《微机原理与接口技术-周荷琴第4版全套课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术-周荷琴第4版全套课件（545页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 绪论主要内容 微型计算机的组成 计算机中数制及其转换 符号数的表示及运算 数的定点与浮点表示1.1 概 述一、电子计算机的发展： 电子管计算机（1946-1956） 晶体管计算机（1957-1964） 中小规模集成电路计算机（1965-1970） 超大规模集成电路计算机（1971-今）二、电子计算机按其性能分类： 大中型计算机/巨型计算机（Mainframe Computer） 小型计算机（Minicomputer） 微型计算机（Microcomputer） 单片计算机（Single-Chip Microcomputer） 微型计算机的发展是以微处理器的发展 来表征的 微处理器的集成度
2、每隔18-24个月就会翻 一番，芯片的性能也随之提高一倍-摩尔定律Intel CPU的发展见下页表代发表 年份字长 (bits)型号线宽 (m)晶体管数 (万个)时钟频率 (MHz)速度 (MIPS)一1971 19724 84004 8008500.2 0.3300七2002 ？64Itanium？0.08CPU:2.5K Cache:30K800(20条指令/ 时钟周期)3000三、微型计算机的组成I/O设备CPU运算器 控制器内存 RAM ROMI/O接口AB 地址总线DB 数据总线CB 控制总线8255、8250（8251） 8253、8259键盘、打印机 显示器、软硬盘 A/D、D/
3、A等1、微处理器微处理器（CPU）是大规模集成电路技术做成的芯片，芯 片内集成有控制器、运算器和寄存器等相关部件，完成对计算 机系统内各部件进行统一协调和控制。2、存储器功能：存放程序和数据。存储器内存（主存 ）外存（辅存 ）RAMROMSRAM DRAMROM EPROM E2PROM 软盘、U盘硬盘（移动硬盘）光盘 AMD Athlon II X2 240/盒装 本周劲热排 行第3位 参考价格： ￥380(全国) 接口类型：Socket AM3(938) 生产工艺：45纳米 主频：2.8GHz 二级缓存：L2=21M 核心数量：双核AMD Phenom II X2 550/黑盒 参考价格：
4、 ￥740(全国) 接口类型：Socket AM3(938) 核心类型：Stars 生产工艺：45纳米 主频：3.1GHz 二级缓存：L2=2512K 三级缓存：L3=6M 核心数量：双核3、I/O设备和I/O接口（1）、I/O设备：微机配备的输入/输出设备（外设）。标准输入/输出设备（控制台）：键盘和显示器（CRT） 。I/O设备输入设备输出设备键盘 鼠标 扫描仪、数码相机显示器打印机绘图仪（2）、I/O接口：连接外设备和系统总线，完成信号 转换、数据缓冲、与CPU进行信号联络等工作。显示器卡：完成显示器与总线的连接。声卡：完成声音的输入/输出。网卡：完成网络数据的转换。扫描卡：连接扫描仪到
5、计算机。调制解调器卡：模拟信号与数字信号相互转换。键盘接口、打印机接口等。232接口：串行数据接口。USB接口：通用串行接口。4、系统总线（1）、总线：传递信息的一组公用导线。（2）、系统总线：从处理器引出的若干信号线，CPU通过它们 与存储器或I/O设备进行信息交换。系统总线分为：（A）、地址总线：传递地址信息的总线，即AB。CPU在地址 总线上输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址，该总线为单 向总线。内存容量的计算：16条地址线可访问 216 = 64 KB。20条地址线可访问 220 = 1 MB。1K = 1024B 1M = 1024 KB 1G = 1024 MB （B）、数据
6、总线：传递数据信息的总线，即DB。在CPU进行读操作时，内存或外设的数据通过数据总线送往CPU ；在CPU进行写操作时，CPU数据通过数据总线送往内存或外设， 数据总线是双向总线。（C）、控制总线：传递控制信息的总线，即CB。控制总线的方向：一部分是从CPU输出：通过对指令的译码，由CPU内部产生，由 CPU送到存储器、输入/输出接口电路和其它部件。如时钟信号 、控制信号等。另一部分是由系统中的部件产生，送往CPU，如：中断请求信号 、总线请求信号、状态信号。控制总线的部件（总线主控设备）：CPU 和 DMA 控制器。被总线控制的部件（总线控制设备）：存储器 和 I/O设备。总线的使用特点：1
7、、在某一时刻，只能由一个总线主控设备来控制总线 ，其它总线主控设备此时必须放弃对总线的控制。2、在连接系统的各个设备中，在某一时刻只能有一发 送者发送信号，但可以有多个设备从总线上同时获得 信号。3、通过总线插槽来接口板连接。四、微机主要性能指标1、字长字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的 位数，它通常取决于微处理器内部通用寄存器的位 数和数据总线的宽度。微处理器的字长有4位、8位 、16位、32位和64位等等。 8088称为准16位微处理器，而80386SX称为准32位 微处理器。2、主频主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行 速度，主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位 是M
