微型計算機原理及應用武漢科技大學機械自動化學院黃孝成Tel:138710076651使用教材《微型計算機系統(tǒng)原理及應用（第４版）》周明德清華大學出版社《微型計算機技術及應用（３）》

戴梅萼史嘉權清華出版《微型計算機技術及應用習題與實驗題集》

戴梅萼史嘉權清華大學出版《計算機硬件技術基礎習題集》

沈永林胡振山清華大學出版社2主要參考書目《計算機硬件技術基礎２版》張菊鵬清華大學出版社《IBM－PC匯編語言程序設計第２版》沈美明溫冬嬋清華大學出版社愛迪克16位微機實驗培訓系統(tǒng)實驗指導書上海航虹高科3主要輔導書目《微型計算機原理及應用輔導》李伯成 西安電子科技大學出版社《微型計算機原理常見題型解析及模擬題》武自芳西北工業(yè)大學《典型題解析與實戰(zhàn)模擬－微型計算機原理及應用》鄒逢興國防科技大學出版社《微機原理與接口技術考研指導》王玉良楊紫珊北京郵電大學出版社4學習方法正確認識《微機原理及應用》的用途、特點及其對專業(yè)知識的影響（采取網(wǎng)絡、電子郵件的方式向已畢業(yè)的師哥、師姐詢問）。正確估計課程的難度，提高學習興趣（至少維持到期末）；注重理解性記憶，加強軟件、硬件實驗鍛煉；充分利用網(wǎng)絡，提高自學能力；相互交流，共同提高。5本課程主要內容：（微機原理、匯編語言、接口技術）微機基礎知識8086/8088CPU結構及原理8086系列CPU的指令系統(tǒng)宏匯編語言程序設計存儲器接口串行、并行接口中斷技術、定時器技術模數(shù)、數(shù)模轉換技術其他知識（如286－PentiumＣＰＵ介紹、Win32匯編語言編程技術、調試技術等）《微機原理及應用》6講課學時共76學時其中講課60學時，實驗16學時。7什么是微機？微型計算機原理及應用？什么是計算機？什么是單片機？什么是嵌入式系統(tǒng)？8常見的微型機形式第〇章微機實物介紹9微機主板10ISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內存插槽CPU插槽IDE接口軟驅接口并口連接器串口連接器ROMBIOS鼠標鍵盤USB接口主板電源插座主板結構11550MHzIDE2PentiumIII北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機總線100MHz100MHzPCI總線33MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線8MHz內存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅軟驅鍵盤鼠標打印機MODEM66MHz顯卡1213見Intel最新芯片組９２５圖片及主板14Intel865Chipset1516FeaturesBenefits1066/800/533MHzSystemBusSupportsIntel?Pentium?Dprocessor,Intel?Pentium?4ProcessorwithHTTechnologyandallotherIntel?PentiumprocessorsandIntel?Celeron?processorsintheLGA775socket,withscalabilityforfutureprocessorinnovations.PCIExpress*x16InterfaceDeliversgreaterthan3.5timesthebandwidthoverthetraditionalAGP8Xinterfaceandsupportsthelatesthigh-performancegraphicscards.PCIExpress*x1InterfaceOffersupto3.5timesthebandwidthovertraditionalPCIarchitecture,deliveringfasteraccesstoperipheraldevicesandnetworking.Intel?GraphicsMediaAccelerator950Boostsgraphicsperformancetodeliverrichervisualcolorandpictureclaritywithouttheneedforadditionaldiscretegrahicscards.Intel?HighDefinition(HD)AudioIntegratedaudiosupportenablespremiumhometheatersoundanddeliversadvancedfeaturessuchasmultipleaudiostreamsandjackre-tasking.TheDolby*PCEntertainmentExperience1isavailableexclusivelyonsystemswithIntelHighDefinitionAudio.Intel?MatrixStorageTechnologyProvidesprotectionagainstdatalossfromaharddrivefailure,andquickeraccesstodigitalphoto,video,andmusicfilesbysupportingNCQaswellasRAID0,1,5,and10.MatrixRAIDenablestwoRAIDlevelstobecombinedfordatalossprotectionplusperformance.Intel?ActiveManagementTechnologyEnablesremote,down-the-wiremanagementofout-of-bandnetworkedsystemsregardlessofsystemstate.HelpstoimproveITefficiency,assetmanagementandsystemsecurityandavailability.SerialATA*(SATA)3Gb/sHigh-speedstorageinterfacesupportsfastertransferrateforimproveddataaccess.Dual-channelDDR2MemorySupportUpto10.7GB/sofbandwithand4GBmemoryaddressabilityforfastersystemresponsivenessandsupportfor64-bitcomputing.Intel?FlexMemoryTechnologyGivesusersamoreflexiblememoryupgradeoptionbyallowingdifferentmemorysizestobeinstalledwhilemaintainingdual-channelmode/performance.IntelSerialDigitalVideoOutput(SDVO)portsDualSDVOportsofferincreaseddisplayflexibility(digitalCRTorTV)throughtheexistingPCIExpress*x16connectorusingintegratedgraphicsandthirdpartymanufacturedadd-incards.17D875PBZ主板特性FeaturesD875PBZProcessorPentium?4ChipsetIntel?875PFormFactorATXMemoryDualChannelDDR400/3334DIMMsocketsAudioIntegratedFlex6-channelADI1885I/OSATA150andATA/100LANControllerIntel?PRO/1000CTPCIslots5USBPorts6USB2.0(2-F,4-B)18AvailableSpeeds：800MHzsystembus:3GHz

