第一章微機(jī)原理

1、主講教師：主講教師：張榮標(biāo)張榮標(biāo)微型計(jì)算機(jī)原理微型計(jì)算機(jī)原理第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與碼制計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與碼制1.1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制計(jì)算機(jī)中的數(shù)制1、 數(shù)的位置表示法數(shù)的位置表示法設(shè)待表示的數(shù)為設(shè)待表示的數(shù)為N則則式中式中X為基數(shù)為基數(shù)ai為系數(shù)（為系數(shù)（0aiXl）m為小數(shù)位數(shù)為小數(shù)位數(shù)n為整數(shù)位數(shù)為整數(shù)位數(shù) 為什么要采用二進(jìn)制數(shù)？為什么要采用二進(jìn)制數(shù)？例例1-1 （1） 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 10011.11B=12402302212112012-112-2=19.75（2） 八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù) 7345.6Q=78338248158068-1=38

2、13.75（3） 十六進(jìn)制十六進(jìn)制 4AC6H=416310162121616160=191422、 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換（1）任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)）任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 對(duì)二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制以及任意對(duì)二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制以及任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)可采用表達(dá)式（進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)可采用表達(dá)式（1.1）展開(kāi)求和實(shí)現(xiàn)。展開(kāi)求和實(shí)現(xiàn)。（2）二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換）二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于三位二進(jìn)制教；一位一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于三位二進(jìn)制教；一位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于四位二進(jìn)制數(shù)。它們之間十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于四位二進(jìn)制數(shù)。它們之間的轉(zhuǎn)換十分方便。

3、的轉(zhuǎn)換十分方便。例例1-2 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù) 1101100101100011B=154543Q= D963H（3）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)當(dāng)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，須將整數(shù)部分當(dāng)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，須將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開(kāi)。整數(shù)常采用和小數(shù)部分分開(kāi)。整數(shù)常采用“除除2取余法取余法”，而，而小數(shù)則采用小數(shù)則采用“乘乘2取整法取整法”。 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換方法是除轉(zhuǎn)換方法是除2 2取余，直到商等于零為止，逆取余，直到商等于零為止，逆序排列余數(shù)即可。對(duì)數(shù)值比較大的十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)序排列余

4、數(shù)即可。對(duì)數(shù)值比較大的十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，可采用先將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)，換時(shí)，可采用先將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)，然后再將十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。十進(jìn)制然后再將十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)的方法是除整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)的方法是除1616取余，直到取余，直到商等于零為止，逆序排列余數(shù)。商等于零為止，逆序排列余數(shù)。 十進(jìn)制小數(shù)一定能用有限的二進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)一定能用有限的二進(jìn)制小數(shù)來(lái)精確地表示嗎？來(lái)精確地表示嗎？十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)1、原碼、原碼1.1.2 計(jì)算機(jī)中的碼制及補(bǔ)碼運(yùn)算計(jì)算機(jī)中的碼制及補(bǔ)碼運(yùn)算例例1-

5、5 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n=8時(shí)，試求時(shí)，試求+0、+6、+127、-0、-6、-127 的原碼的原碼解：解： +0原原=00000000 -0原原=10000000 +6原原=00000110 -6原原=10000110 +127原原=01111111 -127原原=11111111正數(shù)：原碼與相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)完全相同；正數(shù)：原碼與相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)完全相同；負(fù)數(shù)：二進(jìn)制數(shù)的最高位一定是負(fù)數(shù)：二進(jìn)制數(shù)的最高位一定是“1”，其余各位是該，其余各位是該數(shù)的絕對(duì)值。數(shù)的絕對(duì)值。零：有正零和負(fù)零之分。零：有正零和負(fù)零之分。原碼表示法最大優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀(guān)，但不便于加減運(yùn)算。原碼表示法最大優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀(guān)，但

