《汇编语言与接口技术》电子教案(全)完整版课件整套教学课件

1、汇编语言与微机接口第 1 章计算机概述2性质：是学习和掌握汇编语言程序设计、微机硬件和接口技术的课程。属专业技术基础课。目标(授课内容)：掌握微机核心硬件及基本工作原理；掌握汇编语言程序设计；掌握微机接口技术；学习本课程到底能做什么事？具有专用智能系统软硬件设计与研制的初步能力。为单片机和ARM打基础 汇编语言与接口技术课程简介3讲授（56课时）笔记；考勤；作业；实验(16课时)三个软件实验；五个硬件实验；实验报告；课程设计（一周）四个题目；小测验；课设报告； 汇编语言与接口技术课程简介答疑答疑；习题课；总复习；计算机中的数与编码方法2微型计算机系统3微型计算机系统概述1微型计算机的性能指标4

2、 第1章 计算机概述总目录1.1 微型计算机系统概述 1.1.1 微型计算机的特点和发展 1.1.2 微型计算机的分类 1.1.3 微型计算机的应用微型计算机微型计算机是指以大规模、超大规模集成电路为主要部件的微处理器为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总线所制造出的计算机系统。61.1 微型计算机系统概述1946年第一台计算机在美国问世。以后，人们接触最多的是微型计算机，它诞生于20世纪70年代，其发展以微处理器的发展为主要标志。71.1 微型计算机系统概述1.1.1微型计算机的特点和发展ENIAC：1946年美国宾夕法尼亚大学制造。Electronic Numerical Inte

3、grator and Calculator状况：有18,800个电子管，重30吨，占地150m2，耗电150kw，5000次/秒的加法。81、第一台电子数字计算机1、第一台电子数字计算机2、微处理器的出现运算器（Arithmetic logic unit）控制器（Control Unit）寄存器组(Registers)以及连接三者的内部总线，集成在一个芯片上。叫做微处理器。又叫中央处理器（Central Processing Unit） 简称 CPU分 代第0代年份字长芯片的集成度软件典型的芯片197119724/8位2250个管/片以上机器语言、简单汇编语言Intel 4004Intel 8

4、008第0代197319778位汇编程序高级语言、(FORTRAN PL/M等BASIC操作系统第一代1978198316位汇编语言高级语言操作系统第二代PentiumPII PIII P41981199232位第三代199332位9000个管/片以上29000个管/片以上1550万个管/片以上Intel 8080,8085MC 6800Z-80Intel 8086,8088MC 68000Z-8000Intel 80386,80486 MC 68020操作系统高级语言软件硬化操作系统高级语言软件硬化高达330万个管/片 3、微处理器的发展史第四代19952001Pentium64位550万个

5、管/片操作系统高级语言软件硬化微型计算机的发展是以微处理器的发展来表征的。微处理器的集成度每隔18个月就会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍。 摩尔定律Gordon E. Moore，Intel公司的创始人之一CPU的发展 1971年1977年是微处理器发展的早期阶段: 字长为4位或8位，集成度约为300010000晶体管/片，微处理器的主频为0.15MHz。Intel 40041971年：Intel 4004，是世界上第一片单片微处理器4位微处理器，寻址空间为4096个半字节, 指令系统包括45条指令。CPU的发展Intel当初的主业实际上是存储器芯片，1969年一家日本计算器公司Busico

6、m找到了Intel，希望Intel帮他们的Busicom 141-PF打印式计算器设计12个芯片。Intel工程师建议设计4个可编程芯片就可以了。CPU的发展15ROM 4001RAM 4002移位寄存器 4003Intel 4004微处理器1972年：Intel 8008，是世界上第一片8位微处理器。8008采用了10m生产工艺，集成度为3500个晶体管，工作频率为200KHz。Intel 8008CPU的发展1974年：Intel 8080采用了6m生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频为2MHz。1975年4月，MITS公司推出了以8080为CPU的世界 上第一台个人计算机Altair

7、 8800。Altair 8800的 BASIC语言解释器是Bill Gates编写的。CPU的发展1976年：Intel 8085Intel公司生产的最后一种8位通用微处理器，8085的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上升到246条。1977年：Z80，Zilog公司，8位机，优于8080，8085CPU的发展1978年-Intel8086采用了3m工艺，集成了29,000个晶体管，工作频率为4.77 MHz。它的寄存器和数据总线均为16位，地址总线为20位，从而使寻址空间达1MB。同时，CPU的内部结构也有很大的改进，采用了流水线结构，并设置了6字节的指令预取队列。第一代：8086

