【教学课件】第一章计算机概述.ppt

计算机系统概述教学目的和要求 本章主要介绍计算机的发展及应用领域、微机本章主要介绍计算机的发展及应用领域、微机本章主要介绍计算机的发展及应用领域、微机本章主要介绍计算机的发展及应用领域、微机分类、计算机硬件技术基础知识、微机系统的组成、分类、计算机硬件技术基础知识、微机系统的组成、分类、计算机硬件技术基础知识、微机系统的组成、分类、计算机硬件技术基础知识、微机系统的组成、微机一般工作过程。要求读者了解计算机的发展与应微机一般工作过程。要求读者了解计算机的发展与应微机一般工作过程。要求读者了解计算机的发展与应微机一般工作过程。要求读者了解计算机的发展与应用领域，重点掌握计算机硬件技术基础知识、微机的用领域，重点掌握计算机硬件技术基础知识、微机的用领域，重点掌握计算机硬件技术基础知识、微机的用领域，重点掌握计算机硬件技术基础知识、微机的组成、结构特点，为今后各章的学习奠定基础组成、结构特点，为今后各章的学习奠定基础组成、结构特点，为今后各章的学习奠定基础组成、结构特点，为今后各章的学习奠定基础。计算机系统概述 计算机发展概述计算机发展概述 微型计算机的分类微型计算机的分类 计算机硬件基础计算机硬件基础 微型计算机系统微型计算机系统 微处理器的组成微处理器的组成 微型计算机系统的主要性能指标微型计算机系统的主要性能指标 微型计算机的一般工作过程微型计算机的一般工作过程内容提要计算机发展的几个阶段第一代第一代（19461956）电子管电子管第二代第二代（19571964）晶体管晶体管第四代第四代（197190年代）年代）集成电路集成电路第三代第三代（19651970）集成电路集成电路计算机发展概述 按微处理器的位数按微处理器的位数 分分为为1 1位位机机、4 4位位机机、8 8位位机机、1616位位机机、3232位位机机和和6464位机等。位机等。按结构外形按结构外形 分分为为单单片片机机、单单板板计计算算机机、台台式式微微机机和和笔笔记记本本式式微机。微机。微型计算机的分类随着科学技术的发展，计算机应用越来越广泛。随着科学技术的发展，计算机应用越来越广泛。科学计算科学计算 数据处理数据处理 实时控制实时控制 计算机辅助设计计算机辅助设计 通信和文字处理通信和文字处理 信息网络化信息网络化计算机的应用进位计数制进位计数制进制的概念进制的概念 “逢逢R R进一，借一当进一，借一当R”R”十进制十进制R=10R=10，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制R=2 R=2，可使用可使用0,10,1八进制八进制R=8 R=8，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制R=16 R=16，可使用可使用0,9,0,9,A,B,C,D,E,FA,B,C,D,E,FR R称为称为基数基数。计算机硬件基础在任何数制中，一个数的每个位置各有一个在任何数制中，一个数的每个位置各有一个“位权值位权值”。十进数十进数111111的位权值从右向左分别为的位权值从右向左分别为1 1、1010、100.100.二进数二进数111111的位权值从右向左分别为的位权值从右向左分别为1 1、2 2、4.4.八进数八进数111111的位权值从右向左分别为的位权值从右向左分别为1 1、8 8、64.64.十六进数十六进数111111的位权值从右向左分别为的位权值从右向左分别为1 1、1616、256.256.注：注：“基数基数”和和“位权位权”是进位计数制中的两个要素。是进位计数制中的两个要素。位权值 十进制数与二进制数之间的转换1 1、十进制整数转换成二进制整数、十进制整数转换成二进制整数 除除2 2取余法取余法，就是将已知十进制数反复除以，就是将已知十进制数反复除以2 2，若每次相除，若每次相除之后余数为之后余数为1 1，则对应于二进制数的相应位为，则对应于二进制数的相应位为1 1；余数为；余数为0 0，则相，则相应位为应位为0 0。第一次除法得到的余数是二进制数的低位，最后一次。第一次除法得到的余数是二进制数的低位，最后一次余数是二进制数的高位。