《微型計(jì)算機(jī)概論》PPT課件.ppt

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1,微機(jī)原理與接口技術(shù),PrincipleofMicrocomputer,andInterfaceTechnology,課程目標(biāo),微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力,要學(xué)啥呢，學(xué)了有啥用哦？！,3,微機(jī)原理的核心地位,數(shù)字邏輯電路,計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),C語(yǔ)言,微機(jī)原理,微機(jī)控制,DCS系統(tǒng),單片機(jī),自動(dòng)化儀表,技術(shù)基礎(chǔ)課,,,。。。。。。,。。。。。。,教材及主要參考書,教材：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》，陳昌志等主編，科學(xué)出版社主要參考書：《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版）》，馮博琴主編，清華大學(xué)出版社《硬件技術(shù)基礎(chǔ)》，馮博琴主編，郵電出版社《微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第2版）》，楊素行等編著，清華大學(xué)出版社,第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論,主要內(nèi)容：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制、編碼及它們相互間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算符號(hào)數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題基本邏輯門及譯碼器BCD碼的加法運(yùn)算,6,世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是1946年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的ENIAC,1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)按性能、價(jià)格和體積等綜合指標(biāo)，可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)。,7,電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-今）電子計(jì)算機(jī)按其性能分類：大型計(jì)算機(jī)中型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī),微型計(jì)算機(jī)是第四代計(jì)算機(jī)的典型代表,8,微處理器微型機(jī)的核心部件，簡(jiǎn)稱μP或MP（MicroProcessor）它將計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器和控制器集成在一片硅片（芯片）上?？煞Q之為中央處理單元—CPU（CentralProcessingUnit）,9,,第一代（1971-1973年）：4位和低檔8位微處理器時(shí)代第二代（1973－1978年）：中高檔8位微處理器時(shí)代第三代（1978-1980年）：16位微處理器時(shí)代第四代（1983-1993年）：32位微處理器時(shí)期第五代（1993～1996）：Pentium微處理器的時(shí)代第六代（1997至今）：加強(qiáng)型Pentium時(shí)代第七代：64位CPU時(shí)代,微處理器的發(fā)展,10,第一代（1971-1973年）：4位和低檔8位,典型產(chǎn)品有Intel4004(1971年、4位)和Intel8008（1972年、8位）。特點(diǎn):字長(zhǎng)：4位或8位時(shí)鐘頻率：1MHz平均執(zhí)行指令時(shí)間：15~20μs集成度：2000管/片,11,Intel4004,12,第二代（1973－1978年）：中高檔8位,Intel8080，Motorola公司的M6800，Zilog公司的Z80，Intel公司的8085，Rockwell與MOSTechnology的6502等。特點(diǎn):字長(zhǎng)：8位時(shí)鐘頻率：2～4MHz平均執(zhí)行指令時(shí)間：1～2μs集成度：5000～10000管/片,13,8008,8085,14,第三代（1978-1980年）：16位,Intel公司的8086/8088、Motorola公司的M68000和Zilog公司的Z8000特點(diǎn):字長(zhǎng)：16位時(shí)鐘頻率：5～40MHz平均執(zhí)行指令時(shí)間：0.5μs集成度：20000～60000管/片,15,,8086,16,80286,17,第四代（1983-1993年）：32位,1983年Zilog公司推出Z8000微處理器1984年Motorola公司推出MC68020微處理器1985年，Intel公司推出能進(jìn)行多任務(wù)處理的32位微處理器803861989年，Intel公司推出80486，同期有Motorola公司的M68040特點(diǎn):字長(zhǎng)：32位時(shí)鐘頻率：10～120MHz平均執(zhí)行指令時(shí)間：0.2μs集成度：幾十萬(wàn)～上百萬(wàn)管/片,18,80386,80486,19,第五代（1993～1996）：Pentium,1993年3月，Intel公司的奔騰（Pentium）時(shí)鐘頻率：60/66MHz運(yùn)行速度：100MIPS集成度：310萬(wàn)管/片1995年2月，Intel公司的PentiumPro時(shí)鐘頻率：166MHz以上集成度：550萬(wàn)管/片1996年Intel公司的PentiumMMX（多能奔騰）,20,Pentium，傳說(shuō)中的586,Pentiumpro,PentiumMMX,21,第六代（1997至今）：加強(qiáng)型Pentium時(shí)代,1997年到1999年，Intel公司的PentiumⅡ、PentiumⅢ、AMD公司的AMD-K7，這些芯片的集成度高達(dá)750萬(wàn)管/片，時(shí)鐘頻率達(dá)到750MHz。