533MHzsystembus:3.06GHz,2.80GHz,2.66GHz,2.53GHz,2.40BGHz,2.26GHz

400MHzsystembus:2.60GHz,2.50GHz,2.40GHz,2.20GHz,2AGHzHyper-ThreadingTechnology：AvailableinsystemswiththeIntelPentium4ProcessorwithHTTechnologyChipset：800MHzsystembus:Intel?875Pchipset

533/400MHzsystembus:Intel?850chipsetfamily,850E,845PE,845GE,845GV,845Eand845Gchipsets

400MHzsystembus:Intel?845GLand845chipsetsIntel?DesktopBoards：CompatiblewiththeIntelPentium4ProcessorIntel?NetBurst?Microarchitecture：800,533or400MHzsystembusHyper-pipelinedtechnologyRapidexecutionengineExecutiontracecacheAdvancedtransfercacheAdvanceddynamicexecutionEnhancedfloatingpoint/multimediaStreamingSIMD

(單指令多數(shù)據(jù))2處理器Processor19處理器ProcessorAMD公司AMD公司原來一直以生產(chǎn)Intel兼容芯片為主，從286到486及K5這四代芯片的生產(chǎn)，均未對Intel構成威脅。為爭奪市場主動權，97年AMD收購了CPU技術先進的NexGen公司。由此一改以往模仿Intel設計的做法，完全自行設計芯片，并于97年4月宣布推出第六代微處理器K6，以后又推出了K6-Ⅱ、K6-Ⅲ及K7微處理器，并獲成功。2021Cyrix公司Cyrix也是全球三大CPU生產(chǎn)廠家之一。主要有

：Cyrix6x86、6x86LCyrix6x86MX、MIICyrixMeidaGX其他公司處理器處理器Processor22IDT公司IDTWinchip系列包括WinchipC6.WinchipC6-2等。Rise公司mP6處理器其他公司處理器處理器Processor23主機內存24存儲系統(tǒng)硬盤軟盤光盤驅動器25顯卡與顯示器顯卡是主機與顯示器之間的接口，主要負責接收CPU送來的信號，轉換后向顯示器發(fā)送視頻和同步信號。26顯示器類型球面屏幕平面直角屏幕柱面屏幕真正平面屏幕LCD液晶顯示器顯卡與顯示器27顯示器的性能指標1.尺寸2.屏幕的類型3.點距點距是同一像素中兩個顏色相近的磷光體間的距離。點距越小，顯示出來的圖像越細膩。一般在022mm-0.28mm。4.刷新頻率就是屏幕刷新的速度。刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動的就越厲害，眼睛疲勞得就越快。最低70Hz。顯卡與顯示器285.帶寬可接受帶寬＝水平像素×垂直像素×刷新頻率×額外開銷(一般為1.5)。6.顯示器的色彩還原彩色是光的一種屬性,由于熒光粉光譜不同，顯示器廠商總是選擇最能發(fā)揮自身優(yōu)勢的色溫標準7.調節(jié)方式數(shù)控式顯示器內部帶有專用的微處理器，能夠記憶顯示模式。8.輻射和環(huán)保標準

