微机原理第一章计算机基础

微机原理与应用教材：80X86/Pentium微型计算机原理及应用吴宁主编电子工业出版社课时安排：1-16周课程简介本课程主要涉及Intel系列微处理器的程序设计以及接口技术，是进一步学习和掌握基于Intel系列微处理器的电子、通信和控制系统的程序设计和接口技术以及芯片开发的入门课程。主要内容：–汇编语言：80X86宏汇编语言的程序设计方法及应用–微机原理：微处理器结构，存储器原理，中断系统在微机系统中的实现等等。–接口技术：基本的I/O接口芯片（8253，8255A，8251A，8237A等），常用总线及接口（ISA，EISA，VESA，PCI，USB，AGP)。内容纲要1计算机基础280X86/Pentium微处理器380X86/Pentium指令系统4汇编语言程序设计5半导体存储器6输入/输出和中断技术7微型机接口技术*8微型计算机系统与计算机网络第一章计算机基础1.1概述1.2计算机中数值数据信息的表示无符号数带符号数：原码、反码、补码定点数与浮点数BCD码1.3计算机中非数值数据的表示ASCII码（英文）交换码、内码（汉字）1.4微型计算机基本工作原理硬件、软件、指令执行1.5计算机的主要性能指标第1章微型计算机基础1.1概述第一台电子计算机ENIAC，于1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功，美籍数学家冯·诺依曼（VonNeumann）所确立的存储程序体系沿用至今冯·诺依曼结构计算机的3点重要设计思想：①由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成。②采用二进制。③指令和数据都放在存储器中，机器能自动执行程序（存储程序思想）1.1概述第1章微型计算机基础计算机发展简史1946第一台电子计算机ENIAC。第一代计算机—1946~1955，电子管。第二代计算机—1956~1963，晶体管。第三代计算机—1964~1971，中小规模集成电路。第四代计算机—1972~1986，大规模集成电路。第五代计算机—1986~今，超大规模集成电路。1.1概述第1章微型计算机基础微处理器的发展史第一代微型机（1971-1973）4位和低档8位微处理器第二代微型机（1974-1977）中高档8位微处理器第三代微型机（1978-1984）16位微处理器第四代微型机（1985-1992）32位微处理器第五代微型机（1993-今）64位微处理器–1993~2019Pentium（64位外部数据总线）–2019~2019加强型Pentium–2019~今64位CPU、双核CPU等1.1概述第1章微型计算机基础第一代微型机（1971-1973）4位和低档8位微处理器1.1概述典型产品有Intel4004(1971年、4位)和Intel8008（1972年、8位）。特点–字长：4位或8位–时钟频率：1MHz–平均执行指令时间：20μs–集成度：2000管/片第1章微型计算机基础第二代微型机（1974-1977）中高档8位微处理器Intel8080,Motorola公司的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085，Rockwell与MOSTechnology的6502等。特点–字长：8位–时钟频率：2～4MHz–平均执行指令时间：1～2μs–集成度：5000～10000管/片1.1概述第1章微型计算机基础第三代微型机（1978-1984）16位微处理器Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和Zilog公司的Z8000特点–字长：16位–时钟频率：4～40MHz–平均执行指令时间：0.5μs–集成度：20000～60000管/片1.1概述第1章微型计算机基础第四代微型机（1985-1992）32位微处理器Intel公司推出80186、802861985年，Intel公司推出能进行多任务处理的32位微处理器80386，同时有Motorola公司的M680201989年，Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040特点–字长：32位–时钟频率：10～120MHz–平均执行指令时间：0.2μs–集成度：几十万～上百万管/片1.1概述第1章微型计算机基础Pentium1993年3月，Intel公司的奔腾（Pentium）时钟频率：60/66MHz运行速度：112MIPS集成度：310万管/片2019年2月，Intel公司的PentiumPro时钟频率：166MHz以上集成度：550万管/片2019年Intel公司的PentiumMMX1.1概述第1章微型计算机基础加强型Pentium2019年到2019年，Intel公司的PentiumⅡ、PentiumⅢ、AMD公司的AMD-K7，这些芯片的集成度高达750万管/片，时钟频率达到750MHz。2019年底，PentiumⅣ主频高达2GHz，具有4200万只晶体管，主流高端32位CPU市场的佼佼者。AMD公司的AthlonCPU，1.33GHz主频及2GHz主频。1.1概述第1章微型计算机基础64位CPU2019年5月，Intel公司正式推出了第一种64位微处理器Itanium（安腾）。Itanium由英特尔和惠普联合开发，主要用于工作站和服务器机型，内置2～4MB的3级缓存、工作频率为800MHz及722MHz的产品，价格为1177美元至4427美元。AMD公司的AMD-K81.1概述第1章微型计算机基础微处理器发展过程第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史intel4004，intel的发展史就是从这块cpu起步的1.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史800880851.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史80861.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史80286，intel最后一块16位cpu1.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史486，这是intel最后一代以数字编号的cpu80386，intel第一代32位cpu1.