计算机硬件技术基础 杨天怡

计算机暂停（或称为挂起）正在执行的程序转去处理随机事件，
随机事件处理完毕后，再恢复执行原来的程序的过程称为中断。
二、流水线技术
流水线（Pipeline）技术是一种将一条指令的执行过程分解为 多个步骤，并让几条指令的不同步骤操作在时间上重叠，从而实现 几条指令并行处理，提高程序运行速度的技术。每一个步骤均由一 个独立的电路来完成，若干个完成不同操作步骤的电路组成了指令
Pentium微处理器的体系结构
第一节 Intel系列微处理器概述
一、8086／8088 微处理器
8086 是标准16位微处理器，内外数据总线都为16位；8088 是
准16位微处理器，内数据总线为16位，外数据总线为8位。8086／ 8088 除了外数据位数及与此相关的部分逻辑稍有不同外，内部结构
控制总线CB
向微处理器双总线和面向存储器双总线结构。
单总线结构的微型计算机
面向微处理器的双总线结构微型计算机
面向存储器的双总线结构微型计算机
四、简单工作过程
取指令、分析指令、执行指令
以一个简单程序执行过程为例，说明计算机是怎样工作的。程序功能：
5CH+2EH，如结果无溢出，将结果存放到内存0200H单元后停机；如有溢 出，则直接停机。
程序如下： ORG 1000H 对应机器码
1：MOV
2：ADD 3：JO 4：MOV 5: HLT
A，5CH
A，2EH 100AH (0200H),A
；B0H 5CH
；04H 2EH ；70H 0AH ; ; 10H A2H 00H 02H F4H
第三节 微型计算机中的先进计算机技术
一、中断技术
B
方法二：数值与符号同时判断
例：若A＞0 ，B＜0 ，应有A＞B 成立 ① A=100D，B=－50D， A－B有： 01100100B ＋ 00110010B ② A=15D，B=－5D， A－B有： 00001111B ＋ 00000101B
10010110B
SF = 1 A＜B ？
00010100B
8086/8088内部结构示意图
执行单元EU 由通用寄存器、运算数据寄存器、算术逻辑单元（ALU）及 EU控制电路组成。它的主要作用是分析和执行指令，即EU控制电路从指
令队列取出指令代码，经译码，发出相应的控制信号；数据在ALU中进
行运算；运算过程及结果的某些特征保留在标志寄存器（EFLAGS）中。 总线接口单元BIU由段寄存器（CS、DS、SS、ES）、指令指针寄存器 （IP）、内部暂存器、指令队列、地址加法器及总线控制电路组成。它 的主要作用是负责执行所有的“外部总线”操作，即当EU从指令队列中 取走指令时，BIU即从内存中取出后续的指令代码放入队列中；当EU需要 数据时，BIU根据EU输出的地址，从指定的内存单元或外设中取出数据供 EU使用；当运算结束时，BIU将运算结果送给指定的内存单元或外设。 指令队列主要使8086/8088的EU和BIU并行工作，取指令操作、分析指令
第四节 微型计算机的主要性能指标及典型 微型计算机
第一节 微型计算机的组成
一、微型计算机系统的组成
硬件和软件两大部分组成
二、微型计算机的硬件组成
1.存储器
存储器是计算机中存储程序和数据的部件。计算机的存储器分为 两大部分，一部分为内部存储器或主存储器，简称内存或主存；另一 部分为外部存储器或辅助存储器，简称外存或辅存。 存储容量 描述存储器存储二进制信息量多少的指标。存储二进制信 息的基本单位是位（bit，b）。一般把8个二进制位组成的 通用基本单元叫作字节（Byte，B）。微型计算机中通常以 字节为单位表示存储容量。 1024B为1KB 1024KB为1MB 1024MB为1GB 1024GB为1TB 存储速度 描述存储器工作快慢程度的指标，它指信息存入存储器和 从存储器中取出所需要的时间。 存储的类型 半导体存储器 磁记录存储器 光盘存储器
堆栈指示器SP用于指 示当前栈顶元素所在的位 SP 臵，无论是压栈还是弹栈 总是在栈顶进行的。随着 对堆栈的压入和弹出操作， SP的值会自动变化，
┇
N-K
数据存放方式为 先进后出(FILO)
N-K+1
┇
N-1
N
堆栈区 （K个单元）
3.输入输出设备
输入设备 输出设备
┇
三、微型计算机的软件组成
计算机的软件包含系统软件和应用软件两部分。系统软件是使用和 管理计算机的软件，如操作系统、数据库管理系统、网络管理系统以及 各种语言处理程序、系统维护程序等。应用软件则是用户根据自己的需 要，为解决某一实际问题而编制的程序，如企业的财务管理、人事管理， 设备状态监测的数据采集与处理等。
六、虚拟存储器技术
虚拟存储器技术是一种通过硬件和软件结合扩大用户可用存储空 间的技术。它在内存储器和外存储器（软盘、硬盘或光盘）之间增加 一些的硬件和软件，使两者形成一个有机整体。
第四节
微型计算机的主要性能指标及典 型微型计算机
一、主要性能指标
