微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用第1章第一次課教材課件

自動化與電氣工程學(xué)院7/31/2023微機原理及應(yīng)用7/31/20231自動化與電氣工程學(xué)院微機原理及應(yīng)用7/28/2023課程介紹課程名稱：微機原理及應(yīng)用適應(yīng)專業(yè):機自，機設(shè)課程性質(zhì):專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時：40學(xué)時（講課：32，實驗8）教材：《微計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用》(第五版)，周明德,清華大學(xué)出版社參考書：1.微型計算機技術(shù)及應(yīng)用,戴梅萼編,清華大學(xué)出版,1995. 2.微型計算機原理及應(yīng)用,鄭學(xué)堅編,清華大學(xué)出版3.微型計算機原理及接口技術(shù),錢曉捷,機械工業(yè)出版社,19994.IBMPC匯編語言程序設(shè)計，沈美明，清華大學(xué)出版社7/31/20232課程介紹課程名稱：微機原理及應(yīng)用7/28/20232注意事項1.作業(yè)：周一交作業(yè)(每周交一次）2.成績組成：

考試成績70%+平時成績15%+實驗成績15%。3.期末考核:閉卷考試4.答疑：隨堂答疑5.聯(lián)系方式：1教1201室,

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7/31/20233注意事項1.作業(yè)：周一交作業(yè)(每周交一次）7/28/202課程簡介是計算機及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，掌握微機硬件技術(shù)的入門課程之一。著重培養(yǎng)學(xué)生有關(guān)微機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的思維能力、實際動手能力，獨立分析問題和解決問題的能力等。Intel80x86CPU為主線，圍繞微機原理及應(yīng)用的主題，內(nèi)容涉及微處理器結(jié)構(gòu)、存儲器、I/O接口、中斷系統(tǒng)、匯編語言設(shè)計等基本知識。7/31/20234課程簡介是計算機及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，掌握微機硬件技術(shù)的入課程目標(biāo)認(rèn)識微機系統(tǒng)的基本工作原理和組成掌握常用接口電路設(shè)計技術(shù)及基本應(yīng)用程序設(shè)計方法認(rèn)識微機接口技術(shù)在工程中的實際應(yīng)用了解微機及其接口技術(shù)的最新發(fā)展建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力7/31/20235課程目標(biāo)認(rèn)識微機系統(tǒng)的基本工作原理和組成7/28/20235學(xué)習(xí)方法充分的課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備；注重課堂的學(xué)習(xí)成效，牢固掌握基本概念、基本原理等基礎(chǔ)知識；理論聯(lián)系實際，重視實驗操作和程序設(shè)計的實踐；課后復(fù)習(xí)鞏固，做好習(xí)題，及時發(fā)現(xiàn)并改正學(xué)習(xí)中存在的問題和不足。7/31/20236學(xué)習(xí)方法充分的課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備；7/28/20236課程主要內(nèi)容1.概述(微機的發(fā)展）2.8086微處理器(80X86結(jié)構(gòu)微處理器)（重點）3.8086指令系統(tǒng)（重點）4.匯編語言程序設(shè)計（重點）5.處理器總線時序和系統(tǒng)總線6.存儲器7.