6、不便于加減運(yùn)算。2、反碼、反碼3、補(bǔ)碼、補(bǔ)碼減法運(yùn)算變成了加法運(yùn)算：減法運(yùn)算變成了加法運(yùn)算：3+10=1 （時(shí)針經(jīng)過(guò)（時(shí)針經(jīng)過(guò)12點(diǎn)時(shí)自動(dòng)丟失一個(gè)數(shù)點(diǎn)時(shí)自動(dòng)丟失一個(gè)數(shù)12）相當(dāng)于相當(dāng)于 3-2=3+(-2)=110與與-2有什么關(guān)系？有什么關(guān)系？自動(dòng)丟失的一個(gè)數(shù)自動(dòng)丟失的一個(gè)數(shù)12是什么？是什么？數(shù)學(xué)上把數(shù)學(xué)上把12這個(gè)數(shù)叫做這個(gè)數(shù)叫做“模?！?0是（是（2）對(duì)模）對(duì)模12的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼在模在模12的條件下，負(fù)數(shù)就可以轉(zhuǎn)化為正數(shù)，而正負(fù)的條件下，負(fù)數(shù)就可以轉(zhuǎn)化為正數(shù)，而正負(fù)數(shù)相加也就可以轉(zhuǎn)化為正數(shù)間的相加。數(shù)相加也就可以轉(zhuǎn)化為正數(shù)間的相加。補(bǔ)碼的概念：補(bǔ)碼的概念：4、偏移碼、偏移碼 偏移碼主要用

7、于模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，若被轉(zhuǎn)換數(shù)偏移碼主要用于模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，若被轉(zhuǎn)換數(shù)需參加運(yùn)算，則仍要轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼。需參加運(yùn)算，則仍要轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼。 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n，數(shù)，數(shù)x的移碼為的移碼為x移移，則移碼的定，則移碼的定義如下：義如下： （15）例例1-8 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n=8時(shí)，試求時(shí)，試求-128、0、+127的移的移 碼。碼。解：解： -128移移=00000000 0移移=10000000 +127移移=11111111 5、補(bǔ)碼運(yùn)算、補(bǔ)碼運(yùn)算 在計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)通常采用補(bǔ)在計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)通常采用補(bǔ)碼形式表示。補(bǔ)碼有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是可碼形式表示。補(bǔ)碼有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一

8、是可以使符號(hào)位與數(shù)一起參加運(yùn)算；二是將兩數(shù)以使符號(hào)位與數(shù)一起參加運(yùn)算；二是將兩數(shù)相減變?yōu)闇p數(shù)變補(bǔ)后再與被減數(shù)相加來(lái)實(shí)現(xiàn)。相減變?yōu)闇p數(shù)變補(bǔ)后再與被減數(shù)相加來(lái)實(shí)現(xiàn)。 加法規(guī)則：加法規(guī)則： X+Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)Y補(bǔ)補(bǔ)減法規(guī)則：減法規(guī)則： X-Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)-Y補(bǔ)補(bǔ)其中，其中，-Y補(bǔ)補(bǔ)稱(chēng)作變補(bǔ)運(yùn)算，可以用稱(chēng)作變補(bǔ)運(yùn)算，可以用Y補(bǔ)補(bǔ)再再作一次求補(bǔ)運(yùn)算即可得到。作一次求補(bǔ)運(yùn)算即可得到。 例例1-9 X=64-12=52 （字長(zhǎng)為（字長(zhǎng)為8位）位） X補(bǔ)補(bǔ)=64補(bǔ)補(bǔ)十十-12補(bǔ)補(bǔ) 64補(bǔ)補(bǔ)=01000000B -12補(bǔ)補(bǔ)=11110100B 01000000 11110100 1 00110100 自然丟失自

9、然丟失 由于字長(zhǎng)為由于字長(zhǎng)為8位，最高有效位的進(jìn)位自然丟失。位，最高有效位的進(jìn)位自然丟失。其結(jié)果為（其結(jié)果為（52）10的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼計(jì)算機(jī)中為什么采用補(bǔ)碼進(jìn)行加、減運(yùn)算？計(jì)算機(jī)中為什么采用補(bǔ)碼進(jìn)行加、減運(yùn)算？6、溢出判別、溢出判別 X=-34-98=-132 （字長(zhǎng)為（字長(zhǎng)為8位）位） X補(bǔ)補(bǔ)=-34補(bǔ)補(bǔ)+-98補(bǔ)補(bǔ) -34補(bǔ)補(bǔ)=11011110B -98補(bǔ)補(bǔ)=10011100B 11011110 10011100 1 01111010 丟失丟失微型機(jī)中常用的溢出判別法：雙高位判別法微型機(jī)中常用的溢出判別法：雙高位判別法Cs：如最高位（符號(hào)位）有進(jìn)位，：如最高位（符號(hào)位）有進(jìn)位，CS=1，否則

