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微型计算机原理及应用
（第三版）
韩慧
EMAIL: iamhh@ WordsFromNotePage
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教材
《微型计算机原理及应用》（第三版），
郑学坚、周斌，清华大学出版社
课程情况
教学：40学时；实验：8学时
考试：作业10%，实验10%，期末考试80% 考试：实验10%，出勤10%，期末考试80% 参考资料：
微型计算机技术及应用（第3版），
戴梅萼，史嘉权，清华大学出版社WordsFromNotePage
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实验安排（9#411，413）
请同学们带布制鞋套做实验谢谢！
电子邮箱：jishe08@,密码123456 WordsFromNotePage
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微型计算机原理及应用(第三版)
第1章计算机基础知识
第2章微型计算机的基本组成电路
第3章微型计算机的基本工作原理
第4章16位微处理器
第5章86系列微型计算机的指令系统
第6章微型计算机的程序设计
第7章微型计算机汇编语言及汇编程序
第8章输入/输出接口
第9章中断控制器、计数/定时控制器及DMA控制器
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1.1 绪论
1.2 微处理器的发展概况
1.3 数制
1.4 数制转换
1.5 计算机中的编码
1.6 逻辑电路
1.7 布尔代数
第一章计算机基础知识
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1·1
1946年世界上第一台电子计算机（ENIAC）由美国宾夕法尼亚大学研制成功。

它重达30吨，占地150平方米，耗电150千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法。

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按照体积、性能分为：
①巨型机：高速度、大容量，主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。

如大范围天气预报，整理卫星照片。

②大型机：速度快、应用于军事技术科研领域。

③小型机：小型机是指运行原理类似于PC（个人电脑）和服务器，但性能及用途又与它们截然不同的一种高性能计算机。

④微型机：体积小、重量轻、价格便宜。

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个人计算机(台式机)
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笔记本电脑
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掌上电脑
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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( Microcomputer System ) 一、微型计算机系统
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①微处理器
◆严格讲，微处理器≠CPU
◆CPU指的是计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术逻辑部件(ALU)和控制部件两大主要部分组成。

◆把CPU和一组称为寄存器（Registers）的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器。

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8086芯片
16位字长
双列直插式
40根引脚
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目前流行的双核CPU芯片
CPU：Central Processing Unit
中央处理器
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以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ROM）、读写存储器（RAM）、输入／输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。

以微型计算机为中心，配以相应的外围设备如显示器（CRT）、键盘及打印机等，这就成为微型计算机系统。

配有操作系统、高级语言和多种工具性软件等。

②微型计算机
③微型计算机系统
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外围设备
系统软件
存储器（ROM、RAM）
输入/输出接口
系统总线
算术逻辑部件
累加器、寄存器组
控制部件
内部总线
微型计算机系统
微型计算机
微处理器
图1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者的关系
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二、微型计算机硬件系统
4、总线：为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信息的传输通道，CPU总线包含AB、DB、CB等
主机：
1、CPU：算术逻辑单元ALU、寄存器、控制器
2、存储器：RAM、ROM等
3、I/O接口：主机与外部设备之间匹配连接的电路
外设：
1、输入设备：
2、输出设备：
鼠标、键盘、扫描仪、麦克、磁盘等
显示器、打印机、音箱、投影机等
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三、微型计算机软件系统
软件系统主要包括：
系统软件：如操作系统Windows、C语言编译程序等。

应用软件：各种文字办公软件，CAD，娱乐游戏软件等等。

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微处理器
存储器
I/O接口
总线
微型
计算机
系统
微型
计算机
(主机)
外设
系统软件
应用软件
硬件系统
软件系统
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微处理器的发展以Intel微处理器为主线。

微处理器的主要性能指标：1·2 微处理器的发展概况
字长：
CPU同时处理的数据位数。

字长决定了计算机的运算精度。

主频：
CPU的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运行速度。

单位MHz。

数宽：
CPU内部一次能传送多少位数据。

外宽：
CPU与其他部件（外设）一次能传送多少位数据。

地宽：
地址线宽度，指可以访问的最大内存空间,比如20位的地址总线宽度就可以最大访问220 (1M)的内存空间。

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存储单元的地址、存储单元和存储单元的内容
为了便于对存储器内存放的信息进行管理，存储器被划分成许多存储单元，每个存储单元都有一个编号，此编号称为地址通常是按字节编址。

