微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理第1頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2課程在計(jì)算機(jī)課程體系中的位置硬件類軟件類CPU及整機(jī)設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)組成原理）BIOS與接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)模擬電路、數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)嵌入式/單片機(jī)系統(tǒng)SOC芯片設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外圍接口電路設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C++JAVA離散數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)電子商務(wù)多媒體技術(shù)…算法設(shè)計(jì)、數(shù)值分析、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)理論課程、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程匯編語(yǔ)言軟件工程VB…第2頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3課程教學(xué)目的掌握先進(jìn)微處理器芯片結(jié)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)主板構(gòu)成、各種接口技術(shù)原理及其應(yīng)用編程方法；掌握匯編語(yǔ)言程序的編寫方法，尤其掌握接口訪問的方法。了解微機(jī)技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)科學(xué)地獲得分析問題和解決問題的訓(xùn)練；提高分析和設(shè)計(jì)接口的能力。第3頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4課程要求不僅要學(xué)習(xí)微機(jī)各種接口電路的原理與作用，熟悉PC系列機(jī)接口電路，而且還要掌握常用接口的設(shè)計(jì)與分析方法，學(xué)會(huì)使用匯編語(yǔ)言（C語(yǔ)言）對(duì)接口進(jìn)行編程，并具有一定的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰徒涌趹?yīng)用程序的編寫能力，為微機(jī)的深入應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)SOC設(shè)計(jì)等的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。下載電子講義，課堂上注意聽講并及時(shí)記錄教師課堂上補(bǔ)充的內(nèi)容，認(rèn)真獨(dú)立完成作業(yè)，做好課程實(shí)驗(yàn)、做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。第4頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5課程學(xué)習(xí)方法特點(diǎn)：本課程涉及的知識(shí)范圍廣，內(nèi)容多1.抓住x86系列微機(jī)基本結(jié)構(gòu)這條主線，分析其基本結(jié)構(gòu)，掌握各接口電路及可編程接口芯片的應(yīng)用。2.進(jìn)一步擴(kuò)展和延伸CPU—從Pentium~Core2Duo，實(shí)模式~保護(hù)模式；匯編語(yǔ)言－CPU及接口直接控制，16位~32位匯編；總線—PCI，USB，PCI-Express等；中斷—從實(shí)模式下的中斷向量～保護(hù)模式下的中斷描述符；從傳統(tǒng)中斷～PCI中斷～串行中斷

芯片組—從中大規(guī)模集成電路(8237、8254、8255、8259等）~超大規(guī)模集成電路(MCH、ICH)。存儲(chǔ)管理－從實(shí)地址模式到保護(hù)模式存儲(chǔ)管理第5頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6課程學(xué)習(xí)方法3.理論與實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。掌握匯編語(yǔ)言編程方法掌握x86系列尋址方式掌握x86常用指令學(xué)會(huì)x86匯編程序編寫方法掌握PC機(jī)接口程序的編寫方法充分利用課程實(shí)驗(yàn)鍛煉自己的編程能力和接口設(shè)計(jì)與分析能力。第6頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月74.從系統(tǒng)的角度弄清楚“軟件發(fā)出I/O寫指令→CPU及譯碼電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)/控制信號(hào)→接口電路產(chǎn)生對(duì)外設(shè)的數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)”的過程，以及“外設(shè)的數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)→接口電路→CPU→I/O讀指令將數(shù)據(jù)或狀態(tài)送到軟件”的過程；5.學(xué)會(huì)分析與設(shè)計(jì)接口電路的基本方法分析接口兩側(cè)的情況合理選擇接口芯片正確分析相關(guān)芯片的時(shí)序搭配進(jìn)行正確的信號(hào)轉(zhuǎn)換6.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔助：

