西南交通大学《微机原理及应用》第一章课件

B×r = b1 +b2 ×r1 LL+bm ×rm+1
举例 P22～P23
35
二进制与八进制数之间的转换
二进制转换为八进制数
可采用“三位合一位法”。“三位合一位法”法则是：从二进 制数的小数点开始，向左或向右每三位,不是三位以0补足之 （整数部分不足3位，左边补0；小数部分不足3位，右边补 0），然后分别把每组用八进制数码表示，并按序相连。
地址
00H
பைடு நூலகம்02 03
AB 8
译码器
FE FF
3EH 03H DB AB 8
地址 译码器
25H DB
RD
控制电路
WR 随机存取存储器 控制电路 随机存取存储器
读操作
写操作
23
存储器的特点
读操作完成后，原存储单元中的内容仍保持不变， 它允许多次读出同一单元的内容。
对存储单元执行写入操作将破坏该存储单元原存储的 内容，即由新内容代替了原来存储的内容，原来储存 内容将被清除。
6
微型机的发展史
计 算 机 发 展 到 第 四 代 出 现 了 微 处 理 器 Central Processing Unit)，它的发展代表了微 型机的发展史，大致可分为5代：
第一代微处理器（1971—1973年） 第二代微处理器（1974—1978年） 第三代微处理器（1978—1981年）
第四代微处理器（1981—1992年）
4
电子计算机理论的创立
冯· 诺依曼（Von Neumann）确立了现代计算机 的基本理论 计算机由5个基本部件构成： 输入器、输出器、运算器、存储器和控制器
采用二进制进行运算
引入存储器存储程序和数据，计算机自动高速的 从存储器取出指令并执行指令
这些基本原则至今仍然被现代计算机所采 用，因此现代计算机一般被称为冯· 诺依曼结构 计算机。
能源部联合制作完成的超级计算机。 它被广泛应用在生命科学、气象预测、天文观测、材料科
学、数字电影特效等领域。
10
Return
11
微型计算机的分类
1、单片微型计算机 2、单板微型计算机 3、多板微型计算机
12
微型机系统的组成
完整的微机系统包括硬件和软件两部分组成：
微机系统结构图
13
微机系统软件
5
计算机的发展史
第一代：电子管计算机时代（1946—1957年） 第二代：晶体管计算机时代（1958—1964年）
第三代：集成电路计算机时代（1964—1972年）
第四代：大规模集成电路计算机时代（1972年至今） 目前又提出了所谓第五代计算机 • 特大规模集成电路ULSI(UltraLarge Scale Integration) • 超大规模集成电路SLSI(Super large Scale Integration) • 巨大规模集成电路GLSI(Great Large Scale Integration)
为避免混淆，规定以字符打头的十六进制数前面必须加0。 28 例如：0F789H，0FACEH。
十进制计数
基数为10，逢十进位 第i位权值为10i
第i位取值范围为0~9
例：
123.45＝1×102＋2×101＋3×100＋4×10－1＋5×10－2
29
二进制计数
基数为2，逢二进位 第i位权值为2 例：
2. 进位计数制之间的转换 3. 信息在计算机中的编码
26
进位计数制
r进制计数的一般表达式
Ar = ± an1 ×rn1 + an2 ×rn2 +LL+ a0 ×r0 + a1 ×r1 +LL+ am ×
N 1
[
]
m
r i——r进制计数制第i位的权 a i ——第i位的取值 a i =0,1,…r-1 进位计数制的实质是位置计数法，不同位置的权 值不同。
• 暂存器 TMP（Temporary）
• 算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit） 由并行加法
器和其它逻辑电路（如移位电路、控制门等）组成。完 成各种算术逻辑运算及其它一些操作。
• 标志寄存器F（Flag）或称程序状态字（PSW）
19
CPU的基本结构
控制器
• 指令寄存器IR（Instruction Register）
第一章：计算机基础
1
本章内容提要
