chapter1计算机系统概述

计算机发展概况

现代计算机的结构基础

存储程序控制结构

冯·诺伊曼计算机工作原理

存储程序+程序控制

以二进制表示数据和指令

先将程序存入存储器，再由控制器自动读取并执行

计算机发展简史（按使用的基本电子器件）

电子管计算机→晶体管计算机→集成电路计算机→超大规模集成电路计算机

微型计算机系统组成

微型计算机

定义：微型计算机是以微处理器CPU为核心，配以内存储器（读写存储器RAM和只读存储器ROM）、输入输出（I/O）接口电路，以及系统总线所组成的。

微型计算机系统

定义：微型计算机系统是指以微型计算机为核心，配以相应的外围设备、电源、辅助电路（统称硬件），以及支持和控制微型计算机工作的系统软件所构成的。

微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，二者相互协同运行。

基本结构

软件系统组成

硬件系统组成

微型计算机

微处理器CPU

运算器ALU

算术逻辑单元(ALU，Arithmetic Logic Unit)用来进行算术或逻辑运算以及移位循环等操作。

控制器CU

控制单元(CU，Control Unit)，指挥控制中心。负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。

内部寄存器组RA

总线

总线是计算机各部件间传递信息的通道，是各部件共享的传输介质。

数据总线DB

用于传送数据信息，双向三态，是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理器的字长一致。

地址总线AB

用来传送地址，只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，地址总线单向三态，地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小。

控制总线CB

用来传送控制信号和时序信号。控制信号中包括微处理器送往存储器和I/O接口电路的，如读/写信号、片选信号、中断响应信号等；也有从其它部件反馈给CPU的。

（内）存储器

是微机的存储和记忆装置，用来存放指令、原始数据、中间结果和最终结果。

单位（字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数）

内存操作

读操作

写操作

I/O接口与I/O设备

工作过程

取指令

把第一条指令所在存储单元的地址给程序计数器PC， CPU从内存相关地址中读出指令，送指令寄存器IR；

指令译码

指令译码器对IR中指令的操作码字段进行译码，并发出执行该指令所需要的各种操作控制信号。

执行指令

CPU执行指令所规定的具体操作。当一条指令执行完毕后，转入下一条指令的取指阶段。这样周而复始地循环，直到遇到暂停指令时结束。

计算机中的数制与编码

数制

进位计数制的表示方法

表示

十进制

二进制

十六进制

八进制

数制的相互转换

编码

BCD编码：是指二进制编码的十进制数，即Binary- Coded Decimal，简称BCD码。

ASCII字符编码：ASCII码用一个字节来表示一个字符，采用7位二进制代码来对字符进行编码，最高位一般用做校验位（为0），能表示27=128种不同的字符，其中包括数码(09)，英文大、小写字母，标点符号及控制字符等。

数值数据的表示和运算

无符号二进制数的算术运算和逻辑运算

有符号数的表示与运算

机器数

把一个数及其符号位在机器中的一组二进制数表示形式称为“机器数”。用最高有效位来表示数的符号。对8位字长，D7为符号位，0表示正数、1表示负数。

原码

反码

补码

真值

机器数所表示的值称为该机器数的“真值”

真值与机器数之间的转换

原码转换为真值

反码转换为真值

补码转换为真值

补码的运算

补码的加法

补码的减法

溢出及其判断方法

80x86微处理器

微处理器发展

Intel 8086 16位微处理器

内部结构

总线接口单元BIU

具体任务

取指令

取操作数

填充指令队列

保存运算结果

功能：负责完成CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送

组成

说明

指令队列

执行指令的同时从内存中取下一条或几条指令，取来的指令放在指令队列中，使 BIU 具有预取指令的功能，是一种先进先出（FIFO）的数据结构。

执行顺序指令

指令队列存放紧接在执行指令后面的那一条指令

执行转移指令

BIU清除指令队列中的内容，从新的地址取入指令，立即送往执行单元，然后从新单元开始重新填满队列

执行单元EU

不与外部系统直接相连

功能

分析指令

执行指令

保存中间运算结果和状态

组成

指令流水线

寄存器结构

通用寄存器

数据寄存器：AX，BX，CX，DX

地址指针寄存器：BP，SP

变址寄存器：SI，DI

用来暂存计算过程中所用到的操作数，运算结果或其他信息

数据寄存器

CPU工作模式

引脚功能

总线周期

8086/8088微处理器的存储组织结构

32位微处理器

chapter3寻址方式与指令系统

3.1指令格式

指令系统概念

指令组成

操作码字段

指示计算机要执行的操作

操作数字段

指出在指令操作过程中所需要的操作数

操作数本身

操作数地址或是地址的一部分

指向操作数地址的指针

其他有关操作数的信息

指令的编码格式

操作数的存放

寻址方式

数据寻址方式

立即数寻址

直接给出操作数

使用场合：用于给寄存器赋初值

注意

寄存器寻址

操作数为内部寄存器

存储器寻址

直接寻址

注意

寄存器间接寻址

操作数在存储器中（BP、BX、SI、DI）

寄存器相对寻址

操作数的有效地址EA

一个基址或变址寄存器的内容和指令中指定的8位或16位位移量之和

基址变址寻址

有效地址EA

一个基址寄存器和一个变址寄存器的内容之和，基址寄存器和变址寄存器名均由指令指定

基址变址相对寻址

有效地址EA

一个基址寄存器和一个变址寄存器的内容和8位或16位位移量之和

都允许段跨越

小结

例题

程序转移地址的寻址方式

程序的执行顺序是由CS和IP的内容决定的，如果需要改变程序的执行命令，可以安排一条程序转移指令修改IP或者同时修改CS和IP的内容

地址寻址就是找出程序转移的地址

四种方式

段内直接寻址（相对寻址）

转移的地址是当前IP内容和指令规定的下一条指令到目的地址之间8位或16位相对位移量之和（可正可负）

分类

短转移

近转移

段内间接寻址

段间直接寻址

段间间接寻址

I/O端口的寻址方式

小结

数据的寻址方式小结

三种操作数

立即操作数、寄存器操作数、存储器操作数

三种操作数的特点

中心主题

主题

存储器系统

概述

存储器

存放计算机程序的设备

微型计算机的三级存储结构

存储器主要技术指标

容量

存储器系统的层次结构

半导体存储器

概念

分类

制造工艺

使用属性

半导体存储器芯片的结构

存储体：存储器芯片的主要部分，用来储存信息

地址译码电路：根据输出的地址编码来选中某个特定的存储单元

片选与读写控制逻辑：选中存储芯片，控制读写操作

随机存取存储器

静态随机存取存储器SRAM

动态随机存取存储器DRAM

只读存储器

EPROM

EPROM 2716

存储器系统的设计

存储芯片与CPU的连接

存储芯片与数据线连接

存储芯片与地址线的连接

片内地址译码

字扩展

片间地址译码

全译码

译码地址重复

字位同时扩展

高速缓冲存储器

虚拟存储器

中心主题

主题

中心主题

主题