計算機應(yīng)用基礎(chǔ)1-1

2023/1/111計算機應(yīng)用基礎(chǔ)2023/1/1121、課程特點：

課程內(nèi)容:

學(xué)習(xí)計算機硬件、軟件的工作原理與相關(guān)知識。課程特點:

理論與實際聯(lián)系非常緊密的課程,課程內(nèi)容更新極快。2023/1/1132、抓住教學(xué)過程中的2個環(huán)節(jié)上課時要主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究

將上課時的多媒體教案從教師手中轉(zhuǎn)化為自己的認知工具，主動參與、發(fā)現(xiàn)、探究；

課堂上會布置自學(xué)內(nèi)容，通過自學(xué)從而培養(yǎng)自學(xué)的能力；獨立完成作業(yè)

同學(xué)之間相互交流，一起討論，但一定要獨立完成作業(yè)；

2023/1/114教材、參考書：

教材：微機原理與接口技術(shù)王玉良等編著 北京郵電大學(xué)出版社參考書：IBMPC匯編語言程序設(shè)計沈美明溫冬嬋編著 清華大學(xué)出版社出版考核方式：

出勤+課堂作業(yè)（少于抽查總次數(shù)1/3者不及格）

2023/1/115第一講計算機基礎(chǔ)知識第一節(jié)計算機概述一、計算機的基本組成和工作原理二、有關(guān)術(shù)語三、計算機發(fā)展簡史四、微型計算機概述第二節(jié)計算機中數(shù)的表示和編碼 一、N進制數(shù) 二、二進制數(shù)和十六進制數(shù)運算 三、計算機內(nèi)數(shù)的表示 四、二進制編碼2023/1/116第一節(jié)計算機概述一、計算機的基本組成和工作原理二、有關(guān)術(shù)語三、計算機發(fā)展簡史四、微型計算機概述2023/1/117第一節(jié)計算機概述一、計算機的基本組成和工作原理二、有關(guān)術(shù)語位字節(jié)字和字長位編號指令指令系統(tǒng)程序寄存器譯碼器三、計算機發(fā)展簡史四、微型計算機概述(一).微型計算機的基本結(jié)構(gòu)

1.構(gòu)成部件

(1)總線

(2)中央處理器CPU(3)內(nèi)存

(4)外設(shè)和輸入/輸出接口（I/O接口）

2.微機的工作過程(二).微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)(三).微型計算機的特點(四)4.微型計算機的分類

1.按構(gòu)成分類

2.按CPU的字長分類

3.按主機裝置分類

(五).IBMPC機的發(fā)展簡史2023/1/118一、計算機的基本組成和工作原理按性能可分為：巨型機，大型機，中型機，小型機，微機

現(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：存儲程序控制結(jié)構(gòu)1945年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家JohnVonNeumann提出,諾依曼計算機ENIAC(1946)掌上電腦(2000)2023/1/119諾依曼計算機的工作原理可概述為：“存儲程序”+“程序控制”要點：1．以二進制表示數(shù)據(jù)和指令(程序)2.

先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)行輸入設(shè)備控制器輸出設(shè)備

CPU

存儲器運算器ALU2023/1/1110二、有關(guān)術(shù)語1.

位(bit)2.

字節(jié)(Byte)3.

字和字長(word)4.

位編號5.

指令、指令系統(tǒng)和程序6.

寄存器7.

譯碼器2023/1/11111.

位(bit)

指計算機能表示的最基本最小的單位在計算機中采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”2.字節(jié)(Byte)

相鄰的8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)1Byte=8bit

如：11000011010101112023/1/11123．字和字長

字長是每一個字所包含的二進制位數(shù)。常與CPU內(nèi)部的寄存器、運算裝置、總線寬度一致

字是CPU內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。2023/1/1113例某CPU內(nèi)含8位運算器，則：參加運算的數(shù)及結(jié)果均以

8位

表示,最高位產(chǎn)生的進位或借位在8位運算器中不保存，而將其保存到標志寄存器中10110101被加數(shù)8位

+10001111加數(shù)8位進位1

11111101000100和8位PSW標志寄存器運算器標志寄存器運算器被加數(shù)加數(shù)和進位2023/1/1114字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數(shù)。不同類型的CPU有不同的字長。如:Intel4004是4位

8080是8位

8088/8086/80286是16位

80386/80486、Pentium是32位10101100011001011001100001000011被加數(shù)

+11000011110000110001010101011000加數(shù)進位

11111111111101110000001010001010110110011011和

4位8次

8位4次16位2次32位1次2023/1/1115位

1或01位字節(jié)

110000118位字

110000110011110016位雙字

1100001100111100110000110011110032位高字節(jié)低字節(jié)

高字

低字把一個字定為16位，1Word=2Byte

一個雙字定為32位

1DWord=2Word=4Byte2023/1/11164.位編號為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。從低位開始，從右到左依次為0、1、2．．．注意:從0開始編號.←編號7654321010100010D7D6D5D4D3D2D1D0A7A6A5A4A3A2A1A0字節(jié)數(shù)據(jù)Data地址Address2023/1/1117D0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字的位編號為15~0雙字的位編號依此類推，為31~02023/1/11185.

