微機系統(tǒng)組成及工作原理課件

微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的硬件結(jié)構(gòu)1教學(xué)內(nèi)容1．教材內(nèi)容：教材以8086/8088作為主線，講述8086/8088微處理器組成原理、體系結(jié)構(gòu)、匯編語言及程序設(shè)計技術(shù)、接口技術(shù)及應(yīng)用的有關(guān)內(nèi)容。2．新技術(shù)介紹：同時考慮到學(xué)生對計算機知識學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和完整性，我們將當(dāng)前高性能微機系統(tǒng)采用的新技術(shù)融合到各相關(guān)章節(jié)中進行介紹3．軟件實驗：針對本課程的特點，配合主教材的使用。軟件實驗由指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計兩部分組成。從簡單指令入手，逐步熟悉和掌握匯編語言的編程方法和調(diào)試方法。4．教材具體內(nèi)容的取舍，我們作了如下安排：淡化匯編語言程序設(shè)計的內(nèi)容；增加實用性的內(nèi)容；介紹前沿內(nèi)容和流行技術(shù)；精選例題和習(xí)題。教學(xué)內(nèi)容1．教材內(nèi)容：教材以8086/8088作為主線，講述2學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)方法很重要課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記（參與、發(fā)現(xiàn)）課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)（獨立）實驗：充分準(zhǔn)備、勇于實踐（分析問題和解決問題的能力）

學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)方法很重要3本課程理論聯(lián)系實際非常緊密，內(nèi)容更新極快。只能采用解剖麻雀方法，教師在這里只起到拋磚引玉的作用。老師:指導(dǎo)者同學(xué)們學(xué)習(xí)過程中，要花時間去學(xué)習(xí)、思索、實踐，有機地將本專業(yè)的知識結(jié)合起來，構(gòu)成一個實際系統(tǒng)，解決實際問題。學(xué)生:主體地位收獲與時間成正比,花時間越多，收獲將越大

收獲與時間成正比本課程理論聯(lián)系實際非常緊密，內(nèi)容更新極快。收獲與時間4第一章微型計算機系統(tǒng)組成

及工作原理第一章微型計算機系統(tǒng)組成

及工作原理5教學(xué)內(nèi)容1.微機發(fā)展簡史、分類

2.微機的運算基礎(chǔ)

3.微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

4.微機的基本工作原理

5.典型的微型計算機系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容1.微機發(fā)展簡史、分類2.微機的運算基礎(chǔ)6微機的發(fā)展簡史、分類計算機的發(fā)展簡史發(fā)展簡史微機系統(tǒng)的三個層次微機的發(fā)展簡史、分類計算機的發(fā)展簡史發(fā)展簡史微機系統(tǒng)的三個層7微機的發(fā)展簡史、分類計算機的發(fā)展簡史電子管計算機(1946—1956)晶體管計算機(1957—1964) 集成電路計算機(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計算機(1971—至今)

用機器語言、匯編語言編寫程序用于軍事和國防尖端技術(shù) 開始使用高級語言編寫程序開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和其它科學(xué)領(lǐng)域采用微程序、流水線等技術(shù)，提高運行速度出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件采用半導(dǎo)體存儲器采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設(shè)更加豐富主要特點1.根據(jù)使用的基本電子器件，計算機經(jīng)歷了四個階段：微機的發(fā)展簡史、分類計算機的發(fā)展簡史電子管計算機用8世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)，由美國賓夕法尼亞大學(xué)于1946年研制成功并投入使用。世界上第一臺電9微機系統(tǒng)組成及工作原理課件10微機系統(tǒng)組成及工作原理課件11第四代計算機中

微處理器的發(fā)展：Intel4004

1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一塊4位芯片Intel4004，標(biāo)志著第一代微處理器問世，微處理器和微機時代從此開始。1971年11月，Intel推出MCS-4微型計算機系統(tǒng)（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微處理器）第四代計算機中

微處理器的發(fā)展：Intel4004197124004

4004包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3mm×4mm，計算性能遠遠超過當(dāng)年的ENIAC，最初售價為200美元。

40044004包含2300個晶體管，尺寸規(guī)格為3m1380081972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器Intel8008。由于8008采用的是P溝道MOS微處理器，因此仍屬第一代微處理器。80081972年4月，霍夫等人開發(fā)出第一個8位微處理器In148080第二代微處理器

1973年8月，霍夫等人研制出8位微處理器Intel8080，以N溝道MOS電路取代了P溝道，第二代微處理器就此誕生。主頻2MHz的8080芯片運算速度比8008快10倍，可存取64KB存儲器，使用了基于6微米技術(shù)的6000個晶體管，處理速度為0.64MIPS。8080第二代微處理器1973年8月，霍夫等人研15Intel8086第三代微處理器1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微處理器，標(biāo)志著第三代微處理器問世。它采用16位寄存器、16位數(shù)據(jù)總線和29000個3微米技術(shù)的晶體管，售價360美元。Intel8086第三代微處理器1978年6月，Int16Z80微處理器Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理器，廣泛用于微型計算機和工業(yè)自動控制設(shè)備。當(dāng)時，zilog、Motorola和Intel在微處理器領(lǐng)域三足鼎立。Z80微處理器Zilog公司于1976年開發(fā)的Z80微處理17第一臺微型計算機：Altair8800

1975年4月，MITS發(fā)布第一個通用型Altair8800，售價375美元，帶有1KB存儲器。這是世界上第一臺微型計算機。Altair定位在青年電腦迷市場PaulAllen和BillGates在三周內(nèi)為Altair開發(fā)出BASIC語言，MITS成為兩個未來富翁的第一個客戶第一臺微型計算機：Altair88001975年4月，M18Apple1976年3月，SteveWozniak和SteveJobs開發(fā)出微型計算機AppleI，4月1日愚人節(jié)這天，兩個Steve成立了Apple計算機公司。AppleII是第一個帶有彩色圖形的個人計算機，售價為1300美元。AppleII及其系列改進機型風(fēng)靡一時，這使Apple成為微型機時代最成功的計算機公司。Apple1976年3月，SteveWozniak和Ste191981-PC元年早在1980年7月，一個負責(zé)“跳棋計劃”的13人小組秘密來到佛羅里達州波克羅頓鎮(zhèn)的IBM研究發(fā)展中心，開始開發(fā)后來被稱為IBMPC的產(chǎn)品。一年后的8月12日，IBM公司在紐約宣布第一臺IBMPC誕生，這個開創(chuàng)計算機歷史新篇章的時刻。第一臺IBMPC采用了主頻為4.77MHz的Intel8088操作系統(tǒng)是Microsoft提供的MS-DOSIBM將其命名為“個人電腦（PersonalComputer）1981-PC元年早在1980年7月，一個負責(zé)“跳棋計劃”的20計算機的發(fā)展日新月異

從計算機的規(guī)模，運算速度上看，巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機、單片機從CPU的發(fā)展來看

