微型计算机系统原理及应用第五版周明德第1章概述
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微机原理第1章-概述
微型计算机的发展
•1974年：Intel 8080 采用了6µm生产工艺，集成度为6000个晶体管，主频 为2MHz。 •1975年4月，MITS公司推出了以8080为CPU的世界上第 一台个人计算机Altair 8800。值得一提的是，Altair 8800 的BASIC语言解释器是Bill Gates编写的 •1976年： Intel 8080 Intel公司生产的最后一种8位通用微 处理器， 8085的工作频率提高到5MHz，指令系统的指令数上 升到246条。
2 数字编码
转化 转化
信息
二进制代码形式流通、 二进制代码形式流通、处理
计算机内 部处理
信息
2、二进制编码 、
计算机中为什么要采用二进制？ 计算机中为什么要采用二进制？
在计算机中任何信息均采用二进制，计算机内部存储、处理 的只有0和1组成的代码。主要原因如下：
1) 二进制在计算机中容易实现（只需二种状态）； 2) 运算简单； 如：十进制的乘法运算，九九表有100条法则，而二进制只有 4条法则：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1。 3) 便于计算机实现逻辑运算； “1、0”两种状态刚好与“真、假”、“是、非”对应
X86系列微型计算机的发展
第二代：80286（1982年-1984年） •采用1.5µm工艺，集成了134,000个晶体管，工作频率为 6MHz。80286的数据总线仍然为16位，但是地址总线增加 到24位，使存储器寻址空间达到16MB。 •1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算机IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构，这就是的 工业标准结构（ISA）。该结构提供了一个16位、高性能 的I/O扩展总线。 •80年代中期到90年代初，80286一直是微型计算机的主流 CPU 。 在 这 一 时 期 ， 还 诞 生 了 世 界 上 最 早 的 芯 片 组 （chipsets）。
周明德 微机原理及应用第五版课件01
(3) 字(Word)和字长 “字”是计算机内部进行数据传递、处理 的基本单位。通常它与计算机内部的寄存器、运 算装置、总线宽度相一致。 一个字所包含的二进制位数称为字长。常 见的微机的字长有8位、16位、32位和64位。 2. 数字编码 计算机中的数用二进制表示。计算机中的 十进制数的每一位用若干位二进制表示，这就 是二进制编码。即十进制数的二进制编码，简 称二-十进制编码(BCD)。
第 1章 概述 1.1 x86系列结构的概要历史
1971年： Intel 4004 。(4位机) 70年代中期： Intel 8080、8085 。(8位机) 80年代初： Intel 8086、8088。 (16位机) 从8086(8088)到80286、80386、80486、 奔腾(也称为80586)、奔腾MMX、奔腾Pro(也 称为80686)、奔腾Ⅱ、奔腾Ⅲ，直至最新的 奔腾 Ⅳ，形成了IA（Intel Architecture）-32 结构。
AMD公司是x86系列处理器的另一重要 供应商。它于1969年成立。于1991年推出 了AM386系列，1993年推出了AM486， 1997年推出了AMD-K6（相当于具有MMX 技术的奔腾处理器），2001年推出了AMD Athlon(速龙) MP 双处理器，2003年推出 AMD 速龙™ 64 FX处理器，具有64位的 x86-64内核。直至最近推出了双核的64位处 理器。
（1）Intel NetBurst微结构的第一个实 现。 （2）流SIMD扩展2（SSE2） （3）400 MHz Intel NetBurst微结构 系统总线。 （4）与在Intel X86系列结构处理器上 所写和运行的已存在的应用程序和操作系 统兼容。
1.1.9 Intel 超线程处理器
周明德微机原理答案
周明德微机原理答案【篇一：(周明德)课后习题答案】t>1.1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同?解：把cpu(运算器和控制器)用大规模集成电路技术做在一个芯片上,即为微处理器。
微处理器加上一定数量的存储器和外部设备(或外部设备的接口)构成了微型计算机。
微型计算机与管理、维护计算机硬件以及支持应用的软件相结合就形成了微型计算机系统。
1.2 cpu在内部结构上由哪几部分组成?cpu应该具备哪些主要功能?解：cpu主要由起运算器作用的算术逻辑单元、起控制器作用的指令寄存器、指令译码器、可编程逻辑阵列和标志寄存器等一些寄存器组成。
其主要功能是进行算术和逻辑运算以及控制计算机按照程序的规定自动运行。
1.3微型计算机采用总线结构有什么优点?解：采用总线结构,扩大了数据传送的灵活性、减少了连线。
而且总线可以标准化,易于兼容和工业化生产。
1.4数据总线和地址总线在结构上有什么不同之处?如果一个系统的数据和地址合用一套总线或者合用部分总线,那么要靠什么来区分地址和数据?解：数据总线是双向的(数据既可以读也可以写),而地址总线是单向的。
8086cpu为了减少芯片的引脚数量,采用数据与地址线复用,既作数据总线也作为地址总线。
它们主要靠信号的时序来区分。
通常在读写数据时,总是先输出地址 (指定要读或写数据的单元),过一段时间再读或写数据。
