计算机组成原理

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论坛：电大在线及本课件网上论坛

,留言簿：电大在线

课程资源：常州电大在线

上课、自修、考试要求n

I-笔记：记立没有的

■网上学习：常州电大多媒体教室

■作业：书面和电子邮件俱可

■课后疑问：在论坛里

■■考试：全国统一考试，省电大阅卷

-实验：汇编语言部分的实验在网上或学校

机房

对学生的要求n

■单纯对语言课来说，这是所有语言课中最

难的一门计算机语言课

■理解是最重要的，本课程记忆的部分也很

多

I■要有不怕烦的一股钻劲，

■英语要较好

学习资源n

■书本资源’

《编码的奥秘》英文名《CODE》机械工业出版社

CharlesPetzold著

■《Microsoft's80386/80486编程指南》

RossP.Nelson著电子工业出版社

■《IBM-PC汇编语言程序设计》

■沈美明温冬婵著清华大学出版社

■《80X86、奔腾机汇编语言程序设计》

BarryB.Brey著电子工业出版社

学习资源

■《操作系统原理DOS篇》

张昆仓著清华大学出版社

《PC机汇编语言程序设计》

SOCHA&NORTON著学苑出版社

《宏汇编语言MASM6实用大全》

东阳生等著科学出版社

本书软件资源

■微软的MASM6.14-支持最新的奔腾III处理器

■微软的DEBUG-最经典的汇编工具

■微软的CodeView

■其他

注意事项n

1.汇编语言网站往往本身就是破解和黑客站点,

提供了大量具有破坏性的病毒和木马。请大

家注意网络道德。

2.汇编语言本身也具有较大的破坏性，请大家

尽量不要在办公用机或公共机房练习。

3.以上上述站点大多是个人网站和地下站点，

所以不可避免的带有大量非健康信息的链接,

请大家注意。

课前解疑＜

•Q:这门课的地位？

­A:专业基础课，软硬件的交汇点

•Q:这门课的作用？

•A:从宏观上把握了计算机的脉络

AN：学好这门课有什么作用？

.•跳高手必由之路，90%的病毒（除宏病

汇编写的。例如：CIH病毒

'&群由美

'岁弭由美国宾夕淞尼亚大学啊鄢^C

(Electronicj.NumeficInt^gyatorAnd

/Calculator)?运算速度久。八及/林口主

占地170nl2,造价100万美元。

第一章绪论＜

要求：计算机工作原理的两个基础性概念

「工作方式

L1计算机的基本概念＜

什么是计算机？

定义：一种存储事先已经编制好的程序

并能连续而自动地取出这些程序来执

行，只能对事先已数字化的信息进行

算术或逻辑运算的快速工具。

）||||||||III计算机定义的概略解释口

到1、算术、逻辑运算（我们在小学就已学完

的加减乘除四则运算）

Y2、信息的数字化（一架冰冷的机器所能听

懂的唯一语言）

1-3、存贮程序的工作方式（现代化的流水

线）

符合以上特征的即被称之为冯・诺依曼

体系结构的计算机

叫

冯・诺依曼体系结构的计算机(1)

约翰・冯・诺依曼(JohnVonNeumann)

—到目前为止，几乎生产的所有计算机都是

冯・诺依曼体系结构的计算机，这也是我

们正在使用的诸如奔2奔3之类的微机的体

系结构。(但是现4的奸事机科学家伙，

凡有打破冯•崔保是体系，计事机的族卑

才怩得到突破)