4004－>8008->8086->8088->80186->80286->80386->80486-586->pentium->PII->PIII->P4計算機的發(fā)展日新月異從計算機的規(guī)模，運算速度上看，從CPU的21微機系統(tǒng)組成及工作原理課件22我國計算機技術(shù)的發(fā)展1953年開始研究，1958年研究出第一臺計算機，103型通用計算機50年來相繼研究出了第二代，第三代計算機。80年代研究出了每秒１億次的巨型機，銀河I,II,其他如曙光天演(清華BBS,學(xué)校高性能計算中心)。1985年6月，中國第一臺自行研制的微機長城0520研制成功，其廣告詞是：“一臺我們自己制造的能夠處理中文的電腦”。在高性能計算，并行計算上已緊跟國際先進水平，但計算機的核心部件CPU技術(shù)還遠遠落后。中科院研究開發(fā)的龍芯／GODSON我國計算機技術(shù)的發(fā)展1953年開始研究，1958年研究出第一23微機系統(tǒng)組成及工作原理課件24微機的發(fā)展簡史、分類

計算機的發(fā)展簡史2.計算機的兩個方向發(fā)展：研制高速度、強功能的巨型機和大型機適應(yīng)軍事和尖端科學(xué)的需要。研制價格低廉的超小型機和微型機開拓應(yīng)用領(lǐng)域和占領(lǐng)更廣大的市場。

微型計算機是第四代計算機的典型代表。Microcomputer：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計算機主要部件——控制器和運算器的微處理器為核心所構(gòu)造出的計算機系統(tǒng)微機的發(fā)展簡史、分類計算機的發(fā)展簡史2.計25微機的發(fā)展簡史、分類

微機系統(tǒng)的三個層次ALU寄存器組控制部件系統(tǒng)軟件：DOS、Windows2000/XPVista應(yīng)用軟件：Word、Photoshop、Flash微處理器CPU

存儲器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)外設(shè)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機、掃描儀微機的發(fā)展簡史、分類微機系統(tǒng)的三個層次ALU微26計算機發(fā)展的理論基礎(chǔ)和規(guī)律1、邏輯代數(shù)2、圖靈機：英國數(shù)學(xué)家圖靈證明理想的通用數(shù)字計算機是可以制造出來的?，F(xiàn)代通用數(shù)字計算機的數(shù)學(xué)模型3、馮.諾依曼計算機原理：二進制存儲程序并按地址順序執(zhí)行(程序控制）4、Moore定律：微處理器內(nèi)晶體管數(shù)每18個月翻一番5、Bell定律：如果保持計算能力不變，微處理器的價格每18個月減少一半6、Gilder定律：未來25年（1996年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每6個月增加一倍7、Metcalfe定律：

網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的平方成正比8、半導(dǎo)體存儲器發(fā)展規(guī)律：DRAM密度每年增加60%，每三年翻四倍9、硬盤存儲技術(shù)發(fā)展規(guī)律：硬盤的密度每年增加約一倍計算機發(fā)展的理論基礎(chǔ)和規(guī)律1、邏輯代數(shù)27計算機發(fā)展的趨勢總趨勢：速度越來越快，體積越來越小，成本越來越低，功耗越來越低1、微型計算機已邁入64位的新時代2、精減指令計算機（RISC）正在逐步取代復(fù)雜指令計算機（CISC）3、多媒體計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)正在推廣使用4、大規(guī)模并行處理系統(tǒng)（MPP）的處理速度已達到TFLOPS（每秒1012條浮點指令,萬億）級5、超立方體計算機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機等高性能計算機正在加緊研究、試制之中。

隨著電子器件速度極限的逼近．人們又開始了全新時代計算機的研究》》計算機發(fā)展的趨勢總趨勢：速度越來越快，體積越來越小，1、微型28二十一世紀(jì)的計算機

光計算機：光能夠像電一樣傳送信息，其抗干擾能力強，傳輸速度快，并且光學(xué)器件的能耗非常低。尤為重要的是，光的獨立性使得大規(guī)模的并行計算成為可能。

生物計算機：生物系統(tǒng)的信息處理過程是基于分子的計算與通訊過程，生物計算不是按照傳統(tǒng)的確定算法來解決問題，而是通過競爭優(yōu)化的方式來求解問題。生物計算的主要形式是學(xué)習(xí)和記憶。生物系統(tǒng)在解決復(fù)雜圖形和多重模式判定方面有獨特的優(yōu)勢。

量子計算機：量子計算的概念遠比光子計算和生物計算出現(xiàn)得晚，但卻具有更大的革命潛力。

信息存儲器目前，在室溫下能夠制造出單電子內(nèi)存，在大約7平方納米大小的位元上，每一平方納米就能存儲250GB的信息。二十一世紀(jì)的計算機光計算機：291.1微機系統(tǒng)概述1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次1.1.2微機系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.1微機系統(tǒng)概述1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次30微機系統(tǒng)從局部到全局存在三個層次：1.

微處理器2.微型計算機3.微型計算機系統(tǒng)

1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次微機系統(tǒng)從局部到全局存在三個層次：1.微處理器2.微型計31

1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次1.微處理器

微處理器本身不是計算機，不能獨立工作，它是微型計算機的核心部件，包括算術(shù)邏輯部件ALU,控制部件和寄存器組三個基本部分。1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次1.微處理器32

1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次2.微型計算機

是以微處理器為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲器(ROM和RAM)、輸入/輸出接口和系統(tǒng)總線組成的。它不是完整的計算系統(tǒng)，也不能獨立工作。BIOSROMCPU插槽總線插槽RAM插槽1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次2.微型計算機BIOSRO333.微型計算機系統(tǒng)

微型計算機系統(tǒng)是以微型計算機為核心，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源、輔助電路和控制微型計算機工作的軟件而構(gòu)成的完整計算系統(tǒng)。它可以獨立工作，有實用意義。

1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次3.微型計算機系統(tǒng)1.1.1微機系統(tǒng)的三個層次34字長存儲器容量運算速度外設(shè)擴展能力軟件配置情況字長是計算機內(nèi)部一次可以處理的二進制數(shù)碼的位數(shù)。決定于計算機通用寄存器、內(nèi)存儲器、ALU的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。

字長越長，一個字所能表示的數(shù)據(jù)精度就越高；在完成同樣精度的運算時，則數(shù)據(jù)的處理速度越高。存儲器容量是衡量計算機存儲二進制信息量大小的一個重要指標(biāo)。包括：

內(nèi)存容量

外存容量計算機運算速度一般用每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示。一臺計算機允許配接多少外部設(shè)備，對于系統(tǒng)接口和軟件研制都有重大影響。軟件是計算機系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，它配置是否齊全，直接關(guān)系到計算機性能的好壞和效率的高低。

1.1.2微機系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)字長字長是計算機內(nèi)部一次可以處理的二進制數(shù)碼的位數(shù)。決35

1.2.1三總線結(jié)構(gòu)及分類

1.2.2微機各大組成部分的基本結(jié)構(gòu)及功能

1.2微型計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1.2.1三總線結(jié)構(gòu)及分類1.2.2微機各大組成部分36目前各種微機系統(tǒng)采用的基本上是計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)--馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：硬件上由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成；數(shù)據(jù)和程序以二進制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也為二進制形式；控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列，即程序來工作,并由一個程序計數(shù)器控制指令的執(zhí)行。控制器具有判斷能力，能根據(jù)計算結(jié)果選擇不同的動作流程。

