第1章 微型计算机系统基本组成原理

1、微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术 Principle of Microcomputer and Interface Technique 教材教材:微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术 邹逢兴主编邹逢兴主编 清华大学出版社清华大学出版社河海大学电气学院自动化系河海大学电气学院自动化系讲课教师讲课教师:陈冬红陈冬红 微机原理与接口技术微机原理与接口技术是非计算机专业的是非计算机专业的主要专业基础课之一。本门课程就是要使同学们主要专业基础课之一。本门课程就是要使同学们能从应用的角度出发，了解微机的工作原理，建能从应用的角度出发，了解微机的工作原理，建立微机工作的整体概念，

2、从理论与实践上掌握微立微机工作的整体概念，从理论与实践上掌握微型机的硬件及各部件的功能与组成原理，学会用型机的硬件及各部件的功能与组成原理，学会用汇编语言进行计算机底层软件设计，以及掌握计汇编语言进行计算机底层软件设计，以及掌握计算机与其它辅助设备的接口技术的基本能力，以算机与其它辅助设备的接口技术的基本能力，以便为培养学生具有微机系统软硬件开发的能力打便为培养学生具有微机系统软硬件开发的能力打下必要的基础。下必要的基础。 通过本课程的学习，较全面地掌握计算机的通过本课程的学习，较全面地掌握计算机的基本工作原理，学会分析简单的计算机系统，掌基本工作原理，学会分析简单的计算机系统，掌握汇编语言程

3、序设计基本方法，为开发计算机系握汇编语言程序设计基本方法，为开发计算机系统打好基础，提高计算机应用和开发能力。为后统打好基础，提高计算机应用和开发能力。为后续课程的学习打下基础，并在今后有关工程设计续课程的学习打下基础，并在今后有关工程设计中加以灵活应用中加以灵活应用4例：某火灾报警系统的部分接口电路如图所示。该系统例：某火灾报警系统的部分接口电路如图所示。该系统 具有温度和烟雾浓度超限报警和自动灭火功能。当温度具有温度和烟雾浓度超限报警和自动灭火功能。当温度或烟雾浓度超限时，进行光报警；两者同时超限时，进或烟雾浓度超限时，进行光报警；两者同时超限时，进行光、声报警，并开启电磁阀，进行喷淋灭火

4、。按键行光、声报警，并开启电磁阀，进行喷淋灭火。按键A为手动报警按钮，按键为手动报警按钮，按键B为解除报警按钮。半导体温度为解除报警按钮。半导体温度传感器的温度测量范围为传感器的温度测量范围为0127，对应输出电压为，对应输出电压为0V5V。ADC0809输入电压范围为输入电压范围为0V5V。开关式集成。开关式集成烟雾传感器报警时输出高电平，正常工作时输出低电平。烟雾传感器报警时输出高电平，正常工作时输出低电平。8253的通道的通道0、通道、通道1、通道、通道2均工作于方式均工作于方式3（方波发生（方波发生器），按器），按BCD码计数。扬声器的报警声音频率为码计数。扬声器的报警声音频率为2kH

5、z。8253、8255的方式控制字及的方式控制字及8255的置位的置位/复位控制字格复位控制字格式如图所示。式如图所示。5 GATE0A0 CLK0A1 OUT0RD CLK1WR 8253 GATE1CS GATE2 OUT1D7D0 CLK2 OUT2IOWIOR A1 A0 PA7PA0D7D0 PB0 PB1CS PB2WR PC0RDA1 PC4A0 8255 PC1 PC5 PC6 PC7D7D0 IN0ADDAADDB ADDCEOC IN7 OESTARTALE ADC 0809+5V烟雾传感器烟雾传感器驱动驱动电磁阀电磁阀喷淋头喷淋头温度传感器温度传感器D7D08259CSA

6、0驱动驱动扬声器扬声器驱动驱动1MHzD7D0D7D0发光二极管发光二极管40H43H80H83HD7D020H21HA0+5V+5V按按键键B解解除除警警报报按按键键A手手动动报报警警IR7IR1IR068255的方式控制字格式如下：的方式控制字格式如下：78255 端口端口C按位置按位置0/置置1控制字控制字作用：作用：指定指定PC口的某一位（某一个引脚）输出高平口的某一位（某一个引脚）输出高平或低电平。或低电平。注意：注意：C口控制字虽然是对端口口控制字虽然是对端口C操作，但应写入到操作，但应写入到控制口地址，而不是写入到控制口地址，而不是写入到C数据口数据口0D6D5D4D3D2D1D