10、，否則，CS=0。CP：如次高位有進(jìn)位，：如次高位有進(jìn)位，CP=1，否則，否則，CP=0。判別法則：判別法則：無(wú)溢出：若最高位進(jìn)位無(wú)溢出：若最高位進(jìn)位Cs 和次高位進(jìn)位和次高位進(jìn)位Cp相同相同同為同為0或同為或同為1有溢出：有溢出： Cs 和和Cp相異。當(dāng)相異。當(dāng)CSCp=1時(shí)，表示有溢出產(chǎn)生，時(shí)，表示有溢出產(chǎn)生，否則無(wú)溢出產(chǎn)生否則無(wú)溢出產(chǎn)生正溢出：正溢出： CS=0，CP=1負(fù)溢出：負(fù)溢出： CS=1， CP=01.1.3 計(jì)算機(jī)中的小數(shù)點(diǎn)問(wèn)題計(jì)算機(jī)中的小數(shù)點(diǎn)問(wèn)題1、定點(diǎn)表示法、定點(diǎn)表示法小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的，通常有兩種，即定小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的，通常有兩種，即定點(diǎn)整數(shù)和

11、定點(diǎn)小數(shù)。點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)。2 2、 浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法將二進(jìn)制數(shù)將二進(jìn)制數(shù)N N表示成如下形式：表示成如下形式：N=N=S S2 2J J （1.61.6）該表達(dá)式在計(jì)算機(jī)中表示為：該表達(dá)式在計(jì)算機(jī)中表示為：S S： 稱(chēng)作尾數(shù)，表示全部的有效數(shù)字，一般以純小數(shù)表示；稱(chēng)作尾數(shù)，表示全部的有效數(shù)字，一般以純小數(shù)表示； S Sf f： 尾符，即浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)；尾符，即浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)； J J： 階數(shù)，它與階符一起來(lái)決定小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置；階數(shù)，它與階符一起來(lái)決定小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置； J Jf f 階符，即階數(shù)符號(hào)；階符，即階數(shù)符號(hào)； 例例1-12 若用一個(gè)若用一個(gè)16位二進(jìn)制表示浮點(diǎn)數(shù)，其中階符尾符各占

12、位二進(jìn)制表示浮點(diǎn)數(shù)，其中階符尾符各占一一 位，階數(shù)占位，階數(shù)占5位，尾數(shù)占位，尾數(shù)占9位，試寫(xiě)出位，試寫(xiě)出10110.101B的的具體格式。具體格式。解：設(shè)尾數(shù)以純小數(shù)表示，則解：設(shè)尾數(shù)以純小數(shù)表示，則 10110.101B = 0.10110101可得可得 S = 101101010 Sf=0 J=00101 Jf=0在計(jì)算機(jī)中的表示形式為：在計(jì)算機(jī)中的表示形式為：浮點(diǎn)數(shù)應(yīng)用中必須注意兩個(gè)問(wèn)題：浮點(diǎn)數(shù)應(yīng)用中必須注意兩個(gè)問(wèn)題： 浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化 規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)可以保留最多的有效數(shù)字。浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格表示規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)可以保留最多的有效數(shù)字。浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格表示結(jié)果如下：結(jié)果如下：對(duì)浮點(diǎn)二進(jìn)制正

13、數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是對(duì)浮點(diǎn)二進(jìn)制正數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是1 1。對(duì)浮點(diǎn)二進(jìn)制負(fù)數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是對(duì)浮點(diǎn)二進(jìn)制負(fù)數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是0 0。 浮點(diǎn)數(shù)的對(duì)價(jià)原則浮點(diǎn)數(shù)的對(duì)價(jià)原則在運(yùn)用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行加減時(shí)，兩數(shù)的階碼必須取得一致，否則不在運(yùn)用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行加減時(shí)，兩數(shù)的階碼必須取得一致，否則不能進(jìn)行加減運(yùn)算，對(duì)階原則如下：能進(jìn)行加減運(yùn)算，對(duì)階原則如下：a.以大的階碼為準(zhǔn)對(duì)階。以大的階碼為準(zhǔn)對(duì)階。b.對(duì)階后數(shù)的大小不變（在精度允許范圍內(nèi)），對(duì)階規(guī)則對(duì)階后數(shù)的大小不變（在精度允許范圍內(nèi)），對(duì)階規(guī)則是：階碼每減少是：階碼每減少1，尾數(shù)向左移一位，階碼每增加，尾數(shù)向左

