微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真復(fù)習(xí)、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐學(xué)習(xí)

方法2第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1-1概述

1、電子數(shù)字計(jì)算機(jī)概念

目前通常所說的計(jì)算機(jī)是指電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。電子技術(shù)工藝、數(shù)字化信息處理方式、高度復(fù)雜的可編程邏輯電子電路。信息以二進(jìn)制形式（邏輯電平形式）表示；自動(dòng)地進(jìn)行信息處理。2、計(jì)算機(jī)分類按信息處理方式：數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)。模擬計(jì)算機(jī)由于受元器件質(zhì)量影響，其計(jì)算精度較低，目前已很少生產(chǎn)。

3第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六

按用途：通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。

專用計(jì)算機(jī)針對(duì)某用途專門設(shè)計(jì)。按制造材料：機(jī)械計(jì)算機(jī)、電子計(jì)算機(jī)、光學(xué)計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)。按規(guī)模、速度（沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，1989年IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì))提出一種分類）巨型計(jì)算機(jī)或超級(jí)計(jì)算機(jī)(Supercomputer)小巨型計(jì)算機(jī)(Minisupercomputer)企業(yè)級(jí)服務(wù)器(Mainframe)小型計(jì)算機(jī)(Minicomputer）工作站(WorkStation)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)4第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六

3、計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史1）機(jī)械計(jì)算機(jī)的誕生

1614年:蘇格蘭人JohnNapier發(fā)明了一種可以進(jìn)行四則運(yùn)算和方根運(yùn)算的精巧裝置。

……1890年:HermanHollerith設(shè)計(jì)了用于美國(guó)人口普查的機(jī)器。結(jié)果僅用6周就得出了準(zhǔn)確的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(如果用人工方法，大概要花10年時(shí)間)。

2）電子計(jì)算機(jī)時(shí)代

1906年:美國(guó)人LeeDeForest發(fā)明電子管，為電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

……1946年:第一臺(tái)真正意義上的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)誕生（ENIAC）。

5第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六根據(jù)使用電子器件不同，電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了四個(gè)階段：電子管計(jì)算機(jī)(1946—1956)晶體管計(jì)算機(jī)(1957—1964) 集成電路計(jì)算機(jī)(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971—至今)

用機(jī)器語言、匯編語言編寫程序用于軍事和國(guó)防尖端技術(shù) 開始使用高級(jí)語言開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和其它科學(xué)領(lǐng)域采用微程序、流水線等技術(shù)，提高運(yùn)行速度出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設(shè)更加豐富6第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六自從1981年IBM公司進(jìn)入微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域推出了IBM－PC以后，計(jì)算機(jī)的發(fā)展開創(chuàng)了一個(gè)新的時(shí)代——微型計(jì)算機(jī)時(shí)代。微型計(jì)算機(jī)的迅速、大規(guī)模的應(yīng)用與普及，使計(jì)算機(jī)真正廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)技術(shù)以及社會(huì)生活與日常生活的各個(gè)方面。以前的大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)的界線巳經(jīng)日益模糊與消失。隨著微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及與發(fā)展，芯片與微型機(jī)的功能與性能迅速提高，其功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了20世紀(jì)80年代以前的中型機(jī)、小型機(jī)，甚至超過了大型機(jī)。

7第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六

5、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

數(shù)值計(jì)算信息處理：數(shù)據(jù)庫，管理信息系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化系統(tǒng)控制、自動(dòng)化：過程控制，生產(chǎn)自動(dòng)化輔助分析、設(shè)計(jì)：CAD，CAM，CAI

仿真計(jì)算網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人工智能：模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、機(jī)器人等8第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六6、計(jì)算機(jī)發(fā)展方向

當(dāng)前模式的電子計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)是朝微型化和巨型化兩方面發(fā)展。功能發(fā)展