7、0特征位特征位 不不 用用（写（写0）位位 选选 择择000=C口口0位位001=C口口1位位111=C口口7位位1=置位置位（高电平）（高电平）0=复位复位（低电平）（低电平）88253的方式控制字（A1A011）计数器读写格式工作方式BCDD7D6D5D4D3D2D1D000 计数器计数器001 计数器计数器110 计数器计数器211 非法非法00 计数器锁存命计数器锁存命令令 01 只读写低字节只读写低字节10 只读写高字节只读写高字节11 先读写低字节先读写低字节 后读写高字节后读写高字节000 方式方式0001 方式方式1X10 方式方式2X11 方式方式3100 方式方式4101

8、方式方式50 二进制二进制1 BCD码码示例示例9部分初始化、主程序及中断服务子程序如下：部分初始化、主程序及中断服务子程序如下：CODESEGMENTASSUME DS:DATA,CS:CODESTART: ；8259初始化初始化MOV AL,13H ;初始化初始化8259 ICW1OUT 20H,ALMOV AL, ;送中断类型码基值送中断类型码基值OUT 21H,ALMOV AL,0DHOUT 21H,AL;8255初始化初始化MOV AL, ;置置8255工作方式工作方式OUT 83H,ALMOV AL,00H ;C口初始化口初始化OUT 82H,AL91H 08H10;8253初始化

9、初始化MOV AL,37H ；置；置8253通道通道0方式控制字方式控制字OUT 43H,ALMOV AL,00H ；置；置8253通道通道0计数初值计数初值OUT 40H,ALMOV AL,10HOUT 40H,ALMOV AL, ;置置8253通道通道1方式方式控制字控制字OUT 43H,ALMOV AL,00H ；置；置8253通道通道1计数初值计数初值OUT 41H,ALMOV AL,10HOUT 41H,ALMOV AL, 0B7H; 置置8253通道通道2方式控制字方式控制字OUT 43H,AL 77H或或7FH 11MOV AL, ;置置8253通道通道2计数初值计数初值OUT

10、42H,ALMOV AL, ;OUT 42H,AL;中断设置中断设置MOV AH,25H;设置中断向量设置中断向量MOV AL,08H ；中断类型号为入口参数；中断类型号为入口参数MOV BX， ;DS:DX指向指向4字节地址字节地址MOV DS,BXMOV DX, ;INT 21HMOV AH,25HMOV AL, ;MOV BX,SEG KEYAINTMOV DS,BX 00H 05H SEG KEYBINT OFFSET KEYBINT 09H 12MOV DX,OFFSET KEYAINTINT 21HSTI;数据采集数据采集MOV AL,00H ;选选ADC0809模拟量输入通道号模

11、拟量输入通道号OUT 81H,ALLOP:MOV AL, ;置置PC4=1，锁存模拟量通道选择号，锁存模拟量通道选择号OUT 83H,ALNOPMOV AL,08H ;置置PC4=0,启动启动A/D转换转换OUT 83H,ALLOP1:IN AL,82H ;读读8255C口，查询口，查询EOCTEST AL,01HJZ LOP1IN AL,80H ;读读A/D转换结果转换结果CMP AL,0A0H ;判断是否高于上限判断是否高于上限 09H13JA ABOVEIN AL,82H ;判断烟雾传感器是否报警判断烟雾传感器是否报警TEST AL,02HJNZ BJMOV AL,0EHOUT 83H,

12、ALJMP LOPABOVE:IN AL,82HTEST AL,02HJZ BJMOV AL,0F0H ；启动报警及灭火功能；启动报警及灭火功能OUT 82H,ALJMP LOPBJ:MOV AL,0FH ;光报警光报警OUT 83H,ALJMP LOP14；中断服务；中断服务KEYAINT PROC FAR ;按键按键A中断服务子程序中断服务子程序PUSH AXMOV AL,0F0HOUT 82H,ALMOV AL,20H ;给给8259发中断结束命令发中断结束命令OUT 20H,ALPOP AXIRETKEYAINT ENDP15；中断服务；中断服务KEYBINT PROC FAR ;按键

13、按键B中断服务子程序中断服务子程序PUSH AXMOV AL, ;OUT 82H,ALMOV AL,20H OUT 20H,ALPOP AXIRETKEYBINT ENDPCODEENDSEND START 0XH或或1XH16请回答下列问题：请回答下列问题：1、程序空白处填空。、程序空白处填空。2、超限报警温度是、超限报警温度是 。3、报警时，发光二极管显示器的闪烁频率是、报警时，发光二极管显示器的闪烁频率是 Hz4、仅温度超限时，报警灯闪烁报警，若此时报警条件解、仅温度超限时，报警灯闪烁报警，若此时报警条件解除，报警灯将（继续、停止）除，报警灯将（继续、停止） 报警。报警。5、火灾发生后，

