微机原理第一章计算机基础课件

微机原理与应用教材：

80X86/Pentium微型计算机原理及应用电子工业出版社1-16周课程简介本课程主要涉及Intel系列微处理器的程序设计以及接口技术，是进一步学习和掌握基于Intel系列微处理器的电子、通信和控制系统的程序设计和接口技术以及芯片开发的入门课程。主要内容：汇编语言：80X86宏汇编语言的程序设计方法及应用微机原理：微处理器结构，存储器原理，中断系统在微机系统中的实现等等。接口技术：基本的I/O接口芯片（8253，8255A，8251A，8237A等），常用总线及接口（ISA，EISA，VESA，PCI，USB，AGP)。内容纲要1计算机基础280X86/Pentium微处理器3

80X86/Pentium指令系统4汇编语言程序设计5半导体存储器6输入/输出和中断技术7微型机接口技术*8微型计算机系统与计算机网络1.1概述第一台电子计算机ENIAC，于1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功，美籍数学家冯·诺依曼（VonNeumann）所确立的存储程序体系沿用至今冯·诺依曼结构计算机的3点重要设计思想：①由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成。②采用二进制。③指令和数据都放在存储器中，机器能自动执行程序（存储程序思想）1.1概述计算机发展简史1946第一台电子计算机ENIAC。第一代计算机—1946~1955，电子管。第二代计算机—1956~1963，晶体管。第三代计算机—1964~1971，中小规模集成电路。第四代计算机—1972~1986，大规模集成电路。第五代计算机—1986~今，超大规模集成电路。1.1概述微处理器的发展史第一代微型机（1971-1973）4位和低档8位微处理器第二代微型机（1974-1977）中高档8位微处理器第三代微型机（1978-1984）16位微处理器第四代微型机（1985-1992）32位微处理器第五代微型机（1993-今）64位微处理器1993~1996Pentium（64位外部数据总线）1997~2001加强型Pentium2001~今64位CPU、双核CPU等1.1概述第二代微型机（1974-1977）中高档8位微处理器Intel8080,Motorola公司的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085，Rockwell与MOSTechnology的6502等。特点字长：8位时钟频率：2～4MHz平均执行指令时间：1～2μs集成度：5000～10000管/片1.1概述第三代微型机（1978-1984）16位微处理器Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和Zilog公司的Z8000特点字长：16位时钟频率：4～40MHz平均执行指令时间：0.5μs集成度：20000～60000管/片1.1概述第四代微型机（1985-1992）32位微处理器Intel公司推出80186、802861985年，Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器80386，同时有Motorola公司的M680201989年，Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040特点字长：32位时钟频率：10～120MHz平均执行指令时间：0.2μs集成度：几十万～上百万管/片1.1概述加强型Pentium1997年到1999年，Intel公司的PentiumⅡ、PentiumⅢ、AMD公司的AMD-K7，这些芯片的集成度高达750万管/片，时钟频率达到750MHz。2001年底，PentiumⅣ主频高达2GHz，具有4200万只晶体管，主流高端32位CPU市场的佼佼者。AMD公司的AthlonCPU，1.33GHz主频及2GHz主频。1.1概述64位CPU2001年5月，Intel公司正式推出了第一种64位微处理器Itanium（安腾）。Itanium由英特尔和惠普联合开发，主要用于工作站和服务器机型，内置2～4MB的3级缓存、工作频率为800MHz及722MHz的产品，价格为1177美元至4427美元。AMD公司的AMD-K81.1概述微处理器发展过程Intel的CPU的发展史800880851.1概述Intel的CPU的发展史80861.1概述Intel的CPU的发展史80286，intel最后一块16位cpu1.1概述Intel的CPU的发展史pentium，传说中的586pentiumpropentiummmx1.1概述Intel的CPU的发展史pentiumIICeleron（赛扬）1.1概述Intel的CPU的发展史pentiumIIIkatmaiIntelpentiumIIItualatin/copperminepentiumIII1.1概述微型计算机的发展现状工作频率：CPU工作频率、系统总线工作频率并行计算：双核、超级流水线多媒体处理：数据流单指令多数据扩展2(SSE2)指令集扩展、MMX和SSE技术,更好的支持DVD播放，音频和3D图形数据处理，网络流数据处理等其他：高速缓存技术、双通道RDRAM等数据、信息、媒体和多媒体数据数值型数据、非数值型数据信息：对人有用的数据，这些数据可能影响到人们的行为和决策媒体：承载信息的载体

感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体、传输媒体多媒体：多种感觉媒体1.1概述1.2计算机中数值数据信息的表示用一个8位二进制数表示一个有符号数：D7D6D5D4D3D2D1D0符号位数字位D7=0 正数1 负数机器数真值01011011B=+9111011011B=91连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。机器数与真值1.2计算机中数值数据信息的表示位、字、字节、双字和字长位（bit）：计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b字节（byte）：由8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作B。

