计算机硬件技术基础主讲教师：李芙英1序国家教委提出计算机基础教学分三个层次如图1-1所示：计算机基础教学三层次结构2其中： 第一层次：计算机文化基础 学习计算机基本知识，及基本技能。第二层次：计算机技术基础学习计算机硬件、软件的工作原理 与相关知识。第三层次：计算机应用基础 学习计算机信息管理基础和多媒体。本课程属于第二层次中“计算机硬件基础”课程3计算机硬件技术基础课特点：内容多,学时少, 进度快，难度大，应用广。讲课内容: 汇编语言、接口技术.讲课学时: 共66学时,其中: 讲课48学时实验18学时(6次）第3次做实验四 实验三在课外完成第4次是实验考试4如何学好这门课给同学们提几点建议:1、课程特点： 学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。课程特点:理论联系实际非常紧密的课程, 课程内容更新极 快。2、观念转变（教师角色、学生地位的转变）: 教师角色的转变： 教师从原来以教师为中心的“讲解者”的角色转化为学生学 习的指导者、学生活动的导演者的角色。学生地位的转变:学生由原来单纯听讲、接受灌输的被动 地位转化为：有机的主动参与、发现、探究的主体地位 ;52、媒体作用、教学过程的转变:媒体作用的转变： 教学媒体由教师的讲解工具转化为学生的认知工具 ;教学过程的转变:教学过程由传统的逻辑分析或逻辑综合 ,讲解说明式的过程转 变为：以意义建构理论指导下的教学过程 ,并通过意义建构形成自己的知识结构，从而获得知识 ,掌握知识。63、学习的精髓：在学校学习的精髓在于：在学校的大环境中，利用校园文化对学生的影响，实现：师生之间在课堂上的相互交流以及学生之间的相互交流，在利用别人最好成果的基础上取得进展。4、抓住教学过程中的3个环节q上课时要主动参与、发现、探究将上课时的多媒体教案从教师手中转化为自己的认知工具 ， 主动参与、发现、探究；课堂上会布置自学内容，通过自学从而培养自学的能力；q独立完成作业同学之间相互交流，一起讨论，但一定要独立完成作业；7q实验课前要预习，写出预习报告，做到心中有数，有的放矢；实验课后，要写实验报告，总结经验和教训，提高自己分析问题 和解决问题的能力，培养一种严谨科学作风。收获与时间成正比本课程理论联系实际非常紧密，内容更新极快。只能采用解剖麻雀方法，教师在这里只起到抛砖引玉的作用。因此同学们学习过程中，要花时间去学习、思索、实践，有机地将本专业的知识结合起来，构成一个实际系统，解决实际问 题。收获与时间成正比, 花时间越多，收获将越大 。 8愿同学们通过本课程学习在分析问题、解决问题的能力上有所提高 ！9教材、参考书 ： 教材科购买教材： 计算机硬件技术基础 张菊鹏 等编著 清华大学出版社出版参考书：IBMPC汇编语言程序设计 沈美明 温冬婵 编著清华大学出版社出版微机计算机技术及应用 戴梅萼 编著清华大学出版社出版实验指示书:计算机硬件技术基础实验指导 李芙英 朱小梅编著.00/本习题集 : 计算机硬件技术基础 习题集沈永林 胡振山编著 9.00/本10第一讲 计算机基础知识第一节 计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语三、计算机发展简史四、微型计算机概述第二节 计算机中数的表示和编码一、进位计数制及其表示方法二、数制之间的转换三、字和各种字符的编码四、小结11第一节 计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理二、有关术语三、计算机发展简史四、微型计算机概述12第一节 计算机概述一、计算机的基本组成和工作原理 二、有关术语位 字节 字和字长 位编号指令 指令系统 程序 寄存器 译码器 三、计算机发展简史 四、微型计算机概述 1. 微型计算机的基本结构1) 构成部件(1) 总线(2) 中央处理器CPU(3) 内存(4) 外设和输入/输出接口（I/O接口）2) 微机的工作过程 2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 3. 微型计算机的特点 4. 微型计算机的分类1) 按构成分类2) 按CPU的字长分类3)按主机装置分类5. IBM PC机的发展简史 13一、计算机的基本组成和工作原理按性能可分为：巨型机，大型机， 中型机，小型机，微机 现代计算机的结构基础：存储程序控制结构1945年，美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出, 诺依曼计算机ENIAC (1946)掌上电脑(2000)14诺依曼计算机的工作原理可概述为： “存储程序” + “程序控制” 要点： 1以二进制表示数据和指令(程序)2. 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行输入设备控制器输出设备CPU存储器运算器ALU15二、有关术语1. 位 ( bit )2. 字节 ( Byte )3. 字和字长 (word)4. 位编号5. 指令、指令系统和程序6. 寄存器 7. 译码器161. 位 ( bit)l 指计算机能表示的最基本最小的单位l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和 “1”2. 字节 ( Byte )l 相邻的8位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 0101 0111 173字和字长l 字长是每一个字所包含的二进制位数。常与CPU内部的寄存器、 运算装置、总线宽度一致l 字是CPU内部进行数据处理的基本单位。18例 某CPU内含 8位运算器，则：参加运算的数及结果均以 8位 表示,最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保存 ，而将其保存到标志寄存器中1 0 1 1 0 1 0 1 被加数8位+ 1 0 0 0 1 1 1 1 加数8位 进位 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 0 1 0 0 和8位 PSW 标志寄存器运 算 器标志 寄存器运 算 器被加数加数 和进位19字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。