14、光、声报警，灭火系统启动，若此时报、火灾发生后，光、声报警，灭火系统启动，若此时报警条件解除，扬声器将（继续、停止）警条件解除，扬声器将（继续、停止） 报警。报警。6、火灾发生后，光、声报警，灭火系统启动，若报警条、火灾发生后，光、声报警，灭火系统启动，若报警条件未解除，按解除报警键件未解除，按解除报警键B，灭火系统将（继续、停止），灭火系统将（继续、停止） 工作。工作。 7、报警条件不成立，此时按手动报警键、报警条件不成立，此时按手动报警键A,灭火系统将灭火系统将（一直、工作一下马上停止）（一直、工作一下马上停止） 工作。工作。 801停止停止继续继续继续继续一直一直 （1）抓住）抓住“四基

15、本四基本”基本概念、基本分析方基本概念、基本分析方法、基本应用、基本技能法、基本应用、基本技能 （2）抓住）抓住“五环节五环节”教学、习题和习题课、教学、习题和习题课、自学、答疑和实验五个环节自学、答疑和实验五个环节学习成绩学习成绩: :小测验（小测验（15%15%）期末统考（期末统考（70%70%）考勤、作业（考勤、作业（15%15%）重点与难点：重点与难点： 硬件、软件及应用硬件、软件及应用 硬件：读图、画图硬件：读图、画图软件：读程、编程软件：读程、编程体会：繁、杂、规定多、约定多体会：繁、杂、规定多、约定多参考书目：参考书目：三级偏硬考试教程（东南大学出版社）三级偏硬考试教程（东南大学

16、出版社）三级考试试卷汇编（苏州大学出版社）三级考试试卷汇编（苏州大学出版社）微机原理与接口技术（陈光军主编微机原理与接口技术（陈光军主编 北京大学北京大学出版社）出版社）微机原理与接口技术（周明德主编微机原理与接口技术（周明德主编 人民邮电人民邮电出版社）出版社）20微机原理与接口技术微机原理与接口技术的主要内容的主要内容1、微机原理部分以微机原理部分以8086/8088为基础，逐步为基础，逐步扩展到扩展到80X86，使同学们能够层层深入，逐，使同学们能够层层深入，逐步掌握各种处理器的体系结构、组织原理、步掌握各种处理器的体系结构、组织原理、指令系统以及它们之间的区别和联系。指令系统以及它们之

17、间的区别和联系。2、在讲解在讲解8086/8088微机模式的基础上，对微机模式的基础上，对目前广为流行的目前广为流行的Pentium微处理器以及一些微处理器以及一些新技术也做一些介绍，如虚拟存储器、高速新技术也做一些介绍，如虚拟存储器、高速缓冲存储器（缓冲存储器（Cache）、流水线技术、乱序）、流水线技术、乱序执行技术以及多媒体执行技术以及多媒体MMX技术等。技术等。213、在总线技术方面我们在介绍传统的、在总线技术方面我们在介绍传统的PC/XT、PC/AT总线以及总线以及RS-232-C的基础上，介绍并行的基础上，介绍并行总线总线ISA总线、总线、EISA总线、总线、MCA总线、总线、VE

18、SA总线总线 、PCI总线及总线及AGP接口的发展历程及其应接口的发展历程及其应用。用。4、在指令系统中，主要介绍、在指令系统中，主要介绍8086/8088基本指令。基本指令。225、在汇编语言程序设计方面作了精简，就其内容来讲，、在汇编语言程序设计方面作了精简，就其内容来讲，除了本章之外的其它一些内容分散到其它章节讲述，除了本章之外的其它一些内容分散到其它章节讲述，我们重在把程序设计融于实际应用当中。我们重在把程序设计融于实际应用当中。 6、在接口技术方面，我们主要围绕个人计算机中常用、在接口技术方面，我们主要围绕个人计算机中常用的接口进行讲述，包括的接口进行讲述，包括I/O接口技术、中断技

19、术、并接口技术、中断技术、并行接口技术和串行通信接口技术等，并介绍常用的接行接口技术和串行通信接口技术等，并介绍常用的接口芯片，如口芯片，如8255A、8259A、8251、8254等。等。237、在模拟量输入、在模拟量输入/输出通道接口技术方面，主输出通道接口技术方面，主要介绍模拟量输出通道接口技术（要介绍模拟量输出通道接口技术（D/A）、模）、模拟量输入通道接口技术（拟量输入通道接口技术（A/D）、多路开关及）、多路开关及采样采样/保持器和模拟量保持器和模拟量I/O通道的结构形式。通道的结构形式。 8、在计算机外设接口方面，主要介绍常规的、在计算机外设接口方面，主要介绍常规的键盘、键盘、C