字长 指计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。 运算速度 计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来 表示。由于不同类型的指令的执行时间不同，因而运算 速度的计算方法也不同， 外设扩展能力 指微型计算机配接各种外部设备的可能性、灵活性
流水线。
三、乱序执行技术
所谓乱序执行（Out of Order Execution）技术就是允许指令 按照不同于程序中指定的顺序发送给执行部件，从而加速程序执行过
程的一种最新技术。它本质上是按数据流驱动原理工作的（传统的计
算机都是按指令流驱动原理工作的），根据操作数是否准备好来决定 一条指令是否立即执行。不能立即执行的指令先搁臵一边，而把能立 即执行的后续指令提前执行。
SF= 1 0 运算结果为负 运算结果为正
OF符号标志
OF= 1 0 有溢出 无溢出
若A－B 后有 ZF=1，则 A = 如：两无符号数A、B进行比较 ：
B
若A－B 后有 CF=1，则 A ＜
若是带符号数进行大小比较，能用CF标志来判断？ 例：A=FFH，B=01H；A－B=FEH，此时CF=0，A＞B？ 方法一：数值与符号分开判断 对带符号数的大小判断有两种方法
双向总线。按传输信息类别，总线分为传输数据信息的数据总线 （Data Bus ,DB）、传输地址信息的地址总线（Address Bus ，AB ） 和传输控制信息的控制总线（Control Bus, CB）。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、 数据总线、地址总线、控制总线
数据总线DB 因为数据传输是双向的，故DB是双向总线。DB的位数 越宽，一次数据传输的信息量就越大，8位DB一次只能 传输1个字节的数据信息，而64位DB则一次可以传输8 个字节的数据信息。
度相当。CPU在取指令或取操作数时，首先看其是否在高速缓冲存储 器中，不在时才访问主存储器。指令或操作数在高速缓冲存储器中 时，称为“命中”，反之称为“未命中”。
CPU
速度相当
Cache
内 存
例：设 80386 中的 Cache 为 32K
若在一程序执行到一条转移指令JMP NEXT未命中
┇ JMP NEXT ┇ ┇ NEXT : MOV A， 5CH ┇ CPU 将 NEXT 以下 32K 程序复制到 Cache 中 内 存 32K (Cache)
㈠ 教学目标 介绍微处理器的基本概念，80x86微处理器的体系结构、 工作方式及引脚功能。 ㈡ 学习要求 通过本章的学习，要求掌握Intel80x86系列微处理器内部 结构的特点，工作方式及方式转换，常用引脚功能的特点。
㈢ 讲授内容
第二章 Intel系列微处理器
第一节 第二节
第三节
Intel系列微处理器概述 80486微处理器的体系结构
和适应性。
软件配臵 软件是计算机的重要组成部分，它配臵是否齐全，直接 关系到计算机性能的好坏和效率的高低。 存储容量
二、PC系列微机简介 三、PC486硬件特点
（教材P15～P17 自学） （教材P17～P21 自学）
四、PC Pentium的硬件特点 （教材P21～P22 自学）
第二章 Intel系列微处理器
地址总线AB 因为地址信息总是由微处理器发出，寻址存储器或外设，
故AB为单向总线。AB的位数越宽，寻址的空间就越大。8 位微处理器的地址总线为16位，即有AB15～AB0 16条地址 线，寻址范围为216=64KB；目前生产的微处理器寻址范围 已达到64GB。 CB包括微处理器向存储器发送的读选通信号RD、写选通 信号WR，以及外设向微处理器发送的中断请求信号NMI、 INTR等。控制总线的各位作用不同，且一般都是单向的。 根据总线的组织方式，可把微型计算机的硬件结构分为单总线、面
③ 寄存器阵列
寄存器阵列主要包含两类寄存器，一是通用寄存器，供用户使用； 二是一些用途固定的专用寄存器，如程序计数器、堆栈指示器。 程序计数器PC 用于存放下一条要执行的指令在存储器中存放的地址。
堆栈和堆栈指示器SP 堆栈是一块设在内存中按先进后出（First In Last Out，FILO） 原则组织的存储区域，用于存放数据。数据存入栈区称为压入（PUSH）， 从栈区中取出数据称为弹出（POP）。
AF辅助进位标志 AF= 1 0 运算时有辅助进/借位 运算时无辅助进/借位
CF进位标志 1 运算时产生了进/借位 CF= 0 运算时无进/借位 ZF零标志 ZF= 1 0 运算结果为0 运算结果非零
PF奇偶标志 PF= 1 0 运算结果中“1”的个数为偶数 运算结果中“1”的个数为奇数
SF符号标志
2.微处理器
微处理器是微型计算机的运算和控制指挥中心。不同的微处理器，
其性能有所不同，但基本组成是相同的，由运算器、控制器和寄存器
阵列三个主要部件组成。