登錄密鑰：200912課程學(xué)習(xí)方法

第7頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8課程內(nèi)容組織第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理第2章微處理器和指令系統(tǒng)第3章匯編語(yǔ)言及編程第4章總線和總線技術(shù)第5章存儲(chǔ)器第6章I/O接口第7章典型可編程接口芯片及應(yīng)用第8章常用交互設(shè)備及接口第9章模擬I/O器件及接口第10章多媒體設(shè)備及接口第8頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9第一章重點(diǎn)微機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次和主要性能指標(biāo)；三總線結(jié)構(gòu)和各大組成部分的功能；MPU的主要硬件組成及各部分功能；指令和指令執(zhí)行過程；計(jì)算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)；現(xiàn)代主流微機(jī)系統(tǒng)的主板結(jié)構(gòu)。第9頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10第二章重點(diǎn)Intel系列微處理器的演變歷史；Pentium的內(nèi)部基本寄存器功能及應(yīng)用；操作數(shù)尋址方式；通用整數(shù)指令。第10頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11第三章重點(diǎn)匯編語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)；基本結(jié)構(gòu)程序和子程序設(shè)計(jì)方法；第11頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12第五章重點(diǎn)各類存儲(chǔ)器芯片的接口特性和選用原則；由存儲(chǔ)芯片構(gòu)成存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，位數(shù)、字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展和片選控制方法。第12頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月13第六章重點(diǎn)接口的基本功能和基本結(jié)構(gòu)；兩種I/O編址方式的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)；幾種I/O同步控制方式的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。第13頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月14第七章重點(diǎn)中斷的響應(yīng)條件和中斷處理過程；兩種多中斷源服務(wù)判決方法的原理、特點(diǎn)及其帶來的優(yōu)缺點(diǎn)；8259內(nèi)部寄存器的讀/寫控制方法，命令字格式和編程；用戶中斷入口地址的設(shè)置；計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)和定時(shí)的原理；8254的工作方式及初始化編程；并行接口和串行接口的異同；8255的三種工作方式及編程使用。第14頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15第八章重點(diǎn)行列掃描式鍵盤接口的原理與方法；多位LED的動(dòng)態(tài)掃描、分時(shí)循環(huán)顯示原理及實(shí)現(xiàn)方法；并行打印機(jī)基本接口方法。第15頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16第九章重點(diǎn)T型、倒T型電阻DAC原理；逐次逼近ADC原理；DAC和ADC與MPU的接口方法。第16頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17課程考核要求考試成績(jī)（課堂教學(xué)內(nèi)容）50％實(shí)驗(yàn)成績(jī)（實(shí)驗(yàn)出勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成及操作情況）30％平時(shí)成績(jī)（作業(yè)等學(xué)習(xí)情況） 20％總成績(jī)＝考試成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)＋平時(shí)成績(jī)第17頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月18重點(diǎn)：1.微機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次和主要性能指標(biāo)；2.三總線結(jié)構(gòu)和各大組成部分的功能；3.MPU的主要硬件組成及各部分功能；4.指令和指令執(zhí)行過程；5.計(jì)算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)；6.現(xiàn)代主流微機(jī)系統(tǒng)的主板結(jié)構(gòu)。第一章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理第18頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月191.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)1.2微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)1.3微型計(jì)算機(jī)基本工作原理1.4目前主流微機(jī)系統(tǒng)的硬件配置與主板結(jié)構(gòu)1.5微機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第一章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理第19頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月201.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1.2各大組成部分概述1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)第20頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21硬件上由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)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(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也為二進(jìn)制形式；控制器按指令流驅(qū)動(dòng)的原理工作。目前各種微機(jī)系統(tǒng)采用的基本上是計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)——馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第21頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月221.三總線結(jié)構(gòu)1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)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)。第22頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月23MPURAM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(jiǎn)化了微機(jī)的結(jié)構(gòu)。使微機(jī)系統(tǒng)易于擴(kuò)充和維護(hù)。微型計(jì)算機(jī)三總線結(jié)構(gòu)示意圖:1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第23頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月24單總線結(jié)構(gòu)

雙總線結(jié)構(gòu)

多層總線結(jié)構(gòu)2.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：1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第24頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月25單總線結(jié)構(gòu)示意圖:特點(diǎn)：MPU對(duì)M和I/O的讀寫只能分時(shí)進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)：邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)現(xiàn)容易。單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)I/O接口外設(shè)MMPU1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第25頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月26特點(diǎn)：MPU可分別在兩套總線上同時(shí)與M和I/O口交換信息。優(yōu)點(diǎn)：展寬了總線帶寬，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)示意圖:1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)總線I/O總線I/O接口M外設(shè)MP

U第26頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月27DMA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）多層總線結(jié)構(gòu)示意圖(以雙層為例):真正實(shí)現(xiàn)了多層總線上的并行工作。這對(duì)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。1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第27頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月28微處理器（MPU)存儲(chǔ)器I/O設(shè)備及接口

微機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成的，在硬件上主要由以下幾部分組成：1.1.2各大組成部分概述第28頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月29---微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和指揮控制中心