20、RT工作原理，其他如鼠标接口、喷工作原理，其他如鼠标接口、喷墨打印机、激光打印机及扫描仪等可以自学墨打印机、激光打印机及扫描仪等可以自学了解。了解。24 1.1 1.1 概述概述一、一、 计算机的发展历史计算机的发展历史 1946年，世界上出现第一台数字式电子计年，世界上出现第一台数字式电子计算机算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator Aan Calculator）发展到以大规模集成电路为主要部件的第四发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了代，产生了微型计算机微型计算机1971年，年，Intel公司设计了世界上第一个微公司设计了世界上第一个微处

21、理器芯片处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的，开创了一个全新的计算机时代计算机时代第一代第一代4位和低档位和低档8位机位机Intel 4004 8008第二代第二代中高档中高档8位机位机Intel 8080/8085Z80、MC6800第三代第三代16位机位机Intel 8086/8088 80286Z8000、MC68000第四代第四代32位机位机Intel 80386、80486 MC68020（1971-1972）（1973-1977）（1978-1984）（1985-1992）（1993-2001）特点：特点：1、速度越来越快。、速度越来越快。2、容量越来越大。、容量越来越大

22、。3、功能越来越强。、功能越来越强。第五代第五代超级超级32位机位机Pentium PRO （2002-）微处理器微处理器发展历史发展历史 第六代第六代64位机位机AMD K8 Athlon64/FXAMD K8 Athlon64 X2Intel Prescott Intel Pentium D指令执行时间指令执行时间1020s指令执行时间指令执行时间110s指令执行时间小于指令执行时间小于1s指令执行时间达到指令执行时间达到ns级级26几幅图片Intel 4004Intel 8008Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 8048627PentiumPen

23、tium MMXPentium ProPentium Pentium Pentium 28AMD K7 AthlonAMD K7 AthlonAMD K7 Athlon XP29 计算机之父计算机之父冯冯诺依曼诺依曼 约翰约翰冯冯诺依曼（诺依曼（John VonNoumaJohn VonNouma，1903190319571957），美藉匈牙利人，），美藉匈牙利人，19031903年年1212月月2828日生于匈牙利的日生于匈牙利的布达佩斯。冯布达佩斯。冯诺依曼从小聪颖过人，兴趣广泛，读书诺依曼从小聪颖过人，兴趣广泛，读书过目不忘。过目不忘。19111911年一年一19211921年，冯年，冯

24、诺依曼在布达佩斯的诺依曼在布达佩斯的卢瑟伦中学读书期间，就崭露头角而深受老师的器重。卢瑟伦中学读书期间，就崭露头角而深受老师的器重。在费克特老师的个别指导下，两人合作发表了第一篇数在费克特老师的个别指导下，两人合作发表了第一篇数学论文，此时冯学论文，此时冯诺依曼还不到诺依曼还不到1818岁。岁。 19211921年至年至19231923年在苏黎世大学学习。在年在苏黎世大学学习。在19261926年以年以优异的成绩获得了布达佩斯大学数学博士学位，此时冯优异的成绩获得了布达佩斯大学数学博士学位，此时冯诺依曼年仅诺依曼年仅2222岁。岁。19271927年至年至19291929年，冯年，冯. .诺依

25、曼相继诺依曼相继在柏林大学和汉堡大学担任数学讲师。在柏林大学和汉堡大学担任数学讲师。19301930年接受了普年接受了普林斯顿大学客座教授的职位，林斯顿大学客座教授的职位，19311931年成为该校终身教授年成为该校终身教授。30 19331933年转到该校的高级研究所，并在那里工作了一生年转到该校的高级研究所，并在那里工作了一生。冯。冯诺依曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大诺依曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦堡大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑学、伊斯坦堡大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高等技术学院等校的荣誉博士，是美国国家科学院、秘鲁高等技术学院等校的荣誉

26、博士，是美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院士。国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院士。19541954年他任美国原子能委员会委员；年他任美国原子能委员会委员；19511951年至年至19531953年任美国数年任美国数学会主席。学会主席。19541954年夏，冯年夏，冯诺依曼被发现患有癌症，诺依曼被发现患有癌症，19571957年年2 2月月8 8日，在华盛顿去世，终年日，在华盛顿去世，终年5454岁。岁。 冯冯诺依曼于诺依曼于19371937年获美国数学会的波策奖；年获美国数学会的波策奖；19471947年年获美国总统的功勋奖章、美国海军优秀公民服务奖；获美

