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1、第1章 进制与码元,教材郑初华主编，汇编语言、微机原理及接口技术，电子工业出版社,课程情况教学：56学时实验：1周考试：作业10%，实验10%，期末考试80%,上课时间安排,1-16周 周一 5-7节 31040312-16周 周二 3-4节 31040319周 课程设计,参考书,Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全(美)Barry B.Brey 著 陈谊 等译 机械工业出版社 1998.1 第一版 93.00Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全(最新版或原版的影印版)其它的X86的教材(著名大学、著名出版社、最近出版的),教学内容,第一章 进制与码元第二章 微型计算机硬件
2、基础第三章 Intel 8086/8088 CPU的指令系统第四章 汇编程序设计第五章 内存组成、原理与接口第六章 输入输出系统和中断技术第七章 常用数字接口电路第八章 模拟量的输入输出,课程相关事项,本课程的特点注重原理,结合应用本课程的学习方法 记忆指令,上机调试,自学与听讲结合本课程学习注意问题既要注重细节,也要注重全局概念克服枯燥,结合原理探讨有关应用,本课程的组成,软件,主要指80X86的软件体系结构及汇编语言指令及编程硬件,主要指80X86管脚、存储器结构及I/O接口电路,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二
3、进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.1 概 述,电子计算机的发展：电子管计算机（1946-1956）晶体管计算机（1957-1964）中小规模集成电路计算机（1965-1970）超大规模集成电路计算机（1971-今）电子计算机按其性能分类：大中型计算机/巨型计算机（Mainframe Computer）小型计算机（Minicomputer）微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-Chip Microcomputer）微型计算机的核
4、心：微处理器(中央处理器CPU)Intel CPU的发展见下页表,摩尔定律(Moores Law),英特尔处理器2009年：达到32nm工艺估计到2030年将进入1.6nm工艺如果目标实现，这将再次证明摩尔定律(Moores Law)还依然有效，并指导着半导体工艺发展。,INTEL芯片组,440系列-其中440BX是奔腾2时期的经典之作 810系列-是Intel第一款采用集成显卡的芯片组。不支援AGP,使得不能升級显示卡。815系列-是奔腾III处理器的不二选择，其中815EP B-Step（又称815EPT）正式支持图拉丁（Tualatin）核心的CPU。850系列-配合奔腾4的上市而设计的
5、，采用不成熟的Socket423插座并搭配昂贵的RAMBUS内存使得它与Socket423的奔腾4同时被淘汰出局。新的850E后来作为工作站级别的芯片组上市。,INTEL芯片组,845系列-为了摒弃昂贵的RAMBUS内存而设计的搭配SDRAM内存的芯片组。随着DDR内存的上市，英特尔又推出了845D以及后续的845E、845G等芯片组。865/875系列-为全面支持含超线程技术（Hyper-Threading）的奔腾4设计的芯片组，首度支持双通道内存、SATA硬盘、AGP8X和USB2.0等新技术。848P-865系列的简化版本，去掉了对双通道内存的支持。,INTEL芯片组,915/925系列
6、-采用LGA775封装的新型处理器而推出的采用PCI Express技术芯片组，后来有改换Socket478插座和AGP插槽的型号。915芯片组摒弃了AGP技术而采用了PCI-Express总线，同时开始支持DDR2内存。925系列支持Pentium 4 Extreme Edition 处理器。945/955/975系列-在原915/925芯片组的基础上，增加了对奔腾D双核心CPU的支持。其中955和975系列支持了Pentium Extreme Edition处理器。,INTEL芯片组,945GT Express芯片组更是支持了Core Duo处理器。使用VRM11的975系列主板更支援In
7、tel Core 2系列处理器。946系列-基于945芯片組，加入对800MHz的Intel Core 2处理器的支援。965系列-加入对Intel Core 2系列处理器的支援，另外加入原生的双管道DDRII800的支援。採用全新的命名方法P965、Q965等取代沿用已久的945P等命名。,Intel已经在Hillsboro,Ore.,campus的研发中心，成功安装业界第一台商业运行的极度紫外光石版照相设备！Intel将采用这种设备在0.032微米制程的晶圆上刻画金属电路。,典型CPU介绍,Intel 3.8G P4 67090纳米制程Prescott核心，L2高速缓存为2MB，晶体管数量
8、1.69亿颗，硅晶面积为135平方厘米，设计热功率为115W,P4-Prescott CPU,Intel 915/925平台,Intel 975平台,Intel P35平台,Intel双核结构图,AMD双核结构图,双核CPU大战！AMD全胜,双核CPU大战！AMD全胜,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.2 微型计算机的硬件结构,微机的硬件体系结构
