钱晓捷，微机原理与接口技术 ·第 4版 —— 基于 IA-32处理器和 32位汇编语言第 1 章微型计算机系统
1.1 微型计算机的发展
1.2 Intel 80x86系列处理器
1.3 微型计算机系统组成微机原理与接口技术
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第
4
版机械工业出版社
1.1 微型计算机的发展
微型计算机 （ Microcomputer）
性能,价格,体积较小,最常见的计算机现代计算机三大主要应用形式的主角桌面个人微机 （ PC机 ）
服务器嵌入式计算机系统采用微处理器为核心构造的计算机
处理器,微处理器,中央处理单元 CPU
计算机的运算和控制核心采用一块大规模集成电路芯片构成微机原理与接口技术
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第
4
版机械工业出版社处理器的基本性能指标
字长 （ Word）
处理器每个时间单位处理的二进制数据位数
（ 例如一次进行运算,传输的位数 ）
指示处理器的数据处理能力
时钟频率处理器的处理速度反映处理器的基本时间单位
集成度芯片上集成的晶体管数量表明处理器的生产工艺水平
4,8,16,32,64,128
Hz,kHz,MHz,GHz
微机原理与接口技术
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4
版机械工业出版社
1.1.1 通用微处理器
4位微处理器
1971年,Intel 4004,第一个微处理器
8位微处理器
M6800,Z80和 Intel 8080/8085
Apple公司苹果机
16位微处理器
Intel 8086/8088
16位个人计算机 （ PC,Personal Computer）
32位微处理器
80386,80486,Pentium～ Pentium 4
32位 PC机,APPLE公司的 Macintosh机
64位微处理器
IA-64结构,Itanium（ 安腾 ）
x86结构,AMD的 64位处理器,Intel 64处理器采用 4004的计算器
Intel 4004
性能指标微机原理与接口技术
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4
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1.1.2 专用微处理器
单片机 （ 微控制器,嵌入式控制器,MCU）
Intel的 MCS-48,MCS-51,MCS-96/98系列爱特梅尔 （ Atml） 公司的 AT89系列 （ 与 MCS-51
兼容 ）,AT91系列 （ 基于 ARM内核 ）
Microchip Technology公司的 PIC系列
数字信号处理器 （ DSP）
专注于数字信号的高速处理美国德州仪器 TI公司 TMS320各代产品主要应用于通信,消费类电子产品和计算机
主要应用形式：嵌入式系统
IP级结构,芯片级结构,模块级结构微机原理与接口技术
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1.1.3 摩尔定律
集成电路生产技术推动了计算机的飞速发展
摩尔定律 （ Moore's Law）
集成电路上晶体管密度每年将翻倍每隔 18个月硅片密度 （ 晶体管容量 ） 将翻倍每 18个月,集成电路的性能将提高一倍,而其价格将降低一半
摩尔定律不会永远持续今后,性能提高更多地得益于计算机系统结构的革新微机原理与接口技术
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1.2 Intel 80x86系列处理器
80386
80486
奔腾奔腾 II
奔腾 4
80286
8086
奔腾 III
酷睿
4004
不是我不明白，
这世界变化太快。
扎扎实实掌握知识，
以不变应万变！
IA-32处理器 安腾微机原理与接口技术
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1.2.1 16位 80x86处理器
1,8086
16位结构的处理器：数据总线为 16位主存容量 1MB：地址总线为 20位时钟频率 5MHz（ IBM PC使用 4.77MHz）
准 16位微处理器 8088：外部数据总线为 8位
IBM PC和 PC/XT机使用 Intel 8088 CPU
2,80286
16位数据总线,24位地址总线 （ 16MB主存 ）
实方式 （ Real Mode）
保护方式 （ Protected Mode）
IBM PC/AT机使用 Intel 286 CPU
Intel 8086
微机原理与接口技术
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版机械工业出版社处理器总线
数据总线 （ DB,Data Bus）
处理器与存储器或外设交换信息的通道个数 (条数 )是一次能够传送数据的二进制位数
地址总线 （ AB,Address Bus）
指定存储器或外设的具体单元个数反映访问的主存储器容量或外设范围
控制总线 （ CB,Control Bus）
控制处理器数据传送等操作例如存储器读信号 （ MEMR）,存储器写 （ MEMW）
外设读 （ IOR）,外设写 （ IOW）
微机原理与接口技术
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版机械工业出版社地址条数与主存容量
Intel80x86 地址条数 存储容量
8086 20 1MB
8088 20 1MB
80286 24 16MB
IA-32 32 4GB
一个信号对应两种状态：高或低两种编码,1或 0
N,2N
1KB＝ 210 B＝ 1024 B
1MB＝ 220 B＝ 1024 KB
1GB＝ 230 B＝ 1024 MB
微机原理与接口技术
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1.2.2 IA-32处理器
英特尔 32位结构
IA-32（ Intel Architecture-32）
指令集结构
IA-32处理器
Intel 80386
Intel 80486
Pentium
Pentium Pro,Pentium II,Pentium III
Pentium 4
Celeron,Xeon,Pentium M
微机原理与接口技术
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1,80386
32位结构数据总线 32位,地址总线 32位,可寻址 4GB主存
80386指令系统全面升级为 32位
虚拟 8086方式 （ Virtual 8086 Mode）
保护方式下的 8086工作方式
系统管理方式（ System Management Mode）