8、/8088（1978年-1981年）CPU的发展1979年-Intel8088除了它的数据总线为8位以外，其余均与8086相同。8088采用8位数据总线是为了利用当时现有的8位设备控制芯片。由于8088内部支持16位运算，而与I/O之间传输为8位，故8088称为准16位微处理器。1981年8月，IBM公司推出以8088为CPU的世界上第一台16位微型计算机IBM 5150 Personal Computer，即著名的IMB PC。CPU的发展采用1.5m工艺，集成了134,000个晶体管，工作频率为6MHz。80286的数据总线仍然为16位，但是地址总线增加到24位，使存储器寻址空间达到16M

9、B。1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算 机IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系统总 线结构，这就是的工业标准结构（ISA）。该结 构提供了一个16位、高性能的I/O扩展总线。第二代：80286（1982年-1984年）CPU的发展第三代：80386（1985年-1988年）第一个实用的32位微处理器，采用了1.5m工艺，集成了275,000个晶体管，工作频率达到16MHz。80386的内部寄存器、数据总线和地址总线都是32位的。通过32位的地址总线，80386的可寻址空间达到4GB。这时由32位微处理器组成的微型计算机已经达到超级小型机的水平。CPU的发展第四代：80

10、486（1989年-1992年）采用1m工艺，集成了120万个晶体管，工作频率为25MHz。80486把80386的内部结构做了修改，大约有一半的指令在一个时钟周期内完成，而不是原来的两个，这样80486的处理速度一般比80386快2到3倍。80486DX=80386+80387+CACHECPU的发展第五代：Pentium（1993年-1997年）第一代Pentium处理器（以P5代称，1993年）采用0.8m工艺，集成了310万个晶体管，工作频率为60MHz/66MHz。第二代Pentium处理器（以P54C代称，1994年）采用0.6m工艺，工作频率为90MHz/100MHz。第三代Pe

11、ntium MMX（以P55C代称1997年）增加了57条多媒体指令，采用0.35 m工艺。Pentium的来历希腊文五（penta）+加拉丁文中代表名词的后缀ium。人们预测INTEL下一代CPU为Intel80586。在美国是不能用阿拉伯数字注册商标的。 不能再让AMD和其他公司用同样的名字来抢自己的饭碗了。用拉丁文去注册商标。 Pentium PRO（1995年11月1日 ）采用了一种新的总线接口Socket 8 。Pentium Pro的工作频率有150/166/180和200MHz四种，都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存。达到了440 MIPS 的处理能力和5.5 M个晶

12、体管。 CPU的发展第六代：Pentium II（1997年5月7日 ）采用SLOT1架构，通过单边插接卡（SEC）与主板相连。SEC卡盒将CPU内核和二级高速缓存封装在一起，二级高速缓存的工作速度是处理器内核工作速度的一半。 CPU的发展Pentium III（1999年2月26日 ）英特尔发布Pentium III 450MHz、Pentium III 500MHz处理器。同时采用了0.25微米工艺技术,核心由950万个晶体管组成 。CPU的发展第七代： Pentium 4（ 2000年11月 ）是继1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新设计过的处理器，这一新的架构称做Ne

13、tBurst。 Pentium 4处理器集成了4200万个晶体管，并且开始采用0.18微米进行制造，初始速度就达到了1.5GHz。 CPU的发展Pentium 4 Prescott 2M 内核（ 2005年第一季度 ）它包含了崭新的64位技术（AMD64的实现，英特尔称为EM64T）、XD、EIST（英特尔增强SpeedStep技术）以及2MB的L2缓存。 CPU的发展Pentium D Smithfield内核（ 2005年4月 ）D 处理器是用于台式机的双内核处理器(Dual )。它在一个物理处理器内包含两个完整的执行内核，这两个内核以相同的频率运行。两个内核共享相同的封装和芯片组/内存接

14、口。 工艺 90纳米。时钟速度 2.8GHz到3.2GHz前端总线 800 MHzCPU的发展Pentium EE Smithfield内核（ 2005年4月 ）Pentium EE 指的是Pentium Extreme Edition 。Pentium EE和Pentium D的最大区别就是Pentium EE支持超线程技术HT,而Pentium D则不支持。 CPU主频：3.2GHz制作工艺：90纳米核心数量：双核心核心代号：SmithfieldCPU的发展第八代：INTEL Core 2 DUO（ 2006年7月27日 ）早期的酷睿是基于笔记本处理器的 。酷睿2是一个跨平台的构架体系，包