多媒體計(jì)算機(jī)：更好地支持多媒體技術(shù)，音頻、視頻數(shù)據(jù)壓縮、解壓縮技術(shù)，多媒體數(shù)據(jù)的通信。

計(jì)算機(jī)智能化：具有推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)等思維功能和模式識(shí)別功能。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)：全面支持網(wǎng)絡(luò)功能。9第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六

新型計(jì)算機(jī)的研究：

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)：從內(nèi)部結(jié)構(gòu)模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)。

生物計(jì)算機(jī)：使用蛋白分子為材料的生物芯片。

光子計(jì)算機(jī)：用光子代替電子，用光連接代替金屬導(dǎo)線連接，運(yùn)算速度快千倍。10第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六1-2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

1、組成部分運(yùn)算器ALU寄存器控制器系統(tǒng)軟件：DOS、Windows應(yīng)用軟件：Word、Excel、VisualC++中央處理器CPU存儲(chǔ)器I/O接口總線硬件軟件微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀11第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從小到大可分為微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，如圖所示。運(yùn)算器控制器寄存器RAMROMI/O端口I/O端口微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)微處理器電源系統(tǒng)軟件系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O設(shè)備12第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六微處理器簡(jiǎn)稱μP或MP(Microprocessor)是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算器和控制器功能的中央處理器部件，又稱為微處理機(jī)。它本身并不等于微型計(jì)算機(jī)，而只是其中央處理器。有時(shí)為區(qū)別大、中、小型中央處理器CPU(CentralProcessingUnit)與微處理器，而稱后者為MPU(MicroprocessingUnit)。通常在微型計(jì)算機(jī)中直接用CPU表示微處理器。(1)微處理器13第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱μC或MC，是指以微處理器為核心，配上存儲(chǔ)器、輸入／輸出接口電路及系統(tǒng)總線所組成的計(jì)算機(jī)(又稱主機(jī)或微電腦)。當(dāng)把微處理器、存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口電路統(tǒng)一組裝在一塊或多塊電路板上或集成在單片芯片上，則分別稱之為單板機(jī)、多板機(jī)或單片微型計(jì)算機(jī)。(2)微型計(jì)算機(jī)14第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(Microcomputersystem)簡(jiǎn)稱μCS或MCS，是指以微型計(jì)算機(jī)為中心,以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源和輔助電路(統(tǒng)稱硬件)以及指揮微型計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件所構(gòu)成的系統(tǒng)。(3)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)15第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六2、中央處理器

中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）具有運(yùn)算和控制功能，是整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的核心，也稱微處理器。微處理器的主要功能部件有（1）運(yùn)算器，也稱算術(shù)邏輯部件（ALU）：用來進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。（2）控制器：整個(gè)系統(tǒng)的指揮控制部件從內(nèi)存中取出指令、翻譯指令并調(diào)動(dòng)運(yùn)算器及其它部件完成相應(yīng)操作。（3）寄存器：包括程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、累加器、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、通用寄存器等。16第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六3、存儲(chǔ)器（Memory）

記憶部件：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。主存(內(nèi)存)：用于存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和正待處理數(shù)據(jù)。(CPU內(nèi)部cache，主板上的內(nèi)存,造價(jià)高，速度快，存儲(chǔ)容量小)輔存(外存)：存放暫不運(yùn)行的程序和輸入處理的數(shù)據(jù)，(主機(jī)箱內(nèi)或主機(jī)箱外，造價(jià)低，容量大，可長(zhǎng)期保存，但速度慢)17第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六4、I/O設(shè)備完成信息轉(zhuǎn)換、發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用；文字、聲音等自然信息以及其它物理信息與計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換。微型計(jì)算機(jī)常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、圖像掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。微型計(jì)算機(jī)常用的輸出設(shè)備有CRT顯示器、打印機(jī)和繪圖儀等。18第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六5、總線（Bus）計(jì)算機(jī)各部分之間傳送信息的公共通道。各部件分時(shí)復(fù)用總線。在某一時(shí)刻，只能有一個(gè)部件向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，否則形成總線沖突?？捎卸鄠€(gè)部件從總線接收數(shù)據(jù)?？偩€結(jié)構(gòu)降低了部件之間連線數(shù)量，提高可靠性；但數(shù)據(jù)交換速度降低。總線按傳遞信息的內(nèi)容分為：數(shù)據(jù)總線（DataBus--DB）--雙向地址總線（AddressBus--AB）--單向控制總線（ControlBus—CB）--雙向19第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六6、微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU20第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六圖1.1微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微型計(jì)算機(jī)的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲(chǔ)器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線21第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六系統(tǒng)總線總線是指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線總線是傳送信息的公共通道微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件總線信號(hào)可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線CB

