燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述参考教材微型计算机系统原理及应用
（第四版）
周明德 主编燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述知识就是力量。电子计算机是这种力量的放大器。而把人类知识予以扩大的机器也会把一切方面的力量予以扩大。
－－费根鲍姆（美）
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述陈志旺,czwaaron@ysu.edu.cn
2001年 7月本科毕业留校；
2003年 7月硕士研究生毕业于燕山大学控制理论与控制工程专业；
现执教于燕山大学自动化教研室；
研究方向：板形板厚控制，计算机控制；
主讲课程：微机原理；单片机原理及应用。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述前 言燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
0.1 IA-32结构微处理器的概要历史（ 2.1）
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0.2 Intel(Integrated Electronics )公司发展史燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
0.3 从过时的 8086芯片学起的原因
IA-32结构是完全兼容的
8088/8086是 Intel 80x86系列芯片的基础
构造一个小型系统,要采用 8086(8088)
PC机的存储器容量已经很大,但是基本存储单元的工作原理没有变,构成存储器的原理没有变,存储器与 CPU的接口原理、接口方法也没有变
PC机的外设越来越丰富，但是 PC机与外设的接口方法并没有变，中断的工作原理及中断处理方法也没有变
PC机主板上已用两块专用芯片代替以前大量的接口芯片和中小规模集成电路，但是它们仍然具有 8255A,8250,8353
（ 8254）,8259和 8237等芯片的作用。并且在自行构造系统时，仍然要使用这些通用的接口芯片燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述第一章 概 述燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.1 台式个人计算机的构成（组装）
PC配件的搭配问题在装机之前，我们必须逐一采购各种配件，然而这些配件必须有机地配合才能使用。具体来说，大家必须注意五点：
1,CPU与芯片组配合
2,内存与主板配合
3,电源与主板配合
4,显卡与主板配合
5,CPU风扇与 CPU配合
1.1.1 装机必备 —— 硬件基础知识燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
主板由 5部分组成,CPU,存储器、
总线、插槽和电源。它就象一座城市：
CPU犹如行政领导机构；
存储器类似住宅、宾馆、仓库、广场；
总线则是大街小巷及交通指挥中心；
插槽则象车站、码头、机场，代表主板与外界交换数据的能力；
电源则是供应能量的电厂，通常电源在主板上只是一个插座，电源电路不在主板上。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述主板的总线结构燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.1.2、简洁的最小系统所谓“最小系统”就是 CPU（ 包含风扇）、主板、
内存、显卡、电源 这五项配件。为了避免反复装卸，
强烈建议大家在固定主板之前使用“最小系统”验证系统是否能够顺利点亮。当然，在测试 时 一定要注意防护静电。其实，最佳的静电防护方法便是使用专用的放静电带，并且接地。如果没有接地设备，当我们要用手接触板卡时，可以用手触摸一下 自来水管 或 潮湿的地面,把自己身上携带的静电泄放掉，避免在接触板卡时人身对板卡放电，造成板卡的损坏。特别是冬季干燥寒冷，我们穿的多为羊毛化纤制品，最容易产生静电。
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1.1.3 实战演练 —— 最小系统试验既然最小系统是构成了整个 PC的 核心,那么我们就从安装最小系统开始。在安装时应该找一个防静电带置于主板的下方，同时将主板放在较为柔软的物品上，以免刮伤背部的线路，建议使用防静电包装袋以及泡沫袋（图）。
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1安装 CPU
CPU的安装并不困难，大家首先要找对方向。注意观察主板上
CPU插槽，其中有些边角处并没有针孔，这一位置也应该对应
CPU上缺针的位置。以 AMD的 AthlonXP或者 Duron处理器为例，
其针脚有两个边角呈“斜三角”（图），应该对准 SocketA 插槽上的“斜三角”（图）。
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如果方向反了，那么 CPU是无法顺利嵌入 CPU插槽的。至于 Intel的
Pentium4或者 Celeron4（ 赛扬） 处理器，只有一个边角呈现缺口
（图），大家对准 CPU插槽的缺口即可（图）。
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安装 CPU时应该先轻轻地拉起 CPU插槽旁边的滑杆（图），此时
CPU可以略带阻尼感地插入 CPU插槽，然后放下滑杆，以固定 CPU
（ 图）。
整个过程应该相当轻松，如果遇到很大的阻力，应该立即停止，因为这很可能是 CPU插入方向错误所引起的。一味地使用蛮力肯定不能解决问题，反而会损坏 CPU！
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CPU主要概念：主频
主频也叫时钟频率，单位是 MHz,用来表示 CPU的运算速度。 CPU的主频＝外频×倍频系数。很多人以为认为 CPU的主频指的是 CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。 CPU的主频表示在 CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与 CPU实际的运算能力是没有 直接 关系的。 当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且 CPU的运算速度还要看 CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度，所以在某些情况下，很可能会出现主频较高的 CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是
CPU性能表现的一个方面，而不代表 CPU的整体性能。
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CPU主要概念：外频
外频是 CPU的基准频率，单位也是 MHz。 外频是 CPU与主板之间同步运行的速度,而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为 CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。
前端总线 (FSB)频率
前端总线 (FSB)频率（即总线频率）是直接影响 CPU与内存直接数据交换速度。由于单位数据传输量取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据交换速度＝（总线频率×数据带宽）
/8。外频与前端总线 (FSB)频率的区别,前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是 CPU与主板之间同步运行的速度。 也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；
而 100MHz前端总线指的是每秒钟 CPU可接受的数据传输量是
100MHz× 64bit÷ 8Byte/bit=800MB/s。
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CPU主要概念：倍频
倍频系数是指 CPU主频与外频之间的相对比例关系。 在相同的外频下，倍频越高 CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的 CPU本身意义并不大。这是因为 CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的 CPU就会出现明显的“瓶颈”效应 —— CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足 CPU运算的速度。
通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的 超频 。
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2安装 CPU风扇相对而言，安装 CPU风扇是整个装机过程中最危险的一步，因为用力不当就很容易压坏 CPU的核心。
首先用导热硅脂在 CPU的表面均匀地涂上一层，做这一步的目的便是确保
CPU与散热片之间紧密接触，赶走空气（图）。当然，导热硅脂也不能涂太多，应该以装上 CPU风扇后不溢出为标准。
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最后大家千万不能忘记为
CPU风扇接上电源，不然短短的几秒种就可能让
CPU过热而烧毁。如今
CPU风扇都采用 3pin电源接口，一般位于主板上
CPU插槽的附近（图）。
这种 3pin电源接口有一个导向小槽，因此不用担心插饭。此外，少数老式风扇可能依旧采用由 ATX电源输出的电源接口。
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3安装内存和显卡
在内存插槽上，我们可以看到两个塑料钮扣，将其向外搬，然后把内存条的缺口对准内存插槽上的小梗（图），完全插入之后再将塑料钮扣的位置复原（图）。安装内存基本上没有太大的难度，只要注意方向即可。
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AGP显卡的安装也同样简单，大家只要将其插上主板的 AGP插槽即可。此时,AGP
显卡的挡板应该面向主板端口的一侧。很多主板的 AGP插槽都有一个弹簧片（图），
当显卡正确插入之后，
该弹簧片会牢牢地扣住显卡。
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4设定跳线、加电开机
在加电开机之前，我们还要设置一下各个重要跳线，以免因为参数错误而导致硬件损坏。一般而言,CPU外频跳线、倍频跳线、电压跳线是我们首先关注的对象。当然，并非所有的主板都需要设置这些跳线，因为有些主板采取在 BIOS中进行设定，或者完全由系统自动识别。
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。
完成多种跳线的设定之后，
我们就可以接上 20pin的
ATX电源了。主板上的
20pin ATX电源接口有一个导航槽，顺着方向插入即可（图）。之所以要求大家最后才接 ATX电源也是为了保证安全，因为少数主板的供电模块有些小问题，有时一接上电就会自动启动 。
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最后，我们就要进行开机了。虽然我们没有开关按钮，但是通过短路主板上 2pin开关即可正常开机。主板上的 2pin开关一般位于左下角（图），通过说明书或者 PCB上印刷字找到确切位置，
用钥匙等导电物轻轻一碰,ATX电源就会立即启动。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述如果一切顺利的话，应该能够看到显示器出现系统自检画面，这也表明这些配件基本上可以完美地协调工作 。
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1.1.4 再接再厉 —— 完成装机
尽管我们已经成功地让最小系统正常运作，但是如果要真正完成整个装机过程，我们还必须经历固定主板、连接机箱前置面板与信号灯、安装 IDE
设备、添加板卡等步骤。
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1 连接机箱前置面板与信号灯一般来说，我们需要连接