叫

冯•诺依曼体系结构的计算机（2）

采用二进制代码表示数据和指令。

2,采用存储程序工作方式，即：

「事先编制我格。

Y实现拓储在本。

「自劭、速俊池执行在星。

叫I冯•诺依曼体系结构的计算机（3

3.由以下五大部件组成计算机硬件系统。

7A:运算器（进行简单四则运算逻辑运算）

B:控制器（命令自己或外部设备作这作那）

YC:存储器

D:输入设备

jE:输出设备

"Ill

11、存储器（主存储器）

计算机存取数据的部件，常用半导体做成，存储

器中存放二进制单元称为在座单元，每个存储单

元有一个编号，称为地址，计算机是根据地址来

访问存储器的。

存储器的主要技术指标有存储容量和速度。速

度可用存取时间和存储周期来衡量，存取时间

TA是指从启动一次存储器操作（读/写）到完成

该操作所需的时间。存储周期Tm是指边疆两次

访问存储器所需的最小时间间隔。通常Tm比TA

稍大，这是由于存储器的积压部分都必须有一段

稳定恢复的时间，所以读出后不能立即进行访问。

叫

2、控制器

是计算机的控制指挥部件，也是全机的控

制指挥中心，其主要功能是通过向计算机

的各个部分发出控制信号，使整个机器自

动、协调地进行工作。

叫*3、运算器

口在控制器的控制下，完成算术运算和逻辑

运算的部件。

'叫*4、输入设备

口输入设备是给计算机输入信息的设备。输

入住处通过输入设备转换成计算机能识别

的二进制代码，送入存储器中保存。常用

的输入设备有键盘、鼠标器和光笔。

叫卜、输出设备

□输出设备是输出计算结果的设备。常见的

输出设备有显示器、打印机、绘图机等。

1・1计算机的基本概念＜

1.1.1存储程序工作方式

1.事先编制程序。

Y2.实现南储程停。

、3.匈劭、透夜地执行福本。

1.1.2信息的数字化表示

[7,在神上机中的各种信息用熬有代码衰示。

iz用微咨型电信号表东熬生代码。

Ll.l存储程序工作方式

i.事先编制程序。

2.实现存储程序。

3.自动、连续地执行程序。

这也称之为控制流驱动方式。

于此相对应的还有称之为数据

信息流。

从生活中的例子看一看控制流与信息流

有一张留言的纸条，上面写着几句话：

“到菜市场卖”

“洗干净”

“将剁成肉馅”

红色字是动词，是命令去干什么

蓝色字是名词，是命令所要处理的对象

控制流就相当于命令去做什么的动词

而信息流就相当于命令所处理的对象

这也像一条生产流水线，流水线上的机器和人都是动

作的执行者，等待半成品到自己跟前，干自己该干

的活。控制流是做动作，信息流就像生产线上的物料

（返回）

LL2信息的数字化表示◄

「7.在必逐机中的各种信息用照

Y皆代码泰京。

匚N用熬有型电信号表东教生代

遏。

1、在计算机中的各种信息用

数字代码表示（1）<

7,点好算机中的各种信息用剧生代妈表示。

其实点计落机中，流劭的也系是久/运

些剧生，而是电信号。久/是阿拉伯熬多。

是哈的感人发明的，阿拉他人传刎前方的。

是今天的人们为了方便而人为地把有无电

信号用1、0称呼。计算机是根本不认识什

么0、1的。

并行线图例

并行线图例◄

r;在计算机中的各种信息用

数字代码表示（2）

正是因为计算机只认识电信号，所以我们尽

可以放心大胆地下个绝对化的结论：任何信息，

不管是命令计算机干这干那的控制信息还是储存

在计算机中的数据信息，都必须化为电信号来表

ZpSO

如果我们用阿拉伯数字的0、1来表示这些电

信号而不是用“有电”或“没电”来叙述它们的

话，我们就可以把这些电信号写在纸上，写在纸

上的这些0、1数字我们也皆易研究，并从中寻找

规律和发现规律。

1、在计算机中的各种信息用

数字代码表示（3）

正因为写在纸上的已经是一些数字了，外行

看到的计算机专业的人们也一天到晚在研究这些

数字，所以把它称之为“数字化”。

由于计算机仅仅懂得电信号即这些0、I数字,

所以逼得我们必须绞尽脑汁想尽办法把我们身边

的图形、声音、文字等等一切一切用数字进行编

码。其实用数字进行编码一点儿也不神秘，在我

们生活中，早就在用数字进行编码了。

T、在计算机中的各种信息用

比如：数字代码表示（4）

1.学生的学号，在没有计算机的时代管理

人员为了管理方便，就会把学生进行编制

学号。把人抽象为数字。

2.平面与立体空间。人们为了描述事物在空

间中的位置，人们将空间进行了数字化，

这就是坐标。

上述人们进行的编码，不管有意无意，

都属于“数字化”的范畴。而且进行这些

工作时，人们连计算机这个名词都没有听

说过。

数字型电信号表示数字代

码(1)

