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1、计算机基础第二章第二章目标解释计算机工作的原理介绍计算机的硬件部分和软件部分解释不同种类的硬件和软件解释计算机硬件组件的功能介绍计算机存储器8088 CPU2 人类追求的计算工具31642 Blaise Pascal加法器加法器加法器加法器1822 1822 差分机差分机1833 1833 分析分析机机MARK IMARK IENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代 第一台电子计算机（ENIAC）450005000次加法次加法/ /秒秒体重体重2828吨吨占地占地170M170M2 21880018800只电子管只电子管15001500个继电器个继电器耗电耗电150KW150KW计算机
2、的发展阶段1计算机的诞生与发展 1）计算机的诞生 1946年在美国宾西法尼亚大学诞生。它的主要元件是电子管，每秒钟完成5000次加法运算。该机器使用了1500个继电器，18800个电子管，占地170平米，耗电150千瓦，真可谓“庞然大物”。 5计算机的发展阶段 2）计算机的发展阶段 (1) 第一代计算机（19461957），通常称为电子管计算机年代。 (2) 第二代计算机（19581964），通常称为晶体管计算机年代。 (3) 第三代计算机（19651970），通常称为集成电路计算机年代。 (4) 第四代计算机（1971年至今），通常称为大规模或超大规模集成电路计算机年代。6计算机的发展阶段
3、(5) 新一代计算机。从80年代开始，日本、美国以及欧洲共同体都相继开展了新一代计算机(FGCS)的研究。新一代计算机是把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起的计算机系统，它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式推理、联想、学习和解释能力，能帮助人类开拓未知的领域和获取新的知识。7计算机的用途编辑文档播放和录制歌曲运行交互式视频游戏执行大型科学计算与全球用户通讯8计算机系统的组成部分9软件软件硬件硬件10硬件组成中央处理器存储器输出设备输入设备11计算机硬件12打印机显示器显示屏/屏幕CD 驱动器游戏杆鼠标键盘控制台单元软盘驱动器扬声器计算机主机内部部件13中央处理器1
4、4中央处理器中央处理器存储器单元算术与逻辑单元控制单元硬件结构15硬件结构总线是计算机系统各部件之间传递信息的公共通道。 CPU内存、IO接口等部件之间是通过“总线”传递信息的。 系统总线有三种，即地址总线(Address Bus)、数据总线(Data Bus)和控制总线(Control Bus)。 （1）地址总线：用来传递所寻址的内存单元以及IO端口的地址码。 486以上CPU有32根地址线，可管理的最大内存空间为4GB 16硬件结构 （2）数据总线：用来在CPJ与存储器、CPU与I()端口之间传送数据。 80486以上CPU有32根数据线，CPU与存储器、I/O端口每一次可以传输4个字节的
5、数据。 （3）控制总线：是CPU向外部发出的各种操作命令。 从信息流向的角度讲，地址总线是单向总线，信息由CPU发出。数据总线是双向总线，控制总线也称双向总线 17存储器存储器是计算机的记忆单元存储器通常分为两类： 主存储器辅存储器18用于临时存储数据和指令充当永久存储介质。如：硬盘、软盘、光盘等主存储器主存储器有两种类型随机存取存储器(RAM)只读存储器(ROM)19 计算机的主要存储区域； 用于存储和检索传递至 CPU 以进行处理的信息； RAM 的类型会影响性能，因为处理器必须将存储在此处的信息每秒刷新多次 它是集成电路芯片； 其中包含的程序和数据可以存取和读取但不能修改 只读存储器 (