2001年底，PentiumⅣ主頻高達(dá)2GHz，具有4200萬(wàn)只晶體管，主流高端32位CPU市場(chǎng)的佼佼者。AMD公司的AthlonCPU，1.33GHz主頻及2GHz主頻。,22,PentiumⅡ,Celeron,23,PentiumⅢ_Katmai,PentiumⅢ,IntelPentiumⅢTualatin/Coppermine,24,IntelPentiumⅣ_423,IntelPentiumⅣ_478,25,第七代：64位CPU時(shí)代,2001年5月，Intel公司正式推出了第一種64位微處理器Itanium。Itanium由英特爾和惠普聯(lián)合開發(fā)，主要用于工作站和服務(wù)器機(jī)型，內(nèi)置2～4MB的3級(jí)緩存、工作頻率為800MHz及722MHz的產(chǎn)品，價(jià)格為1177美元至4427美元。AMD公司的AMD-K8,最新CPU,八核AMDFX系列六核INTEL酷睿i7系列，AMDFX系列，AMD羿龍ⅡX6系列,27,微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化,微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀,超級(jí)流水線技術(shù)將流水線深度增加了一倍數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展2（SSE2）指令集擴(kuò)展MMX和SSE技術(shù),更好的支持DVD播放，音頻和3D圖形數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)流數(shù)據(jù)處理等采用了全新的一級(jí)（L1）指令高速緩存技術(shù)采用先進(jìn)的400MHz系統(tǒng)總線具有雙通道RDRAM，可實(shí)現(xiàn)更高性能,28,1.1.2微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程,馮?諾依曼存儲(chǔ)程序工作原理微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程,29,馮?諾依曼計(jì)算機(jī),存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)又稱為馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)。它以運(yùn)算器為核心、以存儲(chǔ)器原理為基礎(chǔ)。所謂“存儲(chǔ)程序”，就是把處理問(wèn)題的步驟、方法（用指令描述）和所需的數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中保存起來(lái)，工作時(shí)由計(jì)算機(jī)的控制部件逐條取出指令并執(zhí)行之，從而使計(jì)算機(jī)自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行運(yùn)算。,指令是對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出的一條條工作命令,命令它執(zhí)行規(guī)定的操作。程序是實(shí)現(xiàn)某種任務(wù)的指令序列。計(jì)算機(jī)按程序安排的順序執(zhí)行指令。,30,馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,31,存儲(chǔ)程序工作原理程序中的指令必須采用二進(jìn)制編碼，和數(shù)據(jù)一樣進(jìn)行存儲(chǔ)。程序中的指令必須屬于執(zhí)行程序的計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。,32,微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程，而程序由指令序列組成，因此，執(zhí)行程序的過(guò)程，就是執(zhí)行指令序列的過(guò)程，即逐條地從存儲(chǔ)器中取出指令并完成指令所指定的操作。,微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程,執(zhí)行一條指令的五個(gè)基本操作：取指令：從存儲(chǔ)器某個(gè)地址單元中取出要執(zhí)行的指令送到CPU內(nèi)部的指令寄存器暫存；分析指令：或稱指令譯碼，把保存在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器，譯出該指令對(duì)應(yīng)的微操作信號(hào)，控制各個(gè)部件的操作；取操作數(shù)：如果需要，發(fā)出取數(shù)據(jù)命令，到存儲(chǔ)器取出所需的操作數(shù)；執(zhí)行指令：根據(jù)指令譯碼，向各個(gè)部件發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，完成指令規(guī)定的各種操作；保存結(jié)果：如果需要保存計(jì)算結(jié)果，則把結(jié)果保存到指定的存儲(chǔ)器單元中。