微型计算机及接口技术自考练习.ppt
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1、献给为这门课努力攻关的所有自考学生,微机原理与接口技术自考练习,冯诺依曼计算机的结构与原理,中央处理器,输入设备,存储器,输出设备,运算器和控制器,(1) 计算机的工作由程序控制,程序是一个指令序列,指令是能被计算机理解和执行的操作命令; (2) 程序(指令)和数据均以二进制编码表示,均存放在存储器中; (3) 存储器中存放的指令和数据按地址进行存取 ; (4) 指令是由CPU一条一条顺序执行的。,计算机系统,硬件,主机,微处理器(CPU),运算器,控制器,外存储器硬盘、软盘、光盘,外部设备,输入设备键盘、鼠标、光笔、扫描仪,输出设备显示器、打印机、绘图仪,软件,系统软件,操作系统,语言编译系
2、统,数据库管理系统,应用软件,文字处理软件,图形软件,辅助设计软件,计算机系统组成框图,寄存器组,输入输出接口,微型计算机,单片机(可没有ROM),单板机,台式PC的物理组成,主板,机箱、电源,CPU,内存条,输入设备,输出设备,外存储器,I/O接口,台式PC机(立式)的主机箱,主板,主板作用: _ ROM BIOS作用:_ CMOS作用: _ _,安装所有的电子器件、电路与接口,存放基本输入/输出系统(BIOS),存放硬件配置信息和系统的基本参数(日期、时间、口令等),华硕P5Q主板,CPU插座,内存条插座,IDE (ATA) 硬盘光驱连接器,PCI插槽,芯片组,各种I/O插口,显卡插槽,P
3、CI-E插槽,芯片组的作用,是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽,控制器,寄存器组,运算器,CPU的性能,计算机的性能主要表现为程序执行速度的快慢,由许多因素决定,例如CPU、内存、硬盘、显卡等,但通常CPU是主要因素,CPU的性能高低主要表现为CPU的速度。,字长(位数):指通用寄存器和定点运算器的宽度; 指令系统:指令的类型、数目和功能等影响程序执行速度; 逻辑结构:CPU包含的定点运算器和浮点运算器的数目、采用的流水线结构和级数、指令分支预测的机制、执行部件的数目等内核数目; 高速缓存(cache):其的容量与结构影响速度; 主频(CPU内部时钟频率):它决定着CPU芯片内部数据传输与
4、操作速度的快慢; 总线:决定着CPU与内存之间传输数据速度快慢。,提高CPU性能的3大措施,提高主频,增加逻辑复杂度,增加内核数目,处理器性能与其逻辑复杂性的平方根成正比,若逻辑复杂性提高1倍,至多能提高40%的性能,采用2个处理器构成一个双核处理器,可以提高70%80%的性能,电路与封装技术的进步,能把多个处理器做在单个芯片上,1._; 2 ._ ;3. _。,改进CPU结构,提高主频,增加CPU(核)的数目,1. ”线程“排队等候进入CPU处理,并行处理,(包含3个内核),为什么“多核”可提高计算机性能,提高CPU性能的具体措施,扩展CPU的字长:32位 64位 扩充CPU指令系统:SSE
5、指令 提高CPU主频:目前已达4GHz; 加快CPU前端总线的数据传输速率; 增大cache存储器容量、增加cache的级数; 改进CPU内部的逻辑结构; 超标量结构(多个执行部件) ; 指令流水线执行技术;超线程技术; 采用多内核结构;,高速缓存(cache),0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,8,9,14,3,4,4,4,10,10,10,主存中的部分信息拷贝在cache存储器中,cache,主存储器,CPU,CPU芯片,随着计算机的发展。存储器与CPU速度差距愈来愈大, 从内存中存取数时,CPU往往需要等待,于是出现了cache。它是一种小容量高
6、速缓冲存储器,它由SRAM组成,直接制作在CPU芯片内,速度几乎与CPU一样快。当CPU需要从内存读(写)数据或指令时,先检查cache中有没有,若有,就直接从cache中读取,而不用访问主存储器。,总线BUS,总线的定义: 用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。 总线的性能: 数据通路宽度;总线工作频率;每秒传输次数 总线最高传输速率 (数据通路宽度/8) x 总线工作频率 x 传输次数,总线分类,数据总线:传输数据信息(双向,取决于CPU字长) 地址总线:传输地址信息(单向,决定内存空间) 控制总线:传输控制信息(双向,取决于CPU字长
7、) 内总线:计算机内部各芯片之间互连,即片总线,没统一标准。 系统总线:各插件板之间互连,有通用标准。 外部总线:微机与外部设备的连接,也称I/O总线,有通用标准。, ISA(Industry Standard Architecture) PCI(Peripheral Component Interconnect) PCI-Express AGP(Accelerated Graphics Port),系统总线,称为“工业标准体系结构”,是针对Intel8088微处理器设计的,16位,数据传输率最高可达8MB/s。现在基本不用。,称外部设备互联总线。数据传送宽度为32位,可以扩展到64位,数据传
