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微型计算机原理及应用 第三版 韩慧 EMAIL iamhh 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 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 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 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 1 1绪论 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 按照体积 性能分为 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 大型机 速度快 应用于军事技术科研领域 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 微型机 体积小 重量轻 价格便宜 个人计算机 台式机 笔记本电脑 掌上电脑 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 一 微型计算机系统 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 8086芯片 16位字长双列直插式40根引脚 目前流行的双核CPU芯片 CPU CentralProcessingUnit中央处理器 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 微型计算机 微型计算机系统 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 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 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 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 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 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 MOVAL 1000H 224 220 24 16M 思考 24根地址线可寻址范围 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 1Byte bit 8 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 Deskstar7K1000 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 20MBB 1MBC 64MBD 4GB D 80X86微处理器概况 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 VisualC VisualBasic等语言 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 一 十进制数 decimalsystem 以十为底 逢十进一 共有0 9十个 二 二进制数 binarysystem 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 二进制运算规则 加法运算 0 0 00 1 11 0 11 1 10 逢二进一 减法运算 0 0 00 1 1 借位 1 0 11 1 0乘法运算 0 0 00 1 01 0 01 1 1除法运算0 1 01 1 1 例1 DH 例2 56D 3H 三 十六进制数 hexadecimalsystem 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 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 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 21326 1低位23 021 10 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 162361614 C 12 0 E 14 结果 236 ECH 3 0011A 10102 0010F 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 B1001 90001 1即110011011B 19BH 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 01010101X2 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 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 01010101X2 1010101 X2 反 10101010 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 01010101X2 1010101 X2 补 10101011 总结 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 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 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 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 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 表1各数制对照表 00010101 1111 F 15 0111 0111 7 7 00010100 1110 E 14 0110 0110 6 6 00010011 1101 D 13 0101 0101 5 5 00010010 1100 C 12 0100 0100 4 4 00010001 1011 B 11 0011 0011 3 3 00010000 1010 A 10 0010 0010 2 2 1001 1001 9 9 0001 0001 1 1 1000 1000 8 8 0000 0000 0 0 二 十 二 十六 十 二 十 二 十六 十 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 与门 ANDGate Y A B 1 6逻辑电路 P4页 由三种基本门电路组成 与门 或门 非门 ANDAL 0FH 或门 ORGate Y A B ORAL 0FH 非门 NOTGate Y A NOTAL 异或门 exclusiveORGate XORAX AX 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 10110110A B 1011011001101011011010110010001011111111 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