15、括服务器版、桌面版、移动版三大领域。 CPU主频：2.4 GHz 制作工艺：65纳米核心数量：双核心核心代号：Conroe（扣肉） CPU的发展Tick-Tock发展战略Tick-Tock是Intel公司发展微处理器芯片设计制造业务的一种发展战略模式，在2007年正式提出。 Tick-Tock”的名称源于时钟秒针行走时所发出的声响。 Tick-Tock发展战略每一次“Tick”代表着一代微架构的处理器芯片制程的更新，意在处理器性能几近相同的情况下，缩小芯片面积、减小能耗和发热量； 而每一次“Tock”代表着在上一次“Tick”的芯片制程的基础上，更新微处理器架构，提升性能。 一般一次“Tick

16、-Tock”的周期为两年，“Tick”占一年，“Tock”占一年。 Intel指出：Tick-Tock发展战略2007年Intel推出的45nm工艺制程处理器（Penryn）2008年Intel推出新微构架Nehalem2009年Intel推出的32nm工艺处理器（Westmere）2010年Intel推出微构架Sandy Bridge INTEL Core 2 Quad （2008年8月 ）Kentsfield是英特尔第一代四核心处理器 。基本上它是由两个Conroe核心合并于一块基板上组成。最早的两个型号分别为属于Core 2 Extreme的QX6700，及属于Core 2 Quad的Q

17、6600。CPU主频：2.4GHzFSB : 1066MHz 核心数量：四核心核心代号：KentsfieldCPU的发展INTEL Core i7 （2008年11月17日 ）Nehalem是英特尔i7第一代处理器 。45nm制程，32nm制程产品随后上线 。新的1366针脚接口 CPU主频：3.2GHz FSB : 1066MHz 核心数量：1-4核心微架构 ： NehalemCPU的发展INTEL Core i5 （2009年9月1日 ）Nehalem是英特尔i5第一代处理器 。45nm制程。接口采用LGA 1156。CPU主频：3.2GHz FSB : 1066MHz 核心数量：1-4核

18、心微架构 ： NehalemCPU的发展INTEL Core i3 （2010年1月）集成核显：GPU-HD Graphics 接口：LGA 1156 CPU主频：2.93GHz DMI： 2.5GT/s 核心数量：双核心四线程微架构 ： NehalemCPU的发展INTEL Core i四代架构的命名第1代Westmere架构 如：Core i3-390M第2代Sandy Bridge 如：Core i3-2350M 第3代Ivy Bridge架构 如：Core i3-3130M 第4代Haswell架构 如：Core i3-4110M CPU的发展Tick-Tock发展战略2007年11月

19、 Intel推出45nm工艺处理器（Penryn）2008年11月 Intel推出新微构架Nehalem2010年1月Intel推出的32nm工艺处理器（Westmere）2011年1月Intel推出微构架Sandy Bridge 2012年4月Intel推出22nm工艺（Ivy Bridge ）2013年6月Intel推出微构架Haswell 2014年9月Intel推出14nm工艺（Broadwell）架构类别年代制造工艺1Nehalem 第一代酷睿 2008-2011年 32nm 2Sandy Bridge 第二代酷睿 2011年 32nm 3Ivy Bridge 第三代酷睿 2012年

20、 22nm 4Haswell 第四代酷睿 2013年 22nm 5Broadwell 第五代酷睿 2014年 14nm 6Skylake 第六代酷睿 2015年 14nm TickTock-Optimize 钟摆战略的调整TickTock优化 Intel core 第5代的架构为Broadwell处理器 英特尔第五代CPU曝全新命名，告别i3/i5/i7 2014年9月6日首发Intel Core M处理器针对平板市场。直面ARM。工艺：14nm功耗：4.5WCPU的发展Intel core 第5代的架构为Broadwell处理器CPU的发展47Microcomputer微型计算机可以从不同的

21、方面来划分：481.1 微型计算机系统概述微型计算机的分类1. 按处理器同时处理数据的位数或字长分：4位机、8位机、16位机、32位机、64位机2. 按结构类型分：单片微型机、单板微型机微型计算机微型计算机的分类3. 按用途分：(1) 个人计算机(PC机)(2) 工作站服务器(3) 网络计算机(简称NC)2. 按体积大小分：(1) 台式机(又称桌上型)(2) 便携式(又称可移动微机、笔记本型、膝上型、口袋型、掌上型和钢笔型)微型计算机的分类微型计算机已经被广泛地应用到国民经济的各个领域中。511.1 微型计算机系统概述微型计算机的应用 微型计算机除具有一般电子数字计算机的快速、精确和通用等许多

