微型計算機系統(tǒng)基本組成原理

微型計算機系統(tǒng)基本組成原理第一頁，共八十六頁，2022年，8月28日2課程在計算機課程體系中的位置硬件類軟件類CPU及整機設(shè)計（計算機組成原理）BIOS與接口驅(qū)動程序設(shè)計模擬電路、數(shù)字邏輯電路設(shè)計嵌入式/單片機系統(tǒng)SOC芯片設(shè)計計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外圍接口電路設(shè)計操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C++JAVA離散數(shù)學(xué)計算機系統(tǒng)綜合設(shè)計電子商務(wù)多媒體技術(shù)…算法設(shè)計、數(shù)值分析、信號與系統(tǒng)、計算機理論課程、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程匯編語言軟件工程VB…第二頁，共八十六頁，2022年，8月28日3課程教學(xué)目的掌握先進(jìn)微處理器芯片結(jié)構(gòu)、微型計算機實現(xiàn)技術(shù)、計算機主板構(gòu)成、各種接口技術(shù)原理及其應(yīng)用編程方法；掌握匯編語言程序的編寫方法，尤其掌握接口訪問的方法。了解微機技術(shù)新的發(fā)展趨勢，系統(tǒng)科學(xué)地獲得分析問題和解決問題的訓(xùn)練；提高分析和設(shè)計接口的能力。第三頁，共八十六頁，2022年，8月28日4課程要求不僅要學(xué)習(xí)微機各種接口電路的原理與作用，熟悉PC系列機接口電路，而且還要掌握常用接口的設(shè)計與分析方法，學(xué)會使用匯編語言（C語言）對接口進(jìn)行編程，并具有一定的動手實驗?zāi)芰徒涌趹?yīng)用程序的編寫能力，為微機的深入應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)SOC設(shè)計等的學(xué)習(xí)與實踐打下良好基礎(chǔ)。下載電子講義，課堂上注意聽講并及時記錄教師課堂上補充的內(nèi)容，認(rèn)真獨立完成作業(yè)，做好課程實驗、做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。第四頁，共八十六頁，2022年，8月28日5課程學(xué)習(xí)方法特點：本課程涉及的知識范圍廣，內(nèi)容多1.抓住x86系列微機基本結(jié)構(gòu)這條主線，分析其基本結(jié)構(gòu)，掌握各接口電路及可編程接口芯片的應(yīng)用。2.進(jìn)一步擴展和延伸CPU—從Pentium~Core2Duo，實模式~保護(hù)模式；匯編語言－CPU及接口直接控制，16位~32位匯編；總線—PCI，USB，PCI-Express等；中斷—從實模式下的中斷向量～保護(hù)模式下的中斷描述符；從傳統(tǒng)中斷～PCI中斷～串行中斷

芯片組—從中大規(guī)模集成電路(8237、8254、8255、8259等）~超大規(guī)模集成電路(MCH、ICH)。存儲管理－從實地址模式到保護(hù)模式存儲管理第五頁，共八十六頁，2022年，8月28日6課程學(xué)習(xí)方法3.理論與實踐相結(jié)合，鍛煉實驗動手能力。掌握匯編語言編程方法掌握x86系列尋址方式掌握x86常用指令學(xué)會x86匯編程序編寫方法掌握PC機接口程序的編寫方法充分利用課程實驗鍛煉自己的編程能力和接口設(shè)計與分析能力。第六頁，共八十六頁，2022年，8月28日74.從系統(tǒng)的角度弄清楚“軟件發(fā)出I/O寫指令→CPU及譯碼電路產(chǎn)生數(shù)據(jù)/控制信號→接口電路產(chǎn)生對外設(shè)的數(shù)據(jù)信號和控制信號”的過程，以及“外設(shè)的數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)→接口電路→CPU→I/O讀指令將數(shù)據(jù)或狀態(tài)送到軟件”的過程；5.學(xué)會分析與設(shè)計接口電路的基本方法分析接口兩側(cè)的情況合理選擇接口芯片正確分析相關(guān)芯片的時序搭配進(jìn)行正確的信號轉(zhuǎn)換6.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔助：