PC喇叭、硬盘信号灯、
电源信号灯,ATX开关、
Reset开关，其中 ATX开关和 Reset开关在连接时无需注意正负极，而 PC
喇叭、硬盘信号灯和电源信号灯需要注意正负极，
白线或者黑线表示连接负极，彩色线（一般为红线或者绿线）表示连接正极
（图）。
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2 安装 IDE设备
对于普通用户而言，我们的硬盘,CDROM,DVDROM以及刻录机都采用 IDE接口，这是一种很普及的接口模式，每块主板上都至少有两个 IDE插槽，而每个插槽呢又可以支持 2个 IDE设备，
因此从原理上讲我们可以在同一台机器上安装四个 IDE设备共同使用（图）。
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IDE设备数据线燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
由于一个 IDE插槽可以安装两个 IDE设备，因此我们需要为每一个
IDE设备设定主从模式。设定主从模式的方法大家应该已经不会陌生，
就是跳线（图），总共分成三种：主（ MASTER）,从（ SLAVE）
和自动选择（ CABLE SELECT）,建议大家将所有的 IDE设备都跳线为 CABLE SELECT。
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。
随后，我们将所有的 IDE设备固定在机箱上
（图），这一步并不难做到，
只要对孔眼上螺丝即可 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述连接数据线? 在主板 IDE插槽这一端，我们可以按照 IDE连接线上的一个柱型突起，来对应主板 IDE插槽上的缺口，只要这样安装就可以保证正确了。
在硬盘这一端，我们可以仔细的观察 IDE连线最旁侧的两条边线，其中一条我们可以看到有红色的标记，而另一侧则没有。这个便是确认 IDE连线插接方向的条件，在连接的时候，
我们将这条有红色标记的一侧朝向硬盘电源插口的方向就可以了（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述需要注意的是，大家在连接 IDE硬盘时应该采用
80pin数据线（图），也只有这样才能激活
ATA66/100/133工作模式，
提高磁盘性能。此外，如果大家只需要安装一个光驱和一个硬盘，那么将以将这两个 IDE设备挂接在不同的 IDE插槽,这样可以稍微提高一些性能。
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IBM硬盘内部结构曝光
硬盘的正面图：
IBM 腾龙 4代 40G：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述硬盘各部分组成燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述反面图：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述内部图 1：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述内部 2：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述拆下的上盖板：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述主轴马达（这个可以 7200转）：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述强力磁铁（控制磁头架用的）：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述磁头架：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述盘片（这种硬盘是由玻璃做的）：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述整个硬盘燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3添加板卡? 由于目前 ISA接口已经被完全淘汰，因此 PCI
板卡已经成为我们唯一需要对付的设备，
其中主要包括声卡、
网卡，以及电视卡等。
安装板卡时要卸下机箱上的挡板，然后对准位置插入 PCI板卡
（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述声卡和网卡? 事实上，如今很多主板都已经集成声卡和网卡，如果需要使用额外的声卡，
那么应该先将板载声卡屏蔽掉，这一步一般通过主板上的跳线实现或者在
BIOS中进行设定。为了能够让声卡直接播放
AudioCD,我们还必须在声卡与光驱之间连接一条音频线（图）。
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4微机接口燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
5安装电源、封闭机箱
电源安装在机箱的右上角，大家可以使用四颗大螺丝加以固定。
当然，此时处理连接主板上的 20pin接口，也不能忘记为各个
IDE设备接上 D形电源接口（图）。
在封闭机箱之前，我们还需要进行一些善后工作。一台安好了的机箱内有很多五花八门的线，往往是硬盘数据线，电源线、音频线杂乱无章的夹杂在一起，不 仅 会互相干扰，而且会严重干扰散热。此时建议大家用象皮筋扎好后固定在远离 CPU风扇的地方。
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经过以上这些步骤，我们的整个装机过程就完成了。当然，真正使用 PC之间还需要经过 BIOS优化、操作系统安装、应用软件安装等多个步骤。
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1.2 计算机基础,计算机系统构成框图输入设备 运算器控制器输入信息 输出设备输出信息读出读出外存储器写入内存储器写入取出指令数据信息控制信息微型计算机
CPU+内存 +I/O接口外围设备中央处理器
CPU
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1.2.1 冯 ·诺依曼结构：
控制器,负责控制并协调各部件的工作,使计算机能自动地执行程序。 控制器从存储器顺序地取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各部件发出相应的命令，使指令规定的操作得以执行。 因此，控制器是统一指挥和控制计算机各部件进行工作的中央机构。
输入设备,负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。
输出设备,负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，
供用户查看。
存储器,是实现记忆功能的部件。数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式运算器,负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理。
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微处理器
严格讲，微处理器 ≠ CPU
CPU指的是计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术逻辑部件 (ALU)和控制部件两大主要部分组成
把 CPU和一组称为寄存器（ Registers） 的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器微型计算机系统的三个层次
微型计算机
以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ ROM）,读写存储器（ RAM）,输入／输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。
将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，
称为单片微型计算机，简称单片机。
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微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。
微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机
微型计算机系统组成,
– 微型计算机
– 外围设备
– 系统软件
– 程序设计语言
– 应用程序燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
位（ bit） 是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为 0或 1
的一个二进制数值位。位作为单位时记作
b
字节（ byte） 由 8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作 B,是衡量计算机所容纳信息量多少的单位。
1．位和字节燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述例如：一张 3.5英寸的软盘容量为 1.44MB,即表示该软盘可存储：
1.44× 1024× 1024× 8≈12079595位二进制信息，
或者说能存储：
1.44× 1024× 1024÷ 2≈752762个汉字。
例燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2 数字编码计算机内部处理信息 二进制代码形式流通、处理 信息转化 转化燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述计算机中为什么要采用二进制？
在计算机中任何信息均采用二进制，计算机内部存储、处理的只有 0
和 1组成的代码。主要原因如下：
1) 二进制在计算机中容易实现（只需二种状态）；
2) 运算简单；
如：十进制的乘法运算，九九表有 100条法则，而二进制只有
4条法则,0× 0=0,0× 1=0,1× 0=0,1× 1=1。
3) 便于计算机实现逻辑运算；
,1,0”两种状态刚好与“真、假”、“是、非”对应
2、二进制编码燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述常用计数制的表示方法
可用右下角小数字来表示不同数制的数。
如,(100)2 (100)10 (100)16 (100)8
在计算机中，通常用数字后面跟一个英文字母来表示不同数制的数。
如,110B（ 二进制） 5A6H（ 十六进制）
685D（ 十进制） 235O（ 八进制）
在计算机应用中引入十六进制数主要是为了书写和使用上的方便，在计算机内部信息处理仍是二进制数 。
注意：因为 23=8,24=16，所以,一位八进制数可以用 3
位二进制数来表示，一位十六进制数可以用 4位二进制数来表示。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述进制转换总结燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述补码
定义
特点,
– [+0]补 = [-0]补 = 00000000
– 数的表示范围,+127—— -128
– 当正数时，后面的 7位为数码部分；
– 当负数时，后面的 7位按位取反再加 1才是它的二进制值；
)0( 0 )0( 1 1 121
121
][
XXXX XXXX n
n
X 当 当补
000
111
110
101
100
011
010
001
0
- 2
- 3
- 4
3
2
1
- 1
负值增大正值增大补码的几何表示燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3 字符编码
1,ASCII码 （ American Standard Code for Information
Interchange,美国信息交换标准代码）
采用 7位二进制代来对一个字符进行编码，可表示 128个字符。
2、编码表,P416
3、
A S C I I 字符?