22、优点外，还具有独自的特点：(1) 体积小、重量轻、功耗低(2) 可靠性高、对使用环境要求低(3) 结构简单、设计灵活、适应性强(4) 性能价格比高1.微型计算机特点微型计算机的应用2. 微型计算机的应用领域科学计算过程控制信息处理人工智能网络通信计算机辅助技术微型计算机的应用科学计算如：的计算、中长期天气预报及导弹发射中的计算等。 信息处理计算机辅助系统过程控制如对工业生产领域的过程控制，即对生产过程进行监视和控制，以提高产品质量与数量，减轻工人的劳动强度；控制飞机飞行姿态、地形回避及导弹拦截等。人工智能 计算机模拟人的高级思维活动,进行逻辑判断与推理。如机器人、专家系统、语音识别系统、图形图

23、像等模式识别系统。信息高速公路电子商务办公自动化仪器仪表 将传感器与计算机集成于同一芯片上，智能传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计、处理及自诊断、自校准、自适应等功能。智能家电1.2 计算机中的数与编码方法 1.2.1 进位计数制1.2.2 数制之间的转换 1.2.3 带符号数表示法 1.2.4 二进制数运算 1.2.5 二进制编码十进制数二进制数八进制数十六进制数 65 1.2.1进位计数制66 7 0 15 031 063 01 bit = 1个二进制位1 Byte = 8 bit1 Word = 2 Byte = 16 bit1 Doubleword =

24、2 Word = 32 bit 1 Quadword = 4 Word = 64 bit计算机中的数据类型67 1. 常用计数法数制英文 后缀例子十进制DecimalD25D或25二进制BinaryB0001 1001B八进制OctalQ31Q十六进制HexadecimalH19H十进制数、二进制数与十六进制数DecimalBinaryHexDecimalBinaryHex000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F69有十个数码：09

25、，进位规则：逢十进一。（一）十进制1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1加权展开式以10为基数，各位系数为09，10i为权 一般表达式：ND=dn-110n-1+dn-210n-2 +d0100 +d-110-1+70两个数码：0、1逢二进一。（二）二进制1101.101=123+122+021+120+12-1 +12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1， 2i为权一般表达式：NB = bn-12n-1 + bn-22n-2 +b020+b-12-1+71十六个数码09、AF进位规则：逢十六进一（三）十六进制DFC.8=13162 +15161 +1

26、2160 +816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF，16i为权一般表达式：NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+十进制到非十进制数的转换非十进制数到十进制数的转换二进制与十六进制数之间的转换 72 1.2.2 数制之间的转换73到二进制的转换：对整数：除2取余；对小数：乘2取整。1、十进制转换为其他进制到十六进制的转换：对整数：除16取余； 对小数：乘16取整。741、十进制转换为其他进制除2取余，至商为零。所得的余数倒序排列。A、整数部分的转换：乘2取整，达到精度为止。乘积的整数部分顺序排列。B、小数部分的转换 二进制整数转换除2取余

27、法DN125= N=125D=01111101B余数31212562215722231=K21=K31=K41=K51=K610221=K00=K1低位高位0=K7小数转换乘2取整法0. 8125 1 . 625 22 1. 250 2 1. 020. 5 (0.8125)10=(0.1101)2K-1=1K-2=1K-3=0K-4=177例：把二进制数1011.11B。以及十六进制数5B.8H转换成十进制数1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 = 8+2+1+0.5+0.25 =11.755B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =

28、91.5 2、R进制到十进制的转换按权展开，先乘后加783AF.2H = 0011 1010 1111.0010 1110101111.001B 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 3、二进制与十六进制数之间的转换因为 24=16 所以，四位二进制数对应一位十六进制数二进制、四进制、八进制和十六进制之间转换方便无符号数带符号数原码反码补码1.2.3 带符号数表示法计算机中的数是用二进制表示的，数的符号也是用二进制表示的。通常一个数的最高位为符号位，其余部分为数值位。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符号位 数值位 1.2.3 带符号数表示法如:

29、 X= + 98 = +（110 0010）2在机器中表示为： X= 0 110 0010B + 98机器数与真值 这种符号数码化的数称为机器数。 机器数的实际数值称为真值。如: X= + 110 0010 Y = - 1011011 为真值 0 110 0010 1 1011011 为机器数符号数码化后，对数据进行运算时，符号位应如何处理？把符号位和数值位一起编码：原码，反码，补码。1、原码正数符号位用“0”表示，负数符号用“1”表示。数值用其绝对值。这种表示法称为原码。 X= +105 X原= 0 110 1001 Y= -105 Y原= 1 110 1001原码表示简单,真值转换方便，运