27、国总统的功勋奖章、美国海军优秀公民服务奖；19561956年获美国总统的自由奖章和爱因斯坦纪念奖以及费米奖年获美国总统的自由奖章和爱因斯坦纪念奖以及费米奖。31 Von Neumann type computer Von Neumann type computer 1945 1945年年6 6月美国数学家月美国数学家冯冯诺依曼诺依曼在一篇论文中第一次提出了计算机在一篇论文中第一次提出了计算机的三个主要思想：的三个主要思想： 计算机的基本组成计算机的基本组成 采用二进制进行信息表示采用二进制进行信息表示 存储程序原理存储程序原理从而形成了目前的计算机体系结构。从而形成了目前的计算机体系结构。Jo

28、hn von Neumann32冯冯诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构 以运算器为核心、以以运算器为核心、以存储程序原理存储程序原理为基础为基础运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器指令指令驱动驱动指令流指令流控制命令控制命令数据流数据流33计算机的两个基本能力：计算机的两个基本能力： 一是能够存储程序；一是能够存储程序； 二是能够自动地执行程序。二是能够自动地执行程序。 计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放所（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为要执行的程序的，而称之为 CPU CPU 的部件可以依的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令

29、，并加以次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。分析和执行，直至完成全部指令任务为止。34二、微型计算机系统的组成二、微型计算机系统的组成硬件系统硬件系统软件系统软件系统微微 型型计算机计算机系系 统统微处理器微处理器存储器存储器I/OI/O接口接口总线总线 微微 型型计算机计算机( (主机主机) )外外 设设ALUALU寄存器寄存器控制器控制器键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪应用软件应用软件系统软件系统软件操作系统、编译系统、操作系统、编译系统、网络系统、工具软件、网络系统、工具软件、系统维

30、护程序系统维护程序35微型计算机的概念结构微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线地址总线 ABAB输出设备CPU数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线 CBCBI/O接口AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus36 1 1、微处理器、微处理器功能：控制中心、提供运算、判断能力功能：控制中心、提供运算、判断能力构成：算术逻辑单元构成：算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、控制器、寄存器组）、控制器、寄存器组例例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron AMD K7（At

31、hlon、Duron）CPU的位数：的位数：4位、位、8位、位、16位、位、32位、位、64位位是指一次能处理的数据的位数是指一次能处理的数据的位数372 2、存储器、存储器功能：存放功能：存放程序程序和和数据数据（各类信息数（各类信息数据、文字、图像、据、文字、图像、）内存：内存：ROM、RAM、CACHE 特点：随机存取，速度快，容量小特点：随机存取，速度快，容量小外存：硬盘、光盘等外存：硬盘、光盘等 特点：顺序存取特点：顺序存取/块存取，速度慢，块存取，速度慢，容量大容量大38 3 3、输入、输入/ /输出接口输出接口简写为简写为I/O接口，是接口，是CPUCPU与外部设备间与外部设备间

32、交换信息的桥梁交换信息的桥梁CPUI/O接口接口外设外设394 4、总线（、总线（BUSBUS）连接多个功能部件的一组公共信号线连接多个功能部件的一组公共信号线 地址总线地址总线AB：用来传送：用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。地址线的根地址线的根数数决定了决定了CPU的寻址范围。的寻址范围。 CPU的寻址范围的寻址范围 = 2n， n地址线根数地址线根数数据总线数据总线DB：在：在CPU与存储器、与存储器、I/O接口之间接口之间数据传送的公共通路。数据传送的公共通路。数据总线的条数数据总线的条数决定决定CPU一次最多可

33、以传送的数据宽度。一次最多可以传送的数据宽度。控制总线控制总线CB：用来传送各种控制信号：用来传送各种控制信号40三、微型计算机系统的层次结构三、微型计算机系统的层次结构用户应用程序用户应用程序系统应用程序系统应用程序操作系统操作系统机器指令机器指令微指令微指令硬件逻辑电路硬件逻辑电路从系统结构的观点从系统结构的观点应用程序应用程序BIOS硬件逻辑电路从程序员的观点从程序员的观点DOSDisk Operation SystemBasic Input Output System从键盘输入一个字符从键盘输入一个字符MOV AH，01INT 21H从键盘输入一个字符从键盘输入一个字符MOV AH，0

34、INT 16H41四、计算机的应用四、计算机的应用 科学计算科学计算 天气预报、石油勘探、。天气预报、石油勘探、。 数据处理数据处理 统计、管理、银行、。统计、管理、银行、。 计算机控制（自动控制）计算机控制（自动控制） 工业控制、遥控遥测、机器人、。工业控制、遥控遥测、机器人、。 人工智能人工智能 思维、行为、推理、。思维、行为、推理、。 计算机辅助系统计算机辅助系统-设计设计/制造制造/教学教学/42五、五、 微型计算机的常用术语和指标微型计算机的常用术语和指标1位和字节位和字节位位（bit）是计算机所能表示的最小基本数据单位是计算机所能表示的最小基本数据单位字节（字节（byte）由由8个

