n13第1章计算机概述

主讲教师：冯晓东[e-mail]电话：[phone]微型计算机原理课程简介一、课程重要性：二、课程总学时：64。课堂教学48学时，上机实验16学时三、课程内容简介：计算机的硬件组成结构及工作原理；计算机的指令系统及汇编语言程序设计；输入输出接口技术四、学习方法：理论学习与实验动手结合五、成绩评定方法：笔试70%，平时上课10%，上机实验20%参考书籍课程教材《微型计算机系统原理及应用》第3版杨素行等编著(清华大学出版社)课程简介●课程讲授(1)第一章微型计算机基础(2)第二章计算机的指令系统-S(3)第三章汇编语言程序设计-S(4)第四章半导体存储器-H(5)第五章数字量的输入输出-H(6)第六章模拟量的输入输出-H(7)总复习课程内容上机安排软件编程3次：周一下午8-9-10（121314周）电教楼1楼测控1-3硬件实验4次：周一下午（15161718周中间元旦）测控1，2班——16:00------17:30测控3，电科1——18:00-----19:30电科2.，3————19:30----21:00计算机楼三楼，硬件实验室1.2计算机基本结构1.3计算机主要技术指标1.1计算机发展与应用1微型计算机概述计算机定义计算机是一种能够接收信息，存储信息，按照存储在内部的程序对输入的信息进行加工处理，并可以将处理结果输出的高度自动化的电子设备。一、计算机的发展历史二、计算机系统发展动态三、计算机的应用领域1.1计算机发展与应用一、计算机的发展历史计算机年代的划分根据组成计算机元器件的不同而划分。第1代电子计算机由电子管组成。第2代电子计算机由晶体管组成。第3代电子计算机由中、小规模集成电路组成。第4代电子计算机由大、超大规模集成电路组成。第5代电子计算机由大、超大规模集成电路组成，并采用先进的人工智能。1946.2.15ENIAC1946年，在美国宾西法尼亚大学诞生埃尼克，公认为计算机的鼻祖。目前计算机速度已达万亿次/秒。每1-2年更新换代1次。■运算速度的不断提高将来的计算机会有人类的自学习、分析、判断、思维等智能功能。可以进行逻辑判断、逻辑推理、定理证明、常识性推理、自然语言的理解和生成、图像分析等。■智能化计算机计算机微处理器的集成度每2年翻一番。■芯片的集成度二、计算机系统发展动态三、计算机的应用领域计算机的应用领域十分广泛。从军事到民用，从尖端科学到家庭生活，从工农业生产到销费娱乐，从国民教育到文化艺术，从国民经济到事务的管理...，计算机的应用已渗透到人类活动的所有领域。1、科学计算与数据处理2、生产过程控制3、自动化仪器、仪表及装置4、信息管理与办公自动化5、计算机辅助设计6、计算机仿真7、人工智能8、文化教育、娱乐和家用电器数值计算数值计算求解上千阶微分方程求解几百个线性联立方程大量的矩阵运算其他应用计算机向各个领域进军机器人信息处理事务处理、管理应用辅助设计CADCAT、CAM、CAI、CAE人工智能感知、推理、学习、理解实时控制过程控制、模拟远程教育、医疗Internet网络CAT辅助测试CAM辅助制造CAI辅助教学CAE辅助工程微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器(CPU)软件外围设备运算器控制器存储器(内存)RAMROM外部设备辅助设备输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪…)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、…)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入/输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路1.2微型计算机系统组成结构图1-1微型计算机的结构框图微处理器CPU[大脑]存储器ROM存储器RAMI/O接口外部设备地址总线数据总线控制总线CLKT1T2T3TWT4RDDATA地址输出ADDRESS数据输入图1-2总线工作时序图1.3计算机主要技术指标●字长：CPU并行处理二进制数码的数据位数8位机、16位机、32位机和64位机。●运算速度：CPU处理速度、时钟频率、主频、每秒运算次数6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz、2.8GHz。MIPS（MillionsofInstructionPerSecond）每秒钟执行多少百万条指令●内存存取周期：内存读写速度30ns50nS、70nS、200nS。●内存容量：内存存储单元数,以字节为单位(B)容量单位：1KB=210=1024B，1MB=220=1024KB16M、64M、128M、256M、1G。22.1数和数制2.2带符号数的机器表示法2.3二进制数的小数表示-定点数和浮点数2.4BCD码及ASCⅡ码计算机中的数据信息2.1数和数制一、数的位置表示法及各种进位制数客观事物存在着多少和大小的差别，数是客观事物的量在人们头脑中的反映。一个数可以用不同的计数制度来表示它的大小，虽然形式不同，但数的“量”则是相等的。用一组数字表示数时，如果每个数字表示的量不但取决于数字本身，而且取决于它所在的位置，就称为位置表示法。对每个数位赋予一定的位值，称为权。每个数位上的数字所表示的量是数字和权的乘积。相邻两位中高位的权与低位的权的比值是常数，称此常数为基数。设基数为X，则一个数N，an-1an-2….a0.a-1…a-(m-1)a-m可展开为：N=an-1Xn-1+an-2Xn-2+….+a0X0+a-1X-1+…+a-(m-1)X-(m-1)+a-mX-m基数X的取值不同，便得到不同进位制数的表达式。2.1(续)当X=10时，得十进制数的表达式为：N10=∑ai10i其特点是：系数ai只能在0~9这十个数字中取值；每个数位上的权是10的某次幂；在加减运算中，采用“逢十进一”和“借一当十”的规则。