1.2.1三總線結(jié)構(gòu)及分類1.馮·諾依曼結(jié)構(gòu)目前各種微機系統(tǒng)采用的基本上是計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)--馮37微型計算機系統(tǒng)硬件軟件運算器控制器存儲器輸入/輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件各部分間通過三條總線相連，故這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也稱為三總線結(jié)構(gòu)。2.三總線結(jié)構(gòu)微型計算機系統(tǒng)硬件軟件運算器系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件各部分間通過三條38MPURAM外設(shè)ABDBCBROMI/O接口三總線

模塊間的雙向依賴關(guān)系變?yōu)楦髂K面向總線的單向依賴關(guān)系，簡化了微機的結(jié)構(gòu)。使微機系統(tǒng)易于擴充和維護。微型計算機三總線結(jié)構(gòu)示意圖:MRAM外設(shè)ABDBCBROMI/O接口三總線模塊間39單總線結(jié)構(gòu)

雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)1.2.1三總線結(jié)構(gòu)及分類3.總線結(jié)構(gòu)分類根據(jù)總線組織方法的不同，總線結(jié)構(gòu)可分為以下三類：單總線結(jié)構(gòu)1.2.1三總線結(jié)構(gòu)及分類3.總線結(jié)構(gòu)分類40特點：MPU對M和I/O的讀寫只能分時進行。優(yōu)點：邏輯結(jié)構(gòu)簡單，成本低，實現(xiàn)容易。MPUMI/O接口外設(shè)單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)特點：MPU對M和I/O的讀寫只能分時進行。MMI/O外41特點：MPU可分別在兩套總線上同時與M和I/O口交換信息。優(yōu)點：展寬了總線帶寬，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。存儲總線I/O總線I/O接口M外設(shè)MP

U單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)特點：MPU可分別在兩套總線上同時與M存儲總線I/O總線42DMA控制器全局總線全局M全局I/OMPU總線控制邏輯局部I/O局部M緩沖器局部總線真正實現(xiàn)了多層總線上的并行工作。這對等效總線帶寬的增加，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸效率的提高，效果更明顯。單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)

(以雙層為例）DMA控制器全局總線MPU總線控局部I/O局部M緩沖器局43微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法計算機中小數(shù)點問題無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法計算機的運算微機運算基礎(chǔ)微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法計算機中小44微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換二進制：計算機使用二進制表示數(shù)據(jù)和指令僅包含數(shù)字“0”

和“1”

思考:計算機由電路組成。Andwhatisthemostfundamentalstatementyoucanmakeaboutelectricity？電路2種狀態(tài)：開/關(guān)Maybe1：on0：off二進制≌2種狀態(tài)on/offyes/noabsent/presentpositivecharge/negativecharge計算機是01的世界，即計算機中的任何事物都用01表示。如字母“W”用電子信號01010111表示

微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換45微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換還有哪些進制？最常用的：十進制Decimal為了能方便的與二進制轉(zhuǎn)換,使用了十六進制Hexadecimal

八進制

Octal二進制（B）：0、1十進制（D）：0～9八進制（Q）：0～7十六進制（H）：0～9，A～F微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換46微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換n進制數(shù)最多是由n個數(shù)碼組成0～9,0、1,0～7,0～9、A～Fn進制數(shù)的基數(shù)或底數(shù)為n，算術(shù)運算時，有如下特點：低位向相鄰高位的進位是逢n進1（加法）低位向相鄰高位的借位是以1當(dāng)本位n（減法）0010

+10101100任意進制數(shù)的共同特點微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換47微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換數(shù)制的位置表示法用一組數(shù)字表示數(shù)時，每個數(shù)字表示的量不但決定于數(shù)字本身，而且決定于它所在的位置

例：32.3D權(quán)：對每一個數(shù)位賦以一定的位值，如100、101各位數(shù)碼在n進制數(shù)中所處位置的不同，所對應(yīng)的權(quán)也不同，以小數(shù)點為分界點：向左（整數(shù)部分）：各位數(shù)碼所對應(yīng)的權(quán)依次是n0、n1、n2，…

向右（小數(shù)部分）：各位數(shù)碼所對應(yīng)的權(quán)依次是n-1、n-2、n-3，…

微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換48n進制數(shù)n=2、８、１０、１６Ｎ＝ａｓ－１ｎｓ－１＋ａｓ－２ｎｓ－２＋．．．＋ａ０ｎ０

＋ａ－１n－１＋ａ－２n－２＋．．．＋ａ－ｔn－ｔ如：1101.101B

整數(shù)部分小數(shù)部分微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換數(shù)制的位置表示法n進制數(shù)n=2、８、１０、１６整數(shù)部分小數(shù)部分微機的運算基49非十進制數(shù)→十進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：按位權(quán)展開求和例：1101.101B=D67.2Q=D

3AB.E6H=D

數(shù)制的轉(zhuǎn)換微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)→十進制數(shù)數(shù)制的轉(zhuǎn)換微機的運算基礎(chǔ)50十進制數(shù)→非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：分成小數(shù)和整數(shù)分別轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除n取余，直至商為0，先得余數(shù)低位；小數(shù)部分：乘n取整，先得的整數(shù)為高位

例：17.6875D=B數(shù)制的轉(zhuǎn)換微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換十進制數(shù)→非十進制數(shù)數(shù)制的轉(zhuǎn)換微機的運算基礎(chǔ)51非十進制數(shù)之間二進制與八進制之間：一位八進制數(shù)，相當(dāng)于三位二進制數(shù)（23=8）例：467.532Q=B

1010010.10111B=Q=H二進制與十六進制之間：一位十六進制數(shù)，相當(dāng)于四位二進制數(shù)（24=16）數(shù)制的轉(zhuǎn)換微機的運算基礎(chǔ)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)之間數(shù)制的轉(zhuǎn)換微機的運算基礎(chǔ)52微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)：數(shù)值在計算機中的表示形式有符號數(shù)：數(shù)值有正負之分,如何表示符號？計算機就用一個數(shù)的最高位存放符號(0為正,1為負)真值：機器數(shù)所表示的真實值有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法計算機是01世界微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)：數(shù)值在計算機中的表示形式有符號數(shù)的機器53微機的運算基礎(chǔ)定義最高位用0、1表示正負，數(shù)值一般用二進制形式表示表示范圍8位（ｂｉｔ）：(-127~-0+0~127)共256個最大值為01111111，真值(127)10最小值為11111111，真值(-127)10０的表示

[+0]原=[+0000000]原=00000000[-0]原=[-0000000]原=10000000

有符號數(shù)最簡單的編碼方式有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法原碼表示方法微機的運算基礎(chǔ)定義有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法原碼表示方法54原碼的問題原碼不能直接參加運算，可能會出錯例如：1+（-1）=000000001+10000001=10000010