从低位到高位逐次进行，直到商为余数是二进制数的高位。从低位到高位逐次进行，直到商为0 0。最后一次除法所得的余数为最后一次除法所得的余数为K Kn-1n-1，则则K Kn-1n-1、K Kn-2n-2KK1 1、K K0 0即为即为所求之二进制数。所求之二进制数。不同进制数的转换 1余数余数 1 1 1107215 53 26 13 6 3 1 022222222 1 0 0 1将(215)10 转换成二进制整数。(215)(215)1010=(K=(K7 7K K6 6K K5 5K K4 4K K3 3K K2 2K K1 1K K0 0)2 2=(11010111)=(11010111)2 2不同进制数的转换2 2、十进制纯小数转换成二进制纯小数、十进制纯小数转换成二进制纯小数 乘乘2 2取整法取整法，就是将已知十进制纯小数反复乘，就是将已知十进制纯小数反复乘以以2 2，每次乘，每次乘2 2之后，所得数的整数部分为之后，所得数的整数部分为1 1，相应，相应位为位为1 1，如果整数部分，如果整数部分0 0，则相应位为，则相应位为0 0。从高位向。从高位向低位逐次进行，直到满足精度要求或乘低位逐次进行，直到满足精度要求或乘2 2后的小数后的小数部分部分0 0为止。最后一次乘为止。最后一次乘2 2所得的整数部分为所得的整数部分为K K-m-m。转。转换后，所得的纯二进制小数为换后，所得的纯二进制小数为0.K0.K-1-1K K-2-2KK-m-m。不同进制数的转换不同进制数的转换 0.3125 2=0.6250(0.3125)(0.3125)1010=(0.K-1K-2K-m)=(0.K-1K-2K-m)2 2=(0.0101)(0.0101)2 21 0.625 2=1.2500.25 2=0.510.5 2=1.0将将0.31250.3125转换成二进制小数。转换成二进制小数。不同进制数的转换二进制数与十六进制数之间的转换二进制数与十六进制数之间的转换对于二进制整数，只要自右向左将每四位二进制数对于二进制整数，只要自右向左将每四位二进制数分为一组，不足四位时，在左面添分为一组，不足四位时，在左面添0，补足四位；对于，补足四位；对于二进制纯小数，只要自左向右将每四位二进制数分为一二进制纯小数，只要自左向右将每四位二进制数分为一组，不足四位时，在右面添组，不足四位时，在右面添0，补足四位，然后将每组，补足四位，然后将每组用相应的十六进制数代替，即可完成转换。用相应的十六进制数代替，即可完成转换。将十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六将十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六制数用四位相应的二进制数表示即可完成转换。制数用四位相应的二进制数表示即可完成转换。不同进制数的转换(5 A 8)16 (0101 1010 1000)2(F 7 .2 8)16(1111 0111.0010 1000)2 (5 A 8)16(0101 1010.1000)2举例：二进制与十六进制数的转换。举例：二进制与十六进制数的转换。不同进制数的转换二进制数与八进制数之间的转换二进制数与八进制数之间的转换对于二进制整数，只要自右向左将每三位二进制对于二进制整数，只要自右向左将每三位二进制数分为一组，不足三位时，在左面添数分为一组，不足三位时，在左面添0，补足三位；对，补足三位；对于二进制小数，只要自左向右将每三位二进制数分为于二进制小数，只要自左向右将每三位二进制数分为一组，不足三位时，在右面添一组，不足三位时，在右面添0，补足三位，然后将每，补足三位，然后将每组用相应的八进制数代替，即可完成转换。组用相应的八进制数代替，即可完成转换。将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进制数用三位相应的二进制数表示即可完成转换。制数用三位相应的二进制数表示即可完成转换。不同进制数的转换(1011010.10)2=(132.4)8(132.4)8=(1011010.100)2(001 011 010)2(132)8举例：二进制与八进制数的转换。