指令、指令系統(tǒng)和程序

一個CPU能執(zhí)行什么操作，是工程人員設(shè)計和制造時安排好的,是固定的，用戶不能改變。指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作。如：取數(shù)、加、減、乘、除、存數(shù)等指令系統(tǒng)是CPU所能執(zhí)行的全部操作。不同的CPU，其指令系統(tǒng)不同。程序是用戶在使用計算機時，為要解決的問題，用一條條指令編寫的指令序列。

構(gòu)成程序的指令在存儲器中一般都是順序存放， 要破壞這種順序性，必須由轉(zhuǎn)移指令操作。

2023/1/11196．寄存器

寄存器是用來存放數(shù)據(jù)和指令的一種基本邏輯部件。

根據(jù)存放信息的不同，有指令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等。標志寄存器地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB指令寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IPCPU結(jié)構(gòu)示意圖2023/1/11207．譯碼器譯碼器是將輸入代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出信號的邏輯電路。

指令是CPU能執(zhí)行的一個基本操作;CPU的設(shè)計者對CPU的所有指令進行編碼;用戶用編碼形式的指令進行編程，程序存放在內(nèi)存中;CPU從內(nèi)存取來編碼形式的指令,對指令進行譯碼，發(fā)出執(zhí)行該指令功能所需的信號2023/1/1121CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP

根據(jù)譯碼內(nèi)容的不同，可分為：

指令譯碼器:將指令代碼轉(zhuǎn)換成該指令所需的各種控制信號。

地址譯碼器:將地址信號轉(zhuǎn)換成各地址單元相應(yīng)的選通信號。2023/1/1122二、計算機發(fā)展簡史1.根據(jù)使用的基本電子器件，計算機經(jīng)歷了四個階段：電子管計算機(1946—1956)晶體管計算機(1957—1964) 集成電路計算機(1965—1970)

超大規(guī)模集成電路計算機(1971—至今)

用機器語言、匯編語言編寫程序用于軍事和國防尖端技術(shù) 開始使用高級語言編寫程序開始用于工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和其它科學(xué)領(lǐng)域采用微程序、流水線等技術(shù)，提高運行速度出現(xiàn)操作系統(tǒng)、診斷程序等軟件采用半導(dǎo)體存儲器采用圖形界面操作系統(tǒng)器件速度更快,軟件、外設(shè)更加豐富主要特點2023/1/11232．計算機的兩個方向發(fā)展：研制高速度、強功能的巨型機和大型機適應(yīng)軍事和尖端科學(xué)的需要。研制價格低廉的超小型機和微型機開拓應(yīng)用領(lǐng)域和占領(lǐng)更廣大的市場。

微型計算機是第四代計算機的典型代表。2023/1/1124四、微型計算機概述

1.微型計算機的基本結(jié)構(gòu)

2.

微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)

3.

微型計算機的特點

4.

微型計算機的分類

5.IBMPC機的發(fā)展簡史2023/1/1125存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微機的硬件由CPU、存儲器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

(輸入/輸出接口簡稱I/O接口)各部件通過總線連接。構(gòu)成部件(1)構(gòu)成部件1.微型計算機的基本結(jié)構(gòu)2023/1/1126

總線

總線是連接多個功能部件的一組公共信號線微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸總線BUS存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸出設(shè)備CPU2023/1/1127

按信號的作用，總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU2023/1/1128地址總線AB(AddressBus)：單向用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU2023/1/1129地址總線的條數(shù)決定CPU的尋址能力。10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→232

22

×2304G36根→

23626

×23064G2023/1/1130數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)：雙向用來在CPU與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU2023/1/1131數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。8根→一次傳送8位16根→一次傳送16位32根→一次傳送32位64根→一次傳送64位2023/1/1132控制總線CB(ControlBus)：用于傳送各種控制信號。存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU

有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號；有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請信號。2023/1/1133

中央處理器CPU

計算機的核心部件用來實現(xiàn)指令的自動裝入和自動執(zhí)行，實現(xiàn)計算機本身的自動化。存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU2023/1/1134CPU結(jié)構(gòu)示意圖地址信號標志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP數(shù)據(jù)信號控制信號ALUALU控制器2023/1/1135

內(nèi)存內(nèi)存是存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖2023/1/1136

內(nèi)存單元內(nèi)存單元的地址內(nèi)存單元的內(nèi)容對內(nèi)存的讀/寫操作2023/1/1137

內(nèi)存單元存儲信息的基本單元。每片內(nèi)存芯片有若干個內(nèi)存單元。每個單元可存儲1位或多位(2N位)等二進制數(shù)。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…11112023/1/1138

