第1章修改new.ppt

1、讲师：江峰职称：讲师入职单位：计算机与信息工程学院电子信息工程教研室电话336013723899085；参考书：微机原理与应用，周明德微机原理与接口技术，尹建华，高等教育出版社，微机原理与接口技术，课程重点：指令系统、汇编语言程序设计、中断、输入输出接口技术。该课程的特点是：理论性强、抽象、枯燥；但是它有着广泛的应用和很强的竞争力。评估方法：平均得分为30分，评估一般基于不定期的课堂作业、点名、提问、实验和作业完成情况。学习方法：自学、预习课程和实验学习思想：计算机的基本功能是处理信息。计算机处理信息的步骤：信息表示(电信号)和表示格式(二进制及其编码)；信息的转换(输入输出设备)和存储(记忆

2、)；信息传输(中央处理器内存、中央处理器输入输出接口)；信息处理(对信息执行各种操作)；信息自动处理过程的控制(中央处理器的控制信号)。学习微机原理课程时，我们应该遵循上述线索来理解课程内容。第一章是概述，1.1计算机数字系统及其转换1.2计算机中数字和字符的编码1.3微机系统的组成1.4微机的性能指标和分类1.5多媒体计算机1.1计算机数字系统及其转换计算机的内部信息可分为两类：控制信息和数据信息。控制信息是一系列用于指导计算机如何操作的控制命令。数据信息是计算机操作的对象，一般可分为数字数据和非数字数据。任何十进制数都可以用比特重量来表示，比特重量是固定位置的计数单位。例如，的十进制数是2

3、34.13，表示为(234.13) 10=2102 3101 4100 1101 3102，1.1.1数字和数字系统。常用的十进制数有十进制数、二进制数、八进制数和十六进制数。1.1.2不同数字之间的转换1。十进制数和二进制数之间的转换1)从十进制整数到二进制整数的转换方法：除以2得到余数，结果是相反的。2)将十进制小数转换为二进制小数的方法：乘以2。2。十进制和八进制之间的转换1)从十进制整数到八进制整数的转换方法：取除8以外的余数，结果相反。2)十进制分数转换为八进制分数的方法：乘8得到整数，结果按顺序排列。3。十进制和十六进制之间的转换1)从十进制整数到十六进制整数的转换方法：取除16之

4、外的余数，结果是相反的。2)将十进制分数转换为十六进制分数的方法：乘以16得到整数，结果按顺序排列。二进制、八进制和十六进制之间的转换。在计算机中，数字系统通常由一个英文字母后跟一个数字来表示。十进制是d，二进制是b，八进制是O，十六进制是h。因为英文字母O很容易与零混淆，所以Q也可以用来表示八进制数。此外，在计算机操作中通常默认使用十进制数，因此十进制数可能不在十进制系统中。1.2计算机中数字和字符的编码，1.2.1数字数据的编码和操作1。二进制数据的编码和运算包括原码、补码和补码。由于补码编码的许多优点，大多数微机数字和字符都是用补码编码的。机器编号：计算机中有符号的二进制数字数据的编码。

5、真值：由机器数量表示的实际值。通用机器号的最高有效位用于表示数字的符号，“0”表示正数，“1”表示负数。1)二进制数原码的编码方法结论：二进制正负数的原码是符号机号本身的真值。二进制数逆码的编码方法结论：二进制正数的逆码是它的原始码。二进制负数的倒数意味着机器号的符号位保持不变，其余的按位倒数。3)两个完成代码8421是十进制数最常见的编码和运算。代码8421意味着四个基2代码的位权重从高到低依次为8、4、2和1，并且选择0000、0001、0010和1001的10个组合来表示09的10位数字，如表1-3所示。表1-3 BCD代码表。这种编码的特点是在四个二进制代码中满足二进制规则，十进制计数

6、规则在十进制数字之间。因此，这种编码本质上是二进制编码十进制，所以它被称为BCD码或简称十进制码。示例1-19将十进制数字67.9转换为BCD代码。过程如下：67.9 01100111.1001 so(67.9)10=(01100111.0111)BCD、压缩BCD码和未压缩BCD码：(1)未压缩BCD码：1字节(8位二进制)仅代表一个BCD号，例如：(000001111) (2)压缩BCD码：1字节仅代表两个BCD号，例如：(01100110)另一种处理方法是：先将BCD码转换成二进制数，然后提交计算机运算，运算后将二进制结果转换成BCD码。1.2.2非数字数据的二进制编码1。ASCII字符

