微型計算機(jī)基礎(chǔ)知識ppt課件

.,微型計算機(jī)原理與接口技術(shù),主講：張銀行手機(jī)號.,成績計算方法：卷面成績占70%平時成績：（作業(yè)+回答問題+實驗成績提出問題+出勤率）30%,.,主要內(nèi)容,第一章：微型計算機(jī)基礎(chǔ)知識第二章：80X86CPU第三章：微型計算機(jī)指令系統(tǒng)第四章：匯編語言程序設(shè)計第五章：存儲器及與CPU的接口第六章：輸入/輸出接口及中斷技術(shù)第七章：總線和總線標(biāo)準(zhǔn)第八章：常用可編程并行數(shù)字接口芯片及其應(yīng)用第九章：串行通信接口及總線標(biāo)準(zhǔn)第十章：模擬接口技術(shù)第十一章：常用外設(shè)和人機(jī)交互接口,.,第1章微型計算機(jī)基礎(chǔ)知識,1.微型計算機(jī)的發(fā)展概況與應(yīng)用2.微型計算機(jī)中的數(shù)制系統(tǒng)3.微型計算機(jī)組成原理4.CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微機(jī)的工作過程,.,基本要求：1.掌握微型計算機(jī)的概念和基本結(jié)構(gòu)2.了解微型計算機(jī)的發(fā)展歷程3.重點掌握計算機(jī)中的數(shù)制系統(tǒng)4.重點原碼、補(bǔ)碼和反碼5.了解計算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和軟件系統(tǒng)6.初步了解微型計算機(jī)的工作過程,.,1.1微型計算機(jī)的發(fā)展概況與應(yīng)用,微型計算機(jī)是指以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件的微處理器(CPU)為核心，配以存儲器、輸入/輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計算機(jī)。,.,一、微型計算機(jī)的發(fā)展概況,1、微型計算機(jī)的誕生1946年第一臺計算機(jī)ENIAC在美國問世以后，人們接觸最多的是微型計算機(jī)，它誕生于20世紀(jì)70年代，其發(fā)展以微處理器的發(fā)展為主要標(biāo)志。,.,到目前為止，電子計算機(jī)先后經(jīng)歷了四代：電子管計算機(jī)、晶體管計算機(jī)、集成電路計算機(jī)、大規(guī)模超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。按性能、價格和體積對計算機(jī)分類：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)。微型計算機(jī)的特點：集成度高，體積小，重量輕，價格低廉；部件標(biāo)準(zhǔn)化，易于組裝與維修；高可靠性及適應(yīng)性。,.,2、微型計算機(jī)發(fā)展概況,.,(1)4位處理器Intel40041971年，Intel公司成功地把傳統(tǒng)的運算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，發(fā)布了第一款微處理器芯片4004，如圖所示。,.,Intel4004,.,(2)8位處理器Intel8008/8080/80851972年，Intel公司研制出8008處理器，字長為8位，如圖所示。1974年，研制出8008的改進(jìn)型號8080。,.,(3)16位處理器Intel8086/8088/80286Intel8086/8088處理器1978年，Intel公司推出了首枚16位微處理器i8086，1979年，Intel公司開發(fā)出8088處理器，如圖所示。,.,Intel80286處理器1982年，Intel推出了80286處理器，如圖所示為Intel80286的外觀。,.,(4)32位處理器Intel80386/80486Intel80386處理器1985年，Intel發(fā)布80386DX處理器，如圖所示。,.,除Intel公司生產(chǎn)386芯片外，還有AMD、Cyrix、IBM、Ti等公司也生產(chǎn)與80386兼容的芯片，如圖所示。,.,Intel80486處理器1989年，Intel推出了80486芯片，最初類型是80486DX，如圖所示。,.,80486和80386一樣，也陸續(xù)出現(xiàn)了幾種類型。1990年，推出了80486SX，它是一種低價格芯片，與80486DX的區(qū)別在于它沒有數(shù)學(xué)協(xié)處理器。其他公司也推出了與80486兼容的CPU芯片，如圖所示。,.,從80486開始首次出現(xiàn)了處理器倍頻技術(shù)，該技術(shù)使處理器內(nèi)部工作頻率為處理器外部總線運行頻率的2倍或4倍，486DX2與486DX4的名字便是由此而來的，如圖所示。例如80486DX2-66，處理器的頻率是66MHz，而主板的外頻是33MHz，即CPU內(nèi)頻是外頻的2倍。,.,(5)IntelPentium處理器1993年，Intel公司發(fā)布了Pentium（奔騰）處理器，如圖所示。與PentiumMMX屬于同一級別的CPU有AMDK6與Cyrix6x86MX等，如圖所示。（Cyrix1999年被VIA（威盛）收購）,.,(6)IntelPentium處理器1997年，Intel公司發(fā)布了Pentium處理器，如圖所示。同期，AMD公司和Cyrix公司分別推出了同檔次的AMDK6-2和CyrixM，如圖所示。,.,1998年4月，Intel推出了Celeron（賽揚）處理器，其中最為成功的是采用Socket370架構(gòu)的Celeron333和366，如圖所示。,.,(7)IntelPentium處理器1999年，Intel公司發(fā)布了Pentium處理器，如圖所示。2000年3月，AMD公司領(lǐng)先于Intel公司率先推出了1GHz的Athlon微處理器，其性能超過了Pentium，如圖所示。,.,為了降低成本，后來的Pentium都改為Socket370架構(gòu)，時鐘頻率有667MHz，733MHz，800MHz，933MHz和1GHz等，其外觀如圖所示。,.,2000年，Intel公司推出了簡化Pentium的Celeron處理器，也采用Socket370處理器架構(gòu)，其外觀如圖所示。同期，AMD公司推出了Athlon（速龍），如圖所示。它采用462針的SocketA架構(gòu)，時鐘頻率為700MHz1.4GHz，內(nèi)建MMX和增強(qiáng)型3DNow!