计算机内部流动的电信号很单纯，它不象无

线电波或水波那样连绵不绝、大小不一。在计算

机内部的电信号如果测量一下的话，在不同的时

间内，它要么是最大值、要么是最小值（高电平

和低电平），而与水波类似的正弦波在一点测量

的话，它的值可能在在最大值与最小值之间的任

何一个数字上。这好像我们猜一枚硬币的正反面

一样，反正不是正就是反。但是在一艘漂在海上

的小木船上，木船不停地随着波浪上上下下。如

里让您猜一下木船现在的非常精确的海拔高度，

念会那么有把握吗？

・・■■(■・—・・■・・・■・・■・・・・・・・■■・■■■■■・■■—・・・■■・・—・・・・・・・・・・・・・■・・■

2.用数字型电信号表示数字代

码(2)◄

大家对这种电信号是否有这样的疑问？

如果有一万名学生该如何表示呢？

因为一个电信号只能表示两种状态，为

了给这1万名学生编号，我们多用一些电信

号就行了。

・・■■(■・—・・■・・・■・・■・・・・・・・■■・■■■■■・■■—・・・■■・・—・・・・・・・・・・・・・■・・■

2.用数字型电信号表示数字代

码(3)◄

数字化方法表示信息的优点：

厂1、抗干扰能力强，可靠性高。

2、依靠多位数字信号的组合，可表示

J为几乎无限的数目。

[3、数字化信息可以存储、易传送

4、可表示的信息类型与范围广泛。

匚5、能用逻辑代数等数字逻辑技术处理

电信号信息。

1.2计算机系统的硬软件组成

121计算机硬件系统

1.2.2计算机软件系统

121计算机硬件系统

■什么是计算机硬件？

■计算机硬件系统的组成

厂1.CPU

2,主存储器

J3,外存储器

、4J/0设备

5.总线

匚6.接口

1.2.1计算机硬件系统

图1」

CPU主存接口接口

I/O设备I/O设备

设

外

机

主

皿U

输

接

算

器

运

入

j存

T储

警

r「

器

第

接

.口

什么是计算机硬件?

联想奔4机

什么是计算机硬件?

联想奔4机内部

什么是计算机硬件?

外设鼠标键盘

什么是计算机硬件？（返回）

外设显示器

计算机硬件系统的组成0CPU

CPU—CentralProcessingUnit

由于集成电路工业的技术进步，

冯•诺伊曼体系的五大部件中的

运算器和控制器已经可以做在一

块硅晶片上，我们把它称之为

CPUo

因为我们不能凭借肉眼去看清

CPU的内部组成，所以我们在这

儿将CPU的几个重要的组成叙述

计算机硬件系统的组成力CPU

一下：

运算器和控制器、寄存器和计

数器。运算器的最基本部件就是

加法器，在加法器的基础上又可

制出减法器，而二进制数的移位

又可制成乘除法部件。但是，一

般的通用CPU的功能也就到此为

止了，而一切高等的计算如微积

分、矩阵、方程等的计算都要经

计算机硬件系统的组成0CPU

过人类的专业科学家将这些高等的

运算逐步拆分细化，直到所有的

运算已经拆分为最简单的加减乘

除，这时的计算机就可以发挥其

运算速度惊人的快和不出差错的

优点，这些人工运算会花费很长

时间的运算计算机一眨眼就能得

出结果。而且你教给计算机的运

算方法（程序）它会牢牢记住，

计算机硬件系统的组成0CPU

相同的运算你无须再教，“只编一

次，享用终生”。打个比方：您

是一位数学家，你会做微积分，

但是你不想把自己的宝贵时间浪

费在计算大量重复的微积分计算

上，你找了一些小学三年级的学

生，然后，你把每一种微积分运

算细细拆分，拆分到加减乘除的

四则运算为止。以后你需要微积

计算机硬件系统的组成0CPU

分结果的话，只管问这些小学生要

答案就是了。

至于CPU如何区分指令还是

数据，我们在后面的汇编语言部

分还要详细叙述。

计算机硬件系统的组成4CPU图

IntelMMX233

计算机硬件系统的组成4CPU

图

Intel最新的P42GHz

计算机硬件系统的组成力CPU图

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L81般1”