dec hjp nz，loophalt第 2章作业答案2.1 ia-32结构微处理器直至pentillm4,有哪几种?解：80386、30486、pentium、pentium pro、peruiumii、pentiumiii、pentium4。
2.6ia-32结构微处理器有哪几种操作模式?解：ia一32结构支持3种操作模式:保护模式、实地址模式和系统管理模式。
操作模式确定哪些指令和结构特性是可以访问的。
2.8ia-32结构微处理器的地址空间如何形成？解：由段寄存器确定的段基地址与各种寻址方式确定的有效地址相加形成了线性地址。
微机原理及应用讲稿
1. 微型计算机的特点 主要特点如下: ⑴体积小、重量轻、功耗低 ⑵可靠性高、使用环境要求低 ⑶结构简单，系统设计灵活、使用方便 ⑷价格低廉 ⑸维护方便
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
2.微型计算机的分类
从不同角度可对微型机做不同的分类，这里 给出几种分类方法： （1）按微型机的组成，可分为位片机、单片机、 单板机及多板机等 （2）按处理器的字长，可分为4位、8位、16位、 32位及64位等 （3）按应用领域不同，可分为工控微机、商用 微机、家用微机等
第二节 8086/8088的内部寄存器
1.内部寄存器 在8086/8088微处理器中具有14个16位 可供编程人员访问的寄存器。 这14个16位寄存器按用途可分为数据寄 存器、段寄存器、指针寄存器、变址寄存 器、控制寄存器。
AH BH CH DH SP BP SI DI IP PSWH CS DS SS ES
VCC A15 A16/S3 A17/S4 A18/S5 A19/S6 SSO(HIGH) MN/MX RD HLDA(RQ/GT0) HLDA(RQ/GT1) WR(LOCK) IO/M(S2) DT/R(S1) DEN(S0) ALE(QS0) INTA(QS1) TEST READY REST
1983年，Intel推出了80286，内外数据总线 16位，地址线24位，可寻址16MB内存，主 频可达20MHz。 1985年， Intel推出了80386，内外数据总线 32位，地址线32位，可寻址4GB内存，带 Cache。 1989年， Intel推出了80486，内外数据总线 32位，集成了浮点运算器，主频可达 50MHz。
第二节 Intel 80X86系列微处理器
1978年，Intel推出了16位微处理器8086 8086的数据总线16位，地址总线20位， 主频可达8MHz。 一年后，Intel推出了准16位微处理器8088 8088与8086基本相同，只是8088的外部数据总 线为8位。主要是为兼容8位的外围接口芯片。 由8088构成的IBM PC曾风靡全球。
第1章 概述微机原理与应用优秀课件
第五阶段（20世纪90年代开始）：RISC（精 简指令集计算机）技术的问世使微型机的体 系结构发生了重大变革。
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1.2 微型计算机的特点和应用范围 1.2.1 微型计算机的特点 1.2.2 微型机的应用范围
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1. 2.1 微型计算机的特点
1．体积小、重量轻、价格低廉 2．简单灵活、可靠性高、使用环境要求不高 3．功耗低
计算机（Computer）又称电脑，是20世纪最重要的科技 成果。
计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处 理的现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动 （包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、 决策、学习与创作等思维活动）的工具。
1944年哈佛大学和IBM公司合作,在美国首次制造出了现 代计算机的雏形——马克Ⅰ。
在二进制计数系统中，表示数据的数字符号只 有两个，即0和1；大于1的数就需要两位或更多 位来表示；以小数点为界向前诸位的位权依次是 20，21，22，…，向后依次为2-1，2-2，2-3，…； 一个二进制数也可以通过各位数字与其位权之积 的和来计算其大小。
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1.4.2 二进制与十进制的互化
一个二进制的数向十进制转化十分简单，只要 把它按位权展开相加即可。来自图1-1 计算机系统组成
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1.3.2 微型计算机的硬件组成
微型计算机的硬件组成部分主要有微处理器 （CPU）、存储器、I/O设备和系统总线。见图 1-2所示。系统总线包括地址总线AB、数据总线 DB和控制总线CB组成。在微机中，各功能部件 之间通过系统总线相连，这使得各个部件的之间 的相互关系变为面向系统总线的单一关系。一个 部件只要满足总线标准，就可以连接到采用这种 总线标准的系统中。
最新《微型计算机原理及应用》课件第 1 章 概述课件PPT
Intel 8086
x86系列结构的最重要的成就之一是，从 1978开始的那些处理器上建立的目标程序仍能 在x86系列结构系列的最新的处理器上执行。
8086有16位寄存器和16位外部数据总线， 具有20位地址总线，可寻址1M字节地址空间。
件的主要种类。 第四节 介绍微型计算机的内部和外部结构。 第五节 介绍多媒体计算机主要功能和组成。
