微型计算机基础课件

1、第1章 微型计算机基础4.11.1 概 述第1章 微型计算机基础第1章 微型计算机基础4.21.1 概 述 1.1.1 微型计算机发展概况微型计算机发展概况 第一代：电子管计算机时代第一代：电子管计算机时代(1946年第一台计算机问年第一台计算机问世世20世纪世纪50年代后期年代后期)。第1章 微型计算机基础4.31.1 概 述1mtt第二代：晶体管计算机时代第二代：晶体管计算机时代(20(20世纪世纪5050年代中期年代中期2020世世纪纪6060年代后期年代后期) ) 这一时期计算机主要器件的电子管逐步由这一时期计算机主要器件的电子管逐步由晶体管晶体管代代替，使整机的体积缩小，功耗降低，可

2、靠性和运算速度替，使整机的体积缩小，功耗降低，可靠性和运算速度得到提高，且价格下降。并且随着磁心存储器的使用，得到提高，且价格下降。并且随着磁心存储器的使用，速度得到进一步提高。计算机的应用领域由军事与尖端速度得到进一步提高。计算机的应用领域由军事与尖端技术领域扩大到气象、工程设计、数据处理以及其他科技术领域扩大到气象、工程设计、数据处理以及其他科学研究等领域。学研究等领域。第三代：集成电路计算机时代第三代：集成电路计算机时代(20(20世纪世纪6060年代中期年代中期2020世纪世纪7070年代前期年代前期) ) 这一时期的计算机采用这一时期的计算机采用集成电路集成电路作为基本器件，因作为基

3、本器件，因此，功耗、体积、价格进一步下降，而速度和可靠性进此，功耗、体积、价格进一步下降，而速度和可靠性进一步提高，使计算机的应用领域进一步扩大，占领了许一步提高，使计算机的应用领域进一步扩大，占领了许多数据处理的应用领域。多数据处理的应用领域。第1章 微型计算机基础4.41.1 概 述第四代：大规模集成电路和超大规模集成电路计算第四代：大规模集成电路和超大规模集成电路计算机时代机时代(20世纪世纪70年代以后年代以后) 这一时期的计算机采用这一时期的计算机采用大规模和超大规模集成电大规模和超大规模集成电路路作为基本器件，芯片集成度和微处理器的工作速作为基本器件，芯片集成度和微处理器的工作速度

4、以摩尔定律发展，半导体存储器取代磁心存储器，度以摩尔定律发展，半导体存储器取代磁心存储器，并不断向大容量、高速度发展；微型计算机和计算并不断向大容量、高速度发展；微型计算机和计算机网络的产生和发展，使计算机的应用更加普及，机网络的产生和发展，使计算机的应用更加普及，并深入到社会生活各方面。并深入到社会生活各方面。 第1章 微型计算机基础4.51.1 概 述 随着大规模和超大规模集成电路制造技术的发展，随着大规模和超大规模集成电路制造技术的发展， 20世纪世纪70年代年代初期，微处理器的出现开创了微型计初期，微处理器的出现开创了微型计算机的新时代。算机的新时代。 所谓微型计算机是指以微处理器为核

5、心再配上半所谓微型计算机是指以微处理器为核心再配上半导体存储器、输入导体存储器、输入/输出输出(I/O)端口电路、系统总线及端口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。其他支持逻辑电路组成的计算机。 从从1971年美国年美国Intel公司首先研制成功世界上第一块微处理公司首先研制成功世界上第一块微处理 器芯片器芯片4004以来，如今已经推出了以来，如今已经推出了六代六代微处理器产品。微处理微处理器产品。微处理器是微型计算机的核心部件，因此，微型机的发展是以微处理器是微型计算机的核心部件，因此，微型机的发展是以微处理器的发展而更新换代的。器的发展而更新换代的。第1章 微型计算机基础4.61

6、.1 概 述第一代第一代(19711973(19711973年年) 4) 4位或低档位或低档8 8位微处理器位微处理器 第一代微处理器和微型计算机是以第一代微处理器和微型计算机是以4 4位微处理器和位微处理器和低档低档8 8位微处理器为代表，典型产品有：美国位微处理器为代表，典型产品有：美国IntelIntel公公司司19711971年首次推出的年首次推出的Intel 4004Intel 4004；19721972年年3 3月月IntelIntel公公司推出的低档司推出的低档8 8位通用微处理器位通用微处理器Intel 8008Intel 8008。第一代微第一代微处理器的芯片集成度约为处理器

