成本：也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。

為了在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中兼顧以上三個(gè)方面的指標(biāo)，目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，由這三者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量接近輔存的容量，而其成本則接近廉價(jià)慢速的輔存平均價(jià)格。4.存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)

存儲(chǔ)容量：是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的首要性能指標(biāo)，53三、輸入/輸出接口電路

輸入/輸出接口電路也稱為I/O（Input/Output）電路，即通常所說(shuō)的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計(jì)算機(jī)外部設(shè)備交換信息的橋梁。主要用于CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、速度匹配、電平匹配等。只有通過(guò)輸入/輸出接口，外部設(shè)備才能從總線接收數(shù)據(jù)或者向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，才能從總線上接收控制信號(hào)或者發(fā)送控制和狀態(tài)信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，顯示器連接到總線上需要顯卡，音箱連接到總線上需要聲卡，鍵盤連接到總線上需要鍵盤接口（現(xiàn)在的鍵盤接口是固化到主板上了，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單）。主要接口芯片有：鎖存器（273、373），數(shù)據(jù)緩沖器（244、245），可編程中斷控制器8259A，可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253，可編程并行接口（8255、8155），可編程串行接口8251，DMA控制器8237A，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（ADC0809、ICL7135），模數(shù)轉(zhuǎn)換器（DAC0832）等。三、輸入/輸出接口電路54四、總線

連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他主要功能部件的橋梁，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信息輸送的樞紐，只有通過(guò)總線，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部件才能實(shí)現(xiàn)相互通信?？偩€標(biāo)準(zhǔn)：

物理特性：根數(shù)、插頭、插座的形狀、引腳排列；

功能特性：每根線的功能；電器特性：每根線上信號(hào)的傳送方向及電平規(guī)定；時(shí)間特性：時(shí)序，每根線上信號(hào)何時(shí)有效。

四、總線連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中其他主要功能55總線的分類：（1）內(nèi)部總線：微處理器內(nèi)部各個(gè)器件之間傳送信息的通路。（2）元件級(jí)總線：連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連各主要部件的總線。可分為：數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）：用于CPU與主存儲(chǔ)器、CPU與I/O設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。地址總線AB（AddressBus）：用于CPU訪問(wèn)主存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備時(shí)，傳送相關(guān)的地址?？刂瓶偩€CB（ControlBus）：用于傳送CPU對(duì)主存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的控制信號(hào)。（3）系統(tǒng)總線：微處理機(jī)機(jī)箱內(nèi)的底板總線?？煞譃椋篒SA、EISA、VESA局部總線、PCI局部總線等。（4）外部總線：微機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與外設(shè)之間的總線。常用的有：USB、EIARS-232、IEEE-488、1394、RS485等?？偩€的分類：56總線的結(jié)構(gòu)：（1）單總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)器和I/O接口均掛在單總線上。P12圖1-7（2）面向CPU的雙總線結(jié)構(gòu)在CPU和主存儲(chǔ)器之間，CPU和I/O設(shè)備之間分別設(shè)置一組總線。P13圖1-8（3）面向主存儲(chǔ)器的雙總線結(jié)構(gòu)所有的部件和設(shè)備均掛在總線上，可以通過(guò)總線交換信息；同時(shí)，又在CPU和主存儲(chǔ)器之間增加了一組高速存儲(chǔ)總線。使CPU與主存儲(chǔ)器之間可直接高速交換信息。P13圖1-9總線的結(jié)構(gòu)：57五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)有主頻、字長(zhǎng)、內(nèi)存容量、存取周期、運(yùn)算速度及其他指標(biāo)。1.位（Bit）：這是計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元（1位二進(jìn)制數(shù)）。2.字長(zhǎng)：是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長(zhǎng)決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度。

3.字節(jié)（Byte）：是計(jì)算機(jī)中通用的基本單元，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。4.字：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。5.主頻（時(shí)鐘頻率）：是指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率。單位MHz。微機(jī)的運(yùn)行速度與主頻有關(guān)。6.訪存空間：是微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)所能訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元數(shù)。7.內(nèi)存容量：是指內(nèi)部存儲(chǔ)器中能存儲(chǔ)的信息總字節(jié)數(shù)。以字節(jié)（Byte）為單位。8.指令數(shù)：構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的操作命令數(shù)。五、計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)有589.基本指令執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間。10.存取周期：主存儲(chǔ)器完成一次“讀”或“寫”操作所需的時(shí)間稱為存儲(chǔ)器的存取周期（或讀/寫時(shí)間）。單位為納秒（ns,1ns=10-9s）。存取周期越短，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度就越快。11.運(yùn)算速度：運(yùn)算速度微機(jī)每秒所能執(zhí)行的指令數(shù)。這是個(gè)綜合性的指標(biāo)，單位為MIPS（百萬(wàn)條指令/秒）。影響運(yùn)算速度的因素，主要是主頻和存取周期，字長(zhǎng)和存儲(chǔ)容量也有影響。12.可靠性：指計(jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。（平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF）。13.兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。（包括數(shù)據(jù)和文件的兼容、程序兼容、系統(tǒng)兼容和設(shè)備兼容）14.性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品性能優(yōu)劣的綜合性指標(biāo)。