1.1 x86系列结构的概中期 Intel 8080、8085 80年代初 Intel 8086、8088 从8086（8088）到80286、80386、80486、
Intel 8086
Intel 8086
1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理 器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位 寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的 晶体管 ，具有300个操作的指令集
Intel 在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器 8088，准16位处理器
第 1章 概述
本章讲述以下五部分的内容： 1.1 80x86系列的概要历史 1.2 计算机基础 1.3 计算机的硬件和软件 1.4 微型计算机的结构 1.5 多媒体计算机
第一节 介绍x86系列处理器的发展概史。 第二节 介绍计算机的基本原理和主要的概念及术语。 第三节 介绍什么是微型计算机的硬件和软件以及软
Intel公司成立于1968年，格鲁夫（左）、 诺依斯（中）和摩尔（右） 。
1.1.1 Intel 8086
1971年1月，Intel公司霍夫等人研制成功世界 上第一 枚4位微处理器芯片Intel 4004，标志着 第一代微处理器问世，主频108KHz
1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二 代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片 运算速度比8008快10倍
微型计算机系统原理及应用第1章第一次课教材
序设计方法 认识微机接口技术在工程中的实际应用 了解微机及其接口技术的最新发展 建立微型计算机系统的整体概念 形成微机系统软硬件开发的初步能力
2019/4/27
5
学习方法
充分的课前预习准备； 注重课堂的学习成效，牢固掌握基本概念、
基本原理等基础知识；
理论联系实际，重视实验操作和程序设计的 实践；
2019/4/27
7
第1章 概述
微型计算机发展概述 80x86系列结构的概要历史 计算机基础 计算机的硬件和软件 微型计算机的结构 多媒体计算机
2019/4/27
8
本节课要求：
了解80x86系列微处理器的发展历史 掌握计算机的基本结构、常用术语等。 掌握微处理器的工作原理 掌握地址、数据、控制总线的概念 理解计算机执行过程 理解模型机的工作原理
微机原理及应用
自动化与电气工程学院
2019/4/27
2019/机原理及应用 适应专业: 机自，机设 课程性质: 专业基础课 学 时： 40学时（讲课：32，实验8） 教 材：
《微计算机系统原理及应用》 (第五版)， 周明德,清华 大学出版社
参考书： 1.微型计算机技术及应用 ,戴梅萼编,清华大学出版, 1995. 2.微型计算机原理及应用,郑学坚编,清华大学出版 3.微型计算机原理及接口技术, 钱晓捷,机械工业出版社,1999 4.IBM PC 汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社
2019/4/27
Gordon E. Moore，Intel公司的创 始人之一
13
万晶体管
4500
4200
4000
3500
3000
2800
2019/4/27
5
学习方法
充分的课前预习准备； 注重课堂的学习成效，牢固掌握基本概念、
基本原理等基础知识；
理论联系实际，重视实验操作和程序设计的 实践；
2019/4/27
7
第1章 概述
微型计算机发展概述 80x86系列结构的概要历史 计算机基础 计算机的硬件和软件 微型计算机的结构 多媒体计算机
2019/4/27
8
本节课要求：
了解80x86系列微处理器的发展历史 掌握计算机的基本结构、常用术语等。 掌握微处理器的工作原理 掌握地址、数据、控制总线的概念 理解计算机执行过程 理解模型机的工作原理
微机原理及应用
自动化与电气工程学院
2019/4/27
2019/机原理及应用 适应专业: 机自，机设 课程性质: 专业基础课 学 时： 40学时（讲课：32，实验8） 教 材：
《微计算机系统原理及应用》 (第五版)， 周明德,清华 大学出版社
参考书： 1.微型计算机技术及应用 ,戴梅萼编,清华大学出版, 1995. 2.微型计算机原理及应用,郑学坚编,清华大学出版 3.微型计算机原理及接口技术, 钱晓捷,机械工业出版社,1999 4.IBM PC 汇编语言程序设计，沈美明，清华大学出版社
2019/4/27
Gordon E. Moore，Intel公司的创 始人之一
13
万晶体管
4500
4200
4000
3500
3000
2800
微型计算机原理与接口技术：第1章 微型计算机系统概述
第1章 微型计算机系统概述
IBM PC架构
❖ AT尺寸主板：上面有CPU、内存、BIOS与出错就会鸣 叫的喇叭
❖ CPU：x86架构，原有多家厂商制造（NEC、Motorola 等） 后来为Intel与AMD所瓜分
❖ 内存：仍存在，但已经交替好几个世代 ❖ PS/2：后来全面被USB取代 ❖ ISA插槽：后来全面被PCI取代，慢慢进入PCI-E时代 ❖5.25软盘驱动器： 消失 ❖20MB硬盘： 更大的硬盘，正在与SSD时代交替中 ❖MS-DOS 3.0： 被MS Windows取代
⑤ 装入引导程序
硬盘
⑦ 装入操作系统
④
CMOS
ROM BIOS
读
出
引
③
导
从 何②处执启行动自？举程程序序
① 执行加电自检程序
RAM