不同型號(hào)微機(jī)性能的差別首先在于其微處理器性能的不同，而微處理器的性能又與它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、硬件配置有關(guān)。每種微處理器有其特有的指令系統(tǒng)，但無論哪種微處理器，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)總是相同的，都有控制器、運(yùn)算器和內(nèi)部總線及緩沖器三大部分，每部分又各由一些基本部件組成。1.微處理器1.1.2各大組成部分概述第29頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月30指令寄存（IR）指令譯碼（ID）操作控（OC）累加（ACC）累加鎖存器暫存器

算術(shù)邏輯單元（ALU)標(biāo)志寄存器（FR）地址總線（AB）地址緩沖器……控制總線（CB）

寄存器組（RS）堆棧指針（SP）程序計(jì)數(shù)（PC）通用寄存器組內(nèi)部總線及緩沖器數(shù)據(jù)總線（DB)數(shù)據(jù)緩沖器運(yùn)算器控制器微處理器典型結(jié)構(gòu)示意圖1.1.2各大組成部分概述第30頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月312.存儲(chǔ)器（內(nèi)存或主存）內(nèi)存由一個(gè)個(gè)內(nèi)存單元組成，每個(gè)單元中一般存放一個(gè)字節(jié)(8位)的二進(jìn)制信息。內(nèi)存單元的總數(shù)目叫內(nèi)存容量。內(nèi)存中存放的數(shù)據(jù)和程序形式上都是二進(jìn)制數(shù)。微機(jī)通過給每個(gè)內(nèi)存單元規(guī)定不同的地址來管理內(nèi)存。——微機(jī)的存儲(chǔ)記憶部件，用以存放數(shù)據(jù)和程序。①內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容1011001001111110000011001100011101110010??????內(nèi)容地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH內(nèi)存示意圖1.1.2各大組成部分概述第31頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32CPU對(duì)內(nèi)存的操作有讀、寫兩種。②內(nèi)存操作1011001001111110000011001100011101110010??????內(nèi)容地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH內(nèi)存示意圖

將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU內(nèi)部,不改變被讀單元的內(nèi)容。CPU將其內(nèi)部信息傳送到內(nèi)存單元保存下來,從而改變被寫單元的內(nèi)容。讀操作寫操作1.1.2各大組成部分概述第32頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月33隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)③內(nèi)存分類按工作方式的不同，內(nèi)存分為兩大類：特點(diǎn)可被CPU隨機(jī)的讀和寫,斷電后所有信息會(huì)消失。特點(diǎn)只能被CPU隨機(jī)讀取，不能任意寫入。斷電后信息不會(huì)丟失。1.1.2各大組成部分概述第33頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月343.I/O設(shè)備及接口微機(jī)通過I/O設(shè)備與外部交換信息,但兩者處理的信息從數(shù)據(jù)格式到邏輯時(shí)序一般不能直接兼容,必須在兩者之間引入連接電路,即I/O接口電路。1.1.2各大組成部分概述第34頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月351.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算1.2.3計(jì)算機(jī)中無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算1.2.4計(jì)算機(jī)中的乘除法運(yùn)算1.2微機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)第35頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月361.機(jī)器數(shù)和真值2.有符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法3.數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示4.無符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第36頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月37●在計(jì)算機(jī)中使用的、連同符號(hào)位一起數(shù)字化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。通常用一個(gè)數(shù)的最高位作為符號(hào)位：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。1011010100101010例1.1：機(jī)器數(shù)真值（十進(jìn)制）-53+42●機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)值則叫真值。1.機(jī)器數(shù)和真值1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第37頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月38常用的表示方法有三種:(1)原碼(2)反碼(3)補(bǔ)碼2.有符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第38頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月39

原碼的最高位表示符號(hào)，數(shù)值位用二進(jìn)制絕對(duì)值表示。設(shè)機(jī)器數(shù)位長(zhǎng)為n，則數(shù)X的原碼定義為：n位原碼表示數(shù)值的范圍:-(2n-1

-1)?+(2n-1

-1)[+0]原=000…0[-0]原=100…0[X]原=X=0X1X2…Xn-1(X≥0)2n-1

+│X│=1X1X2…Xn-1(X≤0)數(shù)0的原碼有兩種不同的形式:(1)原碼(2)反碼(3)補(bǔ)碼原碼的定義：原碼表示簡(jiǎn)單、直觀,與真值間轉(zhuǎn)換方便,但用它作加減運(yùn)算不方便,且0有兩種表示方法。1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第39頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月40正數(shù)的反碼表示與原碼相同;負(fù)數(shù)的反碼是將其原碼除符位外各位取反得到。即：n位反碼表示數(shù)值的范圍:-(2n-1