低功耗节能状态
Intel 386
微机原理与接口技术
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2,80486
80486＝ 80386＋ 80387＋ 8KB Cache
集成浮点处理单元 FPU
8086/8088,8087,80286,80287,80386,80387
具有片上高速缓冲存储器 (L1 Cache)
微处理器与主存之间速度很快但容量较小的存储器用于提高整个存储器系统的存取速度
融合 RISC的技术的 CISC
指令流水线指令执行划分成多个步骤在多个部件中独立地进行多条指令可以在不同的执行阶段同时进行
时钟倍频思想微机原理与接口技术
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3,Pentium
俗称的 80586处理器,奔腾处理器
32位结构,连接主存的外部数据总线是 64位
超标量 （ Superscalar） 技术具有可以并行工作的 2条整数处理流水线可以达到每个时钟周期执行 2条指令
双路高速缓冲结构
8KB代码高速缓冲存储器
8KB数据高速缓冲存储器
Intel Pentium
微机原理与接口技术
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4,Pentium Pro
原称 P6,中文名称为,高能奔腾,
两个芯片组成
CPU与一级 （ L1） Cache（ 8KB代码和 8KB数据 ）
二级 （ L2） Cache（ 256KB或 512KB）
扩展的超标量技术
12级指令流水线能同时执行 3条指令
动态执行技术分支预测,数据流分析和推测执行微机原理与接口技术
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5,Pentium II
多媒体扩展指令 （ MMX指令 ）
MMX（ MutliMedia eXtension）
整数运算多媒体指令图像,音频,视频和通信方面的程序进行优化提升微机对多媒体的处理能力
Pentium MMX（ 多能奔腾 ）
MMX指令应用于 Pentium处理器
Pentium II
MMX指令应用于 Pentium Pro
Intel Pentium II
微机原理与接口技术
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6,Pentium III
数据流 SIMD扩展指令 （ SSE指令 ）
SSE（ Streaming SIMD Extensions）
浮点单精度多媒体运算指令提高浮点 3D数据的处理能力
SSE指令类似于 AMD公司发布的 3D Now!指令
Pentium III,SSE指令应用于 Pentium II
单指令多数据 SIMD
Single Instruction Multiple Data
表示一条指令具有同时处理多组数据的能力微机原理与接口技术
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7,Pentium 4
NetBurst的微结构 （ Microarchitecture）
指令级并行 ILP（ Instruction-Level Parallel）
进一步发掘指令之间可以同时执行的能力
超线程 HT（ Hyper Threading）
线程级并行 TLP（ Thread-Level Parallel）
发掘程序中的并行性一个物理处理器形成两个逻辑处理器
SSE2指令增强浮点双精度多媒体运算能力
SSE3指令增强和完善 MMX,SSE和 SSE2指令
Intel Pentium 4
微机原理与接口技术
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8,Celeron和 Xeon
Celeron（ 赛扬 ） 处理器面向低端 （ 低价位 ） PC机
Xeon（ 至强 ） 处理器面向高端服务器,工作站
Pentium M（ Mobile） 处理器针对便携式 PC机 （ 笔记本电脑 ）
Centrino（ 迅驰 ） 处理器,支持无线通信
AMD处理器
AMD公司生产的 IA-32处理器兼容芯片
Intel公司最主要的竞争对手微机原理与接口技术
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1.2.3 Intel 64处理器
1,Intel 64结构
64位线性地址空间,支持 40位物理地址空间
32位扩展工作方式 （ IA-32e）
8个附加的通用寄存器,8个附加的 SIMD多媒体寄存器,64位通用寄存器和 64位指令指针等
2,Intel Core微结构提高了性能并降低了功耗多核处理器的基础
3,多核技术 （ Multi-core）
一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心微机原理与接口技术
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1.3 微型计算机系统组成运算器 控制器寄存器组主存储器 总线输入输出接口电路外部设备 软件微处理器微型计算机微型计算机系统
硬件 （ Hardware）,物理设备
软件 （ Software）,程序和文档微机原理与接口技术
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1.3.1 冯 ·诺依曼计算机结构
ENIAC
微机原理与接口技术
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版机械工业出版社冯 ·诺依曼计算机的基本思想
采用二进制形式表示数据和指令 。 指令由操作码和地址码组成
将程序和数据存放在存储器中,计算机在工作时从存储器取出指令加以执行,自动完成计算任务 。
这就是,存储程序,和,程序控制,（ 简称存储程序控制 ） 的概念
指令的执行是顺序的,即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行,程序分支由转移指令实现
计算机由存储器,运算器,控制器,输入设备和输出设备五大基本部件组成,并规定了 5部分的基本功能微机原理与接口技术
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1,组成部件
5大部件组成控制器,运算器,存储器,输入设备和输出设备
3个硬件子系统处理器,存储系统和输入输出系统微机原理与接口技术
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2,二进制编码
计算机采用二进制形式表示数据和指令
现实中的一切,计算机中都是 0和 1数码
二进制编码按照一定规律组合的 0和 1数码
不同的信息用不同的数码表示