⑥⑧ 执运 行行 引操 导作 程系 序 统 显示初始界面
CPU
第1章 微型计算机系统概述
DOS
❖DOS（Disk Operating System）是磁盘操作 系统的简称，MS-DOS则是最普遍使用的PC兼 容DOS。
❖ 输入设备（IN）：将程序和数据输入的部件。
❖ 输出设备（OUT）：将结果数据和其它信息输出的部件。
第1章 微型计算机系统概述
1.2.1 微型计算机系统的硬件组成
❖ 计算机五大部件之间有两类信息在流动： ▪ 数据信息：用双线表示，包括原始数据、 中间结果、计算结果和程序指令； ▪ 控制信息：用单线表示，它是由控制器发 出，指挥和协调其它各部件动作的信号。
❖微型计算机系统： ▪ 以微型计算机为主体，配上系统软件和 外设之后，就构成了微型计算机系统。
第1章 微型计算机系统概述
微机的分类
IBM PC架构
❖ AT尺寸主板：上面有CPU、内存、BIOS与出错就会鸣 叫的喇叭
❖ CPU：x86架构，原有多家厂商制造（NEC、Motorola 等） 后来为Intel与AMD所瓜分
❖ 内存：仍存在，但已经交替好几个世代 ❖ PS/2：后来全面被USB取代 ❖ ISA插槽：后来全面被PCI取代，慢慢进入PCI-E时代 ❖5.25软盘驱动器： 消失 ❖20MB硬盘： 更大的硬盘，正在与SSD时代交替中 ❖MS-DOS 3.0： 被MS Windows取代
⑤ 装入引导程序
硬盘
⑦ 装入操作系统
④
CMOS
ROM BIOS
读
出
引
③
导
从 何②处执启行动自？举程程序序
① 执行加电自检程序
RAM
⑥⑧ 执运 行行 引操 导作 程系 序 统 显示初始界面
CPU
第1章 微型计算机系统概述
DOS
❖DOS（Disk Operating System）是磁盘操作 系统的简称，MS-DOS则是最普遍使用的PC兼 容DOS。
❖ 输入设备（IN）：将程序和数据输入的部件。
❖ 输出设备（OUT）：将结果数据和其它信息输出的部件。
第1章 微型计算机系统概述
1.2.1 微型计算机系统的硬件组成
❖ 计算机五大部件之间有两类信息在流动： ▪ 数据信息：用双线表示，包括原始数据、 中间结果、计算结果和程序指令； ▪ 控制信息：用单线表示，它是由控制器发 出，指挥和协调其它各部件动作的信号。
❖微型计算机系统： ▪ 以微型计算机为主体，配上系统软件和 外设之后，就构成了微型计算机系统。
第1章 微型计算机系统概述
微机的分类
微机原理及应用(第五版)
微机原理及应用
例1.1用补码运算:①129-79 ②79-129
解: ①.设x=129,y=79则 [x]补=10000001B,[y]补=01001111B
[-y]补=[y]变补=10110001B [x-y]补=[x]补+[-y]补=00110010B 最高位有进位,
结果为正[x-y]补= [x-y]原=00110010B x-y=50
微机原理及应用
1.1.3 整数
1.无符号数
8、16、32位全部用来表示数值本身。
最低位LSB是0位，最高位MSB是7、15、31。
2.带符号整数
1).原码: 设X=+1011100B,Y=-1011100B
此时X和Y被称为真值.
则[X]原=01011100,[Y]原=11011100
而[+0]原=00000000,
在CPU,内存和接口之间传递指令和数据.是双 向的.总线宽度(总线中信号线的条数)有8位、 16位、32位、64位。 2.地址总线(AB): 用于传送CPU要访问的存储单元或I/O接口的地 址号.是单向的。 3.控制总线(CB): 用于CPU向其它部件传送控制信号,其它部件向 CPU传送状态信号及请求信号。
• 80386对字符串的操作有:移动;传送; 比较;查找等.
• 分类:字节串;字串;双字串.
微机原理及应用
1.1.5 位及位串
• 80x86CPU都支持位操作.80386/80486有位串操 作.位串最长是232个位.
• 位偏移量:一个位在位串中的地址.由字节地址 和位余数组成.
设位串是从ｍ地址开始存储的,位偏移量分别为23 和-18的位在什么地方?
补码没有+0和-0之分;反码有+0和-0之分
例1.1用补码运算:①129-79 ②79-129
解: ①.设x=129,y=79则 [x]补=10000001B,[y]补=01001111B
[-y]补=[y]变补=10110001B [x-y]补=[x]补+[-y]补=00110010B 最高位有进位,
结果为正[x-y]补= [x-y]原=00110010B x-y=50
微机原理及应用
1.1.3 整数
1.无符号数
8、16、32位全部用来表示数值本身。
最低位LSB是0位，最高位MSB是7、15、31。
2.带符号整数
1).原码: 设X=+1011100B,Y=-1011100B
此时X和Y被称为真值.
则[X]原=01011100,[Y]原=11011100
而[+0]原=00000000,
在CPU,内存和接口之间传递指令和数据.是双 向的.总线宽度(总线中信号线的条数)有8位、 16位、32位、64位。 2.地址总线(AB): 用于传送CPU要访问的存储单元或I/O接口的地 址号.是单向的。 3.控制总线(CB): 用于CPU向其它部件传送控制信号,其它部件向 CPU传送状态信号及请求信号。
• 80386对字符串的操作有:移动;传送; 比较;查找等.
• 分类:字节串;字串;双字串.
微机原理及应用
1.1.5 位及位串
• 80x86CPU都支持位操作.80386/80486有位串操 作.位串最长是232个位.
• 位偏移量:一个位在位串中的地址.由字节地址 和位余数组成.
设位串是从ｍ地址开始存储的,位偏移量分别为23 和-18的位在什么地方?