-1)～+(2n-1

-1)數(shù)0的反碼也有兩種形式:[+0]反=000…0(全0)[-0]反=111…1(全1)反碼還原為真值的方法:反碼→原碼→真值，而[X]原=[[X]反]反[X]反=0X1X2…Xn-1=X(X≥0)1X1X2…Xn-1=(2n-1)-│X│(X≤0)(1)原碼(2)反碼(3)補(bǔ)碼反碼的定義1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第40頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月41---正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同;負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將其原碼除符號(hào)位外各位取反加1而得到。即：n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍:-2n-1～+(2n-1-1)數(shù)0的補(bǔ)碼只有一個(gè):[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=000…0(全0)補(bǔ)碼還原為真值的方法:補(bǔ)碼→原碼→真值，而[X]原=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)[X]補(bǔ)=0X1X2…Xn-1=X(X≥0)1X1X2…Xn-1+1=2n-│X│=2n+X(X≤0)(1)原碼(2)反碼(3)補(bǔ)碼補(bǔ)碼的定義：1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第41頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月42(1)原碼(2)反碼(3)補(bǔ)碼結(jié)論:①原碼、反碼、補(bǔ)碼的最高位都是表示符號(hào)位。符號(hào)位為0時(shí)，表示真值為正數(shù)，其余位都為真值。符號(hào)位為1時(shí)，表示真值為負(fù)數(shù)，其余位除原碼外不再是真值。②對(duì)于正數(shù)，三種編碼都一樣；對(duì)于負(fù)數(shù),三種編碼互不相同。所以原碼、反碼、補(bǔ)碼本質(zhì)上是用來解決負(fù)數(shù)在機(jī)器中表示的三種不同的編碼方法。③二進(jìn)制位數(shù)相同的原碼、反碼、補(bǔ)碼所能表示的數(shù)值范圍不完全相同。1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第42頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月43

計(jì)算機(jī)中不用某個(gè)二進(jìn)制位來表示小數(shù)點(diǎn)，而是隱含規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置。

根據(jù)小數(shù)點(diǎn)的位置是否固定，數(shù)的表示方法可分為定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示，相應(yīng)的機(jī)器數(shù)就叫定點(diǎn)數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)。對(duì)于任一個(gè)二進(jìn)制數(shù)X，通?？杀硎境桑篨=2J·S其中，S為數(shù)X的尾數(shù)，J為數(shù)X的階碼，2為階碼的底。

尾數(shù)S表示數(shù)X的全部有效數(shù)字,階碼J則指出了小數(shù)點(diǎn)的位置。S值和J值均可正可負(fù)。當(dāng)J固定時(shí),表示是定點(diǎn)數(shù)；當(dāng)J值可變時(shí)，表示是浮點(diǎn)數(shù)。3.數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第43頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月44根據(jù)小數(shù)點(diǎn)固定的位置不同。定點(diǎn)數(shù)有定點(diǎn)(純）整數(shù)和定點(diǎn)（純）小數(shù)兩種。

J=0,S為純整數(shù)時(shí),小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)的最低位之后。符號(hào)位定點(diǎn)整數(shù)數(shù)值位(尾數(shù)S)隱含小數(shù)點(diǎn)位置定點(diǎn)整數(shù)

J=0,S為純小數(shù)時(shí),小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)的最高位之前。符號(hào)位數(shù)值位(尾數(shù)S)隱含小數(shù)點(diǎn)位置定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)小數(shù)

定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)在計(jì)算機(jī)中表示形式?jīng)]什么區(qū)別，其小數(shù)點(diǎn)完全靠事先的約定而隱含在不同位置。(1)定點(diǎn)數(shù)1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第44頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月45其中：階碼一般用補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)表示，尾數(shù)一般用補(bǔ)碼或原碼定點(diǎn)小數(shù)表示。

為保證不損失有效數(shù)字，一般對(duì)尾數(shù)進(jìn)行規(guī)格化處理，即保證尾數(shù)的最高位是1,實(shí)際大小通過階碼來進(jìn)行調(diào)整。尾數(shù)部分階符Jf階碼J數(shù)符Sf尾數(shù)(也叫有效數(shù))S階碼部分(2)浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)一般由4個(gè)字段組成,一般格式如下:1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第45頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月468位補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)24位補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)