同样的信息也可以用不同的编码规则用不同的数码表示二进制只支持,0”和,1”两个数码表示电源的关和开等两种状态对应数字信号的低电平和高电平微机原理与接口技术
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版机械工业出版社程序、指令、操作码
程序用程序设计语言编写,由指令构成
指令 (机器语言 )是控制计算机操作的命令
指令由操作码和地址码组成操作码 （ Opcode） 表明指令的操作地址码,操作数 （ Operand） 是参与操作的数据
指令的代码格式：二进制编码规则处理器的母语是指令微机原理与接口技术
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版机械工业出版社基本数据单位（二进制位）
1位 比特 （ bit,binary digit）
4位 半字节 （ Nibble）
8位 字节 （ Byte）
16位 字 （ Word）
32位 双字 （ Double word）
64位 4字 （ Quad word）
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
哪,位,？ 二进制 B，十进制 D，还是十六进制 H？
微机原理与接口技术
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3,存储程序和程序控制
存储程序把指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中,这些指令按一定的规则组成程序
程序控制当计算机启动后,程序就会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令,自动完成预定的信息处理任务
存储单元地址为每个存储单元编排的一个唯一的编号现代计算机中,主存储器是字节可寻址的：主存储器的每个存储单元具有一个地址,保存一个字节的信息地址＝编号微机原理与接口技术
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版机械工业出版社取指－译码－执行周期
取指 （ Fetch）
处理器从主存储器读取指令
译码 （ Decode）
翻译指令代码的功能
执行 (Execute）
执行指令完成指令所规定的操作程序计数器 PC确定下一条指令的主存地址
PC具有自动增量的能力,实现程序的顺序执行转移指令改变 PC的数值,实现分支,循环,调用取指 译码 执行微机原理与接口技术
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1.3.2 微型计算机的硬件组成
现代计算机广泛应用总线结构连接各个部件
组合灵活,扩展方便控制总线 CB
数据总线 DB
地址总线 AB微处理器
I/O设备
I/O接口存储器系统总线 BUS
微机原理与接口技术
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1,微处理器
微机的核心,控制中心,中央处理器 CPU
大规模集成电路 VLSI芯片,集成控制器运算器 （ 整数运算器 ）
寄存器 （ 高速存储单元 ）
高性能微处理器内部还有浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元存储管理单元,代码保护机制高速缓冲存储器
微机原理与接口技术
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2,存储器
存储器 （ Memory） 是存放程序和数据的部件
高性能微机的存储系统微处理器内部的寄存器 （ Register）
高速缓冲存储器 （ Cache）
主板上的主存储器以外设形式出现的辅助存储器
主存储器 （ 主存,内存 ）
半导体存储器芯片组成
RAM部分断电后信息丢失相对造价高,速度快,但容量小
辅助存储器 （ 简称辅存或外存 ）
磁盘,光盘存储器等构成相对造价低,容量大,信息可长期保存,但速度慢
RAM和 ROM
微机原理与接口技术
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3,I/O接口和 I/O设备
I/O设备 (Peripheral）,用户与微机交互输入 （ Input） 设备标准输入设备：键盘输出 （ Output） 设备标准输出设备：显示器
I/O接口 (Interface)：外设和主机间的桥梁完成信号变换,数据缓冲,联络控制等工作较简单的 I/O接口电路与主板一体较复杂的 I/O接口电路制成独立的电路板 （ 接口卡 Card）
微机原理与接口技术
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4,系统总线
总线 （ Bus）
传递信息的一组公用导线,信息通道
系统总线 （ System Bus）
微机系统中信息交换的主要公共通道
地址总线单向输出主存单元或 I/O端口的地址信息
数据总线读 （ Read） 操作数据输入微处理器写 （ Write） 操作数据输出到外界 （ 主存或外设 ）
控制总线有些控制信号或状态信号输出有些请求或联络信号输入存储器外设CPU
Read
Write
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1.3.3 16位 IBM PC/AT微型机结构
微处理器,Intel 80286
主存储器
ROM-BIOS：固化基本输入输出系统 （ Basic
Input/Output System）
主存主要由 RAM组成
I/O接口两个中断控制器 8259A
两个 DMA控制器 8237A
定时控制器 8254
并行接口电路
系统总线,ISA总线 （ I/O通道 ）
示意图微机原理与接口技术
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1.3.4 32位 PC微型机结构
微处理器,IA-32或其兼容微处理器 (含 Cache)
控制芯片组：微处理器的主要辅助器件
主存储器：主存插槽和主存条
多总线结构系统总线,PCI总线 （ ＋低速 ISA总线 ）
存储总线显示 AGP总线
扩展槽和外设接口主存条插槽,AGP插槽,PCI插槽,IDE插槽
PS/2键盘接口和 PS/2鼠标接口,并行打印接口 LPT，
COM1和 COM2串行通信接口通用串行总线 USB接口,高速视频接口 IEEE1394
示意图微机原理与接口技术
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1.3.5 计算机系统的层次结构用 户 层高 级 语 言 层汇 编 语 言 层操 作 系 统 层机 器 层控 制 层数 字 电 路 层应用软件系统软件软硬件界面物理机虚拟机硬件固件硬件直接执行
Level 0 (门电路、电子线路 )
Level 1 (微程序或硬布线 )
