微机原理(第三版)第1章微型计算机基础概论

24H 01010011 25H 00110000 26H 01000011 …… …… 30H 00011110
将AL中的数 MOV [30H], AL 放入30H单元 停止操作 HLT
运行后 的结果
25
程序计数器, 自动加1
8
算术逻辑 单元ALU 标志寄存器F
控制信号 „„ 定时与控制
1
PC 0010 0000
2-3
1-2
0.6-0.8
2.9 13.4 27.5 120
330
4.77-10 8-16 16-33 25-66
60-200
<1 1-2 6-12 20-40
100-200
六
32
0.6 0.6 0.35 .25-.13 .18-.13
七
64
0.13
550 133-200 450 166-233 750 233-450 850 450-1200 1000 1300-2400 CPU:2.5K 800(20条指令/ Cache:30K 时钟周期)
方法总结：对于十进制数整数部分采用除2取余法
40
例2：求十进制数0.25的二进制代码
被乘数 乘数 积 取整
0.25
0.5 0 D0 0
2
2
0.5
1.0
0
1
D-1 0
D-2 1
方法总结：对于十进制数小数部分采用乘2取整法
41
数 制 的 转 换 例3：将二进制代码11011.0111转换为十进制数
二进制数 幂 1 24 1 23 0 22 1 21 1. 20 0 2-1 1 2-2 1 2-3 1 2-4
对于十进制数小数部分采用乘2取整法
例1：求十进制数17的二进制代码 例2：求十进制数0.25的二进制代码
思考：如何完成十进制数向十六进制数的转换？ 习 题
返回 39
例1：求十进制数17的二进制代码
被除数 17 8 4 2 1 D4 1 D3 0 除数 2 2 2 2 2 D2 0 商 8 4 4 1 0 D1 0 余数 1（最低位） 0 0 0 1（最高位） D0 1
ENIAC正在工作之中
6
ENIAC共有约18,000个电子管
7
计算机的发展
以计算机使用的基本电子元件作为划分依据，计算机的
发展经历了四个阶段。 （1946-1956） 计算机按其性能分类： 电子管 大型计算机/巨型计算机 （Mainframe Computer） （1957-1964） 中型计算机 晶体管 小型计算机（Minicomputer） （1965-1970） 微型计算机（Microcomputer） 单片计算机（Single-Chip 中小规模集成电路芯片 Microcomputer） 大规模超大规模集成电路芯片 （1971-今）
计算机的发展核心部件为CPU，因此本小节主 要以CPU的发展情况来分析微机的发展过程。
11
Intel 4004——世上第一块微处理器
12
代 一 二
发表 年份
字长
(bits)
型号
线宽 (m) 50 20
晶体管数 (万个)
时钟频率 (MHz) <1 2-4
速度 (MIPS) 0.05 0.5
1971 1972
8
微型计算机（Micro-Computer）简称微机，就 是指以微处理器（Micro-Processor）为核心，配 上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出 （I/O）接口电路以及系统总线所组成的计算机。 微型计算机的系统结构和工作原理和其他机型 一样都是符合冯· 诺依曼体系结构要求，由微处 理器、存储器、输入/输出接口及设备、总线所 组成。
程序在计算机内是以指令的形式存储的，指令是 计算机可以识别的命令，是一系列的二进制代码。
以8位微机为例进行说明
22
欲完成的任务：
将整数10和20相加，将结果放入内存地址为 30H的单元中。
分析：在计算机中，两个数不能直接相加， 首先应将一个整数10放入累加器AL中，再使 AL与另一个整数20相加，结果就在AL中， 然后将AL中的内容放到指定的内存单元中。
9
微处理器
微处理器（简称μ P或MP），

使用单片大规模集成电路制成的，具有运算和控制功能的处 理器。 是各类型计算机的核心组成部分 目前各类计算机的中央处理器几乎都采用微处理器，但性能 和数量有所不同。 例如，Intel公司的Pentium CPU。


10
微处理器30多年的发展历程，头20年是Intel 时代。每隔7、8年，处理器位数就会有一个较大 的飞跃。如1971年第一片4位微处理器4004，1978 年16位处理器8086，1985年32位处理器80386。
一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总 线标准的系统中。
微型机中目前主要采用的总线有：PC总线、ISA总线、 PCI总线等。 虽然总线的标准不同，但都包括三类总线： 地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）。 19
微机工作过程
存储程序原理

将计算过程描述为由许多条指令按一定顺 序组成的程序，并放入存储器保存
0010 2 0000 0 0101 5 1010 A 0111 7 1110 E 0100 4
注意二进制数转换为十六进制数的方法: 从小数点开始 分别向左和向右把整数和小数部分每四位分段，每段分 别转换为一位。若整数最高位的一组不足４位，则在其 左边补零；若小数最低位的一组不足４位，则在其右边 补零．
4
第1章 微型计算机基础概论
主要内容：



理解微机系统的整体结构，工作过程； 各种常用记数制和编码以及它们相互间的转换； 无符号数的算术运算和逻辑运算； 带符号数的表示及运算； 带符号数运算中的溢出问题
5
§1.1 微型计算机系统
世界上第一台计算机ENIAC