补码没有+0和-0之分;反码有+0和-0之分
第一章 绪论
例题：把二进制1011011010111.11101B用十六进制和 八进制表示。 1 0110 1101 0111.1110 1000 B=16D7.E8 H 1 011 011 010 111.111 010 B=13327.72 Q
33
1.2.2 二进制数的运算规则
一、加法规则 二、减法规则 三、乘法规则 四、除法规则
例：y= -75=-1001011B [y]补=10110101B 3. 0的补码表示（一种形式）
[+0]补=00000000B
[-0 ]补=00000000B 8位补码数的表示范围是-128～+127
39
1.2.4 计算机中带符号数的表示方法
四、补码运算 补码表示的机器数其符号位能和有效数值部分一起参
第四代（1981年以后）：为高性能的16 位和 32位微型机
如：Intel 80386、Motorola 68020
14
1.1.1 微型计算机的发展概况
15
1.1.1 微型计算机的发展概况
微型计算机系统的三个层次
★微处理器 ★微型计算机 ★微型计算机系统 1.微处理器（ µPU）
把运算器和控制器集成在一个芯片上，又称为 CPU。
一、进位计数制 凡是按进位的方式计数的数制称为进位计数制， 简称进位制。基数和权是每种进位计数制的两 个基本要素。
基数是进位计数制中所用数码的个数。 在进位计数制表示的数中，同一数字处在不同
位置表示不同的值，它所表示的值是该数字乘 以一个由它所处位置所决定的常数，这一常数 就是该数位所具有的权。
32位微型计算机原理接口技术 及其应用
课程意义
微机原理是理工类专业课程、计算机 等级考试的重要课程。以8086/8088微处 理机为背景，从应用的角度系统性阐述 微机的基本原理，为能够开展微机应用 系统的研发工作，为后续专业课程的学 习、研究奠定基础。
33
1.2.2 二进制数的运算规则
一、加法规则 二、减法规则 三、乘法规则 四、除法规则
例：y= -75=-1001011B [y]补=10110101B 3. 0的补码表示（一种形式）
[+0]补=00000000B
[-0 ]补=00000000B 8位补码数的表示范围是-128～+127
39
1.2.4 计算机中带符号数的表示方法
四、补码运算 补码表示的机器数其符号位能和有效数值部分一起参
第四代（1981年以后）：为高性能的16 位和 32位微型机
如：Intel 80386、Motorola 68020
14
1.1.1 微型计算机的发展概况
15
1.1.1 微型计算机的发展概况
微型计算机系统的三个层次
★微处理器 ★微型计算机 ★微型计算机系统 1.微处理器（ µPU）
把运算器和控制器集成在一个芯片上，又称为 CPU。
一、进位计数制 凡是按进位的方式计数的数制称为进位计数制， 简称进位制。基数和权是每种进位计数制的两 个基本要素。
基数是进位计数制中所用数码的个数。 在进位计数制表示的数中，同一数字处在不同
位置表示不同的值，它所表示的值是该数字乘 以一个由它所处位置所决定的常数，这一常数 就是该数位所具有的权。
32位微型计算机原理接口技术 及其应用
课程意义
微机原理是理工类专业课程、计算机 等级考试的重要课程。以8086/8088微处 理机为背景，从应用的角度系统性阐述 微机的基本原理，为能够开展微机应用 系统的研发工作，为后续专业课程的学 习、研究奠定基础。
微型计算机系统原理及应用 第1章
4
1.2 计算机基础
1.2.1计算机的基本结构
5
图1-3 计算机的基本结构图
• CPU：运算器和控制器 •主机： CPU（运算器、控制器）和内存
•外部设备：输入设备、输出设备和外存
6
微型计算机系统的三个层次
微处理器
一个大规模集成电路芯片 •把CPU（由运算器和控制器组成）和一组称为寄存器 （Registers）的特殊存储器集成在一片大规模集成电 路或超大规模集成电路封装之中，这个器件被称为微 处理器，是微机中的核心芯片。
它是由微处理器、存储器、接口电路组成，通过三组总 线——地址总线AB(Address Bus)、数据总线DB（Data Bus）、控制总线CB（Control Bus）来连接。
27
总线的基本概念
总线是一组信号线的集合，是一种在各
模块之间传送信息的公共通道
总线是各部件联系的纽带
8086微处理器 微处理器外部有数量有限的输 入输出引脚，这些引脚称为微 处理器的外部总线
注：总线尺寸是以位为单位给定的。每1位总线上传 输1位二进制信息。
微型计算机中，每个存储单元存放一个字节的信息， 所以常以存储的字节数B（Byte）表示存储容量。 32
数据总线 DB ( Data Bus )：双向 用来在 CPU 与存储器、 I/O 接口之间 进行数据传送。
地址总线 AB 输 出 设 备
24
字符编码
世界上最普遍采用的一种字符编码是ASCII码 （美国信息交换标准码）。 见P415附录1
BACK
25
1.4微型计算机的结构 1.4.1微型计算机的外部结构
三总线结构
26
地址总线 AB
CPU
存 储 器
微机原理第五版第一章
四、CPU主要性能指标 主要性能指标
1. 数据宽度（字长）： 数据宽度（字长）：
CPU的字长指 的字长指CPU一次所能处理的二进制的位数，一般等于 一次所能处理的二进制的位数， 的字长指 一次所能处理的二进制的位数 一般等于CPU数据 数据 总线的宽度。 总线的宽度。 常见的CPU字长有 位、16位、32位和 位。 字长有8位 位和64位 常见的 字长有 位 位和
A0 A8 00 A2源自00 20 1E 01 20 D8 00 30
MOV AL,[2000H] MOV BL,[2001H] ADD AL,BL MOV [3000H],AL
• 机器语言 ---- 计算机发展的初期,就是用指令的机器码直接来编制用 计算机发展的初期, 户的源程序,这就是机器语言阶段.（上面程序——左） 户的源程序,这就是机器语言阶段. 上面程序 左 • 汇编语言 ---- 由于机器码是由一连串的 0 和 1 组成的,不好记忆,容 组成的,不好记忆, 易出错,因而后来人们用一些助记符(Mnemonic)来代替 易出错,因而后来人们用一些助记符(Mnemonic)来代替 (Mnemonic) 操作码,如上所示.这样,每条指令有明显的特征, 操作码,如上所示.这样,每条指令有明显的特征,易于理 解记忆,这便是汇编语言阶段. （上面程序——右） 解记忆,这便是汇编语言阶段. 上面程序 右 • 程序的存放 ---- 要求机器能自动执行这些程序,就必须把这些程序存 要求机器能自动执行这些程序, 放到存储器的某个区域. 放到存储器的某个区域. 计算机在执行时把这些指令 一条条取出来加以执行. 一条条取出来加以执行.