出錯符號位和數(shù)值位無法統(tǒng)一處理原碼的問題原碼不能直接參加運算，可能會出錯55微機的運算基礎(chǔ)定義機器數(shù)是正數(shù)，該機器數(shù)的反碼與原碼一樣；機器數(shù)是負數(shù)，該機器數(shù)的反碼由其原碼(符號位除外）各位取反而得到表示范圍：同原碼０的表示

[+0]反=[+0000000]反=00000000[-0]反=[-0000000]反=11111111

有符號數(shù)的表示方法反碼的問題：０的問題反碼表示方法微機的運算基礎(chǔ)定義有符號數(shù)的表示方法反碼的問題：０的問題反56微機的運算基礎(chǔ)定義機器數(shù)是正數(shù)，該機器數(shù)的補碼與原碼一樣；機器數(shù)是負數(shù)，該機器數(shù)的補碼由其原碼除符號位外各位取反加１得到０的表示

[+0]補=[+0000000]補=00000000[-0]補=[-0000000]補=00000000表示范圍最大為01111111，其真值為(127)10最小為10000000，其真值為(-128)10

有符號數(shù)的表示方法運算的基礎(chǔ)補碼表示方法微機的運算基礎(chǔ)定義有符號數(shù)的表示方法運算的基礎(chǔ)補碼表示方法57模的概念一個計量單位稱之為?；蚰?shù)。例如，時鐘是以12進制進行計數(shù)循環(huán)的，即以12為模。在時鐘上，時針加上（正撥）12的整數(shù)位或減去（反撥）12的整數(shù)位，時針的位置不變。14點鐘在舍去模12后，成為（下午）2點鐘（14=14-12=2）。從0點出發(fā)逆時針撥10格即減去10小時，也可看成從0點出發(fā)順時針撥2格（加上2小時），即2點（0-10=-10=-10+12=2）。模的概念一個計量單位稱之為模或模數(shù)。58因此，在模12的前提下，-10可映射為+2。由此可見，對于一個模數(shù)為12的循環(huán)系統(tǒng)來說，加2和減10的效果是一樣的；因此，在以12為模的系統(tǒng)中，凡是減10的運算都可以用加2來代替，這就把減法問題轉(zhuǎn)化成加法問題了（注：計算機的硬件結(jié)構(gòu)中只有加法器，所以大部分的運算都必須最終轉(zhuǎn)換為加法）。10和2對模12而言互為補數(shù)。因此，在模12的前提下，-10可映射為+2。由59同理，計算機的運算部件與寄存器都有一定字長的限制（假設(shè)字長為8），因此它的運算也是一種模運算。當(dāng)計數(shù)器計滿8位也就是256個數(shù)后會產(chǎn)生溢出，又從頭開始計數(shù)。產(chǎn)生溢出的量就是計數(shù)器的模，顯然，8位二進制數(shù)，它的模數(shù)為28=256。在計算中，兩個互補的數(shù)稱為“補碼”。同理，計算機的運算部件與寄存器都有一定字長的限制60微機的運算基礎(chǔ)正數(shù)：正數(shù)的補碼和原碼相同。負數(shù)：負數(shù)的補碼則是符號位為“1”，數(shù)值部分按位取反后再在末位（最低位）加1。也就是“反碼+1”。例如：符號位數(shù)值位

[+7]補=00000111B

[-7]補=11111001B有符號數(shù)的表示方法補碼表示方法微機的運算基礎(chǔ)正數(shù)：正數(shù)的補碼和原碼相同。有符號數(shù)的表示方法61注意a.采用補碼后，可以方便地將減法運算轉(zhuǎn)化成加法運算，運算過程得到簡化。正數(shù)的補碼即是它所表示的數(shù)的真值，而負數(shù)的補碼的數(shù)值部份卻不是它所表示的數(shù)的真值。采用補碼進行運算，所得結(jié)果仍為補碼。b.與原碼、反碼不同，數(shù)值0的補碼只有一個，即[0]補=00000000B。c.若字長為8位，則補碼所表示的范圍為-128～+127；進行補碼運算時，應(yīng)注意所得結(jié)果不應(yīng)超過補碼所能表示數(shù)的范圍。注意a.采用補碼后，可以方便地將減法運算轉(zhuǎn)化成加法運算，62原碼、反碼和補碼之間的轉(zhuǎn)換（1）已知原碼，求補碼。例：已知某數(shù)X的原碼為10110100B，試求X的補碼和反碼。解：由[X]原=10110100B知，X為負數(shù)。求其反碼時，符號位不變，數(shù)值部分按位求反；求其補碼時，再在其反碼的末位加1。

10110100原碼

11001011反碼，符號位不變，數(shù)值位取反

11001100補碼故：[X]補=11001100B，[X]反=11001011B。原碼、反碼和補碼之間的轉(zhuǎn)換（1）已知原碼，求補碼。63

有符號數(shù)運算時的溢出問題1）（+72）+（+98）=？

01001000B+72

+01100010B+98

10101010B-42兩負數(shù)相加怎么會得出正數(shù)？？？2）（-83）+（-80）=？

10101101B-83

+10110000B-80

01011101B+93思考：這兩個題目，按照正常的法則來運算，但結(jié)果顯然不正確，這是怎么回事呢？

有符號數(shù)運算時的溢出問題1）（+72）+（+98）=？64微機的運算基礎(chǔ)補碼溢出判別溢出:指運算結(jié)果超出數(shù)所能表示的范圍進位:指最高位向更高位的進位帶符號數(shù)所能表示的范圍：（若用n位二進制數(shù)碼表示）原碼：-（2n-1-1）≤X≤2n-1-1

反碼：-（2n-1-1）≤X≤2n-1-1補碼：-2n-1≤X≤2n-1-1計算機的運算補碼運算

微機的運算基礎(chǔ)補碼溢出判別計算機的運算補碼運算65微機的運算基礎(chǔ)補碼溢出判別補碼溢出:結(jié)果超出補碼所表示的數(shù)值范圍對于8位補碼，兩數(shù)相加之和>127,或<-128,就會產(chǎn)生溢出錯誤

計算機要避免溢出，對溢出要判斷后作相應(yīng)處理如停機，轉(zhuǎn)入檢查程序，給出錯誤信息等。判斷方法：雙高位判別法

計算機的運算補碼運算

微機的運算基礎(chǔ)補碼溢出判別計算機的運算補碼運算66微機的運算基礎(chǔ)雙高位判別原理數(shù)值部分最高位bn-2向符號位的進位為C1符號位想最高進位位的進位為C2如果C1與C2相同，OF=C1⊕C2=0，無溢出，如果C1與C2不相同，OF=C1⊕C2=1，有溢出。通過對兩個進位C1與C2的異或運算結(jié)果判別補碼運算是否有溢出。微機的運算基礎(chǔ)雙高位判別原理67微機的運算基礎(chǔ)[55]補=00110111+[66]補=0100001001111001=[121]補C1=0,C2=0,OF=C1⊕C2=0，無溢出，結(jié)果正確