MPR-II、TCO、EPA美國環(huán)保局能源之星。顯示器的性能指標顯卡與顯示器29其它設備網(wǎng)卡聲卡和音箱機箱鼠標鍵盤手寫筆30第一章微型計算機概述§1.1微型機的特點和發(fā)展§1.2微型機基本組成和工作原理§1.3有關術語§1.4微型機的分類§1.5微處理器、微型計算機和微機系統(tǒng)§1.6計算機當中的數(shù)和編碼系統(tǒng)§1.7微型計算機的應用31§1.1微型機的特點和發(fā)展體積小，重量輕，耗電小可靠性高，結構靈活，價格低研制周期短，產(chǎn)品系列化，便于選購應用面廣：科學計算，數(shù)據(jù)處理，事務管理，教學培訓計算輔助設計和制造，家庭娛樂，網(wǎng)絡通信微機特點32速度相對低功能相對低在字長位數(shù)，內存容量，尋址方式，指令條數(shù)，中斷級別，及內部寄存器數(shù)量等方面都不如大型機。與相應時期的大型機比較33計算機發(fā)展簡史根據(jù)使用的基本電子器件，計算機經(jīng)歷了四個階段：電子管計算機(1946—1956)晶體管計算機(1957—1964) 集成電路計算機(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計算機(1971—至今)

用機器語言、匯編語言編寫程用于軍事和國防尖端技術 開始使用高級語言開始用于工程技術、數(shù)據(jù)處理和其它科學領域采用微程序、流水線等技術，提高運行速度出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件采用半導體存儲器采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設更加豐富主要特點34

IBMPC機的發(fā)展簡史名稱推出年代采用CPU特點IBMPC19818088

準16位微機

內存尋址1MBDOS操作系統(tǒng)IBMPC/XT19838088

比IBMPC多一個10MB硬盤IBMPC/AT198480286

內存尋址增至16MB

具有虛擬存儲器功能

Windows操作系統(tǒng)386機486機PentiumPentiumIIPentiumIII198619901993199719998038680486PentiumPentiumIIPentiumIII

內存容量更大32MB、64MB

支持虛擬8086模式

可執(zhí)行多任務

支持多媒體、網(wǎng)絡技術Pentium4

2000

PentiumIVSSE2指令集超管線技術35研制高速度、強功能的巨型機和大型機適應軍事和尖端科學的需要。研制價格低廉的超小型機和微型機開拓應用領域和占領更廣大的市場。

微型計算機是第四代計算機的典型代表。計算機的兩個方向發(fā)展36§1.2微型機基本組成和工作原理按性能可分為：巨型機，大型機，中型機，小型機，微機現(xiàn)代計算機的結構基礎：存儲程序控制結構1945年，美籍匈牙利數(shù)學家JohnVonNeumann提出,諾依曼計算機ENIAC(1946)掌上電腦(2000)37諾依曼計算機的工作原理可概述為：“存儲程序”+“程序控制”要點：1．以二進制表示數(shù)據(jù)和指令(程序)2.先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)行輸入設備控制器輸出設備

CPU

存儲器運算器ALU微型機工作原理38存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU微機的硬件由CPU、存儲器、輸入/輸出設備構成；輸入/輸出設備通過輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

