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计算机硬件技术基础学时数安排讲课：32学时实验：32学时任课教师：时颖联系电话：65103190邮件地址：shiying@cqu.edu.cn课程教学目的要求目的：使学生获得计算机硬件技术的基础知识、基本思想和基本方法技能，培养学生利用计算机硬件为主技术、从硬件与软件的结合上处理问题的思维方式和分析、解决本专业领域问题（或一般实际问题）的初步能力，为进一步学习和应用相关方面的新知识、新技术打下必要基础。系统设计/扩展能力实际动手能力自我学习能力要求：通过学习，有初步的考试形式：开卷实验20%笔试60%考试分数计算：平时20%学习方式：听课+自学+复习→用户名→密码→进入→课程中的教学资料教学资料获取方法：㈠教学目标介绍微机的基本知识以及微机系统的结构、工作原理、主要性能指标和现代微机的先进技术。㈡学习要求通过本章的学习，要求了解微机的基本结构、简单工作过程及现代微机的基本知识。第一章微型计算机基础第一章微型计算机基础第一节微型计算机的组成第二节微处理器的内部结构及简单工作过程第三节微型计算机中的先进计算机技术第四节微型计算机的主要性能指标及典型微型计算机第一节微型计算机的组成二、微型计算机的硬件组成一、微型计算机系统的组成硬件和软件两大部分组成1.存储器存储器是计算机中存储程序和数据的部件。计算机的存储器分为两大部分，一部分为内部存储器或主存储器，简称内存或主存；另一部分为外部存储器或辅助存储器，简称外存或辅存。存储容量衡量计算机系统中存储器的存储能力的一个指标，包括内存容量和外存容量。内存容量以字节为单位，分为装机容量（实际容量）和最大容量。最大容量由CPU的地址总线的位数决定。如某CPU地址总线为16位，则内存最大容量为64KB（1024B为1KB1024KB为1MB1024MB为1GB1024GB为1TB）。而装机容量可按软件环境而定。存储速度描述存储器工作快慢程度的指标，它指信息存入存储器和从存储器中取出所需要的时间。存储的类型半导体存储器磁记录存储器光盘存储器2.运算器完成各种算术运算和逻辑运算的部件，主要由算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU）、累加器、标志寄存器等组成。3.控制器控制器是整个计算机的指挥系统，它对每一条要执行的指令进行分析、判断，然后向计算机各部件发出控制信号来指挥整个自动地、协调地进行工作。它由指令寄存器（InstructionRegister，IR）、指令译码器（InstructionDecoder，ID）和定时控制电路（TimingandControl）等组成。4.输入输出设备输入设备：向主机送入信息（数据、程序以及各种字符信息）的设备。输出设备：接收主机输出的信息（计算机工作的中间结果和最后结果），并将它们显示出来。５.微型计算机的硬件结构特点（1）硬件结构微型计算机在硬件上普遍采用总线结构，总线结构使系统构成方便，并具有很好的可维护性和可扩展性。（2）总线所谓总线，就是一组用于信息公共传输的信号线，连在总线上的所有部件均能使用的公共线路，但使用必须是分时的。按传输信息方向，总线分为只能单方向传输信息的单向总线和可以双向传送信息的双向总线。按传输信息类别，总线分为传输数据信息的数据总线（DataBus,DB）、传输地址信息的地址总线（AddressBus，AB）和传输控制信息的控制总线（ControlBus,CB）。（3）数据总线、地址总线、控制总线用于实现CPU与内存储器或I/O设备间的信息交换。DB是双向总线。DB的位数越多（宽），一次传输的数据信息量就越大，8位DB一次只能传输1个字节的数据信息，而64位DB则一次可以传输8个字节的数据信息。数据总线DB用来确定CPU要访问的内存单元或I/O端口的地址信号，它是由微处理器发出，故AB为单向总线。AB的位数越宽，寻址的空间就越大。