內(nèi)存單元的地址為區(qū)分各內(nèi)存單元，每個內(nèi)存單元對應(yīng)有一個地址。地址線上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內(nèi)存單元被選中。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…11112023/1/1139

內(nèi)存單元的內(nèi)容每個內(nèi)存單元所存儲的二進制數(shù)據(jù)。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…11112023/1/1140

對內(nèi)存的讀/寫操作

CPU發(fā)出地址信號，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元。若是讀操作，CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號，被選中的內(nèi)存單元將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入CPU。若是寫操作，CPU發(fā)出內(nèi)存寫控制信號，

CPU將欲寫的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的內(nèi)存單元。n根CPU地址線AB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111數(shù)據(jù)線DB2023/1/1141

外設(shè)和輸入/輸出接口（I/O接口）外設(shè)的電信號、運行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過I/O接口與CPU相連。

存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU鍵盤→鍵盤接口顯示器→顯示卡鼠標→串行接口網(wǎng)絡(luò)→網(wǎng)卡

打印機→并行接口音箱、麥可風(fēng)→聲卡2023/1/1142I/O接口結(jié)構(gòu)示意圖CPU通過對I/O端口進行讀/寫操作，實現(xiàn)對外設(shè)的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU2023/1/1143

I/O端口

I/O端口的地址

I/O端口的內(nèi)容對I/O端口的讀/寫操作2023/1/1144

I/O端口

I/O接口內(nèi)部通常有一個或多個寄存器，用以存放各種信息，稱I/O寄存器或I/O端口。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU2023/1/1145

I/O端口的地址為區(qū)分各I/O端口，每個端口對應(yīng)有一個端口地址。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口)地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU2023/1/1146

I/O端口的內(nèi)容10010101(狀態(tài)端口)01101010(數(shù)據(jù)端口)11000110(控制端口)地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU根據(jù)存放內(nèi)容的不同可分為：狀態(tài)端口，數(shù)據(jù)端口，控制端口

指I/O端口存放的二進制數(shù)據(jù)。2023/1/1147

對I/O端口的讀/寫操作：

（與內(nèi)存的讀/寫操作相類似）

CPU發(fā)出地址信號，選中相應(yīng)的I/O端口。若是讀操作，CPU發(fā)出I/O端口讀控制信號，被選中的I/O端口將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入CPU。若是寫操作，CPU發(fā)出I/O端口寫控制信號，

CPU將欲寫的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的I/O端口中。I/O端口1(23H端口)I/O端口2(24H端口)I/O端口3(25H端口地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU2023/1/1148(2)微機的工作過程計算機的工作原理是：“存儲程序”+“程序控制”CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP2023/1/1149微機的工作過程分兩階段：

取指令執(zhí)行指令2023/1/1150取指令階段（CPU讀內(nèi)存操作）：

地址經(jīng)地址寄存器→地址總線→地址譯碼器,選中指令所在的內(nèi)存單元

CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號

指令從內(nèi)存→數(shù)據(jù)總線→數(shù)據(jù)暫存器→指令寄存器

指令譯碼器對指令進行譯碼

由IP給出指令在內(nèi)存的地址標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP2023/1/1151

執(zhí)行指令階段：經(jīng)譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號去執(zhí)行。CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP2023/1/1152不同的指令，CPU的具體執(zhí)行過程不同。CPU可執(zhí)行的操作通常有數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)邏輯運算等等。

當一條指令需要從內(nèi)存或I/O端口取得或存放數(shù)據(jù)時，

CPU在執(zhí)行階段，需對指令指定的內(nèi)存單元或I/O端口進行讀/寫操作。2023/1/1153例

指令1：將寄存器R1與R3的內(nèi)容相加，結(jié)果存在R3中。

指令1在CPU內(nèi)部即可完成CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP2023/1/1154例

指令2：將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)2送至CPU的寄存器R2中CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP指令2的執(zhí)行階段包括一個到內(nèi)存取數(shù)(即讀內(nèi)存)的過程。2023/1/1155例

指令3：將寄存器R3的內(nèi)容送至數(shù)據(jù)3的內(nèi)存單元中指令3的執(zhí)行階段包括一個向內(nèi)存存數(shù)(即寫內(nèi)存)的過程。CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP2023/1/1156當一條指令取走后，指令指針寄存器IP會被修改成下一條要執(zhí)行指令的地址，這樣，當一條指令執(zhí)行后，又進入取指令階段，如此不斷的重復(fù)。 CPU總線內(nèi)存標志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運算器IP2023/1/1157微機的工作過程：

取指令→執(zhí)行指令→取指令→執(zhí)行指令、、、

2023/1/1158

2．微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)ALU寄存器控制部件系統(tǒng)軟件：DOS、Windows95/98/2000應(yīng)用軟件：WPS、Word、Photoshop微處理器CPU

存儲器(RAM,ROM)

I/O接口總線

硬件軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機(主機)外設(shè)鍵盤、鼠標顯示器軟驅(qū)、硬盤、