例如8086/8088有20位地址线，它的存储器寻址范围（容量）是220字节，记做1MB。1K=1024=210；

1M=1024K=220；1G=1024M=230；1T=1024G=240；1KB＝1K×8b字（word)：是计算机内部进行数据传递的基本单位,它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。1.2计算机中数值数据信息的表示位、字、字节、双字和字长字长：字所包含的二进制位数，即微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等。例如：8088称为准16位微处理器，而80386SX称为准32位微处理器。IBMPC/XT机规定：字（W）＝2字节＝16位双字（DW）＝4字节＝32位四字（QW）＝8字节＝64位1.2计算机中数值数据信息的表示无符号数和带符号数无符号数：无符号数的最高位不是符号位而是数值的一部分。带符号数:把二进制数的最高一位定义为符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。符号位：如果是8位二进制数，则符号位是D7，如果是16位二进制数，则符号位是D15。1.2计算机中数值数据信息的表示原码原码：数值部分不变，用最高位表示数的正、负号，0表示正，1表示负

【例1】X=+1001001

[X]原

=01001001

【例2】X=-1001001

[X]原

=11001001

零的表示

[+0]原=00000000[-0]原=10000000原码在运算中存在的问题 (1)10-(1)10=(1)10+(-1)10=(0)10(00000001)原

+(10000001)原

=(10000010)原

=(-2)（不正确）1.2计算机中数值数据信息的表示反码反码：正数的反码与原码相同；负数的反码是将它的原码除符号位外逐位取反

【例3】X=+1001001

[X]反

=01001001

【例4】X=-1001001

[X]反

=10110110反码的零 [+0]反=00000000[-0]反=11111111反码在运算中存在的问题

(1)10-(1)10=(1)10+(-1)10=(0)10

(00000001)反+(11111110)反

=(11111111)反

=(-0)（有问题）

(1)10-(2)10=(1)10+(-2)10=(-1)10

(00000001)反+(11111101)反

=(11111110)反

=(-1)（正确） (-1)10-(2)10=(-1)10+(-2)10=(-3)10

(11111110)反+(11111101)反

=(11111011)反

=(-4)（不正确）1.2计算机中数值数据信息的表示补码补码定义同余a+kM=a(modM)例：6=-2+8=-2(mod8)，即以8为模时，6称为-2的补码，此时减法可以转换为加法进行（加补码）

7-2=5=7+6(mod8)补码定义1.2计算机中数值数据信息的表示或补码的求法方法一：正数的补码和原码相同，负数的补码等于反码加1（-2n-1代替了-0）方法二：正数的补码和原码相同，负数的补码符号位为1，将原数值中最右边一个1及其后面的0保持不变，而最右一个1以左的各位按位取反 例：x=-0011000B[x]补＝11101000B二进制补码表示的带符号数的真值的求法： [[x]补]补=[x]原例：[x]补＝10010111B[x]原＝11101001B[+0]补=[-0]补=00000000 [-10000000]补=10000000=[-128]补补码1.2计算机中数值数据信息的表示补码8位有符号数的表示范围原码：-127~+127反码：-127~+127补码：-128~+127特殊数原码：-0反码：-127补码：-128无符号数：(10000000)２=1281.2计算机中数值数据信息的表示补码的运算补码的运算规则

[X+Y]补

=[X]补

+[Y]补 [X－Y]补

=[X]补

+[－Y]补 [[x]补]补=[x]原

补码运算需注意：符号位与数值位一起参加运算符号位产生的进位舍掉不管要保证运算结果不超过补码所能表示的最大范围（-2n-1~2n-1-1

）1.2计算机中数值数据信息的表示补码的运算例【1-4】X=+00001111(15D)，Y=+01000000(64D)，求X+Y解：[X]补=00001111[Y]补=0100000000001111+0100000001001111(79D)=[X+Y]补=X+Y，结果正确。例【1-5】X=-00001111(-15D)，Y=01000000(64D)，求X+Y解：[X]补=11110001[y]补=0100000011110001+01000000100110001(49D)=[X+Y]补=X+Y，结果正确。1.2计算机中数值数据信息的表示溢出进(借)位——在加法过程中，符号位向更高位产生进位；在减法过程中，符号位向更高位产生借位溢出 若参与操作的两数在定义域内，但运算结果超出了字长范围内补码所能允许表示的值，所计算出的结果产生了错误，称之为溢出1.2计算机中数值数据信息的表示溢出方法１：同号相减或异号相加——不会溢出。同号相加或异号相减——可能溢出：两种情况： 同号相加时，结果符号与加数符号相反——溢出；异号相减时，结果符号与减数符号相同——溢出。方法２：两个带符号二进制数相加或相减时，若

C7C6＝1，则结果产生溢出。

C7为最高位的进(借)位；C６为次高位的进(借)位溢出例【1-7】

C7C6 01000000+64 +01000001+6510000001+129>+127 结果错误，产生了溢出

两个正数相加，结果为负数形式，这是由于+129>+127的原因，从上式可看出C6=1，C7=0，OF=C6⊕C7=1⊕0=1，溢出标志OF=1，表示有溢出。1.2计算机中数值数据信息的表示带符号数的表示方法例【1-8】计算-128-1

