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1、计算机基础,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 CPU,2,人类追求的计算工具,3,1822 差分机,1833 分析机,MARK I,ENIAC,电子计算机时代,第一台电子计算机（ENIAC）,4,5000次加法/秒 体重28吨 占地170M2 18800只电子管 1500个继电器 耗电150KW,计算机的发展阶段,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
2、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,(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
3、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,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,计算机主机内部部件,13,中央处理器,14,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
4、 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
5、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 (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,21
6、,这么大的数据，我怎么表示呢？,输入设备,22,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,用于查看信息或处理过的数据的设备称为“输出设备”,使用 “阴极射线管” 技术； VGA 或 SVGA 显示器,轻薄型显示器；比 CRT 显示器省电,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,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
7、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： CPU管理 内存管理 存储器管理 设备管理 文件管理 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 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个作业进入内存，待作业运行完毕，由用户索取运行结果。 分时操作系统 计算机同时为多个用户提供计算服务 实时操作系统 用于支持对响应时间
8、要求很高的应用程序，以避免错误、解释错误甚至系统故障,27,28,用户与计算机及操作系统的关系,29,冯诺依曼原理，计算机的特点之一就是一切以内存为中心。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，即使使用最新型的多核CPU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,主要部件,8088 CPU,Intel 8088是一种通用的准16位微处理器，其内部
9、结构为16位，CPU以外的数据线是8位。它有20条地址线，所以直接寻址能力达到1M字节。,31,8088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,用途：存放临时数据和存放运算操作数。（例） 每个均为16位，但又可分为2个8位寄存器，即： AX AH，AL BX BH，BL CX CH，CL DX DH，DL,34,例如：若(AX)1234H, 则(AH)12H, (AL)34H,数据寄存器特有的习惯用法,AX：累加器 所有I/O指令都通过AX（AL）与接口传送信息; 中间运算结果也多放于AX（
10、AL）中； 乘除法指令的一个操作数必须在AX（AL）中。 BX：基址寄存器 在间接寻址中用于存放操作数的基地址。 CX：计数寄存器 用于在循环指令或串操作指令中存放计数值。 DX：数据寄存器 在间接寻址的I/O指令中存放I/O端口地址； 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
11、寻址或变址寻址。 在串操作指令中，SI存放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,堆栈段,SS,数据段,DS/ES,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
12、，AF，PF，OF，ZF） 3个控制标志位（IF，TF，DF）,39,O,D,I,T,S,Z,A,P,C,15,0,2,4,6,7,8,9,10,11,FLAGS,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,40,Z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。,41,Intel 8088的功能结构,42,8088CPU的内部结构,8088内部由两部分组成： 执行单元（E
13、U） 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/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
14、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 = 段基地址10H + 偏移量,47,存贮器组织,48,49,20位的物理地址是这样产生的： 物理地址=段寄存器的内容16+偏移地址 段寄存器的内容16(相当于左移4位)变为20位， 再在低端16位上加上16位的偏移地址(也叫做有效地址) ，便可得到20位的物理地址。复位后的启动地址由CS段 寄存器和IP的内容(作为偏移量)共同决定，即： 启动地址=CS16+IP =FFFF0H+0000H =FFFF0H,50,练习题1. 8088是多少位的微处理器？数据线是多少位？ 练习题2. EU与BIU各自的功能是什么？ 练习题3. 8088微处理器内部有那些寄存器，它们的主要作用（功能）是什么？ 练习题4. 8088访问存储器所用地址线有_条,可寻址的内存空间有_字节。,51,练习题5. 8088CPU有数椐线_条。 A.8 B.16 C.32 D.64,