计算机硬件技术及应用第1章概论

1、软件学院软件学院 嵌入式软件系嵌入式软件系 授课授课教师：刘丽教师：刘丽办公地点：嵌入式软件系办公地点：嵌入式软件系 耘慧楼耘慧楼422室室 教师简介教师简介学习内容：学习内容： 计算机组成原理计算机组成原理 基础的汇编语言基础的汇编语言+ +微机原理及微机原理及接口技术接口技术 前修科目前修科目: : 数字逻辑数字逻辑后续科目后续科目: : 计算机网络、操作系统等计算机网络、操作系统等课程性质：课程性质：考查考查学时安排学时安排：56+856+8学时学时上课时间：上课时间：3 3-1-16 6周周考试时间：考试时间：1 16 6周以后周以后教学安排教学安排考核方式：百分制考核方式：百分制(平

2、时成绩平时成绩+ +卷面成绩卷面成绩* *6 60%0%) )* *8 85 5%+%+实验成绩实验成绩* *1515% %) )平时成绩平时成绩(40(40分分) )包含：包含：小组演练、课后作业、小型测试和综合训练项目小组演练、课后作业、小型测试和综合训练项目考勤事项考勤事项, ,严格按学生手册处理。严格按学生手册处理。平时出勤以小组为单位，组长记录成员出勤情平时出勤以小组为单位，组长记录成员出勤情况，可作为组员成绩分配依据之一，扣分原则：况，可作为组员成绩分配依据之一，扣分原则：（1 1）迟到）迟到1 1次扣次扣1 1分分（2 2）病假、事假）病假、事假1 1次扣次扣0.50.5分分（3

3、 3）无故旷课）无故旷课1 1次扣次扣2 2分分（4 4）无故旷课）无故旷课3 3次以上不及格次以上不及格课程考核方式课程考核方式 面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或 计算机系列计算机系列专门设计的。专门设计的。保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备, , 如磁盘、存储器、如磁盘、存储器、CPUCPU、I/OI/O端口等。端口等。目标代码简短，占用内存少，执行速度快，目标代码简短，占用内存少，执行速度快， 是高效的程序设

4、计语言。是高效的程序设计语言。经常与高级语言配合使用，应用十分广泛经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。 汇编语言的特点汇编语言的特点#include stdafx.h #include stdio.h int main(int argc, char* argv ) int a,b,c; a=1; b=2; c=a+b; printf(“c=%dn,c); return 0; 编译后的目标编译后的目标文件达文件达3.59KB汇编语言与汇编语言与C语言的比较语言的比较data segmenta db ?b db ?c db ?string db c=$data endscode segmentm

5、ain proc far assume cs:code, ds:data, es:datastart: push ds sub ax,ax push ax mov ax,data mov ds,ax mov es,ax mov al,a add al,b mov c,al lea dx,string mov ah,09 int 21h add c,30h mov dl,c mov ah,2 int 21h mov dl,0ah int 21h mov dl,0dh int 21h retmain endpcode ends end start汇编后的目标文汇编后的目标文件只有件只有208208

6、字节字节70%70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。以上的系统软件是用汇编语言编写的。某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是 用汇编语言编写的。用汇编语言编写的。高级绘图程序、视频游戏程序一般是用汇编语言编写的。高级绘图程序、视频游戏程序一般是用汇编语言编写的。 学习目标学习目标了解汇编语言的特性及其编程技术；了解汇编语言的特性及其编程技术；建立起建立起“机器机器”和和“程序程序”的概念、的概念、 “空间空间”和和“时间时间”的概念。的概念。掌握计算机各个功能部件的工作原理掌握计算机各个功能部件的工作原理 和编程方式和编程方式 学习方法学

7、习方法充分注意实践性强的特点；充分注意实践性强的特点；多读程序多读程序, ,多写程序多写程序, ,学习中注意归纳总结学习中注意归纳总结; ;熟悉熟悉PCPC机的编程结构机的编程结构; ;汇编语言与汇编语言与C语言的比较语言的比较 教材：崔丽群教材：崔丽群. .计算机硬件技术及应用计算机硬件技术及应用M.M.杭州：杭州：浙江大学出版社浙江大学出版社,2008.,2008. 王爱英王爱英. . 计算机组成与结构（第计算机组成与结构（第5 5版）版）M. M. 北京：北京：清华大学出版社清华大学出版社,2013.,2013. 唐朔飞等唐朔飞等. . 计算机组成原理（第计算机组成原理（第2 2版）版）

8、M. M. 北京：北京：高等教育出版社高等教育出版社,2008.,2008. 焦明海等焦明海等. . 计算机硬件技术基础（第计算机硬件技术基础（第2 2版）版）M.M.北京：清华大学出版社北京：清华大学出版社,2012.,2012. 钱晓捷钱晓捷. 16/32. 16/32位微机原理、汇编语言及接口技位微机原理、汇编语言及接口技术教程术教程M. M. 北京：机械工业出版社北京：机械工业出版社, 2011., 2011.参考资料参考资料 u了解计算机发展史了解计算机发展史;u掌握冯掌握冯诺伊曼计算机结构特点诺伊曼计算机结构特点;u掌握数制之间的转换关系掌握数制之间的转换关系 （二进制、十进制和十