(輸入/輸出接口簡稱I/O接口)各部件通過總線連接。構成部件簡介1)構成部件

;2)工作過程39(1)總線總線是連接多個功能部件的一組公共信號線微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸總線BUS存儲器I/O接口輸入設備I/O接口輸出設備CPU1)微機構成部件40ISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內存插槽CPU插槽IDE接口軟驅接口并口連接器串口連接器ROMBIOS鼠標鍵盤USB接口主板電源插座41550MHzIDE2PentiumIII北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機總線100MHz100MHzPCI總線33MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線8MHz內存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅軟驅鍵盤鼠標打印機MODEM66MHz顯卡42按信號的作用，總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU43地址總線AB(AddressBus)：單向用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU44地址總線的條數(shù)決定CPU的尋址能力。10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→232

22

×2304G36根→

23626

×23064G45數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)：雙向用來在CPU與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU46數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。

8根→一次傳送8位16根→一次傳送16位32根→一次傳送32位64根→一次傳送64位47控制總線CB(ControlBus)：用于傳送各種控制信號。存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU

有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號；有的是發(fā)向CPU，如外設向CPU發(fā)出的中斷申請信號。48(2)中央處理器CPU

計算機的核心部件用來實現(xiàn)指令的自動裝入和自動執(zhí)行，實現(xiàn)計算機本身的自動化。存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU49CPU結構示意圖地址信號標志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP數(shù)據(jù)信號控制信號ALUALU控制器50DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器總線接口控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組BIUABDBCB地址加法器指令隊列PSW標志寄存器EU運算器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器總線接口控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組ABDBCB地址加法器指令隊列PSW標志寄存器運算器8088編程結構51(3)內存內存是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內存單元等構成。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內存結構示意圖52(4)外設和輸入/輸出接口（I/O接口）外設的電信號、運行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過I/O接口與CPU相連。存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU53鍵盤→鍵盤接口顯示器→顯示卡鼠標→串行接口網(wǎng)絡→網(wǎng)卡

打印機→并行接口音箱、麥可風→聲卡IDE2PentiumIII北橋440BX南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI插槽ISA插槽內存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅軟驅鍵盤鼠標打印機MODEM顯卡54I/O接口結構示意圖CPU通過對I/O端口進行讀/寫操作，實現(xiàn)對外設的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設ABDBCBCPU552）微機的工作過程計算機的工作原理是：“存儲程序”+“程序控制”CPU總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP56

取指令執(zhí)行指令微機的工作過程分兩階段：57取指令階段（CPU讀內存操作）：地址經(jīng)地址寄存器→地址總線→地址譯碼器,選中指令所在的內存單元

CPU發(fā)出內存讀控制信號指令從內存→數(shù)據(jù)總線→數(shù)據(jù)暫存器→指令寄存器指令譯碼器對指令進行譯碼由IP給出指令在內存的地址標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP58執(zhí)行指令階段：經(jīng)譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號去執(zhí)行。CPU總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP59不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過程不同。CPU可執(zhí)行的操作通常有數(shù)據(jù)傳送、算術邏輯運算等等。當一條指令需要從內存或I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時，CPU在執(zhí)行階段，需對指令指定的內存單元或I/O端口進行讀/寫操作。60例

指令1：將寄存器R1與R3的內容相加，結果存在R3中。

指令1在CPU內部即可完成CPU總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP61例

指令2：將內存中的數(shù)據(jù)2送至CPU的寄存器R2中指令2的執(zhí)行階段包括一個到內存取數(shù)(即讀內存)的過程。CPU總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP62例

指令3：將寄存器R3的內容送至數(shù)據(jù)3的內存單元中指令3的執(zhí)行階段包括一個向內存存數(shù)(即寫內存)的過程。CPU總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP63當一條指令取走后，指令指針寄存器會被修改成下一條要執(zhí)行指令的地址，這樣，當一條指令執(zhí)行后，又進入取指令階段，如此不斷的重復。CPU總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP64取指令→執(zhí)行指令→取指令→執(zhí)行指令

……微機的工作過程：651.位(bit)2.字節(jié)(Byte)3.字和字長(word)4.位編號5.指令、指令系統(tǒng)和程序6.寄存器7.譯碼器§1.3有關術語661.