,34,35,舉例,計(jì)算5CH＋2EH=？,36,模型機(jī)的結(jié)構(gòu),,37,因?yàn)槟Ｐ蜋C(jī)并不認(rèn)識(shí)助記符，而只認(rèn)識(shí)用二進(jìn)制數(shù)表示的操作碼和操作數(shù)。因此，必須把以上程序?qū)懗啥M(jìn)制數(shù)的形式，即用對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令代替每個(gè)助記符。,38,步驟一,39,步驟二,40,步驟三,41,步驟四,42,步驟五,43,步驟六,44,1.1.3微機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成,區(qū)別3個(gè)概念,45,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng),外部設(shè)備,主機(jī),應(yīng)用軟件,系統(tǒng)軟件,I/O接口,總線,存儲(chǔ)器,CPU,運(yùn)算器,控制器,寄存器組,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu),47,微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu),由CPU、總線、存儲(chǔ)器、I/O接口和外部設(shè)備構(gòu)成,48,1）微處理器,微處理器簡(jiǎn)稱CPU，是計(jì)算機(jī)的核心，主要包括：運(yùn)算器控制器寄存器組,,CPU的典型結(jié)構(gòu),49,CPU的功能：,?進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算?能對(duì)指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作?可暫存少量數(shù)據(jù)?提供整個(gè)系統(tǒng)所需要的定時(shí)和控制?能和存儲(chǔ)器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)?可以響應(yīng)其他部件發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求,50,運(yùn)算器,運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件，主要包括兩個(gè)功能：?對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理，主要包括算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，如加、減、乘、與、或、非運(yùn)算等，這是運(yùn)算器的重要功能，這些功能是通過(guò)運(yùn)算器內(nèi)部的算術(shù)邏輯單元（ALU）來(lái)完成的；?暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和某些中間結(jié)果，通常是通過(guò)與ALU相連的寄存器組來(lái)實(shí)現(xiàn)。,51,控制器,由指令寄存器﹑指令譯碼器和操作控制電路組成?？刂破魇怯?jì)算機(jī)內(nèi)“指揮”與“控制”整臺(tái)計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件協(xié)同動(dòng)作、自動(dòng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的功能部件，它要給出控制整臺(tái)機(jī)器各功能部件正常運(yùn)行所需要的全部信號(hào)。,52,寄存器組,分為專用寄存器和通用寄存器。專用寄存器的作用是固定的,如SP﹑PC﹑FLAGS。通用寄存器如AX﹑BX等由程序員規(guī)定其用途。寄存器組中包括多種類型的寄存器，其中累加器是寄存器組中最繁忙的寄存器，在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算時(shí)，它具有雙重功能：運(yùn)算前用來(lái)保存一個(gè)操作數(shù)，運(yùn)算后用來(lái)保存算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果。數(shù)據(jù)寄存器是通過(guò)數(shù)據(jù)總線向存儲(chǔ)器或輸入／輸出設(shè)備送（稱為寫）或?。ǚQ為讀）數(shù)據(jù)的暫存單元。,53,2）存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器又叫內(nèi)存或主存,是微型計(jì)算機(jī)用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)（包括文字、圖像、聲音等）的記憶裝置。用于存放計(jì)算機(jī)工作過(guò)程中需要操作的數(shù)據(jù)和當(dāng)前執(zhí)行的程序。,內(nèi)存,外存,隨機(jī)存取，速度快，容量小,順序存取/塊存取，速度慢，容量大,,,,54,有關(guān)內(nèi)存儲(chǔ)器的幾個(gè)概念：,?內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容?內(nèi)存容量?