登錄密鑰：200912課程學(xué)習(xí)方法

第七頁，共八十六頁，2022年，8月28日8課程內(nèi)容組織第1章微型計算機系統(tǒng)基本組成原理第2章微處理器和指令系統(tǒng)第3章匯編語言及編程第4章總線和總線技術(shù)第5章存儲器第6章I/O接口第7章典型可編程接口芯片及應(yīng)用第8章常用交互設(shè)備及接口第9章模擬I/O器件及接口第10章多媒體設(shè)備及接口第八頁，共八十六頁，2022年，8月28日9第一章重點微機系統(tǒng)的三個層次和主要性能指標(biāo)；三總線結(jié)構(gòu)和各大組成部分的功能；MPU的主要硬件組成及各部分功能；指令和指令執(zhí)行過程；計算機工作過程的實質(zhì)；現(xiàn)代主流微機系統(tǒng)的主板結(jié)構(gòu)。第九頁，共八十六頁，2022年，8月28日10第二章重點Intel系列微處理器的演變歷史；Pentium的內(nèi)部基本寄存器功能及應(yīng)用；操作數(shù)尋址方式；通用整數(shù)指令。第十頁，共八十六頁，2022年，8月28日11第三章重點匯編語言程序結(jié)構(gòu)；基本結(jié)構(gòu)程序和子程序設(shè)計方法；第十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日12第五章重點各類存儲器芯片的接口特性和選用原則；由存儲芯片構(gòu)成存儲系統(tǒng)時，位數(shù)、字?jǐn)?shù)的擴展和片選控制方法。第十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日13第六章重點接口的基本功能和基本結(jié)構(gòu)；兩種I/O編址方式的特點和優(yōu)缺點；幾種I/O同步控制方式的特點和優(yōu)缺點。第十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日14第七章重點中斷的響應(yīng)條件和中斷處理過程；兩種多中斷源服務(wù)判決方法的原理、特點及其帶來的優(yōu)缺點；8259內(nèi)部寄存器的讀/寫控制方法，命令字格式和編程；用戶中斷入口地址的設(shè)置；計數(shù)器用作計數(shù)和定時的原理；8254的工作方式及初始化編程；并行接口和串行接口的異同；8255的三種工作方式及編程使用。第十四頁，共八十六頁，2022年，8月28日15第八章重點行列掃描式鍵盤接口的原理與方法；多位LED的動態(tài)掃描、分時循環(huán)顯示原理及實現(xiàn)方法；并行打印機基本接口方法。第十五頁，共八十六頁，2022年，8月28日16第九章重點T型、倒T型電阻DAC原理；逐次逼近ADC原理；DAC和ADC與MPU的接口方法。第十六頁，共八十六頁，2022年，8月28日17課程考核要求考試成績（課堂教學(xué)內(nèi)容）50％實驗成績（實驗出勤、實驗報告完成及操作情況）30％平時成績（作業(yè)等學(xué)習(xí)情況） 20％總成績＝考試成績＋實驗成績＋平時成績第十七頁，共八十六頁，2022年，8月28日18重點：1.微機系統(tǒng)的三個層次和主要性能指標(biāo)；2.三總線結(jié)構(gòu)和各大組成部分的功能；3.MPU的主要硬件組成及各部分功能；4.指令和指令執(zhí)行過程；5.計算機工作過程的實質(zhì)；6.現(xiàn)代主流微機系統(tǒng)的主板結(jié)構(gòu)。第一章微型計算機系統(tǒng)基本組成原理第十八頁，共八十六頁，2022年，8月28日191.1微型計算機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)1.2微型計算機的運算基礎(chǔ)1.3微型計算機基本工作原理1.4目前主流微機系統(tǒng)的硬件配置與主板結(jié)構(gòu)1.5微機系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第一章微型計算機系統(tǒng)基本組成原理第十九頁，共八十六頁，2022年，8月28日201.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1.2各大組成部分概述1.1微型計算機系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)第二十頁，共八十六頁，2022年，8月28日21硬件上由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成；數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼的形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也為二進(jìn)制形式；控制器按指令流驅(qū)動的原理工作。目前各種微機系統(tǒng)采用的基本上是計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)——馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點是：1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日221.三總線結(jié)構(gòu)1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計算機系統(tǒng)硬件軟件運算器控制器存儲器輸入/輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件各部分間通過三條總線相連，故這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也稱為三總線結(jié)構(gòu)。第二十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日23MPURAM外設(shè)ABDBCBROMI/O接口三總線

