清华大学-计算机硬件技术基础ZG.ppt

1、1,开课：电机工程与应用电子技术系 教师：刘建政 副教授 地址：二区305 电话：73237,计算机硬件技术基础,2,讲课：32学时 实验：15（5次实验，从第6周开始） 教材：计算机硬件技术基础(第2版) 张菊鹏编清华大学出版社 包括：实验指示书和习题集共3册 参考书： 1.IBM-PC汇编语言程序设计沈美明 等清华出版社 2.微型计算机技术及应用（第二版）戴梅萼 等清华出版社 3.Barry B.Brey:The Inter Microprocessors 8086/8088,80186/ 80188,80286,80386,80486,Pentium,and Pentium Pro Pr

2、ocessor Architecture, Programming,and Interfacing. Fourth Edition,计算机硬件技术基础,3,第1章 微机基础,1.1 计算机中的数制和编码 1.2 微型计算机的结构 1.38086/8088微处理器 本堂课作业:(计算机硬件技术基础习题集) 1-2(3)；1-3(2)(4)；1-4(2)；1-5(3)； 1-6(1)(5); 1-8(2)(3);1-9(1)(3); 1-12(1)(3) * 课件下载地址：ftp:/待定,4,本课程是我校一门重点技术基础课，要求学会计 算机硬件方面的最基本知识。 课程特点： 1.发展更新快 2.无

3、理论推导、表面上容易，但繁琐 3.量大,学时少 4.难点在软件与硬件的结合，即控制软件 5.上机实验很重要 课程具体要求： 1.作业、实验报告按时交 每人准备1本作业纸,下周上课前由课代表将上周作业收齐交到西主楼2区305。作业每次改一半并进行登记,实验报告在下次实验前交。,5,2.实验提前准备好,予先写出实验予习报告,包括 编好上机程序。实验完成后经老师检查认可,并在 予习报告上签字。 3.认真听课、复习、做实验,有部分同学开始感 到入门难。千万别等到期末总突击。 4.课程考核及总成绩构成： 期中、期末考试(开卷)占50% 实 验 占20% 作 业 占20% 其它占10% 注：其它包括考勤、

4、回答问题等,6,教学思想： 本班同学大部分来自非电类系，加上我们学时较少（仅32学时），重点应在以拓宽同学们的知识面为主（泛讲），很多环节不能做过多的和深入的展开。课堂教学也不全部灌输式教学，可能安排一些设计、练习或讨论等。 欢迎同学们就教学方法提出宝贵的建议。 联系电话：73237（办） 地址：西主楼2区305,7,1.1 计算机中的数制和编码1.1.1 常用进位计数制及其相互转换,十进制数：09逢十进位 二进制数：01逢二进位 例：1101.101B 以B结尾，表示二进制数 十六进制数：09，AF 逢十六进位 例：0BF4H 以H结尾，表示十六进制数,8,1.1.2 二进制编码,1BCD码

5、(又叫：二十进制编码、8421码) 计算机中采用二进制,运算规律简单，但不 直观. 例：00111010B=？ 又例:0.3万 0。01001100 为此采用二进制数对十进制数编码 00000 每一位十进制数用四位二进制编 00011 码表示,故又叫二十进制编码 10019,9,一类叫组合（或叫压缩）的BCD码： 它用一个字节表示2位BCD码 例：(0110 1001)BCD 69 另一类叫未组合（或叫非压缩）的BCD码：1个字节只用低4位来表示BCD码，高4位为0 例：(0000 1000)BCD 08,BCD码有两类：,10,2ASCII码（美国标准信息交换码） 计算机处理的信息除数字外，

6、还需处理字母和符号，这些字符也用二进制编码表示： D7 D6 D0 奇偶标志 编码 （或填0） 故ASCII码从007FH，共128个。代表09，ABC，abc，+，-，*，/等，参见P15页表1-4.,11,1.1.3 二进制运算（算术、逻辑）,加、减、乘、除不介绍了，参考一下书上内容。 与运算： 例： 1100 1001 1011 0101 1000 0001 或运算： 例： 1100 1001 1011 0101 1111 1101,12,异或运算：例：1100 1001 1011 0101 0111 1100 对十六进制加、减运算，可化为二进制进行 运算，也可直接进行运算 例：06B3