35、二进制位组成，通常用作计算个二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位，记存储容量的单位，记作作B.1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024M；1TB=1024G。432字长字长字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄码的位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字存器的位数和数据总线的宽度。微处理器的字长有长有4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位等。位等。443.内存容量内存容量 即内存单元的个数即内存单元的个数，以字节为单位。，以字节为单位。 注意：

36、注意：内存空间内存空间与与内存容量内存容量的区别的区别 内存容量内存容量：实际配置的内存大小。例：某微：实际配置的内存大小。例：某微机配置机配置2条条128MB的的SDRAM内存条，其内存内存条，其内存容量容量256MB 内存空间内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度的地址总线宽度有关。有关。Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存取存储器 454.主频主频主频主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度，主

37、频越高表明微处理器运行越快，主频的单位度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是是MHz。早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从80486DX2开始，主频开始，主频=外部总线频率外部总线频率 倍频系数倍频系数外部总线频率通常简称为外部总线频率通常简称为外频外频，它的单位也是，它的单位也是MHz，外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快，因而微型计算机的运行速度也越快。越快，因而微型计算机的运行速度也越快。倍频系数倍频系数是微处理器的主频与外频之间的相对比例是微处理器的主频与外频之间的相对比例系

38、数。系数。通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的超频。超频。465.MIPS 秒钟能执行多少秒钟能执行多少MIPS是是Millions of Instruction Per Second的缩写，用来表示微处理器的性能，的缩写，用来表示微处理器的性能，意思是每秒百万条指令意思是每秒百万条指令6.微处理器的集成度微处理器的集成度 指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。 最早最早Intel 4004的集成度为的集成度为2250个晶体管，目

39、前个晶体管，目前Pentium 的集成度已经达到二千万个晶体管的集成度已经达到二千万个晶体管以上，集成度提高了一万多倍。以上，集成度提高了一万多倍。471.2 微型计算机的算术运算基础微型计算机的算术运算基础一、计算机中数的表示方法一、计算机中数的表示方法二进制二进制数的符号数的符号由最高位表示由最高位表示 “0”表示表示“+” “1”表示表示“”1 1、真值、机器数、真值、机器数机器数机器数：数：数( (含符号含符号) )在机器中的编码表示在机器中的编码表示 真值真值：机器数所对应的十进制数值：机器数所对应的十进制数值48例例1：a = +2, b = 2.用用8位二进制数表示。位二进制数表

40、示。a = +2 表示为： 0 0 0 0 0 0 1 0b = 2 表示为： 1 0 0 0 0 0 1 0真值真值机器数机器数492 2、有符号数的机器数表示方法、有符号数的机器数表示方法 原码原码 反码反码 补码补码为什么要为什么要用用“码码”来来表示表示“数数”？为了方便计算为了方便计算机的处理，简机的处理，简化计算过程化计算过程50数的原码表示数的原码表示Define: 求原码的方法求原码的方法: 根据定义求原码根据定义求原码 直接写出原码直接写出原码X原原=X 0 x2n-12 n-1 - -X - -2n-1x0其中：其中：n为二进制的位数为二进制的位数原码的表示范围：原码的表示

41、范围：(2(2n1n11) 1) (2(2n1n11)1)51例例3: 已知：已知：a=+2，b=2，根据定义求，根据定义求a,b的原码的原码a原原和和b原原。设。设n=8。 根据公式有：根据公式有： a a 原原 = a = (0000 0010)= a = (0000 0010)2 2 b b 原原 = 2= 2n-1 n-1 b b = 2 = 28-1 8-1 (2) (2) = 2 = 27 7 + 2+ 2 1000 0000 + 10 1000 001052例例4: 已知：已知：a=+2，b=2，直接写出，直接写出a,b的原码的原码a原原和和b原原。设。设n=8。0 0 0 0

42、0 1 00 a原原0 0 0 0 0 1 01 b原原符号位符号位数据部分数据部分当当n=8时，时，原码的表示范围原码的表示范围:- -127 +12753一个一个0 0有两种有两种 表示方法！表示方法！+0+0原原 = = 0 0 0000000 0000000 -0-0原原 = = 1 1 00000000000000v原码表示方式存在的问题原码表示方式存在的问题对整数进行加减对整数进行加减 运算只有通过结果运算只有通过结果 才能确定符号才能确定符号54v原码进行加减法时存在的问题原码进行加减法时存在的问题 例如，当例如，当n=8时，用时，用原码原码计算：计算： 4 + 3 = 7 10