模塊間的雙向依賴關(guān)系變?yōu)楦髂K面向總線的單向依賴關(guān)系，簡化了微機的結(jié)構(gòu)。使微機系統(tǒng)易于擴充和維護(hù)。微型計算機三總線結(jié)構(gòu)示意圖:1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日24

單總線結(jié)構(gòu)

雙總線結(jié)構(gòu)

多層總線結(jié)構(gòu)2.總線結(jié)構(gòu)分類根據(jù)總線組織方法的不同，總線結(jié)構(gòu)可分為以下三類：1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二十四頁，共八十六頁，2022年，8月28日25單總線結(jié)構(gòu)示意圖:特點：MPU對M和I/O的讀寫只能分時進(jìn)行。優(yōu)點：邏輯結(jié)構(gòu)簡單，成本低，實現(xiàn)容易。單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)I/O接口外設(shè)MMPU1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二十五頁，共八十六頁，2022年，8月28日26特點：MPU可分別在兩套總線上同時與M和I/O口交換信息。優(yōu)點：展寬了總線帶寬，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)示意圖:1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲總線I/O總線I/O接口M外設(shè)MP

U第二十六頁，共八十六頁，2022年，8月28日27DMA控制器全局總線全局M全局I/OMPU總線控制邏輯局部I/O局部M緩沖器局部總線單總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)多層總線結(jié)構(gòu)(以雙層為例）多層總線結(jié)構(gòu)示意圖(以雙層為例):真正實現(xiàn)了多層總線上的并行工作。這對等效總線帶寬的增加，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸效率的提高，效果更明顯。1.1.1總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二十七頁，共八十六頁，2022年，8月28日28微處理器（MPU)存儲器I/O設(shè)備及接口

微機系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成的，在硬件上主要由以下幾部分組成：1.1.2各大組成部分概述第二十八頁，共八十六頁，2022年，8月28日29---微型計算機的運算和指揮控制中心

不同型號微機性能的差別首先在于其微處理器性能的不同，而微處理器的性能又與它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、硬件配置有關(guān)。每種微處理器有其特有的指令系統(tǒng)，但無論哪種微處理器，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)總是相同的，都有控制器、運算器和內(nèi)部總線及緩沖器三大部分，每部分又各由一些基本部件組成。1.微處理器1.1.2各大組成部分概述第二十九頁，共八十六頁，2022年，8月28日30指令寄存（IR）指令譯碼（ID）操作控（OC）累加（ACC）累加鎖存器暫存器

算術(shù)邏輯單元（ALU)標(biāo)志寄存器（FR）地址總線（AB）地址緩沖器……控制總線（CB）

寄存器組（RS）堆棧指針（SP）程序計數(shù)（PC）通用寄存器組內(nèi)部總線及緩沖器數(shù)據(jù)總線（DB)數(shù)據(jù)緩沖器運算器控制器微處理器典型結(jié)構(gòu)示意圖1.1.2各大組成部分概述第三十頁，共八十六頁，2022年，8月28日312.存儲器（內(nèi)存或主存）內(nèi)存由一個個內(nèi)存單元組成，每個單元中一般存放一個字節(jié)(8位)的二進(jìn)制信息。內(nèi)存單元的總數(shù)目叫內(nèi)存容量。內(nèi)存中存放的數(shù)據(jù)和程序形式上都是二進(jìn)制數(shù)。微機通過給每個內(nèi)存單元規(guī)定不同的地址來管理內(nèi)存?！C的存儲記憶部件，用以存放數(shù)據(jù)和程序。①內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容1011001001111110000011001100011101110010??????內(nèi)容地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH內(nèi)存示意圖1.1.2各大組成部分概述第三十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日32CPU對內(nèi)存的操作有讀、寫兩種。②內(nèi)存操作1011001001111110000011001100011101110010??????內(nèi)容地址00000H00002HF0000H00001HFFFFFH內(nèi)存示意圖