30、算不方便。2、反码正数符号位用“0”表示，负数符号用“1”表示尾数按位取反。这种表示法称为反码。例： +4反 = 0 0000100 -4反 = 1 1111011 +83反 = 0 1010011 -83反 = 1 0101100 +0反 = 0 0000000 -0反 = 1 11111113、补码正数符号位用“0”表示，负数符号用“1”表示尾数“变反加一”。这种表示法称为补码。例： +127原=0 1111111 +0原=0 0000000 -127反=1 0000000 -0反=1 1111111 -127补=1 0000001 -0补=0 0000000 利用补码将减法运算转化为加法

31、运算： X=X补补 X+Y补=X补+Y补 X-Y补=X补+-Y补微机中采用补码来表示带符号数858位二进制数十六进制数无符号数原码的真值反码的真值补码的真值0000000000H0+0+0+00000000101H1+1+1+10000001002H2+2+2+2011111017DH125+125+125+125011111107EH126+126+126+126011111117FH127+127+127+1271000000080H128-0-127-1281000000181H129-1-126-1271000001082H130-2-125-12611111101FDH253-125

32、-2-311111110FEH254-126-1-211111111FFH255-127-0-11.2.4 二进制数运算无符号二进制数运算二进制的算术运算二进制的逻辑运算带符号二进制数运算加法运算减法运算乘法运算除法运算无符号数：即正整数。对应的8位、16位、32位二进制数全部用来表示数值本身，没有用来表示符号位的位带符号数：是针对二进制来讲的。用最高有效位（MSB）来表示数的符号，正数用0表示，负数用1表示。其余数位用作数值位，代表数值。无符号数和带符号数（1）加法运算0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（有进位）（2）减法运算0 0 = 0 1 0 = 1 1 1 = 0 0 1

33、 =1（有借位） （3）乘法运算0 0 = 0 0 1 = 0 1 0 = 0 1 1 = 1（4）除法运算 0 0 = 0 0 1 = 0 1 1 = 11、二进制的算术运算（1）“与”运算 11=1 10=0 01=0 00=0（2）“或”运算0 v 0 = 0 0 v 1=1 1 v 0 = 1 1 v 1 = 12、二进制数的逻辑运算1.2.5 二进制编码计算机里，字母、各种符号以及指挥计算机行操作的指令，均用二进制数的组合表示，称为二进制编码。常用的有：BCD码ASCII1、BCD码即用二进制表示的十进制数，简称BCD数 （binary coded decimal)。常用的是8421

34、 BCD码又分为：非压缩的BCD码压缩的BCD码十进制数8421BCD码00000100012001030011401005010160110701118100091001因为231024所以，需要4位二进制数表示。 非压缩的BCD码用 8bit 二进制数，表示1个十进制数位例如：2386 00000010 00000011B 00001000 00000110B占内存四个字节00000110000010000000001100000010 压缩的BCD码用 8bit 二进制数，表示2个十进制数位例如：2386 00100011 10000110B 占内存两个字节100001100010001

35、1 2、ASCII码美国信息交换标准代码 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）已成为计算机字符编码的国际标准。（7位二进制数表示一个字符）b6b5b4b3b2b1b00000010100111001011101110000NULDLESP0P、p0001SOHDCI!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IY

36、iy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS ,Nn1111SIUS/?O_oDEL控制符号的定义NUL null空SOHstart of headline标题开始STXstart of text正文开始ETXend of text正文结束EOTend of transmission传输结束ENQenquiry询问ACKacknowledge承认BELbell报警符BSbackspace退格HThorizontal tab横向列表LFline feed换行VTvertical tab垂直制表FFform feed走纸控制CRcarriage return回车SO

37、shift out移位输出SIshift in移位输入DLE data link escape数据链换码DC1 device control 1设备控制1DC2 device control 2设备控制2DC3 device control 3设备控制3DC4 device control 4设备控制4NAK neg acknowledge否定SYN synchronous idle空转同步ETB end of trans. block信息块传送结束CAN cancel作废EM end of medium纸尽SUB substitute减ESC escape换码FS file separato

38、r分隔符GSgroup separator组分隔符RSrecord separator)记录分隔符USunit separator)单元分隔符 常用的ASCII码字符列表：字符ASC码字符ASC码0930H39H换行LF0AHAZ41H5AH回车CR0DHaz61H7AH$24H1.3 微型计算机系统 1.3.1 微处理器 1.3.2 微型计算机 1.3.3 微型计算机系统微型计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统：构成计算机的实体。它包括微处理器、存储器、I/O接口、系统总线、外部设备和电源。软件系统：在计算机上运行的各种程序。它包括系统软件和应用软件。1、微型计算机的系统与系统的层次结