图形字符
（ 96 ）?
控制字符
（ 32 ）?
特殊符号数字大写字母小写字母传输控制字符格式控制字符设备控制字符信息分隔控制字符其它燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
8 7 6 5 4 3 2 1
奇偶校验 Z O N E 域代码 D I G I T 数字代码
ASCII码表特点域代码 A S C I I 码意义
000
001
控制字符
010 特殊符号
01 1 数字
100
101
大写字母
1 10
111
小写字母燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
4 汉字编码
◆ 其实，所有汉字输入法都是根据汉字的特点（字形、笔划、声音等）对汉字进行编码，这些都属于 外部输入码,简称 外部码 或 输入码 。
◆ 为了用户输入方便而设计的特定外部输入码，必须通过 特定的输入字典或 特定的转换函数,投影到对应的内部码上，这样一来，不管你用什么方法输入同一个汉字，存入计算机的都是与 字形发生器 严格一一对应的内部码。在计算机中存放的、处理过程中采用的都是唯一的 内部码 。
输入设备输入码 输出设备输入字典内部处理内部码输出字典字形表示燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.3、指令程序和指令系统指令：将计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，称为 指令指令＝操作码＋操作数程序：能实现某种功能的（ 算法 ） 指令 集合。
程序＝算法＋指令指令系统：计算机所能执行的全部指令 。
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1011 0000
0000 0111
机器语言程序语言 代码 特点不利于查错、记忆利于查错十六进制表示机器语言汇编（助记符）
利于查错、
记忆
B0H
07H
Mov AL，
07H
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1.2.4 模型计算机
CPU
存储器燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1累加器 AL （ 暂存操作数）；
2寄存器组 （暂存操作数）
3数据寄存器 DR （ 暂存操作数） ；
4地址寄存器 AR （ 暂存地址） ；
5指令寄存器 IR （ 暂存指令）；
6标志寄存器 F （ 暂存程序状态）；
7程序计数器 PC （ 暂存指令地址）；
总结：模型机 CPU中重要的寄存器燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。
由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。
取指令,PC 值加 1
停机?
译码并执行 结束
Y
N
微型计算机的工作过程燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述模型机的指令系统名称立即数取入累加器加立即数停机助记符
MO V AL,N
AD D AL,N
HLT
操作码
101 1 0 000 B 0 H
N n
000 0 010 0 04 H
N n
111 1 0 100 F 4 H
说明这是一条两字节指令,把指令第二字节的立即数 n 送累加器 AL
这是一条两字节指令,累加器 AL
中的内容与指令第二字节的立即数相加,结果在 AL 中停止操作燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.5 寻址方式
1.3.3.1立即寻址
操作数所在的地址直接包含在指令中。
指令的操作数部分就是操作数本身。
多媒体演示：
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1.3.3.2 寄存器寻址
寄存器中保存的是操作数的内容 。
多媒体演示：
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1.3.3.3 直接寻址
操作数部分直接给出有效地址 （ EA） 。
多媒体演示：
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1.3.3.4 寄存器间址寻址
寄存器中保存的是操作数的地址 。
多媒体演示：
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1.2.6 指令的执行过程燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.3 计算机的硬件和软件微型 计算机硬件软件微型计算机外围设备 ----
系统软件程序设计语言应用软件、软件包、数据库微处理器内存储器输入 /输出接口电路系统总线运算器控制器
RAM
ROM
数据总线地址总线控制总线键盘 /显示器、打印机、磁带机、磁盘机、
D/A,A/D转换器监控程序、操作系统汇编程序解释程序编译程序机器语言汇编语言高级语言燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
（ 1）硬件是 基础,软件依赖于硬件的存在而发生作用。
（ 2）软件是 灵魂,是硬件功能的扩充和完善。
（ 3）硬件和软件相互渗透，相互促进，并可以相互转化。
1.3.1 软硬件之间的相互关系燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述软件的概念：电子计算机为解决某问题而编写的程序及运用数据处理系统所需的手续、规则、文件的总称。
软件的分类：
用户语言处理程序 数据库管理工具软件应用软件开发软件硬件维护 工具软件装配程序 调试程序汇编语言 操作系统裸机
1)、系统软件：充分利用计算机资源，便于使用、管理、操作维护计算机编制的程序的总称。
2)、应用软件：为解决各类实际应用问题而编制的程序。
1.3.2 计算机的软件系统
3)、支撑软件：信息数据软件。
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A,操作系统是管理和控制计算机系统软、硬件资源的大型程序。
B,语言处理程序主要有各种语言和它们的汇编程序、解释程序、
编译程序。
C,服务性程序指为了帮助用户使用与维护计算机，提供服务性手段而编制的一类程序。
系统软件包括：
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1、操作系统燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2003年 5月在美国新奥尔良举办的 WinHEC（ Windows
Hardware Engineering Conference,Windows硬件工程师）
大会上，微软曾展示过关于开发中的下一代操作系统的一些内容，那就是 Longhorn。 同时微软还公布了 Longhorn开发的路线图（如上图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2、程序设计语言
编写计算机程序所用的语言即为程序设计语言，
它是人与计算机之间交换信息的工具，是软件系统的重要组成部分。
程序设计语言一般分 3类：
1,机器语言
2,汇编语言
3,高级语言燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述机器语言
机器语言,是机器可识别的，不需翻译，直接供机器使用。（每一条语句即是一条二进制形式的指令代码）
特点,最低级的程序设计语言，难阅读、难理解、
难编写和记忆，但执行 速度最快 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述汇编语言
汇编语言,面向机器,“符号化”，用助记符代替二进制代码 — 符号语言。
特点,低级语言，比机器语言易阅读、易理解、易修改和检查等，执行速度也快。但汇编语言依赖于具体的微处理器型号，故 通用性、可移植性较差 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述高级语言
高级语言,采用“自然语言的词汇，语法也相近的自封闭语法体系”。 面向问题 求解过程 — 算法语言或过程语言。
特点,更易阅读和理解，独立于具体的机器系统，其 通用性、可移植性 大大提高。
目前，世界上已有上千种高级语言，用得较多的是 Fortran、
Pascal,C,Prolog,Lisp,VB,VC等数十种。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3、语言处理程序
源程序,采用高级语言或汇编语言编写的程序。
目标程序,机器能直接执行的用,0”、,1”代码表示的程序（机器码）。
语言处理程序
语言处理程序的任务就是把源程序翻译成目标程序。
源程序 目标程序（机器码）
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述翻译
将程序转化成机器语言称为翻译；
,汇编程序”的功能是将汇编语句（ ADD） 转化成机器语言（ 1000 0000）；
,解释程序”的功能是将 高级语言逐行 转化成机器语言；
,编译程序”的功能是将 高级语言一次性 转化成机器语言；
编译可视作“成批处理”，且产生目标程序。
解释是逐条执行，并且不产生目标程序。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
ADD?BASIC语言
A＋ B
FORTRAN
,C语言汇编程序 解释程序 编译程序机器语言（ 1000 0000＝ ADD）
高级语言汇编语言程序计数器
ALU CPU
计算机编好的程序翻译机器码存于存储器执行燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述電腦程式語言第一代語言機械語言第二代語言組合語言第三代語言高階語言第四代語言視覺及物件導向語言编程语言的发展一般所謂的第四代語言
(Foruth Generation
Language,4GL),是指不需要專門技術即可使用的套 裝軟體，通常以句子或圖像 (icon) 選擇所要的功能。例如，
使用第四代語言的程式寫作者不必描述資 料儲存的細節，及資料如何顯示在螢幕上和在機器中的情形，只有描述顯示在軟體上上的資料及它們 的關係。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.4 微型计算机的结构微处理器
CPU
存储器 DMA
控制部件输入 /输出接口部件外设 外设燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述1.4.1 微型计算机的外部结构
1）地址总线 AB（ Address Bus）
用于传送 CPU发出的用于选择要访问的器件或部件的地址信息。（在微机中，除存储器具有单元地址外，几乎所有的 I/O接口部件都具有地址。）一般处理器有 16根,20根或更多。
2) 数据总线 DB（ Data Bus）
用于传送微机系统内的各种类型的数据。（数据可以由外部流向 CPU,也可由 CPU流向外部，故是双向传输线 。） 8位 CPU有 8根,16位 CPU有 16根等。
3) 控制总线 CB（ Control Bus）
传送保证微机同步和协调的定时和控制信号。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.4.2 微处理器的内部结构标志寄存器总线控制电路通用寄 存器
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
SP
BP
DI
SI
数据寄存器指针和变址寄存器
AX
BX
CX
DX
地址加法器
AB
( 2 0 位)
暂存寄存器
ALU
执行单元（E U ）
EU
控制电路总线接口单元（BIU ）
指令队列缓冲器
1 2 3 4 5 6
队列总线
（8 位）
（1 6 位数据总线）
8 0 8 6 总线
ALU
数据总线
( 1 6 位）
Σ
DB
( 1 6 位)
CS
DS
SS
ES
IP
内部寄存器图（3,2 ）8 0 8 6 C P U 的内部结构框图燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1总线接口部件（ BIU）
与存储器,I/O接口电路的接口部件
组成：指令队列、段寄存器组、指令指针、地址加法器和总线控制器等组成
功能：完成所有外部总线的操作：取指令、读 /写操作数、地址变换和总线操作等
2累加器和算术逻辑单元
组成：算术逻辑部件 ALU,标志寄存器、通用寄存器组等组成。
功能：负责指令的执行。
3内部寄存器阵列
通用寄存器组：
-通用数据寄存器：（ 16位） AX,BX,CX,DX
（ 8位） AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL
-指针与变址寄存器：堆栈指针寄存器 SP,基址指针寄存器 BP,源变址寄存器 SI,目的变址寄存器 DI
微处理器的内部结构燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。 CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：
进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库
（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。
CPU内部结构的比喻燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.5 多媒体计算机多媒体技术 利用计算机来综合、集成地处理文字、图形、图像、声音、视频、动画等媒体，而形成的一种全新的信息传播和处理技术。这种技术包括计算机屏幕显示、视频光盘,CD-ROM以及语言和声音的综合，同时在这些部件之间建立逻辑连接，从而使整个系统具有交互性。显然，
多媒体技术使计算机进一步摆脱了“计算工具”
的传统观念，成为处理各种信息的强有力工具。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述多媒体计算机燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述习题
1,微型计算机系统有哪三个层次，简述其内涵及其联系与区别
2,试述冯?诺依曼计算机的体系结构和冯?诺依曼存储程序工作原理
3,将二进制数 11011.011转换成十进制数，八进制数和十六进制数
4,设计算机字长为 8位，求机器数 E3(H)分别为原码、反码、补码、
无符号数、压缩 BCD码时对应的真值
5.