Level 2 (指令集结构 ISA)
Level 3 (操作系统、库代码 )
Level 4 (汇编语言代码 )
Level 5 (C++,Java，等 )
Level 6 (可执行程序 )
微机原理与接口技术
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1,计算机程序设计语言
高级语言 （ High Level Language）
面向问题的程序设计语言
汇编语言 （ Assembly Language）
将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言本质上是机器语言优势：可以直接,有效地控制计算机硬件,容易产生运行速度快,指令序列短小的高效率目标程序劣势：与处理器密切有关,需熟悉硬件和细节,
编程繁琐,调试,维护,移植困难
机器语言 （ Machine Language）
底层的计算机语言,对应机器 指令为什么学习汇编语言微机原理与接口技术
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2,软件与硬件的等价性原理
任何一个由软件所完成的操作也可以直接由硬件来实现,任何一条由硬件所执行的指令也能用软件来完成
软硬件在逻辑功能上的等价,并不意味着性能和成本的等价软件易于实现各种逻辑和运算功能,但是往往速度较慢硬件则可以高速实现逻辑和运算功能,但是难以实现复杂功能或计算微机原理与接口技术
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3,计算机结构、组成与实现
计算机系统结构 (Computer architecture）
计算机系统的软件与硬件的界面－－指令系统程序员所看到的计算机属性－－外特性
计算机组成 (Computer organization）
计算机系统结构的逻辑实现
计算机实现 (Computer implementation）
计算机组成的物理实现一种计算机结构可以有多种计算机组成一种计算机组成又可以有多种物理实现微机原理与接口技术
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4,软件兼容与系列机和兼容机
软件兼容同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器,结果一样,运行时间可能不同
系列机在一个厂家生产的具有相同计算机结构,但具有不同组成和实现的一系列 （ Family） 不同档次,不同型号的机器
兼容机不同厂家生产的具有相同计算机结构 （ 不同的组成和实现 ） 的计算机系列机和兼容机需要保证向后兼容微机原理与接口技术
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1.3.6 微型计算机的软件系统
Windows操作系统平台
MASM 6.15汇编程序硬件
BIOS
应用程序
*.ASM,*.OBJ
*.LST,*.EXE
操作系统编辑程序，汇编程序连接程序，调试程序微机原理与接口技术
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1,操作系统（ Operating System）
操作系统管理着系统的软硬件资源为用户提供使用机器的交互界面为程序员使用资源提供可供调用的驱动程序为其他程序构建稳定的运行平台
32位控制台环境
%SystemRoot%\system32\cmd.exe
16位模拟 DOS环境
%SystemRoot%\system32\command.com
32位控制台环境和 16位模拟 DOS环境两种基本功能和界面一致，但本质不同微机原理与接口技术
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2,汇编程序
将汇编语言源程序转换为机器代码
微软宏汇编程序 MASM
MASM 6.11是最后一个独立发行的 MASM软件包
MASM 6.15来自 Visual C++6.0,支持到 Pentium
4的 SSE2指令系统
Visual C++.NET 2005提供支持 SSE3指令的 MASM 8.0
支持 64位指令的 ML64.EXE程序本教材配套开发环境
MASM 6.15汇编系统微机原理与接口技术
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3,文件路径
目录 （ Directory）,管理磁盘上文件的 文件夹
路径 （ Path）,分区,\根目录 \子目录 \文件名绝对路径：文件的完整路径
d:\masm\progs\eg0201.asm
相对路径：相对当前目录的路径
progs\eg0201.asm
..\bin\ml.exe
转换分区
d:
进入当前目录 （ Current Directory）
cd \masm 专业领域应该使用专业术语微机原理与接口技术
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4,内部命令
32位控制台或 DOS环境本身具有的,直接支持的命令,即驻留主存的命令
使用方法命令关键字 参数选项
常用命令改变目录 CD
文件列表 DIR
文件拷贝 COPY
清除屏幕 CLS
退出环境 EXIT
帮助命令 HELP
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4,外部命令
与其他可执行文件一样,以文件形式保存在磁盘上的命令,执行时：
路径 \文件名 参数
路径搜索顺序：先当前目录,后 搜索路径
内部命令 PATH：查看和设置当前的搜索路径
支持的可执行文件
COM文件
EXE文件
BAT文件 你所执行的命令不是内部或外部命令,
也不是可运行的程序或批处理文件微机原理与接口技术
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5,进入 MASM目录的快捷方式
① 建立一个 32位控制台快捷方式 WIN32
复制,开始－程序－附件－命令提示符,
② 右击快捷方式,从弹出的菜单中选择,属性,
展开,快捷方式,对话框将,起始位置,文本框内容改为,D:\MASM”
展开,选项,对话框使,编辑选项,的,快速编辑模式,为未选中状态
③ 建立 16位 DOS环境快捷方式 DOS16
复制上述快捷方式
,目标,文本框内容修改为 COMMAND.COM
操作演示
对通用和专用微处理器有一定了解,熟悉 x86结构系列处理器的发展
掌握冯 · 诺依曼计算机结构特点和微型计算机组成结构,熟悉 IBM PC/AT机和 32位 PC机主机结构
理解计算机层次结构及其特点
掌握 Windows控制台和 DOS环境使用
熟悉本章引出的概念：
处理器引脚,系统总线实方式,保护方式,虚拟 8086方式
Cache,流水线,RISC,超标量,动态执行,ILP、