用于保存下一条要执行的指令的地址。 程序计数器 PC—— 用于保存下一条要执行的指令的地址。 指令寄存器 IR —— 保存从存储器中读入的当前要执行的指令。 保存从存储器中读入的当前要执行的指令。 中保存的指令进行译码分析。 指令译码器 ID —— 对指令寄存器 IR中保存的指令进行译码分析。 中保存的指令进行译码分析 对堆栈进行操作时提供地址。 堆栈指示器 SP —— 对堆栈进行操作时提供地址。 处理器状态字PSW —— 暂存处理器当前的状态。 暂存处理器当前的状态。 处理器状态字
72《微机原理与应用》第1章概述PPT课件
20
内存单元的地址和内容
每个单元都对应一个地址，以实现对 单元内容的寻址。
单元内容 38F04H 10110110
内存地址
21
内存容量
内存所含存储单元的个数，以字节为 单位
内存容量的大小依CPU的寻址范围而定 （即CPU地址信号线的位数）
22
内存操作
读：将内存单元的内容取入CPU，原单 元内容 不改变；
➢ 控制器 • 产生整个指令系统所需的全部操作的控制
信号。
14
➢ 输入 设备 通过I/O接口将程序和数据输入内存。
➢ 输出 设备 CPU通过I/O接口将运行结果及程序、数 据送到输出 设备上。
➢ I/O接口 • 是CPU与输入 输出设备进行数据交流的中
介电路。
15
1.微型机的硬件结构
➢ 以CPU为中心，加上只读存储器（ROM）读写存储器（RAM） I/O接口电路和系统总线缓冲器组成。
26
➢ 总线（BUS） • 是连接CPU与存储器I/O接口的公共导线。
采用总线结构是微型计算机的结构特点 之一。总线可分为三类：
27
➢ 地址总线（address bus） • 它传输地址信息，用于寻址存储单元和
I/O端口。用“AB”表示； ➢ 数据总线（data bus） • 用于传输数据。用“DB”表示； ➢ 控制总线（control bus) • 它向系统各部件发出（或接收）控制信
地址总线 AB
存
I/O
输
I/O
输 I/O
储
接入接出接C器
口
设
备
口
设
口
备
P
数据总线 DB
U
控制总线 CB
AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus 17
内存单元的地址和内容
每个单元都对应一个地址，以实现对 单元内容的寻址。
单元内容 38F04H 10110110
内存地址
21
内存容量
内存所含存储单元的个数，以字节为 单位
内存容量的大小依CPU的寻址范围而定 （即CPU地址信号线的位数）
22
内存操作
读：将内存单元的内容取入CPU，原单 元内容 不改变；
➢ 控制器 • 产生整个指令系统所需的全部操作的控制
信号。
14
➢ 输入 设备 通过I/O接口将程序和数据输入内存。
➢ 输出 设备 CPU通过I/O接口将运行结果及程序、数 据送到输出 设备上。
➢ I/O接口 • 是CPU与输入 输出设备进行数据交流的中
介电路。
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1.微型机的硬件结构
➢ 以CPU为中心，加上只读存储器（ROM）读写存储器（RAM） I/O接口电路和系统总线缓冲器组成。
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➢ 总线（BUS） • 是连接CPU与存储器I/O接口的公共导线。
采用总线结构是微型计算机的结构特点 之一。总线可分为三类：
27
➢ 地址总线（address bus） • 它传输地址信息，用于寻址存储单元和
I/O端口。用“AB”表示； ➢ 数据总线（data bus） • 用于传输数据。用“DB”表示； ➢ 控制总线（control bus) • 它向系统各部件发出（或接收）控制信
地址总线 AB
存
I/O
输
I/O
输 I/O
储
接入接出接C器
口
设
备
口
设
口
备
P
数据总线 DB
U
控制总线 CB
AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus 17
微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案
微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案第一章：计算机系统概述1.1 计算机系统基本组成•核心包括 CPU、内存和 I/O 设备。
CPU 是计算机的中央处理器，负责执行指令，控制各部分设备的操作。
内存存储数据和程序指令。
I/O 设备是计算机与外部世界进行信息交换的重要途径。
1.2 计算机的基本层次结构•计算机系统的基本层次结构分为硬件体系结构和软件体系结构。
硬件体系结构定义了计算机中硬件组件的功能、特性、接口和互连方式。
软件体系结构定义了计算机的软件组件及其相互关系。
1.3 计算机的工作过程•计算机工作过程主要包括取指令、分析指令、获取操作数、执行指令、写回结果等几个阶段。
具体过程为：取指令：从内存中读取指令；分析指令：解码指令确定要执行的操作；获取操作数：从内存或寄存器中读取操作数；执行指令：进行具体的运算或操作；写回结果：将运算结果写入内存或寄存器。
1.4 计算机性能指标•计算机的性能指标包括运算速度、存储容量、传输速率、可靠性和可用性等方面。
运算速度衡量了计算机执行指令的快慢；存储容量表示计算机可以存储的数据量；传输速率表示从一个设备向另一个设备传输数据的速度；可靠性表示计算机的故障率；可用性表示计算机在给定时间内正常工作的比例。
第二章：计算机的数制与编码2.1 数制与编码的基本概念•数制是用于表示数值的方法，常见的有十进制、二进制、八进制和十六进制等。
编码是指将字符、符号等信息转换成计算机可以处理的二进制形式。
2.2 二进制与十进制的转换•将十进制数转换成二进制数时，可以采用除2取余的方法。
将二进制数转换成十进制数时，可以根据二进制位上的权值相加的原理进行计算。
2.3 BCD码与ASCII码•BCD码是Binary-Coded Decimal的缩写，用4位二进制码表示一个十进制数的一位。
ASCII码是一种字符编码，将每个字符映射成一个唯一的二进制数。