7、的芯片集成度约为20002000管管/ /片，时钟频率为片，时钟频率为1MHz1MHz，平均指令执行时间为平均指令执行时间为2020 s s。 第一代微型计算的特点是指令系统简单，运算功第一代微型计算的特点是指令系统简单，运算功能单一，但价格低廉，使用方便。能单一，但价格低廉，使用方便。第1章 微型计算机基础4.71.1 概 述2. 第二代第二代(19741978年年)中高档中高档8位微处理器位微处理器 典型产品有：典型产品有：1973年年Intel公司推出的公司推出的Intel 8080及及其改进型其改进型8085；1974年美国年美国Motorola公司推出的公司推出的MC6809；197

8、5年由年由Zilog公司推出的公司推出的Z-80；MOS公司公司推出的推出的MOS 6502。第二代微处理器的芯片采用。第二代微处理器的芯片采用NMOS工艺，集成度达到工艺，集成度达到50009000管管/片，微处理器片，微处理器的性能技术指标有明显改进，时钟频率为的性能技术指标有明显改进，时钟频率为24MHz，运算速度加快，平均指令执行时间为运算速度加快，平均指令执行时间为12 s。 第二代微型计算机的特点是具有多种寻址方式，第二代微型计算机的特点是具有多种寻址方式，指令系统较完善。在系统结构上已经具有典型计算机指令系统较完善。在系统结构上已经具有典型计算机的体系结构，设计考虑了机器间的兼容

9、性、端口的标的体系结构，设计考虑了机器间的兼容性、端口的标准化和通用性。在软件方面，除可使用汇编语言外，准化和通用性。在软件方面，除可使用汇编语言外，还有高级语言和操作系统。还有高级语言和操作系统。第1章 微型计算机基础4.81.1 概 述 3. 第三代第三代(19781983年年)16位微处理器位微处理器 这一时期最典型的产品是这一时期最典型的产品是Intel公司公司1978年推出的年推出的16位微处理器位微处理器Intel 8086以及准以及准16位微处理器位微处理器8088，Zilog公司的公司的Z-8000，Motorola公司的公司的MC68000。第。第三代微处理器工艺上采用三代微

10、处理器工艺上采用HMOS高密度集成工艺技术，高密度集成工艺技术，集成度为集成度为27万管万管/片，时钟频率为片，时钟频率为4MHz8MHz，数据总线宽度为数据总线宽度为16位，地址总线为位，地址总线为20位，可寻址内存位，可寻址内存空间达空间达1MB，运算速度比，运算速度比8位机提高位机提高25倍。倍。 1982年，年，Intel公司又推出公司又推出80286微处理器，它是微处理器，它是16位微处理器位微处理器中的高档产品，其集成度达到中的高档产品，其集成度达到10万个晶体管万个晶体管/片，时片，时钟频率为钟频率为10MHz，平均指令执行时间为，平均指令执行时间为0.2 s，速度，速度比比80

11、86提高提高56倍。倍。第1章 微型计算机基础4.91.1 概 述 (1)my t 第三代微型计算机的特点是具有丰富的指令系第三代微型计算机的特点是具有丰富的指令系统、多种寻址方式以及多种数据处理形式，并采统、多种寻址方式以及多种数据处理形式，并采用多级中断，有完善的操作系统。用多级中断，有完善的操作系统。80286含有多任含有多任务系统必须的任务转换功能、存储器管理功能和务系统必须的任务转换功能、存储器管理功能和多种保护机构，以支持虚拟存储体系结构。多种保护机构，以支持虚拟存储体系结构。 第1章 微型计算机基础4.101.1 概 述 4. 第四代第四代(19831993年年)32位高档微处理

12、器位高档微处理器 典型产品有：典型产品有：1983年年Zilog公司推出的公司推出的Z-80000；1984年年Motorola公司推出的公司推出的MC68020；19851989年年Intel公司分别推出的公司分别推出的Intel 80386和和80486。第四代。第四代微处理器采用先进的高速微处理器采用先进的高速CHMOS(HCMOS)工艺，工艺，集成度为集成度为1120万管万管/片。具有片。具有32位数据总线和位数据总线和32位位地址总线，直接寻址能力高达地址总线，直接寻址能力高达4GB，同时具有存储，同时具有存储保护和虚拟存储功能，虚拟空间可达保护和虚拟存储功能，虚拟空间可达64TB，

