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第一章微型计算机基础概论一、微型计算机系统1、微型计算机的发展(1)1946年第一台计算机问世,经历电子计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成、超大规模集成电路计算机5代2、微型计算机的工作过程(1)冯诺依曼计算机:存储程序,由控制器、运算器、存储器、输入输出设备组成(2)工作过程:每一条指令都包含取指令、执行指令两个基本过程3、微机系统的组成(1)硬件系统1)微处理器(中央处理器/cpu)2)运算器3)控制器4)寄存器组5)存储器6)输入输出接口设备7)总线4、软件系统(1)分类:系统软件、应用软件二、计算机的数制和编码1、特殊的数制转换:(1)十进制转换为二进制:1)整数:除2取余,至商为0,从低到高排列2)小数:乘2取整,达到精度,从高到低排列(2)十进制转换为十六进制1)整数:除16取余2)小数:乘16取整2、计算机中的二进制数表示(1)定点小数:小数点准确固定在数据某个位置上,最高位表示符号,后面是小数数值部分(2)纯小数:没有符号位,表示同上(3)整数:小数点在最低位右边,可设置符号位(4)浮点小数:小数点位置可以左右移动,设置有阶码符号位,尾数符号位,固定阶码位数、尾数位数,尾数部分规格化用纯小数表示,可通过修改阶码移动小数点位置规格化。浮点数表数范围:阶码决定,浮点数精度:尾数决定3、二进制编码(1)BCD码:4位2进制数表示十进制的0--9十个数,如8421BCD码)(00110001.10010011BCD表示十进制数93.31,该编码逢十进一,最大只能表示数字9(2)BCD码---二进制数:先转为十进制数,再转换(3)BCD码的存储方式:字节方式存储,压缩BCD码用一个字节(8位)存两个BCD码十进制数,非压缩BCD码用一个字节(8位)存放一个4位的十进制数,如:B100001108610)((压缩BCD码)B00011000001000008610)((非压缩BCD码)4、字符编码:ASCII码(1)奇检验:8位二进制数1的个数为奇数(2)偶检验:8位二进制数1的个数为偶数三、无符号二进制数的算术运算和逻辑运算1、二进制数的算术运算:1)加法运算:逢二加一,有溢出2)减法运算:有借位3)乘法运算:乘1照写,乘0为0,算术左移4)除法运算:算术右移2、表数范围:0----2n-1(n位)四、有符号数二进制数的表示及运算1、有符号数的表示方法:原码、反码、补码2、十进制数与补码转换:(1)正数:原码(2)负数:按位取反加13、补码运算:(1)加法:][][]Y[YXX补补补(2)减法:]-[][[Y]][][-YXXYX补补补补补4、表数范围(8位、16位):8位:(1)原码:11111111B----01111111B(-127--+127)(2)反码:10000000B----01111111B(-127--+127)(3)补码:10000000B----01111111B(-128--+127)16位:(1)原码:FFFFH----7FFFH(-32767--+32767)(2)反码:8000H----7FFFH(-32767--+32767)(3)补码:8000H----7FFFH(-32768--+32767)5、溢出判断:次高位向最高位有进位(借位),最高位向上无进位(借位),超出表数范围但无进位,溢出;次高位向最高位无进位(借位),最高位向上有进位(借位),溢出第二章微处理器与总线一、微处理器概述1、运算器(1)组成:算术逻辑单元ALU、通用或专用寄存器组、内部总线(2)类型:单总线、双总线、三总线运算器2、控制器:(1)基本功能:指令控制、时序控制、操作控制(2)组成:程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、时序控制部件、微操作控制部件(核心)二、8088/8086微处理器1、数据总线宽度:8