1 2 3 4 5 微机的发展历史，微机系统组成，三总线概念 微处理器构造及其指令执行过程 进位计数值（2、8、10、16进制）及其相互转 换，二进制数的运算规则 编码（BCD码，ASCII码，汉字码，图形信息编 码） 无符号数及带符号数的表示方法；机器数和真 值；带符号数的编码和运算；定点数和浮点数 本章难点： 机器数与真值、溢出的判断方法
35.71Q＝3×81＋5×80 ＋ 7× 8－1 ＋ 1×8－2
＝ 29.890625D 70F.B1H＝7×162 ＋ F×160 ＋ B×16－1 ＋ 1×16－2 ＝1807.6914D
33
十进制数转换为任意进制数
十进制数转换为任意进制数（整数与小数分别处理） 整数部分采用除基取余法
设任意十进制正整数A，可表示为r进制：
位（bit）：记作b 字节（Byte）：记作B 1B=8b
千字节（210字节）：记作KB，1KB=1024B
兆字节（220字节）：记作MB，1MB=1024KB GB （230字节）：1GB=1024MB
TB （240字节）：1TB=1024GB
21
存储器结构图
存储体
1位/4位/8位
00
×× ×× ×× 数 据 缓 冲 器 DR
A = an1 ×rn1 + an2 ×rn2 +LL+ a1 ×r1 + a0
上式两边除以r，则有：
A/ r = an1 ×rn2 + an2 ×rn3 +LL+ a1 + a0 / r
因0<=a0<=r-1且为整数，a 0 即为除法后的余数。因此，数 A第一次除以基数r后的余数即为r进制数的最低位。重复上述 过程直至商为0，可依次得到r进制数的系数 举例P21～P23
1. 随机存取存储器RAM（Random Access Memory）。所 谓“ 随机存取” 即所有存储单元均可随时被访问，既 可以读出也可以写入信息。 2. 只读存储器ROM（Read Only Memory），只能读出内 容的存储器
24
第二节 微型计算机的数制
及其转换
25
主要内容
1. 进位计数制与二进制
寄存器阵列RA（Register Array）
• 通用寄存器R1～R8 • 程序计数器PC（Program Counter）
• 堆栈指针SP（Stack Pointer）
18
CPU的基本结构
运算器
• 累加器A（Accumulator） 它有两个功能：运算前寄存 第一操作数，是ALU的一个操作数的输入端；运算后存放 ALU的运算结果。它既是操作数寄存器又是结果寄存器。
然灾害预报，基因研究、太空模拟实验
等数据量非常巨大的研究工作。
9
世界之最
蓝 色 基 因 Blue Gene/L是目前世界常最快的超级计算机，其 峰值速度能够达到360万亿次浮点计算。这台超级计算机内部 拥有65536颗处理器，同样运行着Linux操作系统，并 在应用
程 序 领 域 有 所 创 新 。这是IBM公司、利弗莫尔实验室和美国
2
第一节：计算机的基本概念
3
电子计算机的定义：
电子计算机是一种能够自动而又精确地对信 息进行处理的现代化电子设备。
电子计算机的起源： 为了加快计算速度与精度，人们一直在尝试 制造计算机—— 从机械计算机到电子计算机 第 一 台 具 有 现 代 意 义 的 电 子 计 算 机 （Electronic Numerical Integrator And Computer）
微型计算机的软件分为系统软件和用户软件 （应用软件）。 系统软件是指不需要用户干预的能生成、准备 和执行其它程序所需的一组程序。 用户软件是各用户为解题或实现检测与实时控 制等不同任务所编制的应用程序。 程序设计分为3级: ① 机器语言程序设计； ② 汇编语言程序设计； ③ 高级语言程序设计。
14
• •
按在系统中的不同位置，总线还可分为：
内部总线 外部总线
16
CPU的基本结构
运算器
控制器
17
CPU的基本结构
微型计算机中的运算器和控制器合起来称为CPU，人们把CPU 称为微处理器Microprocessor
内部采用总线、累加器结构，管脚功能分时复用，广泛采用
三态电路（TSL）等。引脚采用分时复用技术可节约成本， 但系统的复杂性增加
27
常用计数值及其标记方法
常用的计数制有二、八、十和十六进制