技術(shù)。注釋：MMX:是MultiMediaeXtensions(多媒體擴(kuò)展)，MMXCPU極大地提高了電腦的多媒體(如立體聲、視頻、三維動畫等)處理功能AMD公司還推出了Athlon（速龍）的簡化版本Duron（鉆龍），如圖所示，也采用SocketA架構(gòu)，時鐘頻率為600950MHz。,.,(8)IntelPentium4處理器Intel公司在2000年11月發(fā)布了Pentium4處理器，如圖所示。后期的Pentium4處理器均基于Socket478架構(gòu)，采用Northwood核心，0.13m制造工藝，集成了5500萬個晶體管，主頻為1.82.4GHz，如圖所示。,.,同樣，Pentium4的簡化版本Pentium4Celeron也采用了Socket478架構(gòu)，主頻頻率為1.4GHz以上，Pentium4CeleronCPU的外觀如圖所示。,.,同期，AMD公司推出了AthlonXP（速龍XP），如圖所示，仍采用SocketA架構(gòu)，以全面對抗Pentium4。AthlonXP具有當(dāng)時最強(qiáng)大的浮點單元設(shè)計和優(yōu)秀的整數(shù)計算單元。經(jīng)廣泛測試顯示，Pentium4需要多付出300400MHz的工作頻率才可以獲得與AthlonXP相當(dāng)?shù)男阅堋?.,2004年6月Intel推出了SocketLGA775架構(gòu)的Pentium4、CeleronD及Pentium4EE處理器。SocketLGA775架構(gòu)Pentium4處理器的外觀，如圖所示。后來，Intel推出了采用SocketLGA775架構(gòu)的Pentium4ExtremeEdition3.4GHz處理器。,.,(9)64位處理器(a)AMDAthlon64系列對x86架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，從而實現(xiàn)同時兼容32位和64位運算，這一理念是由AMD率先提出。2003年9月，AMD發(fā)布了桌面64位Athlon64系列處理器（也稱K8架構(gòu)）。K8在很多應(yīng)用上都領(lǐng)先當(dāng)時的IntelPentiumD。面向臺式機(jī)的AMD64位處理器分為Athlon64和Athlon64FX，如下圖所示。,.,(b)IntelPentium464位系列Intel公司于2005年2月發(fā)布了桌面64位處理器，并冠以6xx系列的名稱。不僅Pentium46xx系列全部具備64位技術(shù)，而且在新的Pentium45xx系列中也引入64位技術(shù)，它們的命名方式是Pentium45x1，以后綴為1來表示。在入門的CeleronD中，使用LGA775封裝的產(chǎn)品及最新的雙核心PentiumD處理器，也支持64位技術(shù)。,.,(10)雙核心處理器(a)PentiumD和PentiumExtremeEditionIntel在2005年4月發(fā)布了雙核心處理器，如圖所示。,.,(b)Athlon64X22005年5月，AMD發(fā)表了面向服務(wù)器和工作站的企業(yè)級x86雙核計算平臺AMD雙核皓龍?zhí)幚砥鱋pteron和面向桌面型的雙核速龍?zhí)幚砥鰽thlon64X2（包括4800+、4600+、4400+及4200+等），采用Socket939架構(gòu)，如圖所示。與Intel雙核心PentiumD/ExtremeEdition處理器相比較，在處理單線程應(yīng)用程序方面，Athlon64X24800+的表現(xiàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出前者。,.,(11)Intel新一代Core微架構(gòu)現(xiàn)在，Pentium、Pentium2、Pentium3、Pentium4、PentiumD使用的NetBurst架構(gòu)已經(jīng)不能滿足性能、功耗等方面的需求。2006年7月，Intel發(fā)布了新一代的全新的微架構(gòu)桌面處理器Core2Duo（酷睿2），并且正式宣布Pentium時代結(jié)束。Core2Extreme、Core2Duo的產(chǎn)品標(biāo)識，如下圖所示（其中Core2DuoQuad是四核處理器的標(biāo)識）。,.,2006年11月，Intel發(fā)布了的四核桌面處理器，分為兩大系列：Core2Quad（酷睿2四核），以Q開頭；Core2QuadExtreme（酷睿2四核極品版），以QX開頭。Core2四核系列處理器的核心代號為Kentsfield，從技術(shù)上說，與當(dāng)前的Core2Duo并沒有區(qū)別，它只不過是將兩個Conroe核心整合到同一塊基板之上，稱為非原生四核，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。,.,(12)AMD新一代K10微架構(gòu)2007年11月AMD發(fā)布了基于全新K10架構(gòu)的Phenom處理器系列，是該公司第一款四核處理器。Phenom處理器的中文名“羿龍”，取自中國古老神話“后羿射日”。在K6之后，AMD的K7、K8架構(gòu)桌面產(chǎn)品都采用了Athlon品牌，與筆記本的Turion和服務(wù)器的Opteron組成AMD的整體產(chǎn)品線。而進(jìn)入K10架構(gòu)之后，Athlon將被廢棄，取而代之的是新的Phenom處理器。,.,Phenom處理器采用HyperTransport3.0總線技術(shù)，可提供最高14.4GBps的系統(tǒng)帶寬，為1080p（19201080逐行掃描）高清視頻播放和極高分辨率游戲提供帶寬。同時集成的內(nèi)存控制器最高支持DDR2-1066。AMD稱，熱設(shè)計功耗95W的Phenom處理器在開啟節(jié)能技術(shù)后，功耗大大降低，消費級應(yīng)用平均為32W、辦公級應(yīng)用平均為29W。Phenom處理器的標(biāo)識，如圖所示。,.,.,.,.,.,3、嵌入式計算機(jī)的分類嵌入式微處理器EMPU采用“增強(qiáng)型”通用微處理器，目前主要有：Am186/188、Intel386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。嵌入式微控制器MCU既單片機(jī)，可分為通用和半通用兩類：通用：8051、P51XA、MCS-251、MCS-96系列、68300、C166/167等。半通用：8XC930/931、C540、C541等。