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第一章 微型计算机概述.ppt

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1、微机原理与接口技术,主讲:洪永强教授,第一章 微型计算机概述,1.1 微型计算机的基本结构 1.2 微型计算机系统 1.3 微型计算机的运算基础,,1.1 微型计算机的基本结构,1.1.1 微型计算机的结构特点 1.1.2 微处理器 1.1.3 内存储器 1.1.4 输入输出设备和输入输出接口 1.1.5 总线,返 回,,微型计算机结构框图,由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成,返 回,1.1.1 微型计算机的结构特点,,1.1.2 微处理器,微处理器,中央处理单元 简称CPU(Central Processing Unit) 本身具有运算和控制功能 控制器:负责全机的控制。

2、工作 运算器:执行所有的算术和逻辑运算 微处理器是微型计算机的核心,多数CPU是单片的,有时也会见多片型的,即几个片合起来完成一个CPU的功能.,CPU的功能:,1.进行算术和逻辑运算 2.能对指令进行译码并执行规定的动作 3.可暂存少量数据 4.提供整个系统所需要的定时和控制 5.能和存储器、外设交换数据 6.可以响应其他部件发来的中断请求,CPU在内部结构组成,1.算术逻辑部件(ALU) 处理各种数据信息,可以进行加、减、乘、除算术和与、或、非、异或等逻辑运算 2.累加器和通用寄存器组 用来保存参加运算的数据以及运算的中间结果,也用来存放地址 3.程序计数器(指令指针) 指向下一条要取出的。

3、指令 4.指令寄存器 存放从存储器中取出的指令码 5.译码器 对指令码进行译码和分析,从而确定指令的操作,并确定操作数的地址,再得到操作数,以完成指定的操作。 6.时序和控制部件 指令译码器对指令进行译码时,产生相应的控制信号送到时序和控制逻辑电路,组合成外部电路所需要的时序和控制信号。这些信号送到微型计算机的相应部件,以控制这些部件协调工作。,CPU的控制信号,1.由CPU内部产生相应的控制信号:送到存储器、输入/输出接口电路和其他部件 2.微型计算机系统的其它部件也会在它们需要的时候向CPU发出各种请求信号:如中断请求、总线、请求等。,返 回,1.1.3 内存储器,内存储器又叫内存或主存 。

4、计算机的记忆部件 存放数据(包括原始数据,中间结果和最终结果)和程序,1.内存单元的地址和内容,内存中存放的数据和程序,从形式上看都是二进制数: 二进制有关的数据单位: 位:1位二进制数据,计算机存储信息的基本单位 字节:每8位组成一个字节 字:16位 双字:32位,,一个存储单元中存放的信息称为该存储单元的内容,每一个字节单元有一个存储器地址,地址用二进制数表示,为无符号整数,书写格式为16进制,如下图所示:,,,16位时,低位字节存入低地址,高位字节存入高地址 : 两个字节单元构成一个字单元,字单元的地址采用它的低地址表示,,,如用X表示某存储单元的地址,则X单元的内容用(X)表示,假。

5、如X单元中存放着Y, 则(X)=Y,而Y又是一个地址,则可用(Y)=((X))来表示Y单元的内容。如:,存储器地址与内容有关说明,1.存储器以字节(8bit)为单位存储信息 2.每个字节单元有一个地址,从0编号,顺序加1 3.地址也用二进制数表示(无符号整数,写成十六进制) 4.地址是16位,可表示216=65536=64K个地址,即0000H-FFFFH 5.字长16位,一个字要占用相继的两个字节 6.低位字节存入低地址,高位字节存入高地址 7.机器以偶地址访问(读/写)存储器 8.字单元地址用它的低地址来表示,,2.内存操作,CPU对内存的操作有读、写两种 : 1.读操作是CPU将内存单元。

6、的内容取入CPU内部 2.写操作是CPU将其内部信息传送到内存单元保存起来,,3.内存分类,按工作方式不同,内存可分为两大类: 随机存取存储器RAM(Random Access Memory) 只读存储器ROM(Read Only Memory) RAM可以被CPU随机地读和写,所以又称为读写存储器 ROM中的信息只能被CPU随机读取,而不能由CPU任意写入,返 回,,1.1.4 输入输出设备和输入输出接口,输入输出设备是指微型计算机上配备的I/O设备,也称为外部设备或外围设备(简称外设),其功能是为微型计算机提供具体的输入/输出手段 微型计算机上配置的标准输入设备和标准输出设备一般是指键盘和。

