微型计算机基础(1).ppt

第1章 微型计算机基础,NUIST,主要内容,微型计算机发展概述,微型计算机系统的组成、 结构与工作过程,常用数制与编码表示方法,微型计算机中 数据的表示方法,1.1 微型计算机发展概述,1.1.1 微型计算机的发展,微型机的发展是以CPU的发展来表征的 第一代（1971年开始） 4位和低档8位微处理器时代,1.1.1 微型计算机的发展,微型机的发展是以CPU的发展来表征的 第二代（1973年开始） 8位微处理器时代,1.1.1 微型计算机的发展,微型机的发展是以CPU的发展来表征的 第三代（1978年开始） 16位微处理器时代,1.1.1 微型计算机的发展,微型机的发展是以CPU的发展来表征的 第四代（1983年开始 ） 32位微处理器时代,1.1.1 微型计算机的发展,微型机的发展是以CPU的发展来表征的 第五代（1993年开始 ） X86架构处理器时代,1.1.1 微型计算机的发展,微型机的发展是以CPU的发展来表征的 第六代（至今 ） 64位和双核微处理器时代,1.1 微型计算机发展概述,微型计算机的发展,1,1.1.2 微型计算机的特点,标准的工业化装配结构，体积小重量轻，系统扩展及性能升级容易 微型计算机的芯片集成度高，基本不需要人工焊点，降低了故障发生的概率，提高了可靠性 开放的标准体系结构和多元化的大规模工业生产使微型计算机的价格变得低廉 标准化的体系结构、超大规模集成电路、规模化的生产,NUIST,主要内容,微型计算机发展概述,常用数制与编码表示方法,微型计算机中 数据的表示方法,微型计算机系统的组成、 结构与工作过程,1.2 微型计算机系统的组成、结构与工作过程,微机系统的工作过程,2,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,微机的组成图,微型计算机的组成,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,微型计算机的组成CPU 运算器（ALU） 控制器（CU） 寄存器（Registers） 相关概念：字长,算术逻辑运算,指令译码 根据指令要求发出相应控制信息,存放数据,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,微型计算机的组成存储器 主存储器（内存储器） 外存储器,读操作,写操作,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,微型计算机的组成存储器相关概念 存储单元 存储容量 存储规则 CPU对存储器寻址,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,微型计算机的组成系统总线 地址总线AB：传送地址信息 输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址 地址线的多少决定了系统直接寻址的范围 数据总线DB ：传送数据信息 CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部 数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数 控制总线CB ：传送控制信息 协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号 控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等,例,特点,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微型计算机系统的组成,3个概念的区别,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微型计算机系统的组成,软件系统,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微型计算机的总线结构,根据功能和规范不同，大致分为四类 片内总线（Inner-Chip Bus） 片总线（Chip Bus） 内总线（Internal Bus） 外总线（External Bus，E-Bus）,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微处理器结构与基本功能,典型8位微处理器结构,ALU 主要完成算术和逻辑运算,累加器 运算和传输过程中 临时存储数据,指令寄存器 存放正在执行的指令代码,指令译码器 对指令代码进行分析、译码,寄存器组 包括通用寄存器、段寄存器、 标志寄存器FLAGS 和指令指针寄存器IP,1.2 微型计算机系统的组成、结构与工作过程,1.2.2 微机系统的工作过程,相关概念 时钟周期：最小时间单位 总线周期： CPU通过总线操作与外部（存储器或I/O端口）进行一次数据交换的过程 指令周期：一条指令经取指、译码、读写操作数到执行完成的过程。若干总线周期组成一个指令周期,演示,1.2.2 微机系统的工作过程,以一个模型机为例来说明微机的工作过程 假设计算12H34H，程序如下： MOV AL,12H ;将12H送到累加器中 ADD AL,34H ;计算12H+34H，结果送回累加器 编译后，两条指令对应的机器指令为： 10110000 00010010 ;“MOV AL,12H” 操作码 操作数 00000100 00110100 ;“ADD AL,34H” 操作码 操作数,演示,NUIST,主要内容,微型计算机发展概述,微型计算机系统的组成、 结构与工作过程,微型计算机中 数据的表示方法,常用数制与编码表示方法,1.3 常用数制与编码表示方法,计算机中信息的编码表示,2,1.3.1 计算机中常用的数制,任意r进制数N可以表示为 相关概念 基数 数码 权,1.3.1 计算机中常用的数制 不同数制间的转换,进制数转换成十进制数 任何数制可由数码乘上对应的权求和转换成十进制数 二进制数(1011.001)B 转换为十进制 （1011.001)B =123+022+121+120+02-1+02-2+12-3 =（11.125)D 八进制数（75.12)O 转换为十进制 （75.12)O = 781+580+18-1+28-2 =（61.15625)D 思考：十六进制（1A4.25)H 转换为十进制,1.3.1 计算机中常用的数制 不同数制间的转换,十进制数转换成 进制数 整数部分除 取余，直到商为0，余数从逆序排列 小数部分乘 取整数部分，留小数部分继续乘，直到小数部分为0或达到要求的精度为止,1.3.1 计算机中常用的数制 