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机械电子工程学院 刘民岷 内容简介 一、概述（4学时） 二、微处理器与系统结构（10学时） 三、80X86指令系统（8学时） 四、宏汇编语言设计（8学时） 五、存储器（6学时） 内容简介 第一章 概述 1.1 信息在计算机中的表示 1.2 微机发展概况 1.3 微机系统工作原理 1.4 微机硬件 1.5 微机软件 1.6 嵌入式系统 1.1信息在计算机中的表示 1.1.2 计算机中的数据类型 1.1.3 原码、反码与补码 机器数的三种编码形式 原码 反码 补码 补码的好处 由于补码具有运算过程简单、效率高、硬件电路结构简单和便于实现各种运算等优点，计算机系统中的带符号数通常都采用补码表示法 1.1.4 定点数与浮点数 微机系统的三种浮点数类型（IEEE） 1.1.5 计算机中常用码制 3. 中文编码 1.2 微机发展概况 第一台数字式电子计算机：ENIAC 1946年2月，宾夕法尼亚尼亚大学莫尔学院物理学博士 莫克利和电气工程师 埃克特 冯·诺依曼体系 1944，参加改进ENIAC的系列专家会议，研究新型计算机系统结构 其执笔的报告中，提出新型计算机体系结构 该体系结构沿用至今 阿兰·图林——真正的计算机之父 1912年6月23日出生于英国伦敦，发明图林机； 图林把证明数学题的推导过程，转变成为一台自动机器的运行过程后，不仅证明了这一数学难题，而且用“万能计算机”的设想，从理论上证明了制造出通用计算机的可能性。他的“万能计算机”就是现代通用计算机的一种模型，这种机器只要为它编好程序，就可以承担其他机器能做的任何工作； 1954年6月8日清晨，阿兰的女管家发现阿兰死在自己的床上。床头柜上有个吃了一半的苹果…… 目前，计算机界仍有个一年一度“图林奖” ，由美国计算机学会（ACM）颁发给世界上最优秀的电脑科学家，它就像科学界的诺贝尔奖那样，是电脑领域的最高荣誉。 现代电子计算机之父--巴贝奇 查尔斯?巴贝奇（Charles Babbage）（1792-1871），设计了差分机（Difference Engine）和分析机（Analytical Engine）。 1822年设计出分析机，分析机是一种机械式计算装置，有三个主要部分： 第一部分是由许多轮子组成的保存数据的存储库； 第二部分是运算装置； 第三部分是对操作顺序进行控制并能选择所需处理的数据以及输出结果的装置。 巴贝奇还把程序控制的思想引入了分析机，它的设想是采用穿孔卡片把指令存到存储库中，机器根据穿孔卡片上孔的图形确定该执行什么指令，并自动运算。 分析机的结构、设计思想把现代计算机的结构、设计思想提了出来，可以说是现代通用计算机的雏形。 世界第一位程序员——阿达 阿达?奥古斯塔（Ada Augusta）（1815-1852），英国著名诗人拜伦的女儿 巴贝奇分析机计划的坚定支持者，她不仅理解了巴贝奇分析机的思想，还认为如果有正确的指令，分析机甚至可以用来作曲、制图和科学研究，这在当时是十分大胆的预见 她的最重要的贡献在于首次为计算机编出了程序，其中包括计算三角函数的程序、级数相乘程序、伯努利函数程序等等。 被人们赞誉为“世界上第一位计算机程序员”。为了纪念阿达?奥古斯塔，1981年，美国国防部把他们花了10年时间研制而成的一种军用计算机语言命名为Ada语言。 2006年7月27日全球正式发布的Core 2系列处理器 摩尔定律 CPU性能每18个月增加一倍 摩尔定律 晶体管数目每两年增加一倍 1.3.1 微机系统结构 哈佛结构 微处理器系统的总线结构 微处理器系统的总线结构 总线结构 数据总线DB（Data Bus）用来传输数据信息，是双向总线，CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据，又可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。 地址总线AB（Address Bus）用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线。目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。 控制总线CB（Control Bus）用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的是CPU向内存和外设发出的信息，有的则是内存或外设向CPU发出的信息。可见，CB中每一根线的方向是一定的、单向的，但作为一个整体则是双向的，所以在各种结构框图中，凡涉及到控制总线CB，均以双向线表示。 1.3.3 指令概述 分析指令阶段的任务是将IR中的指令操作码译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。 执行指令阶段的任务是取出操作数，执行指令规定的操作。根据指令不同还可能写入操作结果。 微型机程序的执行过程实际上就是周而复始地完成这三阶段操作的过程，直至遇到停机指令时才结束整个机器的运行。 1.3.4 指令示例 1.4 微机硬件 1.4.1 微机