标记方法1： 把数加上方括号，并在方括号右下角标注数制代号， 如[101]16、[101]8、[101]2和[101]10分别表示十六进制、八 进制、二进制和十进制 标记方法2： 用英文字母标记，加在被标记数的后面，分别用 B(Binary)、Q(Octal)、D(Decimal)和H(Hexadecimal)大写字 母表示二进制、八进制、十进制和十六进制数，其中，十进 制数中的D可以省略。 如77Q为八进制数、101B为二进制数
地 址 输 入 引 脚 控 制 信 号 引 脚
地 址 寄 存 器 AR
01 地址
随机存取存储器
02 03
××
┇
译码器
FE FF
┇ ×× ××
数 据 输 入 输 出 引 脚
从 CPU来的 R/W信号
控制电路
存储芯片
22
存储器的操作过程
8位 00 01 00111110 ×× ×× ×× ┇ ┇ ×× ×× 00 01 02 03 FE FF 8位 ×× ×× ×× 00100101 ┇ ┇ ×× ××
微机系统硬件结构
15
总线的概念
总线：所谓总线，是连接多个功能部件或多个装置的一 组公共信号线 按所传送信息的类型总线可分为：
数据总线DB（Data Bus）：传送计算机中的数据信息的信 号线（双向，三态） 地址总线AB（Address Bus）：传送计算机中的地址信息 的信号线 控制总线CB（Control Bus）：传送计算机中的控制信息 的一组总线
• 指令译码器ID（Instruction Decoder）
• 定时控制电路（Timing and Control）
数据和地址缓冲器
简称总线缓冲器，是数据或地址信号的进出口。用 来隔离微处理器内部总线和外部总线，并提供附加的
驱动能力及信号整形功能。
20
存储器概述
存储器是用来存放程序和数据的。在机器内部，程序 和数据都是用二进制代码的形式表示。 区分：存储单元地址与存储单元内容 常用的存储容量单位
第五代微处理器（1992年~至今）
7
计算机的分类
1. 巨型机(超级计算机) 2. 大中型机 3. 小型机 4. 微型机
5. 工作站
计算机的发展将走向两个极端： 巨型化 和 微型化 Next
8
超级计算机问世
1996年12月2日，美国英特尔公司为
美能源部开发出世界上速度最快的超级
计算机，每秒可运算1.4万亿次，在超级 计算机发展史上首次突破每秒万亿次大 关。 该计算机开发耗资5500万美元。它将 主要用来模拟核实验，并进行天气和自
31
十六进制计数
基数为16，逢十六进位 第i位权值为16i
第i位取值范围为0~9 A~F
例：
70F.B1H＝7×162 ＋ F×160 ＋ B×16－1 ＋ 1×16－2 ＝1807.6914D
十六进制数在本课程中常用
32
任意进制数转换为十进制
任意进制数转换为十进制：按权值展开相加 例如：
10110.11B=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+1× 2－1+1×2－2 ＝1×24＋1× 22＋1×21＋1×2－1＋1×2－2 ＝22.75D
34
十进制数转换为任意进制数
小数部分采用乘基取整法 设任意十进制小数B，可表示为r进制小数
B = b1 ×r1 +b2 ×r2 LL+bm ×rm
上式两边乘以r，则有： 可见，十进制小数乘以一次基数r后，乘积的整数部分即 为r进制小数的最高位。重复上述运算，可依次得到r进制 小数的各位系数。 任何十进制整数都可以精确转换成一个r进制整数，但十进 制小数却不一定可以精确转换成一个r进制小数，小数转换 位数视精度要求确定
10110.11B=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+1× 2－1+1×2－2 ＝1×24＋1× 22＋1×21＋1×2－1＋1×2－2 ＝22.75D
i
第i位取值范围为0，1
目前，绝大多数的计算机采用二进制计数
30
八进制计数
基数为8，逢八进位 第i位权值为8 例：
i
第i位取值范围为0~7 35.71Q＝3×81＋5×80 ＋ 7× 8－1 ＋ 1×8－2 ＝ 29.890625D