：傳送控制信息22第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六總線信號(hào)地址總線AB輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍數(shù)據(jù)總線DBCPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPUCPU寫操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線CB協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等信號(hào)控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等舉例舉例特點(diǎn)23第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六IBMPC系列機(jī)系統(tǒng)16位IBMPC系列機(jī)是32位微機(jī)的基礎(chǔ)8088CPUIBMPC機(jī)IBMPC/AT機(jī)IBMPC/XT機(jī)24第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六硬件基本組成16位和32位PC機(jī)的基本部件相同25第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六1、位與字節(jié)1）位(Bit)指計(jì)算機(jī)能表示的最小信息單位。在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個(gè)二進(jìn)制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”1-3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理2）字節(jié)(Byte)相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)1Byte=8bit如：11000011；0101011126第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六3）字（Word）字是CPU內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。字長(zhǎng)與CPU內(nèi)部的寄存器、運(yùn)算器、總線寬度是一致的。通常也將2個(gè)字節(jié)（16位）定義為一個(gè)字；。4）位編號(hào)

10100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0數(shù)據(jù)Data地址Address27第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六指令是CPU能執(zhí)行的一項(xiàng)基本操作。如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等

2、指令與指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)（或指令集）是某CPU所能執(zhí)行的全部操作。不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。

程序是用戶為使用計(jì)算機(jī)完成特定任務(wù)而編寫的指令的序列。28第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六為使指令能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，必須以二進(jìn)制編碼形式表示，稱為機(jī)器碼。用機(jī)器碼形式表示的指令不便于人來記憶和理解，于是用一些助記符表示指令代碼。如:MOVAX,3561H;ADDBL,21H用助記符表示指令代碼的語言稱為匯編語言。匯編源程序經(jīng)編譯，形成機(jī)器碼程序——目標(biāo)程序。29第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六微處理器由運(yùn)算器、控制器和內(nèi)部寄存器陣列3部分組成。1-4微處理器組成30第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六一、運(yùn)算器運(yùn)算器又稱為算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicUnit),用來進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算以及位移循環(huán)等操作。參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)，累加器和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線,可以是數(shù)據(jù)寄存器DR(DataRegister)中的內(nèi)容，也可以是寄存器陣列RA中某個(gè)寄存器的內(nèi)容。運(yùn)算結(jié)果送回累加器A暫存。二、控制器(一)指令寄存器IR(InstructionRegister)

存放從存儲(chǔ)器取出的將要執(zhí)行的指令。(二)指令譯碼器ID(InstructionDecoder)

對(duì)指令寄存器IR中的指令進(jìn)行譯碼，確定該指令應(yīng)執(zhí)行什么操作。(三)可編程邏輯陣列PLA(ProgrammableLogicArray)

產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需的各種微操作控制信號(hào)。31第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六三、內(nèi)部寄存器通常，內(nèi)部寄存器包括若干個(gè)功能不同的寄存器或寄存器組。(一)累加器累加器是用得最頻繁的一個(gè)寄存器。在進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算時(shí)，它具有雙重功能：運(yùn)算前，用來保存一個(gè)操作數(shù)；運(yùn)算后，用來保存結(jié)果。(二)數(shù)據(jù)寄存器DR

數(shù)據(jù)寄存器DR用來暫存數(shù)據(jù)或指令。從存儲(chǔ)器讀出時(shí)，若讀出的是指令，經(jīng)DR暫存的指令通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到指令寄存器IR;若讀出的是數(shù)據(jù),則通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到有關(guān)的寄存器或運(yùn)算器。向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)是經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器DR，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB寫入存儲(chǔ)器的。