位(bit)

指計算機能表示的最基本最小的單位在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”2.字節(jié)(Byte)

相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)1Byte=8bit

如：1100001101010111673．字和字長

字長是每一個字所包含的二進制位數(shù)。常與CPU內部的寄存器、運算裝置、總線寬度一致字是CPU內部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。68例某CPU內含8位運算器，則：參加運算的數(shù)及結果均以

8位

表示,最高位產(chǎn)生的進位或借位在8位運算器中不保存，而將其保存到標志寄存器中10110101被加數(shù)8位

+10001111加數(shù)8位進位1

11111101000100和8位PSW標志寄存器運算器標志寄存器運算器被加數(shù)加數(shù)和進位69字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。不同類型的CPU有不同的字長。如:Intel4004是4位

8080是8位

8088/8086/80286是16位

80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加數(shù)

+11000011110000110001010101011000加數(shù)進位

11111111111101110000001010001010110110011011和

4位8次8位4次16位2次32位1次70位1或01位字節(jié)110000118位字110000110011110016位雙字1100001100111100110000110011110032位高字節(jié)低字節(jié)高字低字把一個字定為16位，1Word=2Byte

一個雙字定為32位

1DWord=2Word=4Byte714.位編號為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。從低位開始，從右到左依次為0、1、2．．．←編號7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字節(jié)數(shù)據(jù)Data地址Address72D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的編號為15~0雙字的編號依此類推，為31~073

5.

指令、指令系統(tǒng)和程序一個CPU能執(zhí)行什么操作，是工程人員設計和制造好的，是固定的，用戶不能改變。指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等指令系統(tǒng)是CPU所能執(zhí)行的全部操作。不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。程序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。構成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放，要破壞這種順序性，必須由轉移指令操作。

746．寄存器

寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件。根據(jù)存放信息的不同，有指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。標志寄存器地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB指令寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IPCPU結構示意圖757．譯碼器譯碼器是將輸入代碼轉換成相應輸出信號的邏輯電路。指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作;CPU的設計者對CPU的所有指令進行編碼;用戶用編碼形式的指令進行編程，程序存放在內存中;CPU從內存取來編碼形式的指令,對指令進行譯碼，發(fā)出執(zhí)行該指令功能所需的信號76CPU

總線內存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP根據(jù)譯碼內容的不同，可分為：指令譯碼器:將指令代碼轉換成該指令所需的各種控制信號。地址譯碼器:將地址信號轉換成各地址單元相應的選通信號。77按構成分類按CPU的字長分類按主機裝置分類§1.4微型計算機的分類781)

按構成分類單片機、單板機、多板機

單片機將CPU、內存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上，構成具備基本功能的計算機，稱單片機。特點：超小型、高可靠性、價廉應用：智能儀表、工業(yè)實時控制、家用電器等產(chǎn)品：Intel的8051、8096/8098系列

Motorola的6801、6805系列

Hitachi(日立)的H8S、SH系列79單板機將CPU、內存、I/O接口及其它輔助電路全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機。特點：結構簡單、價廉應用：過程控制、數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品：TP-801以Z80CPU為核心的單板機

80

多板機把CPU、內存、I/O接口芯片裝在多塊電路板上，各印刷板插在主機板的總線插槽上，通過系統(tǒng)總線連接起來，構成多板機。特點：見前面微型計算機的特點產(chǎn)品：IBMPC/XT、486機、Pentium機等90年代以來各院?！拔C原理”和計算機硬件的實驗機812)按CPU的字長分類CPU的性能可以用兩個主要參數(shù)來描述：速度：用CPU的工作頻率表示，單位MHzCPU內部寄存器寬度：寄存器的位數(shù)寬度：外部數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)線的根數(shù)地址總線寬度：地址線的根數(shù)按CPU的字長，微機可分為：

4位機、8位機、16位機、32位機CPU內部的寄存器寬度可用字長描述82以Intel公司生產(chǎn)的80x86為例：

2000Pentium4

PentiumIVSSE2指令集超管線技術83IntelPentium4處理器843)按主機裝置分類桌上型：臺式電腦 便攜型：筆記本、掌上電腦等85

§1.5微處理器、微型計算機和微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)微處理器微型計算機86微機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：DOS、Windows95/98/2000/xp應用軟件：WPS、Word、Photoshop微處理器CPU