举例：二进制与八进制数的转换。(1 3 2)8(001 011 010)2带符号数的表示及运算表示方法：表示方法：在有符号数的表示中，用二进制数中最在有符号数的表示中，用二进制数中最高位表示符号，即用高位表示符号，即用0 0表示正数，用表示正数，用1 1表示负数。表示负数。计算机中对带符号数的常用表示方法有三种：原码、计算机中对带符号数的常用表示方法有三种：原码、反码和补码。反码和补码。（1 1）原码）原码 正数的符号位用正数的符号位用0 0表示，负数的符号位用表示，负数的符号位用1 1表示，表示，其余各位表示数值本身，这种表示法就称为原码。其余各位表示数值本身，这种表示法就称为原码。例、例、X=+52 X=+52 X X原原=0 0110100 =0 0110100 带符号数的表示及运算例、例、X=-52X=-52 X X原原=1 0110100=1 0110100（2 2）反码）反码 正数的反码与原码相同。正数的反码与原码相同。负数的反码是将符号位不变，其余各位逐次取反。负数的反码是将符号位不变，其余各位逐次取反。例、例、X=-0110100X=-0110100 XX原原=10110100,X=10110100,X反反=11001011=11001011（3）补码）补码 补码规则：正数的补码和其原码形式相同，负数补码规则：正数的补码和其原码形式相同，负数的补码是将它的原码除符号位以外逐位取反，最后在的补码是将它的原码除符号位以外逐位取反，最后在末位加末位加1 1。负数的补码为负数的补码为XX补补=X=X反反+1+1例、例、-0110100-0110100补补=11001011+1=11001100=11001011+1=11001100带符号数的表示及运算二进制编码二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数BCD码：用二进制数来表示十进制数。码：用二进制数来表示十进制数。组合（压缩）组合（压缩）BCD码：用四位二进制数来表示一位码：用四位二进制数来表示一位十进制数。十进制数。未组合（非压缩）未组合（非压缩）BCD码：用八位二进制数来表示码：用八位二进制数来表示一位十进制数。一位十进制数。例：将例：将4978用用BCD代码可表示为：代码可表示为：（01001001 01111000）BCD 4 49 97 78 8二进制编码字符、文字的编码字符、文字的编码n ASCIIASCII码：美国标准信息交换码。码：美国标准信息交换码。n 用七位二进制数表示。故可表示用七位二进制数表示。故可表示128128个字符。个字符。见下图见下图ASCIIASCII码表。码表。ASCII表16进制高位进制高位0123456716进制低位进制低位0NULDLESP0P/p1SOHDC1!1AQaq2STXDC22BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB7GWgw8BSCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;KkCFFFS,NNFSTUS/?O-oDEL位、字节和字的基本概念位（位（BitBit）：）：度量数据的最小单位。度量数据的最小单位。字节（字节（ByteByte）：）：最常用的基本单位。一个字节由最常用的基本单位。一个字节由8 8个个二进制位组成二进制位组成。K K 字节字节1 1K=1024 byteK=1024 byteM M（兆）字节兆）字节1 1M=1024 KM=1024 KG G（千兆）字节千兆）字节1 1G=1024 MG=1024 M T T（太）字节太）字节1 1T=1024 GT=1024 G字：两个字节合称为一个字（字：两个字节合称为一个字（WordWord）。）。