088有8位,8086有16位,两者指令系统完全相同,都有40根外部引线2、8088/8086CPU的特点(1)指令流水线(2)内存分段管理(3)支持多处理器系统3、8088CPU的外部引脚及其功能(page40)4、8088/8086CPU的功能结构(1)内部结构:1)执行单元EU:执行指令、分析指令、暂存中间结果、保留结果1--算术逻辑运算单元2--通用寄存器组3--标志寄存器4--数据暂存器2)总线接口单元BIU:负责CPU与存储器、I/O接口之间信息传送1--地址加法器2--段寄存器3--IP寄存器4--指令队列缓冲寄存器5--总线控制逻辑5、8088/8086CPU的内部寄存器(1)寄存器分类:14个16位寄存器1)通用寄存器:AX(累加器)、BX(基址寄存器)、CX(计数寄存器)、DX(数据寄存器)2)地址指针寄存器:SP(堆栈指针寄存器)、BP(基址指针寄存器)3)段寄存器:CS(代码段寄存器)、SS(堆栈段寄存器)、DS(数据段寄存器)、ES(附加段寄存器)4)控制寄存器:IP(指令指针寄存器)、FLAGS(标志寄存器)6、8088/8086CPU的存储器组织(1)物理地址与逻辑地址:20条地址线,可寻址内存2^20=1MB1)物理地址:任何一个内存单元都有20位2)逻辑地址:段基地址和段内偏移地址物理地址=段基址×16+段内偏移(段基地址右移一位)3A00H:0083H——————3A083H(2)段寄存器的使用(page47)7、8088/8086CPU的工作时序(1)8080总线周期不管读写,至少4个时钟周期三、80386微处理器1、80386微处理器的主要特性:(1)全32位结构(2)32位外部总线接口,最大传输率32MB/S(3)片内集成存储器管理部件MMU,支持虚拟存储和特权保护(4)3种工作方式:实地址方式、保护方式、虚拟8086方式2、80386的内部结构(1)组成:1)总线接口部件(BIU)2)中央处理部件(CPU):包括指令预取单元(IPU)、指令译码单元(IDU)、执行单元(EU)3)存储管理部件(MMU):分段部件、分页机构3、80386的主要引脚信号(page53)4、80386的内部寄存器(1)通用寄存器(2)指令指针和标志寄存器(3)段寄存器(4)控制寄存器(5)系统地址寄存器(6)调试寄存器(7)测试寄存器5、80386的工作模式(1)实地址模式(2)保护虚地址模式四、总线1、概述:(1)总线的概念:一组信号的集合,是计算机系统各部件之间传输地址、数据和控制信息的公共通路(2)总线的分类:1--按传送信息类型划分:数据总线(DB)、地址总线(AB)、控制总线(CB)2--按总线的层次结构划分:前端总线、系统总线、外设总线(3)总线结构:1--单总线结构2--多总线结构(4)总线操作:1--工作方式:主控方式、从属方式2--总线周期步骤:总线请求、总线仲裁、寻址、传送数据、传送结束(5)总线主要性能指标:1--总线带宽2--总线位宽3--总线工作频率(6)总线的基本功能:1--总线数据传送:同步定时、异步定时、半同步定时方式2--总线仲裁控制:链式查询、计数器查询方式、独立请求方式3--出错处理4--总线驱动(7)常用系统总线和外设总线标准1)常用系统总线标准:ISA、MCA、PCI、MCA、EISA、AGP、PCI-E2)外设总线:USB、IEEE1394(FireWire)(8)8086系统总线(page87)第三章8086/8088指令系统一、概述1、指令分类:(1)数据传送类(2)算术运算类(3)逻辑运算和移位类(4)串操作类(5)控制转移类(6)处理器控制类2、指令的基本组成:(1)零操作数指令(2)单操作数指令(3)双操作数指令3、指令的操作数类型:(1)立即操作数(2)寄存器操作数(3)存储器操作数4、CISC和RISC指令系统(1)复杂指令系统计算机CISC1)优点:编译后生成的指令程序较小、执行较快、节省硬件资源、存取指令次数少、占用内存较少2)缺点:难以使用、控制逻辑不规整、工艺困难、执行时间较长、硬件复