当X=2时，得二进制数，其表达式为：N2=∑ai2i其特点是：系数ai只能在0和1这两个数字中取值；每个数位上的权是2的某次幂；在加减法运算中，采用“逢二进一”和“借一当二”的规则。同理，当X=16时，得十六进制数的表达式为：N16=∑ai16i其特点是:系数ai只能在0~15这16个数字中取值(其中0~9这10个数字借用十进制总的数码,10~15这6个数可用两种方法表示,即0,1,2,3,4,5或A,B,C,D,E,F)；每个数位上的权是16的某次幂；在加减法运算中，采用“逢十六进一“和“借一当十六”的规则。表2-1四种进位制中数的表示法，用后缀表示采用的进位制。B----二进制Q-----八进制H----十六进制十进制数可以用D后缀，也可以什么也不写八进制表2-1十进制、二进制、八进制、十六进制数码对照表十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制00000B0Q0H91001B11Q9H10001B1Q1H101010B12QAH20010B2Q2H111011B13QBH30011B3Q3H121100B14QCH40100B4Q4H131101B15QDH50101B5Q5H141110B16QEH60110B6Q6H151111B17QFH70111B7Q7H1610000B20Q10H81000B10Q8H二、各种进位制数的换算方法1．任意进位制数与十进制数之间的相互转换（1）任意进位制数转换成十进制数最简单的方法是根据任意进位制数的表达式按权展开后相加即可。例如：1011．110B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2+0×2-3=11.75732.14Q=7×82+3×81+2×80+1×8-1+4×8-2=474.18753ABF.E6H=3×163+10×162+11×161+15×160+14×16-1+6×16-2=15039.8984375XNX商1余1低位X商2余2┆X商m余m0高位（2）十进制整数转换为任意进位制整数常用的方法是除基取余法。设N是待转换的十进制整数，X是某一进位制的基数，则将N转换为X进位制数的方法如下：∴NX=余m余m-1…余2余1举例P4（3）十进制小数转换为任意进制小数常用的方法为乘基取整法。设N是待转换的十进制小数，X是某一进位制的基数，则将N转换为X进位制小数方法如下：N×X高位整1.小数1×X整2.小数2×X┇整m-1.小数m-1×X低位整m.00┅0∴NX=0.整1整2…整m例：0.125=0.001B0.625=0.101B0.1=0.0001100110011…B有时不能用有限位数的二进制小数表示十进制小数举例P5十进制数由整数和小数两部分组成时，必须分开转换。例如，25.25转换为二进制数，25＝11010B0.25＝0.01B25.25＝11010.01B（1）将十六进制数转换成二进制数只要把每一位十六进制数用相应的四位二进制数替换即可。例如：FA8.5CH=111110101000.010111B111110101000010111002.十六进制数与二进制之间的转换由于16=24，所以一位十六进制数对应于四位二进制数，二进制与十六进制间的转换十分简便。例：1D.67H=11101.01100111B0001110101100111举例P5（2）将二进制数转换成十六进制数转换方法：以小数点为界，向左（整数部分）、右（小数部分）每四位一组，不足四位者，在前面（整数部分）或后面（小数部分）补零，然后将每一组用对应的十六进制数替换即可。例如：100011101001.1100011B()H1000，1110，1001.1100，0110B=8E9.C6H补零11011.1B()H0001，1011.1000B=1B.8H3.八进制数与二进制之间的转换由于8=23，所以一位八进制数对应于三位二进制数，二进制与八进制间的转换十分简便。（1）将八进制数转换成二进制数只要把每一位八进制数用相应的三位二进制数替换即可。例如：256.71Q=10101110.111001B010101110111001（2）将二进制数转换成八进制数转换方法：以小数点为界，向左（整数部分）、右（小数部分）每三位一组，不足三位者，在前面（整数部分）或后面（小数部分）补零，然后将每一组用对应的八进制数替换即可。例如：10111011.0011101B()H010111011.001110100B=273.164Q补零三、二进制数的权值及运算方法1.二进制数的权值应用前面介绍的方法进行转换时，有时显得繁琐。若能熟记二进制数各位上用十进制表示的权，如表2-2所示，将能大为简化转换的步骤。例如，要将65转换成二进制数，若用连除法，需要很多步，但我们查看权值表可知26=64、25=32…..20=1注意:从低位到高位二进制数的权值为20、21、22┅而65=64+1，这个等式说明，转换后的二进制数第0位与第6位为1，其余全为0，因而我们可很轻松地计算出65=1000001B。表2-2二进制数的“权值”表2nn2-n101.0210.5420.25830.1251640.06253250.031256460.01562512870.007812525680.0039062551290.0019531251024100.00097656252048110.000488281254096120.0002441406258192130.000122070312516384140.0000610351562532768150.00003051757812565536160.0000152587890625例如：115=64+32+16+2+1，则115=1110011B。↑↑↑↑↑2625242120反之，计算二进制数对应的十进制值，熟记权值就更加重要例如：1011001B=64+16+8+1=892．二进制数的运算方法二进制计数制除物理实现简便外，运算方法也比十进制计数制简单。（1）二进制加法一位二进制数的加法规则为：0+0=00