存儲器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)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87微處理器即CPU功能：算術與邏輯運算保存少量數(shù)據(jù)對指令譯碼及執(zhí)行相應操作能與存儲器、外設交換數(shù)據(jù)提供系統(tǒng)定時及控制響應中斷請求88構成：算術邏輯部件累加器和通用寄存器程序計數(shù)器、指令寄存器、譯碼器時序控制部件微處理器89微型計算機的基本結構存儲器I/O接口輸入設備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設備CPU90§1.6計算機當中的數(shù)和編碼系統(tǒng)進位計數(shù)制及其表示方法數(shù)制之間的轉換字和各種字符的編碼小結91（一）、進位計數(shù)制及其要素：

進位計數(shù)制：按進位原則進行計數(shù)的方法。例：十進制數(shù)有: 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十種狀態(tài)。我們說：十進制數(shù)基數(shù)10，變化范圍0~（10-1）,

逢十進一?？匆粋€十進制數(shù)： 4094 每一位十種數(shù)碼的狀態(tài)(0~9) 千百十個 本位絕對值的大小=數(shù)×位權 103102101100如：千位=4×103=4000進位計數(shù)制及其表示方法92十進制數(shù)有二個要素：

1.基數(shù)：十 每一位0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1

（逢十進一）。

2.位權：10i

某一位數(shù)絕對值大小=數(shù)×位權.

二個要素:適用于二、八、十六進制。

二進制數(shù)：基數(shù)2位權2i

八進制數(shù)：基數(shù)8位權8i

十六進制數(shù):基數(shù)16位權16i93（二）、進位計數(shù)制的表示方法：1234．56=1103+2102+3101+4100+510-1+610-2推廣到一般形式（任意十進制）：

N=±[kn

10n+kn-1

10n-1+……+k0

100

+k-1

10-1+……+k-m

10-m] =±[ki

10i] (i=-m~n)任何某一位數(shù)大小=ki

10i對于任意進制:

N=±[kiRi] (i=-m~n) R—基數(shù)，逢R進一.Ri—位權94例如：二進制數(shù)B=10011101 B=127+124+123+122+120=（157）10

在計算機里進行運算和處理均是按二進制數(shù)處理的。而二進制數(shù)寫起來麻煩;書寫時又以八進制或十六進制表示；日常生活中又常用十進制，因此就有：二

十 八

十 二

八數(shù)制之間轉換問題 十六

十 二 十六95（一）、十二整數(shù)十→二（除2取余法，降冪法）（1）除2取余法（217）10=kn

2n+kn-1

2n-1+……k1

21+k0

20 =2(kn

2n-1+kn-1

2n-2+……+k1

20)+k02(kn

2n-1+kn-1

2n-2+……+k1

20)是2的倍數(shù)，

k0

是余數(shù).數(shù)制之間的轉換96（217）10÷2----得到余數(shù)k0

/2

整數(shù)商

余數(shù)：按照相反的方向寫下來。

/2/2/2/2/2/2/2/2217

1085427136310----商

10011011－－余數(shù)(217) 10=（11011001）2書寫方向97結論：整數(shù)除2取余，直到商為0為止， 讀數(shù)由后向前。適用于數(shù)值比較小的情況。（2）降冪法:計算（217）10=（11011001）2權值：

