第1章 进制与码元教材郑初华主编，郑初华主编，汇编语言、微机原理及接口技术汇编语言、微机原理及接口技术，电子工业出，电子工业出版社版社课程情况教学：教学：56学时学时实验：实验：1周周考试：作业考试：作业10%，实验，实验10%，期末考试，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 (美美)Barry B.Brey 著著 陈谊陈谊 等译等译 机械工业出版社机械工业出版社 1998.1 第一版第一版 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注重原理,结合应用结合应用本课程的学习方法 记忆指令记忆指令,上机调试上机调试,自学与听讲结合自学与听讲结合本课程学习注意问题既要注重细节既要注重细节,也要注重全局概念也要注重全局概念克服枯燥克服枯燥,结合原理探讨有关应用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3 11.2 微型计算机的硬件结构31.3 数字化信息编码与数据表示31.4 无符号二进制数的运算31.5 数的编码方法31.6 计算机中数据的表示方法31.7 IBM PC系列微机系统简介31.8 微型计算机系统的主要性能指标323456781.1 概 述电子计算机的发展：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：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（微型计算机（Microcomputer）单片计算机（Single-Chip Microcomputer）微型计算机的核心：微处理器微型计算机的核心：微处理器(中央处理器中央处理器CPU)Intel CPU的发展见下页表的发展见下页表代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.9134.77-108-20300七2002？64Itanium ？0.08CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/时钟周期)3000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，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 - 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Intel 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1.69亿颗，硅晶面积为135平方厘米，设计热功率为115WP4-Prescott CPUIntel 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3 11.2 微型计算机的硬件结构31.3 数字化信息编码与数据表示31.4 无符号二进制数的运算31.5 数的编码方法31.6 计算机中数据的表示方法31.7 IBM PC系列微机系统简介31.8 微型计算机系统的主要性能指标323456781.2 微型计算机的硬件结构微机的硬件体系结构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CPUCPU定时电路接口接口ROMRAMI/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3 11.2 微型计算机的硬件结构31.3 数字化信息编码与数据表示31.4 无符号二进制数的运算31.5 数的编码方法31.6 计算机中数据的表示方法31.7 IBM PC系列微机系统简介31.8 微型计算机系统的主要性能指标323456781.3 数字化信息编码与数据表示掌握 特点；特点； 表示方法；表示方法； 相互间的转换。相互间的转换。一、常用记数制1十进制（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（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（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（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，对任意一个一般地，对任意一个K进制数进制数S都可表示为都可表示为其中： 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：数字后面加二进制：数字后面加B, 如如1001B八进制：数字后面加八进制：数字后面加O, 如如1001O十进制：一般不加十进制：一般不加, 如如1001十六进制：数字后面加十六进制：数字后面加H , 如如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十进制 二进制的转换：二进制的转换： 整数部分：除整数部分：除2取余；取余； 小数部分：乘小数部分：乘2取整。取整。十进制十进制 十六进制的转换：十六进制的转换： 整数部分：除整数部分：除16取余；取余； 小数部分：乘小数部分：乘16取整。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用4位二进制数表示位二进制数表示1位十六进制数位十六进制数 例： 10110001001.110 = (?)H 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 (取整取整=1) (1.375-1)*2=0.75 (取整取整=0) 0.75*2=1.5 (取整取整=1) (1.5-1)*2=1 (取整取整=1)提纲1.1 概 述3 11.2 微型计算机的硬件结构31.3 数字化信息编码与数据表示31.4 无符号二进制数的运算31.5 数的编码方法31.6 计算机中数据的表示方法31.7 IBM PC系列微机系统简介31.8 微型计算机系统的主要性能指标323456781.4 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=00000010B 余数=00000011B2. 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 = ABABY000010100111&ABY注：基本门电路仅完成注：基本门电路仅完成1位二进制数的运算位二进制数的运算或门（OR Gate）Y = ABABY000011101111YAB1 1非门（NOT Gate）1AYY = AAY0110异或门（eXclusive OR Gate）Y = ABYABABY0000111011101.5 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符号位为 0 表示表示正数正数，符号位为，符号位为 1 表示表示负数负数符号位+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在以下讲述中，均以位二进制数为例例： +52 = +0110100 = 0 0110100 -52 = -0110100 = 1 0110100 真值真值机器数机器数符号位符号位数值位数值位 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=+0010010X=-18=-0010010原码X原 =0 0010010X原 =1 0010010符号符号位n位原码表示数值的范围是位原码表示数值的范围是对应的原码是对应的原码是1111 0111。数0的原码8位数0的原码：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：数0的原码不唯一。反码 X 反反定义 若X0 ，则 X反=X原 若X0， 则X补= X反= X原若X按所配用的按所配用的CPU不同分为：不同分为：XT主板、AT主板、386主板、486主板、Pentium主板按使用总线不同分为：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3 11.2 微型计算机的硬件结构31.3 数字化信息编码与数据表示31.4 无符号二进制数的运算31.5 数的编码方法31.6 计算机中数据的表示方法31.7 IBM PC系列微机系统简介31.8 微机的主要性能指标和先进技术32345678一、微型计算机系统的主要性能指标1、字长：、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、存储器容量 : 一般以字节为单位来表示。3、运算速度、运算速度 有几种不同的运算速度的计算方法： （1）MIPS方法方法:以每秒能执行几百万条指令来衡量。以每秒能执行几百万条指令来衡量。 （2）最短指令法）最短指令法: 以执行时间最短的指令为标准来计算以执行时间最短的指令为标准来计算 （3）直接计算法）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。指令执行的时间。4、扩展能力和外设配置、扩展能力和外设配置。5、软件配置、软件配置 。二、微机中应用的几项先进技术二、微机中应用的几项先进技术1、流水线技术、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。条指令的并行操作，加速程序的执行速度。486微机采用六级微机采用六级流水线结构，同时有六条指令并行操作。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、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。保存程序中经常重复使用的指令和数据。CPU在操作时，在操作时，首先到首先到CACHE中查找需要的指令或数据中查找需要的指令或数据，可大大，可大大提高程序的执行速度。提高程序的执行速度。二、微机中应用的几项先进技术二、微机中应用的几项先进技术3、虚拟存储器技术、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内存和外存形成一个整体个整体。操作时由系统软件统一管理和调度，按要求将外存的。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内容依次调入内存供CPU执行。从执行。从CPU看到的是一个速度接近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。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微机的实地址空间为4G字节，而虚拟地址空间为字节，而虚拟地址空间为64T字节。字节。4、 RISC技术技术精简指令集计算技术简称精简指令集计算技术简称RISC技术，其主导思想是技术，其主导思想是精简精简CPU芯芯片中指令的数目片中指令的数目，简化芯片的复杂程度，使指令的执行速度更，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以上是只占以上是只占CISC指令集中不足指令集中不足20的指令。的指令。