輸入輸出接口（重點）8.中斷控制器9.計數(shù)器和定時器10.并行接口芯片825511.串行通信及接口電路12.數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口7/31/20237課程主要內(nèi)容1.概述(微機的發(fā)展）7/28/20237第1章概述微型計算機發(fā)展概述80x86系列結(jié)構(gòu)的概要歷史計算機基礎(chǔ)計算機的硬件和軟件微型計算機的結(jié)構(gòu)多媒體計算機7/31/20238第1章概述微型計算機發(fā)展概述7/28/20238本節(jié)課要求：了解80x86系列微處理器的發(fā)展歷史掌握計算機的基本結(jié)構(gòu)、常用術(shù)語等。掌握微處理器的工作原理掌握地址、數(shù)據(jù)、控制總線的概念理解計算機執(zhí)行過程理解模型機的工作原理7/31/20239本節(jié)課要求：了解80x86系列微處理器的發(fā)展歷史7/28/21.180X86微型計算機發(fā)展概述（僅了解）世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機是1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計制造的ENIACENIAC=ElectronicNumericalIntegratorandComputer（電子數(shù)字積分機和計算機）這一龐然大物裝有18,000個電子管，總重量達30噸，耗資近50萬美元，不過它還沒有引入CPU的概念7/31/2023101.180X86微型計算機發(fā)展概述（僅了解）世界上第一臺現(xiàn)電子計算機的發(fā)展：1、電子管計算機（1946-1956）2、晶體管計算機（1957-1964）3、中小規(guī)模集成電路計算機（1965-1970）4、超大規(guī)模集成電路計算機（1971-今）電子計算機按其性能分類：1、大型計算機2、中型計算機3、小型計算機4、微型計算機微型計算機是第四代計算機的典型代表7/31/202311電子計算機的發(fā)展：微型計算機是第四代計算機的典型代表7/28

微處理器的生產(chǎn)工藝指在硅材料上生產(chǎn)微處理器時內(nèi)部各元器件間連接線的寬度，一般以nm為單位，數(shù)值越小，生產(chǎn)工藝越先進，微處理器的功耗和發(fā)熱量越小。目前微處理器的生產(chǎn)工藝已經(jīng)達到22納米的技術(shù)。微處理器的集成度指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。最早Intel4004的集成度為2250個晶體管，PentiumIII的集成度已經(jīng)達到950萬個晶體管以上，集成度提高了3000多倍。7/31/202312

微處理器的生產(chǎn)工藝7/28/202312微型計算機的發(fā)展微處理器的集成度每隔18個月就會翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍 ------摩爾定律GordonE.Moore，Intel公司的創(chuàng)始人之一微型計算機的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展來表征7/31/202313微型計算機的發(fā)展微處理器的集成度每隔18個月就會翻一番，芯片摩爾定律晶體管數(shù)目每兩年增加一倍4200280070055031012027.513.42.90.490500100015002000250030003500400045001973197819821985198919931995199719992000年萬晶體管7/31/202314摩爾定律晶體管數(shù)目每兩年增加一倍42002800700摩爾定律