7、编码是最常用的，即美国信息交换标准代码。详见表1-4。表1-4 ASCII字符编码；2.汉字编码当计算机处理汉字时，汉字也必须用二进制代码表示。一般来说，汉字编码使用两个字节，即16位二进制数。然而，由于汉字的特殊性，在汉字的输入、存储和输出中使用的编码是不同的。输入中有输入代码，存储中有内部代码，输出中有字体代码。1)汉字输入编码，2)汉字内码，又称汉字内码，是机器存储和处理汉字时使用的统一编码。每个汉字的内部代码是唯一的，用两个字节表示。为了避免与西方字符的ASCII码产生歧义，汉字内部码中两个字节的最高位被指定为“1”。3)汉字字形码汉字字形码，也称汉字字形点阵码，是汉字输出时的字形点阵

8、码，是一系列的二进制码。3.逻辑数据的编码逻辑数据是用于表示“是”和“否”或“真”和“假”的数据。在计算机中，“1”表示“真”或“是”，而“0”表示“假”或“否”。应当注意，这里的“1”和“0”没有值和大小的概念，而只有逻辑意义。1)“与”运算(AND) 2)“或”运算(OR) 3)“非”运算(NOT) 4)“异或”运算(XOR)，1.3微机系统的组成，1.3.1微机硬件系统的组成微机主要由以下几个部分组成：微处理器或中央处理器，微机的硬件系统结构如图1.1所示。图1.1微型计算机的硬件结构。中央处理器的指数为：主频越高，运行速度越快；字长代表了中央处理器在数据处理方面的能力和准确性。其次，它

9、取决于中央处理器缓存的大小。一般来说，缓存的大小对中央处理器的计算速度也有很大的影响；当然，工作温度也很重要，而且温度与CPU的工作寿命有关。1)算术单元算术单元用于处理数据和信息。它主要由算术逻辑单元(ALU)组成，在控制器的命令下执行各种算术运算、逻辑运算和其他运算。2)控制器是计算机部件统一指挥和有效控制的关键部件，是微机的指挥和控制神经中枢。它从存储器中一个接一个地取出指令，分析指令，并向每个组件发送相应的控制信号，以便它们能够逐步执行指令指定的操作。内存内存是存储程序和数据的一部分。存储器分为主存储器和辅助存储器。主存储器，也称为存储器，通常由半导体存储器组成。直接存取，存取速度快但

10、容量小，用于存储当前运行的程序和数据。辅助存储器，也称为外部存储器，通常由磁盘和光盘组成。它由中央处理器通过输入输出接口访问，访问速度慢但容量大，一般用于存储历史数据和软件。系统总线总线指的是一组可以为多个功能组件服务的公共通信线路。在总线连接的帮助下，计算机实现了在各系统部件之间传输地址、数据和控制信息的操作。它的性能直接关系到微机系统的整体性能，如：USB、PCI-E、PCI-X(1Gbps)。总线大致可以分为三类：(1)内部总线(片上总线):连接中央处理器内部寄存器和运算部件的总线。(2)系统总线：连接中央处理器和计算机系统其他高速功能部件(如存储器和通道)的总线。(3)输入输出总线(外

11、部总线):连接中低速输入输出设备的总线。一般来说，系统总线由三部分组成：(1)数据总线(DB):具有几个位(如8、16等)的双向数据总线。)的数据宽度，由三态逻辑控制。用于实现微处理器、存储器和输入输出接口之间的数据交换。(2)地址总线：用于微处理器输出地址，以确定存储单元和输入输出接口部件的地址。一般来说，它是一个单向传输的地址总线，有几个位(如16、24等)。)宽度由三态逻辑控制。(3)控制总线(CB):控制总线用于传输定时和控制信号，以保证计算机的同步和协调，从而使微机的所有部件协调动作，从而保证通过数据总线传输各种信息的正确操作。一些控制信号由微处理器输出到其他部件，例如读和写信号；其