13、时钟频，时钟频率达到率达到16MHz33MHz，平均指令执行时间约，平均指令执行时间约0.1 s，运算速度为每秒运算速度为每秒300400万条指令。万条指令。 第1章 微型计算机基础4.111.1 概 述 第四代微型计算机的特点是内部采用流水线控制，第四代微型计算机的特点是内部采用流水线控制，增强了系统操作的并行性。增加了协处理器和两级高速增强了系统操作的并行性。增加了协处理器和两级高速缓存。内部数据总线宽度有缓存。内部数据总线宽度有32位、位、64位和位和128位，分别位，分别用于不同单元间的数据交换。采用用于不同单元间的数据交换。采用RISC技术，使微处技术，使微处理器可以一个时钟周期执行

14、一条指令；采用突发总线技理器可以一个时钟周期执行一条指令；采用突发总线技术与外部术与外部RAM进行高速数据交换，大大加快了数据处进行高速数据交换，大大加快了数据处理速度。理速度。第1章 微型计算机基础4.121.1 概 述 5. 第五代第五代(1993年后年后)准准64位高档微处理器位高档微处理器 这一时期的典型产品有：这一时期的典型产品有：1993年年Intel公司推出的公司推出的经典经典Pentium；1995年年IBM公司、公司、Motorola公司、公司、Apple公司联合推出的公司联合推出的Power PC； AMD公司推出的公司推出的K5。第五代微处理器采用亚微米。第五代微处理器采

15、用亚微米(0.6m)的的CMOS工工艺制造，集成度高达艺制造，集成度高达310万管万管/片，采用片，采用64位外部数据位外部数据总线，使经总线访问内存数据的速度高达总线，使经总线访问内存数据的速度高达528MB/s，36位地址总线使可寻址空间达位地址总线使可寻址空间达64GB，主频最初有，主频最初有60MHZ和和66MHz两种，后来陆续推出的两种，后来陆续推出的Pentium系系列产品的主频有列产品的主频有75MHz，90MHz，100MHz，120MHz，133MHz，166MHz，Pentium系列产品的系列产品的主频最高为主频最高为200MHz。第1章 微型计算机基础4.131.1 概

16、述 第五代微型计算机的特点是采用了全新的体系第五代微型计算机的特点是采用了全新的体系结构，内部采用超标量流水线设计，允许结构，内部采用超标量流水线设计，允许Pentium在在单个时钟周期内执行两条整数指令，即实现指令并单个时钟周期内执行两条整数指令，即实现指令并行；行；Pentium芯片内采用双芯片内采用双cache结构，即指令结构，即指令cache和数据和数据cache，避免了预取指令和数据可能发生的冲，避免了预取指令和数据可能发生的冲突。数据突。数据cache还采用了回写术，大大节省了处理器还采用了回写术，大大节省了处理器的处理时间；采用分支指令预测技术，实现动态地的处理时间；采用分支指令

17、预测技术，实现动态地预测分支程序的指令流向，大大节省了处理器用于预测分支程序的指令流向，大大节省了处理器用于判别分支程序的时间。判别分支程序的时间。第1章 微型计算机基础4.141.1 概 述 6. 第六代第六代(1995年后年后)64位微处理器位微处理器 1995年年2月，月，Intel公司推出第六代微处理器，公司推出第六代微处理器，Pentium PRO (P6)，P6采用采用0.6 m工艺，集成度为工艺，集成度为550万管万管/片，具有两个一级高速缓存，一个片，具有两个一级高速缓存，一个256KB的二级的二级cache，内部采用，内部采用12级超标量流水线结构，一个时钟周级超标量流水线结

18、构，一个时钟周期可以执行期可以执行3条指令。条指令。2000年末年末Intel公司又推出了目前公司又推出了目前的主流微处理器的主流微处理器Pentium 4。Pentium 4采用采用0.18 m工艺，工艺，集成度为集成度为4200万管万管/片，进一步扩大高速缓存容量，提片，进一步扩大高速缓存容量，提高主频。高主频。Pentium 4内部采用了内部采用了20级超标量流水线结构，级超标量流水线结构，并增加了很多新指令，更加有利于多媒体操作和网络并增加了很多新指令，更加有利于多媒体操作和网络操作。操作。 第六代微处理器性能优异，适应当前对多媒体、第六代微处理器性能优异，适应当前对多媒体、网络、通信