杂度高(2)精简指令系统计算机RISC1)优点:指令精简较少、运算速度较快、提高系统性能二、寻址方式1、8080/8086寻址方式分类:(1)寻找操作数的地址(2)寻找下一条要执行的指令的地址2、寻址方式:(1)立即寻址:movax,data(2)直接寻址:movax,[data](3)寄存器寻址:movsi,ax(4)寄存器间接寻址:movax,[si](5)寄存器相对寻址:movax,[bx+data](6)基址-变址寻址:movax,[bx+si](7)基址-变址-相对寻址:movax,[bx+si+data](8)隐含寻址:mulbl(al×bl——ax)三、8086指令系统1、通用数据传送指令:(1)一般传送指令MOV(2)堆栈操作指令PUSH、POP(3)交换指令XCHG:XCHGAX,BX(4)查表转换指令XLAT:将BX+AL所指单元的内容送至AL(5)字位扩展指令2、输入输出指令(1)输入指令IN:INAX,DATA(2)输出指令OUT:OUTDX,AL(3)取偏移地址指令LEA:LEABX,BUFFER3、算术运算指令:(1)加减指令:ADD、SUB、NEG、CMP(2)乘法指令:MUL、IMUL(3)除法指令:DIV、IDIV4、逻辑运算指令(1)逻辑与AND:ANDOPRD1,OPRD2(2)逻辑或OR:OROPRD1,OPRD2(3)逻辑非NOT:NOTAX(AX按位取反送AX)(4)逻辑异或XOR:XOROPRD1,PRD2(5)测试指令TEST:TESTAL,02H(page120)5、串操作指令(1)字符串:地址连续的若干单元字符或数据(2)重复操作前缀:REP(无条件重复)、REPE/REPZ(相等/结果为零重复)、REPNE/REPNZ(不相等/结果不为零重复)(3)串操作指令:1)MOVSOPRD1,OPRD22)MOVSB(一次送一个字节)3)MOVSW(一次送一个字)6、程序控制指令(1)无条件转移指令JMP(2)条件转移指令JCC(3)循环控制指令LOOP、LOOPZ(LOOPE)、LOOPNZ(LOOPNE)(循环条件CX≠0且ZF=0)(4)过程调用和返回CALL、RET(5)中断指令INT:INTN(中断向量码)第四章汇编语言程序设计一、汇编语言源程序1、机器语言:二进制码表示指令和数据的语言2、汇编语言:用指令助记符、符号地址、标号、和伪指令书写程序的语言3、伪指令:(1)数据定义伪指令:1)DB:字节类型2)DW:字类型3)DD:双字类型4)DQ:四字类型5)DT:十字节类型4、BIOS和DOS功能调用5、程序设计基础(此章节以汇编语言学习为主,可在专门语言学习书籍深究)第五章存储器系统一、概述1、存储系统的一般概念(1)常见存储器:内存、cache、磁盘、可移动磁盘、磁带、光盘等(2)微机中的存储器系统:1)现代微机存储系统分类:1--由cache和主存储器构成的cache存储系统,提高存储速度2--由主存储器和磁盘构成的虚拟存储器系统,提高存储容量2)两种存储系统的特点:1--cache存储系统的而管理完全由硬件实现,对设计人员透明(不可见)2--磁盘存储系统采用软硬件结合,设计虚拟地址空间,提供远大于主存储器的实地址空间(3)存储器系统的主要性能指标1)存储容量S2)存取时间T:命中率(H)=N2N1N1(N1:访问M1的次数,N2:访问M2的次数)存取时间(T)=H·T1+(1-H)·T2(T1、T2为M1、M2的存取时间,H为命中率)3)单位容量平均价格CC=212211SSSCSC(C表示价格,S表示容量)2、半导体存储器及其分类(1)外存储器、内存特点:内存的容量小、存取速度快、价格较高,外存储器反之;内存临时少量存放数据,外存永久大量存放;内存可与CPU直接交换数据,外存储器不可以(2)存储元:具有记忆功能的物理器件,用来存放二进制数据(3)半导体存储器分类:1)随机存储器RAM:(半导体MOS型
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