2 1 6 1 0( 1 0 1 0 1,0 1 ) ( 1 0 1 0 1,0 1 ) ( 1 5,4 ) ( _ _ )B C D
5.Key,21.25+15.4+21.25=57.9
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述参考教材
清华大学电子工程系，马洪兵，微机原理
董方武，微机接口技术
李千 微机应用基础
北京邮电大学计算机科学与技术学院，白中英，计算机组成原理
曾青松,计算机系统导论
山东大学计算机学院,宁飞,微型计算机原理与接口
天津大学电子信息学院,艾德才,计算机硬件技术基础
东华大学信息学院自动化系,微型计算机技术燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
皱逢兴主编，微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟
[美 ]Kris Jamsa,PC Performance Tuning and Upgrading Tips
and Techniques
罗云彬,windows环境下 32位汇编语言程序设计
沈美明，温冬婵,IBM-PC汇编语言程序设计
[美 ]Scott Mueller,Upgrading and Repairing PCs
参考教材
（第四版）
周明德 主编燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述知识就是力量。电子计算机是这种力量的放大器。而把人类知识予以扩大的机器也会把一切方面的力量予以扩大。
－－费根鲍姆（美）
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述陈志旺,czwaaron@ysu.edu.cn
2001年 7月本科毕业留校；
2003年 7月硕士研究生毕业于燕山大学控制理论与控制工程专业；
现执教于燕山大学自动化教研室；
研究方向：板形板厚控制，计算机控制；
主讲课程：微机原理；单片机原理及应用。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述前 言燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
0.1 IA-32结构微处理器的概要历史（ 2.1）
点击翻页燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
0.2 Intel(Integrated Electronics )公司发展史燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
0.3 从过时的 8086芯片学起的原因
IA-32结构是完全兼容的
8088/8086是 Intel 80x86系列芯片的基础
构造一个小型系统,要采用 8086(8088)
PC机的存储器容量已经很大,但是基本存储单元的工作原理没有变,构成存储器的原理没有变,存储器与 CPU的接口原理、接口方法也没有变
PC机的外设越来越丰富，但是 PC机与外设的接口方法并没有变，中断的工作原理及中断处理方法也没有变
PC机主板上已用两块专用芯片代替以前大量的接口芯片和中小规模集成电路，但是它们仍然具有 8255A,8250,8353
（ 8254）,8259和 8237等芯片的作用。并且在自行构造系统时，仍然要使用这些通用的接口芯片燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述第一章 概 述燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.1 台式个人计算机的构成（组装）
PC配件的搭配问题在装机之前，我们必须逐一采购各种配件，然而这些配件必须有机地配合才能使用。具体来说，大家必须注意五点：
1,CPU与芯片组配合
2,内存与主板配合
3,电源与主板配合
4,显卡与主板配合
5,CPU风扇与 CPU配合
1.1.1 装机必备 —— 硬件基础知识燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
主板由 5部分组成,CPU,存储器、
总线、插槽和电源。它就象一座城市：
CPU犹如行政领导机构；
存储器类似住宅、宾馆、仓库、广场；
总线则是大街小巷及交通指挥中心；
插槽则象车站、码头、机场，代表主板与外界交换数据的能力；
电源则是供应能量的电厂，通常电源在主板上只是一个插座，电源电路不在主板上。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述主板的总线结构燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.1.2、简洁的最小系统所谓“最小系统”就是 CPU（ 包含风扇）、主板、
内存、显卡、电源 这五项配件。为了避免反复装卸，
强烈建议大家在固定主板之前使用“最小系统”验证系统是否能够顺利点亮。当然，在测试 时 一定要注意防护静电。其实，最佳的静电防护方法便是使用专用的放静电带，并且接地。如果没有接地设备，当我们要用手接触板卡时，可以用手触摸一下 自来水管 或 潮湿的地面,把自己身上携带的静电泄放掉，避免在接触板卡时人身对板卡放电，造成板卡的损坏。特别是冬季干燥寒冷，我们穿的多为羊毛化纤制品，最容易产生静电。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.1.3 实战演练 —— 最小系统试验既然最小系统是构成了整个 PC的 核心,那么我们就从安装最小系统开始。在安装时应该找一个防静电带置于主板的下方，同时将主板放在较为柔软的物品上，以免刮伤背部的线路，建议使用防静电包装袋以及泡沫袋（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1安装 CPU
CPU的安装并不困难，大家首先要找对方向。注意观察主板上
CPU插槽，其中有些边角处并没有针孔，这一位置也应该对应
CPU上缺针的位置。以 AMD的 AthlonXP或者 Duron处理器为例，
其针脚有两个边角呈“斜三角”（图），应该对准 SocketA 插槽上的“斜三角”（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
如果方向反了，那么 CPU是无法顺利嵌入 CPU插槽的。至于 Intel的
Pentium4或者 Celeron4（ 赛扬） 处理器，只有一个边角呈现缺口
（图），大家对准 CPU插槽的缺口即可（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
安装 CPU时应该先轻轻地拉起 CPU插槽旁边的滑杆（图），此时
CPU可以略带阻尼感地插入 CPU插槽，然后放下滑杆，以固定 CPU
（ 图）。
整个过程应该相当轻松，如果遇到很大的阻力，应该立即停止，因为这很可能是 CPU插入方向错误所引起的。一味地使用蛮力肯定不能解决问题，反而会损坏 CPU！
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
CPU主要概念：主频
主频也叫时钟频率，单位是 MHz,用来表示 CPU的运算速度。 CPU的主频＝外频×倍频系数。很多人以为认为 CPU的主频指的是 CPU运行的速度，实际上这个认识是很片面的。 CPU的主频表示在 CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与 CPU实际的运算能力是没有 直接 关系的。 当然，主频和实际的运算速度是有关的，但是目前还没有一个确定的公式能够实现两者之间的数值关系，而且 CPU的运算速度还要看 CPU的流水线的各方面的性能指标。由于主频并不直接代表运算速度，所以在某些情况下，很可能会出现主频较高的 CPU实际运算速度较低的现象。因此主频仅仅是
CPU性能表现的一个方面，而不代表 CPU的整体性能。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
CPU主要概念：外频
外频是 CPU的基准频率，单位也是 MHz。 外频是 CPU与主板之间同步运行的速度,而且目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为 CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。
前端总线 (FSB)频率
