微型计算机的基础知识.ppt

微机原理及应用,北京科技大学信息工程学院,本章主要的内容是介绍微型计算机基本知识 （1）微型计算机的功能组成及工作原理 （2）微处理器的内部组成以及指令执行过程 （3）微型计算机系统中数据的编码方式 （4）微型计算机系统中的数值运算。,第1章 微型计算机的基本知识,重点掌握和理解的知识 （1）重点掌握微处理器的组成原理和工作过程 （2）重点掌握计算机系统中数值的编码方式及相关的概念 （3）掌握微型计算机的系统组成结构，掌握相关的技术指标 （4）掌握字符的编码方法 （5）掌握计算机系统中的数的运算方法 （6）了解BCD码和溢出等基本概念,冯诺依曼原理,采用二进制代码表示数据,程序存储,由运算器存储器控制器和输出输入设备等功能单元组成,冯诺依曼原理,计算机的基本工作原理,在计算机内部使用二进制数；即用二进制数码表示数据和指令、程序 数据、指令都必须最终转换为二进制数码 在物理上，必须使用有两个稳定物理状态的介质，存储记录二进制数码,程序存储是诺依曼原理的核心 事先确定计算机应进行的操作和该操作所需要的有关数据 将数据和处理数据的程序(指令)共同存入计算机 计算机“获得了”运算所需要的“知识”和“方法” 计算机将在该程序的控制下，“自动”地工作,冯氏体系结构的计算机基本组成,存储数据 和程序指令,将二进制代码转换 为相应的源信息形 式；输出数据信息,识别并分析指令； 向相关功能组件发送操作指令； 实现程序控制；协调各部工作； 是计算机的控制中心,将原始数据和程序输入到计算机内部；转换成为二进制代码,算术运算逻辑运算 比较运算字符运算 等等,微型计算机的结构特点,微型计算机是计算机家族中一个特殊成员；遵从计算机的组成原理；具有三个显著特点： 微型计算机以主板作为硬件组件的“集成平台” 微型计算机采用总线结构，连接各硬件组件，传送各种数据信号 微型计算机将运算器和控制器集成在一个芯片上，称为微处理器，即CPU,微型计算机的基本结构,程序与指令的执行过程,指令的执行过程,数据寄存器,累加器,运算器,000,001,002,003,004,005,006,007,008,A,A,B,A+B,C,A+B-C,A+B-C,A+B-C,指令的执行过程,000 020,000 020,000 021,CLA,CLA,000 000,ADD AX,30,ADD AX,30,000 006,000 006,000 006,000 006,000 021,000 030,传送地址,读存储器,执行运算,下条指令地址,微型计算机系统的主要性能指标,字与字长： 计算机在同一时间内能够处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”； 这组二进制数的位数就称为“字长” ； 在其他指标相同时，字长越大计算机的处理数据的速度就越快 反映了CPU在一次操作中能够处理数据的最大能力,以人为例：若计算56，则立即可以得到答案是30；但对于5566，就不容易立即得到正确的答案，这就是说55或66已超出了人脑的“字长” 这时为了得出结果，就必须把复杂的问题分解成易于处理的问题（将5566可分解为5060，506，560，56），然后再综合起来，得出结果,微型计算机系统的主要性能指标,主存容量：主存贮器所能存贮的信息总量为主存容量； 表示主存容量有两种方法： 用字节数表示；如64KB；1MB 用存储单元数字长表示：128K*8；256M*16,微型计算机系统的主要性能指标,主频：主时钟信号的频率称为计算机主频，用于协调各硬件组件操作；决定着计算机的处理速度，频率越高，处理速度越快；一般用MHz或GHz来描述 运算速度(平均运算速度)：指每秒钟所能执行的指令条数；一般用“百万条指令/秒”来描述,计算机中的数制及其编码,内容介绍 计算机中的常用数制及特点 计算机中的数据编码 计算机中数值型数据的表示方法,数制的意义,按进位的原则进行计数，称为进位计数制，简称“数制” 数制的三要素及意义 进位基数R：逢R进一 数码(或称为数符)：使用那些字符表示数 位权：一个数字在某个固定位置时的值,基数R的意义: 数码有R种可能的取值 “逢R进一” 小数点右移一位相当于乘R 反之相当于除以R,数的展开式,重要约定： 整数部分的最低为称为第0位,123456.123 1*105 +2*104 +3*103 +4*102 +5*101+6*100 +1*101 +2*102 +3*103,计算机中常用进制数,1A4E2F.1C8H 1*165 +A*164 +4*163 +E*162 +2*161+F*160 +1*161 +C*162 +8*163,二进制的运算规则,二进制数算术运算举例,二进制数逻辑运算举例,例如：a = 1100，b = 0110 进行运算：ab、ab、 a、 ab 1100 1100 1100 1100 0110 0110 逻辑非为 0110 1110 0100 0011 1010,逻辑运算按位进行，不同位之间不存在任何联系 而算术运算中位之间可能有进位或借位,数据在计算机中的表示,按冯氏原理，在计算机中，非二进制形式的数据信息必须转换为二进制代码形式 不同类型的数据信息的表示方法不同 非数值型数据转换为-ASCII码 其中的数字字符还可以转换为- BCD码 数值型数据转换为-二进制数值,ASCII码的规则,0的ASCII码? A的ASCII码? a的ASCII码? SP的ASCII码?,BCD码十进制数字字符编码,十进制的数字字符可以表示为ASCII码，也可以特殊的表示为BCD码 用4位二进制数表示一位十进制数；该4位二进制数码的值与所表示的十进制数的值相同 例： 5-0101；9-1001；2-0010 根据4位二进制数码的位权值，又称为8421码,BCD码十进制数字字符编码,BCD码的特殊意义,在计算机中,一组二进制的代码一般可分为两种意义 一种是某字符的编码(称为码) 一种是某个数的数值(称为值) 值是可以进行运算的,而码则无此意义 BCD码既是码表示阿拉伯数字字符 BCD码也是值表示十进制的数值,可运算,数值的二进制表示方法,在计算机中，数值的表示比较复杂 数值有正数和负数之分 将涉及如何表示正负号的问题 原码、反码和补码 数值有整数和实数之分 将涉及小数点的表示问题 定点数与浮点数,数值的二进制表示问题,数值,真值,机器数,无符号数,带符号数,原码,反码,补码,数值在计算机中的表示形式称为“机器数” 真数的符号位被符号化以后就成为“机器数”,数值本身的实际值称为“真数”,+52 = +0110100 = 0 0110100 符号位 数值位（绝对值） -52 = -0110100 = 1 0110100,真值,机器数,真值与机器数例,无符号数与带符号数,用二进制数的最高位表示符号，其余的表示数值的大小，则称为带符号数的表示方法；所表示的数就称为带符号数 如将全部有效位都用来表示数值的大小，则称为无符号数的表示方法，所表示的数就称为无符号数,机器数 1100 1011 无符号数，其真值为 203 带符号数，则真值为 -75,无符号数与带符号数例,带符号数的表示形式,在计算机技术中，带符号数可具有三种不同的表示形式 原码 反码 补码,原码的意义,最高位为符号位，0表示正数，1表示负数；剩余位为数值位 其数值位与其对应真值的绝对值数值位相同 例：真值： x1 = +1010100B x2= 1010100B 机器数： x1原 = 01010100 x2原 = 11010100 特点： 表示简单、直观 加减运算复杂,原码运算的复杂化问题,计算：(+19)+(+22) 0001 0011 + 0001 0110 可以直接进行计算 ！ 但是若计算：(-19)+(+22) 1001 0011 + 0001 0110 不能直接计算 ！ 要保证计算的正确性，需要判断符号是否相同： 如果相同，结果符号不变，并进行绝对值相加 如果不同，结果取绝对值大的数的符号，并进行绝对值相减,原码运算的复杂化问题,除原码之外，又引入了“补码”和“反码”的意义 补码的意义非同寻常 通过补码运算，可以把减法运算变成加法运算；而乘法可以用加法来做，除法可以转变成减法 可将符号位一起参与运算,原码、反码和补码,正数：原码、反码、补码相同 符号位为0，数值为对应的二进制数 109=01101101原 = 01101101反 = 01101101补 负数： 原码符号位为1，数值为绝对值的二进制数 109 = 11101101原 反码在原码的基础上，符号位不变，其它各位变反 109 = 10010010反 补码在反码的基础上，末位加1 109 = 10010011补,数的表示范围,无符号数 一个n位的无符号二进制数X，其表示范围为 0 X 2n-1 一个8位的无符号二进制数，其表示范围为（用十进制表示） 0 X 28-1=255 带符号数 一个8位的带符号二进制数，其表示范围为 原码： -127 +127 -(28-1-1) X +28-1-1 反码： -127 +127 -(28-1-1) X +28-1-1 补码： -128 +127 -28-1 X +28-1-1,溢出的意义,计算机所能