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Intel结构32位计算机技术
深圳职业技术学院
高等教育出版社
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课程任务
以IA-32 计算机为对象，介绍当
今流行的32位计算机硬件技术，以达
到具备IA-32 计算机硬件分析能力的
目的。同时，介绍MASM 6.1x汇编语
言的知识以及以MASM 6.1x汇编语言为
工具来辅助观察硬件动作行为的方法
，以达到具备初步IA-32计算机硬件功
能测试能力的目的。
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IA-32 计算机
——Intel Architecture
32位计算机
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学习方法:
1. 课程内容前后交叉，常规的循序渐进式的
学习方法不管用了。
2. 书、手册、资料是学习硬件的主要手段。
3. 硬件的规律性较差，要求在理解的基础上
记忆。
4. 英文是学习好硬件的工具之一。
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1.1 冯·诺依曼计算机
的基本概念和结构
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冯·诺依曼计算机：
(Von Neumann machine)
按程序存储（Stored-Program）概
念建造的计算机称之为冯·诺依曼计算
机。
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冯·诺依曼计算机的要点：
1、使用二进制（Binary）表示指令和数据；
2、使用程序存储工作原理；
3、计算机的硬件由
运算器（ALU）、
控制器（CU）、
存储器（Memory,也称内存或主存）、
输入设备（Input device)、
输出设备(Output device) 五部件组成。
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几个术语：
指令（instruction） ：
也称机器指令（Machine instruction）
。 它是控制计算机硬件进行工作的命令（
Command）。
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数据（Data）：
指的是能够由计算机处理的数字、
字母和符号等。
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机器语言（Machine Language）：
由于计算机的硬件仅能识别二进制代码表示
的指令和数据，所以这种二进制代码也称之为机
器语言。
注：计算机硬件如何识别内存中的指令和数据：
指令和数据分区存放（程序存储区和数据存
储区），分区访问。
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程序（Program)：
指的是为求解某一问题而设计的一系列
指令的集合。
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CISC
(Complex Instruction Set Computer) ：
复杂指令系统计算机。
RISC
(Reduced Instruction Set Computer) ：
精简指令系统计算机。
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1、使用二进制表示指令和数据
计算机为什么要使用二进制而不使用十
进制：
主要因为二进制的一个数位使用仅有两
种稳定状态的电路即可表示，而十进制则需要
具有十种稳定状态的电路才可表示。显然，使
用二进制比使用十进制，电路实现简单多了。
另外二进制进行算术和逻辑运算都很方便。
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以使用5V直流电源的逻辑电路为例，在
正逻辑的情况下：3V以上的电平称之为高电平
，代表数字1。0.8V以下的电平称之为低电平,
代表数字0。
数字信号的波形示意图：
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2
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1
3
1
4
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D
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0
0
0
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0
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1
2
A
3
4
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2、使用存储程序工作原理
程序存储工作原理的要点：
程序设计，
把程序置入内存，
从内存中取指令并执行。
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注意：
汇编语言中的可执行语句（Executable
Statement）与机器指令有一一对应的关系，
即一条汇编语言可执行语句，能且仅能翻译成
一条相应的机器指令；
而一条高级语言语句可翻译成相应的数
条机器指令。
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3. 计算机硬件的结构
冯·诺依曼计算机的硬件结构如图1.2所示。
1
2
3
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4
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冯·诺依曼计算机五部件的功能:
运算器的主要功能是从存储器中取出原始
数据，进行运算，并把结果送回存储器。
存储器的主要功能是存放程序和数据。
输入设备的主要功能是把程序和原始数据
输入到存储器。
输出设备的主要功能是把存放在存储器中
的结果输出。
控制器是计算机全机的控制中心。
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微处理机（Microprocessor）:
把运算器和控制器制造在一块硅片上，
称之为微处理机。
微型计算机:
以微处理机为核心，再加上内存和I/O
设备组成。