7、 H 0000 0110 1011 0011 B + 3D25 H + 0011 1101 0010 0101 B 43D8 H 0100 0011 1101 1000 B,13,1.1.4 带符号数的表示法：,用最高有效位来表示数的符号。 0表示正数 1表示负数 对8位字长，D7为符号位 例：X=0100 0100b表示为+44h，+68d X=1100 0100b表示为-44h，-68d 机器数 真值,14,带符号数的表示： 1原码表示： 符号 数值 X=+68，X原=0100 0100 X=-68，X原=1100 0100,15,2反码表示： X=正数，X反=X原 X=负数，X反=X原中

8、的符号位不变， 其余位按位求反 例：X=+1000100 则：X反=01000100 X=-1000100 则：X反=10111011,其余位按位求反,16,3补码表示： X=正数，X补=X原 X=负数，X补=2n-|X| 式中2n 为模，n为位数 例：X=-100 0100b设n=8 X补=28d-100 0100b=1 0000 0000-100 0100 = 1011 1100b 1 0000 0000 28 - 100 0100 1011 1100,17,为避免做减法，可写成： X补=28-1000100 =11111111+1-1000100 =(11111111-1000100)+

9、1 =X反+1 举例：真值补码 对正数: X补=X原 对负数按定义：X补=X反+1,18,例1 -2补 =-000 0010补 =1111 1101+1 =1111 1110 例2 -127补=-1111111补 =10000000+1 =10000001 例3 -0补=-000 0000补 =1111 1111+1 =0000 0000（最高位舍掉）,其余位按位求反,19,补码 真值 X补=0010 1110为正数 则真值 X=+010 1110=+46 X补=1101 0010为负数 真值 X= -(X补包括符号位求反加1) X=-0010 1101+1=-0010 1110（-46）,2

10、0,若机器字长为16位，写出X=-46D的补码。先写出8位-46补=1101 0010再进行符号扩展，扩展方法为： 正数在高8位补0，负数在高8位补1 故-46补=1111 1111 1101 0010=FFD2H 若本身是一个16位负数，可按X反+1求。 8 位补码中的一个特殊数： 1000 0000在补码中定义为-128,21,补码运算好处：将减法运算变成加法运算 （运算器只有加法器） 例：96-20=？ 0110 0000 +96补 +1110 1100 -20补 10100 1100 76 -20补=-0010100 自然丢失 =11101011+1,22,1。1。5 二进制表示范围,

11、1对8位数：（参见P10表1-2） （1）无符号数0255 （2）有符号数 原码：最小1111 1111 -127 最大0111 1111 +127 0000 0000 +0 1000 0000 -0,23,反码：最小 1000 0000 -127 最大 0111 1111 +127 0000 0000 +0 1111 1111 -0 补码：最小 1000 0000 -128 最大 0111 1111 +127 0000 0000 0,24,2对16位数： （1）无符号数范围：065535 （2）有符号数，只写出补码： 最小 8000H -32768 最大 7FFFH +32767 0 000

12、0H 以后学习中，谈到有符号数，均指的是补码，其运算结果也是补码。,25,几个常用名词,位 bit 字节 Byte缩写：B（8bit） 字 Word缩写：W1字=2字节 双字 Double Word 缩写：DW 1个双字=4字节=32位 字长 多少 bit,26,1.2 微型计算机的结构,1.2.1 微处理器（P或MP） 又叫CPU，中央处理单元。包括如下几个部分： 1.算术逻辑单元（ALU），执行算术和逻辑运算等 操作。运算结果的一些特征位送标志寄存器。 2.累加器和通用寄存器组，用来保存参加运算的 数据及运算的中间结果。累加器是一个特殊的 寄存器。 3.程序计数器、指令寄存器和指令译码器。

13、要执 行的指令地址由程序计数器提供；指令寄存器 用来存放从内存中取来的指令码；指令译码器 则用来对指令码进行译码。 4.时序和控制单元，当指令译码器对程序中的指,27,令进行译码时，产生相应的控制信号送时序电路， 形成一定的时序控制信号，送到控制逻辑电路， 发出相应的控制信号，控制微机中各部件协调工 作。 P型号很多： 8位： 有8080、8085、6805、Z80等 16位： Intel 8086/8088、Z8000、MC68000 32位： Intel 386、486、Pentium、 Motorola 68020等,28,1.2.2 微型计算机（C或MC）,数据总线DB,控制总线CB,