CPU性能每18個月增加一倍1400450266200133803316502004006008001000120014001600197819821985198919931995199719992000年MHz頻率7/31/202315摩爾定律CPU性能每18個月增加一倍140Intel4004Intel8008微型計算機的發(fā)展微處理器發(fā)展的早期階段（1971～1977）字長為4位或8位，集成度約為3000～10000晶體管/片，微處理器的主頻為0.1～5MHz。1971年：Intel4004，是世界上第一片單片微處理器4位微處理器，尋址空間為4096個半字節(jié),指令系統(tǒng)包括45條指令1972年：Intel8008，是世界上第一片8位微處理器。8008采用了10m生產(chǎn)工藝，集成度為3500個晶體管，工作頻率為200KHz。7/31/202316Intel4004Intel8008微型計算機的發(fā)展微處1974年：Intel8080采用了6m生產(chǎn)工藝，集成度為6000個晶體管，主頻為2MHz。1975年4月，MITS公司推出了以8080為CPU的世界上第一臺個人計算機Altair8800。Altair8800的BASIC語言解釋器是BillGates編寫的1976年：Intel8085——Intel公司生產(chǎn)的最后一種8位通用微處理器，8085的工作頻率提高到5MHz，指令系統(tǒng)的指令數(shù)上升到246條。微型計算機的發(fā)展7/31/2023171974年：Intel8080微型計算機的發(fā)展7/28/2第一代：8086/8088（1978年-1981年）1978年--80863m工藝，29,000個晶體管，工作頻率為4.77MHz。寄存器和數(shù)據(jù)總線均為16位，地址總線為20位，從而使尋址空間達1MB。CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有很大的改進，采用了流水線結(jié)構(gòu)，并設(shè)置了6字節(jié)的指令預(yù)取隊列1979年--8088數(shù)據(jù)總線為8位，其余均與8086相同。8088采用8位數(shù)據(jù)總線是為了利用當(dāng)時現(xiàn)有的8位設(shè)備控制芯片。由于8088內(nèi)部支持16位運算，而與I/O之間傳輸為8位，故8088稱為準(zhǔn)16位微處理器。1981年8月，IBM公司推出以8088為CPU的世界上第一臺16位微型計算機IBM5150PersonalComputer，即著名的IBMPC。X86系列微型計算機的發(fā)展7/31/202318第一代：8086/8088（1978年-1981年）X86系X86系列微型計算機的發(fā)展代字長型號工藝集成度(萬個)主頻速度(MIPS)1168086334.77-10<1216802861.513.46-161-2332803861.527.516-336-1243280486112025-6620-40532P50.8-0.632060-133100-200632P60.18-0.6550-950133-2G>3007/31/202319X86系列微型計算機的發(fā)展代字長型號工藝集成度(萬個)主頻速酷睿i7是面向高端發(fā)燒用戶的CPU家族標(biāo)識，包含Bloomfield(2008年)、Lynnfield(2009年)、Clarksfield(2009年)、Arrandale(2010年)、Gulftown(2010年)、SandyBridge(2011年)、IvyBridge(2012年)，Haswell等多款子系列，并取代酷睿2系列處理器。2-8顆核心晶體管數(shù)量：7.74億45nm制程，32nm，22nm制程產(chǎn)品。7/31/202320酷睿i7是面向高端發(fā)燒用戶的CPU家族標(biāo)識，包含Bloomf我國的微處理器發(fā)展“方舟-1”：2001年4月由中芯公司推出0.25微米工藝，166MHz時鐘，32位字長龍芯1號”：32位字長，2002年9月問世達到國際97年前后水平，等同于P22660.18微米，400萬集成度，2億次/秒速度應(yīng)用：曙光龍騰服務(wù)器、無線PDA等“龍芯2號”：64位字長，2004年問世，時鐘500MHz，性能接近P4，與國外差距縮小為3年