算术与逻辑运算算术运算算术运算二进制加法二进制加法算法规则：算法规则：0+0=00+0=00+1=1+0=10+1=1+0=11+1=01+1=0进位进位1 11+1+1=1 1+1+1=1 进位进位1 1算术与逻辑运算二进制减法二进制减法算法规则：算法规则：0-0=00-0=01-1=01-1=01-0=11-0=10-1=1 0-1=1 有借位有借位算术与逻辑运算二进制乘法二进制乘法运算规则：运算规则：00=000=001=001=010=010=011=111=1二进制除法二进制除法逻辑运算与运算（与运算（Y=AB）与运算也称为逻辑乘法运算，通常用符号与运算也称为逻辑乘法运算，通常用符号“”或或“”“”或或“”表示。它的运算规则为表示。它的运算规则为Y=00=0Y=00=0Y=10=0 Y=10=0 Y=01=0Y=01=0Y=11=1Y=11=1逻辑运算或运算（或运算（Y=AB）“或或”运算也称逻辑加法，常用符号运算也称逻辑加法，常用符号“+”+”或或“”“”表示。它的运算规则为表示。它的运算规则为Y=00=0Y=00=0Y=01=1Y=01=1Y=10=1Y=10=1Y=11=1Y=11=1逻辑运算反运算（反运算（Y=）反运算又称非运算，逻辑否定。其运算规则为反运算又称非运算，逻辑否定。其运算规则为1 1读成非读成非0 0等于等于1 10 0读成非读成非1 1等于等于0 0A01逻辑运算异或运算（异或运算（Y=A B）异或运算通常用符号异或运算通常用符号“”“”表示。它的运算表示。它的运算规则为规则为 Y=0 0=0 Y=0 1=1 Y=1 0=1 Y=1 1=0 微型计算机的基本组成电路 完成基本逻辑运算的电路称为完成基本逻辑运算的电路称为门电路门电路，任何逻辑，任何逻辑函数都可以由若干门电路构成的逻辑电路来实现。逻函数都可以由若干门电路构成的逻辑电路来实现。逻辑代数的与、或、非三种基本运算对应有三种逻辑电辑代数的与、或、非三种基本运算对应有三种逻辑电路，分别把它们称为路，分别把它们称为与门、或门、非门与门、或门、非门。除了上述三种基本电路外，还可以把它们组合起除了上述三种基本电路外，还可以把它们组合起来，实现功能更为复杂的逻辑门。其中，常见的有来，实现功能更为复杂的逻辑门。其中，常见的有与与非门、或非门、与或门、与或非门、异或门、异或非非门、或非门、与或门、与或非门、异或门、异或非门门等，这些门电路又称等，这些门电路又称复合门电路复合门电路。常用逻辑电路与门与门 与门是一个能够实现逻辑乘法运算的、具有多端与门是一个能够实现逻辑乘法运算的、具有多端输入、单端输出的逻辑电路。输入、单端输出的逻辑电路。逻辑函数式是：逻辑函数式是：Y=ABY=AB或或Y=ABY=ABY YB BA A2 2输入与门输入与门常用逻辑电路或门或门 或门是一个能够实现逻辑加运算的、具有多端输或门是一个能够实现逻辑加运算的、具有多端输入而单端输出的逻辑电路。入而单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：其逻辑函数式是：Y=ABY=AB1 1Y YB BA A2 2输入或门输入或门常用逻辑电路非门非门 非门是一个能够完成逻辑非运算的、具有单端输非门是一个能够完成逻辑非运算的、具有单端输入和单端输出的逻辑电路。入和单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：其逻辑函数式是：Y=AY=A1 1Y YA A非门非门常用逻辑电路与非门与非门 与非门是一个能够完成逻辑与非运算的多端输入、与非门是一个能够完成逻辑与非运算的多端输入、单端输出的逻辑电路。单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：其逻辑函数式是：Y=ABY=ABY YB BA A2 2输入与非门输入与非门常用逻辑电路或非门或非门 或非门是一个能够完成逻辑或非运算的多端输入、或非门是一个能够完成逻辑或非运算的多端输入、单端输出的逻辑电路。单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：其逻辑函数式是：Y=ABY=AB1 1Y YB BA A或门或门常用逻辑电路异或门异或门 异或门是一个能够完成逻辑异或运算的多端输入、异或门是一个能够完成逻辑异或运算的多端输入、单端输出的逻辑电路。