微机原理与接口技术 第1章 计算机的基本组成
微机原理与接口技术课后习题答案
微机原理与接口技术习题参考答案第一章（p20）1、参考答案：冯•诺伊曼计算机的设计思想（EDVAC方案：存储程序通用电子计算机方案）：①计算机分为计算器、控制器、存储器、输入和输出装置五个部分；②计算机内采用二进制；③将程序存储在计算机内，简称“程序存储”。
其中第三点是冯•诺依曼计算机设计的精华，所以人们又把冯•诺依曼原理叫做程序存储原理，即程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器则按程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。
冯•诺伊曼计算机主要以运算器和控制器为中心，结构框图如下图所示。
2、参考答案：微处理器就是中央处理器CPU，是计算机的核心，单独的CPU不能构成计算机系统；微型计算机由微处理器、主存储器、I/O接口（注意：不是I/O设备）组成；而微型计算机系统除了包括微型计算机外，还有系统软件（即操作系统）、应用软件、外存储器和I/O设备等。
微型计算机系统结构如下图所示。
3、答案略，见p6～74、答案略，见图2，或教材图1-35、答案略，见p12~136、参考答案：由于8086微处理器的地址总线的宽度为20位，所以它可寻址220＝1M字节的存储空间；而PentiumII微处理器的地址总线的宽度为36位，所以它可寻址236=64G字节的存储空间。
7、参考答案：①PCI(Peripheral Component Interconnect:外围设备互联)，是Intel公司1992年发布486微处理器时推出的32/64位标准总线，数据传输速率位132MB/s，适用于Pentium微型计算机。
PCI总线是同步且独立于微处理器的具有即插即用(PNP:Plug and play，所谓即插即用，是指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序）的特性.PCI总线允许任何微处理器通过桥接口连接到PCI 总线上。
微机原理及接口技术重点及例题
第一章思考题与习题：1．什么叫微处理器、微机？微机系统包含哪些部分？2 ．为什么计算机使用二进制计数制？3．CPU 在内部结构上由哪几部分组成？4 ．十六进制的基数或底数是。
5．将下列十进制数分别转换成十六进制、二进制、八进制数：563 6571 234 1286 ．将下列十进制小数转换成十六进制数（精确到小数点后4 位数）：0.359 0.30584 0.9563 0.1257．将1983.31510转换成十六进制数和二进制数。
8．将下列二进制数转换成十进制数、十六进制数和八进制数：（1）101011101.11011 （2 ）11100011001.011 （3 ）1011010101.00010100111 9．将下列十六进制数转换成十进制数和二进制数：AB7.E2 5C8.11FF DB32.64E10．判断下列带符号数的正负，并求出其绝对值（负数为补码）：10101100；01110001；11111111；10000001。
11．写出下列十进制数的原码、反码和补码（设字长为8 位）：+64 -64 +127 -128 3/5 -23/12712．已知下列补码，求真值X ：（1）[X]补=1000 0000（2 ）[X]补=1111 1111（3 ）[-X]补=1011011113．将下列各数转换成BCD 码：30D，127D，23D，010011101B，7FH14．用8421 BCD 码进行下列运算：43+99 45+19 15+3615．已知X =+25，Y =+33，X = -25，Y = -33，试求下列各式的值，并用其对应的真值进行验证：1 12 2（1）[X +Y ]补1 1（2 ）[X -Y ]补1 2（3 ）[X -Y ]补1 1（4 ）[X -Y ]补2 2（5 ）[X +Y ]补1 2（6 ）[X +Y ]补2 216．当两个正数相加时，补码溢出意味着什么？两个负数相加能产生溢出吗？试举例说明。
微机原理与接口技术知识点总结
微机原理与接口技术知识点总结(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--微机原理与接口技术第一章概述二、计算机中的码制（重点）P51、对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。
注意：对正数，三种表示法均相同。
它们的差别在于对负数的表示。
（1）原码定义：符号位：0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值。
注意：数0的原码不唯一（2）反码定义：若X<0，则 [X]反= 对应原码的符号位不变，数值部分按位求反（3）补码定义：若X<0，则[X]补= [X]反+12、8位二进制的表示范围：原码：-127~+127反码：-127~+127补码：-128~+1273、特殊数该数在原码中定义为： -0在反码中定义为： -127在补码中定义为： -128对无符号数：()２= 128三、信息的编码1、字符的编码P8计算机采用7位二进制代码对字符进行编码（1）数字0~9的编码是0110000~0111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码（BCD码）相符。