7、显示器,二者又合称为控制台 为了解决微型计算机与种类繁多的外设之间的信息交换,各种外设都通过相应的接口(Interface)电路与主机系统相连。,返 回,1.1.5 总线,总线实际上由一组导线条上关电路组成,是各种公共信号线的集合,用作微机各部分之间传递信息所共同使用的“高速信息公路”。 在CPU,存储器,I/O接口之间传输信息的总线称为“系统总线”。 系统总线包括:数据总线,地址总线和控制总线。,返 回,1.1.5 总线,1.数据总线(data bus, DB) 数据总线用来传输数据信息,是双向总线 2.地址总线(address bus, AB) 地址总线用于传送CPU发出的地址信息,是单向。

8、总线 3.控制总线(control bus, CB) 控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。 其中有的是CPU向内存和外设发出的信息,有的则是内存或外设向CPU发出的信息。可见,CB中每一根线的方向是一定的、单向的,但CB作为一个整体是双向的,返 回,1.2 微型计算机系统,1.2.1 微型计算机系统的组成 1.2.2 微型计算机的主要性能指标 1.2.3 典型微型计算机的组成结构,返 回,1.2.1 微型计算机系统的组成,一台完整的计算机必须由硬件和软件这两大部分组成,其中硬件是基础,软件是灵魂,二者缺一不可。 微型计算机硬件系统是机器的实体部分,主要包括主机和外围设备。 微型计算。

9、机软件系统主要包括系统软件、各种程序设计语言、应用程序和数据库等。,返 回,微型计算机系统的基本组成,1.2.2 微型计算机的主要性能指标,返 回,1.基本字长 位(Bit),是计算机内部数据存储的基本单位,音译为“比特”,习惯上用“b”来表示。 字节,是计算机中数据处理的基本单位,习惯上用“B”来表示。一个字节由8个二进制位构成,即1Byte=8bit。此外,字(Word)可以表示2个字节,即16个二进制位;双字(Double Word),可以表示4个字节,即32个二进制位。 基本字长是指参与运算数的基本位数,它是由加法器、寄存器、数据总线的位数决定的,1.2.2 微型计算机的主要性能指标,。

10、返 回,2.主存容量 一个主存储器所能存储的最大信息容量称为主存容量 3.运算速度 人们用计算机的主频——时钟频率来表示运算速度,以MHz或GHz为单位 4.系统配置 5.性能价格比,1.2.3 典型微型计算机的组成结构,典型微型计算机主板结构图,返 回,1.3 微型计算机的运算基础,1.3.1 数和数制 1.3.2 数的表示 1.3.3 数的编码,预 备 知 识,22=4 24=16 28=256 210=1024 220=1048576 1K= 210=1024 (Kilo) 1M=1024K= 220 (Mega) 1G=1024M= 230 (Giga),常用的名词术语,1。

11、. 位( bit比特) : 1个二进制位 位是计算机所能表示的最基本最小的数据单元。 2.字和字长 字是计算机内部进行数据处理的基本单位,通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、总线的宽度相一致。 字长:计算机的每一个字所包含的二进制位数称为字长。 3.字节( Byte) :8个二进制位,即1Byte=8bit 字节的 长度是固定的,但不同的计算机字长不同 4. 字( Word): 16位,2个字节,即1Word=2Byte=16bit 5.双字(Double Word):32位,1.3.1 数和数制,1. 数制与进位计数法 2. 数制转换 3. 数制运算,1. 数制与进位计数法,数制:进位记数。

12、制是一种记数的方法。 基数:数码的个数。,,1. 数制与进位计数法,1. 数制与进位计数法,2. 数制转换,进制转换的一般方法,(1)r进制数转换为十进制数 例1-3:把110110B,123.4Q和2AB.8H转换为十进制数。,2. 数制转换,(2)十进制数转换位r进制数 例1-4:把十进制数123。25D转换位二进制、八进制和十六进制数。 解:123.25D=1111011.01B=173.2Q=7B.4H,计算过程如下。,2. 数制转换,2. 数制转换,(3) 二进制数与八进制、十六进制数之间的转换,例1-5:把10110011100.11B转换为八进制数和十六进制数。 解: 010 1。

13、10 011 100 110 2 6 3 4 6 0101 1001 1100 1100 5 9 C C 所以,10110011100.11B=2634.6Q=59C.CH,2. 数制转换,2. 数制转换,例1-6:把1FD7.108H转换为二进制数和八进制数。 解: 1 F D 7 1 0 8 0001 1111 1101 0111 0001 0000 1000 001 111 111 010 111 000 100 001 000 1 7 7 2 7 0 4 1 0 所以,1FD7.108H=1111111010111.000100001000B=17。

