第1章-微型计算机系统概述-课件

第1章微型计算机系统概述1一二请在这里输入您的主要叙述内容整体概述三请在这里输入您的主要叙述内容请在这里输入您的主要叙述内容

§1.1概述微型机的特点体积小、重量轻、功耗低价格低廉，性价比高可靠性高、结构灵活应用面广3

微型机的发展第一代（1971～1973）400440408008等时钟频率1M/平均指令时间

20μs/2000管/片第二代（1974～1977）8080/8085Z80等2~4M/1~2μs/5000管/片第三代（1978～1985）8086/80888028680386Z8000等

33M/0.1μs/27.5万管/片第四代（1985～1993）80486120万管/片第五代（1993～1996）Pentium第六代（1996以后）PentiumPro§1.1概述4

按规模分类单片机个人计算机笔记本电脑掌上电脑按字长分类4位/8位/16位/32位§1.2微型计算机的分类5§1.3微型计算机系统组成掌握：微机系统的基本组成微型机的工作原理8086的存储器组织6

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)7微型计算机系统的三个层次微处理器存储器I/O接口总线硬件系统软件系统微型计算机系统微型计算机(主机)外设运算器寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件辅助存储器81.3.1核心级——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ALU（算术逻辑部件）累加器/寄存器组Registers控制器CU实现运算功能和控制功能91.3.2硬件系统级——微型计算机以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路及系统总线等部件，就构成了微型计算机。将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。单板机101.3.3系统级-微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机软件分为系统软件和应用软件两大类。11微型计算机的基本结构微处理器（CPU）存储器输入/输出接口总线1.微型计算机的硬件系统12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AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口13主机硬件系统——CPU计算机的控制中心，提供运算、判断能力构成：ALU、CU、Registers例：Intel8088、PIII、P4AMDK7CPU的位数：4位、8位、16位、32位是指一次能处理的数据的位数14主机硬件系统——存储器存放程序和数据的记忆装置用途：存放程序和要操作的各类信息（数据、文字、图像、。。。）内存：ROM、RAM特点：随机存取，速度快，容量小外存：磁盘、光盘、半导体盘、…特点：顺序存取/块存取，速度慢，容量大15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16

内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)，为区分不同的内存单元，计算机对每个内存单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址1011011038F04H内存单元地址内存单元内容......7654321017内存容量内存单元的个数，以字节为单位。注意：内存空间与内存容量的区别

内存容量：某微机配置2条128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB

内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关18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，单元中原内容被覆盖；刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作内存的读写的步骤为：CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上若是写操作，CPU紧接着把要写入的数据放到DB上CPU发出读写命令数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB若是读操作，CPU紧接着从DB上取回数据19内存储器的分类读写存储器（RAM）可读可写易失性，临时存放程序和数据只读存储器（ROM）工作时只能读非易失性，永久或半永久性存放信息20主机硬件系统——输入/输出接口简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁CPUI/O接口外设21接口的功能提供驱动外设的电压或电流；匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、数据格式等；缓存发给外设的数据、控制命令和外设提供的运行状态信息；DMA控制和中断控制。22主机硬件系统——总线BUS连接多个功能部件的一组公共信号线地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确定被访问的存储单元、I/O端口。地址线的根数决定了CPU的寻址范围。

CPU的寻址范围=2n，

n-地址线根数数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据传送的公共通路。数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的数据宽度。控制总线CB：用来传送各种控制信号23微型计算机的软件系统软件：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。系统软件应用软件操作系统编译系统网络系统工具软件软件24

微型计算机的物理结构25主板的主要硬件构成CPU插座芯片组（南北桥/HUB）内存插槽

高速缓存（现已集成到CPU内部）系统BIOS，提供最基本的硬件控制功能CMOS，存放硬件配置参数

总线扩展槽，PCI、ISA串行、并行接口软驱、硬盘、光驱连接插座26芯片组CPU的外围控制芯片，通常为2片两种架构：南北桥、HUB（加速中心）南北桥北桥——提供PCI桥接、AGP接口、CPU/主存/高速缓存的连接南桥——提供USB、IDE、FDD、HDD、串/并口及ISA桥接例如：Intel440BX、VIA694(KT133)+686B等HUBGMCH——AGP接口、存储器通道ICH——PCI桥接、IDE控制器、USB、串/并口FWH——系统BIOS、显示BIOS、随机数发生器例如：Intel810、Intel815、Intel845等27计算机的工作过程存储程序计算机又称为冯•诺依曼型计算机数据和程序均以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式程序由多条有逻辑关系的指令组成指令的长度不等（一般为1～4字节）28存储程序计算机的工作原理程序预先存放在计算机的存储器中，计算机按程序的流程自动地连续取出指令并执行之。为实现自动连续地执行程序，控制器设置一程序计数器PC，它可根据指令的长度自动增量（总是指向下一条指令）。只要给出程序中第一条指令的地址，控制器就可依据存储程序中的指令顺序周而复始地取指令、译码、执行，直到完成全部指令操作为止，即控制器通过指令流的串行驱动实现程序控制。29执行指令的三个基本步骤：

取指、译码和执行取指令；PC增量，指向下条指令停机?译码并执行结束YN30例：计算3+2汇编语言程序对应的机器指令对应的操作---------------------------------------------------------------------------MOVAL,3

10110000;将立即数3传送到累加寄存器AL中

00000011

ADDAL,2

00000100;计算两个数的和，结果存放到AL中

00000010

HLT

11110100;停机 31PC:00000000AR:0000000000H01H02H03H04H1011000000000011000001000000001011110100DR:10110000IDIR:10110000PLA…ALUOI2I11234567AL:0000001132