14、移一位，階碼每增加1，尾數(shù)向，尾數(shù)向右移一位。右移一位。定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示法各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示法各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？1.1.4 計(jì)算機(jī)中信息的編碼計(jì)算機(jī)中信息的編碼信息編碼：十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼、字符信息的編碼和信息編碼：十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼、字符信息的編碼和漢字編碼。漢字編碼。1、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼由四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一位十進(jìn)制數(shù)。稱(chēng)作由四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一位十進(jìn)制數(shù)。稱(chēng)作BCDBCD碼碼 （1 1） 84218421碼：碼：四位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別為四位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別為8 8、4 4、2 2、1 1的的BCDBCD碼碼324.6 324.6 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的8421B

15、CD8421BCD碼是碼是 0011 0010 0100. 01100011 0010 0100. 0110 （2 2） 24212421碼：碼：四位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別為四位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別為2 2、4 4、2 2、1 1的的BCDBCD碼，碼， 724.6 724.6 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的2421BCD2421BCD碼是碼是 1101 0010 0100. 11001101 0010 0100. 1100 （3 3）余）余 3 3碼：碼：將將 84218421碼加上碼加上 00110011。余余3 3碼也是一種自補(bǔ)碼，碼也是一種自補(bǔ)碼，對(duì)各位取反就得到它的對(duì)各位取反就得到它的9 9補(bǔ)碼。補(bǔ)碼。 825

16、.7 825.7 對(duì)應(yīng)的余對(duì)應(yīng)的余 3 3碼是碼是 1011 0101 1000. 10101011 0101 1000. 10102、字符信息的編碼、字符信息的編碼字母、數(shù)字和符號(hào)等各種字符按特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼字母、數(shù)字和符號(hào)等各種字符按特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼在計(jì)算機(jī)中的表示。在計(jì)算機(jī)中的表示。在微型機(jī)中表示字符的常用碼制是在微型機(jī)中表示字符的常用碼制是ASCII碼，它是美國(guó)信碼，它是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（American Standard Code for Information Interchange）它能用它能用6位、位、7位或位或8位二進(jìn)制數(shù)對(duì)字符編碼。位二進(jìn)制數(shù)對(duì)字

17、符編碼。7位位ASCII碼可表示碼可表示128種字符，它包括種字符，它包括52個(gè)大、小寫(xiě)字個(gè)大、小寫(xiě)字母、母、09十個(gè)數(shù)字和控制符號(hào)十個(gè)數(shù)字和控制符號(hào)8位位ASCII碼是在碼是在7位位ASCII碼基礎(chǔ)上加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位而碼基礎(chǔ)上加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位而構(gòu)成。構(gòu)成。奇偶校驗(yàn)碼，是對(duì)每一組二進(jìn)制編碼配置一個(gè)二進(jìn)制位奇偶校驗(yàn)碼，是對(duì)每一組二進(jìn)制編碼配置一個(gè)二進(jìn)制位（稱(chēng)為奇偶校驗(yàn)位），通過(guò)將該位置（稱(chēng)為奇偶校驗(yàn)位），通過(guò)將該位置“0”或置或置“1”而使每組二而使每組二進(jìn)進(jìn)制編碼中制編碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（即形成奇校驗(yàn)碼）或偶數(shù)（即的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（即形成奇校驗(yàn)碼）或偶數(shù)（即形成偶校驗(yàn)碼）。形成偶校驗(yàn)碼）。奇偶