地址与存储单元为一对一的关系。

存储单元的地址、存储单元和存储单元的内容是3个不同的概念。

地址相当于旅馆的房间编号，存储单元相当于旅馆的房间，存储单元的内容相当于房间中的旅客。

在存储器中，CPU 对存储器的读写操作都是通过地址来进行的。

(MOV AL,[1000H])
224 =220×24 =16M
思考：24根地址线可寻址范围？
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常用数据单位
1KB=
1MB=
=210bit
1024B
=220bit
1024KB
1GB=
=230bit
1024MB
1TB=
=240bit
1024GB
Word（字）
一般情况下为2Byte(16bit)。

1 Byte=
bit
8
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2007年1月6日，存储领域领导厂商日立宣布推出全球第一款1TB容量的3.5英寸硬盘“Deskstar 7K1000”，售价仅399美元。

1TB硬盘意味着，按照一般典型大小可以存储25万首MP3歌曲、358部电影、1000小时视频、333.3万张照片或者500多个游戏。

例题：对于配有32条地址线的CPU，可寻址的能力为( ) 。

A）20MB B）1MB C）64MB D）4GB
D
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80X86微处理器概况
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二、计算机编程语言的发展概况
机器语言
汇编语言
高级语言
机器语言就是0，1码语言。

用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统。

BASIC，C语言等。

面向对象语言
C++，Java等编程语言是面向对象的语言。

基于规则的智能化语言
Visual C++、Visual Basic等语言
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1.3 数制
常用数制：
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
重点掌握二进制、十进制与十六进制转换
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一、十进制数(decimal system)
以十为底，逢十进一；共有0-9十个。

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二、二进制数(binary system)
只有0和1两个符号；
计算规则是“逢二进一，借一当二”。

电路通常只有两种稳态：导通与阻塞、饱和与截止、高电位与低电位等。

具有两个稳态的电路称为二值电路。

因此，用二值电路来计数时，只能代表两个数码：0和1。

如以1代表高电位，则0代表低电位，所以，采用二进制，可以利用电路进行计数工作。

而用电路来组成计算机，则有运算迅速、电路简便、成本低廉等优点。

P2页
计算机中为什么采用二进制？
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二进制运算规则：
加法运算：
0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二进一）
减法运算：
0-0 = 0 0-1 =1 （借位）1-0 = 1 1-1 =0
乘法运算：
0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1
除法运算
0 / 1 =0 1 / 1 =1
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例1：DH ＝
例2：56D.3H=
三、十六进制数(hexadecimal system)
十六进制数是基数为十六的计数制。

十六进制数主要采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F这十六个字符。

各位的权值为16i 。

十六进制数的运算规则为“逢十六进一，借一当十六”。

1位十六进制数用4位二进制来表示，转换方便。

1101
B
5 * 162 +
6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1
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1.4 数制转换
进制的表示符号
二进制 B (binary),
十六进制H(hexadecimal),
八进制O(octave),
十进制D(decimal)。

例：100D
100B
表示四;
100H
表示二百五十六
表示一百;
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例如，将13转换成二进制数：
一、二、十六进制数转换成十进制数
根据定义，只需将二、十六进制数按权展开后相加即可。

1×23+0×22+1×21+1×20＝8+0+2+1＝11
例：1011B＝
10×161+4×160=164
A4H=
二、十进制数转换成二、十六进制数
一个十进制数转换成二进制数时，通常采用“除二取余”法，即用二连续除十进制数，直至商为零，逆序排列余数即可得到。

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2 13
2 6 ••1 低位
2 3 ••• ••• 0
2 1 ••• ••• 1
0 ••1 高位
结果：13＝1101B
同理，将十进制数“除十六取余”即可得到十六进制数。

例如，将236转换成十六进制数：
16 236
16 14 ••C（12）
0 ••E（14）
结果：236＝ECH
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3 →0011
A→1010
2 →0010
F →1111
即3A2FH= 0011101000101111B
三、将十六进制数3A2FH转为二进制形式。

四、将二进制110011011B转化成十六进制形式。

1011→B
1001→9
0001→1
即110011011B= 19BH
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一、有符号数的编码(-128~+127,-32768~+32767)
(1)原码
正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，这种表示法称为原码。