2102928272625242322212010245122561286432168421 217-27=89 a7=1

，9-23=1

a3=189-26=25 a6=1

，a2=0

a5=0

，a1=0 25-24=9 a4=1

，1-20=0a0=198小數(shù)十→二:乘2取整方法：對十進制數(shù)逐次乘2， 小數(shù)點前邊系數(shù)為系數(shù)ki。

即乘2取整法，位數(shù)取決于要求精度。如：

(0.613)10

2=1.226k-1=1(0.226)10

2=0.452k-2=0(0.452)10

2=0.904k-3=0(0.904)10

2=1.808k-4=1（0.1001）2=（0.5625）10(0.808)10

2=1.616k-5=1（0.10011）2=（0.609375）10(0.616)10

2=1.232k-6=1(0.613)10=(0.1001)2k-7=099

3. 二→十同樣可以用公式進行（0.1001）2=1

2-1+1

2-4=0.5+0.0625=（0.5625）10（0.10011）2=1

2-1+1

2-4+1

2-5+1

2-6

=（0.609375）10看一下常用的幾種數(shù)制寫法：八位二進制數(shù)100

十進制二進制八進制十六進制BCD

00 0 0 0 1 01 1 1 1 2 10 2 2 10 3 11 3 3 11 4 100 4 4 100 5 101 5 5 101 6 110 6 6 110 7 111 7 7 111 8 1000 10

8 1000 9 1001 11 9 1001

10 1010 12 A

10000 11 1011 13 B 10001 12 1100 14 C 10010 13 1101 15 D 10011 14 1110 16 E 10100 15 1111 17 F 10101 16 10000 20 10 10110

。 。 。 11 。 。 。 。 12 。 。 。 。 。 。

(255)D 11111111B 377Q FFH

(10,0101,0101)BCD101（二）、 二八，二十六，二

BCD之間轉換

1、 二八二→

八：

以小數(shù)點為界向左向右三位一段，不夠補0，

三位二進制數(shù)用一位八進制數(shù)表示。例：（1，101，001.010，011，1）2

不夠補0

不夠補0（001101001.010011

100）2=（151.234）8八→二：

一位八進制數(shù)用三位二進制數(shù)表示.（151．234）8=（001101001.010011100）21022、二十六：

二→十六： 以小數(shù)點為界向左向右四位一段，不夠補0,

四位二進制數(shù)用一位十六進制數(shù)表示。例：（1101001.0100111）2→(69.4E)16 不夠補0

不夠補0 (0110,1001.0100,1110)2=(69.4E)16

十六→二：一位十六進制數(shù)用四位二進制數(shù)表示。例：(69.4E)16

=

(0110,1001.0100,1110)21033、 二

BCD BCD數(shù)：常用8421碼，每一位十進制數(shù)用四位二進制編碼表示。

1111B 9D 1001BCD

10D

00010000BCD

BCD碼與二進制數(shù)之間轉換沒有直接關系， 必須先轉換成十進制,然后轉換成二進制。例：1111111B=255D=0010,0101,0101BCD 0010,0101,0101BCD＝255D=11111111B104字和各種字符按照特定規(guī)則用二進制編碼在機器中表示。編碼有各種方式：目前規(guī)定在微型機中最普遍采用ASCⅡ碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美國標準信息交換碼。（一）二進制數(shù)的運算

(二）帶符號數(shù)的表示字和各種字符的編碼105ASCⅡ碼:

采用七位二進制編碼，可以表示128個字符。

bit7作奇偶校驗位，在機器中表示時，常認為“0”，用一個字長（8位）表示一個ASCⅡ字符。常用的ASCⅡ字符：

0—9 的ASCⅡ碼30H—39H A—Z的ASCⅡ碼41H—5AH a—z的ASCⅡ碼61H—7AH106（一）二進制數(shù)的運算（二）帶符號數(shù)的表示

1.機器數(shù)與真值

2.原碼

3.反碼

4.補碼107上面提到的是一種無符號數(shù)，機器數(shù)中會有正有負。符號怎么表示呢？通常數(shù)的最高位為符號位，對于字長8位機器數(shù)：

D7為符號位:0表示“+”，1表示“—”。符號數(shù)碼化了。

D6～D0為數(shù)字位。如:X=（01011011）2=+91X=（11011011）2=-91 連同符號位在一起作為一個數(shù)稱為機器數(shù)， 機器數(shù)的數(shù)值稱為的真值。如:N1=+1011011N2=-1011011為真值0101101111011011為機器數(shù)108

2.原碼： 正數(shù)符號位用“0”表示，負數(shù)符號用“1”表示， 這種表