17468个电子管， 60000个电阻， 10000个电容， 6000个开关， 30 吨 ， 占 地 160 平 方 米 ， 耗资45万美元， 5000次加法/秒
存放程序、 数据、结果
17
地址总线
存储器 微处理器 （CPU）
数据总线
输入/输出 接口电路
外围 设备
控制总线
微型机的基本结构
18
微型计算机采用总线结构
总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。 内部总线：CPU内部各功能部件和各寄存器的连线。 外部总线：又称系统总线，即连接CPU、存储器和I/O接 口的总线。
权
数 值 十进制数
16
16
8
8
4
4
2
2
1
1
0.5
0
0.25
0.25
0.125
0.125
.0625
.0625
16 + 8 + 4 + 2 + 1 + 0 + .25 + .125 + .0625 = 27.4375
42
数 制 的 转 换
例4: 将下面给出的二进制数转换成十六进制的数
二进制数
十六进制数
28
28
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 控制器 寄存器组
29 29
存储器

定义：
用于存放计算机工作过程中需要操作的
数据和程序。
30 30
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
31 31
内存单元的地址和内容
内存按单元组织 每单元都对应一个地址，以方便对单元 的寻址
7
通用寄存器组
指令译码器ID
6
IR
累加器A
0111 0100
内部数据总线 AR 0010 0000 0010 0000 AB
地址 20H 21H 22H 23H 24H 25H 26H …… 30H 内容 74H 0AH 34H 14H 53H 30H 43H ……
0111 0100 0111 0100 DB
单元内容 10110110
38F04H
内存地址
32 32
内存容量

内存容量：
所含存储单元的个数，以字节为单位

内存容量的大小依CPU的寻址能力而定
实地址模式下为CPU地址信号线的位数
33 33
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，单元中原来的内
微机原理与应用
主讲：***
电话：136********
1
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 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。
2
wk.baidu.com


性质：必修课 学时：60学时 学分：4学分
容被覆盖。
34 34
内存储器的分类
按工作方 式可分为 随机存取存储器（RAM）
只读存储器（ROM）
35 35
输入/输出接口

接口是CPU与外部设备间的桥梁
I/O
CPU 接口
外 设
36 36
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 操作系统 编译系统 网络系统 工具软件
1974
4 8
8
4004 8008
8080
0.2 0.3
0.5
三
四 五
1978 1982 1985 1989
1993 1995 1996 1997 1999 2001 2002 ？
16
32 32
8086/8088 80286 80386 80486
Pentium P/Pro P/MMX PII PIII P4 Itanium
地址 20H 21H 22H 23H 24H 25H 26H …… 30H 内容 74H 0AH 34H 14H 53H 30H 43H ……
0000 1010
DR
2
地址
0000 1010 DB
5
数据
27
3
4
执指阶段示意
微机系统的组成
主机 硬件系统
外设
微机系统
CPU 存储器 输入/输出接口 总线
系统软件 软件系统 应用软件
>300
>3000
13
14
CPU实物图
15
微机工作过程
1、 微机的基本结构
冯· 诺依曼计算机的5个组成部分
运算器 控制器 存储器 输入 中央处理器 俗称: CPU
主机
计算机硬件 I/O设备
16
输出
运行程序, 输出结果
CPU 运算器 控制器
显示器、 打印机等
键盘、扫 描仪等 输入 设备
输出 设备 存储器
指令按其在存储器中存放的顺序执行； 由控制器控制整个程序和数据的存取以及 程序的执行。

20 20
冯 • 诺依曼机的工作过程
内存中的程序 CPU 取出 指令1 指令2 分析 获取操作数 执行 存放结果
程序计 数器PC
地址
┇
指令n
┇
操作数 21 21
微机工作过程
程序存储：将编写好的程序放入计算机的内存， 程序中的每条指令是按顺序存放的。 程序控制：控制器从存储器中一条一条地取出指 令、分析指令、根据不同的指令向各部件发出完 成该指令的控制信号。


考试形式：闭卷考试 卷面成绩：70分 平时成绩：30分
（上课表现10分+作业10分 +实验10分）

作业：独立完成，每章第一节课交上一章作业
3
目录
第一章 微型计算机基础概论 第二章 微处理器与总线 第三章 8086/8088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 输入输出与中断技术 第七章 常用数字接口电路 第八章 模拟量的输入/输出
24H 01010011 25H 00110000 26H 01000011 …… …… 30H
地址 20H 21H 22H 23H
内容 01110100 00001010 00110100
00010100
汇编语言
将一个数10 放入AL中 AL中的 数加上20 MOV AL, 10 ADD AL, 20
23
内存中相应的机器码如下：
操作码：将一 个数放入A中
地址 20H 21H 操作数：即将 22H 放入A中数值 23H
内容 01110100 00001010 00110100
00010100
将一个数10 放入AL中 AL中的 数加上20 将AL中的数 放入30H单元 停止操作
24
有一字节、 两字节和多 字节指令
DR
5
2
地址
3
4
数据
取指阶段示意
26
程序计数器, 自动加1
完成一个指令周期
算术逻辑 单元ALU 标志寄存器F
控制信号 „„ 定时与控制
1
PC 0010 0001 0000 1010
指令译码器ID
7
A
6
0000 1010 内部数据总线
通用寄存器组
指令寄存器
IR
AR
0010 0001 0010 0001 AB
软件
应用软件
37 37
1.2
计算机中的数制
数制 是人们利用符号来计数的科学方法。数制可以有很多 种，但在计算机的设计和使用上常用的则为十进制、 二机制、八进制和十六进制。 数制的基和权 数制所使用的数码的个数称为基，数制每一位所具有 的值称为权
38
数 制 的 转 换
十进制数转换成二进制代码的方法： 对于十进制数整数部分采用除2取余法