TLP,多核技术二进制编码,存储程序和程序控制中断,DMA,定时,并行接口软硬件等价性原理,软件兼容文件,目录,路径教学要求第 1章 微型计算机系统钱晓捷，微机原理与接口技术 ·第 4版 —— 基于 IA-32处理器和 32位汇编语言第 1章 习题
1.1 简答题 （ 1,2,8,9,10）
1.2 判断题 （ 1,3,5,7,10）
1.3 填空题 （ 2,3,4,5,6）
1.5 1.7 1.8 1.10 1.14
1.1 微型计算机的发展
1.2 Intel 80x86系列处理器
1.3 微型计算机系统组成微机原理与接口技术
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1.1 微型计算机的发展
微型计算机 （ Microcomputer）
性能,价格,体积较小,最常见的计算机现代计算机三大主要应用形式的主角桌面个人微机 （ PC机 ）
服务器嵌入式计算机系统采用微处理器为核心构造的计算机
处理器,微处理器,中央处理单元 CPU
计算机的运算和控制核心采用一块大规模集成电路芯片构成微机原理与接口技术
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版机械工业出版社处理器的基本性能指标
字长 （ Word）
处理器每个时间单位处理的二进制数据位数
（ 例如一次进行运算,传输的位数 ）
指示处理器的数据处理能力
时钟频率处理器的处理速度反映处理器的基本时间单位
集成度芯片上集成的晶体管数量表明处理器的生产工艺水平
4,8,16,32,64,128
Hz,kHz,MHz,GHz
微机原理与接口技术
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1.1.1 通用微处理器
4位微处理器
1971年,Intel 4004,第一个微处理器
8位微处理器
M6800,Z80和 Intel 8080/8085
Apple公司苹果机
16位微处理器
Intel 8086/8088
16位个人计算机 （ PC,Personal Computer）
32位微处理器
80386,80486,Pentium～ Pentium 4
32位 PC机,APPLE公司的 Macintosh机
64位微处理器
IA-64结构,Itanium（ 安腾 ）
x86结构,AMD的 64位处理器,Intel 64处理器采用 4004的计算器
Intel 4004
性能指标微机原理与接口技术
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1.1.2 专用微处理器
单片机 （ 微控制器,嵌入式控制器,MCU）
Intel的 MCS-48,MCS-51,MCS-96/98系列爱特梅尔 （ Atml） 公司的 AT89系列 （ 与 MCS-51
兼容 ）,AT91系列 （ 基于 ARM内核 ）
Microchip Technology公司的 PIC系列
数字信号处理器 （ DSP）
专注于数字信号的高速处理美国德州仪器 TI公司 TMS320各代产品主要应用于通信,消费类电子产品和计算机
主要应用形式：嵌入式系统
IP级结构,芯片级结构,模块级结构微机原理与接口技术
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1.1.3 摩尔定律
集成电路生产技术推动了计算机的飞速发展
摩尔定律 （ Moore's Law）
集成电路上晶体管密度每年将翻倍每隔 18个月硅片密度 （ 晶体管容量 ） 将翻倍每 18个月,集成电路的性能将提高一倍,而其价格将降低一半
摩尔定律不会永远持续今后,性能提高更多地得益于计算机系统结构的革新微机原理与接口技术
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版机械工业出版社
1.2 Intel 80x86系列处理器
80386
80486
奔腾奔腾 II
奔腾 4
80286
8086
奔腾 III
酷睿
4004
不是我不明白，
这世界变化太快。
扎扎实实掌握知识，
以不变应万变！
IA-32处理器 安腾微机原理与接口技术
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1.2.1 16位 80x86处理器
1,8086
16位结构的处理器：数据总线为 16位主存容量 1MB：地址总线为 20位时钟频率 5MHz（ IBM PC使用 4.77MHz）
准 16位微处理器 8088：外部数据总线为 8位
IBM PC和 PC/XT机使用 Intel 8088 CPU
2,80286
16位数据总线,24位地址总线 （ 16MB主存 ）
实方式 （ Real Mode）
保护方式 （ Protected Mode）
IBM PC/AT机使用 Intel 286 CPU
Intel 8086
微机原理与接口技术
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版机械工业出版社处理器总线
数据总线 （ DB,Data Bus）
处理器与存储器或外设交换信息的通道个数 (条数 )是一次能够传送数据的二进制位数
地址总线 （ AB,Address Bus）
指定存储器或外设的具体单元个数反映访问的主存储器容量或外设范围
控制总线 （ CB,Control Bus）
控制处理器数据传送等操作例如存储器读信号 （ MEMR）,存储器写 （ MEMW）
外设读 （ IOR）,外设写 （ IOW）
微机原理与接口技术
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版机械工业出版社地址条数与主存容量
Intel80x86 地址条数 存储容量
8086 20 1MB
8088 20 1MB
80286 24 16MB
IA-32 32 4GB
一个信号对应两种状态：高或低两种编码,1或 0
N,2N
1KB＝ 210 B＝ 1024 B
1MB＝ 220 B＝ 1024 KB
1GB＝ 230 B＝ 1024 MB
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1.2.2 IA-32处理器
英特尔 32位结构
IA-32（ Intel Architecture-32）
指令集结构
IA-32处理器
Intel 80386
Intel 80486
Pentium
Pentium Pro,Pentium II,Pentium III
Pentium 4
Celeron,Xeon,Pentium M
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1,80386
32位结构数据总线 32位,地址总线 32位,可寻址 4GB主存
80386指令系统全面升级为 32位