2.4 奇偶校验码•奇偶校验码是一种错误检测码，用于检测数据传输过程中出现的位错误。
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Intel公司成立于1968年，格鲁夫（左）、 诺依斯（中）和摩尔（右） 。
1.1.1 Intel 8086
1971年1月，Intel公司霍夫等人研制成功世界 上第一 枚4位微处理器芯片Intel 4004，标志着 第一代微处理器问世，主频108KHz
1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二 代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片 运算速度比8008快10倍
2.硬件接口电路设计 硬件接口电路设计包括存储器电路设计和输
入输出（I/O）接口电路设计。要掌握其设计 方法，就必须熟练掌握以下内容：
8086/8088 CPU的引脚功能 系统总线结构和时序 存储器的分类及常用存储器芯片的引脚功能 输入输出的基本方法及常用接口芯片的使用方法 存储器与I/O地址的译码方法 中断的有关概念及中断的应用
奔腾（也称为80586）、奔腾MMX、奔腾PRO （也称为80686）、奔腾Ⅱ、奔腾Ⅲ，直至最 新的奔腾 4，形成了IA（Intel Architecture）32结构。
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
学好这门课为学习后续课程打下个良 好的基础，同时也为从事电子和计算机 等方面的工作奠定一定的基础。
课程主要内容
本课程的主要内容分两大部分，即汇编语言 程序设计和硬件接口电路设计。
要掌握汇编语言程序设计，就必须熟练掌握 以下内容：
1.汇编语言程序设计
数制的表示方法及算术逻辑运算规则 微处理器的一般结构和寄存器组织 存储器的分段与物理地址的形成 8086/8088 CPU的寻址方式 8086/8088 CPU的指令系统
主要内容
第一章 概述 第二章 IA-32结构微处理器 第三章 8086指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 处理器总线时序和系统总线 第六章 存储器 第七章 输入和输出 第八章 中断
第九章 计数器和定时器 第十章 并行接口芯片 第十一章 串行通信及接口电路 第十二章 模数与数模转换 第十三章 IA-32微处理器的工作方式 第十四章 x86系列处理器的发展
80286引进了保护方式，支持虚拟存储器 管理
Intel 80386
Intel 386处理器是x86系列结构系列 中的第一个32位处理器。
它在结构中引入了32寄存器
Intel 80386
IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用 8088 ，这也标志着x86架构和IBM PC 兼容电 脑的产生
Intel 8086
微处理器和微机时代从此开始 x86系
列结构的最新版本的发展能追溯到Intel 8086。在x86系列结构系统引进32位处 理器之前，是16位的处理器，包括8086 处理器和随后很快开发的80186与80286。 80386是第一款32位处理器
与cpu的接口、输入输出、中断及常用的 微机接口电路等
先修课程
数字电路—本课程的内容涉及到软件和硬件的设 计。 后三章重点讲解硬件设计的相关理论知识学目的
微机原理与接口技术是一门非常重要 的专业课，通过本课程的学习，能使学 生对微机原理及接口技术等有一个较全 面的了解，并能掌握一定的应用技能。
Intel 8086
Intel 8086
1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理 器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位 寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的 晶体管 ，具有300个操作的指令集
Intel 在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器 8088，准16位处理器
Zilog公司于1976年对8080进行扩展,开发 出 Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自 动控制设备。直到今天，Z80仍然是8位处理器 的巅峰之作
早期微型计算机
1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs开发出微型计算机Apple I，4月1日 愚人节这天，成立了Apple计算机公司
微型计算机系统原理及应用
主讲：杨万春 电话：13347320677 邮箱： wanchunyang2008@
课程简介
本书以Intel系列芯片8086为样本重点介 绍了微机原理与接口技术。
介绍微机系统原理、微处理器结构 微处理器的指令系统 8086汇编语言程序设计 IA-32微处理器的工作方式、主存储器及
第一节 介绍x86系列处理器的发展概史。 第二节 介绍计算机的基本原理和主要的概念及术语。 第三节 介绍什么是微型计算机的硬件和软件以及软
件的主要种类。 第四节 介绍微型计算机的内部和外部结构。 第五节 介绍多媒体计算机主要功能和组成。
1.1 x86系列结构的概要历史
1971年 Intel 4004 70年代中期 Intel 8080、8085 80年代初 Intel 8086、8088 从8086（8088）到80286、80386、80486、
Intel 8086
x86系列结构的最重要的成就之一是，从 1978开始的那些处理器上建立的目标程序仍能 在x86系列结构系列的最新的处理器上执行。
8086有16位寄存器和16位外部数据总线， 具有20位地址总线，可寻址1M字节地址空间。
Intel 8286
1982年2月1日Intel成功研制出80286。 80286处理器集成了大约13.4万个晶体管， 最大主频为20MHz，采用16位数据总线 和24位地址总线。
教学要求
1、认真听讲 2、课后及时复习 3、在学习中遇到问题，及时提出交流