14、727.041Q,3. 数制运算,,,1.3.2 数的表示,1. 机器数 2. 原码、反码和补码 3. 补码运算,1. 机器数,计算机中的数是用二进制来表示的,数的符号也是用二进制表示的。 在机器中,把一个数连同其符号在内数值化表示的数称为机器数。 计算机常用8位、16位、32位等一个或多个字节的字长来表示一个机器数。,1. 机器数,计算机要处理的数有无符号数和有符号数。 所谓无符号数,通常表示一个数的绝对值或存储单元的地址。对无符号数而言,数的各个位都用来表示数的大小,所有的位均为数值位。 所谓有符号数,即有正负意义的机器数。对有符号数而言,数的最高有效位为符号位,表示数的符号,正数用0表示。

15、,负数用1表示,其余位为数值位。,假设机器字长n为8位,7 6 5 4 3 2 1 0,假设机器字长n为16位,,,符号位 数值位,15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,符号位=0 表示正数 符号位=1 表示负数,,1. 机器数,2. 原码、反码和补码,正数的原码就是它本身,负数的原码符号位为1,数值位为其绝对值; 正数的反码就是它本身,负数的反码符号位为1,数值位为其绝对值按位求反。 例1-7:机器字长n=8时,求+1D和-1 D的原码和反码。 解: [+1D ]原=00000001B=01H,[-1D ]原=10000001B=81H。

16、, [+1D ]反=00000001B=01H,[-1D ]反=11111110B=FEH。,2. 原码、反码和补码,补码表示法的规则是:对于二进制数,正数的补码就是它本身,负数的补码,对该负数相对应的正数的补码先按位求反后末位加1。 例1-8:机器字长n=8时,求+1D和-1 D的补码。 解: [+1]补=+1D= 0 0 0 0 0 0 0 1 B 按位求反 1 1 1 1 1 1 1 0 末位加1 1 1 1 1 1 1 1 1 [11]补=11111111B=0FFH 所以:+1D=00000001B=01H,则 [+1]补=00000001B=01H,[-1]。

17、补=111111111B=0FFH。,2. 原码、反码和补码,例1-9:机器字长n=16时,求+8D和-8 D的补码。 解: [+8]补=+8D= 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 B 按位求反 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 末位加1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 [-8]补=111111111000B=0FFF8H 所以,[+8]补=0000000000001000B=0008H, [-8]补=11111111111111111B=0FFF8H。,,2. 原码、反码和补码,例1-10。

18、:用8位和16位字长的数分别表示+47D和-47D的补码。 解: 用8位字长表示,+47D=00101111B [+47]补=+47D= 0 0 1 0 1 1 1 1B=2FH 按位求反 1 1 0 1 0 0 0 0 末位加1 1 1 0 1 0 0 0 1 [-47]补=11010001B=0D1H 用16位字长表示,直接对8位表示的补码进行符号扩展即可,即 [+47]补=002FH,[-47]补=0FFD1H,2. 原码、反码和补码,3. 补码运算,所谓求补运算是指对一个二进制数的补码先按位求反再末位加1的运算,简称“求补”或“变补”。,3. 补码运算,“求补”和“求补码。

19、”是两个不同的概念 前者是进行“变反加1”的运算过程,即求一个数的相反数的补码; 后者就是求一个数的补码,它可以是“求补运算”,也可以是“符号-绝对值”表示。,3. 补码运算,补码的加法和减法运算规则是: [X+Y]补=[X]补+[Y]补 [X-Y]补=[X]补+[-Y]补 其中[-Y]补可以用对[Y]补进行求补运算得到,3. 补码运算,例1-11:用补码进行下列运算: 23+15;(-23)+(-15);23-15;(-23)-(-15)。 解: [23]补=00010111B=17H; [-23]补=11101001B=0E9H; [15]补=00001111B=0FH; [-15]补=11110001B=0F1H; 运算过程如下:,3. 补码运算,,3. 补码运算,,1.3.3 数的编码,1.BCD码(及其(加减)运算) 2. ASCII码,1.BCD码(及其(加减)运算),8421BCD码(简称BCD码),即将1位十进制数0~9分别用4位二进制编码来表示,而这四位的权从高位到低位一次是8,4,2,1。,1.BCD码(及其(加减)运算),例1-12:用组合和非组合BCD码分别表示十进制数43和512。 解:,2. ASCII码,用7位二进制码表示一个字符,共能表示128个不同的字符。,。

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