43、00 0100 + 1000 0011 10000100 + 100000111000001114 + 3 00000100 + 10000011产生产生 溢出溢出10000111 能否单独处能否单独处理符号位理符号位难啊难啊！不能不能！55数的反码表示数的反码表示Define:X反反=X 0 x2n-12 n -|-|X|-1|-1 - -2n-1x0其中：其中：n为二进制的位数为二进制的位数反反码的表示范围：码的表示范围：(2(2n1n11) 1) (2(2n1n11)1) 求反码的方法求反码的方法 根据定义求反码根据定义求反码 求负数的原码，除求负数的原码，除符号位外按位符号位外按位取反

44、取反56例例5: 已知：已知：a=+2，b=2，根据定义求，根据定义求a和和b的反码的反码a反反和和b反反，设，设n=8。 根据公式有：根据公式有： a反反 = a = a原原 = (0000 0010)2 b反反 = 2n |b| 1 = 28 |2| 1 = 28 3 1 0000 0000 - 11 1111 110157例例6: 已知：已知：a=+2，b=2，直接写出，直接写出a和和b的反码的反码a反反和和b反反。设。设n=8。 a反 = a原 = (0000 0010)20 0 0 0 0 1 01 先写出先写出b的原码表示的原码表示1 1 1 1 1 0 11 除符号位外，数据位按

45、位取反除符号位外，数据位按位取反Sign bite数据部分数据部分当当n=8时，反码的表示范围是时，反码的表示范围是:- -127 +127 b反 b原58一个一个0 0有两种有两种 表示方法！表示方法！+0+0反反 = = 0 0 0000000 0000000 -0-0反反 = 1= 1 11111111111111反码表示方式存在的问题反码表示方式存在的问题对整数进行加减对整数进行加减 运算只有通过结果运算只有通过结果 才能确定符号才能确定符号7 + -3 = 47 + -3 = 43 - 7 = -43 - 7 = -459反码进行加减法时存在的问题反码进行加减法时存在的问题 例如，当

46、例如，当n=8时，用时，用反码反码计算：计算： 4 + 3 = 7 1111 1011 + 1111 1100 11111011 + 111111001111101114 + 3 00000100 + 11111100产生产生 溢出溢出100000000 60数的补码表示数的补码表示Define:X补补=X 0 x2n-12 n -|-|X| | - -2n-1x0其中：其中：n为二进制的位数为二进制的位数补码的表示范围：补码的表示范围：22n1n1 (2 (2n1n11)1) 求补码的方法求补码的方法 根据定义求补码根据定义求补码 写出对应正数的原码，写出对应正数的原码， 按位按位取反取反+

47、161例例7: 已知：已知：a=+2，b=2，根据定义求，根据定义求a和和b的补码的补码a补补和和b补补，设，设n=8。 根据公式有：根据公式有： a补补 = a = a原原 = (0000 0010)2 b补补 = 2n |b| = 28 |2| = 28 2 1 0000 0000 - 10 1111 111062例例8: 已知：已知：a=+2，b=2，直接写出，直接写出a和和b的补码的补码a补补和和b补补。设。设n=8。 a补 = a原 = (0000 0010)20 0 0 0 0 1 01 先写出先写出b的原码表示的原码表示1 1 1 1 1 1 01 除符号位外，数据位按位取反除符

48、号位外，数据位按位取反+1Sign bite数据部分数据部分b补b原63更一般的求负数的补码的方法：更一般的求负数的补码的方法： 先写出先写出负数负数对应的对应的正数正数的二进制表示；的二进制表示； 连同符号位连同符号位一起按位取反，然后再加上一起按位取反，然后再加上1。例例9: 已知：已知：b=2，写出补码，写出补码b补补。设。设n=8。0 0 0 0 0 1 00 先写出先写出+2的原码表示的原码表示1 1 1 1 1 1 01 所有的所有的位按位取反位按位取反+1当当n=8时，补码的表示范围是时，补码的表示范围是:- -128 +127-2补+2原64为什么负数补码的编码多一个？为什么负

49、数补码的编码多一个？-128-128补补=2=28-18-1 补补= = 2 28 8|2 27 7| | = = 2 28 8 2 27 7 = 2 = 2 2 27 7 2 27 7 = = 2 27 7 = = （1000 00001000 0000）2 2当当n=8时，时， 228-18-1 (-128)的补码是？的补码是？00补补= 2= 28 800 = ( = (1 1 0000 0000) 0000 0000)2 2 0 0 = (0000 0000)= (0000 0000)2 2= +065 可以唯一表示可以唯一表示0，不存在，不存在+0和和- -0的问题。的问题。 计算机