嵌入式DSP處理器EDSP嵌入式片上系統(tǒng)SOC,.,二、微型計算機(jī)的應(yīng)用,.,科學(xué)計算：,用于科學(xué)與工程領(lǐng)域。,如：的計算、中長期天氣預(yù)報及導(dǎo)彈發(fā)射中的計算等。,.,過程控制：,如對工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的過程控制，即對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量與數(shù)量，減輕工人的勞動強(qiáng)度；控制飛機(jī)飛行姿態(tài)、地形回避及導(dǎo)彈攔截等。,.,數(shù)據(jù)處理：,對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、儲存、傳遞、分類、檢測、排序、計算、打印報表、輸出圖像等加工處理。,如：企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、電子商務(wù)處理系統(tǒng)等。,.,計算機(jī)輔助系統(tǒng)：,CAD計算機(jī)輔助設(shè)計,CAM計算機(jī)輔助制造,CAT計算機(jī)輔助測試,CAI計算機(jī)輔助教學(xué),CAX(x=D、M、T、I、),CMI計算機(jī)管理教學(xué),.,電子商務(wù)：,電子商務(wù)源于英文ELECTRONICCOMMERCE簡寫EC，顧名思義包含兩個方面：一是電子方式，二是商貿(mào)活動，電子商務(wù)指的是利用簡單、快捷、低成本的電子通訊方式、買賣雙方不謀面地進(jìn)行商貿(mào)活動。,電子商務(wù)的真正發(fā)展是建立在INTERNET技術(shù)上，所以也稱IC(INTERNETCOMMERCE).,.,人工智能：,計算機(jī)模擬人的高級思維活動,進(jìn)行邏輯判斷與推理。如機(jī)器人、專家系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)、圖形圖像等模式識別系統(tǒng)。,.,辦公自動化：,.,信息高速公路：,.,儀器儀表：,將傳感器與計算機(jī)集成于同一芯片上，智能傳感器不僅具有信號檢測、轉(zhuǎn)換功能，同時還具有記憶、存儲、解析、統(tǒng)計、處理及自診斷、自校準(zhǔn)、自適應(yīng)等功能。,.,智能家電：,.,三、微型計算機(jī)的分類,1.按處理器同時處理數(shù)據(jù)的位數(shù)或字長分：,1位機(jī)、4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī),2.按組裝結(jié)構(gòu)類型分：,.,PC(PersonalComputer)機(jī)：,是面向個人單獨使用的一類微機(jī)。當(dāng)今的微機(jī)的許多指標(biāo)，如存儲容量、運行速度等已經(jīng)趕上或超過了以前的小型機(jī)，可以滿足各種不同的應(yīng)用場合。,.,是一種用于控制的微處理器芯片，其組成實際是由微型計算機(jī)的CPU、部分存儲器和輸入/輸出接口等部件集成在一塊芯片上。換句話說，一個單片機(jī)幾乎就是一個專用的計算機(jī)，只要配上少量的外部電路和設(shè)備就可以構(gòu)成具體的應(yīng)用系統(tǒng)。,單片微型機(jī)(單片機(jī))：,常用于家用電器、智能化儀表、工業(yè)測量。,.,單板微型機(jī)(單板機(jī))：,把微處器芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和小鍵盤、數(shù)碼顯示器等必要的輸入/輸出設(shè)備裝配在一塊印刷電路板上就構(gòu)成了單板微型計算機(jī)系統(tǒng)。,常用于過程控制。,.,1.2微型計算機(jī)中的數(shù)制系統(tǒng),數(shù)制也稱為進(jìn)位計數(shù)制。日常生活中人們習(xí)慣采用十進(jìn)制，但計算機(jī)內(nèi)部的信息則是用二進(jìn)制代碼來表示的。同時為了書寫的方便，在編寫程序的過程中，常常使用到十六進(jìn)制(或八進(jìn)制)。微型計算機(jī)中使用的數(shù)制系統(tǒng)包括：二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等。,.,1.常用數(shù)制（1）十進(jìn)制數(shù)有十個不同的數(shù)字符號：0、1、2、9；低位向高位進(jìn)、借位的規(guī)律是“逢十進(jìn)一”“借一當(dāng)十”的計數(shù)原則進(jìn)行計數(shù)。任意一個十進(jìn)制數(shù)ND均可以表示成如下式子：,其中：n表示整數(shù)部分的位數(shù)，m表示小數(shù)部分的位數(shù)，Di為十進(jìn)制數(shù)字符號09，10i為第i位權(quán)值，10為十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)。,一、數(shù)制系統(tǒng),.,例如：1234.45=1103210231014100410-1+510-2式中的10稱為十進(jìn)制數(shù)的基數(shù),103、102、101、100、10-1、10-2稱為各數(shù)位的權(quán)。十進(jìn)制數(shù)用D結(jié)尾表示，也可以不加符號D。,.,（2）二進(jìn)制數(shù)只有兩個不同數(shù)碼：0和1，進(jìn)位規(guī)律是“逢二進(jìn)一”“借一當(dāng)二”的計數(shù)原則進(jìn)行計數(shù)。二進(jìn)制數(shù)用B結(jié)尾表示。例如，二進(jìn)制數(shù)11011011.01可表示為：(11011011.01)2=12712602512412302212112002-112-2（3）八進(jìn)制數(shù)有0、1、2、7八個不同數(shù)碼，采用“逢八進(jìn)一”“借一當(dāng)八”的計數(shù)原則進(jìn)行計數(shù)。八進(jìn)制數(shù)用O或者Q結(jié)尾表示。例如，八進(jìn)制數(shù)（503.04）Q可表示為：（503.04）Q=582+081+380+08-1+48-2,.,（4）十六進(jìn)制數(shù)有0、1、2、9、A、B、C、D、E、F共十六個不同的數(shù)碼，采用“逢十六進(jìn)一”“借一當(dāng)十六”的計數(shù)原則進(jìn)行計數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)用H結(jié)尾表示。