2012年10月，我國首款八核32納米龍芯3B1500流片成功。

7/31/202321我國的微處理器發(fā)展“方舟-1”：7/28/2023211.2計算機基礎(chǔ)7/31/2023221.2計算機基礎(chǔ)7/28/2023221中央處理器CPU中央處理單元CPU（CentralProcessorUnit）是一臺計算機的大腦，主要由運算器和控制器構(gòu)成。由邏輯門陣電路組成了用于進行運算的加法器、算術(shù)邏輯單元、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器等基本運算。主頻（時鐘頻率）用來表示微處理器的運行速度，主頻越高表明微處理器運行越快，主頻的單位是MHz（或GHz）。外部總線頻率（外頻）單位MHz（或GHz)，外頻越高說明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而計算機的運行速度也越快。早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX2開始，主頻=外部總線頻率倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)超頻通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標(biāo)稱主頻更高的時鐘頻率上（有什么優(yōu)缺點？）。7/31/2023231中央處理器CPU中央處理單元CPU（CentralPr2系統(tǒng)主板主板是機箱中最大的一塊集成電路板，在它上面集成有CPU插座、內(nèi)存插座、擴展板插座、輸入輸出系統(tǒng)、總線系統(tǒng)、電源接口等。7/31/2023242系統(tǒng)主板主板是機箱中最大的一塊集成電路板，在它上面集成有3存儲器存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器。內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成，用內(nèi)存條的形式提供外存儲器則包括硬盤、軟盤、光盤、磁帶機等許多設(shè)備。硬盤是當(dāng)前微機的主要外存儲設(shè)備，由驅(qū)動器、控制器和盤片組成，更進一步地說有磁頭、電機等部件。硬盤讀取數(shù)據(jù)時通過磁頭來完成的，硬盤的主軸馬達帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生浮力使磁頭漂浮的盤片上方。只有在所要存取的資料的扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭下方時，才能讀取數(shù)據(jù)。所以轉(zhuǎn)速越快，等待的時間就越短?，F(xiàn)在微機硬盤的接口以sata口（串口）、IDE（并口），SCSI主要用于服務(wù)器。7/31/2023253存儲器存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器。7/28/202324光盤存儲器光盤存儲器是光盤和光盤驅(qū)動器的統(tǒng)稱。光盤是利用光學(xué)方式進行進行信息讀寫的介質(zhì)。光盤的信息存儲格式和磁盤類似，也是分軌道、扇區(qū)來記錄信息的字節(jié)。一般CD-ROM光驅(qū)像硬盤一樣，有IDE和SCSI接口，并被主機認(rèn)為是和硬盤一樣的設(shè)備。7/31/2023264光盤存儲器光盤存儲器是光盤和光盤驅(qū)動器的統(tǒng)稱。7/28/顯示卡顯示卡是插在主板擴展槽上的一塊電路板，在露出機箱的部分有接顯示器的插口。它是主機于顯示器之間的接口，它接收CPU和內(nèi)存發(fā)送來的信息，并將其處理轉(zhuǎn)換成視頻和同步信號，發(fā)給顯示器。許多主板上都集成有顯卡。顯示器是現(xiàn)代微型計算機的最主要的輸出設(shè)備。顯示器就屏幕不同有：球面屏幕、平面直角屏幕、柱面屏幕、真正平面屏幕和LED液晶顯示器。其技術(shù)指標(biāo)有：掃描方式、點距、刷新頻率、視頻帶寬、分辨率等。7/31/202327顯示卡7/28/202327聲卡和音箱和顯卡一樣，聲卡也是插在主板上的擴展槽中的，在露出機箱的部分留有音箱、耳機和麥克插孔。許多主板都集成有聲卡。網(wǎng)卡是網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，它允許計算機和專用網(wǎng)線連接，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電話線，有10M、100M和1000M（1G）的不同傳輸速率。機箱是用來固定主板，并將所有設(shè)備安裝在其中的設(shè)備。鼠標(biāo)是坐標(biāo)定位輸入設(shè)備，鍵盤是數(shù)字和字符輸入裝置。是目前微型計算機的最主要輸入設(shè)備。7/31/202328聲卡和音箱7/28/2023281.2計算機基礎(chǔ)1.2.1計算機的基本結(jié)構(gòu)(參見P.7)外部設(shè)備微處理器(CPU)存儲器輸入/輸出接口電路數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線7/31/2023291.2計算機基礎(chǔ)1.2.1計算機的基本結(jié)構(gòu)(參見P.7)內(nèi)存儲器微處理器I\O接口外部設(shè)備ABDBCB微處理器：進行算數(shù)和邏輯運算。存儲器：存儲程序、數(shù)據(jù)、符號等I/O接口：使外設(shè)與微機相連。7/31/202330內(nèi)存儲器微處理器I\O接口外部設(shè)備ABDBCB微處理器：存儲計算機系統(tǒng)由五部分組成：控制器、運算器、存儲器和輸入輸出設(shè)備。人們往往把運算器、控制器和存儲器合在一起稱為計算機的主機；把各種輸入輸出設(shè)備統(tǒng)稱為計算機的外設(shè)。在主機部分中，又把運算器和控制器合在一起稱為中央處理單元CPU。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以把這個CPU集成在一個集成電路芯片上，人們就把它稱為微處理器（Microprocessor）。人們把以微處理器為核心構(gòu)成的計算機，稱為微型計算機。7/31/202331計算機系統(tǒng)由五部分組成：7/28/202331微型計算機系統(tǒng)的三個層次：微處理器 微型計算機 微型計算機系統(tǒng)微處理器存儲器I/O接口總線硬件軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機外設(shè)ALU寄存器控制部件鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機、掃描儀7/31/202332微型計算機系統(tǒng)的三個層次：微處理器硬件微型微型外補充:微處理器嚴(yán)格講，微處理器≠CPUCPU由算術(shù)邏輯部件(ALU)和控制部件兩大主要部分組成，實現(xiàn)運算功能和控制功能微處理器除算術(shù)邏輯部件和控制部件以外，還包含一組寄存器（Registers）以及高速緩沖存儲器（Cache）等特殊的存儲器。將這些部件集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中，這個器件才被稱為微處理器

寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件。根據(jù)存放信息的不同，指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。7/31/202333補充:微處理器7/28/2023331.2.2常用的名詞術(shù)語和二進制編碼(P.13)計算機對要處理的數(shù)據(jù)（數(shù)值或非數(shù)值數(shù)據(jù)）均實行二進制編碼。為便于記憶和書寫，用十六進制數(shù)表示二進制數(shù)。0 0000 810001 0001 910012 0010 A10103 0011 B10114 0100 C11005 0101 D11016 0110 E11107 0111 F11117/31/2023341.2.2常用的名詞術(shù)語和二進制編碼(P.13)計算機對要1.2.2常用的名詞術(shù)語和二進制編碼(P.13)1.位、字節(jié)、字及字長位（Bit）指計算機能表示的最基本最小的單位在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”字節(jié)（Byte）相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)1Byte=8bit如：11000011

01010111

1024個字節(jié)構(gòu)成一個千字節(jié)，用KB表示，1024KB構(gòu)成一個兆字節(jié)，用MB表示，1024MB構(gòu)成一個千兆字節(jié)（吉），用GB表示。字（Word）和字長“字”是計算機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)傳遞和處理的基本單位。一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。目前在PC機中把字定義為2個字節(jié)（16位）7/31/2023351.2.2常用的名詞術(shù)語和二進制編碼(P.13)1.位、字字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。不同類型的CPU有不同的字長。如:Intel4004是4位8080是8位8088/8086/80286是16位80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加數(shù)

+11000011110000110001010101011000加數(shù)進位11111111111101110000001010001010110110011011和