中浅法蜕送

计算机硬件系统的组成力CPU图

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❷©.92'95

IntelMMX233

计算机硬件系统的组成力CPU图

计算机硬件系统的组成力CPU图

计算机硬件系统的组成4主存

储器和外存储器

CPU能够直接存取的存储器

叫主存储器，主存储器因为不同

时代的电子工业的发展水平不同,

而主存储器的形态不同。但要记

住本质：主存储器是唯一CPU可

以编码寻址的存储器，CPU能且

只能在主存储器中提取和存放数

据。但是，主存储器里不能对数

据进行任何处理，主存

计算机硬件系统的组成4主存

储器和外存储器

储器就是一个存放数据的地方，并

不是个对数据进行加工的地方，

能对数据进行处理的地方只有是

CPU的内部。但是CPU的内部存

储数据的空间很少，而且这些空

间也不是用来存放数据用的，主

要是用来在计算过程中暂时存放

数据和中间步骤的一些临时数据

用的。

计算机硬件系统的组成4主存

储器和外存储器

打个比方：CPU内部好比是一条

加工流水线，流水线是一张长的

工作台，工人和一些设备在工作

台的两边，原材料从原料仓库被

送来，经过各个工序变成半成品、

成品。原料仓库的各种原料来自

全国甚至全世界，有专门的采购

人员去采购。车间的人们只需要

知道到原料仓库的什么地方去提

取现在或今天需要的原料即

计算机硬件系统的组成4主存

储器和外存储器

可。而生产线上的工作台只是原料

的暂时存放的地方，工人们和加

工机械对放在工作台上的原料进

行处理，加工完毕的半成品要立

刻挪走，否则别的大量的待加工

的原料连放都放不上工作台，有

怎么可能被加工呢？CPU就是加

工车间，CPU的内部可以那些可

以暂时存放正在处理当中的数据

的地方叫寄存器，寄存器就像加

计算机硬件系统的组成4主存

储器和外存储器

工车间的工作台，寄存器的数据被

处理后要立刻挪到主存储器里，

以腾出空间给大量的有待处理的

数据。而CPU只对主存储器进行

了地址编码，主存储器就像原料

仓库，CPU的所有数据和指令都

存放在主存储器里。CPU不可能

对别的存储设备能进行直接的存

取了，只能通过软件（如通过操

作系统）进行间接的存取。

计算机硬件系统的组成4主存

储器和外存储器

外存储器的范围很广，我们所

熟知的软盘、硬盘、光盘、M0

盘、磁带机、DVD盘等等。都属

于外存储器的范畴。相对于主存

储器而言，外部存储器有如下几

个特点：

计算机硬件系统的组成力主存

储器和外存储器

1.外部存储器的空间是无限的。

::蕾W2.外部存储器存贮的数据具有不易

<8>.4j失性。

■计算机硬件系统的组成0主存

■储器和外存储器

•・・

P划；里?

以而向面向痛而a&而.

SDRAM内存条

计算机硬件系统的组成0主存

储器和外存储器

SDRAM内存条

计算机硬件系统的组成0主存

储器和外存储器

SDRAM内存条

计算机硬件系统的组成0主存

储器和外存储器

希捷硬盘

计算机硬件系统的组成0主存

储器和外存储器

希捷硬盘

软盘驱动器

计算机硬件系统的组成41/0设备

输入/输出(Input/Output)设

备的范围很广。

而且，信息不是无本之木、无

源之水，人类需要计算机帮助我

们对信息进行处理，但是计算机

自己不会自动产生原本在人类社

会中的数据，必须经过输入系统

才能将外部信息引入到计算机内

部，但是外部的信息必须

计算机硬件系统的组成由/0设备

有个数字化过程，这就是外部设备

的主要工作。比如：声卡经过数/

3模转换，将模拟的声波信号转化

为数字信号，也只有转化为数字

信号计算机才能识别、存储、处

理；扫描仪将彩色图形文本转化

为数字图像；数码相机、摄像机

将自然界中的多彩生活转化为数

字式视频交给计算机处理。因为

计算机内的数字电信号要输出到

计算机硬件系统的组成61/0设备

计算机外，因为人类无法直接了解

和解读电信号，为了使人类能够

知道计算机的处理结果，必须要

经过翻译转换后输出到一些设备

转换为我们熟悉的文字、图形、

或还原为声音，这些就是输出设

备。

计算机硬件系统的组成臼/o设

计算机硬件系统的组成臼/o设

备

T

3.4-

鼠标

计算机硬件系统的组成由/0设备

计算机硬件系统的组成由/0设备

计算机硬件系统的组成中总线

正式因为CPU与主存储器、

主存储器与外存储器间存在着大

量的数据和指令交换，而这些交

换又是体现在数字电信号的来来

往往，而电的传输必须有金属导

体的参与，总线就是这样的金属

电线的集合，它采用分时共享的

方式来防止传输冲突，总线又有

专门性：即地址总线、数据总线

计算机硬件系统