內(nèi)存的操作?內(nèi)存的分類,55,內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容：,地址:每個(gè)單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)編號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單元內(nèi)容的尋址內(nèi)存單元的內(nèi)容:內(nèi)存單元中存放的信息,56,內(nèi)存容量,內(nèi)存所含存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存容量的大小依CPU的尋址范圍而定（即CPU地址信號(hào)線的位數(shù)）,57,內(nèi)存操作,讀：將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀出，原單元內(nèi)容不改變，即non-destructiveread；寫：CPU將信息寫入內(nèi)存單元，原單元中原內(nèi)容被覆蓋，即overlaywrite；刷新：把原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容重新再寫入一次。此操作對(duì)CPU透明，而且僅動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器有此操作。,58,59,內(nèi)存的分類,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）按工作方式可分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）,,60,3）輸入/輸出接口,I/O接口是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的橋梁。,61,接口的分類：,串行接口并行接口輸入接口輸出接口,,,從傳送方式上,從總的功能上,62,接口的功能：,數(shù)據(jù)緩沖寄存信號(hào)電平或類型的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的運(yùn)行匹配,63,4）總線,總線是計(jì)算機(jī)中各個(gè)部件之間傳輸信息的公共通道，它由一組導(dǎo)線和相關(guān)的邏輯電路構(gòu)成。,內(nèi)部總線：是指位于CPU內(nèi)部的總線，它把CPU內(nèi)部的各個(gè)部件連接起來(lái)。外部總線：是指主機(jī)與外部設(shè)備接口的總線，實(shí)際上是外設(shè)的接口標(biāo)準(zhǔn)。目前微機(jī)上流行的接口標(biāo)準(zhǔn)有IDE、EIDE（ATA）、SCSI、USB、IEEE1394等。,64,前端總線：是指CPU與存儲(chǔ)器、高速緩存、總線接口等部件之間的總線。其中的信號(hào)線依用途的不同可分為數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB），地址總線（AddressBus，AB）和控制總線（ControlBus，CB）。系統(tǒng)總線：也稱為I/O通道總線，用于連接I/O接口。微機(jī)內(nèi)的系統(tǒng)總線已完全標(biāo)準(zhǔn)化，曾經(jīng)廣泛使用的有PCI總線、ISA總線、MCA總線、EISA總線等。目前比較流行的系統(tǒng)總線有PCI總線、PCI-E總線。,65,地址總線（AB）：用來(lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元或I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。若CPU的地址線根數(shù)為n，則CPU的尋址范圍=2n。數(shù)據(jù)總線（DB）：在CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等各部件之間傳送數(shù)據(jù)的公共通路。數(shù)據(jù)總線的根數(shù)決定一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)的位數(shù)?？刂瓶偩€（CB）：用來(lái)在各部件之間傳送各種控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信息。,舉例,舉例,66,軟件系統(tǒng),運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?yàn)閷?shí)現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序及其相關(guān)資料的總和。,系統(tǒng)軟件,應(yīng)用軟件,操作系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)用程序,,,軟件,,編譯程序匯編程序數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)試程序工具軟件,67,程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行的二進(jìn)制形式的程序匯編語(yǔ)言助記符語(yǔ)言表示的程序高級(jí)語(yǔ)言不依賴于具體機(jī)型的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,易混淆概念區(qū)分,微處理器(CPU)計(jì)算機(jī)的核心，包括運(yùn)算器、控制器和寄存器組，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)算和控制功能。