計算機的運算求55+66

微機的運算基礎(chǔ)[55]補=00110111計算機68微機的運算基礎(chǔ)[-14]補=11110010+[-59]補=11000101

C1=1,C2=1,OF=C1⊕C2=0，無溢出，結(jié)果正確

計算機的運算求-14+（-59）110110111=[-73]補微機的運算基礎(chǔ)[-14]補=11110010計算69微機的運算基礎(chǔ)[98]補=01100010+[45]補=0010110110001111=[-113]補C1=1,C2=0,OF=C1⊕C2=1，溢出，結(jié)果錯誤

C1=1,C2=0,正溢出計算機的運算求98+45微機的運算基礎(chǔ)[98]補=01100010計算機70微機的運算基礎(chǔ)[-93]補=10100011+[-59]補=11000101

C1=0,C2=1,OF=C1⊕C2=1，溢出，結(jié)果錯誤

計算機的運算求-93+（-59）101101000=[+104]補C1=0,C2=1,負溢出微機的運算基礎(chǔ)[-93]補=10100011計算71微機的運算基礎(chǔ)計算機中的小數(shù)如何表示即如何處理小數(shù)點即如何確定小數(shù)點的位置

解決之道：計算機對小數(shù)點的處理有兩種方法：定點法和浮點法計算機中小數(shù)點問題微機的運算基礎(chǔ)計算機中的小數(shù)如何表示計算機中小數(shù)點問題72微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)中，規(guī)定小數(shù)點的位置固定不變

純整數(shù)表示法

規(guī)定小數(shù)點位置固定在數(shù)的最后面純小數(shù)表示法規(guī)定小數(shù)點位置在數(shù)字的最前面可規(guī)定小數(shù)點在數(shù)中的任何位置計算機中小數(shù)點問題參加運算的各數(shù)小數(shù)點位置固定而統(tǒng)一，但能表示的數(shù)值范圍很有限定點法微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)中，規(guī)定小數(shù)點的位置固定不變計算機中小數(shù)73微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)中，小數(shù)點的位置可以浮動的表示法N=S*2J

二進制數(shù)分成階碼和尾數(shù)兩部分來表示，叫做浮點表示法（科學(xué)標(biāo)志法）計算機中小數(shù)點問題浮點法如：十進制12300000可以表示為：1.23×107=1.23E7

二進制數(shù)110.011可表示為：110.011=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11

在同樣字長的情況下，與定點表示法相比浮點表示法能表示的數(shù)的范圍擴大了

微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)中，小數(shù)點的位置可以浮動的計算機中小數(shù)74微機的運算基礎(chǔ)

N=S*2J

其中J為階碼，S為尾數(shù)表示N的全部有效數(shù)字J固定為定點數(shù)，J可變則為浮點數(shù)階碼部分一般用補碼定點整數(shù)表示，尾數(shù)一般用補碼或源碼定點小數(shù)表示。微機的運算基礎(chǔ)N=S*2J其中J為階碼，S為尾數(shù)表示N的75微機的運算基礎(chǔ)十進制數(shù)的二進制編碼BinaryCodedDecimal壓縮BCD碼：8421碼，用4位二進制數(shù)表示一個十進制數(shù)位，一字節(jié)存放2個BCD碼非壓縮BCD碼：用8位為一組表示一個十進制數(shù)位，一字節(jié)存放1個BCD碼無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法BCD碼與二進制數(shù)間沒有直接的關(guān)系BCDDECIMALBINARYBCD碼

微機的運算基礎(chǔ)十進制數(shù)的二進制編碼BinaryCoded76微機的運算基礎(chǔ)美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼：AmericanStandardCodeforInformationInterchange微機中表示字符的常用碼制，一般用在輸入/出設(shè)備上表示大、小寫英文字母、0～9數(shù)字字符、標(biāo)點符號、計算機特殊控制符一個字符通常用一個字節(jié)（八位）表示，最高位通常為0或用于奇偶校驗位:128個無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法ASCII碼微機的運算基礎(chǔ)美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼：AmericanStan77微機的運算基礎(chǔ)無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法ASCII碼微機的運算基礎(chǔ)無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法ASCII碼78微機的運算基礎(chǔ)補碼運算規(guī)則

[X+Y]補＝[X]補+[+Y]補對于補碼運算，加法運算是基礎(chǔ)之基礎(chǔ)

計算機的運算補碼運算

微機的運算基礎(chǔ)補碼運算規(guī)則計算機的運算補碼運算79微機的運算基礎(chǔ)調(diào)整的理由應(yīng)該：逢十進一借一當(dāng)十實際上：逢16進一借一當(dāng)16調(diào)整的規(guī)則+6（0110）修正：本位相加：〉9或者向高位有進位-6（0110）修正：本位相減：〉9或者向高位有借位計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)調(diào)整的理由計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整80微機的運算基礎(chǔ)8+51000+010111011101為非法BCD碼，正確結(jié)果應(yīng)為（00010011）計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)8+5計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整81微機的運算基礎(chǔ)12-800010010-00001000000010101010為非法BCD碼，正確結(jié)果應(yīng)為（00000100）所以，為了得到正確結(jié)果，需對結(jié)果進行調(diào)整計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)12-8計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整82微機的運算基礎(chǔ)1、兩個一位BCD相加結(jié)果>9,加6修正2、兩個一位BCD相加結(jié)果本位不大于9，但產(chǎn)生進位，本位加6修正。計算機的運算BCD碼加法運算調(diào)整規(guī)則

微機的運算基礎(chǔ)1、兩個一位BCD相加結(jié)果>9,加6修正計算83微機的運算基礎(chǔ)9+81001+1000

10001本位0001不大于9，但有進位，調(diào)整+0110——加6修正00010111——結(jié)果正確17計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)9+8計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整84微機的運算基礎(chǔ)57+6501010111+01100101

10111100個位十位均大于9，調(diào)整+01100110——兩位分別加6修正000100100010——結(jié)果正確122計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)57+65計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整85微機的運算基礎(chǔ)1、兩個BCD數(shù)相減，若出現(xiàn)本位差超過9，本位減6修正2、兩個BCD數(shù)相減，本位差不超過9，但向高位有借位，本位減6修正計算機的運算BCD碼減法運算調(diào)整規(guī)則

微機的運算基礎(chǔ)1、兩個BCD數(shù)相減，若出現(xiàn)本位差超過9，本86微機的運算基礎(chǔ)52-3801010010-00111000

00011010個位數(shù)大于9，調(diào)整-0110——個位減6修正00010100——結(jié)果正確14計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)52-38計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整87微機的運算基礎(chǔ)71-2901110001-00101001

01001000個位數(shù)不超過9，但有借位-0110——個位作減6修正01000010——結(jié)果正確42計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整

微機的運算基礎(chǔ)71-29計算機的運算BCD碼運算及其調(diào)整88微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)：在計算機中的表示形式（二進制）；是擺在計算機寄存器或存儲器或I/O端口中的數(shù)；真值：機器數(shù)對應(yīng)于某一確定的碼制就有唯一確定的值。例：機器數(shù)34H：為原碼時真值為+52；反碼時真值為+52；補碼時真值為+52；為BCD碼真值為34；為ASCII碼時真值為4。