例如：X1＝＋1010101 [X1]原=01010101
X2＝－1010101 [X2]原=11010101
左边数称为真值,即为某数的实际有效值。

右边为用原码表示的数，两者的最高位分别用“0”和“1”代替了“＋”和“－”。

1.5 计算机中的编码
计算机中的有符号数有三种表示方法：即原码、反码和补码。

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(2)反码
一个数的反码很容易由原码取得。

如果是正数，则其反码与原码相同；如果是负数，则其反码除符号位为1外，其他各数位均将1转换为0，0转换为1。

例如：X1＝＋1010101 [X1]反=01010101
X2＝－1010101 [X2]反=10101010 WordsFromNotePage
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(3)补码
一个数的补码很容易由反码求得。

如果是正数，则其补码与原码、反码相同；如果是负数，则其补码为反码加1。

例如：X1＝＋1010101 [X1]补=01010101
X2＝－1010101 [X2]补=10101011
总结：
③补码表示法规定：正数的补码和原码相同，负数的补码是在其反码的最后一位加1。

①数的原码指最高位为数符位，“0”表示正，“1”表示负，数值部分是原数的绝对值。

②数的反码表示法规定：正数的反码和原码相同，负数的反码是对其原码除符号位外各位求反(0变1，1变0)。

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例题：二进制数的减法运算。

求24（D）－23（D）= ?
+24的8位原码为00011000B
+24的8位补码为00011000B
+24的8位反码为00011000B
- 23的8位原码为10010111B
- 23的8位反码为11101000B
- 23的8位补码为11101001B
+24 - 23 =
00011000B
+ 11101001B
减法运算
加法运算
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二、二－十进制编码
二－十进制称为二进制编码的十进制数，简称BCD码。

在BCD码中是用四位二进制数给0～9这10个数字编码。

例如，十进制数94用BCD码表示即为10010100。

例如，十进制数94用BCD码表示即为。

10010100
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表1 各数制对照表
0001 0101
1111
F
15
0111
0111
7
7
0001 0100
1110
E
14
0110
0110
6
0001 0011 1101
D
13
0101 0101
5
5
0001 0010 1100
C
12
0100 0100
4
4
0001 0001 1011
B
11
0011 0011
3
3
0001 0000 1010
A
10
0010 0010
2
2
1001 1001
9
9
0001 0001
1
1
1000 1000
8
0000
0000
二－十
二
十六
十
二－十
二
十六
十
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三、字符的编码－ASCII码
ASCII码：美国国家信息交换标准码，其中数字0～9的ASCII码分别为30H ～39H,英文大写字母A ～Z的ASCII编码为41H ～5AH等等。

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与门（AND Gate）
1.6 逻辑电路(P4页)
由三种基本门电路组成：与门、或门、非门。

AND AL,0FH
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或门（OR Gate）
OR AL,0FH
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非门（NOT Gate）
NOT AL WordsFromNotePage Page No.46 WordsFromSlide
XOR AX,AX
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1.6 布尔代数(P5页)
布尔代数：也称为开关代数或逻辑代数。

特点：
布尔代数变量只能取0或1；
运算方式只有三种：或(∨)、与(∧)、反(▔)
运算规则：按位运算，无进位、无借位
例：A=10110110, B=01101011
求：A∧B, A∨B。

A∧B＝10110110 A∨B＝10110110
01101011 01101011
00100010 11111111 WordsFromNotePage
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1.1 绪论(微型计算机系统的三个层次)
1.2 微处理器的发展概况（字长、主频、数宽、外宽、地宽）
1.3 数制
1.4 数制转换
1.5 计算机中的编码(原码、反码、补码、ASCII码、BCD)
1.6 逻辑电路
1.7 布尔代数
回顾
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1、数制所使用的数码的个数称为，数制每一位所具有的值称为。

2、CPU的三大总线分别是总线，总线和总线。

3、完整的计算机系统应包括。

A）运算器，存储器，控制器；B）外部设备和主机
C）主机和实用程序D）硬件系统和配套的软件系统
4、8086CPU是INTEL公司生产的一种20位微处理器。

（）
基
权
地址
数据
控制
D
×
5、下列设备中属于输出设备。

A）显示器B）键盘C）鼠标器D）软盘
A
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作业
P17：1.1、1.2、1.6
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出师表
两汉：诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。

后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。

受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。

今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，
攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。

若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。