例如，十六進(jìn)制數(shù)（4E9.27）H可表示為（4E9.27）H=4162141619160216-1716-22不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換下表列出了二、八、十、十六進(jìn)制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，熟記這些對應(yīng)關(guān)系對后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)會有較大的幫助。,.,表1各種進(jìn)位制的對應(yīng)關(guān)系,.,（1）二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成為十進(jìn)制數(shù)根據(jù)各進(jìn)制的定義表示方式，按權(quán)展開作十進(jìn)制相加，即可轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。【例】將（10101）B，(72)Q，（49）H轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。(10101)B=124023122021120=21(72)Q=781+280=58(49)H=41619160=73（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),需要將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開,采用不同方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換,然后用小數(shù)點將這兩部分連接起來。,.,整數(shù)部分：除2取余倒記法。具體方法是：將要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)除以2，取余數(shù)；再用商除以2，再取余數(shù)，直到商等于0為止，將每次得到的余數(shù)按倒序的方法排列起來作為轉(zhuǎn)換的結(jié)果?！纠繉⑹M(jìn)制數(shù)25轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),所以（25）D=11001B,.,小數(shù)部分：乘2取整順記法。具體方法是：將十進(jìn)制小數(shù)不斷地乘以2，直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止，每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。最初得到的為最高有效數(shù)位，最后得到的為最低有效數(shù)字?！纠繉⑹M(jìn)制數(shù)0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。,所以（0.625）D=0.101B,.,【例】將十進(jìn)制數(shù)25.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，只要將上例整數(shù)和小數(shù)部分組合在一起即可，即(25.625)D=(11001.101)B例如：將十進(jìn)制193.12轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。,所以（193.12）D=(301.075)Q,.,簡便方法,333轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)333可由256+64+8+4+1組成25612864321684210.50.250.125101001101則333對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為101001101,.,(3)二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換由于23=8，故可采用“合三為一”的原則，即從小數(shù)點開始向左、右兩邊各以3位為一組進(jìn)行二-八轉(zhuǎn)換：若不足3位的以0補(bǔ)足，便可以將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。反之，每位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)表示，就可將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)【例】將（10100101.01011101）2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。010100101.010111010245.272即(10100101.01011101)B=(245.272)Q,.,【例】將(756.34)Q轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。756.34111101110.011100即(756.34)Q=(111101110.0111)B(4)二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換由于24=16，故可采用“合四為一”的原則，即從小數(shù)點開始向左、右兩邊各以4位為一組進(jìn)行二十六轉(zhuǎn)換，若不足4位的以0補(bǔ)足，便可以將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。反之，每位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示，就可將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。,.,【例】將(1111111000111.100101011)B轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。0001111111000111.1001010110001FC7.958即(111111000111.100101011)B=(1FC7.958)H【例】將(79BD.6C)H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。