对于地址总线为16位的微处理器而言，即有AB15～AB016条地址线，寻址范围为216=64KB；对于地址总线为32位微处理器而言，其寻址范围为232=4GB。用于传送控制信号的一组信号线。它包括微处理器向存储器发送的读选通信号RD、写选通信号WR，以及外设向微处理器发送的中断请求信号NMI、INTR等。控制总线的各位作用不同，且一般都是单向的。地址总线AB控制总线CB三、微型计算机的软件组成计算机的软件包含系统软件和应用软件两部分。系统软件是使用和管理计算机的软件，如操作系统、数据库管理系统、网络管理系统以及各种语言处理程序、系统维护程序等。应用软件则是用户根据自己的需要，为解决某一实际问题而编制的程序，如企业的财务管理、人事管理，设备状态监测的数据采集与处理等。四、计算机中数的表示方法及运算方法（复习）1.二进制2.二进制（B）与十进制（D）、十六进制（H）间的转换3.带符号数在计算机中的表示方法----机器数4.原码、反码、补码5.ASCII码6.BCD码7.二进制间的加减运算及逻辑（与、或、异或、非）运算第二节微处理器的内部硬件结构及简单工作过程1.微处理器微处理器是微型计算机的运算和控制指挥中心。它主要由运算器、控制器和寄存器组三个主要部件以及内总线组成。①运算器由累加器（Accumulator，A）、暂存器（Temporary，TMP）、算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU）、标志寄存器（FlagRegisters，F）和一些逻辑电路组成。累加器算术逻辑单元标志寄存器CF进位标志CF=1运算时产生了进/借位0运算时无进/借位ZF零标志ZF=1运算结果为00运算结果非零SF符号标志SF=1运算结果为负0运算结果为正AF辅助进位标志AF=1运算时有辅助进/借位0运算时无辅助进/借位PF奇偶标志PF=1运算结果中“1”的个数为偶数0运算结果中“1”的个数为奇数OF溢出标志OF=1有溢出0无溢出如：两无符号数A、B进行比较：=若A－B后有ZF=1，则AB若A－B后有CF=1，则AB＜若是带符号数进行大小比较，能用CF标志来判断？例：A=FFH，B=01H；A－B=FEH，此时CF=0，A＞B？对带符号数的大小判断有两种方法方法一：数值与符号分开判断方法二：数值与符号同时判断例：若A＞0，B＜0，应有A＞B成立①A=100D，B=－50D，A－B有：01100100B＋00110010B10010110BSF=1A＜B？②A=15D，B=－5D，A－B有：00001111B＋00000101B00010100BSF=0A＞B？对带符号数的大小判断应先判溢出标志OF，即A－B后，若OF=1则SF=1A＞BSF=0A＜B若OF=0则SF=0A＞BSF=1A＜B②控制器实现取指令、分析指令（指令译码）和执行指令。③寄存器阵列寄存器阵列主要包含两类寄存器，一是通用寄存器，供用户使用；二是一些用途固定的专用寄存器，如程序计数器、堆栈指示器。程序计数器PC用于存放下一条要执行的指令在存储器中存放的地址。堆栈和堆栈指示器SP堆栈是一块设在内存中按先进后出（FirstInLastOut，FILO）原则组织的存储区域，用于存放数据。数据存入栈区称为压入（PUSH），从栈区中取出数据称为弹出（POP）。堆栈指示器SP用于指示当前栈顶元素所在的位置，无论是压栈还是弹栈总是在栈顶进行的。随着对堆栈的压入和弹出操作，SP的值会自动变化，NN-1N-K+1N-K┇┇堆栈区（K个单元）SP数据存放方式为先进后出(FILO)┇四、简单工作过程取指令、分析指令、执行指令程序如下：ORG1000H对应机器码1：MOVA，5CH；B0H5CH2：ADDA，2EH；04H2EH3：JO100AH；70H0AH4：MOV(0200H),A;10HA2H00H02H5:HLT;F4H010111000010111010001010＋有溢出