虚拟 8086方式 （ Virtual 8086 Mode）
保护方式下的 8086工作方式
系统管理方式（ System Management Mode）
低功耗节能状态
Intel 386
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2,80486
80486＝ 80386＋ 80387＋ 8KB Cache
集成浮点处理单元 FPU
8086/8088,8087,80286,80287,80386,80387
具有片上高速缓冲存储器 (L1 Cache)
微处理器与主存之间速度很快但容量较小的存储器用于提高整个存储器系统的存取速度
融合 RISC的技术的 CISC
指令流水线指令执行划分成多个步骤在多个部件中独立地进行多条指令可以在不同的执行阶段同时进行
时钟倍频思想微机原理与接口技术
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3,Pentium
俗称的 80586处理器,奔腾处理器
32位结构,连接主存的外部数据总线是 64位
超标量 （ Superscalar） 技术具有可以并行工作的 2条整数处理流水线可以达到每个时钟周期执行 2条指令
双路高速缓冲结构
8KB代码高速缓冲存储器
8KB数据高速缓冲存储器
Intel Pentium
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4,Pentium Pro
原称 P6,中文名称为,高能奔腾,
两个芯片组成
CPU与一级 （ L1） Cache（ 8KB代码和 8KB数据 ）
二级 （ L2） Cache（ 256KB或 512KB）
扩展的超标量技术
12级指令流水线能同时执行 3条指令
动态执行技术分支预测,数据流分析和推测执行微机原理与接口技术
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5,Pentium II
多媒体扩展指令 （ MMX指令 ）
MMX（ MutliMedia eXtension）
整数运算多媒体指令图像,音频,视频和通信方面的程序进行优化提升微机对多媒体的处理能力
Pentium MMX（ 多能奔腾 ）
MMX指令应用于 Pentium处理器
Pentium II
MMX指令应用于 Pentium Pro
Intel Pentium II
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6,Pentium III
数据流 SIMD扩展指令 （ SSE指令 ）
SSE（ Streaming SIMD Extensions）
浮点单精度多媒体运算指令提高浮点 3D数据的处理能力
SSE指令类似于 AMD公司发布的 3D Now!指令
Pentium III,SSE指令应用于 Pentium II
单指令多数据 SIMD
Single Instruction Multiple Data
表示一条指令具有同时处理多组数据的能力微机原理与接口技术
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7,Pentium 4
NetBurst的微结构 （ Microarchitecture）
指令级并行 ILP（ Instruction-Level Parallel）
进一步发掘指令之间可以同时执行的能力
超线程 HT（ Hyper Threading）
线程级并行 TLP（ Thread-Level Parallel）
发掘程序中的并行性一个物理处理器形成两个逻辑处理器
SSE2指令增强浮点双精度多媒体运算能力
SSE3指令增强和完善 MMX,SSE和 SSE2指令
Intel Pentium 4
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8,Celeron和 Xeon
Celeron（ 赛扬 ） 处理器面向低端 （ 低价位 ） PC机
Xeon（ 至强 ） 处理器面向高端服务器,工作站
Pentium M（ Mobile） 处理器针对便携式 PC机 （ 笔记本电脑 ）
Centrino（ 迅驰 ） 处理器,支持无线通信
AMD处理器
AMD公司生产的 IA-32处理器兼容芯片
Intel公司最主要的竞争对手微机原理与接口技术
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1.2.3 Intel 64处理器
1,Intel 64结构
64位线性地址空间,支持 40位物理地址空间
32位扩展工作方式 （ IA-32e）
8个附加的通用寄存器,8个附加的 SIMD多媒体寄存器,64位通用寄存器和 64位指令指针等
2,Intel Core微结构提高了性能并降低了功耗多核处理器的基础
3,多核技术 （ Multi-core）
一个芯片上制作两个或多个处理器执行核心微机原理与接口技术
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1.3 微型计算机系统组成运算器 控制器寄存器组主存储器 总线输入输出接口电路外部设备 软件微处理器微型计算机微型计算机系统
硬件 （ Hardware）,物理设备
软件 （ Software）,程序和文档微机原理与接口技术
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1.3.1 冯 ·诺依曼计算机结构
ENIAC
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版机械工业出版社冯 ·诺依曼计算机的基本思想
采用二进制形式表示数据和指令 。 指令由操作码和地址码组成
将程序和数据存放在存储器中,计算机在工作时从存储器取出指令加以执行,自动完成计算任务 。
这就是,存储程序,和,程序控制,（ 简称存储程序控制 ） 的概念
指令的执行是顺序的,即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行,程序分支由转移指令实现
计算机由存储器,运算器,控制器,输入设备和输出设备五大基本部件组成,并规定了 5部分的基本功能微机原理与接口技术
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1,组成部件
5大部件组成控制器,运算器,存储器,输入设备和输出设备
3个硬件子系统处理器,存储系统和输入输出系统微机原理与接口技术
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2,二进制编码
计算机采用二进制形式表示数据和指令
现实中的一切,计算机中都是 0和 1数码
二进制编码按照一定规律组合的 0和 1数码
不同的信息用不同的数码表示