將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU內(nèi)部,不改變被讀單元的內(nèi)容。CPU將其內(nèi)部信息傳送到內(nèi)存單元保存下來,從而改變被寫單元的內(nèi)容。讀操作寫操作1.1.2各大組成部分概述第三十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日33隨機存取存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)③內(nèi)存分類按工作方式的不同，內(nèi)存分為兩大類：特點可被CPU隨機的讀和寫,斷電后所有信息會消失。特點只能被CPU隨機讀取，不能任意寫入。斷電后信息不會丟失。1.1.2各大組成部分概述第三十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日343.I/O設(shè)備及接口微機通過I/O設(shè)備與外部交換信息,但兩者處理的信息從數(shù)據(jù)格式到邏輯時序一般不能直接兼容,必須在兩者之間引入連接電路,即I/O接口電路。1.1.2各大組成部分概述第三十四頁，共八十六頁，2022年，8月28日351.2.1計算機中數(shù)的表示方法1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算1.2.3計算機中無符號數(shù)的運算1.2.4計算機中的乘除法運算1.2微機的運算基礎(chǔ)第三十五頁，共八十六頁，2022年，8月28日361.機器數(shù)和真值2.有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法3.數(shù)的定點和浮點表示4.無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第三十六頁，共八十六頁，2022年，8月28日37●在計算機中使用的、連同符號位一起數(shù)字化了的數(shù)，稱為機器數(shù)。通常用一個數(shù)的最高位作為符號位：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。1011010100101010例1.1：機器數(shù)真值（十進(jìn)制）-53+42●機器數(shù)所表示的真實值則叫真值。1.機器數(shù)和真值1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第三十七頁，共八十六頁，2022年，8月28日38常用的表示方法有三種:(1)原碼(2)反碼(3)補碼2.有符號數(shù)的機器數(shù)表示方法1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第三十八頁，共八十六頁，2022年，8月28日39

原碼的最高位表示符號，數(shù)值位用二進(jìn)制絕對值表示。設(shè)機器數(shù)位長為n，則數(shù)X的原碼定義為：n位原碼表示數(shù)值的范圍:-(2n-1

-1)?+(2n-1

-1)[+0]原=000…0[-0]原=100…0[X]原=X=0X1X2…Xn-1(X≥0)2n-1

+│X│=1X1X2…Xn-1(X≤0)數(shù)0的原碼有兩種不同的形式:(1)原碼(2)反碼(3)補碼原碼的定義：原碼表示簡單、直觀,與真值間轉(zhuǎn)換方便,但用它作加減運算不方便,且0有兩種表示方法。1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第三十九頁，共八十六頁，2022年，8月28日40正數(shù)的反碼表示與原碼相同;負(fù)數(shù)的反碼是將其原碼除符位外各位取反得到。即：n位反碼表示數(shù)值的范圍:-(2n-1

-1)～+(2n-1

-1)數(shù)0的反碼也有兩種形式:[+0]反=000…0(全0)[-0]反=111…1(全1)反碼還原為真值的方法:反碼→原碼→真值，而[X]原=[[X]反]反[X]反=0X1X2…Xn-1=X(X≥0)1X1X2…Xn-1=(2n-1)-│X│(X≤0)(1)原碼(2)反碼(3)補碼反碼的定義1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十頁，共八十六頁，2022年，8月28日41---正數(shù)的補碼表示與原碼相同;負(fù)數(shù)的補碼是將其原碼除符號位外各位取反加1而得到。即：n位補碼表示數(shù)值的范圍:-2n-1～+(2n-1-1)數(shù)0的補碼只有一個:[+0]補=[-0]補=000…0(全0)補碼還原為真值的方法:補碼→原碼→真值，而[X]原=[[X]補]補[X]補=0X1X2…Xn-1=X(X≥0)1X1X2…Xn-1+1=2n-│X│=2n+X(X≤0)(1)原碼(2)反碼(3)補碼補碼的定義：1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日42(1)原碼(2)反碼(3)補碼結(jié)論:①原碼、反碼、補碼的最高位都是表示符號位。符號位為0時，表示真值為正數(shù)，其余位都為真值。符號位為1時，表示真值為負(fù)數(shù)，其余位除原碼外不再是真值。②對于正數(shù)，三種編碼都一樣；對于負(fù)數(shù),三種編碼互不相同。所以原碼、反碼、補碼本質(zhì)上是用來解決負(fù)數(shù)在機器中表示的三種不同的編碼方法。③二進(jìn)制位數(shù)相同的原碼、反碼、補碼所能表示的數(shù)值范圍不完全相同。1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日43