[+52]原=[+52]反=[+52]補=34H

[34]BCD=34H

[4]ASCII=34H機器數(shù)97H：為原碼時真值為-23；反碼時真值為-104；補碼時真值為-105；為BCD碼時真值為97；為ASCII碼時表示為ETB。強調(diào)：機器數(shù)與真值微機的運算基礎(chǔ)機器數(shù)：在計算機中的表示形式（二進制）；是擺在89微機的運算基礎(chǔ)8位數(shù)11011011B可表示

。

A）無符號數(shù)219B）-37的補碼C）-36的補碼

D)-36的反碼E）91的原碼F）-91的原碼?習(xí)題與思考微機的運算基礎(chǔ)?習(xí)題與思考90微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)總線內(nèi)存外設(shè)和輸入/出接口微處理器微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)總線內(nèi)存外設(shè)和輸入/出接口微處理91微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的硬件結(jié)構(gòu)92微機系統(tǒng)的三個層次運算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)微機系統(tǒng)的三個層次運算器控制器內(nèi)存儲器93微機的硬件結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)：馮.諾依曼結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：存儲程序

+程序控制馮諾依曼理論的要點是：數(shù)字計算機的數(shù)制采用二進制；計算機應(yīng)該按照程序順序執(zhí)行。人們把馮諾依曼的這個理論稱為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。從ENIAC到當(dāng)前最先進的計算機都采用的是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。所以馮諾依曼是當(dāng)之無愧的數(shù)字計算機之父微機的體系結(jié)構(gòu)微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)94微機的硬件結(jié)構(gòu)

微機的體系結(jié)構(gòu)根據(jù)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成的計算機，必須具有如下功能：把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計算機中。（輸入設(shè)備）必須具有長期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運算結(jié)果的能力。（存儲器）能夠完成各種算術(shù)、邏輯運算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加工處理的能力。（運算器）能夠根據(jù)需要控制程序走向，并能根據(jù)指令控制機器的各部件協(xié)調(diào)操作。（控制器）能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。（輸出設(shè)備）

微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)根據(jù)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)95微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)從算盤算題過程及所需設(shè)備計算機組成部分計算機體系結(jié)構(gòu)算盤算題Vs.計算機算題微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)從算盤算題過程及所需設(shè)備計算機計96微機的硬件結(jié)構(gòu)算盤算題1、運算工具：算盤2、記錄原始/中間數(shù)據(jù)、最后結(jié)果：紙筆3、整個運算在人的控制下運算過程舉例：

21*23-104/13

微機的體系結(jié)構(gòu)計算機算題1、運算器：運算工具2、存儲器：記憶數(shù)據(jù)，存儲程序（使機器自動運算）3、控制器：代替人的控制作用運算過程：A.把解題步驟(程序)按先后順序排列起來存儲器中B.人指揮計算機運行，計算機(根據(jù)程序)自動完成計算本質(zhì)區(qū)別：計算機算題脫離人的干預(yù)人的任務(wù)：編制程序微機的硬件結(jié)構(gòu)算盤算題微機的體系結(jié)構(gòu)計算機算題97微機的組成部分微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)加工運算部件，執(zhí)行算術(shù)邏輯運算存放程序、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果的記憶部件，分為內(nèi)存、外存根據(jù)程序中的命令發(fā)出各種控制信號，使各部件協(xié)調(diào)工作，以完成指令所要求的操作兩股信息在流動：數(shù)據(jù)、控制1、數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)指令：人給計算機的各種命令(程序)，也以數(shù)據(jù)的形式由存儲器送入控制器2、控制：控制器對程序譯碼后變?yōu)楦鞣N控制信號，從而控制各類裝置一步步的進行各類運算和處理。微機的組成部分微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)加工運算部件98微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點五大組成部分、存儲程序和數(shù)據(jù)、程序控制經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)：三總線結(jié)構(gòu)/馮.諾依曼結(jié)構(gòu)存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微機的硬件結(jié)構(gòu)微機的體系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)：三總線結(jié)構(gòu)99微機的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)存是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。

內(nèi)存內(nèi)存單元內(nèi)存單元的內(nèi)容內(nèi)存單元的地址內(nèi)存單元的讀和寫內(nèi)存單元的分類

微機的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)存是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，內(nèi)存內(nèi)存單元100微機的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)存n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器11001100001100111010101011110000100010001100110000110011101010101100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖微機的硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)存n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地101微機的硬件結(jié)構(gòu)存儲信息的基本單元。每片內(nèi)存芯片有若干個內(nèi)存單元。每個單元可存儲1位或多位(2N位)等二進制數(shù)內(nèi)存內(nèi)存單元內(nèi)存單元微機的硬件結(jié)構(gòu)存儲信息的基本單元。內(nèi)存內(nèi)存單元內(nèi)存單元102微機的硬件結(jié)構(gòu)每個內(nèi)存單元所存儲的二進制數(shù)據(jù)內(nèi)存內(nèi)容內(nèi)存單元的內(nèi)容微機的硬件結(jié)構(gòu)每個內(nèi)存單元所存儲的二進制數(shù)據(jù)內(nèi)存內(nèi)容內(nèi)存單元103微機的硬件結(jié)構(gòu)為辨別各個內(nèi)存單元，每個內(nèi)存單元對應(yīng)有唯一地址。地址線上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內(nèi)存單元被選中內(nèi)存地址內(nèi)存單元的地址微機的硬件結(jié)構(gòu)為辨別各個內(nèi)存單元，每個內(nèi)存單元對應(yīng)有唯一地址104微機的硬件結(jié)構(gòu)CPU發(fā)出地址信號，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元若是讀操作，CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號，被選中的內(nèi)存單元將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入CPU。若是寫操作，CPU發(fā)出內(nèi)存寫控制信號，

CPU將欲寫的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的內(nèi)存單元內(nèi)存內(nèi)存的讀和寫微機的硬件結(jié)構(gòu)CPU發(fā)出地址信號，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元內(nèi)存內(nèi)存105微機的硬件結(jié)構(gòu)隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory)CPU可隨機地對其中各個內(nèi)存單元進行讀/寫操作只讀存儲器ROM(Read-OnlyMemory)

只能對內(nèi)存單元進行讀操作，而不能進行寫操作內(nèi)存內(nèi)存的分類微機的硬件結(jié)構(gòu)隨機存儲器RAM(RandomAccess106微機的硬件結(jié)構(gòu)總線是指傳遞信息的一組公共信號線微機采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)多個功能部件微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸總線總線BUS存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸出設(shè)備CPU微機的硬件結(jié)構(gòu)總線是指傳遞信息的一組公共信號線總線總線BU107微機的硬件結(jié)構(gòu)按信號的作用，總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線總線存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微機的硬件結(jié)構(gòu)按信號的作用，總線分為三類：總線存I/O輸I/108微機的硬件結(jié)構(gòu)單向用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口總線存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU地址總線AB微機的硬件結(jié)構(gòu)單向總線存I/O輸I/O數(shù)據(jù)總線DB控制總線109微機的硬件結(jié)構(gòu)地址總線的條數(shù)決定CPU的尋址能力