微型計(jì)算機(jī)以CPU為核心，配上ROM、RAM、I/O口及系統(tǒng)總線等部件，構(gòu)成了其硬件系統(tǒng)。單片機(jī)將CPU、ROM、RAM、I/O口等集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上的“微型計(jì)算機(jī)”微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于信息輸入輸出的外部設(shè)備以及控制計(jì)算機(jī)工作的各種軟件,,69,微型計(jì)算機(jī)的物理結(jié)構(gòu),微型計(jì)算機(jī)的硬件架構(gòu)圖,70,微型計(jì)算機(jī)的物理結(jié)構(gòu)示意圖,71,典型的主板結(jié)構(gòu),Intel845G芯片組,72,Intel965G芯片組,73,主板上的主要部件,CPU插座,74,芯片組（南北橋/HUB）內(nèi)存插槽：用于插入內(nèi)存條高速緩存（現(xiàn)已集成到CPU內(nèi)部）：用于提高內(nèi)存的訪問(wèn)速度系統(tǒng)BIOS：硬件控制，系統(tǒng)配置CMOS：存放硬件配置參數(shù)總線擴(kuò)展槽：PCI、PCI-E、ISA、AGP,75,串行、并行接口、鍵盤鼠標(biāo)接口、USB接口：連接外部設(shè)備,76,軟/硬盤、光驅(qū)插座,77,芯片組：CPU的外圍控制芯片，通常為2片。它有兩種架構(gòu)：南北橋和HUB(加速中心)。南北橋結(jié)構(gòu)北橋——提供CPU/主存/高速緩存的連接、AGP接口、PCI橋接南橋——提供USB、IDE(FDD/HDD)、串/并口及ISA橋接等例如：Intel4xx系列、VIA6xx系列、SiS6xx系列HUB結(jié)構(gòu)GMCH——AGP接口、存儲(chǔ)器通道ICH——PCI橋接、IDE控制器、USB、串/并口FWH——系統(tǒng)BIOS、顯示BIOS、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器例如：Intel8xx系列、9xx系列等,78,Intel80 x86CPU的地址線條數(shù),Intel80 x86地址條數(shù)存儲(chǔ)容量8086201MB8088201MB802862416MB80386~Pentium4324GB,返回,79,Intel80 x86CPU的數(shù)據(jù)線位數(shù),Intel80 x86數(shù)據(jù)位數(shù)80861680888802861680386~Pentium432,返回,80,1.2常用計(jì)數(shù)制,了解：各種計(jì)數(shù)制的特點(diǎn)及表示方法掌握：各種計(jì)數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換,81,1.定點(diǎn)小數(shù)的表示,定義：小數(shù)點(diǎn)準(zhǔn)確固定在數(shù)據(jù)某個(gè)位置上的小數(shù)表示：表數(shù)范圍為：,82,2.整數(shù)的表示,定義：小數(shù)點(diǎn)定在數(shù)據(jù)的最低位右邊的一種數(shù)據(jù)表示：表數(shù)范圍為：,83,3.浮點(diǎn)數(shù)的表示,定義：小數(shù)點(diǎn)的位置可以左右移動(dòng)的數(shù)據(jù)表示：,M：浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)，或稱為有效數(shù)字，通常是純小數(shù)；R：階碼的基數(shù)E：階碼，為帶符號(hào)整數(shù)Es：階符，表示階碼的符號(hào)，決定浮點(diǎn)數(shù)范圍的大小Ms：尾符，尾數(shù)的符號(hào)位，安排在最高位，表示浮點(diǎn)數(shù)的正負(fù),84,典型的浮點(diǎn)數(shù)格式：,,,,,,,,10.01011101?2+5的階碼為+5，表示把尾數(shù)的小數(shù)點(diǎn)向右移動(dòng)5位就是小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置,,Ms,Es,E,M,1位,1位,m位,n位,,,,,85,浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化,規(guī)格化處理：整數(shù)部分必須是1,浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)范圍主要由階碼決定，精度則主要由尾數(shù)決定,規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù),規(guī)定計(jì)算機(jī)內(nèi)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)部分用純小數(shù)表示，即小數(shù)點(diǎn)右邊第1位不為0,,,對(duì)不滿足要求的數(shù)，可通過(guò)修改階碼并同時(shí)左右移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)位置的方法，使其變?yōu)橐?guī)格化浮點(diǎn)數(shù),86,1.3二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算,無(wú)符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算有符號(hào)數(shù)邏輯運(yùn)算,,,87,一、無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算1.