39、构硬件系统：硬件微型计算机(单片、单板)电源外围设备微处理器存储器I/O接口系统总线算术逻辑单元控制器寄存器ROMRAMROMEPROME2PROMSRAMDRAM并行接口串行接口辅助接口数据总线地址总线控制总线外部设备I/O接口模拟量I/O接口开关量接口键盘、显示器、打印机外存储器软、硬磁盘光盘A/DD/A操作系统 Dos, Windows, UNIX, LINUX语言处理程序 Turbo C数据库系统 FoxPro、Oracle软件分类系统软件应用软件文字处理软件 Wps、Word表格处理软件 Excel辅助设计软件 Auto CAD用户编制的实际程序软件系统： 微型计算机系统从小到大可分

40、为微处理器、微型计算机、微型计算机系统三个层次结构，如图所示运算器控制器寄存器RAMROMI/O端口I/O端口微型计算机系统微型计算机微处理器电源系统软件系统I/O设备I/O设备2、三个概念：A. 微处理器(也称微处理机，Microprocessor)B. 微型计算机(Microcomputer)C. 微型计算机系统(Microcomputer System)Microprocessor微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成，也称为中央处理器。微处理器完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。1051.3 微型计算机系统微处理器Microc

41、omputer是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出(I/0)接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。1061.3 微型计算机系统微型计算机Microcomputer System微型计算机系统是由计算机硬件系统、软件系统组成1071.3 微型计算机系统微型计算机系统2、微型计算机的硬件结构 微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口构成，它们之间由系统总线连接。ROMCPURAMI/O接口外部设备电源时钟脉冲电路ABDBCBA. 微处理器 整个微机的核心是微处理器(p, MPU)，也称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组及控制部件。ALU ： 算术运算、逻辑运算寄 存 器：存放操作

42、数、中间结果、地址、标志等信息控制部件：整个机器控制中心，包括程序计数器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信息产生电路。总线控制部件算术逻辑部件寄存器组MPUI/O接口电路ROMRAM外部设备存储器B. 存储器微机的存储器分为：主存和辅存主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据。(CPU内部cache，主板上的内存, 造价高，速度快，存储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的数据，(主机箱内或主机箱外，造价低，容量大，可长期保存，但速度慢)C. 输入设备微型计算机常用的输入设备有键盘、鼠标、数字化仪、图像扫描仪、数码相机等。D. 输出设备微型计算机常用的输

43、出设备有液晶显示器、打印机和绘图仪等。注意：由于各种外设的工作速度、驱动方式差别很大，无法与CPU直接匹配，所以不可能把它们简单地连到系统总线，需要有一个接口电路充当它们和CPU间的桥梁，通过该电路完成信号的变换、数据的缓冲、与CPU联络等工作。在微机系统中，较复杂的I/O接口电路一般都做在电路板上，这种电路板又称为“卡(Card)”，由卡的一侧 引出连接外界的插座，另一侧 做成插入端，只要将它们插入总线槽(I/O通道)就连到了系统总线。E. 系统总线 所谓“总线”，是指传递信息的一组公用导线。系统总线(System Bus)是指从处理器子系统引出的若干信号线，CPU通过它们与存储器和I/O设

44、备进行信息交换。系统总线一般分为三组：数据总线：DB(Data Bus)地址总线：AB(Address Bus)控制总线：CB(Control Bus)E. 系统总线只读存储器ROM随机存储器RAMI/O接口I/O设备地址总线(AB)数据总线(DB)控制总线(CB)CPU地址总线(Address Bus)： 传送地址信息、CPU在AB总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口地址、该总线为单向，地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存单元范围。举例数据总线(Data Bus)： 传送数据信息的总线。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过DB总线送往CPU；在CPU进行写操作时，CPU数据

45、通过DB总线送往内存或外设，所以该总线为双向总线。控制总线(Control Bus)： 传送控制信息的总线。其中，有些信号线将CPU的控制信号和状态信号送往外设，外设请求或联络信号送往CPU，个别信号线兼有以上两种情况。所以在讨论控制总线的传送方向时要具体到某一个信号，它们可能是输出、输入或者双向的。系统总线使用特点：(1) 在某一时刻，只能由一个总线主控设备控制系统总线，其他总线主控设备必须放弃对总线的控制。(2) 在连接系统的各个设备中，某一时刻只能有一个发送者向总线发送信号，但可以有多个设备从总线同时获得信号。1.4 微型计算机的性能指标 1.4.1字长 1.4.2内存容量 1.4.3