14、微处理器 CPU,存储器,输入/输出 接口电路,外围设备,地址总线AB,结构图如下：,图1-1 微型计算机的基本结构,29,C包括如下几部分：,MP（CPU），为C的核心部件 总线（BUS），分AB、DB、CB用来传输信息 存储器，存储程序和数据 I/O接口，是微机和外设相连的桥梁 注意图中箭头方向有单向和双向两种。,30,1.2.3微型计算机系统(CS或MCS）,包括下面几部分： 微型计算机(MC) 系统软件：含操作系统,语言处理软件,编辑程序, 调试程序等 外设：输入设备 例键盘、扫描仪等。 输出设备 例CRT、打印机、绘图仪等。 磁盘、磁带既是输入设备又是输出设备 电源,31,1.3 8

15、086/8088微处理器,8086：为Intel系列的16位MP，+5V电源，有16根数据线，20根地址线 8088：为准16位MP，内部结构为16位数据线，对外为8位，其余同8086 1.3.1 8086/8088的寄存器结构 下图表示了8086/8088的寄存器结构 (参见P22的图1-3。图中上面数据寄存器错成指针寄存器),32,AH,AL,BH,CL,CH,DL,DH,SP,SI,BP,CS,DI,DS,ES,SS,PSW,AX,BX,CX,累加器,DX,基 数,IP,计 数,数 据,数据 寄存器,基数指针,源 变 址,指令指针,堆栈指针,目的变址,状态标志,堆栈分段,附加分段,数据分

16、段,码 分 段,变址 寄存器,指针 寄存器,通用 寄存器,控制 寄存器,段 寄存器,8086/8088的寄存器结构,BL,图1-2,33,1通用寄存器：,数据寄存器：AX、BX、CX、DX。这4个16位 寄存器可作为8个8位寄存器AH，AL，BH， BL，CH，CL，DH，DL来使用。 指针及变址寄存器：只能按16位处理 SP堆栈指针寄存器 BP基址指针寄存器 SI源变址寄存器 DI目的变址寄存器 SP、BP与SS联用 SI、DI与DS联用 其中SI、DI有自动增量和减量功能,指针寄存器,变址寄存器,34,2段寄存器： CS 码段寄存器 DS 数据段寄存器 SS 堆栈段寄存器 ES 附加段寄存

17、器,(辅助的数据区） 3控制寄存器： IP 指令指针寄存器： 存放码段中偏移地址 PSW 状态标志寄存器： 下面专门有一节讨论,35,1.3.2 8086/8088的编程结构： 参见P23图1-4,分成两大部分： 右侧部分为总线接口单元(BIU)，负责与 存、I/O 传送数据。 左侧部分为执行单元(EU)，负责指令的执 行。 由于这两部分是分开的，每当EU执行一条 指令时，BIU就马上从内存中取来下一条指 令，这样，一般情况下，CPU在执行完一条 指令后，便可马上执行下一条指令。从而 提 高了cpu的运行效率。,36,1.3.3 8086/8088的存储器组织 1.存储单元的地址和内容 存储器

18、以字节为单位存储信息，每个存储（字节）单元有一个地址，地址用16进制格式表示，如：0000H，0001H000AH000FH，16位二进制数可表示的地址范围为065535。用16进制表示为：0000HFFFFH。计算机中讨论存储器容量以2 =1024为基本单位，称为1K字节。,37,78H,1AH,0000H,0001H,0002H,0003H,译码器,6FH,3BH,1A78H,1A79H,1A7AH,1A7BH,.,存储单元的地址和内容,图1-3,A15A0,38,设2号单元中存放的内容为78H，表示为:（0002H）=78H 如果数据以字为单位，则占用连续的两个字节单元，且用低地址表示： （0002H）=1A78H 若0002单元的内容为一个地址，而(1A78H)=3B6FH，则可记为(0002H)=3B6FH,39,8086/8088有20条地址线，其寻址范围为：220=1048576=1024KB=1M（字节），地址从0