19、等多方面的要求。网络、通信等多方面的要求。第1章 微型计算机基础4.151.1 概 述1.1.2 微型计算机发展特点与分类微型计算机发展特点与分类1. 微型计算机的发展特点微型计算机的发展特点 微型计算机在发展过程中除了具有一般计算机的运算微型计算机在发展过程中除了具有一般计算机的运算速度快、计算精度高、记忆功能和逻辑判断力强、自动速度快、计算精度高、记忆功能和逻辑判断力强、自动工作等常规特点外，还表现出自身的特点工作等常规特点外，还表现出自身的特点 :第1章 微型计算机基础4.161.1 概 述1) 体积小、质量小、功耗低体积小、质量小、功耗低 由于采用了大规模和超大规模集成电路，从而使构成

20、由于采用了大规模和超大规模集成电路，从而使构成微型计算机所需的器件数目大为减少，体积和质量大为微型计算机所需的器件数目大为减少，体积和质量大为缩小，功耗也大大降低。缩小，功耗也大大降低。2) 可靠性高、使用环境要求低可靠性高、使用环境要求低 微型计算机采用大规模集成电路以后，使系统内的芯微型计算机采用大规模集成电路以后，使系统内的芯片数大大减少、从而使印刷电路板上的连线减少，接插片数大大减少、从而使印刷电路板上的连线减少，接插件数目大幅度减少，加之件数目大幅度减少，加之MOS电路芯片本身功耗低、电路芯片本身功耗低、发热量小，使微型计算机的可靠性大大提高，因而也降发热量小，使微型计算机的可靠性大

21、大提高，因而也降低了对使用环境的要求。低了对使用环境的要求。第1章 微型计算机基础4.171.1 概 述 3) 结构简单灵活、系统设计方便、适应性强结构简单灵活、系统设计方便、适应性强 微型计算机多采用模块化的硬件结构，系统中各功微型计算机多采用模块化的硬件结构，系统中各功能部件通过标准化的插槽和端口相连，选择不同的功能部件通过标准化的插槽和端口相连，选择不同的功能部件能部件(板卡板卡)和相应外设就可构成不同要求和规模的和相应外设就可构成不同要求和规模的微型计算机系统。由于微型计算机的模块化结构和可微型计算机系统。由于微型计算机的模块化结构和可编程功能，使得一个标准的微型计算机在相应软件的编程

22、功能，使得一个标准的微型计算机在相应软件的支持下就能适应不同的应用任务要求，或升级为更高支持下就能适应不同的应用任务要求，或升级为更高档次的微机系统。档次的微机系统。4) 性能价格比高性能价格比高 随着集成电路芯片的价格越来越低，微型计算机随着集成电路芯片的价格越来越低，微型计算机的成本不断下降，许多高性能的微型计算机的性能实的成本不断下降，许多高性能的微型计算机的性能实际上已经超过了中、小型计算机的水平，但其价格要际上已经超过了中、小型计算机的水平，但其价格要比中、小型机低几个数量级。比中、小型机低几个数量级。第1章 微型计算机基础4.181.1 概 述2. 微型计算机的分类微型计算机的分类

23、 最常见的是按微处理器的字长和按微型计算机的最常见的是按微处理器的字长和按微型计算机的构成形式来进行分类。构成形式来进行分类。1) 按微处理器按微处理器(CPU)字长分类字长分类 按微处理器字长来分，微型计算机一般分为按微处理器字长来分，微型计算机一般分为4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位机。位机。 (1) 4位微型计算机位微型计算机 用用4位字长的微处理器作位字长的微处理器作CPU，其数据总线宽度为其数据总线宽度为4位，一个字节数据要分两次来传位，一个字节数据要分两次来传送或处理。送或处理。4位机的指令系统简单、运算功能单一，位机的指令系统简单、运算功能单一，主要用于袖珍或台