18、校驗(yàn)碼中，校驗(yàn)位只用來(lái)使每組二進(jìn)制編碼奇偶校驗(yàn)碼中，校驗(yàn)位只用來(lái)使每組二進(jìn)制編碼“1”的個(gè)的個(gè)數(shù)具有奇偶性數(shù)具有奇偶性3、漢字編碼、漢字編碼 漢字編碼的類(lèi)型有四種：漢字編碼的類(lèi)型有四種：外部碼、內(nèi)部碼、交換碼和輸出碼。外部碼、內(nèi)部碼、交換碼和輸出碼。 （1） 外部碼外部碼每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)一個(gè)外部碼。對(duì)同一個(gè)漢字不同的輸入方每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)一個(gè)外部碼。對(duì)同一個(gè)漢字不同的輸入方法其外部碼也不相同。目前外部碼大致可分為四種類(lèi)型：數(shù)法其外部碼也不相同。目前外部碼大致可分為四種類(lèi)型：數(shù)字碼、音碼、形碼和音形碼。字碼、音碼、形碼和音形碼。 （2）內(nèi)部碼）內(nèi)部碼每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)部碼。同一漢字的內(nèi)部碼是唯一的。每個(gè)

19、漢字對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)部碼。同一漢字的內(nèi)部碼是唯一的。內(nèi)部碼通常反映了漢字在字庫(kù)中的位置。內(nèi)部碼通常反映了漢字在字庫(kù)中的位置。（3）交換碼）交換碼 用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端之間交換信息。該標(biāo)準(zhǔn)編用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端之間交換信息。該標(biāo)準(zhǔn)編碼字符集共收錄漢字和圖形符號(hào)碼字符集共收錄漢字和圖形符號(hào)7445個(gè)。個(gè)。（4）輸出碼）輸出碼 同一漢字的輸出碼因選擇點(diǎn)陣的不同而異。目前常用的同一漢字的輸出碼因選擇點(diǎn)陣的不同而異。目前常用的漢字點(diǎn)陣有：漢字點(diǎn)陣有：1616、2424、3232、4040、4848、6464、7272、9696、108108等。等。1.2 微型計(jì)算機(jī)的組成微型計(jì)算機(jī)的組成 1.

20、2.1 微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義和它們之間的關(guān)系。微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的含義和它們之間的關(guān)系。 算邏運(yùn)算器算邏運(yùn)算器累加器寄存器累加器寄存器控制器控制器內(nèi)部總線(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn)內(nèi)外存儲(chǔ)器內(nèi)外存儲(chǔ)器系系統(tǒng)統(tǒng)總總線(xiàn)線(xiàn)I/O接接口口微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器微處理器外外圍圍備備設(shè)設(shè)系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)圖圖1.1 微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者關(guān)系微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者關(guān)系1 1、微處理器、微處理器CPUCPU：算術(shù)與邏輯運(yùn)算部件、控制器部件、累加器與寄存器：算術(shù)與邏輯運(yùn)算部件、控制器部件、

21、累加器與寄存器 和內(nèi)部總線(xiàn)和內(nèi)部總線(xiàn)4 4部分組成部分組成圖圖1.2 微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ALU通用通用寄存器堆寄存器堆累加器累加器指令寄存器指令寄存器指令譯碼器指令譯碼器定時(shí)與控制電路定時(shí)與控制電路I/O信號(hào)信號(hào)存儲(chǔ)器寫(xiě)存儲(chǔ)器寫(xiě)存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器讀等待等待中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求時(shí)鐘時(shí)鐘復(fù)位復(fù)位I/O寫(xiě)寫(xiě)I/O讀讀堆棧指示器堆棧指示器程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器地址寄存器地址寄存器地址緩沖器地址緩沖器地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)內(nèi)部?jī)?nèi)部總線(xiàn)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)標(biāo)志標(biāo)志寄存器寄存器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鎖鎖存存器器緩緩沖沖器器2 2、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)：微型計(jì)算機(jī)：CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口電

22、路和系統(tǒng)總線(xiàn)、存儲(chǔ)器、輸入和輸出接口電路和系統(tǒng)總線(xiàn)AB地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)DB數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)CB控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)3 3、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件和外設(shè)微型計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)軟件和外設(shè) 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O接口接口CPU圖圖1.3 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)可分為兩級(jí)：微型計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)可分為兩級(jí)：內(nèi)總線(xiàn)內(nèi)總線(xiàn)微處理器芯片內(nèi)部的總線(xiàn)，由它實(shí)現(xiàn)微處理器內(nèi)部各功能單微處理器芯片內(nèi)部的總線(xiàn)，由它實(shí)現(xiàn)微處理器內(nèi)部各功能單元電路之間的相互聯(lián)接。元電路之間的相互聯(lián)接。外總線(xiàn)外總線(xiàn)三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DBD