階符階碼數(shù)符尾數(shù)

31302423220已知某數(shù)X的機(jī)器碼為:

“00001001101111110101000000000000”求其真值。解：X=(1.01111110101000000000000)補(bǔ)×2（00001001）補(bǔ)=(1.10000001011000000000000)原×29=-0.10000001011×29=(-100000010.11)2=(-258.75)10例1.2

某計(jì)算機(jī)用32位表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，格式如下：1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第46頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月471)位數(shù)不等的二進(jìn)制碼2)BCD碼3)ASCII碼：與非壓縮BCD碼相似，低4位完全相同，高4位為0011ASCII碼一般在計(jì)算機(jī)的輸入、輸出設(shè)備中使用，而二進(jìn)制碼和BCD碼則在運(yùn)算處理過程中使用。三種表示方法非壓縮BCD碼：壓縮BCD碼：每位BCD碼用4位二進(jìn)制表示，一個(gè)字節(jié)表示2位BCD碼。

每位BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示，高4位總是0000，低4位表示0～9。4.無符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法1.2.1計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法第47頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月481.補(bǔ)碼的加減法運(yùn)算規(guī)則2.溢出與溢出判斷1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第48頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月49加減法運(yùn)算:[XY]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)求補(bǔ)運(yùn)算:[-Y]補(bǔ)=0-[Y]補(bǔ)

=[Y]補(bǔ)連同符號(hào)位取反加11.補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第49頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月50例1.3X=33，Y=45，求X+Y、X-Y。解:[X]補(bǔ)=00100001[Y]補(bǔ)=00101101,[-Y]補(bǔ)=11010011[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=01001110[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)=11110100所以,X+Y=[[X+Y]補(bǔ)]補(bǔ)=01001110=(+78)10

X-Y=[[X-Y]補(bǔ)]補(bǔ)=10001100=(-12)101.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第50頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月51①負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼與對(duì)應(yīng)正數(shù)的補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換可用同一方法--求補(bǔ)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，因而可簡(jiǎn)化硬件；②可將減法變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算，從而省去減法器；③有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算可用同一加法器電路完成，結(jié)果都正確。用補(bǔ)碼表示計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第51頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月522.溢出與溢出判斷當(dāng)結(jié)果超出補(bǔ)碼表示的數(shù)值范圍時(shí)，補(bǔ)碼運(yùn)算將會(huì)出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為“溢出”。計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)要避免產(chǎn)生溢出,萬一出現(xiàn)了溢出,要能判斷，并做出相應(yīng)處理。溢出的概念1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第52頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月53微機(jī)中多采用“雙進(jìn)位位”法進(jìn)行溢出判斷。數(shù)值位累加器A(內(nèi)裝補(bǔ)碼)fbn-1bn-2……b1b0=1OFC1C2進(jìn)位位C1，有溢出0，無溢出OF=C1⊕C2=溢出的判別1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第53頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月54因?yàn)镃2=1,C1=0,OF=C1⊕C2=1,所以有溢出,結(jié)果不對(duì)。因?yàn)镃2=0,C1=0,OF=C1⊕C2=0,所以無溢出,結(jié)果正確。

例1.4求:55+66[55]補(bǔ)=00110111+[66]補(bǔ)=01000010□01111001=[121]補(bǔ)例1.5求：(-93)+(-59)[-93]補(bǔ)=10100011+[-59]補(bǔ)=110001011□01101000=[+104]補(bǔ)01根據(jù)C1、C2值亦可判斷有溢出時(shí)是正溢出還是負(fù)溢出：C2C1=00=11時(shí)，無溢出；

C2C1=01時(shí)，為正溢出；C2C1=10時(shí)，為負(fù)溢出。1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第54頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月551.2.3計(jì)算機(jī)中無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算1.2.2計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算微機(jī)中無論有符號(hào)數(shù)還是無符號(hào)數(shù)的加減法運(yùn)算,都是在加法器電路中完成的。無符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí),只有數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示時(shí)，運(yùn)算結(jié)果才是正確的；若數(shù)據(jù)用BCD碼表示，則需要對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，使之符合十進(jìn)制運(yùn)算的進(jìn)位/借位規(guī)則；若數(shù)據(jù)用ASCII碼表示,則必須把它們變換成二進(jìn)制碼或BCD碼后才便于運(yùn)算。第55頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月56