24、式计算器、家电、娱乐产品和简主要用于袖珍或台式计算器、家电、娱乐产品和简单的过程控制，是微型计算机的低级阶段。单的过程控制，是微型计算机的低级阶段。 第1章 微型计算机基础4.191.1 概 述 (2) 8位微型计算机位微型计算机：用：用8位字长的微处理器作位字长的微处理器作CPU，其数据总线宽度为其数据总线宽度为8位。位。8位机的指令系统比较完善，位机的指令系统比较完善，寻址能力强，外围配套电路齐全，广泛用于事务管寻址能力强，外围配套电路齐全，广泛用于事务管理、工业生产过程的自动检测和控制、通信、智能理、工业生产过程的自动检测和控制、通信、智能终端、教育以及家用电器控制等领域。终端、教育以及

25、家用电器控制等领域。 (3) 16位微型计算机位微型计算机：用高性能的：用高性能的16位微处理器作位微处理器作CPU，数据总线宽度为，数据总线宽度为16位。位。16位微处理器在集成位微处理器在集成度和处理速度、内部结构等方面与度和处理速度、内部结构等方面与8位机有本质的不位机有本质的不同，同，16位机除原有的应用领域外，还在计算机网络位机除原有的应用领域外，还在计算机网络中扮演了重要角色。中扮演了重要角色。第1章 微型计算机基础4.201.1 概 述 (4) 32位微型计算机位微型计算机：32位微型计算机使用位微型计算机使用32位的微位的微处理器作处理器作CPU，典型产品有，典型产品有Inte

26、l 80386，Intel 80486等。等。特别是特别是1993年年Intel公司推出公司推出Pentium微处理器之后，使微处理器之后，使32位微处理器技术进入了一个崭新阶段。位微处理器技术进入了一个崭新阶段。32位微型计位微型计算机满足了人们对图形图像、实时视频处理、语言识算机满足了人们对图形图像、实时视频处理、语言识别、大流量客户机别、大流量客户机/服务器应用等应用领域日益迫切的服务器应用等应用领域日益迫切的需求。需求。 (5) 64位微型计算机位微型计算机：64位微型计算机使用位微型计算机使用64位的微位的微处理器作处理器作CPU，这是目前各个计算机领军公司争相开，这是目前各个计算机

27、领军公司争相开发的最新产品。相信发的最新产品。相信64位微处理器会将微型计算机推位微处理器会将微型计算机推向一个新的阶段。向一个新的阶段。第1章 微型计算机基础4.211.1 概 述 2) 按微型计算机的组装形式分类按微型计算机的组装形式分类 按照微型计算机多个部件的组装形式分类，又可按照微型计算机多个部件的组装形式分类，又可分为单片机、单板机和多板微型计算机分为单片机、单板机和多板微型计算机3类。类。 (1)单片机单片机：微型计算机各功能部件集成在一块芯：微型计算机各功能部件集成在一块芯片上，则称为单片微型计算机，简称单片机。片上，则称为单片微型计算机，简称单片机。 单片机的特点是集成度高、

28、体积小、功耗低、可单片机的特点是集成度高、体积小、功耗低、可靠性高、使用灵活方便、控制功能强、编程保密化、靠性高、使用灵活方便、控制功能强、编程保密化、价格低廉、利用单片机可较方便地构成一个控制系价格低廉、利用单片机可较方便地构成一个控制系统。统。 (2) 单板机单板机：将：将CPU芯片、存储器芯片、芯片、存储器芯片、I/O接口接口芯片及简单的芯片及简单的I/O设备装配在同一块印刷电路板上，设备装配在同一块印刷电路板上，则这块印刷电路板称为单板微型计算机，简称单板则这块印刷电路板称为单板微型计算机，简称单板机。机。 由于单板机的由于单板机的I/O设备简单、存储容量有限，只设备简单、存储容量有限

29、，只能用机器码编程，故通常应用于一些简单控制系统能用机器码编程，故通常应用于一些简单控制系统中。中。第1章 微型计算机基础4.221.1 概 述 (3) 多板微型计算机多板微型计算机：也称系统机，把微处理器：也称系统机，把微处理器芯片、存储器芯片、各种芯片、存储器芯片、各种I/O端口芯片和驱动电路、端口芯片和驱动电路、电源等装配在不同的印刷电路板上，各印刷电路板电源等装配在不同的印刷电路板上，各印刷电路板插在主机箱内标准的总线插槽上，通过系统总线相插在主机箱内标准的总线插槽上，通过系统总线相互连接起来，就构成了一个多插件板的微型计算机。互连接起来，就构成了一个多插件板的微型计算机。目前广泛使用