算術(shù)運(yùn)算,包括：加法運(yùn)算減法運(yùn)算乘法運(yùn)算除法運(yùn)算,88,注意點(diǎn),對(duì)加法：1+1=0（有進(jìn)位）對(duì)減法：0-1=1（有借位）對(duì)二進(jìn)制數(shù)，乘以2相當(dāng)于左移一位；除以2則相當(dāng)于右移1位。,89,例7：,000010110100=00101100B000010110100=00000010B即：商=00000010B余數(shù)=11B,90,2.無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍,一個(gè)n位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，它可表示的數(shù)的范圍為：0≤X≤2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。,91,例8：,最高位向前有進(jìn)位，產(chǎn)生溢出8位（1字節(jié)）表示數(shù)的范圍：0～255,,00000000,,1,00000001,,11111111,,+,,,92,3.無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的溢出判斷,無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)加法（或減法）中最高有效位Di的進(jìn)（借）位為Ci，則兩個(gè)無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加（或相減）時(shí)，若最高有效位Di產(chǎn)生進(jìn)位（或相減有借位），即Ci=1，則產(chǎn)生溢出。,在加法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；在減法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。產(chǎn)生溢出,,93,4.邏輯運(yùn)算,與或非異或,,94,5.邏輯門,掌握：與、或、非門邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系（真值表）與非門、或非門的應(yīng)用,95,“與”、“或”運(yùn)算,任何數(shù)和“0”相“與”，結(jié)果為0任何數(shù)和“1”相“或”，結(jié)果為1,96,“非”、“異或”運(yùn)算,“非”運(yùn)算即按位求反兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相“異或”：相同則為0，相異則為1,97,6.譯碼器,74LS138譯碼器：,,,,,,,,,,G1,G2A,,G2B,,C,B,A,Y0,Y7,?,?,?,?,,,,,,,,,98,掌握,74LS138譯碼器：各引腳功能輸入端與輸出端關(guān)系（真值表）,,99,二、有符號(hào)數(shù),計(jì)算機(jī)中的符號(hào)數(shù)可表示為：符號(hào)位+真值機(jī)器數(shù)“0”表示正“1”表示負(fù),,,,機(jī)器數(shù)：符號(hào)數(shù)值化了的數(shù)；用一位表示符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)。機(jī)器數(shù)的真值：原來(lái)的數(shù)值。（包括+、-號(hào)）,100,例9：,+52=+0110100=00110100符號(hào)位真值-52=-0110100=10110100符號(hào)位真值,,,,,101,1.符號(hào)數(shù)的表示,原碼反碼補(bǔ)碼,,102,原碼：,最高位為符號(hào)位，用“0”表示正，用“1”表示負(fù)；其余為真值部分優(yōu)點(diǎn)：真值和其原碼表示之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單，容易理解缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中用原碼進(jìn)行加減運(yùn)算比較困難，0的表示不惟一,103,數(shù)0的原碼,8位數(shù)0的原碼：[+0]原=00000000[-0]原=10000000即：數(shù)0的原碼不惟一,104,原碼的定義,若二進(jìn)制數(shù)X=Xn-1Xn-2…X1X0X2n-1>X≧0[X]原=2n-1-X=2n-1+︱X︱0≧X>-2n-1,,105,反碼,對(duì)一個(gè)機(jī)器數(shù)X：若X>0，則[X]反=[X]原若XX≧0[X]反=(2n-1)+X0≧X>-2n-1,,109,補(bǔ)碼,定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若XX≧0[X]補(bǔ)=2n+X=2n-︱X︱0≧X>-2n-1,,113,特殊數(shù)10000000,該數(shù)在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補(bǔ)碼中定義為：-128對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)，（10000000）B=128,114,符號(hào)數(shù)的表示范圍：,對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+127,115,2.