79BD.6C0111100110111101.01101100即(79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B,.,1.二十進(jìn)制BCD碼（Binary-CodedDecimal）二十進(jìn)制BCD碼是指每位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)編碼表示。由于4位二進(jìn)制數(shù)可以表示16種狀態(tài)，可丟棄最后6種狀態(tài)，而選用00001001來表示09十個數(shù)符。這種編碼又叫做8421BCD碼。如下表所示。,二、常用的信息編碼,.,表2十進(jìn)制數(shù)與BCD碼的對應(yīng)關(guān)系,.,【例】將69.25轉(zhuǎn)換成BCD碼。69.2501101001.00100101結(jié)果為69.25=(01101001.00100101)BCD【例】將BCD碼100101111000.01010110轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。100101111000.01010110978.56結(jié)果為（100101111000.01010110）BCD=978.56,2.字符編碼（ASCII碼）計算機(jī)使用最多、最普遍的是ASCII（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）字符編碼，即美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼，如下表所示。,.,表3七位ASCII代碼表,.,ASCII碼的每個字符用7位二進(jìn)制數(shù)表示，其排列次序為d6d5d4d3d2d1d0,d6為高位，d0為低位。而一個字符在計算機(jī)內(nèi)實際是用8位表示。正常情況下，最高一位d7為“0”。7位二進(jìn)制數(shù)共有128種編碼組合，可表示128個字符，其中數(shù)字10個、大小寫英文字母52個、其他字符32個和控制字符34個。數(shù)字09的ASCII碼為30H39H。大寫英文字母AZ的ASCII碼為41H5AH。小寫英文字母az的ASCII碼為61H7AH。對于ASCII碼表中的0、A、a的ASCII碼30H、41H、61H應(yīng)盡量記住，其余的數(shù)字和字母的ASCII碼可按數(shù)字和字母的順序以十六進(jìn)制的規(guī)律寫出。,.,3.奇偶校驗碼偶校驗：包括奇偶校驗位在內(nèi)，字符的ASCII碼所有的1的個數(shù)之和配成偶數(shù)個。若原字符的ASCII碼中1的個數(shù)為偶數(shù)個，則最高位置為0；若原字符的ASCII碼中1的個數(shù)為奇數(shù)個，則最高位為1，把1的個數(shù)配成偶數(shù)個。例如：數(shù)字3的ASCII碼為00110011數(shù)字3的偶校驗ASCII碼為00110011奇校驗：包括奇偶校驗位在內(nèi)，字符的ASCII碼所有的1的個數(shù)之和配成奇數(shù)個。若原字符的ASCII碼中1的個數(shù)為偶數(shù)個，則最高位置為1；若原字符的ASCII碼中1的個數(shù)為奇數(shù)個，則最高位為0，把1的個數(shù)配成奇數(shù)個。例如：數(shù)字3的ASCII碼為00110011數(shù)字3的偶校驗ASCII碼為10110011,.,(一)二進(jìn)制數(shù)在計算機(jī)內(nèi)的表示1.機(jī)器數(shù)在計算機(jī)中，因為只有“0”和“1”兩種形式，所以數(shù)的正、負(fù)號，也必須以“0”和“1”表示。通常把一個數(shù)的最高位定義為符號位，用0表示正，1表示負(fù)，稱為數(shù)符：其余位仍表示數(shù)值。把在機(jī)器內(nèi)存放的正、負(fù)號數(shù)碼化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，把機(jī)器外部由正、負(fù)號表示的數(shù)稱為真值數(shù)。,三、計算機(jī)數(shù)值數(shù)據(jù)表示與運算,.,【例】真值為(-0101100)B的機(jī)器數(shù)為10101100，存放在機(jī)器中，如下圖所示。,圖真值B在機(jī)器中的存放要注意的是，機(jī)器數(shù)表示的范圍受到字長和數(shù)據(jù)類型的限制。字長和數(shù)據(jù)類型定了，機(jī)器數(shù)能表示的數(shù)值范圍也就定了。例如，若表示一個整數(shù)，字長為8位，則最大的正數(shù)為01111111，最高位為符號位，即最大值為127。若數(shù)值超出127，就要“溢出”。,.,3.帶符號數(shù)的表示在計算機(jī)中，帶符號數(shù)可以用不同方法表示，常用的有原碼、反碼和補(bǔ)碼。(1)原碼：機(jī)器碼中最高位為符號位，符號為0表示正數(shù)，符號位為1表示負(fù)數(shù)，其余為該數(shù)的絕對值?！纠慨?dāng)機(jī)器字長n=8時：+1原00000001，-1原10000001+127原01111111，-127原1111111l在原碼表示法中：()最高位為符號位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1，其余n-1位表示數(shù)的絕對值。,.,()8位二進(jìn)制數(shù)的原碼表示范圍是12712716位二進(jìn)制數(shù)的原碼表示范圍是3276732767（）在原碼表示中，零有兩種表示形式，即：+000000000B，-010000000B。(2)反碼：最高位為符號位，其余位為數(shù)值位；正數(shù)的原碼與原碼的表示方法相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于除符號位外，其余各位按位取反?！纠慨?dāng)機(jī)器字長n=8時：+1反00000001，-1反11111110+127反01111111，-127反10000000在反碼表示中：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼只需保持符號位不變，其余各位按位求反即可得到。,.,()機(jī)器數(shù)的最高位是符號位，0代表正號，1代表負(fù)號。