計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及應(yīng)用第1章概論

1、軟件學(xué)院軟件學(xué)院 嵌入式軟件系嵌入式軟件系 授課授課教師：劉麗教師：劉麗辦公地點(diǎn)：嵌入式軟件系辦公地點(diǎn)：嵌入式軟件系 耘慧樓耘慧樓422室室 教師簡(jiǎn)介教師簡(jiǎn)介學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 基礎(chǔ)的匯編語言基礎(chǔ)的匯編語言+ +微機(jī)原理及微機(jī)原理及接口技術(shù)接口技術(shù) 前修科目前修科目: : 數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯后續(xù)科目后續(xù)科目: : 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)等課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：考查考查學(xué)時(shí)安排學(xué)時(shí)安排：56+856+8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)上課時(shí)間：上課時(shí)間：3 3-1-16 6周周考試時(shí)間：考試時(shí)間：1 16 6周以后周以后教學(xué)安排教學(xué)安排考核方式：百分制考核方式：百分制(平

2、時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)+ +卷面成績(jī)卷面成績(jī)* *6 60%0%) )* *8 85 5%+%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī)* *1515% %) )平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)(40(40分分) )包含：包含：小組演練、課后作業(yè)、小型測(cè)試和綜合訓(xùn)練項(xiàng)目小組演練、課后作業(yè)、小型測(cè)試和綜合訓(xùn)練項(xiàng)目考勤事項(xiàng)考勤事項(xiàng), ,嚴(yán)格按學(xué)生手冊(cè)處理。嚴(yán)格按學(xué)生手冊(cè)處理。平時(shí)出勤以小組為單位，組長(zhǎng)記錄成員出勤情平時(shí)出勤以小組為單位，組長(zhǎng)記錄成員出勤情況，可作為組員成績(jī)分配依據(jù)之一，扣分原則：況，可作為組員成績(jī)分配依據(jù)之一，扣分原則：（1 1）遲到）遲到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）無故曠課）無故曠課1 1次扣次扣2 2分分（4 4）無故曠課）無故曠課3 3次以上不及格次以上不及格課程考核方式課程考核方式 面向機(jī)器的低級(jí)語言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或面向機(jī)器的低級(jí)語言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或 計(jì)算機(jī)系列計(jì)算機(jī)系列專門設(shè)計(jì)的。專門設(shè)計(jì)的。保持了機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。保持了機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)?？捎行У卦L問、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備可有效地訪問、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備, , 如磁盤、存儲(chǔ)器、如磁盤、存儲(chǔ)器、CPUCPU、I/OI/O端口等。端口等。目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快， 是高效的程序設(shè)

4、計(jì)語言。是高效的程序設(shè)計(jì)語言。經(jīng)常與高級(jí)語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛經(jīng)常與高級(jí)語言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。 匯編語言的特點(diǎn)匯編語言的特點(diǎn)#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; 編譯后的目標(biāo)編譯后的目標(biāo)文件達(dá)文件達(dá)3.59KB匯編語言與匯編語言與C語言的比較語言的比較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匯編后的目標(biāo)文匯編后的目標(biāo)文件只有件只有208208

6、字節(jié)字節(jié)70%70%以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語言編寫的。以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語言編寫的。某些快速處理、位處理、訪問硬件設(shè)備等高效程序是某些快速處理、位處理、訪問硬件設(shè)備等高效程序是 用匯編語言編寫的。用匯編語言編寫的。高級(jí)繪圖程序、視頻游戲程序一般是用匯編語言編寫的。高級(jí)繪圖程序、視頻游戲程序一般是用匯編語言編寫的。 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解匯編語言的特性及其編程技術(shù)；了解匯編語言的特性及其編程技術(shù)；建立起建立起“機(jī)器機(jī)器”和和“程序程序”的概念、的概念、 “空間空間”和和“時(shí)間時(shí)間”的概念。的概念。掌握計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件的工作原理掌握計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件的工作原理 和編程方式和編程方式 學(xué)習(xí)方法學(xué)

7、習(xí)方法充分注意實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)；充分注意實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)；多讀程序多讀程序, ,多寫程序多寫程序, ,學(xué)習(xí)中注意歸納總結(jié)學(xué)習(xí)中注意歸納總結(jié); ;熟悉熟悉PCPC機(jī)的編程結(jié)構(gòu)機(jī)的編程結(jié)構(gòu); ;匯編語言與匯編語言與C語言的比較語言的比較 教材：崔麗群教材：崔麗群. .計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及應(yīng)用M.M.杭州：杭州：浙江大學(xué)出版社浙江大學(xué)出版社,2008.,2008. 王愛英王愛英. . 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)（第計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)（第5 5版）版）M. M. 北京：北京：清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社,2013.,2013. 唐朔飛等唐朔飛等. . 計(jì)算機(jī)組成原理（第計(jì)算機(jī)組成原理（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. . 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)（第計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)（第2 2版）版）M.M.北京：清華大學(xué)出版社北京：清華大學(xué)出版社,2012.,2012. 錢曉捷錢曉捷. 16/32. 16/32位微機(jī)原理、匯編語言及接口技位微機(jī)原理、匯編語言及接口技術(shù)教程術(shù)教程M. M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2011., 2011.參考資料參考資料 u了解計(jì)算機(jī)發(fā)展史了解計(jì)算機(jī)發(fā)展史;u掌握馮掌握馮諾伊曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)諾伊曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn);u掌握數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系掌握數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 （二進(jìn)制、十進(jìn)制和十