32第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(三)程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)程序計(jì)數(shù)器PC中存放著正待取出的指令的地址。根據(jù)PC中的指令地址，準(zhǔn)備從存儲(chǔ)器中取出將要執(zhí)行的指令。通常,程序按順序逐條執(zhí)行。任何時(shí)刻,PC都指示微處理器要取的下一個(gè)字節(jié)或下一條指令(對(duì)單字節(jié)指令而言)所在的地址。因此,PC具有自動(dòng)加1的功能。(四)地址寄存器AR(AddressRegister) 地址寄存器AR用來存放正要取出的指令的地址或操作數(shù)的地址。在取指令時(shí)，將PC中存放的指令地址送到AR，根據(jù)此地址從存儲(chǔ)器中取出指令。在取操作數(shù)時(shí)，將操作數(shù)地址通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到AR，再根據(jù)此地址從存儲(chǔ)器中取出操作數(shù)；在向存儲(chǔ)器存入數(shù)據(jù)時(shí)，也要先將待寫入數(shù)據(jù)的地址送到AR，再根據(jù)此地址向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)。

33第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六(五)標(biāo)志寄存器F(FlagRegister)

標(biāo)志寄存器F用來寄存執(zhí)行指令時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果或狀態(tài)的標(biāo)志信號(hào)。關(guān)于標(biāo)志位的具體設(shè)置與功能將視微處理器的型號(hào)而異。根據(jù)檢測(cè)有關(guān)的標(biāo)志位是0或1,可以按不同條件決定程序的流向。

34第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六存儲(chǔ)器是微機(jī)的存儲(chǔ)和記憶部件，用來存放程序和數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果與最終結(jié)果）。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都是用0、1二進(jìn)制代碼的形式來表示的。每一個(gè)0或1就叫做1位信息。1-5存儲(chǔ)器概述一、基本概念35第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六二、存儲(chǔ)器組成隨機(jī)存取存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)體、地址譯碼器和控制電路組成。地址譯碼器接收從地址總線AB送來的地址碼，經(jīng)譯碼器譯碼選中相應(yīng)的某個(gè)存儲(chǔ)單元，以便從中讀出（取出）信息或?qū)懭耄ù嫒耄┬畔?。控制電路用來控制存?chǔ)器的讀／寫操作過程。36第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六三、讀／寫操作過程從存儲(chǔ)器讀出信息:假定CPU要讀出存儲(chǔ)器04H單元的內(nèi)容10010111(1)CPU的地址寄存器AR先給出地址04H并將它放到地址總線上,經(jīng)地址譯碼器譯碼選中04H單元;(2)CPU發(fā)出“讀”控制信號(hào)給存儲(chǔ)器,指示它準(zhǔn)備把被尋址的04H單元中的內(nèi)容97H放到數(shù)據(jù)總線上;(3)在讀控制信號(hào)的作用下,存儲(chǔ)器將04H單元中的內(nèi)容97H放到數(shù)據(jù)總線上,送至數(shù)據(jù)寄存器DR,然后由CPU取走。37第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六向存儲(chǔ)器寫入信息:

假定CPU要把數(shù)據(jù)寄存器DR中的內(nèi)容00100110即26H寫入存儲(chǔ)器08H單元,則：(1)CPU的地址寄存器AR先把地址08H放到地址總線上,經(jīng)地址譯碼器選中08H單元；(2)CPU把數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容26H放到數(shù)據(jù)總線上;(3)CPU向存儲(chǔ)器發(fā)送“寫”控制信號(hào),在該信號(hào)的控制下,將內(nèi)容26H寫入被尋址的08H單元。38第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六微機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列組成,因此,執(zhí)行程序的過程，就是執(zhí)行指令序列的過程,即逐條地執(zhí)行指令;由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指令與執(zhí)行指令兩個(gè)基本階段,所以,微機(jī)的工作過程，也就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。1-6微機(jī)工作過程39第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六假定程序已由輸入設(shè)備存放到內(nèi)存中。當(dāng)計(jì)算機(jī)從停機(jī)狀態(tài)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí),首先把第1條指令所在的地址賦給程序計(jì)數(shù)器PC，然后機(jī)器進(jìn)入取指階段。