前端总线 (FSB)频率（即总线频率）是直接影响 CPU与内存直接数据交换速度。由于单位数据传输量取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率，即数据交换速度＝（总线频率×数据带宽）
/8。外频与前端总线 (FSB)频率的区别,前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频是 CPU与主板之间同步运行的速度。 也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；
而 100MHz前端总线指的是每秒钟 CPU可接受的数据传输量是
100MHz× 64bit÷ 8Byte/bit=800MB/s。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
CPU主要概念：倍频
倍频系数是指 CPU主频与外频之间的相对比例关系。 在相同的外频下，倍频越高 CPU的频率也越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的 CPU本身意义并不大。这是因为 CPU与系统之间数据传输速度是有限的，一味追求高倍频而得到高主频的 CPU就会出现明显的“瓶颈”效应 —— CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足 CPU运算的速度。
通过提高外频或倍频系数，可以使微处理器工作在比标称主频更高的时钟频率上，这就是所谓的 超频 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2安装 CPU风扇相对而言，安装 CPU风扇是整个装机过程中最危险的一步，因为用力不当就很容易压坏 CPU的核心。
首先用导热硅脂在 CPU的表面均匀地涂上一层，做这一步的目的便是确保
CPU与散热片之间紧密接触，赶走空气（图）。当然，导热硅脂也不能涂太多，应该以装上 CPU风扇后不溢出为标准。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
最后大家千万不能忘记为
CPU风扇接上电源，不然短短的几秒种就可能让
CPU过热而烧毁。如今
CPU风扇都采用 3pin电源接口，一般位于主板上
CPU插槽的附近（图）。
这种 3pin电源接口有一个导向小槽，因此不用担心插饭。此外，少数老式风扇可能依旧采用由 ATX电源输出的电源接口。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3安装内存和显卡
在内存插槽上，我们可以看到两个塑料钮扣，将其向外搬，然后把内存条的缺口对准内存插槽上的小梗（图），完全插入之后再将塑料钮扣的位置复原（图）。安装内存基本上没有太大的难度，只要注意方向即可。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
AGP显卡的安装也同样简单，大家只要将其插上主板的 AGP插槽即可。此时,AGP
显卡的挡板应该面向主板端口的一侧。很多主板的 AGP插槽都有一个弹簧片（图），
当显卡正确插入之后，
该弹簧片会牢牢地扣住显卡。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
4设定跳线、加电开机
在加电开机之前，我们还要设置一下各个重要跳线，以免因为参数错误而导致硬件损坏。一般而言,CPU外频跳线、倍频跳线、电压跳线是我们首先关注的对象。当然，并非所有的主板都需要设置这些跳线，因为有些主板采取在 BIOS中进行设定，或者完全由系统自动识别。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
。
完成多种跳线的设定之后，
我们就可以接上 20pin的
ATX电源了。主板上的
20pin ATX电源接口有一个导航槽，顺着方向插入即可（图）。之所以要求大家最后才接 ATX电源也是为了保证安全，因为少数主板的供电模块有些小问题，有时一接上电就会自动启动 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
最后，我们就要进行开机了。虽然我们没有开关按钮，但是通过短路主板上 2pin开关即可正常开机。主板上的 2pin开关一般位于左下角（图），通过说明书或者 PCB上印刷字找到确切位置，
用钥匙等导电物轻轻一碰,ATX电源就会立即启动。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述如果一切顺利的话，应该能够看到显示器出现系统自检画面，这也表明这些配件基本上可以完美地协调工作 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.1.4 再接再厉 —— 完成装机
尽管我们已经成功地让最小系统正常运作，但是如果要真正完成整个装机过程，我们还必须经历固定主板、连接机箱前置面板与信号灯、安装 IDE
设备、添加板卡等步骤。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1 连接机箱前置面板与信号灯一般来说，我们需要连接
PC喇叭、硬盘信号灯、
电源信号灯,ATX开关、
Reset开关，其中 ATX开关和 Reset开关在连接时无需注意正负极，而 PC
喇叭、硬盘信号灯和电源信号灯需要注意正负极，
白线或者黑线表示连接负极，彩色线（一般为红线或者绿线）表示连接正极
（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2 安装 IDE设备
对于普通用户而言，我们的硬盘,CDROM,DVDROM以及刻录机都采用 IDE接口，这是一种很普及的接口模式，每块主板上都至少有两个 IDE插槽，而每个插槽呢又可以支持 2个 IDE设备，
因此从原理上讲我们可以在同一台机器上安装四个 IDE设备共同使用（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
IDE设备数据线燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
由于一个 IDE插槽可以安装两个 IDE设备，因此我们需要为每一个
IDE设备设定主从模式。设定主从模式的方法大家应该已经不会陌生，
就是跳线（图），总共分成三种：主（ MASTER）,从（ SLAVE）
和自动选择（ CABLE SELECT）,建议大家将所有的 IDE设备都跳线为 CABLE SELECT。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
。
随后，我们将所有的 IDE设备固定在机箱上
（图），这一步并不难做到，
只要对孔眼上螺丝即可 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述连接数据线? 在主板 IDE插槽这一端，我们可以按照 IDE连接线上的一个柱型突起，来对应主板 IDE插槽上的缺口，只要这样安装就可以保证正确了。
在硬盘这一端，我们可以仔细的观察 IDE连线最旁侧的两条边线，其中一条我们可以看到有红色的标记，而另一侧则没有。这个便是确认 IDE连线插接方向的条件，在连接的时候，
我们将这条有红色标记的一侧朝向硬盘电源插口的方向就可以了（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述需要注意的是，大家在连接 IDE硬盘时应该采用
80pin数据线（图），也只有这样才能激活
ATA66/100/133工作模式，
提高磁盘性能。此外，如果大家只需要安装一个光驱和一个硬盘，那么将以将这两个 IDE设备挂接在不同的 IDE插槽,这样可以稍微提高一些性能。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
IBM硬盘内部结构曝光
硬盘的正面图：
IBM 腾龙 4代 40G：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述硬盘各部分组成燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述反面图：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述内部图 1：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述内部 2：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述拆下的上盖板：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述主轴马达（这个可以 7200转）：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述强力磁铁（控制磁头架用的）：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述磁头架：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述盘片（这种硬盘是由玻璃做的）：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述整个硬盘燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3添加板卡? 由于目前 ISA接口已经被完全淘汰，因此 PCI
