微型计算机概述(1).ppt
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1、计算机原理讲义教员信息l姓 名:李卓函l单 位:电信学部 控制科学与工程学院l办公室:创新院大厦A714lEmail:l课程资源:课件:FTP:/202.118.75.254论坛:碧海青天BBS电脑空间微机原理及应用计算机原理讲义期末成绩计算期末总成绩 =期末考试卷面成绩 70%+期中考试卷面成绩 20%+平时成绩(10%)期中考试时间:第10周期末考试时间:期末考试周三次无故缺席者将取消考试资格!三次无故缺席者将取消考试资格!计算机原理讲义参考教材l课程名称:计算机原理l参考教材:微型计算机技术及应用(第4版),戴梅萼、史嘉权,清华大学出版社IBM-PC汇编语言程序设计沈美明、温冬禅,清华大
2、学出版社16/32位微机原理、汇编语言及接口技术钱晓杰,机械工业出版社l本课主要围绕PC机,分析微机的原理以及设计方法l如何学习计算机原理这门课?计算机原理讲义目录l第一章 微型计算机概述l第二章 16位微处理器8086l第三章 指令系统l第四章 汇编语言程序设计l第五章 存储器l第六章 输入/输出接口设计l第七章 中断系统l第八章 可编程接口芯片l第九章 AD/DA 转换l第十章 串行通信计算机原理讲义概述第一章 微型计算机概述计算机原理讲义微机基本组成1微型计算机(Micro-Computer)CPU(中央处理单元)ALU(算术逻辑单元)控制器Memory(存储器)RAM(读写存储器)RO
3、M(只读存储器)I/O接口主机与外设的匹配连接BUS(总线)AB(地址总线)DB(数据总线)CB(控制总线)CPU-Central Processing UnitALU-Arithmetic Logic Unit计算机原理讲义总线v总线定义:计算机用来传输信息的一组通信线。按传输内容分类:地址总线(AB-Address Bus)用于传递地址信息,单向,成组使用用于传递地址信息,单向,成组使用地址总线的宽度决定了地址总线的宽度决定了CPUCPU直接寻址内存的范围直接寻址内存的范围如:如:80868086有有2020根地址线,即地址总线宽度为根地址线,即地址总线宽度为2020位,位,可寻址可寻址2
4、20B=1MB220B=1MB数据总线(DB-Data Bus)用于传递数据信息,双向,成组使用用于传递数据信息,双向,成组使用计算机的位一般是指数据总线的宽度计算机的位一般是指数据总线的宽度如:如:80868086有有1616根数据线,因此根数据线,因此80868086为为1616位机位机计算机原理讲义总线控制总线(CB-Control Bus)用于传输控制信号,以便控制计算机各部件协调工作用于传输控制信号,以便控制计算机各部件协调工作 各自独立使用,有发出,也有接收各自独立使用,有发出,也有接收 如:如:CPUCPU向存储器发出的读信号、写信号向存储器发出的读信号、写信号v地址数据复用总线
5、 地址总线与数据总线共用一组通信线,分时传送地址地址总线与数据总线共用一组通信线,分时传送地址信息和数据信息(由同步信号区分),节省信息和数据信息(由同步信号区分),节省CPUCPU引脚引脚计算机原理讲义微型计算机系统2微型计算机系统(MCS-Micro-Computer System)以微型计算机为主体,配上系统软件就构成微型计算机系统。以微型计算机为主体,配上系统软件就构成微型计算机系统。系统软件包括操作系统和一系列系统应用程序系统软件包括操作系统和一系列系统应用程序如编辑程序、编译程序、调试程序等如编辑程序、编译程序、调试程序等有了系统软件才能发挥微机的硬件功能有了系统软件才能发挥微机的
6、硬件功能外设外设输入设备:鼠标、键盘、扫描仪输入设备:鼠标、键盘、扫描仪输出设备:显示器、打印机、投影仪输出设备:显示器、打印机、投影仪计算机原理讲义计算机主机图片计算机原理讲义计算机主板图片计算机原理讲义IBM PC/XT系统板框图CPU80888284A时钟发生器时钟发生器扩展插槽扩展插槽62芯总线芯总线地址地址锁存器锁存器数据数据收发器收发器8288总线控制器总线控制器8087协处理器协处理器8259中断控制器中断控制器8253计数器计数器/定时器定时器8255并行接口并行接口RAMROM键盘接口键盘接口扬声器接口扬声器接口8237DMA控制器控制器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总