不同类型的CPU有不同的字长。如: Intel 4004 是 4 位8080 是 8 位8088/ 8086/80286 是 16 位80386/80486、Pentium 是 32 位1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数+ 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数 进位 1 1 1111 1 111 1 10111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和4位 8次8位 4次 16位 2次 32位 1次20位 1 或 0 1位字节 1100 0011 8位字 1100 0011 0011 1100 16位双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位高字节低字节高 字 低 字把一个字定为16 位， 1 Word = 2 Byte 一个双字定为32位 1 DWord = 2 Word= 4 Byte214. 位编号为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节数据Data地址Address22D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的编号为15 0双字的编号依此类推，为31 0235. 指令、指令系统和程序l 一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造好的，是固定的，用户不能改变。l 指令是CPU能执行的一个基本操作。如：取数、加、减、乘、除、存数 等l 指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU，其指令系统不同。l 程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题，用一条条指令编写的指令指令的序列。构成程序的指令在存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必须由转移指令操作。 246寄存器 l 寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件 。l 根据存放信息的不同，有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。标 志 寄存器地址总线 AB数据总线 DB控制总线 CB指令寄存器数据寄存器控制电路指令译码器地 址 寄 存 器指 令 指 针 寄存器R1 R2 R3 R4寄存器组运 算 器IPCPU 结构 示意图257译码器l 译码器是将输入代码转换成相应输出信号的逻辑电路。指令是CPU能执行的一个基本操作;CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码;用户用编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中;CPU从内存取来编码形式的指令,对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号26CPU 总线 内存标 志 寄存器地址总线 AB程 序数 据数据总线 DB控制总线 CB地址译码器、 指令1 指令2 指令3 指令4 、 、数据1 数据2 数据3 、指令寄存器数据暂存器控制电路指令译码器地 址 寄 存 器指 令 指 针 寄存器R1 R2 R3 R4寄存器组运 算 器IPl 根据译码内容的不同，可分为：指令译码器: 将指令代码转换成该指令所需的各种控制信号。地址译码器: 将地址信号转换成各地址单元相应的选通信号。27二、计算机发展简史1. 根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段：电子管计算机 (19461956) 晶体管计算机 (19571964)集成电路计算机 (19651970)超大规模集成 电路计算机 (1971至今)l 用机器语言、汇编语言编写程l 用于军事和国防尖端技术l 开始使用高级语言l 开始用于工程技术、数据处理和其它科学领域l 采用微程序、流水线等技术，提高运行速度l 出现操作系统、诊断程序等软件l 采用半导体存储器l 采用图形界面操作系统l 器件速度更快, 软件、外设更加丰富 主要特点282计算机的两个方向发展：l 研制高速度、强功能的巨型机和大型机适应军事和尖端科学的需要。l 研制价格低廉的超小型机和微型机开拓应用领域和占领更广大的市场。微型计算机是第四代计算机的典型代表 。29四、微型计算机概述1. 微型计算机的基本结构2. 微处理器、微型计算机、微型计算机系统3. 微型计算机的特点4. 微型计算机的分类5. IBM PC机的发展简史301. 微型计算机的基本结构简介 1) 构成部件 ; 2) 工作过程存 储 器I/O 接 口输 入 设 备I/O 接 口数据总线 DB控制总线 CB地址总线 AB输 出 设 备CPU31存 储 器I/O 接 口输 入 设 备I/O 接 口数据总线 DB控制总线 CB地址总线 AB输 出 设 备CPU微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过输入/输出接口与系统相连； ( 输入/输出接口简称I/O接口 )各部件通过总线连接。构 成 部 件32(1)总线l 总线是连接多个功能部件的一组公共信号线微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输总线 BUS存 储 器I/O 接 口输 入 设 备I/O 接 口输 出 设 备CPU33ISA 插 槽PCI插槽AGP 插 槽北桥 芯片组南桥 芯片组内存插槽CPU插槽IDE接口软驱接口并口连接器串口连接器ROM BIOS鼠标键盘 USB 接口主板 电源 插