6、ROM) 是非易失性存储器辅存储器主要的辅助存储器包括：硬盘软盘光盘20硬盘一般用作固定存储介质由表面涂有磁性物质的薄型塑料组成只读存储器（ CD - ROM ）存储量计算机存储量可以用位和字节计量218 位位 - 1 字节字节1024 字节字节 - 1 KB1024 KB - 1 MB1024 MB - 1024 GB -1 GB1 TB这么大的数这么大的数据，我怎么据，我怎么表示呢？表示呢？输入设备22输入设备键盘鼠标扫描仪用于向计算机发出指令的设备称为“输入设备”数字化文本、图形和图片；修复损坏的照片指针设备击键设备输出设备23输出设备显示器打印机LCD扬声器用于查看信息或处理过的数据的
7、设备称为“输出设备”使用 “阴极射线管” 技术； VGA 或 SVGA 显示器轻薄型轻薄型显示器；比比 CRT CRT 显示显示器器省电用于支持声音的程序；扬声器连接到声卡通常分为两种类型：撞击式、非撞击式软件类别 系统软件 应用软件24控制和支持计算机系统，即操作系统。如：Windows、Linux等为满足特定组织的需要而专门编写；根据需求量身定做的软件。如：工资表、售票系统等。操作系统的功能 优化人机功能 集成程序系统 监控 CPU 的运行 控制输入/输出25最终用户程序员操作系统设计人员计算机硬件操作系统各种工具软件应用软件操作系统功能操作系统是指用来控制和管理计算机硬件资源和软件资源的
8、程序集合。它是计算机系统中极为重要的系统软件，用于统一管理计算机资源，合理地组织计算机的工作流程，协调计算机系统的各部分之间、系统与用户之间、用户与用户之间的关系。操作系统各部分的功能有：CPUCPU管理管理内存管理内存管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理文件管理文件管理保护系统保护系统26操作系统类型现代计算机操作系统一般可分为三组：多道批处理操作系统多道批处理操作系统 操作系统按照一定的调度原则或根据作操作系统按照一定的调度原则或根据作业的优先程度从作业队列中调出一个或多业的优先程度从作业队列中调出一个或多个作业进入内存，待作业运行完毕，由用个作业进入内存，待作业运行完毕，由用户索取运
9、行结果。户索取运行结果。 分时操作系统分时操作系统 计算机同时为多个用户提供计算服务计算机同时为多个用户提供计算服务实时操作系统实时操作系统 用于支持对响应时间要求很高的应用程用于支持对响应时间要求很高的应用程序，以避免错误、解释错误甚至系统故障序，以避免错误、解释错误甚至系统故障2728用户与计算机及操作系统的关系用户与计算机及操作系统的关系用用 户户 应用软件：应用软件： WPS、Office、VI其它软件其它软件：UCDOS操作系统操作系统：DOS、Windows 95/98、UNIX硬硬 件件29冯冯诺依曼原理，计算机的特点之一就是一切以诺依曼原理，计算机的特点之一就是一切以内存为中心
10、。指令与数据存放在同样的内存空间。内存为中心。指令与数据存放在同样的内存空间。这种计算机的体系结构一直沿用至今，即使使用这种计算机的体系结构一直沿用至今，即使使用最新型的多核最新型的多核CPU的计算机也依然如此。的计算机也依然如此。微处理器的一般结构运算器 算术逻辑运算，由加法器和(ALU) 一些辅助逻辑电路组成 指令寄存器IR控制器 指令译码器、程序计数器PC(CU) 时序系统和微操作信号发生器寄存器组 存放临时数据、运算的中 间结果、运算特征、操作数地址30主主要要部部件件8088 CPUIntel 8088是一种通用的准16位微处理器，其内部结构为16位，CPU以外的数据线是8位。它有2
11、0条地址线，所以直接寻址能力达到1M字节。318088的寄存器结构32通用寄存器 数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）33数据寄存器n用途：存放临时数据和存放运算操作数。（例）n每个均为16位，但又可分为2个8位寄存器，即：lAX AH，ALlBX BH，BLlCX CH，CLlDX DH，DL34例如：若例如：若(AX)1234H, 则则(AH)12H, (AL)34H数据寄存器特有的习惯用法lAX：累加器n所有I/O指令都通过AX（AL）与接口传送信息;n中间运算结果也多放于AX（AL）中；n乘除法指令的一个操作数必须在AX（AL）中