40第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六在取指階段,CPU從內(nèi)存中讀出的內(nèi)容必為指令,于是,數(shù)據(jù)寄存器DR便把它送至指令寄存器IR;然后由指令譯碼器譯碼，控制器就發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào),CPU便知道該條指令要執(zhí)行什么操作。在取指階段結(jié)束后，機(jī)器就進(jìn)入執(zhí)指階段,這時(shí),CPU執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢以后,就轉(zhuǎn)入了下一條指令的取指階段。這樣周而復(fù)始地循環(huán)一直進(jìn)行到程序中遇到暫停指令時(shí)方才結(jié)束。

41第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六取指階段都是由一系列相同的操作組成的,所以,取指階段的時(shí)間總是相同的，它稱為公操作。而執(zhí)指階段將由不同的事件順序組成,它取決于被執(zhí)行指令的類型，因此,執(zhí)指階段的時(shí)間從一條指令到下一條指令變化相當(dāng)大。應(yīng)當(dāng)指出的是，指令通常包括操作碼(OperationCode)和操作數(shù)(Operand)兩大部分。操作碼表示計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么具體操作,而操作數(shù)表示參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址,也稱之為地址碼。

42第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六舉例一段匯編程序MOVAL，7；將數(shù)值7裝入累加器AL中ADDAL，10；AL內(nèi)容與10相加，結(jié)果存于AL中HLT；停止操作編譯成機(jī)器碼：10110000（MOVAL，X）00000111（X=7）00000100（ADDAL，X）00001010（X=10）11110100（HLT）寫入存儲(chǔ)器內(nèi)容1011000000000111000001000000101011110100地址0000H0001H0002H0003H0004H43第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六二進(jìn)制（Binary)表示；計(jì)算機(jī)表示信息的方式。十進(jìn)制(Decimal)表示；人的自然表示。16進(jìn)制(Hexadecimal)表示；二進(jìn)制的等價(jià)表示，每4位二進(jìn)制數(shù)字等價(jià)于一位16進(jìn)制數(shù)字。用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F表示16個(gè)數(shù)碼。表示：二進(jìn)制—B；十進(jìn)制—D（可省略）；十六進(jìn)制—H1-7計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1、常用的計(jì)數(shù)制44第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六2、數(shù)制間的數(shù)值轉(zhuǎn)換1）非十進(jìn)制數(shù)化十進(jìn)制數(shù)的方法：各位數(shù)碼乘以與其對(duì)應(yīng)的權(quán)，然后相加即可。如：1011B=1*23+0*22+1*21+1*20=1102E3H=0*163+2*162+E*16+3=2*256+14*16+3=7392）十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為N進(jìn)制數(shù)的方法整數(shù)部分除以N，并記下余數(shù)，直到商為0;將余數(shù)按從后往前的順序排列起來，構(gòu)成整數(shù)部分。小數(shù)部分乘以N，并記下結(jié)果的整數(shù)部分，直到結(jié)果的小數(shù)部分為0;然后將結(jié)果的整數(shù)部分從前向后排列起來，構(gòu)成小數(shù)部分。45第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六3）十六進(jìn)制與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)每一位用4位二進(jìn)制數(shù)表示4）舉例求100D的二進(jìn)制和十六進(jìn)制表示100/2=50余050/2=25余025/2=12余112/2=6余06/2=3余03/2=1余11/2=0余1所以100D=1100100B=1100100B=64H46第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六3、計(jì)算機(jī)中常用的編碼1)所謂編碼是指信息在計(jì)算機(jī)中的表示方法。信息既包括數(shù)字也包括字母、符號(hào)和一些不可見的控制符號(hào)。2)BCD碼（Binary-CodedDecimal)用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。3)ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)用7位二進(jìn)制進(jìn)行編碼（00-7FH），可表示128種字符，見附錄1。在機(jī)器內(nèi)用一個(gè)字節(jié)表示，D7=0。47第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六4)漢字編碼：常用國(guó)標(biāo)碼，用兩個(gè)7位編碼表示漢字和一些圖形符號(hào)；在機(jī)器內(nèi)用兩個(gè)8位字節(jié)表示，稱為內(nèi)碼；每個(gè)字節(jié)的D7=1，以與ASCII碼相區(qū)別。如漢字‘啊’的國(guó)標(biāo)碼為01100000100001；對(duì)應(yīng)內(nèi)碼為101100001010000148第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六在計(jì)算機(jī)中，符號(hào)只能用數(shù)字來表示。用二進(jìn)制數(shù)字的最高位表示該數(shù)的符號(hào)。正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1。其余位為數(shù)值位。機(jī)器數(shù)的表示方法有：原碼、反碼、補(bǔ)碼。4、計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示5、原碼、反碼和補(bǔ)碼1）原碼：正數(shù)的原碼為該數(shù)的二進(jìn)制數(shù)； 負(fù)數(shù)的原碼僅符號(hào)位為1。例：若用8位二進(jìn)制數(shù)表示機(jī)器數(shù)，則13的原碼為00001101；而-13的原碼為10001101。