30、的微型计算机系统就是用这种方式构目前广泛使用的微型计算机系统就是用这种方式构成的。它功能强、组装灵活。成的。它功能强、组装灵活。第1章 微型计算机基础4.231.2 计算机中的数制和编码 由于电子元器件对表示两种状态的事物容易实现，由于电子元器件对表示两种状态的事物容易实现，所以在计算机中采用了二进制数字系统，即计算机中要所以在计算机中采用了二进制数字系统，即计算机中要处理的所有数据、字母、符号、图形、图像、声音等信处理的所有数据、字母、符号、图形、图像、声音等信息，都采用息，都采用二进制数字或编码二进制数字或编码来表示。来表示。 第1章 微型计算机基础4.241.2 计算机中的数制和编码1.

31、2.1 计算机中的数制计算机中的数制 1. 数制数制 数制数制是以表示数值所用的数字符号的个数来命名的，是以表示数值所用的数字符号的个数来命名的，如十进制、十二进制、十六进制、六十进制等。将数如十进制、十二进制、十六进制、六十进制等。将数字符号按序排列成数位，并遵照某种由低位到高位进字符号按序排列成数位，并遵照某种由低位到高位进位的方法进行计数，来表示数值的方式，称作位的方法进行计数，来表示数值的方式，称作进位计进位计数制数制。进位计数制的表示主要包含。进位计数制的表示主要包含3个基本要素：个基本要素：数位、数位、基数和位权基数和位权。第1章 微型计算机基础4.251.2 计算机中的数制和编码

32、在进位计数制中，任意数在进位计数制中，任意数S的通用表达式为的通用表达式为也可表示成多项式也可表示成多项式121 012()nnmSkkk k k kk121012121012()nnmnnmSkdkdk dk dk d k dkd njjjmk d=式中，式中，kj为该进位制使用的数码，为该进位制使用的数码，d为基数，为基数，0kj+127(+35)+(+94)=129+127，超出了字长为，超出了字长为8 8位补码表示的范位补码表示的范围，产生了溢出。围，产生了溢出。第1章 微型计算机基础4.421.2 计算机中的数制和编码3. 3. 无符号数的编码无符号数的编码 无符号数与带符号数表示方

33、法的区别无符号数与带符号数表示方法的区别仅在于符仅在于符号位号位，由于无符号数没有符号位，机器字的全部有，由于无符号数没有符号位，机器字的全部有效位均用来表示数的大小。效位均用来表示数的大小。例如，对于计算机中表示的机器数为例如，对于计算机中表示的机器数为0 1 0 0 1 0 1 01 1 0 0 1 0 1 0 如果是原码，则前者表示如果是原码，则前者表示+74，后者表示，后者表示-74；如；如果是无符号数，则前者表示果是无符号数，则前者表示74，后者表示，后者表示202。第1章 微型计算机基础4.431.2 计算机中的数制和编码4. 十进制数的二进制编码十进制数的二进制编码(BCD码码)

34、及运算及运算十进制十进制数码数码0 1 2 3 4 5 6 7 8 98421码码0000000100100011010001010110011110001001 编码实质上是二进制编码的十进制数编码实质上是二进制编码的十进制数(Brnary Coded Decimal)，因此，简称，因此，简称BCD码或二码或二-十进制码。十进制码。第1章 微型计算机基础4.441.2 计算机中的数制和编码5. 代码转换代码转换(1) 已知已知X原原，求，求X补补。 这时只要符号位不变，将数值部分逐位取反，末这时只要符号位不变，将数值部分逐位取反，末位加位加1即可。即可。【例【例1.20】 已知已知X原原=1

35、 0 0 1 1 0 1 0，求，求X补补。X原原 =1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 +) 1 X补补 =1 1 1 0 0 1 1 0 第1章 微型计算机基础4.451.2 计算机中的数制和编码(2) 已知已知X补补，求，求X原原。可通过对补码再求一次补来实。可通过对补码再求一次补来实现，即有现，即有X补补补补X原原 【例【例1.21】 已知已知补补1 1 1 0 0 1 1 0，求，求X原原。X补补 1 1 1 0 0 1 1 0 X原原 1 0 0 1 1 0 1 0 (3) 求补，若已知求补，若已知X补补，求，求-X补补，则称为求补。，则称为求补。 所谓