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1.2 IA-32 Intel计算机的概况
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1.2.1
计算机发展简史
1946年诞生世界上第一台数字电子计算机。
通常以所采用的基本硬件技术来划分计算机
发展的不同阶段：
第一代计算机
使用的电路器件是电子管或真空管。
第二代计算机
使用的电路器件是晶体管（Transistor）。
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第三代计算机
使用的电路器件是小规模集成电路SSI（
Small Scale Integrated）和中规模集成电路
MSI（Middle Scale Integrated）。
第四代计算机
使用的电路器件是大规模集成电路LSI（
Large Scale Integrated）和超大规模集成电
路VLSI（Very LSI）。
包括IA-32 Intel计算机在内的许多微型
计算机都属于第四代计算机。
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1.2.2
IA-32Intel系列CPU的概况
分为两个阶段：
· x86结构 时代
· IA-32
时代。
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X86：
16位：8086 、8088、 80186、
80286（引入保护方式）
32位：80386 （引入虚存）、
80486（在CISC 上应用 RISC ）
64位：Pentium CPU
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IA—32：
Pentium Pro CPU出现后，就不在使用
x86 的 名 称 了 ， 而 改 称 IA-32 了 （ 其 实 ， 从
80386开始都属于IA-32）。
Pentium Pro CPU之后开始采用P6微结构
。
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P6微结构：
动态、双独立总线、超标量体系结构。
Net Burst结构：
超流水线、减少预测转移失败、保持
ALU处于忙状态、减少执行任务指令数。
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P6微结构CPU:
Celeron、Pentium III、
Pentium III Xeon。
Net Burst微结构CPU：
Pentium 4 、
Xeon 。
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（注：
CPU结构：
指的是CPU中程序员可见的部分，如指令
系统、寄存器和数据格式等。
CPU的微结构：
指的是CPU结构在芯片上的实现，即通常
所说的组织层次。）
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（部分技术介绍：
· 以RISC技术为基础，支持CISC型指令：
其作法是通过把CISC指令分解为几个不
同的RISC指令，在并行执行的流水线上运行，
巧妙地解决了CISC型指令也能在RISC型的流水
线上执行的问题，从而极大地提高了CPU的性
能。
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· Pentium CPU中引入的双路超标量技术：
在x86结构CPU中首次实现了双路超标量
技术。
做法是：在Pentium内部设置有两条指令
流水线，所以Pentium就可以在一个机器周期
内处理两条指令，进一步提高了指令处理的并
行度，从而进一步加速了指令的处理速度。理
论上说，Pentium的指令处理速度可达80486
的2倍。
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· P6微结构中的动态执行技术：
所谓动态执行技术，包含
转移预测、
数据流分析、
指令池、
推测执行等要点。
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· P6微结构中的双独立总线：
在P6核心中，实际上有两条互相独立的
总线。
一条连接系统主存，称之为前端总线
(Front Side Bus)。
另一条连接系统L2 Cache,称之为后端总线
(Back Side Bus)。）
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系列化的IA-32 Intel计算机
系列计算机的特点：
软件向上兼容（Up-compatible）。
系列计算机的六个统一:
指令系统统一、数据格式统一、
字符编码统一、中断系统统一、
控制方式统一、I/O操作方式统一。
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计算机功能的层次结构
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2
3
4
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1
2
3
4
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系统软件：
是一组通用的软件，往往由计算机制造公司
随机带给用户或者由相关的软件公司提供给用户
。
包括:
操作系统（Operating Systems）、
语言处理程序;
数据库管理系统;
实用程序（如：编辑、链接、调试、诊
断程序等）。
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应用软件：
是指计算机在各种各样的应用领域中，人
们为了应用计算机来解决本领域内所独有的问题
而设计的软件。
分为：
科学计算；
事务处理；
自动控制；
计算机辅助工作；
人工智能等。
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操作系统基本功能：
作业管理、
处理机管理、
存储器管理、
文件管理、
提供人机接口和程序设计接口等。
网络操作系统：
是一组通信协议（Protocol）在某种具体机
型上的实现。
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作业一
复习教材第一章，并通过习题一(1-35)自测。
重点：8、10、11、12、14、16、21、23、
24、25、29、31、32、33、35。
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