4位8次8位4次16位2次32位1次7/31/202336字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。不同類型的CPU有（4）.位編號為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。從低位開始，從右到左依次為0、1、2．．．0←編號765432101010001D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字節(jié)數(shù)據(jù)Data地址Address7/31/202337（4）.位編號0←編號765432101010001D7D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的編號為15~0雙字的編號依此類推，為31~0低字節(jié)高字節(jié)7/31/202338D0D7D15D8158101010101010101070數(shù)字編碼：BCD碼計算機中常用BCD(BinaryCodedDecimal)碼表示十進制數(shù)。即十進制數(shù)中的每一位都用4位二進制數(shù)表示。壓縮BCD碼：1字節(jié)表示兩位十進制數(shù)非壓縮BCD碼：1字節(jié)表示一位十進制數(shù)，（低4位表示，高4位恒為0）二—十進制編碼的方法很多，最常用的是8421BCD碼。用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)，各位的權(quán)重依次為8、4、2、1。例如：63.124對應(yīng)的BCD碼是01100011.000100100100，小數(shù)點前最高位的0和小數(shù)點后最低位的0可以省掉，所以也可以寫成1100011.000100100111110010010.00100101BCD對應(yīng)的十進制數(shù)是792.257/31/202339數(shù)字編碼：BCD碼計算機中常用BCD(BinaryCode3.字符編碼字母、數(shù)字、常用符號等各種字符也必須按照特定的規(guī)則編碼，才能在計算機中表示。字符編碼的方法也很多，世界上最普遍采用的一種字符編碼是ASCII碼（美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼。）。ASCII碼用7位二進制數(shù)表示，可表示128種字符。包括0～9十個阿拉伯?dāng)?shù)字，大小寫72個英文字母以及常用標(biāo)點符號和各種控制字符。在計算機中用一個字節(jié)表示一個ASCII碼，最高位置0。參看P4157/31/2023403.字符編碼7/28/202340中文信息的編碼按照國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼基本字符集（GB2312-80）規(guī)定，一個漢字用兩個字節(jié)編碼，這樣每個字節(jié)只用低7位，這就是所謂雙7位漢字編碼（128×128=16384種狀態(tài)），稱作漢字的交換碼（又稱國標(biāo)碼）。為了在內(nèi)部能區(qū)分漢字與ASCII字符，把兩個字節(jié)漢字的國標(biāo)碼的每個字節(jié)的最高位置1，這樣就形成了漢字另外一種編碼稱作漢字機內(nèi)碼（內(nèi)碼）。在機器中，漢字是以內(nèi)碼形式存儲和傳輸?shù)?，一種機器常有若干種漢字輸入方式（輸入碼），但其內(nèi)碼是統(tǒng)一的。漢字輸出碼又稱漢字字形碼或漢字發(fā)生器的編碼。7/31/202341中文信息的編碼按照國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼基本字符集（GB1.2.3指令程序和指令系統(tǒng)(P.11)計算機所以能脫離人的干預(yù)，自動地進行計算，這是由于人把實現(xiàn)這個計算的一步步操作用命令的形式預(yù)先輸入到存儲器中.在執(zhí)行時，機器把這些命令一條條地取出來，加以翻譯和執(zhí)行。比如兩個數(shù)相加的運算，就需要下面幾個步驟：第一步：把第一個數(shù)從它所在的存儲單元中取出來，送至運算器；第二步：把第二個數(shù)從它所在的存儲單元中取出來，送至運算器；第三步：相加第四步：把加完的結(jié)果，送至存儲器中指定的單元。所有這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等都是一種操作。7/31/2023421.2.3指令程序和指令系統(tǒng)(P.11)計算機所以能脫離人我們把要求計算機執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來，就時指令（Instruction）。指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等計算機所能執(zhí)行的全部指令，就是計算機的指令系統(tǒng)（InstructionSet）程序是用戶在使用計算機時，為要解決的問題，用一條條指令編寫的指令指令的序列。構(gòu)成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放，7/31/202343我們把要求計算機執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來，就時指令（1.2.4初級計算機(P.12)初級計算機：以實際計算機為基礎(chǔ)，經(jīng)過簡化的模型機。組成：微處理器（CPU）、存儲器、接口電路組成，連接：通過三總線來連接地址總線（AddressBus）數(shù)據(jù)總線（DateBus）控制總線（ControlBus）。7/31/2023441.2.4初級計算機(P.12)初級計算機：7/28/20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CPU7/31/202345存I/O輸I/O數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸1.模型機的CPU結(jié)構(gòu)標(biāo)志寄存器地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB指令寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IPCPU結(jié)構(gòu)示意圖7/31/2023461.模型機的CPU結(jié)構(gòu)標(biāo)志地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic）是執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的裝置。所有的算術(shù)運算，邏輯運算和移位操作都是由ALU完成的。程序計數(shù)器PC：提供需要執(zhí)行的指令地址。一般計算機一上電，就給PC置個初值，這就是第一條指令存放的地址。以后每取出一個存儲單元的指令，PC的內(nèi)容就自動加一。這樣PC中保存的就永遠(yuǎn)是下一條要執(zhí)行的指令的地址。地址寄存器AR（AddressRegister）把要尋址的單元的地址通過地址總線送至存儲器。7/31/202347算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic）7/28/2022.存儲器(P.13)地址譯碼器地址