46、CPU内部体系结构 1.4.4 运算速度 1.4.5 扩展能力 内存容量是指为计算机系统所配置的内存总字节数，这部分存储空间CPU可直接访问。2. 存储器的容量1. 字长字长是计算机CPU能直接处理二进制数据的位数。通常与CPU内部的整数运算器、整数寄存器的位数、系统数据总线和指令宽度有关。通常所说的计算机运算速度(平均运算速度)，是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒”(MIPS)来描述。4. 运算速度1.4 微型计算机的性能指标3. CPU内部体系结构这是指CPU内部的设计，如是否采用RISC指令集、是否支持MMX指令、有无内部的cache等，这些都会影响到PC的性能。 现代计

47、算机结构仍然是在冯诺依曼提出的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建立起来的。一、计算机的基本结构1.5 冯诺依曼体系结构冯诺依曼思想：存储程序原理用二进制表示数据和指令；程序与数据事先存储在内存储器中；运算器、存储器、控制器、输入与输出设备组成硬件系统，它是计算机连续工作的基础。1946年，冯诺依曼提出EDVAC计算方案，体现了五部分的计算设计思想。输入设备运算器输出设备存储器控制器冯诺依曼计算机的基本结构1.一系列基本操作命令程序二、计算机的工作原理2. “机器指令“的概念3. 计算机的存储程序控制方式的工作原理：一是存储程序，二是程序控制。这一原理决定了人们使用计算机的主要方式编写程序和执

48、行程序。1.普林斯顿结构：三、普林斯顿结构与哈佛结构 冯诺伊曼结构，也称普林斯顿结构，是一种将程序存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同。冯.诺伊曼结构的处理器使用同一个存储器，经由同一个总线传输，如下图所示：哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度。2、哈佛结构使用两个独立的存储器模块，分别

49、存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。哈佛结构处理器有两个明显的特点：后来，又提出了改进的哈佛结构。如下图：134本章复习题设机器字长为6位，写出下列各数的原码、反码和补码： 11111 10101 10000 2. 设机器字成为8位，最高位为符号位，试用“单符号位”法判别下列二进制运算有没有溢出产生。 527？ 728？ 90(70)？ 3. 将下列十进制数分别变为压缩型BCD码和非压缩型BCD码： （1） 8609 2003 4. 有一个16位的数值0100，0000，0110，001

50、1， 如果它是一个二进制数，和它等值的十进制数是多少？ 如果它们是ASCII码字符，则是些什么字符？ 如果是压缩型的BCD码，它表示的数是什么？第二章 微处理器汇编程序与微机接口13618086的内部结构8086的外部引脚28086的系统配置38086的时序4总目录1372.1 8086的内部结构2.1.1 内部结构框图2.1.2 寄存器结构2.1.3 存储器组织2.1.4 堆栈的概念138 8086的内部结构从功能上分成两部分：* 总线接口部件BIU （Bus Interface Unit）* 执行部件EU（Execution Unit）一、内部结构框图内部暂存器 IP ES SS DS C

51、S输入/输出控制电路外 部 总 线执行部分控制电路ALU标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器地址加法器指令队列执行部件 （EU)总线接口部件 （BIU)16位20位16位8位1 2 3 4 5 6140总线接口部件BIU （Bus Interface Unit） 功能：负责与存储器和I/O端口传送数据。 CPU的所有对外操作均由BIU负责进行，包括预取指令到指令队列、访问内存或外设中的操作数、响应外部的中断请求和总线请求等。执行部件EU（Execution Unit） 功能：负责指令的译码和执行。该单元无直接对外的接口，要译码的指令将从BI

52、U的指令队列中获取。除了最终形成20位物理地址的运算需要BIU完成功能外，所有的逻辑运算，包括形成16位有效地址EA的运算均由EU来完成。141内部暂存器 IP ES SS DS CS输入/输出控制电路地址加法器指令队列总线接口部件 （BIU)20位16位8位1 2 3 4 5 61、总线接口部件BIU （Bus Interface Unit） 组成：地址加法器4个段地址寄存器指令指针（IP）指令队列总线控制逻辑等构成。执行部分控制电路ALU标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器16位2、执行部件EU（Execution Unit） 组成：A

53、LU 通用寄存器 标志寄存器 地址寄存器 指令译码逻辑 （它负责指令的译码执 行和数据运算。） 1433、BIU和EU的动作管理两个部件相互独立。并行工作，分别完 成各自操作。两个部件相互配合。按照一定的规则， 实现指令取指和执行的流水线操作。144取指3执行3取指4执行2取指2执行1取指1 传统微处理器的执行方式传统微处理器取指与执行串行进行，CPU的工作效率低。145 8086的指令执行方式8086CPU取指与执行并行进行，大大减少了等待取指令所需时间，提高了CPU的工作效率。146二、 8086CPU的寄存器结构数据寄存器段寄存器 指针和变址寄存器 标志寄存器 指令指针 147二、 80