不同数制间的转换,思考： （1）将十进制数28转化成二进制数 (28)(D) = (11100)(B) （2）将十进制数23630转换成十六进制数 (23630)(D) = (5C4E )(H),1.3.1 计算机中常用的数制 不同数制间的转换,二进制、八进制、十六进制数间的转换 二进制数转换为八进制数时，分成整数部分和小数部分，每3位为一组对应一个八进制数，不满3位的补0；反之，八进制数、十六进制数转换为二进制数只需将1位对应成3位、4位二进制数即可,1.3 常用数制与编码表示方法,1.3.2 计算机中信息的编码表示,BCD码(二十进制编码) 用四位二进制数表示一个十进制数的编码 使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行 ASCII码 美国信息交换标准代码 American Standard Code for Information Interchange 用二进制编码来表示文字和符号 汉字编码,NUIST,主要内容,微型计算机发展概述,微型计算机系统的组成、 结构与工作过程,常用数制与编码表示方法,微型计算机中 数据的表示方法,1.4 微型计算机中的数据表示方法,反码,2,补码,3,1.4 微型计算机中的数据表示方法 原码,数在微型计算机中用二进制数表示，若是有符号数，最高位是符号位，1表示负数，0表示正数；数的表示范围受字长和数据类型的限制 整数X的原码除去最高位符号位外，其余数值部分就是它的绝对值的二进制数 +1原=00000001 +127原=01111111 -1原=10000001 -127原=11111111 +0原=00000000 -0原=10000000,1.3 常用数制与编码表示方法,补码,3,1.4 微型计算机中的数据表示方法 反码,整数X的反码：对于正数，反码同原码；对于负数，符号位为1，其余数值位取反 +1反=00000001 +127反=01111111 -1反=11111110 -127反=10000000 +0反=00000000 -0反=11111111,1.3 常用数制与编码表示方法,反码,2,1.4 微型计算机中的数据表示方法 补码,整数X的补码：对于正数，补码同原码；对于负数，符号位为1，其余数值位取反加1 +1补=00000001 +127补=01111111 -1补=11111111 -127补=10000001 注意：+0补=-0补=00000000，所以多一个编码10000000来表示-128,第一章结束,存储器的读操作 从10003H读入一个字节,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,1、CPU发地址10003H,2、地址10003H经过地址总线送到存储器,10003H,10003H,3、经过存储器的译码电路译码后选中10003H对应的存储单元,03H,4、CPU发读控制命令更令,5、10003H存储单元中的03H经由数据总线被读出,03H,返回,5、04H经由数据总线被入10000H存储单元,存储器的写操作 写04H到10000H存储单元,1.2.1 微型计算机系统的组成与结构 微机的组成,1、CPU发地址10000H,2、地址10000H经过地址总线送到存储器,10000H,10000H,3、经过存储器的译码电路译码后选中10000H对应的存储单元,4、CPU发写控制命令,04H,04H,返回,地址总线举例,返回,系统总线的使用特点,除了CPU外，还有DMA控制器和协处理器都具有控制系统总线的能力，它们又叫做总线控制器 在某一个时刻，只能由一个总线控制器来控制系统总线 在连接系统总线的各个设备中，某一时刻只能有一个向总线发送信号；但可以有多个设备从总线上同时获得信号,返回,微处理器、微型计算机、微型计算机系统的区别,微处理器（Microprocessor） 一个大规模集成电路芯片 内含控制器、运算器和寄存器等 微机中的核心芯片 微型计算机（Microcomputer） 通常指微型计算机的硬件系统 还有一般的说法：微机、微型机 微型计算机系统（Microcomputer system） 指由硬件和软件共同组成的完整的计算机系统,返回,微机系统中的四类总线,返回,周期介绍,返回,1.2.2 微机系统的工作过程,工作过程举例,10000H 10001H 10002H 10003H,1、初始：载入程序,PC自动加1，即由10000H变为10001H,2、PC的内容10000H送到地址缓冲器,1011 0000 0001 0010 0000 0100 0011 0100,10000H,10000H,10001H,3、地址缓冲器中10000H送到外部地址总线上至存储器，经地址译码器译码后，选中10000H单元,1.2.2 微机系统的工作过程,工作过程举例,4、CPU发读控制命令,10001H,5、10000H单元内容10110000通过数据线送到数据缓冲器,1011 0000,1011 0000,10000H,1.2.2 微机系统的工作过程,工作过程举例,6、数据缓冲器内容被送到指令寄存器，经过指令译码器译码为 “MOV AL,n”指令 ，发出相应控制命令，CPU取操作数,10001H,1011 0000,10000H,1011 0000,1011 0000,7、PC的内容10001H送到地址缓冲器,10001H,8、PC自动加1，由10001H变为10002H,10002H,1.2.2 微机系统的工作过程,工作过程举例,9、地址缓冲器中10001H通过外部地址总线送至存储器， 经过地址译码器译码后选中10001H单元,10002H,10001H,10001H,10、CPU发读控制命令,11、10001H单元内容00010010（12H）送到数据缓冲器,00010010,00010010,12、数据缓冲器中12H通过内部数据总线总线被送到累加器,00010010,17、10002H单元内容00000100通过数据线送到数据缓冲器,15、地址缓冲器中10002H送到外部地址总线上至存储器，经地址译码器译码后，选中10002H单元,18、数据缓冲器中内容送到指令寄存器， 经过指令译码器译码，发出相应控制命令,13、PC的内容10002H送到地址缓冲器,1.2.2 微机系统的工作过程,工作过程举例,14、PC自动加1，即由10002H变为10003H,10003H,10002H,10002H,10002H,00000100,00000100,16、CPU发读控制命令,00000100,00000100,21、地址缓冲器中10003H送至存储器， 经地址译码器译码后，选中10003H单元,20、PC自动加1，由10003H变为10004H,23、10003H单元内容0