原碼表示便于乘除運(yùn)算，不便于加減運(yùn)算。49第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六2）反碼：正數(shù)的反碼等于原碼； 負(fù)數(shù)的反碼等于其相反數(shù)按位取反。 例：若用8位二進(jìn)制數(shù)表示機(jī)器數(shù)，則13的反碼為00001101；-13的反碼為11110010；而-（-13）的反碼為（11110010）的各位取反。3）補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼； 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼+1。例：若用8位二進(jìn)制數(shù)表示機(jī)器數(shù)，則13的補(bǔ)碼為00001101；而-13的補(bǔ)碼為11110010+1=11110011。-（-13）的補(bǔ)碼為00001100+1=00001101=1350第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六4）補(bǔ)碼的性質(zhì)與作用[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)[x-y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[-y]補(bǔ)

如32-13=32+（-13）=00100000B+11110011B=000010011B而13-32=00001101B+11100000B=11101101B=-19的補(bǔ)碼采用補(bǔ)碼可將減法轉(zhuǎn)化為加法，符號(hào)位同數(shù)值位一同參與運(yùn)算，運(yùn)算簡(jiǎn)單。

引入補(bǔ)碼的目的是：1）便于加減法運(yùn)算；2）使加法和減法相統(tǒng)一，降低硬件復(fù)雜性。51第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六

M位二進(jìn)制數(shù)能夠表示的無符號(hào)數(shù)范圍為：0～2M-1M位二進(jìn)制數(shù)能夠表示的有符號(hào)數(shù)范圍為：原碼-2M-1+1～2M-1-1反碼-2M-1+1～2M-1-1補(bǔ)碼-2M-1～2M-1-16、無符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)的表示范圍52第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六典型8位二進(jìn)制數(shù)的碼值數(shù)值 原碼 反碼 補(bǔ)碼127 7FH 7FH 7FH126 7EH 7EH 7EH1 01H 01H 01H0 00H/80H 00H/0FFH 00H-1 81H 0FEH 0FFH-2 82H 0FDH 0FEH-127 0FFH 80H 81H-128 / / 80H53第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)前計(jì)算機(jī)的基本實(shí)現(xiàn)方案——馮.諾依曼(VonNeumann)體系結(jié)構(gòu)

由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成，各自行使不同功能；指令與數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，順序執(zhí)行；采用二進(jìn)制形式表示信息。該體系結(jié)構(gòu)是馮.諾依曼(VonNeumann)于1946年提出，奠定了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)框架；1949年誕生馮.諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)，至