同样的信息也可以用不同的编码规则用不同的数码表示二进制只支持,0”和,1”两个数码表示电源的关和开等两种状态对应数字信号的低电平和高电平微机原理与接口技术
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版机械工业出版社程序、指令、操作码
程序用程序设计语言编写,由指令构成
指令 (机器语言 )是控制计算机操作的命令
指令由操作码和地址码组成操作码 （ Opcode） 表明指令的操作地址码,操作数 （ Operand） 是参与操作的数据
指令的代码格式：二进制编码规则处理器的母语是指令微机原理与接口技术
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版机械工业出版社基本数据单位（二进制位）
1位 比特 （ bit,binary digit）
4位 半字节 （ Nibble）
8位 字节 （ Byte）
16位 字 （ Word）
32位 双字 （ Double word）
64位 4字 （ Quad word）
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
哪,位,？ 二进制 B，十进制 D，还是十六进制 H？
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3,存储程序和程序控制
存储程序把指令以代码的形式事先输入到计算机的主存储器中,这些指令按一定的规则组成程序
程序控制当计算机启动后,程序就会控制计算机按规定的顺序逐条执行指令,自动完成预定的信息处理任务
存储单元地址为每个存储单元编排的一个唯一的编号现代计算机中,主存储器是字节可寻址的：主存储器的每个存储单元具有一个地址,保存一个字节的信息地址＝编号微机原理与接口技术
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版机械工业出版社取指－译码－执行周期
取指 （ Fetch）
处理器从主存储器读取指令
译码 （ Decode）
翻译指令代码的功能
执行 (Execute）
执行指令完成指令所规定的操作程序计数器 PC确定下一条指令的主存地址
PC具有自动增量的能力,实现程序的顺序执行转移指令改变 PC的数值,实现分支,循环,调用取指 译码 执行微机原理与接口技术
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1.3.2 微型计算机的硬件组成
现代计算机广泛应用总线结构连接各个部件
组合灵活,扩展方便控制总线 CB
数据总线 DB
地址总线 AB微处理器
I/O设备
I/O接口存储器系统总线 BUS
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1,微处理器
微机的核心,控制中心,中央处理器 CPU
大规模集成电路 VLSI芯片,集成控制器运算器 （ 整数运算器 ）
寄存器 （ 高速存储单元 ）
高性能微处理器内部还有浮点处理单元甚至多媒体数据运算单元存储管理单元,代码保护机制高速缓冲存储器
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2,存储器
存储器 （ Memory） 是存放程序和数据的部件
高性能微机的存储系统微处理器内部的寄存器 （ Register）
高速缓冲存储器 （ Cache）
主板上的主存储器以外设形式出现的辅助存储器
主存储器 （ 主存,内存 ）
半导体存储器芯片组成
RAM部分断电后信息丢失相对造价高,速度快,但容量小
辅助存储器 （ 简称辅存或外存 ）
磁盘,光盘存储器等构成相对造价低,容量大,信息可长期保存,但速度慢
RAM和 ROM
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3,I/O接口和 I/O设备
I/O设备 (Peripheral）,用户与微机交互输入 （ Input） 设备标准输入设备：键盘输出 （ Output） 设备标准输出设备：显示器
I/O接口 (Interface)：外设和主机间的桥梁完成信号变换,数据缓冲,联络控制等工作较简单的 I/O接口电路与主板一体较复杂的 I/O接口电路制成独立的电路板 （ 接口卡 Card）
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4,系统总线
总线 （ Bus）
传递信息的一组公用导线,信息通道
系统总线 （ System Bus）
微机系统中信息交换的主要公共通道
地址总线单向输出主存单元或 I/O端口的地址信息
数据总线读 （ Read） 操作数据输入微处理器写 （ Write） 操作数据输出到外界 （ 主存或外设 ）
控制总线有些控制信号或状态信号输出有些请求或联络信号输入存储器外设CPU
Read
Write
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1.3.3 16位 IBM PC/AT微型机结构
微处理器,Intel 80286
主存储器
ROM-BIOS：固化基本输入输出系统 （ Basic
Input/Output System）
主存主要由 RAM组成
I/O接口两个中断控制器 8259A
两个 DMA控制器 8237A
定时控制器 8254
并行接口电路
系统总线,ISA总线 （ I/O通道 ）
示意图微机原理与接口技术
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1.3.4 32位 PC微型机结构
微处理器,IA-32或其兼容微处理器 (含 Cache)
控制芯片组：微处理器的主要辅助器件
主存储器：主存插槽和主存条
多总线结构系统总线,PCI总线 （ ＋低速 ISA总线 ）
存储总线显示 AGP总线
扩展槽和外设接口主存条插槽,AGP插槽,PCI插槽,IDE插槽
PS/2键盘接口和 PS/2鼠标接口,并行打印接口 LPT，
COM1和 COM2串行通信接口通用串行总线 USB接口,高速视频接口 IEEE1394
示意图微机原理与接口技术
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1.3.5 计算机系统的层次结构用 户 层高 级 语 言 层汇 编 语 言 层操 作 系 统 层机 器 层控 制 层数 字 电 路 层应用软件系统软件软硬件界面物理机虚拟机硬件固件硬件直接执行
Level 0 (门电路、电子线路 )
Level 1 (微程序或硬布线 )
Level 2 (指令集结构 ISA)
Level 3 (操作系统、库代码 )
Level 4 (汇编语言代码 )
Level 5 (C++,Java，等 )
Level 6 (可执行程序 )
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1,计算机程序设计语言