50、系统中采用补码运算仅用加法器就可实现计算机系统中采用补码运算仅用加法器就可实现所有算术运算；结果也为补码形式。所有算术运算；结果也为补码形式。 符号位符号位可以与可以与数值部分数值部分一起参加运算。一起参加运算。补码表示的优点补码表示的优点66补码进行加减法时就没有前述的问题补码进行加减法时就没有前述的问题 例如，当例如，当n=8时，用时，用补码补码计算：计算： 4 + 3 = 7 1111 1011 + 1111 1100 11111100 + 111111011111110014 + 3 00000100 + 11111101100000001计算机除了进行数值计算外，还要处理各种非计算机

51、除了进行数值计算外，还要处理各种非数值信息，归纳起来有数值信息，归纳起来有字符字符、声音声音、图象图象等。本节等。本节讨论怎样用讨论怎样用0 0、1 1这样两种状态来存储各种各样的信这样两种状态来存储各种各样的信息，统称之为编码。息，统称之为编码。在计算机发展过程中，众多厂商采用不同的技在计算机发展过程中，众多厂商采用不同的技术标准进行编码，后来美国国家标准局制订了了一术标准进行编码，后来美国国家标准局制订了了一套标准化信息交换码套标准化信息交换码 ( (America Standard Code America Standard Code for Information Interchang

52、efor Information Interchange) ) 是现在广泛使用是现在广泛使用的的ASCIIASCII码码。ASCIIASCII码由码由7 7位二进制组成，对位二进制组成，对英文大小写字母英文大小写字母、阿拉伯数字阿拉伯数字、常用运算符号常用运算符号以及一些以及一些控制字符控制字符进行进行编码。编码。 4、无符号数的机器数表示方法、无符号数的机器数表示方法ASCIIASCII码码000000000000000000001000000100000100000010000001100000110000100000010000001010000101000011000001100000

53、11100001110001000000100000010010001001000101000010100001011000101100011000001100000110100011010001110000111000011110001111字符字符( (空）空） ( (嘟声嘟声) )( (记忆记忆) )( (换行换行) )( (起始起始) )( (换页换页) )( (回车回车) ) ASCIIASCII码码001000000100000010001001000100100100010010001001100100110010100001010000101010010101001011000

54、10110001011100101110011000001100000110010011001001101000110100011011001101100111000011100001110100111010011110001111000111110011111字符字符 ! ! ! ! ASCIIASCII码码010000001000000100001010000101000100100010010001101000110100100010010001001010100101010011001001100100111010011101010000101000010100101010010101

55、01001010100101011010101101011000101100010110101011010101110010111001011110101111字符字符空格空格 ！ # # $ %& ( () )* *+ +- -. / ASCIIASCII码码011000001100000110001011000101100100110010011001101100110110100011010001101010110101011011001101100110111011011101110000111000011100101110010111010011101001110110111

56、01101111000111100011110101111010111110011111001111110111111字符字符0 1 23 3 4567 7 8 89 9: :; ; ?ASCIIASCII码码100000010000001000001100000110000101000010100001110000111000100100010010001011000101100011010001101000111100011110010001001000100100110010011001010100101010010111001011100110010011001001101100110

57、11001110100111010011111001111字符字符 A AB B C C D DE FG GH HI IJ JK KL LM MN NO OASCIIASCII码码101000010100001010001101000110100101010010101001110100111010100101010010101011010101101011010101101010111101011110110001011000101100110110011011010101101010110111011011101110010111001011101101110110111101011110

58、10111111011111字符字符P Q R R S T TU UV V WW X XY YZ Z -ASCIIASCII码码11000001100000110000111000011100010110001011000111100011110010011001001100101110010111001101100110110011111001111101000110100011010011101001110101011010101101011110101111011001101100110110111011011101110110111011011111101111字符字符 a a bc

59、def g gh hi ij jk kl lm mnoASCIIASCII码码11100001110000111000111100011110010111001011100111110011111010011101001110101111010111101101110110111011111101111111000111100011110011111001111101011110101111011111101111111001111100111110111111011111110111111011111111111111字符字符pq rs s tuvw wx xy yz z | | ASCII

60、ASCII码用码用7 7位位 编码，编码，8 8位表位表 示，最高位示，最高位0 0。 0 0 -0 00110000 0110000 3030H H 9 9 -0 00111001 0111001 3939H H A A - -0 01000001 1000001 4141H H Z Z - -0 01011010 1011010 5A5AH H a a - -0 01100001 ? 1100001 ? z z - ? ? - ? ? 61H61H7AH7AH0 011110101111010人们习惯使用十进制，计算机人们习惯使用十进制，计算机内部使用二进制，数字编码是一内部使用二进制，数字编码是