欢迎大家进入微机原理学习 预祝大家学习愉快，顺利
第 1章 概述
本章讲述以下五部分的内容： 1.1 80x86系列的概要历史 1.2 计算机基础 1.3 计算机的硬件和软件 1.4 微型计算机的结构 1.5 多媒体计算机
1.1.1 Intel 8086
1971年1月，Intel公司霍夫等人研制成功世界 上第一 枚4位微处理器芯片Intel 4004，标志着 第一代微处理器问世，主频108KHz
1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二 代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片 运算速度比8008快10倍
2.硬件接口电路设计 硬件接口电路设计包括存储器电路设计和输
入输出（I/O）接口电路设计。要掌握其设计 方法，就必须熟练掌握以下内容：
8086/8088 CPU的引脚功能 系统总线结构和时序 存储器的分类及常用存储器芯片的引脚功能 输入输出的基本方法及常用接口芯片的使用方法 存储器与I/O地址的译码方法 中断的有关概念及中断的应用
奔腾（也称为80586）、奔腾MMX、奔腾PRO （也称为80686）、奔腾Ⅱ、奔腾Ⅲ，直至最 新的奔腾 4，形成了IA（Intel Architecture）32结构。
1.Moore定律： “晶体管的大小将以指数速率变小，
而集成到芯片上的晶体管数目将2－3年【18－24个月】翻 一番。”
－－Gordon Moore，1965
学好这门课为学习后续课程打下个良 好的基础，同时也为从事电子和计算机 等方面的工作奠定一定的基础。
课程主要内容
本课程的主要内容分两大部分，即汇编语言 程序设计和硬件接口电路设计。
要掌握汇编语言程序设计，就必须熟练掌握 以下内容：
1.汇编语言程序设计
数制的表示方法及算术逻辑运算规则 微处理器的一般结构和寄存器组织 存储器的分段与物理地址的形成 8086/8088 CPU的寻址方式 8086/8088 CPU的指令系统
主要内容
第一章 概述 第二章 IA-32结构微处理器 第三章 8086指令系统 第四章 汇编语言程序设计 第五章 处理器总线时序和系统总线 第六章 存储器 第七章 输入和输出 第八章 中断
第九章 计数器和定时器 第十章 并行接口芯片 第十一章 串行通信及接口电路 第十二章 模数与数模转换 第十三章 IA-32微处理器的工作方式 第十四章 x86系列处理器的发展
80286引进了保护方式，支持虚拟存储器 管理
Intel 80386
Intel 386处理器是x86系列结构系列 中的第一个32位处理器。
它在结构中引入了32寄存器
Intel 80386
IBM公司1981年生产的第一台电脑就是使用 8088 ，这也标志着x86架构和IBM PC 兼容电 脑的产生
Intel 8086
微处理器和微机时代从此开始 x86系
列结构的最新版本的发展能追溯到Intel 8086。在x86系列结构系统引进32位处 理器之前，是16位的处理器，包括8086 处理器和随后很快开发的80186与80286。 80386是第一款32位处理器
与cpu的接口、输入输出、中断及常用的 微机接口电路等
先修课程
数字电路—本课程的内容涉及到软件和硬件的设 计。 后三章重点讲解硬件设计的相关理论知识学目的
微机原理与接口技术是一门非常重要 的专业课，通过本课程的学习，能使学 生对微机原理及接口技术等有一个较全 面的了解，并能掌握一定的应用技能。
Intel 8086
Intel 8086
1978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理 器，标志着第三代微处理器问世。它采用16位 寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的 晶体管 ，具有300个操作的指令集
Intel 在1年之后,推出4.77MHz的8位微处理器 8088，准16位处理器
Zilog公司于1976年对8080进行扩展,开发 出 Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自 动控制设备。直到今天，Z80仍然是8位处理器 的巅峰之作
早期微型计算机
1976年3月，Steve Wozniak和Steve Jobs开发出微型计算机Apple I，4月1日 愚人节这天，成立了Apple计算机公司
微型计算机系统原理及应用
主讲：杨万春 电话：13347320677 邮箱： wanchunyang2008@
课程简介
本书以Intel系列芯片8086为样本重点介 绍了微机原理与接口技术。
介绍微机系统原理、微处理器结构 微处理器的指令系统 8086汇编语言程序设计 IA-32微处理器的工作方式、主存储器及
第一节 介绍x86系列处理器的发展概史。 第二节 介绍计算机的基本原理和主要的概念及术语。 第三节 介绍什么是微型计算机的硬件和软件以及软
件的主要种类。 第四节 介绍微型计算机的内部和外部结构。 第五节 介绍多媒体计算机主要功能和组成。
1.1 x86系列结构的概要历史
1971年 Intel 4004 70年代中期 Intel 8080、8085 80年代初 Intel 8086、8088 从8086（8088）到80286、80386、80486、
Intel 8086
x86系列结构的最重要的成就之一是，从 1978开始的那些处理器上建立的目标程序仍能 在x86系列结构系列的最新的处理器上执行。
8086有16位寄存器和16位外部数据总线， 具有20位地址总线，可寻址1M字节地址空间。
Intel 8286
1982年2月1日Intel成功研制出80286。 80286处理器集成了大约13.4万个晶体管， 最大主频为20MHz，采用16位数据总线 和24位地址总线。
教学要求
1、认真听讲 2、课后及时复习 3、在学习中遇到问题，及时提出交流
欢迎大家进入微机原理学习 预祝大家学习愉快，顺利
第 1章 概述
本章讲述以下五部分的内容： 1.1 80x86系列的概要历史 1.2 计算机基础 1.3 计算机的硬件和软件 1.4 微型计算机的结构 1.5 多媒体计算机