9、仍采用冯诺依曼建立的经典结构。其主要特点是：微型计算机系统的硬件由五大部分组成：1.运算器 2.控制器 3.存储器4.输入设备 5.输出设备其中运算器和控制器合称微处理器MPU(或CPU)。输入设备和输出设备合称/O设备。,微型计算机基本结构,I/O设备,I/O 接口,存储器,ALU,控制器,取指,读,程序数据,结果,程序数据,结果,取,存,I/O命令,操作命令,写,存,微机总线,总线包括地址总线 AB(ADDRESS BUS)、数据总线DB(DATA BUS)和控制总线CB(CONTROL BUS)。数据总线DB用来传递数据信息，由于数据信息可在MPU和存储器、I/O设备之间相互传递，故为双
10、向总线。,微机总线,地址总线AB用于传送MPU发出的地址信息，是单向总线。微机中存储单元I/O设备都有地址，在交换信息前，MPU先通过传送地址信息找寻所需交换信息的存储器和I/O设备，然后经数据总线进行信息的交换。控制总线CB用来传送控制信号、时序信号和状态信号，由于有的信号由MPU发向存储器和I/O设备，有的信号由存储器和I/O设备发向MPU，故控制总线从整体上看是双向的。,微机总线,CPU,定时电路,接口,接口,ROM,RAM,I/O接口,输出设备,输入设备,DMA,地址总线,数据总线,控制总线,并行接口 串行接口 定时/计数中断控制器,典型的PC系统结构,提纲,1.1 概 述,1,1.2
11、 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.3 数字化信息编码与数据表示,掌握 特点；表示方法；相互间的转换。,一、常用记数制,1十进制（Decimal，D）日常生活中最常见的是十进制数，用十个不同的符号来表示：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，称为代码。符合人们的习惯2二进制（Binary，B）二进制数只有两个代码“0”和“1”，所有的数据都由它们的组合来实现。二进制数据在进行运
12、算时，遵守“逢二进一，借一当二”的原则。便于物理实现。,常用记数制,3十六进制（Hex，H）十六进制数采用09和A、B、C、D、E、F六个英文字母一起构成十六个代码。便于识别、书写。4.八进制（Octal，O，Q）,1.十进制,特点：以十为底，逢十进一；共有0-9十个数字符号。表示：,2.二进制,特点：以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。表示：,3.十六进制,特点：以16为底，逢16进位；有0-9及A-F共16个数字符号。表示：,进位计数制的一般表示,一般地，对任意一个K进制数S都可表示为,其中：Si-S的第i位数码，可以是K个符号中任何一个；n,m 整数和小数的位数；K-基数；Ki-K进
13、制数的权,进制转换和计算,如何区分不同进位记数制的数字,在数字后面加一个字母进行区分：二进制：数字后面加B,如1001B八进制：数字后面加O,如1001O十进制：一般不加,如1001十六进制：数字后面加H,如1001H在明显可以区分其记数制的情况下，可以省略数字后面的字母,二、进制转换,1非十进制数到十进制数的转换 P1例1.1按相应进位计数制的权表达式展开，再按十进制求和。例：10110010B=(?)10 13FAH=(?)10,二、进制转换,2.十进制到非十进制数的转换十进制 二进制的转换：整数部分：除2取余；小数部分：乘2取整。十进制 十六进制的转换：整数部分：除16取余；小数部分：乘
14、16取整。以小数点为起点求得整数和小数的各个位。,二、进制转换,3.二进制与十六进制间的转换用4位二进制数表示1位十六进制数 例：0101 1000 1001.1100 5 8 9.C 注意：位数不够时要补0,例：将（236）D转换成二进制,将十进制数转变成二进制数,例：（0.6875）D=？B=(0.1011)B,例（0.6875）D=？B=(0.1011)B0.6875*2=1.375(取整=1)(1.375-1)*2=0.75(取整=0)0.75*2=1.5(取整=1)(1.5-1)*2=1(取整=1),提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与
15、数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.4 无符号二进制数的运算,无符号数 算术运算 有符号数 逻辑运算,一、无符号数的运算,算术运算 包括：加法运算 减法运算 乘法运算 除法运算,1.规则,加法：1+1=0（有进位）,减法：0-1=1（有借位）,乘除法：一个数乘以2相当于该数左移一位；除以2则相当于该数右移1位。,例：,000010110100=00101100B 000010110100=00000010B11B 即：商=0000
16、0010B 余数=00000011B,2.无符号数的表示范围,一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为 0 X 2n-1若运算结果超出这个范围，则产生溢出。（或者说运算结果超出n位，则产生溢出）判别方法：运算时，当最高位向更高位有进位（或 借位）时则产生溢出。,例：,11111111+00000001 1 00000000结果超出位（最高位有进位），发生溢出。（结果为256，超出位二进制数所能表示的范围255）,3.逻辑运算,与()、或()、非()、异或()特点：按位运算，无进借位运算规则 例：A=10110110,B=01101011求：AB,AB,AB,4.逻辑门,逻辑门：完成逻辑运算的电
