西南交大-微机原理幻灯片第1章

1、第一章：计算机基础,1,本章内容提要,1,微机的发展历史，微机系统组成，三总线概念,2,微处理器构造及其指令执行过程,3,进位计数值（2、8、10、16进制）及其相互转,换，二进制数的运算规则,4,编码（BCD码，ASCII码，汉字码，图形信息编,码）,5,无符号数及带符号数的表示方法；机器数和真,值；带符号数的编码和运算；定点数和浮点数 本章难点： 机器数与真值、溢出的判断方法 2,第一节：计算机的基本概念,3,4,电子计算机的定义：,电子计算机是一种能够自动而又精确地对信,息进行处理的现代化电子设备。 电子计算机的起源：,为了加快计算速度与精度，人们一直在尝试,制造计算机 从机械计算机到电子计算机,第 一 台 具 有 现 代 意 义 的 电 子 计 算 机 ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Computer）,5,电子计算机理论的创立 冯诺依曼（Von Neumann）确立了现代计算机 的基本理论 计算机由5个基本部件构成： 输入器、输出器、运算器、存储器和控制器 采用二进制进行运算 引入存储器存储程序和数据，计算机自动高速的 从

2、存储器取出指令并执行指令 这些基本原则至今仍然被现代计算机所采 用，因此现代计算机一般被称为冯诺依曼结构,计算机。,6,计算机的发展史 第一代：电子管计算机时代（19461957年） 第二代：晶体管计算机时代（19581964年） 第三代：集成电路计算机时代（19641972年） 第四代：大规模集成电路计算机时代（1972年至今） 目前又提出了所谓第五代计算机, 特大规模集成电路ULSI(UltraLarge Scale Integration), 超大规模集成电路SLSI(Super large Scale Integration), 巨大规模集成电路GLSI(Great Large Scale Integration),7,微型机的发展史,计 算 机 发 展 到 第 四 代 出 现 了 微 处 理 器 (CPU- Central Processing Unit)，它的发展代表了微 型机的发展史，大致可分为5代：,第一代微处理器（19711973年） 第二代微处理器（19741978年） 第三代微处理器（19781981年） 第四代微处理器（19811992年）,第五代微处理器（19

3、92年至今）,8,计算机的分类,1. 巨型机(超级计算机) 2. 大中型机 3. 小型机 4. 微型机 5. 工作站,计算机的发展将走向两个极端：,巨型化 和 微型化,Next,9,超级计算机问世,1996年12月2日，美国英特尔公司为 美能源部开发出世界上速度最快的超级 计算机，每秒可运算1.4万亿次，在超级 计算机发展史上首次突破每秒万亿次大 关。,该计算机开发耗资5500万美元。它将 主要用来模拟核实验，并进行天气和自 然灾害预报，基因研究、太空模拟实验 等数据量非常巨大的研究工作。,10,世界之最,蓝 色 基 因 Blue Gene/L是目前世界常最快的超级计算机，其,峰值速度能够达到360万亿次浮点计算。这台超级计算机内部,拥有65536颗处理器，同样运行着Linux操作系统，并 在应用 程 序 领 域 有 所 创 新 。这是IBM公司、利弗莫尔实验室和美国,能源部联合制作完成的超级计算机。,它被广泛应用在生命科学、气象预测、天文观测、材料科,学、数字电影特效等领域。,11,Return,12,微型计算机的分类,1、单片微型计算机 2、单板微型计算机 3、多板微型计算机,13

4、,微型机系统的组成 完整的微机系统包括硬件和软件两部分组成：,微机系统结构图,14,微机系统软件 微型计算机的软件分为系统软件和用户软件 （应用软件）。, ,系统软件是指不需要用户干预的能生成、准备 和执行其它程序所需的一组程序。 用户软件是各用户为解题或实现检测与实时控 制等不同任务所编制的应用程序。 程序设计分为3级: 机器语言程序设计； 汇编语言程序设计； 高级语言程序设计。,15,微机系统硬件结构,16,总线的概念 总线：所谓总线，是连接多个功能部件或多个装置的一 组公共信号线 按所传送信息的类型总线可分为： 数据总线DB（Data Bus）：传送计算机中的数据信息的信 号线（双向，三态） 地址总线AB（Address Bus）：传送计算机中的地址信息 的信号线 控制总线CB（Control Bus）：传送计算机中的控制信息 的一组总线 按在系统中的不同位置，总线还可分为： 内部总线,外部总线,17,CPU的基本结构,控制器,运算器,18,CPU的基本结构 微型计算机中的运算器和控制器合起来称为CPU，人们把CPU 称为微处理器Microprocessor 内部采用总线、累加器

5、结构，管脚功能分时复用，广泛采用 三态电路（TSL）等。引脚采用分时复用技术可节约成本， 但系统的复杂性增加 寄存器阵列RA（Register Array） 通用寄存器R1R8 程序计数器PC（Program Counter）, 堆栈指针SP（Stack Pointer）,CPU的基本结构 运算器, 累加器A（Accumulator）,它有两个功能：运算前寄存,第一操作数，是ALU的一个操作数的输入端；运算后存放 ALU的运算结果。它既是操作数寄存器又是结果寄存器。 暂存器TMP（Temporary）, 算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）,由并行加法,器和其它逻辑电路（如移位电路、控制门等）组成。完 成各种算术逻辑运算及其它一些操作。 标志寄存器F（Flag）或称程序状态字（PSW） 19,20,CPU的基本结构,控制器, 指令寄存器IR（Instruction Register）, 指令译码器ID（Instruction Decoder） 定时控制电路（Timing and Control）,数据和地址缓冲器,简称总线缓冲器，是数据或地址信号的进出口。用