7、线控制总线键盘键盘IBM PC/XT:基于8088 CPU,准16位机,16位CPU内部DB,8位外部DB,10MB硬盘IBM PC/AT:基于80286 CPU,配置16位ISA总线计算机原理讲义微处理器、单板机和单片机概念v微处理器 专指中央处理器专指中央处理器(CPUCPU),是将,是将计算机的运算器计算机的运算器(ALU)(ALU)和和控控制器集成在一个芯片上。制器集成在一个芯片上。如:如:80868086,8038680386,PentiumPentium,PIIPII等等v单板机 将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O口以及口以及简单的外设简单的外设集成集成在一块板上在一块
8、板上,是一个简单的计算机系统。如:是一个简单的计算机系统。如:TP801ATP801A等。等。v单片机 将将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O口集成在一个芯片上。如:口集成在一个芯片上。如:Intel Intel MCS-48MCS-48,MCS-51MCS-51,MCS-96MCS-96等等计算机原理讲义微型计算机发展年代型号位数集成度(万)特点1971404040.21974808080.519788086162.919828028616101985803863227.5198880486321001个定点处理器,1个浮点处理器198980860321001993Pentium32
9、3102个定点处理器,1个浮点处理器CPU片内32位DB,片外64位DB1995P.Pro645504个定点处理器,2个浮点处理器1997Pentium II64750片内集成2级Cache1999Pentium III6428102000Pentium 644200计算机原理讲义微型计算机发展1.1.CPUCPU位数不断增加,集成度不断提高,频率不断提高位数不断增加,集成度不断提高,频率不断提高v计算机的位计算机的位CPUCPU片内数据总线的宽度决定了计算机的位数片内数据总线的宽度决定了计算机的位数 如:如:8 8位,位,1616位,位,3232位,位,6464位,位,128128位位准准1
10、616位机位机:CPUCPU片内数据线宽度为片内数据线宽度为1616位,片外数据线宽度为位,片外数据线宽度为8 8位位 如:如:80888088,809880982.2.由单处理器向多处理器发展由单处理器向多处理器发展3.3.指令系统由复杂指令集向精简指令集发展指令系统由复杂指令集向精简指令集发展复杂指令集计算机复杂指令集计算机(CISC Complex Instruction Set Computer)精简指令集计算机精简指令集计算机(RISC Reduced Instruction Set Computer)Intel在在Pentium之前的之前的CPU均属于均属于CISC体系,从体系,从
11、Pentium开开始将始将CISC和和RISC相结合,相结合,Pentium大多数指令是精简指令,但仍大多数指令是精简指令,但仍保留了一部分复杂指令保留了一部分复杂指令计算机原理讲义计算机中的信息表示4计算机中的信息表示1.计算机使用二进制存储,但书写时常用计算机使用二进制存储,但书写时常用16进制进制计算机内所有代码以二进制表示,机器码又称二进制码计算机内所有代码以二进制表示,机器码又称二进制码1 1位位1616进制数对应半个字节(进制数对应半个字节(4 4位二进制码)位二进制码)例例 10001000 01010101 B B 二进制二进制 8 5 H 168 5 H 16进制进制注:书写
12、注:书写1616进制数时,若最高位是字母,则前面加进制数时,若最高位是字母,则前面加0 0,表示是数据,表示是数据如如0FEH0FEH一些进制的简化符号一些进制的简化符号:2 2进制进制 -B(BinaryB(Binary)、1616进制进制 H(HexH(Hex)8 8进制进制 -O(OctalO(Octal)、1010进制进制 -D(DecimalD(Decimal)计算机原理讲义无符号数表示2.无符号数表示无符号数表示A.二进制无符号数二进制无符号数 码值与数值相等码值与数值相等 一个一个n n位二进制无符号数表示的范围是位二进制无符号数表示的范围是0 0(2n-1)(2n-1)例:例:
13、8 8位二进制无符号数表示的范围是位二进制无符号数表示的范围是0 0255255 16 16位二进制无符号数表示的范围是位二进制无符号数表示的范围是0 06553565535B.B.BCDBCD码码(Binary Coded Decimal)(Binary Coded Decimal)用半个字节表示用半个字节表示1 1位十进制数位十进制数压缩压缩BCDBCD码码:用用1 1个字节表示个字节表示2 2位位BCDBCD码,又称码,又称8421BCD8421BCD码码非压缩非压缩BCDBCD码:用码:用1 1个字节的低四位表示个字节的低四位表示1 1位位BCDBCD码,高四位忽略码,高四位忽略 例例