板卡已经成为我们唯一需要对付的设备，
其中主要包括声卡、
网卡，以及电视卡等。
安装板卡时要卸下机箱上的挡板，然后对准位置插入 PCI板卡
（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述声卡和网卡? 事实上，如今很多主板都已经集成声卡和网卡，如果需要使用额外的声卡，
那么应该先将板载声卡屏蔽掉，这一步一般通过主板上的跳线实现或者在
BIOS中进行设定。为了能够让声卡直接播放
AudioCD,我们还必须在声卡与光驱之间连接一条音频线（图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
4微机接口燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
5安装电源、封闭机箱
电源安装在机箱的右上角，大家可以使用四颗大螺丝加以固定。
当然，此时处理连接主板上的 20pin接口，也不能忘记为各个
IDE设备接上 D形电源接口（图）。
在封闭机箱之前，我们还需要进行一些善后工作。一台安好了的机箱内有很多五花八门的线，往往是硬盘数据线，电源线、音频线杂乱无章的夹杂在一起，不 仅 会互相干扰，而且会严重干扰散热。此时建议大家用象皮筋扎好后固定在远离 CPU风扇的地方。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
经过以上这些步骤，我们的整个装机过程就完成了。当然，真正使用 PC之间还需要经过 BIOS优化、操作系统安装、应用软件安装等多个步骤。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2 计算机基础,计算机系统构成框图输入设备 运算器控制器输入信息 输出设备输出信息读出读出外存储器写入内存储器写入取出指令数据信息控制信息微型计算机
CPU+内存 +I/O接口外围设备中央处理器
CPU
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.1 冯 ·诺依曼结构：
控制器,负责控制并协调各部件的工作,使计算机能自动地执行程序。 控制器从存储器顺序地取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各部件发出相应的命令，使指令规定的操作得以执行。 因此，控制器是统一指挥和控制计算机各部件进行工作的中央机构。
输入设备,负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。
输出设备,负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，
供用户查看。
存储器,是实现记忆功能的部件。数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式运算器,负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
微处理器
严格讲，微处理器 ≠ CPU
CPU指的是计算机中执行运算和控制功能的区域，由算术逻辑部件 (ALU)和控制部件两大主要部分组成
把 CPU和一组称为寄存器（ Registers） 的特殊存储器集成在一片大规模集成电路或超大规模集成电路封装之中，这个器件才被称为微处理器微型计算机系统的三个层次
微型计算机
以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制作的只读存储器（ ROM）,读写存储器（ RAM）,输入／输出接口电路及系统总线等所组成的计算机，称为微型计算机。
将这些组成部分集成在一片超大规模集成电路芯片上，
称为单片微型计算机，简称单片机。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备以及控制微型计算机工作的软件，就构成了完整的微型计算机系统。
微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机
微型计算机系统组成,
– 微型计算机
– 外围设备
– 系统软件
– 程序设计语言
– 应用程序燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
位（ bit） 是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为 0或 1
的一个二进制数值位。位作为单位时记作
b
字节（ byte） 由 8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位。字节作为单位时记作 B,是衡量计算机所容纳信息量多少的单位。
1．位和字节燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述例如：一张 3.5英寸的软盘容量为 1.44MB,即表示该软盘可存储：
1.44× 1024× 1024× 8≈12079595位二进制信息，
或者说能存储：
1.44× 1024× 1024÷ 2≈752762个汉字。
例燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2 数字编码计算机内部处理信息 二进制代码形式流通、处理 信息转化 转化燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述计算机中为什么要采用二进制？
在计算机中任何信息均采用二进制，计算机内部存储、处理的只有 0
和 1组成的代码。主要原因如下：
1) 二进制在计算机中容易实现（只需二种状态）；
2) 运算简单；
如：十进制的乘法运算，九九表有 100条法则，而二进制只有
4条法则,0× 0=0,0× 1=0,1× 0=0,1× 1=1。
3) 便于计算机实现逻辑运算；
,1,0”两种状态刚好与“真、假”、“是、非”对应
2、二进制编码燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述常用计数制的表示方法
可用右下角小数字来表示不同数制的数。
如,(100)2 (100)10 (100)16 (100)8
在计算机中，通常用数字后面跟一个英文字母来表示不同数制的数。
如,110B（ 二进制） 5A6H（ 十六进制）
685D（ 十进制） 235O（ 八进制）
在计算机应用中引入十六进制数主要是为了书写和使用上的方便，在计算机内部信息处理仍是二进制数 。
注意：因为 23=8,24=16，所以,一位八进制数可以用 3
位二进制数来表示，一位十六进制数可以用 4位二进制数来表示。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述进制转换总结燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述补码
定义
特点,
– [+0]补 = [-0]补 = 00000000
– 数的表示范围,+127—— -128
– 当正数时，后面的 7位为数码部分；
– 当负数时，后面的 7位按位取反再加 1才是它的二进制值；
)0( 0 )0( 1 1 121
121
][
XXXX XXXX n
n
X 当 当补
000
111
110
101
100
011
010
001
0
- 2
- 3
- 4
3
2
1
- 1
负值增大正值增大补码的几何表示燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3 字符编码
1,ASCII码 （ American Standard Code for Information
Interchange,美国信息交换标准代码）
采用 7位二进制代来对一个字符进行编码，可表示 128个字符。
2、编码表,P416
3、
A S C I I 字符?
