微机原理与接口技术第2版第01章计算机基本知识.ppt

,工程类课程 重视练习 经验很重要 不要钻牛角尖 授课内容有侧重 考查方式 闭卷考试 卷面成绩70，平时成绩30（作业和实验） 作业和实验的重要性，平时成绩对最终成绩的影响,第一章 计算机基本知识,绪论 计算机的发展概况 微型计算机中信息的表示及运算基础 几个重要的数字逻辑电路 微机基本结构,1·1 绪 论,1946年2月15日 世界第一台电子计算机问世 1946年世界上第一台电子计算机由美国宾夕法尼亚大学研制成功。尽管它重达30吨，占地170平方米，耗电140千瓦，用了18800多个电子管，每秒钟仅能做5000次加法.,运作了九年之久。吃电很凶， 据传ENIAC每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色。 另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：“只要那部机器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要额手称庆了”。,1·1 绪 论,这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。,工作特点是 程序控制、数据存储、数字编码 电子计算机工作的基础,几个概念,CPU=控制器运算器 计算机主机CPU存储器 计算机硬件系统 计算机软件系统 计算机系统 字长：CPU并行处理二进制的数据位数。8位 机、16位机、32位机和64位机。,1·2 计算机的发展概况,微型化 便携式、低功耗 巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度 智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力 系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级 网络化 网络计算机和信息高速公路 多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、 故障分散、资源共享),CNET中国.ZOL 06年8月18日报道：今天下午，从英特尔酷睿2 Merom技术说明会上获悉，英特尔酷睿2 Merom处理器将于本月29日正式发布。 据英特尔公司技术工程师介绍：酷睿2 Merom为笔记本提供更优的性能功耗比，其中双核u2500的最低功耗仅为9.5瓦，笔记本电脑可以更轻薄更省电。 http:/nb.zol.com.cn/33/331307.html 日本NEC公司的“地球模拟机”(Earth Simulator)计算机在两年前曾是世界最快超级计算机，其计算能力达35.86Tflops。现在美国的IBM蓝色基因/L已经重夺这项桂冠，它的计算能力是280.6Tflops(新浪科技注：这台IBM超级计算机服务于美国国家核安全局，主要用于模拟核试验。)。 http:/www.newmaker.com/mgz,1·2 计算机的发展概况,一、计算机的发展概况 第一代：电子管计算机时代（19471957） 第二代：晶体管计算机时代（19581964） 第三代：集成电路计算机时代（19641972） 第四代：超大规模集成电路（VLSI）计算机时代 （1972年 ）。 第五代：智能计算机（1981年 ）。,二、微处理器及微型计算机的发展概况,第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机（1973年1977年），典型代表有：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的； 第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表， 第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。,INTEL CPU 发展历史,Intel第一块CPU 4004,4位主理器,主频108kHz,运算速度0.06MIPs(Million Instructions Per Second, 每秒百万条指令),集成晶体管2,300个,10微米制造工艺,最大寻址内存640 bytes,生产曰期1971年11月.,8085,8位主理器,主频5M,运算速度0.37MIPs,集成晶体管6,500个,3微米制造工艺,最大寻址内存64KB,生产曰期1976年,8086,16位主理器,主频4.77/8/10MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29,000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB,生产曰期1978年6月.,80486DX,DX2,DX4,32位主理器,主频25/33/50/66/75/100MHZ,总线频率33/50/66MHZ,运算速度2060MIPs,集成晶体管1.2M个,1微米制造工艺,168针PGA,最大寻址内存4GB,缓存8/16/32/64KB,生产曰期1989年4月,Celeron一代, 主频266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, Covington芯心 (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心 (Deschutes-based), 总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产曰期1998年4月),Pentium 4 (478针),至今分为三种核心:Willamette核心(主频1.5G起,FSB400MHZ,0.18微米制造工艺),Northwood核心(主频1.6G3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工艺, 二级缓存512K),Prescott核心(主频2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13条全新指令集SSE3),生产曰期2001年7月.,更大的缓存、更高的频率、 超级流水线、分支预测、乱序执行 超线程技术,微型计算机组成结构,单片机简介,单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、 内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。,单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。,三、计算机编程语言的发展概况 机器语言 机器语言就是0，1码语言，是计算机唯一能理解并直接执行的语言。 汇编语言 用一些助记符号代替用0，1码描述的某种机器的指令系统，汇编语言就是在此基础上完善起来的。 高级语言 BASIC，PASCAL，C语言等等。用高级语言编写的程序称源程序，它们必须通过编译或解释，连接等步骤才能被计算机处理。 面向对象语言 C+，Java等编程语言是面向对象的语言。,1.3 微型计算机中信息的表示及运算基础,（一） 十进制ND 有十个数码：09，逢十进一。 