計算機中不用某個二進(jìn)制位來表示小數(shù)點，而是隱含規(guī)定小數(shù)點的位置。

根據(jù)小數(shù)點的位置是否固定，數(shù)的表示方法可分為定點表示和浮點表示，相應(yīng)的機器數(shù)就叫定點數(shù)或浮點數(shù)。對于任一個二進(jìn)制數(shù)X，通常可表示成：X=2J·S其中，S為數(shù)X的尾數(shù)，J為數(shù)X的階碼，2為階碼的底。

尾數(shù)S表示數(shù)X的全部有效數(shù)字,階碼J則指出了小數(shù)點的位置。S值和J值均可正可負(fù)。當(dāng)J固定時,表示是定點數(shù)；當(dāng)J值可變時，表示是浮點數(shù)。3.數(shù)的定點和浮點表示1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日44根據(jù)小數(shù)點固定的位置不同。定點數(shù)有定點(純）整數(shù)和定點（純）小數(shù)兩種。

J=0,S為純整數(shù)時,小數(shù)點固定在數(shù)的最低位之后。符號位定點整數(shù)數(shù)值位(尾數(shù)S)隱含小數(shù)點位置定點整數(shù)

J=0,S為純小數(shù)時,小數(shù)點固定在數(shù)的最高位之前。符號位數(shù)值位(尾數(shù)S)隱含小數(shù)點位置定點小數(shù)定點小數(shù)

定點整數(shù)和定點小數(shù)在計算機中表示形式?jīng)]什么區(qū)別，其小數(shù)點完全靠事先的約定而隱含在不同位置。(1)定點數(shù)1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十四頁，共八十六頁，2022年，8月28日45其中：階碼一般用補碼定點整數(shù)表示，尾數(shù)一般用補碼或原碼定點小數(shù)表示。

為保證不損失有效數(shù)字，一般對尾數(shù)進(jìn)行規(guī)格化處理，即保證尾數(shù)的最高位是1,實際大小通過階碼來進(jìn)行調(diào)整。尾數(shù)部分階符Jf階碼J數(shù)符Sf尾數(shù)(也叫有效數(shù))S階碼部分(2)浮點數(shù)浮點數(shù)一般由4個字段組成,一般格式如下:1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十五頁，共八十六頁，2022年，8月28日468位補碼定點整數(shù)24位補碼定點小數(shù)

階符階碼數(shù)符尾數(shù)

31302423220已知某數(shù)X的機器碼為:

“”求其真值。解：補×2（00001001）補原×299=(-100000010.11)2=(-258.75)10例1.2

某計算機用32位表示一個浮點數(shù)，格式如下：1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十六頁，共八十六頁，2022年，8月28日471)位數(shù)不等的二進(jìn)制碼2)BCD碼3)ASCII碼：與非壓縮BCD碼相似，低4位完全相同，高4位為0011ASCII碼一般在計算機的輸入、輸出設(shè)備中使用，而二進(jìn)制碼和BCD碼則在運算處理過程中使用。三種表示方法非壓縮BCD碼：壓縮BCD碼：每位BCD碼用4位二進(jìn)制表示，一個字節(jié)表示2位BCD碼。

