第一章-計(jì)算機(jī)概述課件

計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)目的和要求本章主要介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域、微機(jī)分類、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、微機(jī)系統(tǒng)的組成、微機(jī)一般工作過程。要求讀者了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域，重點(diǎn)掌握計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、微機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為今后各章的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述第一章

計(jì)算機(jī)發(fā)展概述微型計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器的組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的一般工作過程內(nèi)容提要計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段第一代（1946~1956）電子管第二代（1957~1964）晶體管第四代（1971~90年代）集成電路第三代（1965~1970）集成電路計(jì)算機(jī)發(fā)展概述

按微處理器的位數(shù)分為1位機(jī)、4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)等。按結(jié)構(gòu)外形分為單片機(jī)、單板計(jì)算機(jī)、臺(tái)式微機(jī)和筆記本式微機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的分類隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來越廣泛?？茖W(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)通信和文字處理信息網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)位計(jì)數(shù)制進(jìn)制的概念“逢R進(jìn)一，借一當(dāng)R”十進(jìn)制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進(jìn)制 R=2，可使用0,1八進(jìn)制 R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六進(jìn)制 R=16，可使用0,……,9,A,B,C,D,E,FR稱為基數(shù)。計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)在任何數(shù)制中，一個(gè)數(shù)的每個(gè)位置各有一個(gè)“位權(quán)值”。十進(jìn)數(shù)111的位權(quán)值從右向左分別為1、10、100.二進(jìn)數(shù)111的位權(quán)值從右向左分別為1、2、4.八進(jìn)數(shù)111的位權(quán)值從右向左分別為1、8、64.十六進(jìn)數(shù)111的位權(quán)值從右向左分別為1、16、256.注：“基數(shù)”和“位權(quán)”是進(jìn)位計(jì)數(shù)制中的兩個(gè)要素。位權(quán)值

十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1、十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)

除2取余法，就是將已知十進(jìn)制數(shù)反復(fù)除以2，若每次相除之后余數(shù)為1，則對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)的相應(yīng)位為1；余數(shù)為0，則相應(yīng)位為0。第一次除法得到的余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的低位，最后一次余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的高位。從低位到高位逐次進(jìn)行，直到商為0。最后一次除法所得的余數(shù)為Kn-1，則Kn-1、Kn-2……K1、K0即為所求之二進(jìn)制數(shù)。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換…………1余數(shù)…………1…………1…………1107215

53

26

13

6

3

1

022222222…………1…………0…………0…………1將(215)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)。(215)10=(K7K6K5K4K3K2K1K0)2=(11010111)2不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換2、十進(jìn)制純小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制純小數(shù)乘2取整法，就是將已知十進(jìn)制純小數(shù)反復(fù)乘以2，每次乘2之后，所得數(shù)的整數(shù)部分為1，相應(yīng)位為1，如果整數(shù)部分0，則相應(yīng)位為0。從高位向低位逐次進(jìn)行，直到滿足精度要求或乘2后的小數(shù)部分0為止。最后一次乘2所得的整數(shù)部分為K-m。轉(zhuǎn)換后，所得的純二進(jìn)制小數(shù)為0.K-1K-2……K-m。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

0.3125×2=0.6250(0.3125)10=(0.K-1K-2……K-m)2=(0.0101)210.625×2=1.2500.25×2=0.510.5×2=1.0將0.3125轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

對(duì)于二進(jìn)制整數(shù)，只要自右向左將每四位二進(jìn)制數(shù)分為一組，不足四位時(shí)，在左面添0，補(bǔ)足四位；對(duì)于二進(jìn)制純小數(shù)，只要自左向右將每四位二進(jìn)制數(shù)分為一組，不足四位時(shí)，在右面添0，補(bǔ)足四位，然后將每組用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)代替，即可完成轉(zhuǎn)換。

將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，只要將每一位十六制數(shù)用四位相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)表示即可完成轉(zhuǎn)換。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換(5A8)16

(010110101000)2(F7.28)16(11110111.00101000)2(5A8)16(01011010.1000)2舉例：二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