23、B用來(lái)在用來(lái)在CPUCPU和其它部件間傳送信息。三態(tài)、雙向。和其它部件間傳送信息。三態(tài)、雙向。地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)ABAB用于傳送用于傳送CPUCPU要訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元或要訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元或I/OI/O接口的地址信號(hào)。單接口的地址信號(hào)。單向、三態(tài)。向、三態(tài)。 控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)CBCBCPUCPU向其它部件傳送控制信號(hào)，以及其它部件向向其它部件傳送控制信號(hào)，以及其它部件向CPUCPU傳送狀傳送狀態(tài)信號(hào)及請(qǐng)求信號(hào)的一組通信線(xiàn)。態(tài)信號(hào)及請(qǐng)求信號(hào)的一組通信線(xiàn)。 1.2.2 1.2.2 個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)的硬件構(gòu)成實(shí)例個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)的硬件構(gòu)成實(shí)例圖圖1.4 1.4 個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)的外觀(guān)組成個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)的外觀(guān)組成

24、圖圖1.5 主機(jī)的內(nèi)部組成主機(jī)的內(nèi)部組成圖圖1.6 主板的組成主板的組成1 1、主板、主板圖圖1.7 CPU 3 3、內(nèi)存儲(chǔ)器、內(nèi)存儲(chǔ)器圖圖1.8 1.8 內(nèi)存條內(nèi)存條 4 4、外存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器包括硬盤(pán)、軟盤(pán)、光驅(qū)等設(shè)備。外存儲(chǔ)器包括硬盤(pán)、軟盤(pán)、光驅(qū)等設(shè)備。（1 1） 硬盤(pán)硬盤(pán)圖圖1.9 硬盤(pán)硬盤(pán)（2 2） 軟盤(pán)軟盤(pán)圖圖1.10 軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 （3 3）光盤(pán)存儲(chǔ)器）光盤(pán)存儲(chǔ)器 圖圖1.11 1.11 光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 5 5、顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡、顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡圖1.12 顯示卡圖圖1.12 顯示卡顯示卡 6、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、機(jī)箱 1.3 1.3 計(jì)算機(jī)的基本工作原

25、理計(jì)算機(jī)的基本工作原理 1.3.1 1.3.1 模型計(jì)算機(jī)模型計(jì)算機(jī)1 1、 模型計(jì)算機(jī)模型計(jì)算機(jī)CPUCPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖圖1.13 1.13 模型計(jì)算機(jī)的模型計(jì)算機(jī)的CPUCPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) J J2 2I I2 2ALUALUF F內(nèi)內(nèi)部部數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線(xiàn)線(xiàn)A AB BPCPCARARPLAPLAIDIDDRDRCPUCPU3E3E48485F5F87876A6AC5C51212 3E 3E0000ABAB5E5EE6E6ABABDBDB存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器IRIR2 2、 模型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其操作模型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其操作 地址寄存器地址寄存器ARAR定為定為8 8位，可尋址位，可尋址25

26、6256個(gè)單元，模型計(jì)算機(jī)存?zhèn)€單元，模型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器由儲(chǔ)器由256256個(gè)單元組成。個(gè)單元組成。 圖圖1.14 模型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)模型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 地地址址譯譯碼碼器器0000單元單元0101單元單元0202單元單元FFFF單元單元000001010202FFFF地址地址單元內(nèi)容單元內(nèi)容ABABCBCBDBDBI/OI/O緩沖緩沖器器控控 制制 邏邏 輯輯 存儲(chǔ)器中的兩種操作：讀操作和寫(xiě)操作。存儲(chǔ)器中的兩種操作：讀操作和寫(xiě)操作。 （1 1）讀操作）讀操作 圖圖1.15 1.15 存儲(chǔ)器讀操作示意圖存儲(chǔ)器讀操作示意圖 地地址址譯譯碼碼器器0 0單元內(nèi)容單元內(nèi)容3EH3EHFFFF單元內(nèi)