內(nèi)容00010203

FF00單元01單元02單元03單元FF單元11010011101000100010011010011101::11100001ABDB控制CB圖1-7模型機的存儲器結(jié)構(gòu)圖從存儲器中取出的指令，由數(shù)據(jù)寄存器送指令寄存器IR，經(jīng)過指令譯碼器ID譯碼，通過控制電路發(fā)出執(zhí)行一條指令所需的各種控制信號。7/31/2023482.存儲器(P.13)地址譯碼存儲器由若干個存儲單元組成圖中表示的是一個256(FFH)個單元的存儲器。為了能區(qū)分不同的存儲單元，對這些單元分別編了號，用兩位16進制數(shù)表示，這就是它們的地址。存儲單元的內(nèi)容：每個存儲單元可以存放8位二進制信息，這就是他們的內(nèi)容。每個存儲單元的地址和這個存儲單元中存放的內(nèi)容是完全部同的兩回事，千萬不要混淆。一般地來說，如果一個存儲器有2n個存儲單元，那它需要有n根地址線，如果每個存儲單元有m位，那它需要有m根數(shù)據(jù)線。一個存儲器的控制線至少有讀控制線和寫控制線。7/31/202349存儲器由若干個存儲單元組成7/28/202349n根CPU地址線AB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數(shù)據(jù)線DB7/31/202350n根地址線AB控制線CB地11001100001100111——將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到CPU若在04號存儲單元中存放的內(nèi)容是10000100B，即84H，我們要把它讀出至數(shù)據(jù)總線上，則要求：CPU的地址寄存器AR先給出地址號04，然后通過地址總線AB送至存儲器，存儲器中的地址譯碼器對它進行譯碼，找到04號存儲單元；CPU再發(fā)讀控制命令04號存儲單元中的內(nèi)容84H就出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，并送至CPU的數(shù)據(jù)寄存器DR。信息從存儲單元讀出后，存儲單元的內(nèi)容并不改變，只有把新的信息寫入該單元時，才由新的內(nèi)容代替舊的內(nèi)容。讀操作：7/31/202351——將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到CPU讀操作：7/28/20——將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到CPU若以把數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容26H寫入10號存儲單元，則要求：CPU的地址寄存器AR先給出地址10，通過地址總線（AB）送至存儲器，經(jīng)譯碼后找到10號存儲單元；然后把數(shù)據(jù)寄存器DR中的內(nèi)容26H經(jīng)數(shù)據(jù)總線（DB）送給存儲器；且CPU發(fā)寫控制命令，于是數(shù)據(jù)總線上的信息26H就寫入到10號存儲單元中。寫操作7/31/202352——將存儲單元的數(shù)據(jù)送至到CPU寫操作7/28/20——包括取出指令和執(zhí)行指令的兩個過程.機器從停機狀態(tài)進入運行狀態(tài)，要把第一條指令所在的地址賦給PC，然后就進入取指階段。在取指階段從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令，所以數(shù)據(jù)寄存器DR把它送至指令寄存器IR。然后由指令譯碼器譯碼，就知道此指令要執(zhí)行什么操作。取指階段結(jié)束后就進入執(zhí)行階段。按照指令譯碼的結(jié)果，發(fā)控制命令，完成指令規(guī)定的操作。執(zhí)行階段結(jié)束后又進入到下一個取指階段，這樣的循環(huán)一直進行到程序結(jié)束。這就是計算機的工作過程。3.執(zhí)行過程(P.14)7/31/202353——包括取出指令和執(zhí)行指令的兩個過程.3.執(zhí)行過程操作：將兩個數(shù)7和10相加，結(jié)果存放在[20]內(nèi)存單元指令：MOVAL,7ADDAL,10MOV[20H],ALHLT1.2.5簡單程序舉例7/31/2023541.2.5簡單程序舉例7/28/202354機器指令：

10110000B0h(moval,7)0000011107h(7)

0000010004h(addal,10)000010100Ah(10)10100010A2h(mov[20h],al))

0010000020h(20H)11110100F4h(hlt)7/31/202355機器指令：7/28/202355B0h(moval,7)07h(7)04h(addal,10)0Ah(10)A2h(mov[20h],al)

20h(20H)F4h(hlt)7/31/202356B0h(moval,7)A2h(mov[1.2.6尋址方式（P.19）1.立即尋址（ImmediateAddressing）——操作數(shù)就包含在指令中。如：MOVAL，34H操作：將十六進制數(shù)34H送寄存器AL。7/31/2023571.2.6尋址方式（P.19）1.立即尋址（Immedia2.寄存器尋址（RegisterAddressing）操作數(shù)包含在CPU的內(nèi)部寄存器中。7/31/2023582.寄存器尋址（RegisterAddressing）7/3.直接尋址（DirectAddressing）在指令中直接給出操作數(shù)的地址.7/31/2023593.直接尋址（DirectAddressing）7/284.寄存器間接尋址（Re