（2）英文字母A~Z的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母a~z的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。
第二章微机组成原理第一节、微机的结构1、计算机的经典结构——冯.诺依曼结构P11（1）微机由CPU(运算器和控制器)、存储器和I/O接口组成2、系统总线的分类（1）数据总线（Data Bus），它决定了处理器的字长。
（2）地址总线（Address Bus）,它决定系统所能直接访问的存储器空间的容量。
（3）控制总线（Control Bus）第二节、8086微处理器1、8086，其内部数据总线的宽度是16位，16位CPU。
外部数据总线宽度也是16位8086地址线位20根，有1MB（220）寻址空间。
P272、8086CPU从功能上分成两部分：总线接口单元（BIU）、执行单元（EU）BIU：负责8086CPU与存储器之间的信息传送。
微机原理与接口技术课本
第1章微型计算机基础1.1 计算机中数的表示和运算1.1.1 计算机中的数制及转换在微型计算机中，常见和常使用的数制♦十进制♦二进制♦八进制♦十六进制等。
1.十进制十进制计数特征如下：♦使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9♦基数为10♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢十进一决定其实际数值。
任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：(D)10＝D n-l³10 n-1 +D n-2³10 n-2 +…+D l³101+D0³100+D—l³10 -1+D-2³10-2+²²+D-n³10-n2.二进制在二进制计数制中，基数是2，计数的原则是“逢2进1”。
特征如下：♦使用两个不同的数码符号0和l♦基数为2♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢二进一决定其实际数值。
任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：(B)2＝B n—l³2 n-1 +B n—2³2 n-2+…+B l³21+B0³20+B—l³2 -1+B-2³1-2+²²+B-n³1-n十进制TO二进制把十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除以2取余数”。
把十进制小数转换成二进制小数所采用的规则是“乘2取整”。
在计算机中，数的存储、运算、传输都使用二进制。
[例 1-2] 将十进制小数0.6875转换成二进制小数3．八进制在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。
特征如下：♦使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7♦基数为8♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢八进一来决定其实际数值。
任意一个八进制正数S，可表示为：(S)8＝S n—l³8 n-1+S n—2³8 n-2+²²+S1³8 1+S0³8 0 +S—l³8–1+²²+S-m³8-m转换: 将十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余数”。
微机原理及接口技术第一章概述
三、微型计算机的分类
按处理器同时处理数据的位数或字长分：
8位机
按其结构分：
16位机
32位机
64位机
PC机、
单片微型机、 单板微型机
1.2
微型计算机组成
现代计算机结构仍然是在冯· 诺依曼提出 的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建 立起来的。
一、微型计算机的硬件结构
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输 出接口构成，它们之间由系统总线连接。
地址总线 (AB)
只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
I/O接口
I/O设备 数据总线 (DB) 控制总线 (CB)
CPU
1. 微处理器
整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也 称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组 及控制部件。
ALU ： 算术运算、逻辑运算
寄 存 器：存放操作数、中间结果、地址、标 志等信息 控制部件：整个机器控制中心，包括程序计 数器IP、指令寄存器IR、指令译 码器ID、控制信息产生电路。
外部设备