14、 0011 1001 b 0011 1001 b 在压缩格式下表示:在压缩格式下表示:3939 在非压缩格式下表示:在非压缩格式下表示:9 9计算机原理讲义有符号数表示3.有符号数表示有符号数表示A.A.原码原码 将最高位作为符号位,正数的符号位为将最高位作为符号位,正数的符号位为0 0,负数的符号位为,负数的符号位为1 1,余下,余下的其他位为数值位的其他位为数值位B.B.反码反码正数的反码与原码相同;正数的反码与原码相同;负数的反码由该负数的原码按位取反负数的反码由该负数的原码按位取反(符号位除外符号位除外)得到得到 C.C.补码补码正数的补码与原码相同。正数的补码与原码相同。负数的补码由
15、该负数的原码按位取反负数的补码由该负数的原码按位取反(符号位除外符号位除外)加加1 1得到得到计算机内有符号数默认用补码表示计算机内有符号数默认用补码表示计算机原理讲义有符号数范围v一个字节有符号数范围一个字节有符号数范围原码表示:原码表示:-127-127+127 +127 有有+0+0,-0-0 1111 1111b 1000 0000b-0000 0000b 0111 1111 1111 1111b 1000 0000b-0000 0000b 0111 1111 -127 -0 +0 +127 -127 -0 +0 +127反码表示:反码表示:-127-127+127 +127 有有+0
16、+0,-0-0 1000 0000b 1111 1111b 0000 0000b 0111 1111b1000 0000b 1111 1111b 0000 0000b 0111 1111b -127 -0 +0 +127 -127 -0 +0 +127补码表示:补码表示:-128-128+127 +127 只有一个只有一个0 0 1000 0000b 1111 1111b-0000 0000b 0111 1111b1000 0000b 1111 1111b-0000 0000b 0111 1111b -128 -1 0 127 -128 -1 0 127一个字的补码表示范围一个字的补码表示范围
17、:-32768 +32767(只只 有一个有一个0)1000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111-32768-10000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 11110+32767计算机原理讲义v举例说明举例说明 计算机内一个字节为计算机内一个字节为 8181H H 1000 0001b1000 0001b二进制二进制 129 129(二进制无符号数)(二进制无符号数)BCDBCD码码 81 81 (压缩格式(压缩格式BCDBCD码)码)原码原码 -1-1反码反码 -126-126(1111 1110b 1000 0001b1111 1
18、110b 1000 0001b)补码补码 -127-127(1111 1111b 1000 0000b1000 0001b1111 1111b 1000 0000b1000 0001b)一个代码,赋予不同类型,其数值不一样。而类型要由一个代码,赋予不同类型,其数值不一样。而类型要由人编程指定人编程指定数码表示举例取反取反取反取反加加1 1原码原码反码反码补码补码计算机原理讲义溢出判断 数学运算时,结果超出运算数所表示范围则会产生数学运算时,结果超出运算数所表示范围则会产生“溢出溢出”无符号数无符号数:通过进位或借位标志:通过进位或借位标志C标记标记“溢出溢出”,避免产生,避免产生错误结果错误结
19、果有符号数有符号数:用标志:用标志O标记标记“溢出溢出”,表示运算结果错误,表示运算结果错误字节运算,结果超出字节运算,结果超出-128-128127127,则为溢出,则为溢出字运算,结果超出字运算,结果超出-32768-327683276732767,则为溢出,则为溢出v双高位判别法双高位判别法 最高位(符号位)是否有进位最高位(符号位)是否有进位CsCs异或次高位(数值异或次高位(数值的最高位)是否有进位的最高位)是否有进位CpCp。溢出溢出=Cs Cp=Cs Cp例例1 1:31-17=31-17=?0001 1111 b (310001 1111 b (31补码补码)+1110 111
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