12、它控制信号由其它部件输入微处理器，如中断请求和复位信号。控制总线不需要三态逻辑。接口接口是指任何两个系统之间的接口或两个系统之间的连接。在计算机系统中，接口是指中央处理器与外部设备及相关控制电路之间的连接通道。主机和外部设备之间的这组缓冲电路称为接口。微机接口技术包括接口电路和相关编程技术。1.3.2微机软件系统1的组成。系统软件2。应用软件3。支持(或称支持)软件，如：数据库管理系统，1.3.3微机中央处理器访问内部指令过程的工作过程，模型机的内存结构图，存储容量为256个单元，存储单元用两个十六进制数字编号，地址从00h，000开始读写内存单元的内容，通过地址总线AB发送地址，地址总线AB

13、由地址解码器解码寻址。读取操作将04号存储单元的内容作为10000100，即84H，读取到数据库，即数据总线。首先，中央处理器的地址译码器给出04，然后存储器的地址译码器译码，找到04号存储单元。中央处理器发出读取命令，因此84H出现在数据库中并被发送到灾难恢复.存储器读操作示意图，b写操作将数据寄存器26H的内容写入单元10H。首先，中央处理器的地址解码器给出10H，然后存储器的地址解码器解码找到10H存储单元。数据寄存器的内容通过数据总线DB发送到存储器26H，由中央处理器发出写命令，于是26H写入10H单元，写存储器的操作图，存储指令，执行时将第一条指令的地址给00H的PC，进入取第一条

14、指令的操作过程：(让程序从00H开始存储)(1) (2)程序计数器PC的内容自动增加1成为01H，为下一条指令做准备。(3)地址寄存器AR通过地址总线向存储器地址解码器发送00H进行解码，并选择00H单元。(4)中央处理器发出“读取”命令。(5)所选00单元的内容B0H被读取到数据总线数据库。(6)读取的B0H通过数据总线d B发送到数据寄存器DR。(7)数据寄存器DR将其内容发送到指令寄存器IR。解码后，中央处理器“识别”操作码为“MOV A，07H”的指令，因此控制器发出各种控制命令来执行该指令。获取第一条指令的操作过程如图所示。取第一条指令的操作图，执行第一条指令的操作过程：取出第二个字

15、节的操作数(1)，将PC机的内容发送到地址寄存器AR。(2)程序计数器PC的内容自动增加1，并变为02H，为下一条指令做准备。(3)地址寄存器AR通过地址总线将01H发送给存储器地址解码器进行解码，并选择01H单元。(4)中央处理器发出“读取”命令。(5)所选01H单元的内容07H被读取到数据总线数据库。(6)读取的07H通过数据总线DB发送到数据寄存器DR。(7)控制代码计算机知道读出的是一个立即数，需要将其发送到累加器A1，所以数据寄存器DR通过内部总线将07H发送到累加器A1。获取第一条指令的操作数的过程如图所示。取立即操作图，第一条指令执行后，进入第二条指令的取指令阶段(1)，并将PC

16、 02H的内容发送到地址寄存器AR。(2)程序计数器PC的内容自动增加1，变为03H，为下一条指令做准备。(3)地址寄存器AR通过地址总线将02H发送给存储器地址解码器进行解码，并选择02H单元。(4)中央处理器发出“读取”命令。(5)所选02单元的内容04H被读取到数据总线数据库。(6)读取的04H通过数据总线DB发送到数据寄存器DR。(7)数据寄存器DR的内容被发送到指令寄存器IR。解码后，中央处理器“识别”操作码为“ADD AL，10”的指令，因此控制器发出各种控制命令来执行该指令。获取第二条指令的操作过程如图所示。取第二条指令的操作图，执行第二条指令，取出指令的第二个字节(1)，并将PC 03H的内容发送到地址寄存器AR。(2)程序计数器PC的内容自动增加1，变为04H，为下一条指令做准备。(3)地址寄存器AR通过地址总线将03H发送给存储器地址解码器进行解码，并选择03H单元。(4)中央处理器发出“读取”命令。(5)所选03H单元的内容0AH被读取到数据总线数据库。(6)读取的0AH通过数据总线DB发送到数据寄存器DR。(7)控制代码计算机知道，读出的操作数将与A1中的内容相加，因此数据由DR通过内部数据总线发送到ALY的一个输入端。(8)将(8)中的内容发送给算术逻辑单元，并执行加法运算；(9)加法的结