I/O接口电路
存储器 RAM ROM 总线
控制部件
算术逻辑部件
寄存器组
MPU
2. 存储器 微机的存储器分为：主存和辅存 主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正 待处理数据。(CPU内部cache，主 板上的内存, 造价高，速度快，存 储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的 数据，(主机箱内或主机箱外，造 价低，容量大，可长期保存，但 速度慢)
办公自动化
信息高速公路
仪器仪表
将传感器与计算机集 成于同一芯片上，智能
传感器不仅具有信号检
测、转换功能，同时还 具有记忆、存储、解析、 统计、处理及自诊断、 自校准、自适应等功能。
计算机基础知识
微处理机时代
2006 年 5 月：英特尔® 酷睿™ 2 双核处理器 品牌隆重推出
全新处理器可实现高达
40% 的性能提升，其能效 比最出色的英特尔® 奔腾® 处理器高出 40%。英 特尔® 酷睿™ 2 双核处理器包含 2.91 亿个晶体管。
微处理机时代
在2007年的9月6日，Intel发布
微处理机时代
1978年，第一代微处理机－16位的8086/8088CPU
集成了29000个晶体管，主频分别为5MHz/8MHz/10MHz， 寻址空间为1MB，地址总线20位，数据总线16位(8088的外 部数据总线为8位)。 1981年IBM公司推出了使用8088CPU的微型计算机，命名为 IBM-PC,
内存容量
通常用字节(Byte)作单位。目前，微型机的
内存储容量已达到数百兆字节。
内存速度
微机内主存完成一次读/写操作所需的时间称为存 储器的存取时间，连续两次读/写所需的最短时间称为 存储器的存取周期。存取周期越短，则存取速度越快。 存取周期的大小影响计算机的运算速度。
主板
•
芯片组
810、…、845、…865PE、875P、…
微处理机时代
1999年2月，Pentium III 芯片内集成了2800万个晶体管，CPU主频733MHz， 寻址空间4GB，地址总线32位，数据总线64位 浮点运算和三维处理方面能力明显增强 增加了71条称为互联网SSE的指令和处理机序列号。
微处理机时代
2000年3月，Pentium 4
汇编语言：
高级语言：
微型计算机的系统组成
微型计算机系统
精品课件-微型计算机原理及接口技术-第1章
微机原理及接口技术
本课程的内容 以8086/8088 CPU构成的微机系统为例，介绍微机系统的组
成、工作原理。 为实现特定的任务，如何对上述微机系统进行功能扩展。
2
为什么要学习这门课？
通过本课程的学习，希望同学们能够 1. 了解一种具体的计算机（微机） 2. 初步掌握(或了解)以下技能： 根据工程需要，选择合适的微处理器(或单片机)，通过增加适 当的外围芯片，构成应用系统，使它们能够按照设计意图稳定、 可靠地工作(包括硬件和软件两方面)。
13
Altair 8800 Computer with 8 inch floppy disk system
This is an original copy of 8K BASIC on paper tape for the MITS Altair 8800 cwormiptutteenr.byThBeilBlASGIaCteisn,tePrapurletAelrlewna,sand14
皓龙6200是全球首款16核x86处理器。
24
1.2 微处理器概述 二、计算机的两个发展方向
1. 高速度、功能强的巨型机和大型机 军事、尖端科学
2. 价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域、占领更大市场
25
IBM Blue Gene
26
BlueGene/L 27
28
西安电子科技大学 计算机学院
48
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
【例】Y=10+20，结果送266单元 MOV AL,10 ADD AL,20 MOV [266],AL HLT
49
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
微机原理与接口技术-习题参考答案
第1章习题答案1.答：计算机硬件的基本组成部分有：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部分；运算器功能：完成各种算术运算或逻辑运算；控制器功能：发出各种控制信息，使计算机各部件协调工作；存储器功能：存储程序和数据；输入设备：将程序和数据输入的部件；输出设备：将结果数据输出的部件。
2.答：以微型计算机为核心，配以鼠标、键盘等外围设备、电源、接口电路，以及控制计算机工作的软件构成微型计算机系统。
3.答：主板与外部设备之间的数据传输必须通过系统总线，所以系统总线包含的信号线必须满足下列各种输入/输出操作的需要：①访问分布于主板之外的存储器；②访问I/O接口；③适应外部中断方式；④适应存储器直接与外部设备交换信息。
总线控制逻辑的任务就是产生和接受这些操作所需要的信号。