10根→

21010241K

20根→2201024K1M

32根→23222×230

4G

36根→

23626×230

64G

總線地址總線AB微機的硬件結(jié)構(gòu)地址總線的條數(shù)決定CPU的尋址能力總線地址總110微機的硬件結(jié)構(gòu)雙向(讀、寫)用來在CPU與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送總線數(shù)據(jù)總線DB存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微機的硬件結(jié)構(gòu)雙向(讀、寫)總線數(shù)據(jù)總線DB存I/O輸I/O111微機的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度

8根一次傳送8位

16根一次傳送16位

32根一次傳送32位

64根一次傳送64位

總線數(shù)據(jù)總線DB微機的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度總線112微機的硬件結(jié)構(gòu)用于傳送各種控制信號、協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作

有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號；有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請信號

總線控制總線CB存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微機的硬件結(jié)構(gòu)用于傳送各種控制信號、協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作113微機的硬件結(jié)構(gòu)外設(shè)的電信號、運行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過I/O接口與CPU相連外設(shè)和輸入/出接口CPU通過對I/O端口進行讀/寫操作，實現(xiàn)對外設(shè)的控制微機的硬件結(jié)構(gòu)外設(shè)的電信號、運行速度與CPU不匹配，外設(shè)和輸114微機的硬件結(jié)構(gòu)微處理器MPU(Microprocessor或MicroprocessorUnit)=中央處理器CPU(CenterProcessUnit)具有運算器和控制器功能的大規(guī)模集成電路計算機的核心部件,微機的運算和指揮控制中心，對各部件進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。微處理器微機的硬件結(jié)構(gòu)微處理器MPU(Microprocessor115微機的硬件結(jié)構(gòu)微處理器指令寄存器IR指令譯碼器ID操作控制器OC寄存器組通用寄存器組堆棧指針SP程序計數(shù)器PC累加器ACC累加鎖存器算術(shù)邏輯單元暫存器標(biāo)志寄存器FR地址緩沖器數(shù)據(jù)緩存器數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB。。。控制總線CB典型的微處理結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算、邏輯運算(1)第一操作數(shù)：累加器A的內(nèi)容

第二操作數(shù)：由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線提供：寄存器內(nèi)容，或DB提供的從內(nèi)存讀出的內(nèi)容（2）運算結(jié)果累加器A（或某個寄存器），同時影響標(biāo)志寄存器記憶可由用戶靈活支配，用來寄存參與運算的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果或存放操作數(shù)地址。指明下一條指令在存儲器中的地址；每取一條指令的一個字節(jié)，PC自動+1；若有轉(zhuǎn)移或分支，轉(zhuǎn)移地址放入PC即可又名IP存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令代碼

對指令進行分析、譯碼，確定應(yīng)該進行的操作

根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，按確定的時序，向相應(yīng)的部件發(fā)出執(zhí)行該指令所需的控制信號。

用來指示堆棧棧頂?shù)牡刂罚籗P的內(nèi)容自動增加或減少，以指示新的棧頂；SP始終指向堆棧的頂部。微機的硬件結(jié)構(gòu)微處理器指令寄存器IR指令譯碼器ID操作控制器116微機的硬件結(jié)構(gòu)累加器和算術(shù)邏輯單元寄存器組或寄存器陣列指令寄存器、指令譯碼器、控制電路微處理器主要組成部分微機的硬件結(jié)構(gòu)累加器和算術(shù)邏輯單元微處理器主要組成部分117微機的硬件結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算、邏輯運算的場所ALU主要完成算術(shù)運算（＋、－、×、÷）和各種邏輯運算（與、或、非、異或、移位、比較）ALU是組合電路，本身無寄存操作數(shù)的功能

2個輸入端和2個輸出端

需要寄存器輸入端：一端接至累加器，接收第一個操作數(shù)；另一端通過數(shù)據(jù)總線接收第二個操作數(shù)輸出端：運算結(jié)束后，結(jié)果一方面送至累加器，同時將操作結(jié)果的特征狀態(tài)送標(biāo)志寄存器

累加器是一個特殊的寄存器微處理器累加器和算術(shù)邏輯單元ALU微機的硬件結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算、邏輯運算的場所微處理器累加118微機的硬件結(jié)構(gòu)

微處理器內(nèi)部的RAM，分通用寄存器組、專用寄存器組通用：可由用戶靈活支配，用來寄存參與運算的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果或地址處理器內(nèi)部有了這些通用寄存器之后，可避免頻繁地訪問存儲器，可縮短指令長度和指令執(zhí)行時間，提高機器的運行速度，也給編程帶來方便專用：作用是固定的，包括程序計數(shù)器PC、堆棧指示器SP和標(biāo)志寄存器FR微處理器寄存器組微機的硬件結(jié)構(gòu)微處理器內(nèi)部的RAM，分通用寄存器組、專用119微機的硬件結(jié)構(gòu)

計算機中數(shù)據(jù)的一種暫存結(jié)構(gòu)

由棧區(qū)和堆棧指針組成棧區(qū)：一組按照先進后出方式工作的寄存器，用于存放數(shù)據(jù)。當(dāng)堆棧由微處理器內(nèi)部寄存器構(gòu)成時，叫做硬件堆棧由軟件在內(nèi)存中開辟的一個特定RAM區(qū)構(gòu)成時，稱為軟件堆棧

堆棧指針：用來指示棧頂?shù)刂返募拇嫫鳎甘井?dāng)前數(shù)據(jù)存入或取出的位置。數(shù)據(jù)存入-入棧-PUSH;取出數(shù)據(jù)-彈出-POP，入棧出棧，棧指針自動修改堆棧和堆棧指針SP堆棧微機的硬件結(jié)構(gòu)計算機中數(shù)據(jù)的一種暫存結(jié)構(gòu)堆棧和堆棧指針120微機的硬件結(jié)構(gòu)

堆棧指針：初值由程序員設(shè)定，一旦初值設(shè)定后，意味著棧底在內(nèi)存儲器中的位置已經(jīng)確定，此后SP內(nèi)容由ＣＰＵ自動管理

堆棧指針作用：主要用于中斷處理，過程（子過程）的調(diào)用。

堆棧和堆棧指針SP堆棧指針微機的硬件結(jié)構(gòu)堆棧和堆棧指針SP堆棧指針121微機的硬件結(jié)構(gòu)

用于存放下一條要執(zhí)行的指令的地址。有些微處理器（如80X86系列MPU）不是用一個PC指示下一條指令地址，而是用段寄存器（CS）和指令指針集群器（IP）通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換間接給出待執(zhí)行指令地址。

程序計數(shù)器ＰＣPC(ProgramCounter)微機的硬件結(jié)構(gòu)程序計數(shù)器ＰＣPC(ProgramC122微機的硬件結(jié)構(gòu)把用戶程序中的指令一條條譯出來，然后以一定時序發(fā)出相應(yīng)的控制信號。根據(jù)相應(yīng)的控制信號，使CPU內(nèi)、外各部件間協(xié)調(diào)工作P9