符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換,對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：1）求出真值2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換,116,例12：,將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)[X]補(bǔ)=00101110B真值為：0101110B正數(shù)所以：X=+46[X]補(bǔ)=11010010B真值為：-010010B負(fù)數(shù)從而有：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)=-0101110=-46,,,[X]原=[[X]補(bǔ)]補(bǔ),117,3.補(bǔ)碼的運(yùn)算,通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算即：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)=[X+(-Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ),118,例13：,X=-0110100，Y=+1110100，求[X+Y]補(bǔ)=？[X]原=10110100[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100所以：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=11001100+01110100101000000,,自然丟失,,,最后得出：[X+Y]補(bǔ)=(+64)10,,119,帶符號(hào)數(shù)的表示范圍8位二進(jìn)制符號(hào)數(shù)，原碼、反碼、補(bǔ)碼所能表示的范圍：原碼：11111111B～01111111B-127～+127反碼：10000000B～01111111B-127～+127補(bǔ)碼：10000000B～01111111B-128～+12716位二進(jìn)制符號(hào)數(shù)，原碼、反碼、補(bǔ)碼所能表示的范圍：原碼：FFFFH～7FFFH-32767～+32767反碼：8000H～7FFFH-32767～+32767補(bǔ)碼：8000H～7FFFH-32768～+32767,4.符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題,120,帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)的溢出判斷兩個(gè)帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若最高位?次高位＝1則結(jié)果產(chǎn)生溢出。,121,例14：,若：X=01111000，Y=01101001則：X+Y=即：次高位向最高位有進(jìn)位，而最高位向前無(wú)進(jìn)位，產(chǎn)生溢出。（事實(shí)上，兩正數(shù)相加得出負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)）,C7=0，C6=1；C7?C6=1,+120,+105,-31,122,例15：,若X=-83，Y=-80，用補(bǔ)碼計(jì)算X+Y=？[X]補(bǔ)=10101101[Y]補(bǔ)=10110000[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=10101101-83+10110000-80101011101+93即：最高位向最高位有進(jìn)位，而次高位向前無(wú)進(jìn)位，產(chǎn)生溢出。（事實(shí)上，兩正數(shù)相加得出負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)）C7?C6=1無(wú)溢出條件：C7=1，C6=1；C7=0，C6=0。用自陷中斷處理溢出。,,,123,1.4計(jì)算機(jī)中的編碼,BCD碼ASCII碼,,124,1.二—十進(jìn)制數(shù)的表示,8421BCD碼,,用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù),表1.1十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系,125,例15將十進(jìn)制數(shù)138.16轉(zhuǎn)換為BCD碼解：將138.16的每一位用對(duì)應(yīng)的BCD碼表示，可得(138.16)10=(000100111000.00010110)BCD例16將BCD碼000101110101.0101轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)解：(000101110101.0101)BCD=(175.5)10例17將二進(jìn)制數(shù)00110101轉(zhuǎn)換為BCD碼。解：(00110101)2=(53)10=(01010011)BCD同一個(gè)8位二進(jìn)制代碼表示的數(shù)，當(dāng)認(rèn)為它表示的是二進(jìn)制數(shù)和認(rèn)為它表示的是二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)時(shí)，數(shù)值是不相同的。例如00011000作為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，其值為24；但作為2位BCD碼時(shí)，其值為18。