6、 来隔离微处理器内部总线和外部总线，并提供附加的 驱动能力及信号整形功能。,存储器概述 存储器是用来存放程序和数据的。在机器内部，程序 和数据都是用二进制代码的形式表示。 区分：存储单元地址与存储单元内容 常用的存储容量单位 位（bit）：记作b,字节（Byte）：记作B,1B=8b,千字节（210字节）：记作KB，1KB=1024B 兆字节（220字节）：记作MB，1MB=1024KB GB （230字节）：1GB=1024MB TB （240字节）：1TB=1024GB 21,22, ,00,01 02 03 FE FF,地址 随机存取存储器 译码器 控制电路,数 据 缓 冲 器 DR,存储器结构图 存储体 1位/4位/8位,地 址 寄 存 器 AR 从 CPU来的 R/W信号,存储芯片,地 址 输 入 引 脚,控 制 信 号 引 脚,数 据 输 入 输 出 引 脚,23,存储器的操作过程,3EH DB,8位,随机存取存储器,地址 译码器,00111110 ,00 01 02 03 FE FF,控制电路,RD,00H AB 8,25H DB,8位,随机存取存储器,地址 译码器, 0

7、0100101 ,00 01 02 03 FE FF,控制电路,WR,03H AB 8,读操作,写操作,存储器的特点 读操作完成后，原存储单元中的内容仍保持不变， 它允许多次读出同一单元的内容。 对存储单元执行写入操作将破坏该存储单元原存储的 内容，即由新内容代替了原来存储的内容，原来储存 内容将被清除。,1. 随机存取存储器RAM（Random Access Memory）。所,谓“ 随机存取” 即所有存储单元均可随时被访问，既 可以读出也可以写入信息。,2. 只读存储器ROM（Read Only Memory），只能读出内,容的存储器 24,第二节 微型计算机的数制,及其转换,25,26,主要内容,1. 进位计数制与二进制 2. 进位计数制之间的转换 3. 信息在计算机中的编码,进位计数制,r ir进制计数制第i位的权,a i 第i位的取值 a i =0,1,r-1,进位计数制的实质是位置计数法，不同位置的权 值不同。 27,r,r进制计数的一般表达式 A = an1 rn1 + an2 rn2 +LL+ a0 r0 + a1 r1 +LL+ am rm,N 1 m,28,常用计数

8、值及其标记方法 常用的计数制有二、八、十和十六进制 标记方法1： 把数加上方括号，并在方括号右下角标注数制代号， 如10116、1018、1012和10110分别表示十六进制、八 进制、二进制和十进制 标记方法2： 用英文字母标记，加在被标记数的后面，分别用 B(Binary)、Q(Octal)、D(Decimal)和H(Hexadecimal)大写字 母表示二进制、八进制、十进制和十六进制数，其中，十进 制数中的D可以省略。 如77Q为八进制数、101B为二进制数 为避免混淆，规定以字符打头的十六进制数前面必须加0。,例如：0F789H，0FACEH。,29,十进制计数 基数为10，逢十进位 第i位权值为10i 第i位取值范围为09,例：,123.4511022101310041015102,二进制计数 基数为2，逢二进位 第i位权值为2 i 第i位取值范围为0，1,例：,10110.11B=124+023+122+121+020+1 21+122,1241 22121121122 22.75D 目前，绝大多数的计算机采用二进制计数 30,八进制计数 基数为8，逢八进位 第i位权值为

9、8 i 第i位取值范围为07,例：,35.71Q381580 7 81 182, 29.890625D 31,十六进制计数 基数为16，逢十六进位 第i位权值为16i 第i位取值范围为09 AF,例：,70F.B1H7162 F160 B161 1162,1807.6914D 十六进制数在本课程中常用 32,任意进制数转换为十进制 任意进制数转换为十进制：按权值展开相加,例如：,10110.11B=124+023+122+121+020+1 21+122,1241 22121121122 22.75D,35.71Q381580 7 81 182, 29.890625D,70F.B1H7162 F160 B161 1162,1807.6914D 33,34,十进制数转换为任意进制数 十进制数转换为任意进制数（整数与小数分别处理） 整数部分采用除基取余法,设任意十进制正整数A，可表示为r进制：,上式两边除以r，则有：,举例P21P23,A = an1 rn1 + an2 rn2 +LL+ a1 r1 + a0,A/ r = an1 rn2 + an2 rn3 +LL+ a1 + a0 / r 因0=a0=r-1且为整数，a 0 即为除法后的余数。因此，数 A第一次除以基数r后的余数即为r进制数的最低位。重复上述 过程直至商为0，可依次得到r进制数的系数,35,十进制数转换为任意进制数 小数部分采用乘基取整法,设任意十进制小数B，可表示为r进制小数,举例 P22P23,B

《西南交大-微机原理幻灯片第1章》由会员F****n分享，可在线阅读，更多相关《西南交大-微机原理幻灯片第1章》请在金锄头文库上搜索。