()8位二進(jìn)制數(shù)的原碼表示范圍是12712716位二進(jìn)制數(shù)的原碼表示范圍是3276732767()反碼表示方式中，零有兩種表示方法：+0反00000000，-0反11111111。（3）補(bǔ)碼：最高位為符號位，其余位為數(shù)值位；正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼的表示方法相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼加1?！纠慨?dāng)機(jī)器字長n8時，+1補(bǔ)00000001，-1補(bǔ)11111111+127補(bǔ)01111111，-127補(bǔ)10000001在補(bǔ)碼表示中：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼、反碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼加l。機(jī)器數(shù)的最高位是符號位，0代表正號，1代表負(fù)號。在補(bǔ)碼表示中，0有唯一的編碼：0補(bǔ)0補(bǔ)00000000。補(bǔ)碼的運算方便，二進(jìn)制的減法可用補(bǔ)碼的加法實現(xiàn)，使用較廣泛。,.,注意：對于8位二進(jìn)制數(shù)10000000B,若為補(bǔ)碼表示為-128補(bǔ)，若為原碼表示-0原，若為反碼表示-127反求補(bǔ)碼運算的簡單方法：（1）若該數(shù)為正數(shù)，則X補(bǔ)=X（2）若該數(shù)為負(fù)數(shù)，則X補(bǔ)=2n-|X|【例】28為256(100H),則-1的補(bǔ)碼為（100H01H)=FFH,-10的補(bǔ)碼為（100H0AH)=F6H,.,【例】假定計算機(jī)字長為8位，試寫出122的原碼、反碼和補(bǔ)碼。122原122反122補(bǔ)01111010B【例】假定計算機(jī)字長為8位，試寫出45的原碼、反碼和補(bǔ)碼。45原10101101B45反11010010B45補(bǔ)11010011B對于用補(bǔ)碼表示的負(fù)數(shù)，需對該補(bǔ)碼再求一次補(bǔ)碼，從而得到其原碼，依據(jù)原碼求得該補(bǔ)碼數(shù)的大小。即：X補(bǔ)補(bǔ)=X原例如，已知補(bǔ)碼數(shù)(11110011)B，對其求補(bǔ)碼后得到該數(shù)的原碼為：10001101B，故其大小為(13)D?！纠吭噷懗鲅a(bǔ)碼數(shù)11011001的真值。11011001原10100111B=39D,.,(二)補(bǔ)碼數(shù)的運算在微處理機(jī)中，使用補(bǔ)碼進(jìn)行運算使同一個微處理機(jī)中既能運算帶符號數(shù)又能運算無符號數(shù)。而且，在采用補(bǔ)碼表示帶符號數(shù)的情況下，兩個數(shù)的減法可以用加法來實現(xiàn)。在進(jìn)行帶符號數(shù)的加減運算時，應(yīng)把參與運算的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼形式進(jìn)行運算。當(dāng)使用8位二進(jìn)制數(shù)表示帶符號的數(shù)時，它所能表示的數(shù)值范圍在(-128)10(+127)10之間，如果相加結(jié)果超出了這個范圍，就會導(dǎo)致錯誤發(fā)生。X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ)X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ),.,(1)神威太湖之光超級計算機(jī)安裝了40960個中國自主研發(fā)的“申威26010”眾核處理器，該眾核處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.5億億次/秒，持續(xù)性能為9.3億億次/秒。(2)現(xiàn)代中國四大發(fā)明：高鐵、支付寶、共享單車、網(wǎng)購(3)在集成電路領(lǐng)域，特征尺寸是指半導(dǎo)體器件中的最小尺寸,即柵長的最小尺寸柵長6nm！美國IBM開發(fā)成功世界最小的晶體管,.,(三)補(bǔ)碼數(shù)的溢出,溢出：帶符號數(shù)的補(bǔ)碼加、減運算的結(jié)果超出了補(bǔ)碼表示的范圍8位原碼、反碼和補(bǔ)碼表示的范圍分別如下：127127原碼FFH7FH127127反碼：80H7FH128127補(bǔ)碼：80H7FH當(dāng)8位帶符號數(shù)的結(jié)果超出以上范圍時，就會出現(xiàn)溢出。,.,16位原碼、反碼和補(bǔ)碼表示的范圍分別如下：,3273732767原碼FFFFH7FFFH3276732767反碼：8000H7FFFH3276832768補(bǔ)碼：8000H7FFFH當(dāng)16位帶符號數(shù)的結(jié)果超出以上范圍時，就會出現(xiàn)溢出。,.,可能出現(xiàn)溢出的情況：兩個同號數(shù)相加或兩個異號相減時,判斷出現(xiàn)溢出情況的方法：在兩個同號數(shù)相加或異號數(shù)相減時如果次高位向最高位有進(jìn)位（或借位），而最高位向前無進(jìn)位（或借位），則結(jié)果發(fā)生溢出。反過來，如果次高位向最高位無進(jìn)位（或借位），而最高位向前有進(jìn)位（或借位），則結(jié)果發(fā)生也溢出。,.,【例】兩個帶符號的數(shù)(01000001)2與(01000011)2相加例中兩個正數(shù)相加，但結(jié)果卻是一個負(fù)數(shù)符號位為1。顯然，這個結(jié)果是錯誤的，出現(xiàn)這種錯誤的原因就在于這兩個數(shù)相加的結(jié)果超過了8位二進(jìn)制帶符號數(shù)所能表示的數(shù)值范圍?！纠績蓚€負(fù)數(shù)(10001000)2和(11101110)2的相加情況。,.,由于采用8位二進(jìn)制數(shù)來表示帶符號的數(shù)，故作為進(jìn)位位的第九位自然丟失。8位二進(jìn)制負(fù)數(shù)相加的結(jié)果為一個正數(shù)。很明顯，結(jié)果是錯誤的,產(chǎn)生了溢出?！纠績蓚€無符號數(shù)(11111101)2和(00000011)2相加：,從相加計算的結(jié)果來看，如果微處理機(jī)只有8位，也就是用8位二進(jìn)制數(shù)來解釋運算的結(jié)果，則將出現(xiàn)錯誤。因此，在微處理機(jī)中設(shè)有專門的一位，稱為進(jìn)位位，它將用于保存第九位以防丟失信息。