,126,BCD碼的存儲(chǔ)方式,壓縮BCD碼用4位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)擴(kuò)展BCD碼用8位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù),127,BCD碼的加法運(yùn)算下面我們以壓縮BCD碼格式為例討論BCD碼的加法運(yùn)算。例18用BCD碼求38+49。解：0011100038的BCD碼+0100100149的BCD碼1000000181的BCD碼,,對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)為81，正確結(jié)果應(yīng)為87，顯然結(jié)果是錯(cuò)誤的。其原因是，十進(jìn)制數(shù)相加應(yīng)當(dāng)是“逢十進(jìn)一”，而計(jì)算機(jī)按二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算，每4位為一組，低4位向高4位進(jìn)位與十六進(jìn)制數(shù)低位向高位的情況相當(dāng)，是“逢十六進(jìn)一”，所以當(dāng)相加結(jié)果超過(guò)9時(shí)將比正確結(jié)果少6。因此，結(jié)果出錯(cuò)。,128,解決的辦法：對(duì)二進(jìn)制加法運(yùn)算的結(jié)果采用“加6修正”，將二進(jìn)制加法運(yùn)算的結(jié)果修正為BCD碼加法運(yùn)算的結(jié)果。兩個(gè)兩位BCD數(shù)相加時(shí)，對(duì)二進(jìn)制加法運(yùn)算結(jié)果修正的規(guī)則如下：(1)如果任何兩個(gè)對(duì)應(yīng)位BCD數(shù)相加的結(jié)果向高一位無(wú)進(jìn)位時(shí)，若得到的結(jié)果小于或等于9，則該位不需修正；若得到的結(jié)果大于9且小于16，則該位進(jìn)行加6修正。,(2)如果任何兩個(gè)對(duì)應(yīng)位BCD數(shù)相加的結(jié)果向高一位有進(jìn)位時(shí)(即結(jié)果大于或等于16)，該位進(jìn)行加6修正。(3)低位修正結(jié)果使高位大于9時(shí)，高位進(jìn)行加6修正。這種修正稱為BCD調(diào)整。,129,下面通過(guò)例題驗(yàn)證上述規(guī)則的正確性。例19用BCD碼求35+21。解：0011100035+00100001210101011056,,低4位，高4位均不滿足修正法則，所以結(jié)果正確，不需修正。,例20用BCD碼求25+37。解：0010010125+001101113701011100低4位滿足法則1+00000110加6修正0110001062結(jié)果正確,,,130,,11010111高4位滿足法則1+01100000加6修正000100110111137結(jié)果正確,例21用BCD碼求38+49。,解：0011100038,+0100100149,10000001低4位滿足法則2,+00000110加6修正,1000011187結(jié)果正確,,,例22用BCD碼求42+95。,解：0100001042,+1001010195,,,131,例21用BCD碼求91+83。解：1001000191+1000001183000100010100高4位滿足法則2+01100000加6修正000101110100174結(jié)果正確,,,例22用BCD碼求94+7。解：1001010094+00000111710011011低4位滿足法則1+00000110加6修正10100001高4位滿足法則3+01100000加6修正000100000001101結(jié)果正確,,,,132,例23用BCD碼求76+45。解：0111011076+010001014510111011低4位、高4位均滿足法則1+01100110同時(shí)加6修正000100100001121結(jié)果正確,,,,133,2.ASCII碼,字符的編碼，一般用7位二進(jìn)制碼表示。在需要時(shí)可在D7位加校驗(yàn)位。熟悉0～F的ASCII碼,134,ASCII碼的校驗(yàn),奇校驗(yàn)加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。例：A的ASCII碼是41H（1000001B），以奇校驗(yàn)傳送則為C1H（11000001B）偶校驗(yàn)加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。上例若以偶校驗(yàn)傳送，則為41H。,135,1.5計(jì)算機(jī)中常用術(shù)語(yǔ),bit1Mb=1024?1024bit=220bit1Gb=230bit=1024Mb1Tb=240bit=1024GbByte1Byte=8bit1KB=1024Byteword：表示字長(zhǎng)，有1bit，4bit，8bit等,136,1.計(jì)算機(jī)通信速率單位,波特率（BaudRate）通信通道中信號(hào)狀態(tài)每秒鐘變化的次數(shù)，是信息傳送速率的度量單位。位速率或比特率（bitpersecond,b/s）每秒傳送多少位。和波特率有關(guān)。與波特率不同。每秒字符（characterpersecondCPS）每秒傳送ASCII字符數(shù)。和通信協(xié)議有關(guān)。,,,,137,2.兼容性,兼容：若在一個(gè)系統(tǒng)上開發(fā)的硬件和軟件能夠在另外一個(gè)系統(tǒng)上成功地運(yùn)行，則稱兩個(gè)系統(tǒng)是兼容的。向上兼容：若兼容性是從舊系統(tǒng)到新系統(tǒng)的單項(xiàng)發(fā)展，則稱為向上兼容。,