每位BCD碼用一個字節(jié)表示，高4位總是0000，低4位表示0～9。4.無符號數(shù)的機器數(shù)表示方法1.2.1計算機中數(shù)的表示方法第四十七頁，共八十六頁，2022年，8月28日481.補碼的加減法運算規(guī)則2.溢出與溢出判斷1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第四十八頁，共八十六頁，2022年，8月28日49加減法運算:[XY]補=[X]補+[Y]補求補運算:[-Y]補=0-[Y]補

=[Y]補連同符號位取反加11.補碼的運算規(guī)則1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第四十九頁，共八十六頁，2022年，8月28日50例1.3X=33，Y=45，求X+Y、X-Y。解:[X]補=00100001[Y]補=00101101,[-Y]補=11010011[X+Y]補=[X]補+[Y]補=01001110[X-Y]補=[X]補+[-Y]補=11110100所以,X+Y=[[X+Y]補]補=01001110=(+78)10

X-Y=[[X-Y]補]補=10001100=(-12)101.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第五十頁，共八十六頁，2022年，8月28日51①負(fù)數(shù)的補碼與對應(yīng)正數(shù)的補碼之間的轉(zhuǎn)換可用同一方法--求補運算實現(xiàn)，因而可簡化硬件；②可將減法變?yōu)榧臃ㄟ\算，從而省去減法器；③有符號數(shù)和無符號數(shù)的加法運算可用同一加法器電路完成，結(jié)果都正確。用補碼表示計算機中有符號數(shù)的優(yōu)點：1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第五十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日522.溢出與溢出判斷當(dāng)結(jié)果超出補碼表示的數(shù)值范圍時，補碼運算將會出錯。這種現(xiàn)象稱為“溢出”。計算機運算時要避免產(chǎn)生溢出,萬一出現(xiàn)了溢出,要能判斷，并做出相應(yīng)處理。溢出的概念1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第五十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日53微機中多采用“雙進(jìn)位位”法進(jìn)行溢出判斷。數(shù)值位累加器A(內(nèi)裝補碼)fbn-1bn-2……b1b0=1OFC1C2進(jìn)位位C1，有溢出0，無溢出OF=C1⊕C2=溢出的判別1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第五十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日54因為C2=1,C1=0,OF=C1⊕C2=1,所以有溢出,結(jié)果不對。因為C2=0,C1=0,OF=C1⊕C2=0,所以無溢出,結(jié)果正確。

例1.4求:55+66[55]補=00110111+[66]補=01000010□01111001=[121]補例1.5求：(-93)+(-59)[-93]補=10100011+[-59]補=110001011□01101000=[+104]補01根據(jù)C1、C2值亦可判斷有溢出時是正溢出還是負(fù)溢出：C2C1=00=11時，無溢出；

C2C1=01時，為正溢出；C2C1=10時，為負(fù)溢出。1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算第五十四頁，共八十六頁，2022年，8月28日551.2.3計算機中無符號數(shù)的運算1.2.2計算機中有符號數(shù)的運算微機中無論有符號數(shù)還是無符號數(shù)的加減法運算,都是在加法器電路中完成的。無符號數(shù)運算時,只有數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示時，運算結(jié)果才是正確的；若數(shù)據(jù)用BCD碼表示，則需要對運算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，使之符合十進(jìn)制運算的進(jìn)位/借位規(guī)則；若數(shù)據(jù)用ASCII碼表示,則必須把它們變換成二進(jìn)制碼或BCD碼后才便于運算。第五十五頁，共八十六頁，2022年，8月28日56

1)十進(jìn)制加法調(diào)整規(guī)則①若兩個一位BCD數(shù)相加結(jié)果大于9(1001),則應(yīng)作6(0110)修正;②若兩個BCD數(shù)相加結(jié)果在本位并不大于9,但產(chǎn)生了進(jìn)位,這相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)運算大于等于16，所以也應(yīng)在本位作加6修正。十進(jìn)制調(diào)整的規(guī)則如下：2)十進(jìn)制減法調(diào)整規(guī)則兩個BCD數(shù)相減，若出現(xiàn)本位差超過9，或雖不超過9但向高位有借位，則說明必然是借了16，多借了6，應(yīng)在本位作減6修正。實際中，現(xiàn)代計算機中均有專門的十進(jìn)制調(diào)整指令，利用它們，機器可按規(guī)則自動進(jìn)行調(diào)整。1.2.3計算機中無符號數(shù)的運算第五十六頁，共八十六頁，2022年，8月28日571.2.4計算機中的乘除法運算