C7C6[-128]补=10000000 +[-1]补=11111111101111111

两个负数相加，结果为正数形式，这是由于-128-1=-129<-128的原因，从上式可看出C6=0，C7=1，OF=C6⊕C7=0⊕1=1，表示有溢出1.2计算机中数值数据信息的表示带符号数的表示方法例【1-9】计算64-1

C7C6[+64]补=01000000 +[-1]补=11111111100111111

运算结果正确。C7=1，C6=1，则OF=C6⊕C7=1⊕1=0，无溢出1.2计算机中数值数据信息的表示带符号数和无符号数的关系

对于一个二进制数，到底是带符号数还是不带符号数，计算机是不知道的，完全由运算的人来确定，就是说，二进制数的含义是人为赋予的。由于采用了补码表示法，计算机在处理带符号数和不带符号数的运算时，处理方法完全一致，运算结果在其可以表示的范围内的总是正确。1.2计算机中数值数据信息的表示定点数与浮点数数的定点表示：将计算机中的小数点的位置视为是固定不变的①定点整数格式②定点小数格式范围：-2n-1～

(2n-1)和–1～(1–2-(n-1))1.2计算机中数值数据信息的表示定点数与浮点数数的浮点表示格式阶码是指数部分的值，表示幂次，其基数通常取2。N=S×2p例如256.5的浮点格式(32位)为：所以（256.5)10=(0.1000000001)2×29阶码：7位数符尾数:23位阶符001.2计算机中数值数据信息的表示定点数与浮点数IEEE标准浮点数格式0|10000110|0不同浮点数格式：表1-3（P14）例：将178.125表示为单精度浮点数

178.125=10110010.001B=1.0110010001×27B7+127=134=10000110B数符|指数（带偏移的无符号数）|尾数（隐含最高位为1）例：单精度浮点数0011111101指数=126-127=-1，尾数=+1.1011+1.1011×27-1=+0.84375D1.2计算机中数值数据信息的表示BCD码及其十进制调整BCD有十个不同的数字符号，且是逢十进位的，但它的每一位是用四位二进制编码来表示的，因此称为二进制编码的十进制码。 注：BCD码和二进制码不能直接转换，而是要通过十进制码例：(01110011)BCD=73D=01001001B

01110011B=115D=(000100010101)BCDBCD码运算的十进制调整：1、两个BCD码相加结果大于9（1001），则加6（0110）修正2、两个BCD码相加结果在本位上不大与9，但进了位，相当于十进制运算大于16，也要加6修正

1.2计算机中数值数据信息的表示BCD码及其十进制调整十进制数8421BCD码十进制数8421BCD码00000810001000191001200101000010000300111100010001401001200010010501011300010011601101400010100701111500010101BCD编码表压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，0000~1001表示0~9，一个字节表示两位十进制数。例如：01110011非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的0000~1001表示0~9。例如：000000111.2计算机中数值数据信息的表示1.3计算机中非数值数据信息表示ASCII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)字母、数字、符号等各种字符都必须按照特定的规则用二进制编码才能在计算机中表示。ASCII码是一种全世界普遍采用的字符编码。

ASCII码用7位二进制编码表示128种字符。数字0~9的编码是0110000~0111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码相符。英文字母A~Z的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母a~z的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。1.3计算机中非数值数据信息表示ASCII码表1-5ASCII（美国标准交换标准码）字符表（7位表）功能码(32)，信息码(96)1.3计算机中非数值数据信息表示中文信息的表示交换码（又称国标码，GB2312-80）OXXXXXXX|OXXXXXXX

最高位用于表示是汉字还是ASCII码汉字机内码1XXXXXXX|1XXXXXXX输入码：输入法采用的编码字型码：用点阵表示汉字字型的编码1.4微型计算机基本工作原理冯·诺依曼结构的基本组成输入设备内存储器输出设备外存储器控制器运算器数据信息控制信息运算命令输入命令输出命令存取命令存数取数1.4微型计算机基本工作原理微型计算机系统组成微型计算机系统硬件软件主机外部设备CPU存储器I/O接口运算器控制器寄存器系统软件应用软件微型计算机的组成结构1.4微型计算机基本工作原理微型计算机硬件之一：CPU运算器（ALU）：完成数据的算术和逻辑运算控制器：一般由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成。寄存器：存放经常使用的数据，速度快。1.4微型计算机基本工作原理微型计算机硬件之二：存储器用于存放数据和程序内存单元的地址和内容：内存的操作：读和写内存的分类：RAM和ROM外存：硬盘、光盘、软盘等11001111

(CFH)

内容地址00000H00001H234FDHFFFFFH…………1.4微型计算机基本工作原理微型计算机硬件之三和四：I/O接口及设备输入设备：键盘、鼠标、扫描仪和A/D转换器等输出设备：显示器、打印机和绘图仪等磁盘、U盘等既是输入设备也是输出设备输入设备和输出设备统称为外设接口电路：I/O适配器1.4微型计算机基本工作原理总线总线：连接微型计算机各个部件地址总线AB（AddressB