54、86CPU的寄存器结构AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDIIPFLAGSCSSSDSESAXBXCXDX数据寄存器堆栈指针基数指针源变址目的变址指针寄存器变址寄存器指令指针状态标志代码段堆栈段数据段扩展段控制寄存器段寄存器通用寄存器8086CPU 内部寄存器AHALBHBLCHCLDHDLAXBXCXDXCSSSDSES代码段段寄存器CSSSDSES代码段1481、 数据寄存器指令执行部件（EU）设有4个16位的数据寄存器 AX BX CX DXBH BLCH CLDH DLAH ALAXBXCXDX15 8 7 0二、 8086CPU的寄存器结构149BX（Base Regist

55、er） 基址寄存器除可作数据寄存器外，还可放内存的逻辑偏移地址，而AX，CX，DX则不能。AX（Accumulator Register） 累加器一般用来存放参加运算的数据和结果，在乘、除法运算、I/O操作、BCD数运算中有不可替代的作用。150DX（Data Register）DX除可作通用数据寄存器外，还在乘、除法运算、带符号数的扩展指令中有特殊用途。 CX（Counter Register）将它称作计数寄存器，是因为它既可作数据寄存器，又可在串指令和移位指令中作计数器用。1512、指针和变址寄存器 指令执行部件（EU）设有四个16位指针寄存器 BP、SP、SI、DIBPSPSIDI15

56、0 152BP（Base Pointer）基址指针用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在SS寄存器中。 SP（Stack Pointer ） 堆栈指针用于存放栈顶的逻辑偏移地址， 隐含的逻辑段地址在SS寄存器中。153SI（Source Index）源变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在DS寄存器中。SI也可用于放数据。DI（Destination Index）目标变址寄存器多用于存放内存的逻辑偏移地址，隐含的逻辑段地址在DS寄存器中。DI也可用于放数据。154#、寄存器的特殊用途和隐含性质在指令中没有明显的标出，而这些寄存器参加操作，称之为“隐含寻址”。 具体的

57、：在某类指令中，某些通用寄存器有指定的特殊用法，编程时需遵循这些规定，将某些特殊数据放在特定的寄存器中，这样才能正确地执行这些指令。采用“隐含”的方式，能有效地缩短指令代码的长度。155156控制标志: 控制CPU的操作，它们是 TF、IF和DF。 标志寄存器FR中共有9个标志位，可分成两类：状态标志：表示运算结果的特征，它们是 CF、PF、AF、ZF、SF和OF3、标志寄存器FR 157TFSFZFAFPFOFDFIFCF15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 FLAGS(标志寄存器)为16bit。Carry FlagParity FlagAuxiliar

58、y Carry FlagZero FlagSign FlagOverflow FlagTrap FlagInterrupt FlagDirection Flag158FR中的状态标志PF(Parity Flag)：奇偶校验标志位 PF1，表示本次运算结果中有偶数个“l”， PF0，表示本次运算结果中有奇数个“1”。CF(Carry Flag)：进位标志位CFl，表示本次运算中最高位(D15或D7)有进位(加法运算时)或有借位(减法运算时)。CF标志可通过STC指令置位，通过CLC指令复位(清除进位标志)，还可通过CMC指令将当前CF标志取反。159ZF(Zero Flag)：零标志位 ZF=1

59、，表示本次运算结果为零。 ZF=0，运算结果不为零。AF(Auxiliary Carry Flag)：辅助进位标志位AFl，表示运算结果的8位数据中，低4位向高4位有进位(加法运算时)或有借位(减法运算时)，这个标志位只在十进制运算中有用。160OF(Overflow F1ag)：溢出标志当运算过程中产生溢出时，会将OF置1。SF(Sign Flag)：符号标志SF1，表示本次运算结果的最高位(第7位或第15位)为“l”，否则SF0。161带符号数运算结果超出其表达范围时 8位字节数： -128+127， 16位字类型数： -32768+32767 例： 2345H+3219H 6400H+7

60、A3CHCF=0 PF=0 AF=0 ZF=0 SF=0 OF=0CF=0 PF=1 AF=0 ZF=0 SF=1 OF=1溢出标志OF(Overflow Flag)：162FR寄存器的控制标志TF(Trap Flag)：单步标志位 TF=0，CPU连续执行 TF=1，CPU单步执行 IF(Interrupt Flag)：中断标志位IF1，表示开中断。允许CPU响应可屏蔽中断。IF0，表示关中断。不允许。IF标志可通过STI指令置位，也可通过CLI指令复位。163FR寄存器的控制标志 DF(Direction Flag)：方向标志位在串操作指令中， DF0，表示串操作指令地址指针自动增量； D