9、六进制）（二进制、十进制和十六进制）;u掌握掌握BCD码、码、ASCII码的编码特点；码的编码特点；u掌握计算机硬件的主要技术指标掌握计算机硬件的主要技术指标 教教 学学 要要 求求 年代年代 CPU(中央处理器中央处理器)19711972Intel 4004 / 800819731977Intel 808019781983Intel 8086 / 8088 / 802861984至今至今 Intel 80386 / 80486Pentium 586Pentium Pentium Pentium 1.1.2 微型计算机的发展微型计算机的发展最早的计算机模型最早的计算机模型改进后的计算机模型改进

10、后的计算机模型现在的计算机模型现在的计算机模型l硬件技术对计算机更新换代的影响硬件技术对计算机更新换代的影响 100 000 000 超大规模超大规模 集成电路集成电路 1978现在现在五五 10 000 000 大规模大规模 集成电路集成电路 19721977 1 000 000 中小规模中小规模 集成电路集成电路 19651971 200 000 晶体管晶体管 19581964 40 000 电子管电子管 19461957 速度速度 /（次（次/秒）秒） 硬件技术硬件技术 时间时间 代代三三四四二二一一u以运算器为数据流动中枢，以控制器为控制命令中枢；以运算器为数据流动中枢，以控制器为控制

11、命令中枢；u机器由硬件与软件组成，硬件功能不能改变；机器由硬件与软件组成，硬件功能不能改变； u“存储程序存储程序”的工作原理，程序像数据一样存放在内存中；的工作原理，程序像数据一样存放在内存中；u指令由操作码和地址码组成；指令由操作码和地址码组成；u指令在存储器中按执行顺序存放指令在存储器中按执行顺序存放, ,由由PCPC指明要执行指明要执行 的指令所在的单元地址；的指令所在的单元地址；u计算机内信息（数据和控制信息）用计算机内信息（数据和控制信息）用二进制二进制表示。表示。1. 计数制计数制:按进位的方法进行计数。按进位的方法进行计数。2. 基数基数:计数制的数码个数计数制的数码个数.3.

12、 权权:数制每一位所具有的值数制每一位所具有的值.4. 计算机中的进位计算机中的进位计数制计数制 十进制数十进制数 : 由由09组成。运算时组成。运算时“逢十进一，借一当十逢十进一，借一当十” 二进制数二进制数 : 由由0和和1组成。运算时组成。运算时“逢二进一，借一当二逢二进一，借一当二”。 八进制数八进制数 ：由：由07组成。运算时组成。运算时“逢八进一，借一当八逢八进一，借一当八” 十六进制数：由十六进制数：由09，AF或或a f组成。组成。 运算时运算时“逢十六进一，借一当十六逢十六进一，借一当十六”。例例1十进制数十进制数3058.72 可表示为：可表示为： 3058.72=3103

13、+0102+5101+8100 + 710-1+210-2例例2在二进制数在二进制数10111.01 可表示为可表示为: 10111.01=124+023+122+121+120 +02-1+12-2例例3在十六进制数在十六进制数1AB4可表示为可表示为: 1AB411631016211161 4160按权展开按权展开1. 2. 二进制数的运算二进制数的运算(1) 加法运算：加法运算：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10(2) 减法运算：减法运算：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1（有借位）（有借位）(3) 乘法运算：乘法运算： 00=0 10=0 01=0 11=1(

14、4) 除法运算：除法运算：与十进制相同与十进制相同(5) 逻辑逻辑“与与”运算：运算：(逻辑乘逻辑乘) 00=0 1 0=0 0 1=0 11=1 (全全1出出1)(6) 逻辑逻辑“或或”运算运算: (逻辑加逻辑加) 00=0 1 0=1 0 1=1 11=1 (有有1出出1)(7)逻辑逻辑“异或异或”运算：运算： 0 0=0 1 0=1 0 1=1 1 1=0 (相异为相异为1)3. 进制数的使用特点进制数的使用特点例例 1111 B = 15 D = F H二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制00000000001111001022200113330100444010155

15、501106660111777100010881001119910101210A10111311B11001412C11011513D11101614E11111715F1000020161010001211711二进制二进制十进制十进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制十进制十进制二进制二进制八进制八进制二进制二进制十六进制十六进制压缩压缩BCDBCD码码：非压缩非压缩BCDBCD码码：【例】求【例】求6231的的BCD码码 压缩压缩BCD码码：0110 0010 0011 0001B 非压缩非压缩BCDBCD码：码：00000110 00000010 00000011 00000001B1.4 计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的主要技术指标1. .机器字长机器字长2. .运算速度运算速度l CPU 一次能处理数据的位数一次能处理数据的位数l 与与 CPU 中的寄存器位数有关中的寄存器位数有关l 决定数的表示范围和精度决定数的表示范围和精度= =ni = =1fi tiTMl吉普森法吉普森法l主频主频lMIPS 每秒执行百万条指令每秒执行百万条指令lCPI 执行