4.答：计算机有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，计算机内部采用二进制数据的格式表示数据和指令。
程序将事先保存在内存储器中，计算机在工作时，不需要操作人员干预，自动逐条取出指令并执行。
5.答：CPU首先执行主板上BIOS中的自检程序；执行引导装入程序，依次搜寻硬盘、光盘等；读出引导记录，装入引导程序；由引导程序将操作系统装入内存；执行操作系统。
6.答：BIOS是Basic Input Output System的缩写，指的是基本输入输出系统"。
它是一组固化到计算机ROM芯片上的程序，保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。
7.答：略。
2第3章习题答案1.（1）答：物理地址：物理地址（PA）是20位无符号二进制数，是CPU访问存储器的实际地址。
每个存储单元对应一个物理地址。
8086存储空间的物理地址范围是：00000H～FFFFFH。
逻辑地址：采用分段结构的存储器中，把通过段地址和偏移地址来表示的存储单元的地址称为逻辑地址，记为：段地址：偏移地址。
段地址：8086规定各逻辑段从节的整数边界开始，即段首地址二进制值的低4位是0000，把段首地址的高16位称为段基址或段地址。
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一方面提高了执行速率; 一方面降低了与之相配的存储器的存取速度的要求 为实现取指与执行的流水线操作，有总线接口部件（BIU）和指
令执行部件（EU） ARM7 TDMI采用三级流水线 取指令 译码指令 执行指令
CISC RISC 技术
CISC
复杂指令集计算机 Intel的x86 指令集庞大，指令长度不同，指令另译码复杂 复杂性高，设计成本高
第一节 微机概述
微机发展概况
1985年10月，Intel推出32位的80386DX。 （1）全32位微处理机，频率为33MHZ （2）数据总线和地址总线32位，具有4GB物理寻址能力。 （3）提供“虚拟8086”工作方式，可模拟多个8086处理机，
保持兼容 （4）推出80387协同处理器，加快浮点运算。 1989年4月，80486微处理机 （1）晶体管数目超过100万，达到120万个 （2）集成浮点运算部件，首次集成一个8K的Cache，极大加
微处理器组成 微处理器一般由算术逻辑单元ALU、累加器AC和通
用寄存器组RS、程序计数器PC、数据地址锁存器／缓冲器、 时序和控制逻辑部件及内部总线等组成
微处理器 结构
控制信号（微操作命令） … 累加器AC
PLA 控制逻辑阵列
ID 指令译码器
IR 指令寄存器
算术逻辑单元 ALU
CPU
地址寄存器MAR
0110 1001 0110
CPU
⑦D⑧R的A→内A容L0U9,AHL送U到作A加L法U
②PC+1 +1
PC 010P0 C0100110 ①
PC值送AR
A09ELHHU
0000A0111001 ⑨
ALU→A,A=0EH
F
RS 内部数据总线
控制信号 PLA ID 0011IR1110 IR
AR 010A0 R0011
1.1 概述
微机发展概况 计算机的诞生,第一台电子数字计算机ENIAC，1946 年 美国宾夕法尼亚大学，5000次/秒 第一代 电子管计算机（器件来划分） 第二代 晶体管计算机 10万次/秒 第三代 中小规模集成电路（MSI/SSI） 100万次/秒 第四代 大规模、超大规模集成电路（LSI/VLSI） 不再沿用“第X代计算机”，70年代以后，计算机领 域的变化在新发展的商业应用。 内存经历1K、4K、16K、64K、256K、1M、4M、 16M、64M、256M、512M、1G阶段 微处理器（CPU）的字长经历4位、8位、16位、64位 阶段。
最早使用SOCKET 423接口，SOCKET 478接口， LGA775接口
网络数据流单指令多数据扩展2(SSE2) Willamette核心 ---Northwood核心---Prescott核
心
2002年: Intel Pentium 4 w/Hyper Threading处理器
频率达3.06 GHz的Pentium 4处理器，是首款每秒执 行30亿个运算周期的商业微处理器，如此优异的性能 要归功于当时业界最先进的0.13微米制程技术
统；可编程中断控制器8259的工作原理及应用 总线技术 接口技术及应用：并行接口8255 接口技术及应用：串行接口8251 接口技术及应用：定时/计数器8253 DMA技术: DMA控制器8237 A/D、D/A变换 微机系统发展的新技术
第一章 微型计算机系统概述
《微机原理与接口技术》 高等教育出版社
+1
PC 010P0 C000110
①
PC值送AR
0000A0101
RS
⑦ DR的内容05H送到A 内部数据总线
控制信号 PLA ID 0011IR1110 IR
AR 010A0 R0001
内容送到数据寄存器DR ⑥ 000D0 R0101 DR
送地址41H，选中存储器
41H ③ RAM
AB
40H
0011 1110
高端系列 ARM系列
1.1 微机概述
教材 8086 CPU
16位 冯诺依曼结构 CISC指令集(117)
单片机 51系列
8位 哈佛结构 CISC（111）