图形字符
（ 96 ）?
控制字符
（ 32 ）?
特殊符号数字大写字母小写字母传输控制字符格式控制字符设备控制字符信息分隔控制字符其它燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
8 7 6 5 4 3 2 1
奇偶校验 Z O N E 域代码 D I G I T 数字代码
ASCII码表特点域代码 A S C I I 码意义
000
001
控制字符
010 特殊符号
01 1 数字
100
101
大写字母
1 10
111
小写字母燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
4 汉字编码
◆ 其实，所有汉字输入法都是根据汉字的特点（字形、笔划、声音等）对汉字进行编码，这些都属于 外部输入码,简称 外部码 或 输入码 。
◆ 为了用户输入方便而设计的特定外部输入码，必须通过 特定的输入字典或 特定的转换函数,投影到对应的内部码上，这样一来，不管你用什么方法输入同一个汉字，存入计算机的都是与 字形发生器 严格一一对应的内部码。在计算机中存放的、处理过程中采用的都是唯一的 内部码 。
输入设备输入码 输出设备输入字典内部处理内部码输出字典字形表示燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.3、指令程序和指令系统指令：将计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，称为 指令指令＝操作码＋操作数程序：能实现某种功能的（ 算法 ） 指令 集合。
程序＝算法＋指令指令系统：计算机所能执行的全部指令 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1011 0000
0000 0111
机器语言程序语言 代码 特点不利于查错、记忆利于查错十六进制表示机器语言汇编（助记符）
利于查错、
记忆
B0H
07H
Mov AL，
07H
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.4 模型计算机
CPU
存储器燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1累加器 AL （ 暂存操作数）；
2寄存器组 （暂存操作数）
3数据寄存器 DR （ 暂存操作数） ；
4地址寄存器 AR （ 暂存地址） ；
5指令寄存器 IR （ 暂存指令）；
6标志寄存器 F （ 暂存程序状态）；
7程序计数器 PC （ 暂存指令地址）；
总结：模型机 CPU中重要的寄存器燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
微型计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序由指令序列组成，因此，执行程序的过程，就是执行指令序列的过程，即逐条地从存储器中取出指令并完成指令所指定的操作。
由于执行每一条指令，都包括取指、译码和执行三个基本步骤，所以，微型计算机的工作过程，也就是不断地取指令、译码和执行的过程，直到遇到停机指令时才结束机器的运行。
取指令,PC 值加 1
停机?
译码并执行 结束
Y
N
微型计算机的工作过程燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述模型机的指令系统名称立即数取入累加器加立即数停机助记符
MO V AL,N
AD D AL,N
HLT
操作码
101 1 0 000 B 0 H
N n
000 0 010 0 04 H
N n
111 1 0 100 F 4 H
说明这是一条两字节指令,把指令第二字节的立即数 n 送累加器 AL
这是一条两字节指令,累加器 AL
中的内容与指令第二字节的立即数相加,结果在 AL 中停止操作燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.5 寻址方式
1.3.3.1立即寻址
操作数所在的地址直接包含在指令中。
指令的操作数部分就是操作数本身。
多媒体演示：
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1.3.3.2 寄存器寻址
寄存器中保存的是操作数的内容 。
多媒体演示：
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1.3.3.3 直接寻址
操作数部分直接给出有效地址 （ EA） 。
多媒体演示：
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1.3.3.4 寄存器间址寻址
寄存器中保存的是操作数的地址 。
多媒体演示：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.2.6 指令的执行过程燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.3 计算机的硬件和软件微型 计算机硬件软件微型计算机外围设备 ----
系统软件程序设计语言应用软件、软件包、数据库微处理器内存储器输入 /输出接口电路系统总线运算器控制器
RAM
ROM
数据总线地址总线控制总线键盘 /显示器、打印机、磁带机、磁盘机、
D/A,A/D转换器监控程序、操作系统汇编程序解释程序编译程序机器语言汇编语言高级语言燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
（ 1）硬件是 基础,软件依赖于硬件的存在而发生作用。
（ 2）软件是 灵魂,是硬件功能的扩充和完善。
（ 3）硬件和软件相互渗透，相互促进，并可以相互转化。
1.3.1 软硬件之间的相互关系燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述软件的概念：电子计算机为解决某问题而编写的程序及运用数据处理系统所需的手续、规则、文件的总称。
软件的分类：
用户语言处理程序 数据库管理工具软件应用软件开发软件硬件维护 工具软件装配程序 调试程序汇编语言 操作系统裸机
1)、系统软件：充分利用计算机资源，便于使用、管理、操作维护计算机编制的程序的总称。
2)、应用软件：为解决各类实际应用问题而编制的程序。
1.3.2 计算机的软件系统
3)、支撑软件：信息数据软件。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
A,操作系统是管理和控制计算机系统软、硬件资源的大型程序。
B,语言处理程序主要有各种语言和它们的汇编程序、解释程序、
编译程序。
C,服务性程序指为了帮助用户使用与维护计算机，提供服务性手段而编制的一类程序。
系统软件包括：
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1、操作系统燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2003年 5月在美国新奥尔良举办的 WinHEC（ Windows
Hardware Engineering Conference,Windows硬件工程师）
大会上，微软曾展示过关于开发中的下一代操作系统的一些内容，那就是 Longhorn。 同时微软还公布了 Longhorn开发的路线图（如上图）。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
2、程序设计语言
编写计算机程序所用的语言即为程序设计语言，
它是人与计算机之间交换信息的工具，是软件系统的重要组成部分。
程序设计语言一般分 3类：
1,机器语言
2,汇编语言
3,高级语言燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述机器语言
机器语言,是机器可识别的，不需翻译，直接供机器使用。（每一条语句即是一条二进制形式的指令代码）
特点,最低级的程序设计语言，难阅读、难理解、
难编写和记忆，但执行 速度最快 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述汇编语言