例 1234.5=1×103 +2×102 +3×101 +4×100 +5×10-1 加权展开式以10称为基数，各位系数为09，10i为权。 一般表达式： ND= dn-1×10n-1+dn-2×10n-2 +d0×100 +d-1×10-1+,一、数的表示,（二） 二进制NB 两个数码：0、1, 逢二进一。 例 1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1 +1×2-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1， 2i为权。 一般表达式： NB = bn-1×2n-1 + bn-2×2n-2 +b0×20 +b-1×2-1+,（三）十六进制NH 十六个数码09、AF，逢十六进一。 例：DFC.8=13×162 +15×161 +12×160 +8×16-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF，16i为权。 一般表达式： NH= hn-1×16n-1+ hn-2×16n-2+ h0×160+ h-1×16-1+,二、不同进位计数制之间的转换,（一）一个R进制的数转换成十进制数的方法： 按权展开，先乘后加 举例： 1011.1010B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3=11.625D 0DFC.8H=13×162+15×161+12×160+8×16-1 = 3580.5D,（二）二进制与十六进制数之间的转换 24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。 举例：,3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 1110101111.001B 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH,（三）十进制数转换成二、十六进制数,整数、小数分别转换 1.整数转换法 “除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。举例：,例：39转换成二进制数 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,例：208转换成十六进制数 208 = D0H 16 208 余 0 16 13 余 13 = DH 0,2. 小数转换法 “乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例：,1. 0.625转换成二进制数 0.625 ×2 = 1.250 1 (b-1) 0.25 ×2 = 0.5 0 0 (b-2) 0.5 ×2= 1.0 1 (b-3) 0.625 = 0.101B,2. 0.625转换成十六进制数 0.625 × 16 = 10.0 0.625 = 0.AH,三、带符号数的表示方法,机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。,机器数：机器中数的表示形式。 真值： 机器数所代表的实际数值。 举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值： X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数：X1机= 01010100 X2机= 11010100,（一）机器数与真值,最高位为符号位，0表示 “+”，1表示“”。 数值位与真值数值位相同。 例 8位原码机器数： 真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 机器数： x1原 = 01010100 x2原 = 11010100 原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。,1、原码(True Form),(二)原码、反码、补码,正数的反码与原码表示相同。 负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。 例 8位反码机器数： x= +4： x原= 00000100 x反= 00000100 x= -4： x原= 10000100 x反= 11111011,2、反码（Ones Complement）,3、补码（Twos Complement）,正数的补码表示与原码相同。 负数补码等于2nabs（x）,例：求 8位补码机器数： x=+4 x原=x反=x补= 00000100 x=-4 x原 = 10000100 x反 = 11111011 x补 = 10000000000000100 = 11111100,补码反码加1。 补码表示的优点： 0的表示唯一，加减运算方便。,8位机器数表示的真值,四、 二进制编码,例：求十进制数876的BCD码 876= 1000 0111 0110 BCD 876= 36CH = 1101101100B,1、BCD码(Binary Coded Decimal) 二进制代码表示的十进制数。,2、字符编码 美国标准信息交换码ASCII码，用于计算 机与计算机、计算机与外设之间传递信息。,3、汉字编码,“国家标准信息交换用汉字编码”（GB2312-80标准），简称国标码。 用两个七位二进制数编码表示一个汉字 例如“巧”字的代码是39H、41H 汉字内码 例如“巧”字的代码是0B9H、0C1H,1·4 运算基础,一、二进制数的运算 加法规则：“逢2进1” 减法规则：“借1当2” 乘法规则：“逢0出0，全1出1”,1010 x 1011 1010 1010 0000 + 1010 1101110,1010 y=0 01011 1010 y=y+1010=1010 00101 10100 y=y+10100=11110 00010 101000 y=11110 00001 1010000 y=y+1010000=1101110,二、二十进制数的加、减运算 BCD数的运算规则 循十进制数的运算规则“逢10进1”。但计算机在进行这种运算时会出现潜在的错误。为了解决BCD数的运算问题，采取调整运算结果的措施：即“加六修正”和“减六修正”,例：10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 调整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 进位,部分和是AF 本位对高位进位,例： 10001000(BCD) 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 调整 0 0 0 1 1 0 0 1,本位对高位借位,三、 带符号二进制数的运算,1. 加法运算：直接相加。 2. 减法运算：变补相加。,1.5 几个重要的数字逻辑电路,编码器 译码器 计数器 微机自动工作的条件 程序指令顺序存放 自动跟踪指令执行,1、地址译码器,2、指令译码器,1.6 微机基本结构,微机结构 各部分组成 连接方式 1、以CPU为中心的双总线结构；2、以内存为中心的双总线结构；3、单总线结构 CPU结构 管脚特点 1、多功能；2、分时复用 内部结构 1、控制; 2、运算; 3、寄存器; 4、地址 程序计数器 堆栈定义 1、定义；2、管理；3、堆栈形式,