15.其他指標(biāo)：機(jī)器允許配置的外部設(shè)備的最大數(shù)、目計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的漢字處理能力、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)功能等。9.基本指令執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間。591.3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式一、計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制

計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制是由計(jì)算機(jī)電路所使用的元器件性質(zhì)決定的。計(jì)算機(jī)中采用了具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的二值電路，二值電路只能表示兩個(gè)數(shù)碼：0和1，用低電位表示數(shù)碼“0”，高電位表示數(shù)碼“1”。

二進(jìn)制特點(diǎn)：在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、電路實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。二、進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.進(jìn)位計(jì)數(shù)制：

進(jìn)位計(jì)數(shù)制是人們利用符號(hào)來(lái)計(jì)數(shù)的方法。一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制包含一組數(shù)碼符號(hào)和兩個(gè)基本因素。

（1）數(shù)碼：用不同的數(shù)字符號(hào)來(lái)表示一種數(shù)制的數(shù)值，這些數(shù)字符號(hào)稱為“數(shù)碼”。

（2）基：數(shù)制所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)稱為“基”。

（3）權(quán)：某數(shù)制每一位所具有的值稱為“權(quán)”。1.3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式一、計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制602.常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制

（1）十進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……8、9

基數(shù)：10逢10進(jìn)1

位權(quán)：10i(i=……-2,-1,0,1,2,……)

（2）二進(jìn)制

數(shù)碼：0、1

基數(shù)：2逢2進(jìn)1

位權(quán)：2i(i=……-2,-1,0,1,2,……)

（3）八進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……6、7

基數(shù)：8逢8進(jìn)1

位權(quán)：8i(i=……-2,-1,0,1,2,……)

（4）十六進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……8、9、A、B、C、D、E、F

基數(shù)：16逢16進(jìn)1

位權(quán)：16i(i=……-2,-1,0,1,2,……)2.常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制

（1）十進(jìn)制

數(shù)碼：0、1、……8、9613.書寫格式：

二進(jìn)制：

10110.011B或（10110.011）2

八進(jìn)制：

375.4O或（375.4）8

十進(jìn)制：

36.82或36.82D或（36.82）10

十六進(jìn)制：DA01H或（DA01）16三、進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

1.二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法：按權(quán)展開(kāi)法。

把一個(gè)任意R進(jìn)制數(shù)bnbn-1...b1b0b-1b-2...b-m

轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，其轉(zhuǎn)換后十進(jìn)制數(shù)結(jié)果為每一位數(shù)字與其位權(quán)之積的和。

bn×Rn+bn-1×Rn-1+…+b1×R1+b0×R0+b-1×R-1+b-2×R-2+…+b-m×R-m3.書寫格式：

二進(jìn)制：10110.011B或（1011622.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成R進(jìn)制

整數(shù)部分：除以R取余數(shù)，直到商為0，得到的余數(shù)即為二進(jìn)數(shù)各位的數(shù)碼，余數(shù)從右到左排列（從下到上）。

小數(shù)部分：乘以R取整數(shù)，得到的整數(shù)即為二進(jìn)數(shù)各位的數(shù)碼，整數(shù)從左到右排列（從上到下）。

3.八進(jìn)制和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制

每一位八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為三位二進(jìn)制數(shù)，逐位展開(kāi)。不夠位在前面補(bǔ)“0”。

每一位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為四位二進(jìn)制數(shù)，逐位展開(kāi)。不夠位在前面補(bǔ)“0”。4.八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)化

十六----二----八：將十六進(jìn)制先轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別整數(shù)向左、小數(shù)向右每三位組成一組，不足三位在前面補(bǔ)“0”。

八----二----十六：將八進(jìn)制先轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始分別整數(shù)向左、小數(shù)向右向每四位組成一組，不足四位補(bǔ)零。2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成R進(jìn)制

整數(shù)部分：除以R取余數(shù)63四、進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

1.算術(shù)運(yùn)算

加法：0+0=0,0+1=1+0=1,1+1=0（有進(jìn)位）

減法：0-0=1-1=0,1-0=1,0-1=1（向高位借位）

乘法：0×0=1×0=0×1=0,1×1=1

除法：0÷1=0,1÷1=1

2.邏輯運(yùn)算

或∨：0∨0=0,0∨1=1∨0=1∨1=1

與∧：0∧0=0∧1=1∧0=0,1∧1=1

非：=1=0

異或⊕：0⊕0=1⊕1=0,0⊕1=1⊕0=1四、進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

1.算術(shù)運(yùn)算

加法：0+0=0,064

五、數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示----碼制

1.原碼

符號(hào)位：在最高位?！?”----正數(shù)，用“1”----負(fù)數(shù)。

數(shù)值