1)十進(jìn)制加法調(diào)整規(guī)則①若兩個(gè)一位BCD數(shù)相加結(jié)果大于9(1001),則應(yīng)作6(0110)修正;②若兩個(gè)BCD數(shù)相加結(jié)果在本位并不大于9,但產(chǎn)生了進(jìn)位,這相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算大于等于16，所以也應(yīng)在本位作加6修正。十進(jìn)制調(diào)整的規(guī)則如下：2)十進(jìn)制減法調(diào)整規(guī)則兩個(gè)BCD數(shù)相減，若出現(xiàn)本位差超過9，或雖不超過9但向高位有借位，則說明必然是借了16，多借了6，應(yīng)在本位作減6修正。實(shí)際中，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中均有專門的十進(jìn)制調(diào)整指令，利用它們，機(jī)器可按規(guī)則自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。1.2.3計(jì)算機(jī)中無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算第56頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月571.2.4計(jì)算機(jī)中的乘除法運(yùn)算

1.基于加減法電路和移位寄存器實(shí)現(xiàn)這種方法，運(yùn)算器中不設(shè)乘除法運(yùn)算電路，只設(shè)加減法電路。需要進(jìn)行乘除法運(yùn)算時(shí)，主要利用加減法運(yùn)算指令和移位指令，按照某種算法通過編程來實(shí)現(xiàn)。

2．基于乘除法電路實(shí)現(xiàn)這種方法，運(yùn)算器中除設(shè)置有加減法電路外，還設(shè)有乘除法電路。需要進(jìn)行乘除法運(yùn)算時(shí)，直接用乘除法指令編程實(shí)現(xiàn)。第57頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月581.3.1計(jì)算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)1.3.2指令與程序的概念1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程1.3微型計(jì)算機(jī)基本工作原理第58頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月591.3.1計(jì)算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)計(jì)算機(jī)工作的過程實(shí)質(zhì)上就是以計(jì)算機(jī)硬件為基礎(chǔ)執(zhí)行程序的過程。而程序是由若干條指令組成的，微機(jī)逐條執(zhí)行程序中的每條指令，即可完成一個(gè)程序的執(zhí)行，從而完成一項(xiàng)特定的工作。因此了解微機(jī)工作原理的關(guān)鍵，就是要了解指令和指令執(zhí)行的基本過程。第59頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月601.指令

--規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定操作的命令。2.指令系統(tǒng)--計(jì)算機(jī)全部指令的集合。指令系統(tǒng)準(zhǔn)確定義了計(jì)算機(jī)的處理能力。不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)有不同的指令系統(tǒng)，從而形成各自的特點(diǎn)和相互差異。1.3.2指令與程序的概念第60頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月613.指令結(jié)構(gòu)

1.3.2指令與程序的概念——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)。第61頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月624.程序機(jī)器語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言程序

目前微機(jī)系統(tǒng)中使用著三個(gè)層次、三種形式的程序：--為解決某一問題而編寫在一起的指令序列。1.3.2指令與程序的概念第62頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月63計(jì)算機(jī)中的指令以二進(jìn)制代碼形式存在，叫機(jī)器碼指令。機(jī)器碼指令構(gòu)成的指令系統(tǒng)叫機(jī)器語(yǔ)言，用機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序叫機(jī)器語(yǔ)言程序。機(jī)器語(yǔ)言程序優(yōu)點(diǎn)是能被計(jì)算機(jī)直接理解和執(zhí)行；缺點(diǎn)是編程繁瑣、不直觀、難記憶、易出錯(cuò)。機(jī)器語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言程序1.3.2指令與程序的概念第63頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月64為克服機(jī)器語(yǔ)言程序的缺點(diǎn)，常用助記符來代替機(jī)器語(yǔ)言指令。助記符與機(jī)器語(yǔ)言指令之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種用助記符構(gòu)成的指令系統(tǒng)叫匯編語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言編寫的程序叫匯編語(yǔ)言程序。