對(duì)于二進(jìn)制整數(shù)，只要自右向左將每三位二進(jìn)制數(shù)分為一組，不足三位時(shí)，在左面添0，補(bǔ)足三位；對(duì)于二進(jìn)制小數(shù)，只要自左向右將每三位二進(jìn)制數(shù)分為一組，不足三位時(shí)，在右面添0，補(bǔ)足三位，然后將每組用相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)代替，即可完成轉(zhuǎn)換。

將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，只要將每一位八進(jìn)制數(shù)用三位相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)表示即可完成轉(zhuǎn)換。不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換(1011010.10)2=(132.4)8(132.4)8=(1011010.100)2(001011010)2

(132)8舉例：二進(jìn)制與八進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。(132)8(001011010)2帶符號(hào)數(shù)的表示及運(yùn)算表示方法：在有符號(hào)數(shù)的表示中，用二進(jìn)制數(shù)中最高位表示符號(hào)，即用0表示正數(shù)，用1表示負(fù)數(shù)。計(jì)算機(jī)中對(duì)帶符號(hào)數(shù)的常用表示方法有三種：原碼、反碼和補(bǔ)碼。（1）原碼正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示，其余各位表示數(shù)值本身，這種表示法就稱為原碼。

例、X=+52[X]原=00110100帶符號(hào)數(shù)的表示及運(yùn)算例、X=-52[X]原=10110100（2）反碼正數(shù)的反碼與原碼相同。負(fù)數(shù)的反碼是將符號(hào)位不變，其余各位逐次取反。例、X=-0110100[X]原=10110100,[X]反=11001011（3）補(bǔ)碼補(bǔ)碼規(guī)則：正數(shù)的補(bǔ)碼和其原碼形式相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是將它的原碼除符號(hào)位以外逐位取反，最后在末位加1。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為[X]補(bǔ)=[X]反+1例、[-0110100]補(bǔ)=11001011+1=11001100帶符號(hào)數(shù)的表示及運(yùn)算二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)BCD碼：用二進(jìn)制數(shù)來表示十進(jìn)制數(shù)。組合（壓縮）BCD碼：用四位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)。未組合（非壓縮）BCD碼：用八位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)。例：將4978用BCD代碼可表示為：（0100 1001 0111 1000）BCD

4978二進(jìn)制編碼字符、文字的編碼

ASCII碼：美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。用七位二進(jìn)制數(shù)表示。故可表示128個(gè)字符。

見下圖ASCII碼表。ASCII表16進(jìn)制高位0123456716進(jìn)制低位0NULDLESP0@P/p1SOHDC1!1AQaq2STXDC2"2BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB'7GWgw8BSCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;K[k{CFFFS,<L\l|DCRGS_=M]m}ESORS.>N^N~FSTUS/?O-oDEL位、字節(jié)和字的基本概念位（Bit）：度量數(shù)據(jù)的最小單位。字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位。一個(gè)字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制位組成。K字節(jié) 1K=1024byteM（兆）字節(jié) 1M=1024KG（千兆）字節(jié) 1G=1024M

T（太）字節(jié) 1T=1024G字：兩個(gè)字節(jié)合稱為一個(gè)字（Word）。算術(shù)與邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制加法算法規(guī)則：

0+0=0

0+1=1+0=1 1+1=0 進(jìn)位1 1+1+1=1 進(jìn)位1算術(shù)與邏輯運(yùn)算二進(jìn)制減法算法規(guī)則：

0-0=0 1-1=0 1-0=1 0-1=1有借位算術(shù)與邏輯運(yùn)算二進(jìn)制乘法運(yùn)算規(guī)則：

0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1二進(jìn)制除法邏輯運(yùn)算與運(yùn)算（Y=A∧B）

