微机原理及应用课件chap1-微机原理概述和数制

12课程目标微机原理是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术目的：建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。3教学内容第一章基础知识第二章微型计算机基础第三章8086/8088CPU的指令系统第四章汇编语言程序设计第五章存储器系统第六章输入输出第七章中断技术第八章常用接口电路4第1章微型计算机基础5主要内容：微型机的构成及工作原理8088/8086CPU的结构及工作原理系统总线各种常用记数制和编码以及它们相互间的转换；二进制数的算术运算和逻辑运算；符号数的表示及补码运算；二进制数运算中的溢出问题6§1.1微型机的基本结构掌握：微机系统的基本组成微型机的工作原理微机8088的存储器组织7§1.1概述电子计算机的发展：电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）电子计算机按其性能分类：大中型计算机/巨型计算机（MainframeComputer）小型计算机（Minicomputer）微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）微型计算机的核心：微处理器(中央处理器CPU)IntelCPU的发展见下页表8代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-2011-2四198519893280386804861-227.512012-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP40.60.60.35.25-.13.18-.135504507508503000133-200166-233233-450450-12001300-3000300七2002？64Itanium？0.08CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/时钟周期)30009一、微型计算机系统组成微型计算机系统的三个层次微处理器(Microprocessor)微型计算机(Microcomputer)微型计算机系统(MicrocomputerSystem)10微型计算机系统的三个层次微处理器存储器I/O接口总线硬件系统软件系统微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件11核心级——微处理器微处理器简称CPU，是计算机的核心，主要包括：运算器ALU控制器CU寄存器组RegistersCPU实现了运算功能和控制功能12硬件系统级——微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。13系统级以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。14二、微型计算机的基本结构微处理器（CPU）存储器输入/输出接口总线1.微型计算机的硬件系统15微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus16主机硬件系统——CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：ALU、CU、Registers（p29）例：Intel8088/8086、PIII、P4、CeleronAMDK7（Athlon、Duron）CPU的位数：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能处理的数据的位数17主机硬件系统——存储器存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、。。。）内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、…特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大18•有关内存储器的几个概念内存单元的地址和内容内存容量内存的操作内存的分类19内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。1011011038F04H内存单元地址内存单元内容......Bit7654321001011000*内存单元有时又称为地址单元20内存容量即内存单元的个数，以字节为单位。注意：内存空间与内存容量的区别内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。21内存操作读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖；刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上若是写操作，CPU紧接着把要写入的数据放到DB上CPU发出读写命令数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB若是读操作，CPU紧接着从DB上取回数据22内存储器的分类读写存储器（RAM）可读可写易失性，临时存放程序和数据只读存储器（ROM）工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息23主机硬件系统——输入/输出接口简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/O接口外设24接口的功能提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。25主机硬件系统——总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。CPU的寻址范围=2n，n-地址线根数数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。控制总线CB：用来传送各种控制信号262.微型计算机的软件系统软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。系统软件应用软件操作系统编译系统网络系统工具软件软件273.微型计算机的物理结构CPU北桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端总线/CPU总线接口卡外设总线扩展槽28微型计算机的物理结构29INTEL845GE30主板的主要硬件构成CPU插座芯片组（南北桥/HUB）内存插槽高速缓存（现已集成到CPU内部）系统BIOS，硬件控制CMOS，存放硬件配置参数总线扩展槽，PCI、ISA串行、并行接口软/硬盘、光驱插座31芯片组CPU的外围控制芯片，通常为2片两种架构：南北桥、HUB（加速中心）南北桥北桥——提供CPU/主存/高速缓存的连接、AGP接口、PCI桥接南桥——提供USB、IDE(FDD/HDD)、串/并口及ISA桥接等例如：Intel440BX、VIA694(KT133)+686B、SiS645等HUBGMCH——AGP接口、存储器通道ICH——PCI桥接、IDE控制器、USB、串/并口FWH——系统BIOS、显示BIOS、随机数发生器例如：Intel810、Intel815、Intel845等32三、计算机的工作过程存储程序计算机—又称为冯•诺依曼型计算机以运算器为核心、以存储程序原理为基础将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，即程序是由多条有逻辑关系的指令组成，指令的长度不等（一般为1～4字节）数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行指令驱动33存储程序计算机的工作原理控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行之。运算器输出设备控制器输入设备存储器指令流控制命令数据流34程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令指令译码取操作数执行指令存结果指令周期操作码操作数执行1。CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？——操作系统2。CPU如何按程序控制流执行指令？——程序计数器3。CPU如何知道从哪里取操作数？——地址、寻址方式35例：计算5+8（p35）汇编语言程序对应的机器指令对应的操作------------------------------------------------------------------------------------MOVAL,510110000将立即数1传送到累加寄存器AL中00000101ADDAL,800000100计算两个数的和，结果存放到AL中00001000HLT11110100停机指令执行过程见下页图36指令执行过程(取指/译码/执行)累加器A加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时序控制信号（控制命令）1011000000000101000001000000100011110100内部总线存储器01234程序计数器PC地址MOVA,5ADDA,8HLT地址总线+1③地址译码器读写控制电路④输出地址10110000⑦锁存指令锁存数据⑥置初值①②输出指令地址锁存地址②读写命令⑤⑧指令译码锁存输出地址寄存器AR37§1.2计算机中的数制了解特点；表示方法；相互间的转换。38一、常用记数制十进制——符合人们的习惯二进制——便于物理实现十六进制——便于识别、书写八进制391.十进制特点：以十为底，逢十进一；共有0-9十个数字符号。表示：402.二进制特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。表示：413.十六进制特点：以16为底，逢16进位；有0--9及A--F共16个数字符号。表示：42进位计数制的一般表示一般地，对任意一个K进制数S都可表示为120n120111()nnknmmniiimSSKSKSKSKSKSK其中：Si--S的第i位数码，可以是K个符号中任何一个；n,m–整数和小数的位数；K--基数；Ki--K进制数的权43如何区分不同进位记数制的数字在数字后面加一个字母进行区分：二进制：数字后面加B,如1001B八进制：数字后面加O,如1001O十进制：一般不加,如1001十六进制：数字后面加H,如1001H在明显可以区分其记数制的情况下，可以省略数字后面的字母44二、各种数制间的转换1.非十进制数到十进制数的转换按相应进位计数制的权表达式展开，再按十进制求和。例：10110010B=(?)1013FAH=(?)10452.十进制到非十进制数的转换十进制→二进制的转换：整数部分：除2取余；小数部分：乘2取整。十进制→十六进制的转换：整数部分：除16取余；小数部分：乘16取整。以小数点为起点求得整数和小数的各个位。463.二进制与十六进制间的转换用4位二进制数表示1位十六进制数例：10110001001.110=(?)H010110001001.1100589.C注意：位