8、输率可达133MB/s。,2000年Intel提出了替代PCI总线的新总线技术。它可工作于各种不同的物理媒介上,从通用的铜线连接到光纤连接。,加速图形接口, Intel公司配合Pentium处理器开发的总线标准,数据传输率可以达到533MB/秒以上。,PCI-E的优点,PCI-E即“PCI-Express” 1.传输速率高: x1速率可达250MB/s, x16速率可达5GB/s(2.0版速率提高为2倍,3.0版为4倍) 2.适应性好:包括x1、x4、x8 及x16,,外部总线, USB(Universal Serial Bus)通用串行总线接口是为解决PC与周边设备的通用连接而设计的,使所有
9、的低速设备,都可以连接到统一的USB接口上。允许“热插拔”,实现安装自动化。 IEEE 1394是一种工业标准的高速串行总线,由苹果公司率先创立,又称Firewire即火线。它的特点是传输速度快,现在确定为400MB/s,以后可望提高到800MB/s、1.6GB/s、3.2GB/s。所以传送数字图像信号也不会有问题。 SCSI(Small Computer System Interface,小型计算机系统接口) 可与各种采用SCSI接口标准的外部设备相连,如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和磁带驱动器等。但它价格相对于IDE来说也十分昂贵,因此在普通家用电脑上不常用,一般应用于高端工作站或者服
10、务器领域。,2019/6/20,有专门的设备名COM1 和 COM2。 是电子工业协会(EIA) 所制定的异步传输标准接口 RS-232(外部总线) 。在TxD和RxD上:逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+315V。与TTL逻辑电平不一样,可用TTL/EIA电平转换器进行,如MC1488,MC1489IC。插座分为9针或25针两种,目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器。,串行接口,并行接口,常被称为打印口或并行打印机适配器,被赋予专门的设备名LPT,为区别同一台计算机上的多个并行端口,依次称为LPT1、LPT2等。并行接口可同时传输8路信号,因此能够一次并行传递完整
11、的一个字节的数据。,I/O设备接口,显示器 接口,麦克风 音 箱,键盘接口,并行口,USB 接口,以太网 双绞线接口,串行口,鼠标器 接口,(安装在主板上的I/O设备接口),I/O接口: I/O设备与主机之间的连接器 包括:插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等,常用的I/O接口及其性能参数,USB接口,通用串行总线式接口(Universal Serial Bus ) 高速、可连接多个设备、串行传输 传输速率: USB的1.1版:1.5 Mb/s和12 Mb/s USB2.0版:最高达 480Mb/s(60MB/s) USB3.0版:最高达 3.2Gbps(400MB/s) USB2.0使用4
12、线连接器,体积小,符合即插即用规范(Plug & Play,即_),PnP,USB接口的3种类型,接口类型A,通常在PC上出现,接口类型B,通常在USB设备上出现,Mini-USB,数码相机、移动硬盘等设备经常使用,CPU发展过程,MMX处理多媒体信息的指令(Multimedia Extension) SSE 128位长操作数的单指令多数据流指令(Streaming SIMD Extention), ,8088(8086),80286,80386,80486,Pentium,Pentium PRO,Pentium II,Pentium III,Pentium 4,奔腾D,奔腾至尊,酷睿,酷睿2
13、,Core i3/ i5/ i7,浮点部件和cache,32b,24条AD,20条AD,16b,超标量技术,64b总线UV流水线,增57条MMX,增70条SSE,增144条SSE2,增13条SSE3,增40多条SSE4,Pentium MMX,64b,进制运算,1010B,AH =,1011B,BH =,1100B,CH =,1101B,DH =,1110B,EH =,1111B,FH =,熟记下面数的关系,1GB =,1MB =,1KB =,210B,220B,230B,二进制数11位,二进制数21位,二进制数31位,十六进制,字节,二进制,二进制,进制运算,15161 + 5160 + 4
14、161 = 245.25,382+ 681+ 580 + 281 = 245.25,F5.4H=,365.2Q =,122021120 021122 5.25,101.01 B =,八进制,进制运算,29.6875,11101.1011,35.54,1D. B,H,Q,B,整数部分:除2取余; 小数部分:乘2取整。,带符号整数的表示,+43的8位原码为: - 43的8位原码为:,00101011,10101011,- 27+127-1(- 127127),8位原码范围:,16位原码范围:,- 215+1215- 1(- 3276732767),+0的8位原码为: - 0的8位原码为:,0000
15、0000,10000000,带符号整数的表示,X1011011 X原码 X反码 X补码 Y1011011 Y原码 Y原码 Y补码,01011011,01011011,11011011,10100100,01011011,10100101,8位补码范围:128 127, 16位补码范围:32768 32767,反码表示的整数范围与原码相同。,+0反,00000000,-0反,11111111,00000000,+0补 -0补 =,反码= 符号位+数值的非 补码=反码+1,补码的意义,补码有减化二进制加法的作用。,题:X=+1101B,Y=-0110B 求:X+Y=,00111B,过程: X+Y补