微型机的应用科学计算数据处理和信息管理过程控制仪器仪表智能化CAD、CAM、CAA、CAI应用军事领域、多媒体、家用电器等§1.4微型计算机的应用33

1.CPU的位数2.CPU的主频3.内存容量和速度4.硬盘容量§1.5性能指标34§1.6计算机中的数制和码制各种进位计数制及其相互转换原码、反码、和补码运算基础定点数和浮点数BCD码和ASCII码。35要求熟练掌握有符号数的表示方法--------即原码、反码、和补码的定义、求法掌握补码运算的特点和基本法则，会用补码加、减法，理解溢出的概念，掌握溢出的判别方法了解定点数、浮点数的特点、表示方法理解BCD码的作用，会BCD码的加、减法掌握字符的表示方法—ASCII码。36§1.6.1数和数制在人们应用各种数字符号表示事物个数的长期过程中，形成了各种计数制。

进位计数制就是一种常用的计数方法，微机中常用的进位计数制有十进制、二进制和十六进制三种。

十进制是大家很熟悉的进位计数制，

它共有0，1，2，3，4，5，6，7，8和9共十个数码。数码的个数称为基数，故十进制的基数为10。

以2为基数的计数制叫做二进制计数制，简称二进制。 基数有0，1共两个数码。基数为2。

十六进制数也有2个主要特点：它有0，1，2…9，A，B，C，D，E，F共16个数码。在加法中采用逢16进1的原则。

注：为区分不同数制的数，采用数在后加英文字母的方法。即：B（二进制）、D（十进制）、H（十六进制）37十进制数（Decimal）0~9十个数码加法逢十进一权i一种位置系数基数10数码an整数位数m小数位数38二进制数（Binary）0、1两个数码加法逢二进一权i基数2数码an整数位数m小数位数39十六进制数（Hexadecimal）0~9，A～F十六个数码加法逢十六进一权i基数16数码an整数位数m小数位数40各种数制的相互转换（1）

二进制数→十进制数：（多项式求值）二进制数到十进制数的转换方法就是求此数的幂级数多项式的值

十进制数→二进制数：整数：“除2取余法”：

用2连续除待转换的十进制整数，至商为0止，将各次余数从下至上排列，结果即为二进制整数。

小数：“乘2取整法”：

用2连续乘待转换的十进制小数，至积小数部分为0止或满足精度，将各次余数从上至下排列，结果即为二进制小数。

41各种数制的相互转换（2）

十六进制数→十进制数(多项式求值)

方法和二进制数转换成十进制数的方法类似，即把十六进制数按权展开后相加。十进制数→十六进制数：整数：“除16取余法”小数：“乘16取整法”42各种数制的相互转换（3）

二进制数→十六进制数：“四位合一位法”以小数点为界，向两边每四位一组，不足四位以0补足之，然后分别把每组用十六进制数码表示，并按序相连。十六进制→二进制数：“一位分四位法”

把十六进制数的每位分别用四位二进制数码表示，然后把它们连成一体。43二进制数的运算算术运算加、减运算乘法运算除法运算逻辑运算（按位运算，无进位或借位）与AND：有0为0，无0为1或OR：有1为1，无1为0异或XOR：相同为0，不同为1非NOT：取反44§1.6.2

带符号数的表示方法

通常，把数值在计算机中的二进制表示形式称为机器数。机器数有两个基本特点数的符号数值化数的形式值不等于真正的数值，对应的真实数值称为机器数的真值位数受机器设备限制机器内部设备一次能表示的二进制位数叫机器的字长。一台机器的字长是固定的，一般是字节的整数倍。如8位、16位、32位64位等45§1.6.2

带符号数的表示方法

根据小数点是否固定，机器数可分为定点数和浮点数。一般用定点数表示整数，用浮点数表示实数根据有无符号，机器数分为无符号数和带符号数无符号数是指计算机字长的所有的二进制位均表示数值，表示范围与字长有关（2n-1）带符号数是指机器数分为符号部分和数值部分，且均用二进制代码表示46§1.6.2

带符号数的表示方法

带符号数是将一个数连同其符号用二进制数来表示的机器数。一般地，带符号数的最高有效位是符号位，其余的各位是数值位。符号位规定0表示正数，1表示负数。47原码表示法这种方法其实就是“符号+绝对值”的方法：符号位表示数的正负，而其余位表示这个数的绝对值。加减运算复杂，0有两种表示方法数值表示范围（8位）：-127~+127X≥0X≤0原码48反码对于n位字长的带符号的反码定义为：对于正数，其反码形式跟原码一样对于负数，只需将其原码除符号位外的各位求反，即可得其反码。加减运算统一，但需循环进位。X≥0X≤049补码对于n位字长的带符号的补码表示为：正数的补码跟其原码和反码形式相同负数的补码和反码之间有简单的关系，即补码等于该数的反码在最低位上加“1”。加减运算统一，无循环进位。0的表示唯一，表示范围-128~+127X≥0X≤050带符号数的溢出运算结果超出可表示范围同号相减异号相加溢出发生表示运算错误51§1.6.3定点数和浮点数所谓定点法，即小数点在数中的位置是固定不变的。以定点法表示的实数称作定点数。小数点在前（符号位与最高数值位之间）小数点在后（最低数值位之后）符号位数值位小数点符号位数值位小数点52浮点数浮点法任意二进制数N总可以写成下面的形式：d尾数二进制纯小数，指明数的全部有效数字。

符号为数符，表示数的符号。0(＋)1(－)。p阶码小数点移动位数，0(＋)向右移动，1(－)反向。

符号为阶符，用一位阶码表示。53浮点数表示方法不惟一，需规格化1位m位1位n位阶符阶码数符尾数54§1.6.4

BCD码BCD码(BinaryCodedDecimal)