微處理器指令寄存器、指令譯碼器、控制電路微機的硬件結(jié)構(gòu)把用戶程序中的指令一條條譯出來，然后以一定時序123微機的基本工作原理程序存儲與存儲控制微機的工作過程程序/指令執(zhí)行舉例微機基本工作原理指令與程序微機的基本工作原理程序存儲與存儲控制微機的工作過程程序/指令124微機的硬件結(jié)構(gòu)計算機所以能脫離人的干預(yù)，自動進行計算：人把實現(xiàn)這個計算的一步步操作用命令的形式（即一條條指令）預(yù)先輸入存儲器中；執(zhí)行時，計算機把指令一條條取出來，加以翻譯執(zhí)行指令指令系統(tǒng)程序指令與程序微機的硬件結(jié)構(gòu)計算機所以能脫離人的干預(yù)，自動進行計算125微機的硬件結(jié)構(gòu)定義：規(guī)定計算機執(zhí)行特定操作的命令

解釋：把需要計算機執(zhí)行的操作用命令的形式表現(xiàn)出來CPU能執(zhí)行的基本操作如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等將這些基本操作用一定的形式表現(xiàn)出來，是為指令指令與程序指令

指令的強弱是CPU的一項重要性能指標(biāo)微機的硬件結(jié)構(gòu)定義：規(guī)定計算機執(zhí)行特定操作的命令指令與程序1263.指令結(jié)構(gòu)

——任何一條指令均由兩部分組成：操作碼

地址碼(操作數(shù))指明要完成操作的性質(zhì)，如：加、減、乘、除等。指明參加規(guī)定操作的數(shù)據(jù)存放地址或數(shù)據(jù)。3.指令結(jié)構(gòu)——任何一條指令均由兩部分組成：操作碼地127微機的硬件結(jié)構(gòu)定義：CPU所能執(zhí)行的全部操作的集合，即CPU全部指令的集合每款CPU在設(shè)計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)

解釋：一個CPU能執(zhí)行什么操作，是工程人員設(shè)計和制造時規(guī)定好的,是固定的，用戶不能改變指令與程序指令系統(tǒng)

微機的硬件結(jié)構(gòu)定義：CPU所能執(zhí)行的全部操作的集合，即CPU128微機的硬件結(jié)構(gòu)定義：為解決某一問題，用一條條指令編寫的指令序列三種形式的程序：機器語言、匯編語言、高級語言源程序：匯編語言、高級語言目標(biāo)程序：機器語言

指令與程序程序

微機的硬件結(jié)構(gòu)定義：為解決某一問題，用一條條指令編寫的指令序129計算機中的指令以二進制代碼形式存在，叫機器碼指令。機器碼指令構(gòu)成的指令系統(tǒng)叫機器語言，用機器語言編寫的程序叫機器語言程序。機器語言程序優(yōu)點是能被計算機直接理解和執(zhí)行；缺點是編程繁瑣、不直觀、難記憶、易出錯。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序計算機中的指令以二進制代碼形式存在，叫機器碼指令。130為克服機器語言程序的缺點，常用助記符來代替機器語言指令。助記符與機器語言指令之間有一一對應(yīng)關(guān)系。這種用助記符構(gòu)成的指令系統(tǒng)叫匯編語言。用匯編語言編寫的程序叫匯編語言程序。

匯編語言程序的優(yōu)點是直觀、易懂、便于記憶。但又存在著計算機無法識別的缺點。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序為克服機器語言程序的缺點，常用助記符來代替機器語言指131機器語言和匯編語言是依賴于機器的編程語言，統(tǒng)稱為低級語言。與此相對應(yīng)，高級語言則是一種比較接近于習(xí)慣的自然語言和數(shù)學(xué)語言的程序設(shè)計語言。它以語句和數(shù)據(jù)的定義為基礎(chǔ)，且通常一個語句都是由一組機器語言指令或匯編語言指令構(gòu)成的。用高級語言編寫的程序即為高級語言程序。高級語言程序比匯編語言程序更直觀易懂，更易于面向問題和對象。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序機器語言和匯編語言是依賴于機器的編程語言，統(tǒng)稱為低級132

高級語言程序和匯編語言程序必須先翻譯成機器語言程序才能執(zhí)行。這個翻譯過程，對匯編語言程序叫匯編(Assemble)；對高級語言程序有的叫解釋(Interpretation)，有的叫編譯(Compila-tion)。

通常又將翻譯前的程序叫源程序,而將翻譯后的機器語言程序叫目標(biāo)程序。完成匯編、解釋、編譯的程序則分別叫作匯編程序(Assembler)、解釋程序(Interpreter)、編譯程序(Compiler),它們作為工具軟件事先存放在計算機中。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序高級語言程序和匯編語言程序必須先翻譯成機器語言程序才133微機的基本工作原理1．計算機工作過程的實質(zhì) 計算機之所以能在沒有人直接干預(yù)的情況下，自動地完成各種信息處理任務(wù)，是因為人們事先為它編制了各種工作程序，計算機的工作過程，就是執(zhí)行程序的過程。

微機的工作原理：程序存儲+程序控制程序存儲與程序控制微機的基本工作原理1．計算機工作過程的實質(zhì)程序存儲與程序控制134微機的基本工作原理2．程序存儲

計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，我們要求機器自動地執(zhí)行這些程序，就必須事先把程序存放到存儲器中程序存儲：程序由指令組合而成的，構(gòu)成程序的指令在存儲器中按順序一條一條地存放即：按順序存放在存儲器的一段連續(xù)的存儲區(qū)域內(nèi)程序存儲與程序控制微機的基本工作原理2．程序存儲程序存儲與程序控制135微機的基本工作原理3．程序控制 程序中的每條指令通常是按順序一條一條地存放的，計算機工作時，控制器按照預(yù)先規(guī)定好的順序，從存儲器中一條一條地取出指令、分析指令，根據(jù)指令分析結(jié)果，適時地向各個部件發(fā)出完成該指令所規(guī)定操作的控制信號，這就是程序控制。程序存儲與程序控制n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器11001100001100111010101011110000100010001100110000110011101010101100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111微機的基本工作原理3．程序控制程序存儲與程序控制n根CPU地136微機的基本工作原理微機的工作過程微機的工作過程分三階段：取指令：

*由IP給出指令在內(nèi)存的地址→送地址寄存器*IP自動加1，指向下一條指令*地址經(jīng)地址寄存器→地址總線→地址譯碼器,選中指令所在的內(nèi)存單元*CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號*指令從內(nèi)存→數(shù)據(jù)總線→數(shù)據(jù)暫存器→指令寄存器分析指令：指令譯碼器對指令進行譯碼執(zhí)行指令：經(jīng)譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號去執(zhí)行。微機的基本工作原理微機的工作過程微機的工作過程分三階段：137微機的基本工作原理微機的工作過程不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過程不同。

微機的工作過程：

取指令

→分析指令→

執(zhí)行指令→取指令

→分析指令→

執(zhí)行指令、、、當(dāng)一條指令取走后，指令指針寄存器會被修改成下一條要執(zhí)行指令的地址，這樣，當(dāng)一條指令執(zhí)行后，又進入取指令階段，如此不斷的重復(fù)。微機的