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史pentium，传说中的586pentiumpropentiummmx1.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史pentiumIICeleron（赛扬）1.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史pentiumIIIkatmaiIntelpentiumIIItualatin/copperminepentiumIII1.1概述第1章微型计算机基础Intel的CPU的发展史intelpentiumIV_423intelpentiumIV_4781.1概述第1章微型计算机基础微型计算机的发展现状工作频率：CPU工作频率、系统总线工作频率并行计算：双核、超级流水线多媒体处理：数据流单指令多数据扩展2(SSE2)指令集扩展、MMX和SSE技术,更好的支持DVD播放，音频和3D图形数据处理，网络流数据处理等其他：高速缓存技术、双通道RDRAM等第1章微型计算机基础数据、信息、媒体和多媒体数据数值型数据、非数值型数据信息：对人有用的数据，这些数据可能影响到人们的行为和决策媒体：承载信息的载体感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体、传输媒体多媒体：多种感觉媒体1.1概述第1章微型计算机基础1.2计算机中数值数据信息的表示用一个8位二进制数表示一个有符号数：D7D6D5D4D3D2D1D0符号位数字位D7=0正数1负数机器数真值01011011B=[phone]B=91连同符号位一起数值化了的数，称为机器数。机器数所表示的真实的数值，称为真值。机器数与真值1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础计算机中数值数据信息的表示常用的数制–二进制数（以B结尾）–八进制数（以O结尾）–十六进制数（以H结尾）–十进制数（以D结尾）注：数在机器中是用二进制表示的，但为了书写方便我们用十六进制表示，一个字节（8位二进制数）用两位十六进制数来表示。例：10110011B＝179D＝B3H1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础位、字、字节、双字和字长•位（bit）：计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b•字节（byte）：由8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作B。例如8086/8088有20位地址线，它的存储器寻址范围（容量）是220字节，记做1MB。1K=1024=210；1M=1024K=220；1G=1024M=230；1T=1024G=240；1KB＝1K×8b•字（word)：是计算机内部进行数据传递的基本单位,它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位数和数据总线的宽度。1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础位、字、字节、双字和字长•字长：字所包含的二进制位数，即微处理器一次可以直接处理的二进制数码的位数。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位等等。例如：8088称为准16位微处理器，而80386SX称为准32位微处理器。•IBMPC/XT机规定：字（W）＝2字节＝16位双字（DW）＝4字节＝32位四字（QW）＝8字节＝64位半字节字节字双字03034707078F8F1017181F1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础无符号数和带符号数无符号数：无符号数的最高位不是符号位而是数值的一部分。带符号数:把二进制数的最高一位定义为符号位，符号位为0表示正数，符号位为1表示负数。符号位：如果是8位二进制数，则符号位是D7，如果是16位二进制数，则符号位是D15。1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础原码原码：数值部分不变，用最高位表示数的正、负号，0表示正，1表示负【例1】X=+1001001[X]原=01001001【例2】X=-1001001[X]原=11001001零的表示[+0]原=00000000[-0]原=10000000原码在运算中存在的问题(1)10-(1)10=(1)10+(-1)10=(0)10(00000001)原+(10000001)原=(10000010)原=(-2)（不正确）1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础反码反码：正数的反码与原码相同；负数的反码是将它的原码除符号位外逐位取反【例3】X=+1001001[X]反=01001001【例4】X=-1001001[X]反=10110110反码的零[+0]反=00000000[-0]反=11111111反码在运算中存在的问题(1)10-(1)10=(1)10+(-1)10=(0)10(00000001)反+(11111110)反=(11111111)反=(-0)（有问题）(1)10-(2)10=(1)10+(-2)10=(-1)10(00000001)反+(11111101)反=(11111110)反=(-1)（正确）(-1)10-(2)10=(-1)10+(-2)10=(-3)10(11111110)反+(11111101)反=(11111011)反=(-4)（不正确）1.2计算机中数值数据信息的表示第1章微型计算机基础补码补码定义–同余a+kM=a(modM)例：6=-2+8=-2(mod8)，即以8为模时，6称为-2的补码，此时减法可以转换为加法进行（加补码）7-2=5=7+6(mod8)–补码定义1.2计算机中数值数据信息的表示01100][1111xxxxxxxnn补02mod22mod202][11nnnnnxxxxx补或第1章微型计算机基础补码的求法方法一：正数的补码和原码相同，负数的补码等于反码加1（-2n-1代替了-0）方法二：正数的补码和原码相同，负数的补码符号位为1，将原数值中最右边一个1及其后面的0保持不变，