单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：其逻辑函数式是：Y=ABY=AB=1 1Y YB BA A异或门异或门触发器 触发器是触发器是具有记忆功能的基本逻辑电路。具有记忆功能的基本逻辑电路。它能接收、保存和输出逻辑信号它能接收、保存和输出逻辑信号0 0和和1 1。各类触。各类触发器都可以由门电路组成发器都可以由门电路组成。基本触发器具有下述特点：基本触发器具有下述特点：有两个稳定状有两个稳定状态和两个互补的输出；在输入信号驱动下，能态和两个互补的输出；在输入信号驱动下，能可靠地确定其中任一种状态可靠地确定其中任一种状态。触发器RS触发器触发器触发器D触发器触发器触发器J-K触发器触发器寄存器 寄存器是由触发器组成的。一个触发器就寄存器是由触发器组成的。一个触发器就是一个一位寄存器。多个触发器就可以组成一是一个一位寄存器。多个触发器就可以组成一个多位寄存器。个多位寄存器。寄存器锁存器：它是用以暂存某个数据，以便在适当的时锁存器：它是用以暂存某个数据，以便在适当的时间节拍将数据输入或输出到其它记忆元件中去。间节拍将数据输入或输出到其它记忆元件中去。寄存器移位寄存器移位寄存器(Shifting Register)(Shifting Register)移位寄存器能将所储存的数据逐位向左或向右移移位寄存器能将所储存的数据逐位向左或向右移动，以达到计算机运行过程中所需的功能。动，以达到计算机运行过程中所需的功能。寄存器计数器计数器(Counter)(Counter)计数器也是由若干个触发器组成的寄存器，它的计数器也是由若干个触发器组成的寄存器，它的特点是能够把储存在其中的数字加特点是能够把储存在其中的数字加1 1。寄存器 三态是指输出电路具有三态是指输出电路具有0 0态（开通，传输态（开通，传输“0”“0”）、）、1 1态（开通，传输态（开通，传输“1”“1”）、高阻态（断开）、高阻态（断开/悬浮输出）悬浮输出）.采用三态门电路（或称三态门）把部件与总线相连。采用三态门电路（或称三态门）把部件与总线相连。当部件不工作时，与总线相连的三态输出电路处于高阻当部件不工作时，与总线相连的三态输出电路处于高阻态，犹如与总线断开一样，对总线不产生影响态，犹如与总线断开一样，对总线不产生影响.三态门（三态寄存器）三态门（三态寄存器）寄存器三态门三态门“开开”或或“关关”的控制的控制信号一般由微处信号一般由微处理器发出。双向理器发出。双向三态门是由两个三态门是由两个单向三态门构成，单向三态门构成，又称做双向电子又称做双向电子开关。工作时，开关。工作时，用两个单向三态用两个单向三态门互斥的控制端门互斥的控制端信号来选通传输信号来选通传输方向。方向。寄存器寄存器输出端接至三态门，再由三态门输出端与总寄存器输出端接至三态门，再由三态门输出端与总线连接起来，就构成三态输出的缓冲寄存器。线连接起来，就构成三态输出的缓冲寄存器。寄存器译码器译码器微机中广泛采用地址译码器对存储器或者输入微机中广泛采用地址译码器对存储器或者输入/输出输出设备进行选择，操作其工作。例如，设备进行选择，操作其工作。例如，CPUCPU在给出存储单元在给出存储单元的地址后，存储器要根据该地址选择对应的存储单元，这的地址后，存储器要根据该地址选择对应的存储单元，这个过程叫地址译码。设存储单元的地址码为个过程叫地址译码。设存储单元的地址码为n n位二进制数，位二进制数，存储单元的总数为存储单元的总数为N N个，则有个，则有N=2N=2n n。地址译码就是根据。地址译码就是根据n n位位地址码，在地址码，在N N个存储单元中选中对应的一个存储单元进行个存储单元中选中对应的一个存储单元进行读写。这个选择工作是由地址译码电路来完成的。读写。这个选择工作是由地址译码电路来完成的。译码电路的功能：译码电路的功能：对输入的一个二进制数码经对输入的一个二进制数码经“翻译翻译”后后产生一个对应的输出有效信号。产生一个对应的输出有效信号。N N位二进制数有位二进制数有2 2n n个不同的个不同的编码组合，所以，译码电路有编码组合，所以，译码电路有n n个输入端，就应有个输入端，就应有2 2n n个输个输 出端。出端。寄存器寄存器