,最高位,次高位,.,(三)邏輯運算1.“與”運算?！芭c”運算的運算規(guī)則是：00=001=010=011=1【例】二進(jìn)制數(shù)01011101B和11010101B相與。,2.“或”運算。“或”運算的運算規(guī)則是：00=001=110=111=1,.,【例】二進(jìn)制數(shù)10101101和01010000相或。,3.“異或”運算?！爱惢颉边\算的運算規(guī)則是：相同為0，不同為100=001=110=111=0【例】二進(jìn)制數(shù)10101101和01101110相異或。,.,1.3微型計算機(jī)組成原理,現(xiàn)代計算機(jī)結(jié)構(gòu)仍然是在馮諾依曼提出的計算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)和存儲程序概念基礎(chǔ)上建立起來的。硬件系統(tǒng)包括：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。,.,馮諾依曼思想：存儲程序與程序控制原理,1946年，馮諾依曼提出EDVAC計算機(jī)方案，體現(xiàn)了五部分的計算設(shè)計思想。,.,輸入設(shè)備,運算器,輸出設(shè)備,存儲器,控制器,馮諾依曼計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu),.,微型計算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。,硬件系統(tǒng)：構(gòu)成計算機(jī)的硬件實體。它包括微處理器、存儲器、I/O接口、系統(tǒng)總線、外部設(shè)備和電源等。,軟件系統(tǒng)：在計算機(jī)上運行的各種程序，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。,.,硬件系統(tǒng)：,.,軟件系統(tǒng)：,.,微型計算機(jī)系統(tǒng)從小到大可分為微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)三個層次結(jié)構(gòu)，如圖所示,.,三、微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu),微型計算機(jī)主要由（1）微處理器（2）存儲器、（3）輸入/輸出接口（4）系統(tǒng)總線連接。,.,1.微處理器,整個微機(jī)的核心是微處理器(up,MPU)，也稱CPU。它包含運算器ALU(ArithmaticandLogicUnit)、控制器及內(nèi)部寄存器陣列。,ALU：加、減、乘、除四則運算和邏輯運算,內(nèi)部寄存器：存放操作數(shù)、中間結(jié)果、地址、標(biāo)志等信息,控制器：整個機(jī)器控制中心，包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、控制信息產(chǎn)生電路等。,.,.,2.存儲器,微機(jī)的存儲器分為：主存和輔存,主存(內(nèi)存)：用于存放當(dāng)前正在運行的程序和正待處理的數(shù)據(jù)。(CPU內(nèi)部cache，主板上的內(nèi)存,造價高，速度快，存儲容量小),輔存(外存)：存放暫不運行的程序和輸入處理的數(shù)據(jù)，(主機(jī)箱內(nèi)或主機(jī)箱外，造價低，容量大，可長期保存，但速度慢),.,內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容簡介：,內(nèi)存由許多存儲單元組成，每個內(nèi)存單元可存放一組二進(jìn)制數(shù)。在微機(jī)中規(guī)定每個內(nèi)存單元可存放8位二進(jìn)制數(shù)，即一個內(nèi)存單元存放一個字節(jié)的內(nèi)容，為了區(qū)分各個不同的內(nèi)存單元，就給每個存儲單元編上不同的號碼，即內(nèi)存地址。CPU要訪問某個單元時，先要通過地址總線送出該單元的地址號。,.,實際操作中，一個操作數(shù)可以是字節(jié)、字、雙字節(jié)、十字節(jié)等各種形式。1.字節(jié)：計算機(jī)的基本處理單位，一個字節(jié)由8位二進(jìn)制位組成2.字：通常微機(jī)的字長有8位、16位、32位、64位，故其字?jǐn)?shù)據(jù)的存放所占內(nèi)存單元的個數(shù)也不一樣3.雙字：即2個字4.四字：即4個字的長度，共8個字節(jié)。,.,表示存儲器容量的最小單位為bit(二進(jìn)制位)，表示存儲器容量的基本單位為Byte(字節(jié))。通常：一個單元為一個字節(jié)，字節(jié)可用B(即Byte的縮寫)表示，且1Byte=8bit。存儲器的容量用“K”表示，1K即為1024個單元。大容量單位為KB、MB、GB、TB。,1KB=210B=1024B1MB=1024KB=220B1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B,地址總線16位，內(nèi)存容量為216個單元，即64KB。,地址總線20位，內(nèi)存容量為220個單元，即1MB。,.,地址,存放內(nèi)容二進(jìn)制表示,十六進(jìn)制表示,00000H,11000010,00011000,00001H,C2H,18H,00010010,00008H,12H,00110100,00009H,34H,01110000,FFFFFH,70H,內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容示意圖,.,內(nèi)存儲器：,.,外存儲器：,.,3.輸入設(shè)備,輸入設(shè)備是把程序、命令轉(zhuǎn)換成計算機(jī)所能識別接收的信息，輸入給計算機(jī)微型計算機(jī)常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、圖像掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。,.,4.輸出設(shè)備,輸出設(shè)備是把CPU計算和處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們易于理解和閱讀的形式，輸出到外部微型計算機(jī)常用的輸出設(shè)備有CRT顯示器、液晶顯示器、打印機(jī)和繪圖儀等。