高级语言 （ High Level Language）
面向问题的程序设计语言
汇编语言 （ Assembly Language）
将机器指令用助记符号代替而形成的一种语言本质上是机器语言优势：可以直接,有效地控制计算机硬件,容易产生运行速度快,指令序列短小的高效率目标程序劣势：与处理器密切有关,需熟悉硬件和细节,
编程繁琐,调试,维护,移植困难
机器语言 （ Machine Language）
底层的计算机语言,对应机器 指令为什么学习汇编语言微机原理与接口技术
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2,软件与硬件的等价性原理
任何一个由软件所完成的操作也可以直接由硬件来实现,任何一条由硬件所执行的指令也能用软件来完成
软硬件在逻辑功能上的等价,并不意味着性能和成本的等价软件易于实现各种逻辑和运算功能,但是往往速度较慢硬件则可以高速实现逻辑和运算功能,但是难以实现复杂功能或计算微机原理与接口技术
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3,计算机结构、组成与实现
计算机系统结构 (Computer architecture）
计算机系统的软件与硬件的界面－－指令系统程序员所看到的计算机属性－－外特性
计算机组成 (Computer organization）
计算机系统结构的逻辑实现
计算机实现 (Computer implementation）
计算机组成的物理实现一种计算机结构可以有多种计算机组成一种计算机组成又可以有多种物理实现微机原理与接口技术
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4,软件兼容与系列机和兼容机
软件兼容同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器,结果一样,运行时间可能不同
系列机在一个厂家生产的具有相同计算机结构,但具有不同组成和实现的一系列 （ Family） 不同档次,不同型号的机器
兼容机不同厂家生产的具有相同计算机结构 （ 不同的组成和实现 ） 的计算机系列机和兼容机需要保证向后兼容微机原理与接口技术
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1.3.6 微型计算机的软件系统
Windows操作系统平台
MASM 6.15汇编程序硬件
BIOS
应用程序
*.ASM,*.OBJ
*.LST,*.EXE
操作系统编辑程序，汇编程序连接程序，调试程序微机原理与接口技术
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1,操作系统（ Operating System）
操作系统管理着系统的软硬件资源为用户提供使用机器的交互界面为程序员使用资源提供可供调用的驱动程序为其他程序构建稳定的运行平台
32位控制台环境
%SystemRoot%\system32\cmd.exe
16位模拟 DOS环境
%SystemRoot%\system32\command.com
32位控制台环境和 16位模拟 DOS环境两种基本功能和界面一致，但本质不同微机原理与接口技术
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2,汇编程序
将汇编语言源程序转换为机器代码
微软宏汇编程序 MASM
MASM 6.11是最后一个独立发行的 MASM软件包
MASM 6.15来自 Visual C++6.0,支持到 Pentium
4的 SSE2指令系统
Visual C++.NET 2005提供支持 SSE3指令的 MASM 8.0
支持 64位指令的 ML64.EXE程序本教材配套开发环境
MASM 6.15汇编系统微机原理与接口技术
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3,文件路径
目录 （ Directory）,管理磁盘上文件的 文件夹
路径 （ Path）,分区,\根目录 \子目录 \文件名绝对路径：文件的完整路径
d:\masm\progs\eg0201.asm
相对路径：相对当前目录的路径
progs\eg0201.asm
..\bin\ml.exe
转换分区
d:
进入当前目录 （ Current Directory）
cd \masm 专业领域应该使用专业术语微机原理与接口技术
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4,内部命令
32位控制台或 DOS环境本身具有的,直接支持的命令,即驻留主存的命令
使用方法命令关键字 参数选项
常用命令改变目录 CD
文件列表 DIR
文件拷贝 COPY
清除屏幕 CLS
退出环境 EXIT
帮助命令 HELP
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4,外部命令
与其他可执行文件一样,以文件形式保存在磁盘上的命令,执行时：
路径 \文件名 参数
路径搜索顺序：先当前目录,后 搜索路径
内部命令 PATH：查看和设置当前的搜索路径
支持的可执行文件
COM文件
EXE文件
BAT文件 你所执行的命令不是内部或外部命令,
也不是可运行的程序或批处理文件微机原理与接口技术
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5,进入 MASM目录的快捷方式
① 建立一个 32位控制台快捷方式 WIN32
复制,开始－程序－附件－命令提示符,
② 右击快捷方式,从弹出的菜单中选择,属性,
展开,快捷方式,对话框将,起始位置,文本框内容改为,D:\MASM”
展开,选项,对话框使,编辑选项,的,快速编辑模式,为未选中状态
③ 建立 16位 DOS环境快捷方式 DOS16
复制上述快捷方式
,目标,文本框内容修改为 COMMAND.COM
操作演示
对通用和专用微处理器有一定了解,熟悉 x86结构系列处理器的发展
掌握冯 · 诺依曼计算机结构特点和微型计算机组成结构,熟悉 IBM PC/AT机和 32位 PC机主机结构
理解计算机层次结构及其特点
掌握 Windows控制台和 DOS环境使用
熟悉本章引出的概念：
处理器引脚,系统总线实方式,保护方式,虚拟 8086方式
Cache,流水线,RISC,超标量,动态执行,ILP、
TLP,多核技术二进制编码,存储程序和程序控制中断,DMA,定时,并行接口软硬件等价性原理,软件兼容文件,目录,路径教学要求第 1章 微型计算机系统钱晓捷，微机原理与接口技术 ·第 4版 —— 基于 IA-32处理器和 32位汇编语言第 1章 习题
1.1 简答题 （ 1,2,8,9,10）
1.2 判断题 （ 1,3,5,7,10）
1.3 填空题 （ 2,3,4,5,6）
1.5 1.7 1.8 1.10 1.14