17、路掌握：与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）；与非门、或非门的应用。,与门（AND Gate）,Y=AB,注：基本门电路仅完成1位二进制数的运算,或门（OR Gate）,Y=AB,Y,AB,非门（NOT Gate）,1,A,Y,异或门（eXclusive OR Gate）,Y=AB,Y,AB,1.5 带符号二进制数的运算,计算机中的带符号二进制数把二进制数的最高位定义为符号位符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示负数符号位+数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。在以下讲述中，均以位二进制数为例,例：,+52=+0110100=0 0110100-52=-0110
18、100=1 0110100,真值,机器数,符号位,数值位,1.符号数的表示,对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数X的原码记作X原，反码记作X反，补码记作X补。注意：对正数，三种表示法均相同。它们的差别在于对负数的表示。,原码X原,定义符号位：0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值。,原码的例子,真值,X=+18=+0010010,X=-18=-0010010,原码,X原,=0 0010010,X原,=1 0010010,符号,符号位,n位原码表示数值的范围是对应的原码是1111 0111。,数0的原码,8位数0的原码：+0=0 0000000-0=1 0000000 即
19、：数0的原码不唯一。,反码X反,定义 若X0，则 X反=X原 若X0，则 X反=对应原码的符号位不变，数值部分按位求反,例：,X=-52=-0110100 X原=10110100 X反=11001011,反码的例子,真值,X=+18=+0010010,X=-18=-0010010,反码,X反,=0 0010010,X反,=1 1101101,符号,符号位,n位反码表示数值的范围是对应的反码是1000 0111。,0的反码：,+0反=00000000-0反=11111111即：数0的反码也不是唯一的。,补码,定义：若X0，则X补=X反=X原若X0，则X补=X反+1,例：,X=52=0110100
20、 X原=10110100 X反=11001011 X补=X反+1=11001100,n位补码表示数值的范围是对应的补码是1000 0111。,0的补码：,+0补=+0原=00000000-0补=-0反+1=11111111+1=1 00000000 对8位字长，进位被舍掉+0补=-0补=00000000,特殊数10000000,该数在原码中定义为：-0在反码中定义为：-127在补码中定义为：-128对无符号数：(10000000)=128,源码、反码和补码之间的转换,例子：见p5例1.11见p5图1.6,8位有符号数的表示范围：,对8位二进制数：原码：-127+127反码：-127+127补码
21、：-128+127想一想：16位有符号数的表示范围是多少？,2.有符号二进制数与十进制的转换,对用补码表示的二进制数：1）求出真值 2）进行转换,例：,将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。1)X补=0 0101110B 真值为：+0101110B 正数 所以：X=+46 2)X补=1 1010010B 负数 X=X补补=11010010补=-0101110B 所以：X=-46,3.符号数运算中的溢出问题,进(借)位在加法过程中，符号位向更高位产生进位；在减法过程中，符号位向更高位产生借位。溢出运算结果超出运算器所能表示的范围,溢出的判断方法,方法：同号相减或异号相加不会溢出。同号相加或异
22、号相减可能溢出：两种情况：同号相加时，结果符号与加数符号相反溢出；异号相减时，结果符号与减数符号相同溢出。方法：两个8位带符号二进制数相加或相减时，若 C7C61，则结果产生溢出。C7为最高位的进(借)位；C为次高位的进(借)位。,例：,有符号数运算，有溢出表示结果是错误的无符号数运算，有进位表示结果是错误的,1 0 1 1 0 1 0 1+1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0,0 1 0 0 0 0 1 0+0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1,0 1 0 0 0 0 1 0+1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1