1.基于加減法電路和移位寄存器實現(xiàn)這種方法，運算器中不設(shè)乘除法運算電路，只設(shè)加減法電路。需要進(jìn)行乘除法運算時，主要利用加減法運算指令和移位指令，按照某種算法通過編程來實現(xiàn)。

2．基于乘除法電路實現(xiàn)這種方法，運算器中除設(shè)置有加減法電路外，還設(shè)有乘除法電路。需要進(jìn)行乘除法運算時，直接用乘除法指令編程實現(xiàn)。第五十七頁，共八十六頁，2022年，8月28日581.3.1計算機工作過程的實質(zhì)1.3.2指令與程序的概念1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程1.3微型計算機基本工作原理第五十八頁，共八十六頁，2022年，8月28日591.3.1計算機工作過程的實質(zhì)計算機工作的過程實質(zhì)上就是以計算機硬件為基礎(chǔ)執(zhí)行程序的過程。而程序是由若干條指令組成的，微機逐條執(zhí)行程序中的每條指令，即可完成一個程序的執(zhí)行，從而完成一項特定的工作。因此了解微機工作原理的關(guān)鍵，就是要了解指令和指令執(zhí)行的基本過程。第五十九頁，共八十六頁，2022年，8月28日601.指令

--規(guī)定計算機執(zhí)行特定操作的命令。2.指令系統(tǒng)--計算機全部指令的集合。指令系統(tǒng)準(zhǔn)確定義了計算機的處理能力。不同型號的計算機有不同的指令系統(tǒng)，從而形成各自的特點和相互差異。1.3.2指令與程序的概念第六十頁，共八十六頁，2022年，8月28日613.指令結(jié)構(gòu)

1.3.2指令與程序的概念——任何一條指令均由兩部分組成：操作碼

地址碼(操作數(shù))指明要完成操作的性質(zhì)，如：加、減、乘、除等。指明參加規(guī)定操作的數(shù)據(jù)存放地址或數(shù)據(jù)。第六十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日624.程序機器語言程序匯編語言程序高級語言程序

目前微機系統(tǒng)中使用著三個層次、三種形式的程序：--為解決某一問題而編寫在一起的指令序列。1.3.2指令與程序的概念第六十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日63計算機中的指令以二進(jìn)制代碼形式存在，叫機器碼指令。機器碼指令構(gòu)成的指令系統(tǒng)叫機器語言，用機器語言編寫的程序叫機器語言程序。機器語言程序優(yōu)點是能被計算機直接理解和執(zhí)行；缺點是編程繁瑣、不直觀、難記憶、易出錯。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序1.3.2指令與程序的概念第六十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日64為克服機器語言程序的缺點，常用助記符來代替機器語言指令。助記符與機器語言指令之間有一一對應(yīng)關(guān)系。這種用助記符構(gòu)成的指令系統(tǒng)叫匯編語言。用匯編語言編寫的程序叫匯編語言程序。

匯編語言程序的優(yōu)點是直觀、易懂、便于記憶。但又存在著計算機無法識別的缺點。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序1.3.2指令與程序的概念第六十四頁，共八十六頁，2022年，8月28日65機器語言和匯編語言是依賴于機器的編程語言，統(tǒng)稱為低級語言。與此相對應(yīng)，高級語言則是一種比較接近于習(xí)慣的自然語言和數(shù)學(xué)語言的程序設(shè)計語言。它以語句和數(shù)據(jù)的定義為基礎(chǔ)，且通常一個語句都是由一組機器語言指令或匯編語言指令構(gòu)成的。用高級語言編寫的程序即為高級語言程序。高級語言程序比匯編語言程序更直觀易懂，更易于面向問題和對象。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序1.3.2指令與程序的概念第六十五頁，共八十六頁，2022年，8月28日66