,.,注意：由于各種外設(shè)的工作速度、驅(qū)動方式差別很大，無法與CPU直接匹配，所以不可能把它們簡單地連到系統(tǒng)總線，需要有一個接口電路充當(dāng)它們和CPU間的橋梁，通過該電路完成信號的變換、數(shù)據(jù)的緩沖、與CPU聯(lián)絡(luò)等工作。在微機(jī)系統(tǒng)中，較復(fù)雜的I/O接口電路一般都做在電路板上，這種電路板又稱為“卡(Card)”，由卡的一側(cè)引出連接外界的插座，另一側(cè)做成插入端，只要將它們插入總線槽(I/O通道)就連到了系統(tǒng)總線。,.,5.系統(tǒng)總線,所謂“總線”，是指傳遞信息的一組公用導(dǎo)線。系統(tǒng)總線(SystemBus)是指從處理器子系統(tǒng)引出的若干信號線，CPU通過它們與存儲器和I/O設(shè)備進(jìn)行信息交換。系統(tǒng)總線一般分為三組：,數(shù)據(jù)總線：DB(DataBus),地址總線：AB(AddressBus),控制總線：CB(ControlBus),.,總線系統(tǒng),.,地址總線(AddressBus)：,傳送地址信息、CPU在AB總線上輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口地址、該總線為單向，地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存單元范圍。,.,數(shù)據(jù)總線(DataBus)：,傳送數(shù)據(jù)信息的總線。在CPU進(jìn)行讀操作時，內(nèi)存或外設(shè)的數(shù)據(jù)通過DB總線送往CPU；在CPU進(jìn)行寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過DB總線送往內(nèi)存或外設(shè)，所以該總線為雙向總線。,.,控制總線(ControlBus)：,傳送控制信息的總線。其中，有些信號線將CPU的控制信號和狀態(tài)信號送往外設(shè)，外設(shè)請求或聯(lián)絡(luò)信號送往CPU，個別信號線兼有以上兩種情況。所以在討論控制總線的傳送方向時要具體到某一個信號，它們可能是輸出、輸入或者雙向的。,.,系統(tǒng)總線使用特點：,(1)在某一時刻，只能由一個總線主控設(shè)備控制系統(tǒng)總線，其他總線主控設(shè)備必須放棄對總線的控制。,(2)在連接系統(tǒng)的各個設(shè)備中，某一時刻只能有一個發(fā)送者向總線發(fā)送信號，但可以有多個設(shè)備從總線同時獲得信號。,.,1.4CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微機(jī)的工作過程,就目前各種CPU而言，都是由運算器、控制器、內(nèi)部寄存器陣列和輸入/輸出控制邏輯四大部分組成的。如下圖給出了一個模型機(jī)的基本結(jié)構(gòu),圖中虛線框內(nèi)為微處理器模型，存儲器(內(nèi)存)通過系統(tǒng)總線與CPU相連。,.,程序計數(shù)器,地址緩沖寄存器,數(shù)據(jù)緩沖寄存器,寄存器陣列,指令寄存器,指令譯碼器,累加器,算術(shù)邏輯單元,控制邏輯部件,控制器,FlagRegister,.,（1）運算器,也叫算術(shù)邏輯運算單元主要完成算術(shù)、邏輯、位移循環(huán)等操作（2）控制器包括：指令寄存器IR、指令譯碼器ID和定時與控制電路指令寄存器IR：用來存放從存儲器取出將要執(zhí)行的指令指令譯碼器ID：用來對指令寄存器IR指令進(jìn)行譯碼，以確定指令應(yīng)執(zhí)行什么操作定時與控制電路：用來才生指令和執(zhí)行指令所需的各種微操作控制信號,.,（3）內(nèi)部寄存器,累加器A:在進(jìn)行算術(shù)邏輯運算時，它用來保存其中一個操作數(shù)數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR:用來暫存數(shù)據(jù)和指令程序計數(shù)器PC:用來提供待取指令的機(jī)器碼所在存儲單元的地址，根據(jù)PC中的指令地址，準(zhǔn)備從存儲器中取出將要執(zhí)行的指令。任意時刻，PC總是指示要取出的下一個字節(jié)或下一條指令（對單字節(jié)指令而言）所在單元的地址。每取一個字節(jié)的指令的機(jī)器碼，PC的內(nèi)容自動加1.,.,地址緩沖寄存器AR:存放正要取出的指令的地址或操作數(shù)的地址寄存器陣列RA:標(biāo)志寄存器F:用來寄存指令執(zhí)行時所才生的結(jié)果或狀態(tài)的標(biāo)志信號。根據(jù)檢測有關(guān)的標(biāo)志位是0或1，可以按不同條件決定程序的走向。如8086的標(biāo)志狀態(tài)寄存器,.,狀態(tài)標(biāo)志位：6位CF(CarryFlag)：進(jìn)位標(biāo)志位。當(dāng)進(jìn)行加減運算時，若最高位發(fā)生進(jìn)位或借位則CF=1，否則為0。通常用于判斷無符號數(shù)運算結(jié)果是否超出了計算機(jī)所能表示的無符號數(shù)的范圍。PF(ParityFlag)：奇偶標(biāo)志位。當(dāng)指令執(zhí)行結(jié)果中含有偶數(shù)個1時，PF=1，否則PF=0。AF(AuxiliaryFlag)：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。當(dāng)執(zhí)行加法或減法運算指令時，低半部分向高半部分有進(jìn)位或借位，則AF=1，否則為0。,.,ZF(ZeroFlag)：零標(biāo)志位。若當(dāng)前的運算結(jié)果為0，則ZF=1，否則為0。SF(SignFlag)：符號標(biāo)志位。當(dāng)運算結(jié)果的最高位為1時，SF=1，否則為0。OF(OverflowFlag)：溢出標(biāo)志位。當(dāng)運算結(jié)果超出了帶符號數(shù)所能表示的數(shù)值范圍，即溢出時，OF=1，否則為0。用來判斷帶符號數(shù)運算結(jié)果是否溢出。,.,控制標(biāo)志位：3位用來控制CPU的操作，由程序設(shè)置或清除。它們是：TF(TrapFlag)：跟蹤（陷阱）標(biāo)志位。為測試程序的方便而設(shè)置。若將TF置1，則CPU處于單步工作方式，每執(zhí)行一條指令，自動產(chǎn)生一次單步中斷，可使用戶逐條檢查指令執(zhí)行結(jié)果；若TF=0，則