23、1 1,CASE1:,CASE2:,CASE3:,1.5 数的编码方法,一、十进制数的表示BCD码用4位二进制数表示一位十进制数。有两种表示法：压缩BCD码和非压缩BCD码。压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，00001001表示09，一个字节表示两位十进制数。非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的00001001表示09。,十进制的BCD码对应表,1.5 数的编码方法,二、非数值数据的表示计算机中除了能够处理数值数据以外，还可以处理文字、语音、图像等各种信息，这些信息统称为非数值数据。非数值数据在计算机中也必须以二进制形式表示，非数值数据的表示本质上是编码的
24、过程。最常用的数据编码：美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange,ASCII码)（见下页ASCII编码表，教材中的附录E，p512）,ASCII码,采用7位二进制代码对字符进行编码数字09的编码是0110000（30H）0111001（39H），它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码（BCD码）相符。英文字母AZ的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母az的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。最高位通常总为0，有时也用作奇偶校验位。,
25、ASCII码美国标准信息交换代码,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.5 数的编码方法,三.汉字编码 1981年公布的国家标准信息交换用汉字编码（GB2312-80）规定了汉字的编码，即国际码。每个汉字由两个字节表示，每个字节用7位二进制码，最高位为1，例如：字符“大”的国际码为：00110100 01110011 为了使汉字编码和常用的ASCII
26、码相区别，汉字编码在机器内的表示与国际码不同，形成汉字的内码。一种机器常用若干种汉字输入方法，但其内码是统一的。通常内码是由国际码的两个字节最高位置“”构成的。例如，汉字“大”的内码为：10110100 11110011,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.6 计算机中数据的表示方法,数的小数点表示法（1）数的定点表示：规定小数点的位置固定不变，分
27、为定点小数和定点整数。（2）数的浮点表示：规定小数点在数中的位置是浮动的。,定点数表示方法,定点（纯）小数如图a所示，定点（纯）整数如图b所示。,浮点数表示方法（科学计数法，P7）,尾数：浮点数的有效数字，为小于1的数。数符：浮点数的正负。阶码：指数。阶符：指数的正负。,计算机中浮点数的表示,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.7 IBM PC系列
28、微机系统简介,1.PC系列微机又称80X86（或X86）系列微机是指以Intel公司的CPU系列芯片为微处理器的微机系统，包括IBM PC、PC/XT，PC/AT，386，486，586微机等。2.PC系列微机系统由主机箱、键盘、CRT显示器和打印机等几个主要部分构成。其中主机箱包括：主板（Main board)，又称系统板、母板显示适配器卡（又称视频卡）软、硬盘驱动器及其适配器卡其它接口电路电源,1.7 IBM PC系列微机系统简介,3.机结构型式台式机箱（也叫卧式机箱）塔式机箱（也叫立式机箱）便携式，包括笔记本型、膝上型和掌上型。4.主板结构按所配用的CPU不同分为：XT主板、AT主板、3
29、86主板、486主板、Pentium主板按使用总线不同分为：ISA总线主板、PCI总线、PCI-E主板,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微机的主要性能指标和先进技术,2,3,4,5,6,7,8,一、微型计算机系统的主要性能指标,1、字长：指计算机内部一次可处理的二进制数的位数。2、存储器容量:一般以字节为单位来表示。3、运算速度 有几种不同的运算速度的计算方法：（1）MIPS方法:以每秒能执行几百万条指令
30、来衡量。（2）最短指令法:以执行时间最短的指令为标准来计算（3）直接计算法:根据主频和指令的执行所需的时钟周期直接计算指令执行的时间。4、扩展能力和外设配置。5、软件配置。,二、微机中应用的几项先进技术,1、流水线技术将每条指令分解为多步，使不同指令的各步重叠操作，实现几条指令的并行操作，加速程序的执行速度。486微机采用六级流水线结构，同时有六条指令并行操作。2、高速缓冲存储器技术增设一级或二级高速小容量存储器，称高速缓冲存储器（CACHE），保存程序中经常重复使用的指令和数据。CPU在操作时，首先到CACHE中查找需要的指令或数据，可大大提高程序的执行速度。,二、微机中应用的几项先进技术,3、虚拟存储器技术 在内存和外存之间增加硬件或软件支持，使内存和外存形成一个整体。操作时由系统软件统一管理和调度，按要求将外存的内容依次调入内存供CPU执行。从CPU看到的是一个速度接近内存而容量与外存相当的假想存储器，称为虚拟存储器。486微机的实地址空间为4G字节，而虚拟地址空间为64T字节。4、RISC技术精简指令集计算技术简称RISC技术，其主导思想是精简CPU芯片中指令的数目，简化芯片的复杂程度，使指令的执行速度更快。大多数复杂的指令很少被使用，编译器生成的总代码的80以上是只占CISC指令集中不足20的指令。,