16、=X补+Y补 X-Y补=X补+-Y补 X+Y补=01101+11010去进位=00111 则:X+Y= 00111B(符号位为正),13+(-6)=7,二 十进制编码(BCD),(0101 1001 0000.0001 1001)BCD,(590.19)D=,注意BCD与二进制(B)不同,常用:8421码(后6位不用) ;2421码(中间6位不用);余三码(前后3位不用)。 ;格雷码(循环二进制码或反射二进制码 )。最常用8421码。,汉字编码,汉字编码是指将汉字转换成二进制代码的过程。 _码即输入法。可以由键盘上的英文字符、数字和某些特殊字符构成。中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码,共收
17、录一、二级汉字和图形符号7445个。简称_码,又称_码或 _码,没有重码;其它输入法都有重码。 _码计算机内部存储、处理汉字所用的编码。输入码通过汉字操作系统转换为机内码;每个汉字的机内码用_个字节表示。汉字的输入法不同,但机内码是一致的。 _码指汉字信息的输出编码。所占内存比其机内码大得多。点阵越大所用字节越多。1616点阵汉字需要_ (字节),机外,国标,交换,区位,机内,字型,1616/8=32,2,ASCII 美国信息交换标准码,有两种形式: 7位ASCII码 / 8位ASCII码 常用7位ASCII码,特点:用7位二进制数(0,1)表示一个字符 容量:27 =128 (个:0 127
18、) 其中:第48-57号表示数字符号 09:_H 第65-90号表示大写字母AZ:_H 第97-122号表示小写字母az:_H,字母“A”即(65)D的ASCII码值为: 字符“2”即(50)D的ASCII码值为:,3039,415A,617A,1000001,0110010,奇偶校验位,ASCII编码位,为了使用方便,在计算机存储中每个ASCII码值用一个字节(8个二进制位)表示。 后7位用作ASCII码值本身,第一位(最高位)用作奇偶校验位;,奇偶校验,奇校验规定:正确的代码一个字节中“1”的个数必须是奇数,若非奇数,则在高位“b7”添“1”来满足。 偶校验规定:正确的代码一个字节中“1”
19、的个数必须是偶数,若非偶数,则在高位“b7”添“1”来满足。,题:当ASCII码值为“111001”时,它表示什么字 符?当采用偶校验时“b7”应等于什么?,解:查出(111001)2 =39H 表示“ 9” 字符;,根据偶校验规则“b7”应等于“0”。,移码,定义: X移=2n+X (2nX-2n) 式中X为真值,n即数值位个数。 移码将有符号数转化为在中值附近的正数。 在数轴上移码所表示的范围恰好对应于真值在数轴上的范围向轴的正方向移动2n个单元。这就是移码名字的由来。其中2n可称为偏移量。,题1:n=4, X=6=110B,则X移=_B,题2:n=4, X=-6=-110B,则X移=_B
20、,1110,0010,中轴,符号位相反,真值、补码和移码对照表,数的浮点表示,计算机中浮点数的格式,ES为阶码的符号位,表示阶的正负; MS为尾数的符号位,表示阶的正负。,N=MRE,浮点数可以写成:,尾数,指数或阶码,基数,可以取2、4、8或者16,它在计算机中通常是一个默认的固定值。,Pentium处理器三种类型浮点数格式 :,32,64,BIU,负责指令译码和指令执行(算术逻辑运算),负责取指令和传送数据,合成20位物理地址,_单元,_单元,1F100h 1F101h 1F102h,1FFFFh,地址,. . .,16位处理器8086CPU,EU,总线,内存,执行,总线接口,IP,译码,
21、指令队列,地址合成,AX BX CX DX,控制器,FLAGS,PSW 标志寄存器,段寄存器,通用寄存器,堆栈指针寄存器,计数器,累加器,变址寄存器,指令指针寄存器,源变址,基址,代码段,数据段,堆栈段,栈段的基址,栈段顶,目的变址,附加数据段,ALU,算术逻辑单元,总 线 接 口,数据,执行部件 (EU),总线接口部件 (BIU),计算机通过CS : IP来取指,寄存器的使用规定,8086/8088程序状态寄存器(标志寄存器) b15 b8 b7 b0 OF DF IF TF SF ZF AF PF CF 符号 名称 值为“1”的条件 进位标志 加/减法时产生进位/借位 溢出标志 运算结果超
22、出有符号整数能表示的范围 零标志 运算结果为0 时 符号标志 运算结果的最高位为“1”(负数)时 辅助进位标志 运算时半字节(b3)产生进位/借位 奇偶标志 操作结果低8位为“1”的位数为偶数时 方向标志 串操作中地址指针向低地址方向移动 中断允许标志 允许CPU响应可屏蔽中断请求时 跟踪标志 CPU处于单步执行的工作方式,CF,OF,ZF,SF,AF,PF,DF,IF,TF,控制,反映结果状态,题:以下的几个4位十六进制数相加,会使得8088状态寄存器的以下几位为什么值?,1 1 0 1 0 1,1 1 0 0 1 0,0 0 1 0 1 1,0 0 0 0 1 0,在补码加减运算中,有时会
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