汇编语言,面向机器,“符号化”，用助记符代替二进制代码 — 符号语言。
特点,低级语言，比机器语言易阅读、易理解、易修改和检查等，执行速度也快。但汇编语言依赖于具体的微处理器型号，故 通用性、可移植性较差 。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述高级语言
高级语言,采用“自然语言的词汇，语法也相近的自封闭语法体系”。 面向问题 求解过程 — 算法语言或过程语言。
特点,更易阅读和理解，独立于具体的机器系统，其 通用性、可移植性 大大提高。
目前，世界上已有上千种高级语言，用得较多的是 Fortran、
Pascal,C,Prolog,Lisp,VB,VC等数十种。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
3、语言处理程序
源程序,采用高级语言或汇编语言编写的程序。
目标程序,机器能直接执行的用,0”、,1”代码表示的程序（机器码）。
语言处理程序
语言处理程序的任务就是把源程序翻译成目标程序。
源程序 目标程序（机器码）
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述翻译
将程序转化成机器语言称为翻译；
,汇编程序”的功能是将汇编语句（ ADD） 转化成机器语言（ 1000 0000）；
,解释程序”的功能是将 高级语言逐行 转化成机器语言；
,编译程序”的功能是将 高级语言一次性 转化成机器语言；
编译可视作“成批处理”，且产生目标程序。
解释是逐条执行，并且不产生目标程序。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
ADD?BASIC语言
A＋ B
FORTRAN
,C语言汇编程序 解释程序 编译程序机器语言（ 1000 0000＝ ADD）
高级语言汇编语言程序计数器
ALU CPU
计算机编好的程序翻译机器码存于存储器执行燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述電腦程式語言第一代語言機械語言第二代語言組合語言第三代語言高階語言第四代語言視覺及物件導向語言编程语言的发展一般所謂的第四代語言
(Foruth Generation
Language,4GL),是指不需要專門技術即可使用的套 裝軟體，通常以句子或圖像 (icon) 選擇所要的功能。例如，
使用第四代語言的程式寫作者不必描述資 料儲存的細節，及資料如何顯示在螢幕上和在機器中的情形，只有描述顯示在軟體上上的資料及它們 的關係。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.4 微型计算机的结构微处理器
CPU
存储器 DMA
控制部件输入 /输出接口部件外设 外设燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述1.4.1 微型计算机的外部结构
1）地址总线 AB（ Address Bus）
用于传送 CPU发出的用于选择要访问的器件或部件的地址信息。（在微机中，除存储器具有单元地址外，几乎所有的 I/O接口部件都具有地址。）一般处理器有 16根,20根或更多。
2) 数据总线 DB（ Data Bus）
用于传送微机系统内的各种类型的数据。（数据可以由外部流向 CPU,也可由 CPU流向外部，故是双向传输线 。） 8位 CPU有 8根,16位 CPU有 16根等。
3) 控制总线 CB（ Control Bus）
传送保证微机同步和协调的定时和控制信号。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.4.2 微处理器的内部结构标志寄存器总线控制电路通用寄 存器
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
SP
BP
DI
SI
数据寄存器指针和变址寄存器
AX
BX
CX
DX
地址加法器
AB
( 2 0 位)
暂存寄存器
ALU
执行单元（E U ）
EU
控制电路总线接口单元（BIU ）
指令队列缓冲器
1 2 3 4 5 6
队列总线
（8 位）
（1 6 位数据总线）
8 0 8 6 总线
ALU
数据总线
( 1 6 位）
Σ
DB
( 1 6 位)
CS
DS
SS
ES
IP
内部寄存器图（3,2 ）8 0 8 6 C P U 的内部结构框图燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1总线接口部件（ BIU）
与存储器,I/O接口电路的接口部件
组成：指令队列、段寄存器组、指令指针、地址加法器和总线控制器等组成
功能：完成所有外部总线的操作：取指令、读 /写操作数、地址变换和总线操作等
2累加器和算术逻辑单元
组成：算术逻辑部件 ALU,标志寄存器、通用寄存器组等组成。
功能：负责指令的执行。
3内部寄存器阵列
通用寄存器组：
-通用数据寄存器：（ 16位） AX,BX,CX,DX
（ 8位） AH,AL,BH,BL,CH,CL,DH,DL
-指针与变址寄存器：堆栈指针寄存器 SP,基址指针寄存器 BP,源变址寄存器 SI,目的变址寄存器 DI
微处理器的内部结构燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。 CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：
进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库
（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（交由应用程序使用）。
CPU内部结构的比喻燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
1.5 多媒体计算机多媒体技术 利用计算机来综合、集成地处理文字、图形、图像、声音、视频、动画等媒体，而形成的一种全新的信息传播和处理技术。这种技术包括计算机屏幕显示、视频光盘,CD-ROM以及语言和声音的综合，同时在这些部件之间建立逻辑连接，从而使整个系统具有交互性。显然，
多媒体技术使计算机进一步摆脱了“计算工具”
的传统观念，成为处理各种信息的强有力工具。
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述多媒体计算机燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述习题
1,微型计算机系统有哪三个层次，简述其内涵及其联系与区别
2,试述冯?诺依曼计算机的体系结构和冯?诺依曼存储程序工作原理
3,将二进制数 11011.011转换成十进制数，八进制数和十六进制数
4,设计算机字长为 8位，求机器数 E3(H)分别为原码、反码、补码、
无符号数、压缩 BCD码时对应的真值
5.
2 1 6 1 0( 1 0 1 0 1,0 1 ) ( 1 0 1 0 1,0 1 ) ( 1 5,4 ) ( _ _ )B C D
5.Key,21.25+15.4+21.25=57.9
燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述参考教材
清华大学电子工程系，马洪兵，微机原理
董方武，微机接口技术
李千 微机应用基础
北京邮电大学计算机科学与技术学院，白中英，计算机组成原理
曾青松,计算机系统导论
山东大学计算机学院,宁飞,微型计算机原理与接口
天津大学电子信息学院,艾德才,计算机硬件技术基础
东华大学信息学院自动化系,微型计算机技术燕山大学电气工程学院自动化教研室第 1章 概述
皱逢兴主编，微型计算机原理及其应用典型题解析与实战模拟
[美 ]Kris Jamsa,PC Performance Tuning and Upgrading Tips
and Techniques
罗云彬,windows环境下 32位汇编语言程序设计
沈美明，温冬婵,IBM-PC汇编语言程序设计
[美 ]Scott Mueller,Upgrading and Repairing PCs
参考教材