匯編語(yǔ)言程序的優(yōu)點(diǎn)是直觀、易懂、便于記憶。但又存在著計(jì)算機(jī)無法識(shí)別的缺點(diǎn)。機(jī)器語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言程序1.3.2指令與程序的概念第64頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月65機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言是依賴于機(jī)器的編程語(yǔ)言，統(tǒng)稱為低級(jí)語(yǔ)言。與此相對(duì)應(yīng)，高級(jí)語(yǔ)言則是一種比較接近于習(xí)慣的自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它以語(yǔ)句和數(shù)據(jù)的定義為基礎(chǔ)，且通常一個(gè)語(yǔ)句都是由一組機(jī)器語(yǔ)言指令或匯編語(yǔ)言指令構(gòu)成的。用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序即為高級(jí)語(yǔ)言程序。高級(jí)語(yǔ)言程序比匯編語(yǔ)言程序更直觀易懂，更易于面向問題和對(duì)象。機(jī)器語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言程序1.3.2指令與程序的概念第65頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月66

高級(jí)語(yǔ)言程序和匯編語(yǔ)言程序必須先翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序才能執(zhí)行。這個(gè)翻譯過程，對(duì)匯編語(yǔ)言程序叫匯編(Assemble)；對(duì)高級(jí)語(yǔ)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(jī)器語(yǔ)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(jì)算機(jī)中。機(jī)器語(yǔ)言程序匯編語(yǔ)言程序高級(jí)語(yǔ)言程序1.3.2指令與程序的概念第66頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月67微型計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令都分成三個(gè)階段進(jìn)行(即三步曲):

取指令

分析指令

執(zhí)行指令1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程1.指令的執(zhí)行根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的值從存儲(chǔ)器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器IR，然后PC自動(dòng)加1,指向下一條指令地址或本條指令下一字節(jié)。將IR中的指令操作碼譯碼，分析其指令性質(zhì)，如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。取出操作數(shù)，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。根據(jù)指令不同還可能寫入操作結(jié)果。第67頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月68微機(jī)程序的執(zhí)行過程，實(shí)際上就是周而復(fù)始地完成這三階段操作的過程，直到遇到停機(jī)指令才結(jié)束運(yùn)行。1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程取指令，PC值加1停機(jī)？分析指令執(zhí)行指令結(jié)束YN程序執(zhí)行過程2.程序的執(zhí)行第68頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月69程序執(zhí)行過程中的每條指令操作三步曲并非在各種微處理器中都是串行完成的，除早期的8位微處理器外，后來的各種16位機(jī)、32位機(jī)都可將這三步操作分配給兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立部件并行完成。80386和80486采用了6級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，不同指令的取址、分析、執(zhí)行三個(gè)階段可并行處理。程序的指令和數(shù)據(jù)都存放在內(nèi)存中，故在執(zhí)行程序時(shí),CPU和內(nèi)存通過存儲(chǔ)器地址寄存器MAR和存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR以及若干讀/寫控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)聯(lián)系。3.關(guān)于程序執(zhí)行過程的兩點(diǎn)說明：1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程第69頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月70

程序如下：

ORG00H

對(duì)應(yīng)機(jī)器碼1：MOVAL，07H ；B0H07H2：ADDAL，0AH ；04H0AH3：MOV[0020H]，AL ；A2H 20H 00H4：HLT F4H

程序功能：07H+0AH,將結(jié)果存放到內(nèi)存0020H單元后停機(jī)。4.程序執(zhí)行過程舉例1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程第70頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月71第71頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月721.4.1主流系統(tǒng)配置1.4.2主板結(jié)構(gòu)及其芯片組1.4目前主流微機(jī)系統(tǒng)的硬件配置與主板結(jié)構(gòu)第72頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月73主板。也叫母板或系統(tǒng)板。彩色顯示器標(biāo)準(zhǔn)鍵盤鼠標(biāo)硬盤驅(qū)動(dòng)器光盤驅(qū)動(dòng)器約200W～300W開關(guān)電源配置中各種I/O設(shè)備都是通過相應(yīng)I/O適配器控制的。1.4.1主流系統(tǒng)配置目前主流微機(jī)系統(tǒng)的基本配置大體包括以下一些設(shè)備部件：第73頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月741.主板結(jié)構(gòu)微機(jī)主板的體系結(jié)構(gòu)是隨著微機(jī)系統(tǒng)總線技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，所以微機(jī)主板的發(fā)展史實(shí)質(zhì)上就是一部總線發(fā)展史。PC系列微機(jī)的主板，從基于8086的PC機(jī)和基于8088的PC/XT機(jī)以來，先后經(jīng)歷了如下發(fā)展階段:

XT總線主板

AT總線(ISA總線)主板

EISA主板ISA/VL主板