高級語言程序和匯編語言程序必須先翻譯成機器語言程序才能執(zhí)行。這個翻譯過程，對匯編語言程序叫匯編(Assemble)；對高級語言程序有的叫解釋(Interpretation)，有的叫編譯(Compila-tion)。

通常又將翻譯前的程序叫源程序,而將翻譯后的機器語言程序叫目標(biāo)程序。完成匯編、解釋、編譯的程序則分別叫作匯編程序(Assembler)、解釋程序(Interpreter)、編譯程序(Compiler),它們作為工具軟件事先存放在計算機中。機器語言程序匯編語言程序高級語言程序1.3.2指令與程序的概念第六十六頁，共八十六頁，2022年，8月28日67微型計算機每執(zhí)行一條指令都分成三個階段進(jìn)行(即三步曲):

取指令

分析指令

執(zhí)行指令1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程1.指令的執(zhí)行根據(jù)程序計數(shù)器PC中的值從存儲器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器IR，然后PC自動加1,指向下一條指令地址或本條指令下一字節(jié)。將IR中的指令操作碼譯碼，分析其指令性質(zhì)，如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。取出操作數(shù)，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。根據(jù)指令不同還可能寫入操作結(jié)果。第六十七頁，共八十六頁，2022年，8月28日68微機程序的執(zhí)行過程，實際上就是周而復(fù)始地完成這三階段操作的過程，直到遇到停機指令才結(jié)束運行。1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程取指令，PC值加1停機？分析指令執(zhí)行指令結(jié)束YN程序執(zhí)行過程2.程序的執(zhí)行第六十八頁，共八十六頁，2022年，8月28日69程序執(zhí)行過程中的每條指令操作三步曲并非在各種微處理器中都是串行完成的，除早期的8位微處理器外，后來的各種16位機、32位機都可將這三步操作分配給兩個或兩個以上的獨立部件并行完成。80386和80486采用了6級流水線結(jié)構(gòu)，不同指令的取址、分析、執(zhí)行三個階段可并行處理。程序的指令和數(shù)據(jù)都存放在內(nèi)存中，故在執(zhí)行程序時,CPU和內(nèi)存通過存儲器地址寄存器MAR和存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR以及若干讀/寫控制信號實現(xiàn)聯(lián)系。3.關(guān)于程序執(zhí)行過程的兩點說明：1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程第六十九頁，共八十六頁，2022年，8月28日70

程序如下：

ORG00H

對應(yīng)機器碼1：MOVAL，07H ；B0H07H2：ADDAL，0AH ；04H0AH3：MOV[0020H]，AL ；A2H 20H 00H4：HLT F4H

程序功能：07H+0AH,將結(jié)果存放到內(nèi)存0020H單元后停機。4.程序執(zhí)行過程舉例1.3.3指令與程序的執(zhí)行過程第七十頁，共八十六頁，2022年，8月28日71第七十一頁，共八十六頁，2022年，8月28日721.4.1主流系統(tǒng)配置1.4.2主板結(jié)構(gòu)及其芯片組1.4目前主流微機系統(tǒng)的硬件配置與主板結(jié)構(gòu)第七十二頁，共八十六頁，2022年，8月28日73主板。也叫母板或系統(tǒng)板。彩色顯示器標(biāo)準(zhǔn)鍵盤鼠標(biāo)硬盤驅(qū)動器光盤驅(qū)動器約200W～300W開關(guān)電源配置中各種I/O設(shè)備都是通過相應(yīng)I/O適配器控制的。1.4.1主流系統(tǒng)配置目前主流微機系統(tǒng)的基本配置大體包括以下一些設(shè)備部件：第七十三頁，共八十六頁，2022年，8月28日741.主板結(jié)構(gòu)微機主板的體系結(jié)構(gòu)是隨著微機系統(tǒng)總線技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，所以微機主板的發(fā)展史實質(zhì)上就是一部總線發(fā)展史。PC系列微機的主板，從基于8086的PC機和基于8088的PC/XT機以來，先后經(jīng)歷了如下發(fā)展階段:

XT總線主板

AT總線(ISA總線)主板

EISA主板ISA/VL主板

EIS