27、容單元內(nèi)容0202控控 制制 邏邏 輯輯地址地址單元內(nèi)容單元內(nèi)容ABAB讀信號(hào)讀信號(hào)DBDB02023EH3EHI/OI/O緩沖緩沖器器（2 2）寫(xiě)操作）寫(xiě)操作 圖圖1.16 存儲(chǔ)器寫(xiě)操作示意圖存儲(chǔ)器寫(xiě)操作示意圖 寫(xiě)信號(hào)寫(xiě)信號(hào)地地址址譯譯碼碼器器0 0單元內(nèi)容單元內(nèi)容FFFF單元內(nèi)容單元內(nèi)容I/OI/O緩沖緩沖器器0303地址地址單元內(nèi)容單元內(nèi)容ABABDBDB03030FH0FH0FH0FH控控 制制 邏邏 輯輯3 3、總線(xiàn)、總線(xiàn)4 4、模型計(jì)算機(jī)的指令與指令系統(tǒng)、模型計(jì)算機(jī)的指令與指令系統(tǒng)指令：計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的各種基本操作，我們把每一種基本操作指令：計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的各種基本操作，我們把每一種基

28、本操作 用命令的形式來(lái)表示。用命令的形式來(lái)表示。指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令。指令系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令。程序：把人的操作意圖經(jīng)分解后，用對(duì)應(yīng)于所規(guī)定的指令系統(tǒng)程序：把人的操作意圖經(jīng)分解后，用對(duì)應(yīng)于所規(guī)定的指令系統(tǒng) 的一串指令序列來(lái)描述。的一串指令序列來(lái)描述。指令通常分成操作碼（指令通常分成操作碼（OpcodeOpcode，即，即Operation codeOperation code）和）和操作數(shù)（操作數(shù)（OperandOperand）兩大部分。）兩大部分。操作碼：表示計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么操作；操作碼：表示計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么操作；操作數(shù)：指明參加操作的數(shù)本身或操作數(shù)所在的地址。操作數(shù)：指

29、明參加操作的數(shù)本身或操作數(shù)所在的地址。 1.3.2 1.3.2 程序運(yùn)行過(guò)程程序運(yùn)行過(guò)程1 1、 程序的編寫(xiě)與存放程序的編寫(xiě)與存放用模型計(jì)算機(jī)來(lái)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算，假設(shè)要把用模型計(jì)算機(jī)來(lái)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算，假設(shè)要把15H15H與與25H25H相相加，運(yùn)算結(jié)果送到加，運(yùn)算結(jié)果送到16H16H存儲(chǔ)單元，然后停機(jī)。存儲(chǔ)單元，然后停機(jī)。首先用助記符進(jìn)行編程首先用助記符進(jìn)行編程MOV BMOV B，15H15HMOV AMOV A，25H25HADD AADD A，B BMOV 16HMOV 16H，A AHLTHLT2 2、程序的運(yùn)行過(guò)程、程序的運(yùn)行過(guò)程CPUCPU的執(zhí)行過(guò)程的執(zhí)行過(guò)程取出指令取出指令

30、執(zhí)行指令執(zhí)行指令兩個(gè)階段的循環(huán)兩個(gè)階段的循環(huán)在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，在開(kāi)始執(zhí)行程序時(shí)，PCPC自動(dòng)設(shè)置為自動(dòng)設(shè)置為00H00H，這樣就自然地進(jìn)，這樣就自然地進(jìn)入程序第一條指令的取指階段，具體過(guò)程如下：入程序第一條指令的取指階段，具體過(guò)程如下：1 1）第一條指令的取指階段）第一條指令的取指階段J J2 2I I2 2ALUALUF F內(nèi)內(nèi)部部數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線(xiàn)線(xiàn)A AB B0000PLAPLAIDID01H01H01H01HCPUCPU 01H 01H 15H 15H 00H 00H 25H 25H 03H 03H 02H 02H 16H 16H 3E 3E 04H 04H DBDB存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器PCPC0000+1+1ARARDRDRIRIR AB AB 讀讀圖圖1.18 1.18 取第一條指令的操作示意圖取第一條指令的操作示意圖 2 2）第一條指令