9、六進(jìn)制）（二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制）;u掌握掌握BCD碼、碼、ASCII碼的編碼特點(diǎn)；碼的編碼特點(diǎn)；u掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo) 教教 學(xué)學(xué) 要要 求求 年代年代 CPU(中央處理器中央處理器)19711972Intel 4004 / 800819731977Intel 808019781983Intel 8086 / 8088 / 802861984至今至今 Intel 80386 / 80486Pentium 586Pentium Pentium Pentium 1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展最早的計(jì)算機(jī)模型最早的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)

10、后的計(jì)算機(jī)模型現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)模型現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)模型l硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響硬件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響 100 000 000 超大規(guī)模超大規(guī)模 集成電路集成電路 1978現(xiàn)在現(xiàn)在五五 10 000 000 大規(guī)模大規(guī)模 集成電路集成電路 19721977 1 000 000 中小規(guī)模中小規(guī)模 集成電路集成電路 19651971 200 000 晶體管晶體管 19581964 40 000 電子管電子管 19461957 速度速度 /（次（次/秒）秒） 硬件技術(shù)硬件技術(shù) 時(shí)間時(shí)間 代代三三四四二二一一u以運(yùn)算器為數(shù)據(jù)流動(dòng)中樞，以控制器為控制命令中樞；以運(yùn)算器為數(shù)據(jù)流動(dòng)中樞，以控制器為控制

11、命令中樞；u機(jī)器由硬件與軟件組成，硬件功能不能改變；機(jī)器由硬件與軟件組成，硬件功能不能改變； u“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”的工作原理，程序像數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存中；的工作原理，程序像數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存中；u指令由操作碼和地址碼組成；指令由操作碼和地址碼組成；u指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序存放, ,由由PCPC指明要執(zhí)行指明要執(zhí)行 的指令所在的單元地址；的指令所在的單元地址；u計(jì)算機(jī)內(nèi)信息（數(shù)據(jù)和控制信息）用計(jì)算機(jī)內(nèi)信息（數(shù)據(jù)和控制信息）用二進(jìn)制二進(jìn)制表示。表示。1. 計(jì)數(shù)制計(jì)數(shù)制:按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。按進(jìn)位的方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。2. 基數(shù)基數(shù):計(jì)數(shù)制的數(shù)碼個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)制的數(shù)碼個(gè)數(shù).3.

12、 權(quán)權(quán):數(shù)制每一位所具有的值數(shù)制每一位所具有的值.4. 計(jì)算機(jī)中的進(jìn)位計(jì)算機(jī)中的進(jìn)位計(jì)數(shù)制計(jì)數(shù)制 十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù) : 由由09組成。運(yùn)算時(shí)組成。運(yùn)算時(shí)“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十” 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) : 由由0和和1組成。運(yùn)算時(shí)組成。運(yùn)算時(shí)“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。 八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù) ：由：由07組成。運(yùn)算時(shí)組成。運(yùn)算時(shí)“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八” 十六進(jìn)制數(shù)：由十六進(jìn)制數(shù)：由09，AF或或a f組成。組成。 運(yùn)算時(shí)運(yùn)算時(shí)“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。例例1十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)3058.72 可表示為：可表示為： 3058.72=3103

13、+0102+5101+8100 + 710-1+210-2例例2在二進(jìn)制數(shù)在二進(jìn)制數(shù)10111.01 可表示為可表示為: 10111.01=124+023+122+121+120 +02-1+12-2例例3在十六進(jìn)制數(shù)在十六進(jìn)制數(shù)1AB4可表示為可表示為: 1AB411631016211161 4160按權(quán)展開按權(quán)展開1. 2. 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算(1) 加法運(yùn)算：加法運(yùn)算：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10(2) 減法運(yùn)算：減法運(yùn)算：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1（有借位）（有借位）(3) 乘法運(yùn)算：乘法運(yùn)算： 00=0 10=0 01=0 11=1(

14、4) 除法運(yùn)算：除法運(yùn)算：與十進(jìn)制相同與十進(jìn)制相同(5) 邏輯邏輯“與與”運(yùn)算：運(yùn)算：(邏輯乘邏輯乘) 00=0 1 0=0 0 1=0 11=1 (全全1出出1)(6) 邏輯邏輯“或或”運(yùn)算運(yùn)算: (邏輯加邏輯加) 00=0 1 0=1 0 1=1 11=1 (有有1出出1)(7)邏輯邏輯“異或異或”運(yùn)算：運(yùn)算： 0 0=0 1 0=1 0 1=1 1 1=0 (相異為相異為1)3. 進(jìn)制數(shù)的使用特點(diǎn)進(jìn)制數(shù)的使用特點(diǎn)例例 1111 B = 15 D = F H二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制00000000001111001022200113330100444010155

15、501106660111777100010881001119910101210A10111311B11001412C11011513D11101614E11111715F1000020161010001211711二進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制壓縮壓縮BCDBCD碼碼：非壓縮非壓縮BCDBCD碼碼：【例】求【例】求6231的的BCD碼碼 壓縮壓縮BCD碼碼：0110 0010 0011 0001B 非壓縮非壓縮BCDBCD碼：碼：00000110 00000010 00000011 00000001B1.4 計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1. .機(jī)器字長(zhǎng)機(jī)器字長(zhǎng)2. .運(yùn)算速度運(yùn)算速度l CPU 一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)l 與與 CPU 中的寄存器位數(shù)有關(guān)中的寄存器位數(shù)有關(guān)l 決定數(shù)的表示范圍和精度決定數(shù)的表示范圍和精度= =ni = =1fi tiTMl吉普森法吉普森法l主頻主頻lMIPS 每秒執(zhí)行百萬條指令每秒執(zhí)行百萬條指令lCPI 執(zhí)行