36、求补，就是将所谓求补，就是将X补连同符号位一起逐位取反，补连同符号位一起逐位取反，然后在末位加，便得到然后在末位加，便得到X补补。第1章 微型计算机基础4.461.2 计算机中的数制和编码 【例【例1.221.22】 已知已知XX补补 0 1 0 1 0 1 1 00 1 0 1 0 1 1 0，求，求-X-X补。补。XX补补 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 -X-X补补 1 0 1 0 1 0 1 01 0 1 0 1 0 1 0 第1章 微型计算机基础4.471.2 计算机中的数制和编码1.2.3 计算机中的信息编码计算机中的信息编码 在微型计算机中最常用的

37、是在微型计算机中最常用的是“信息交换美国标信息交换美国标准代码准代码”(ASCII码码)和和“信息交换用汉字编码信息交换用汉字编码”(汉汉字国际码字国际码)。1. ASCII码码 基本基本ASCII代码共代码共128个，其中控制符个，其中控制符32个，数个，数字字10个，大写英文字母个，大写英文字母26个，小写英文字母个，小写英文字母26个，以个，以及专用符号及专用符号34个。个。2.汉字国标码汉字国标码 汉字的数量很大，需要两个以上字节表示一个汉汉字的数量很大，需要两个以上字节表示一个汉字代码。字代码。第1章 微型计算机基础4.481.3 计算机系统的组成与运行原理1.3.1 计算机系统常用

38、的术语计算机系统常用的术语1. 位位 (bit) 位位(bit)是计算机所能表示的最小最基本的数据单是计算机所能表示的最小最基本的数据单位。位。2. 字节字节 (Byte ) 相邻的相邻的8位二进制数称为一个字节，位二进制数称为一个字节，1B= 8bit。通。通常用作计算存储容量的单位。常用作计算存储容量的单位。3. 字和字长字和字长 字是字是CPU内部进行数据处理的基本单位。字长是内部进行数据处理的基本单位。字长是每一个字所包含的二进制位数，常与微处理器内部每一个字所包含的二进制位数，常与微处理器内部的寄存器、运算装置、总线宽度一致。的寄存器、运算装置、总线宽度一致。第1章 微型计算机基础4

39、.491.3 计算机系统的组成与运行原理4. 位编号位编号 从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2、等。等。5. 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度，主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。6. MIPs MIPs是是Millions of Instruction Per Second的缩写，用的缩写，用来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少百万来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少百万条指令。条指令。7. iCOMP指数指数 iCOM

40、P指数是指数是Intel公司为评价其公司为评价其32位微处理器的性位微处理器的性能而编制的一种指标，说明了微处理器在微型计算机中能而编制的一种指标，说明了微处理器在微型计算机中应用的综合应用的综合 性能。性能。第1章 微型计算机基础4.501.3 计算机系统的组成与运行原理8. 指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序 (1) 指令指令是是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数等。加、减、乘、除、存数等。 (2) 指令系统指令系统是是CPU所能执行的全部操作。不同的所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。，其指令系统不同。 (3)

41、程序程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令序列。构成程序的指令在存用一条条指令编写的指令序列。构成程序的指令在存储器中一般都是按顺序存放，要破坏这种顺序性，必储器中一般都是按顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。须由转移指令操作。第1章 微型计算机基础4.511.3 计算机系统的组成与运行原理9. 寄存器寄存器 寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。根据存放信息的不同，可分为指令寄存器、数据寄存器、根据存放信息的不同，可分为指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。地址寄

42、存器等。10. 译码器译码器 译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。根据译码内容的不同可分为：指令译码器，将指路。根据译码内容的不同可分为：指令译码器，将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器，将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。器，将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。第1章 微型计算机基础4.521.3 计算机系统的组成与运行原理1.3.2 计算机系统的组成计算机系统的组成图1.2 计算机系统的组成第1章 微型计算机基础4.531.3 计算机系统的组成与运行原理 计算机

43、系统的硬件主要是由运算器、控制器、存储器、计算机系统的硬件主要是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等几部分组成。它的基本结构如图输入设备、输出设备等几部分组成。它的基本结构如图1.3所示。所示。图1.3 计算机的基本结构第1章 微型计算机基础4.541.3 计算机系统的组成与运行原理1. 运算器运算器 运算器是一个用于信息加工的部件，它用来对二进制运算器是一个用于信息加工的部件，它用来对二进制的数据进行算术运算和逻辑运算，所以也叫做的数据进行算术运算和逻辑运算，所以也叫做“算术逻算术逻辑运算部件辑运算部件”(ALU)。它的核心部分是加法器。它的核心部分是加法器。2. 控制器控制器 控