12、。lBX：基址寄存器n在间接寻址间接寻址中用于存放操作数的基地址。lCX：计数寄存器n用于在循环指令或串操作指令中存放计数值。lDX：数据寄存器n在间接寻址间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址；n在32位乘除法运算时，存放高16位数。35地址指针寄存器SP：堆栈指针寄存器其内容为堆栈栈顶的偏移地址；任何堆栈操作后，SP都会自动增/减量。BP：基址指针寄存器在间接寻址间接寻址中用于存放操作数的基地址；常用于访问存放在堆栈中的数据。36变址寄存器SI：源变址寄存器，用于访问源操作数DI：目标变址寄存器，用于访问目的操作数常用于操作数的间接寻址间接寻址或变址寻址变址寻址。在串操作指令中，SI存放
13、源操作数的偏移地址，而DI存放目标操作数的偏移地址。37二、段寄存器用于存放逻辑段的段基地址（简称段地址）CS：代码段寄存器。代码段存放指令代码DS：数据段寄存器 ES：附加段寄存器SS：堆栈段寄存器：指示堆栈区域的位置38这两个段存放操作数这两个段存放操作数堆栈段堆栈段SS数据段数据段DS/ES代码段代码段CS三、控制寄存器IP：指令指针寄存器其内容为下一条要执行的指令的偏移地址。FLAGS：标志寄存器存放指令执行结果的特征：有些指令（如算术指令）要改变FLAGS的内容(影响FLAGS)；有些指令对FLAGS无影响。6个状态标志位（CF，SF，AF，PF，OF，ZF）3个控制标志位（IF，T
14、F，DF）39O DIT S ZAPC1502467891011FLAGS 状态标志寄存器是一个16位的寄存器，空着的各位暂未使用。8088中所用的9位对我们了解8088CPU的工作和用汇编语言编写程序是很重要的。这些标志位的含义如下： C进位标志位。 P奇偶标志位。 A半加标志位40Z零标志位。 S符号标志位。 T陷阱标志位(单步标志位)。 I中断允许标志位。 D方向标志位。 O溢出标志位。41Intel 8088的功能结构428088CPU的内部结构8088内部由两部分组成： 执行单元（EU） 总线接口单元（BIU）43总线接口单元功能：从内存中取指令到指令预取队列IPQ；负责与内存或I/
15、O接口之间的数据传送；在执行转移指令时，BIU将清除IPQ，然后从转移的目的地址处开始取指令并重新填充IPQ。44执行单元功能：执行指令，具体操作如下 从IPQ中取指令代码 译码 完成指定的操作 结果保存到目的操作数 运算特征保存在标志寄存器FLAGS（仅对影响标志的指令）45存贮器组织8088微处理器有20条地址总线，可寻址1MB的存储器空间。由于8088微处理器是一个16位结构，段寄存器均为16位，这样16位寄存器就无法存放20位地址了。为了解决这个问题，8088利用分段的方法，它首先将16位的段地址左移4位，然后再与16位的偏移地址相加形成20位的物理地址.46存贮器组织物理地址 = 段
16、基地址10H + 偏移量47存贮器组织484920位的物理地址是这样产生的：位的物理地址是这样产生的： 物理地址物理地址=段寄存器的内容段寄存器的内容16+偏移地址偏移地址 段寄存器的内容段寄存器的内容16(相当于左移相当于左移4位位)变为变为20位，位，再在低端再在低端16位上加上位上加上16位的偏移地址位的偏移地址(也叫做有效地址也叫做有效地址)，便可得到，便可得到20位的物理地址。复位后的启动地址由位的物理地址。复位后的启动地址由CS段段寄存器和寄存器和IP的内容的内容(作为偏移量作为偏移量)共同决定，即：共同决定，即： 启动地址启动地址=CS16+IP =FFFF0H+0000H =FFFF0H 5050练习题练习题1. 8088是多少位的微处理器？是多少位的微处理器？数据线是多少位？数据线是多少位？练习题练习题2. EU与与BIU各自的功能是什么各自的功能是什么？练习题练习题3. 8088微处理器内部有那些寄微处理器内部有那些寄存器存器，它们的主要作用它们的主要作用（功能）（功能）是什么是什么？练习题练习题4. 8088访问存储器所用地址线访问存储器所用地址线有有_条条,可寻址的内存空间有可寻址的内存空间有_字节。字节。5151练习题练习题5. 8088CPU有数椐线有数椐线_条。条。A.8 B.16 C.32 D.64