8、Hz。现在一般用G表示。如P4 /28G3、运算速度 MIPS是Millions of Instruction Per Second的缩写，用 来表示微处理器的性能，意思是每秒钟能执行多少 百万条指令。 由于执行不同类型的指令所需时间长度不同，所以 MIPS通常是根据不同指令出现的频度乘上不同的系 数求得的统计平均值。4、主存容量主存储器所能存储的信息总量称为主存容量。主存 容量一般以字节为单位。如256MB、512MB位：二进制信息的最小单位。字节：由8位二进制所组成。1.2 计算机中的数制和编码 一、计算机中常用的进制数 人们最常用的数是十进制数，计算机中采用的是二 进制数，同时有的时候为
9、了简化二进制数据的书写 ，也采用八进制和十六进制表示方法。下面将分别 介绍这几种常用的进制。 1、十进制数十进制数是大家熟悉的，用0，1，2，8，9十 个不同的符号来表示数值，它采用的是“逢十进一 ，借一当十”的原则。 2、二进制表示法 基数为10的记数制叫十进制；基数为2的记数制叫做二 进制。 二进制数的计算规则是“逢二进一，借一当二”。 二进制表示数值方法如下：NB = Ki * 2i 其中：Ki = 0 或 1ni=-m例：二进制数1011.1表示如下：(1011.1)B= 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1运算规则：加法运算：0+0 =
10、 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二进一）减法运算：0-0 = 0 10-1 =1 （借位） 1-0 = 1 1-1 =0乘法运算：0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1 除法运算 0 / 1 =0 1 / 1 =13、八进制表示法 八进制数是基数为八的计数制。八进制数主要采用0， 1，2，7这八个阿拉伯数字。 八进制数的运算规则为“逢八进一，借一当八”。八进制表示数值方法如下：NO = Ki * 8i 其中：Ki = 0 、1、2、3、4、5、6、7ni=-m例：（467.6)O=4 * 82 + 6 * 81 + 7 * 80 + 6
11、 * 8-14、十六进制表示法基数为16，用0 - 9 、A - F 十五个字符来数值，逢十六 进一。各位的权值为 16i 。二进制表示数值方法如下：NH= Ki * 16i 其中：Ki = 0 - 9 、A - Fni=-m例：（56D.3)H = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1二、进制间的转换1、二进制数和十进制数之间的转换（1）、二进制数转换为十进制数方法：按二进制数的位权进行展开相加即可。例:11101.101=124+123+122+021+120+12-1+02-2+12-3 =16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =2
12、9.875 （2）、十进制数转换为二进制数方法：A、将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把转 换结果进行相加。B、整数转换采用除2取余法：用2不断地去除要转换的 数，直到商为0。再将每一步所得的余数，按逆序排列 ，便可得转换结果。C、小数转换采用乘2取整法：每次用2与小数部分相乘 ，取乘积的整数部分，再取其小数部分乘2直到小部分 为0。将所取整数顺序放在小数点后即为转换结果。例：将（136）D转换为二进制数。2 136 余数（结果） 低位2 68 - 02 34 - 02 17 - 02 8 - 12 4 - 02 2 - 02 1 - 00 - 1 高位转换结果：（136）D=（1000
13、1000）B例：将（0.625)D转换为二进制数。0.625 * 2 1.25 * 2 0.5 * 2 1.0 取整： 高位 低位转换结果：(0.625)D = (0.101)B若出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据 计算精度的要求截取一定的位数即可。如0.6* 2 2、二进制数和八进制数、十六进制数间的转换（1）、二进制数到八进制数、十六进制数的转换A、二进制数到八进制数转换采用“三位化一位”的方法 。从小数点开始向两边分别进行每三位分一组，向左 不足三位的，从左边补0；向右不足三位的，从右边补 0。B、二进制数到十六进制数的转换采用“四位化一位”的 方法。从小数点开始向两边分别进行
14、每四位分一组， 向左不足四位的，从左边补0；向右不足四位的，从右 边补0。例：将(1000110.01)B转换为八进制数和十六进制数。1 000 110 . 01 001 000 110 . 010( 1 0 6 . 2 )O二进制数到十六进制数的转换：（1000110.01）B = 100 0110 . 01 0100 0110 . 0100 (4 6 . 4)H（2）、八进制、十六进制数到二进制数的转换方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。按顺序写 出每位八进制（十六进制）数对应的二进制数，所得 结果即为相应的二进制数。例：将(352.6)o转换为二进制数。3 5 2 . 6011 101 010 110 =(11 101 010 . 11)B三、 机器数的表示机器数：数值数据在计算机中的编码。机器数的真值：机器数所代表的实际数值。常用的编码方案：原码、反码、补码。1、原码表示法原码：用最高位表示符号，其中：0-正、1-负， 其它位表示数值的绝对值。定义：例：求X1=1011，X2=-1011的原码。（8位） X1原=00001011 X2原=100010110