44、制器产生各种控制信号，指挥整个计算机有条不紊控制器产生各种控制信号，指挥整个计算机有条不紊地工作。它的主要功能是根据人们预先编制好的程序，地工作。它的主要功能是根据人们预先编制好的程序，控制与协调计算机各部件自动工作。控制与协调计算机各部件自动工作。3. 存储器存储器存储器是用来存放指令和数据的部件。存储器是用来存放指令和数据的部件。4. I/O设备设备I/O设备是实现人与计算机之间相互联系的部件。其主要设备是实现人与计算机之间相互联系的部件。其主要功能是实现人功能是实现人机对话、信息的输入与输出等。机对话、信息的输入与输出等。第1章 微型计算机基础4.551.3 计算机系统的组成与运行原理1

45、. 微处理器一般都具有下列基本功能微处理器一般都具有下列基本功能 可进行算术和逻辑运算；具有接收或发送数据给可进行算术和逻辑运算；具有接收或发送数据给存储器和外设的能力；可暂存少量的数据；可对指存储器和外设的能力；可暂存少量的数据；可对指令进行译码并执行指令新规定的操作；提供整个系令进行译码并执行指令新规定的操作；提供整个系统所需的定时和控制信号；可响应其他部件发出的统所需的定时和控制信号；可响应其他部件发出的中断请求。中断请求。2. 微处理器一般由下列部件组成微处理器一般由下列部件组成 算术逻辑单元算术逻辑单元(Arithmetic Logical Unit，ALU)；累；累加器和通用寄存器

46、组；程序计数器加器和通用寄存器组；程序计数器(也叫指令指标器也叫指令指标器)；时序和控制逻辑部件；指令队列；数据与地址锁存器时序和控制逻辑部件；指令队列；数据与地址锁存器/缓冲器；内部总线。微处理器的典型结构如图缓冲器；内部总线。微处理器的典型结构如图1.4所所示。示。1.3.3 微处理器微处理器第1章 微型计算机基础4.561.3 计算机系统的组成与运行原理图1.4 微处理器的典型结构第1章 微型计算机基础4.571.3 计算机系统的组成与运行原理 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU主要完成算术运算主要完成算术运算(、*、比较、比较)和各种逻辑运算和各种逻辑运算(与、或、非、异或、移位与、或、非

47、、异或、移位)等等操作。操作。 寄存器阵列寄存器阵列包括通用寄存器和专用寄存器两部分，包括通用寄存器和专用寄存器两部分，通用寄存器用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。通用寄存器用来存放参加运算的数据、中间结果或地址。专用寄存器包括程序计数器专用寄存器包括程序计数器(PC)(PC)、堆栈指示器、堆栈指示器(SP)(SP)和标和标志寄存器志寄存器(FR)(FR)，其作用是固定的，用来存放地址或地址，其作用是固定的，用来存放地址或地址基值。其中：基值。其中： (1) 程序计数器程序计数器(PC)用来存放下一条要执行的指令地用来存放下一条要执行的指令地址。址。 (2) 堆栈指示器堆栈指示器(SP)

48、用来存放栈顶地址。用来存放栈顶地址。 (3) 标志寄存器标志寄存器也称程序状态字也称程序状态字(PSW)寄存器，用来存寄存器，用来存放算术、逻辑运算指令执行后的结果特征。放算术、逻辑运算指令执行后的结果特征。第1章 微型计算机基础4.581.3 计算机系统的组成与运行原理 定时与控制逻辑定时与控制逻辑是微处理器的核心控制部件，负责是微处理器的核心控制部件，负责对整个计算机进行控制。对整个计算机进行控制。 指令队列缓冲指令队列缓冲器用来把存储程序区中的指令或立即器用来把存储程序区中的指令或立即数预先取到指令队列缓冲器中，这样可使取指过程和执数预先取到指令队列缓冲器中，这样可使取指过程和执行指令过程并行进行，提高了系统的运行速度。行指令过程并行进行，提高了系统的运行速度。 内部总线内部总线用于微处理器内部用于微处理器内部ALU和各种寄存器等部和各种寄存器等部件间的互连及信息传送。由于受芯片面积及对外引脚数件间的互连及信息传送