ARM7 TDMI
32位 冯诺依曼结构 RISC v4指令集（49）
MSP430
16位 冯诺依曼结构 RISC（27）
微型计算机系统
微机计算机系统 微机+外设设备+系统软件
微处理器 功能及组成
CPU 的功能
（1）进行算术和逻辑运算 ALU （2）暂存少量数据 AC RS PC FR SP （3）对指令译码并执行指令所规定的操作 ID IR PLA （4）与存储器和外设进行数据交换的能力 MAR MDR BUS （5）提供整个系统所需要的定时和控制信号 BUS （6）响应其它部件发出的中断请求 BUS
1.1 微机概述
2005年: Intel Pentium D 处理器
首颗内含2个处理核心的Intel Pentium D 处 理器登场，正式揭开x86处理器多核心时代
2006年: Intel Core 2 Duo处理器
Core微架构桌面处理器，其E6700 2.6GHz 型号比先前推出之最强的Intel Pentium D 960 (3.6GHz)处理器，在性能方面提升了 40%，省电效率也增加40%
指令操作码被译码执行
AR 010A0 R0010
内容送到数据寄存器DR ⑥ 110D0 R0110 DR
送地址42H，选中存储器
42H ③ RAM
AB
40H
0011 1110
C6H
⑤ DB 42H单元内容C6H送入数据总线
41H
0000 0101
④ 42H
读命令
43H
44H
1100 0000 0111
1999年2月，Pentium Ⅲ，MMX2技术，有移动版和Xeon（至 强），内部主频733MHz，71条互联网SSE指令，一级 32KBCache和512KB二级Cache。
Pentium4 新一代处理机，采用NetBurst微结构，超流水线技术， 高级动态执行
1.1 微机概述
2000年11月20日，奔腾4
1.1 微机概述
工控领域
1976-1978 Intel公司的MCS – 48为代表， 还有Motorola 、Zilog等，“单机片”一词 即由此而来
1978-1982 8位单片机系列MCS –51 1982-1990 8位单片机广泛应用。16位单
片机推出，Intel公司推出的MCS – 96系列 单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、 程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体 现了单片机的微控制器特征。 1990- 32位通用型单片机 专用型单片机
内容送到数据寄存器DR ⑥ 001D1 R1110 DR
送地址40H，选中存储器
40H ③
存储器
AB ④ 40H
0011 1110
3EH
⑤ DB 40H单元内容3EH送入数据总线
读命令
41H
0000 0101
42H
1100 0110
43H
0000 1001
44H
0111 0110
CPU
ALU
F
②PC+1
RISC
精简指令集计算机 ARM系列 指令集简化，长度相同，一个节拍内完成，大 量使用寄存器，速度快
1.3 微型计算机系统
《微机原理与接口技术》 高等教育出版社
微型计算机 结构
地址总线 AB
C 存储器 存储器 I/O
I/O
外围
M … M … 接口 … 接口
设备
P
数据总线
U
DB
控制总线 CB
冯.诺依曼计算机结构 Intel x86 ARM7
1.1 概述
微机发展概况
摩尔定律：微芯片上集成的晶体管数目每18个月翻一 番。
Intel公司缔造者Gorder moore
最成功最有影响的是第一大微处理器制造商Intel 1971年，全球第一块微处理器——4004芯片，用于 计算器中。1972年的8位微处理器——8008芯片 1974年，新一代8位微处理器——8080芯片， 2MHZ，诞生全球第一台微处理机Altair。 1978、1979年，16位CPU——8086芯片，寻址空 间达到1M，5/8/10MHZ，8088是8086的简化版， 4.77MHZ。IBM采用8088（PC、PC/XT）和8086 推出了IBM PC个人计算机。 1982年，16位的80286CPU，20MHZ。
程序计数器
标志寄存器F
PC
存储器
+1
通用寄存器组 RS
数据寄存器MDR
总线（BUS）
微机的工作过程
Y=5+9
LD A,05H ADD A,09H HALT
3E 05 C6 09 76
立即数(05)送A A的内容与(09)相加 停止
40H 0011 41H 0000 42H 1100 43H 0000 44H 0111
指令和数据存放在同一存储空间中，同一编址，指令和数码通过同一 总线访问 哈佛结构 程序指令储存和数据储存分开的存储器结构 ARM9 DSP
内容送到数据寄存器DR ⑥ 000D0 R1001 DR
送地址43H，选中存储器
43H ③ RAM
AB
40H
0011 1110
09H
⑤ DB 43H单元内容09H送入数据总线
41H
0000 0101
42H
1100 0110
④ 43H 读命令 44H
0000 0111
1001 0110
指令流水线
传统：CPU执行程序时，取指令与执行指令交替进行 8086／8088 CPU采用流水线处理方式，取指令与执行指令同