與運(yùn)算也稱為邏輯乘法運(yùn)算，通常用符號(hào)“·”或“∧”或“×”表示。它的運(yùn)算規(guī)則為

Y=0∧0=0 Y=1∧0=0 Y=0∧1=0 Y=1∧1=1邏輯運(yùn)算或運(yùn)算（Y=A∨B）

“或”運(yùn)算也稱邏輯加法，常用符號(hào)“+”或“∨”表示。它的運(yùn)算規(guī)則為

Y=0∨0=0 Y=0∨1=1 Y=1∨0=1 Y=1∨1=1邏輯運(yùn)算反運(yùn)算（Y=）

反運(yùn)算又稱非運(yùn)算，邏輯否定。其運(yùn)算規(guī)則為

＝1 讀成非0等于1

＝0 讀成非1等于0A01邏輯運(yùn)算異或運(yùn)算（Y=AB）

異或運(yùn)算通常用符號(hào)“”表示。它的運(yùn)算規(guī)則為

Y=00=0

Y=01=1

Y=10=1Y=11=0

⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路

完成基本邏輯運(yùn)算的電路稱為門電路，任何邏輯函數(shù)都可以由若干門電路構(gòu)成的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。邏輯代數(shù)的與、或、非三種基本運(yùn)算對(duì)應(yīng)有三種邏輯電路，分別把它們稱為與門、或門、非門。除了上述三種基本電路外，還可以把它們組合起來，實(shí)現(xiàn)功能更為復(fù)雜的邏輯門。其中，常見的有與非門、或非門、與或門、與或非門、異或門、異或非門等，這些門電路又稱復(fù)合門電路。

常用邏輯電路與門與門是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯乘法運(yùn)算的、具有多端輸入、單端輸出的邏輯電路。邏輯函數(shù)式是：

Y=A∧B或Y=A?B＆YBA2輸入與門常用邏輯電路或門或門是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯加運(yùn)算的、具有多端輸入而單端輸出的邏輯電路。其邏輯函數(shù)式是：

Y=A∨B≥1YBA2輸入或門常用邏輯電路非門非門是一個(gè)能夠完成邏輯非運(yùn)算的、具有單端輸入和單端輸出的邏輯電路。其邏輯函數(shù)式是：

Y=A1YA非門常用邏輯電路與非門與非門是一個(gè)能夠完成邏輯與非運(yùn)算的多端輸入、單端輸出的邏輯電路。其邏輯函數(shù)式是：

Y=A∧B＆YBA2輸入與非門常用邏輯電路或非門或非門是一個(gè)能夠完成邏輯或非運(yùn)算的多端輸入、單端輸出的邏輯電路。其邏輯函數(shù)式是：

Y=A∨B≥1YBA或門常用邏輯電路異或門異或門是一個(gè)能夠完成邏輯異或運(yùn)算的多端輸入、單端輸出的邏輯電路。其邏輯函數(shù)式是：

Y=A⊕B=1YBA異或門觸發(fā)器觸發(fā)器是具有記憶功能的基本邏輯電路。它能接收、保存和輸出邏輯信號(hào)0和1。各類觸發(fā)器都可以由門電路組成。基本觸發(fā)器具有下述特點(diǎn)：有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和兩個(gè)互補(bǔ)的輸出；在輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，能可靠地確定其中任一種狀態(tài)。觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器J-K觸發(fā)器寄存器

寄存器是由觸發(fā)器組成的。一個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)一位寄存器。多個(gè)觸發(fā)器就可以組成一個(gè)多位寄存器。寄存器鎖存器：它是用以暫存某個(gè)數(shù)據(jù)，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間節(jié)拍將數(shù)據(jù)輸入或輸出到其它記憶元件中去。

寄存器移位寄存器(ShiftingRegister)

移位寄存器能將所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動(dòng)，以達(dá)到計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中所需的功能。寄存器計(jì)數(shù)器(Counter)

計(jì)數(shù)器也是由若干個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器，它的特點(diǎn)是能夠把儲(chǔ)存在其中的數(shù)字加1。寄存器

三態(tài)是指輸出電路具有0態(tài)（開通，傳輸“0”）、1態(tài)（開通，傳輸“1”）、高阻態(tài)（斷開/懸浮輸出）.

采用三態(tài)門電路（或稱三態(tài)門）把部件與總線相連。當(dāng)部件不工作時(shí)，與總線相連的三態(tài)輸出電路處于高阻態(tài)，猶如與總線斷開一樣，對(duì)總線不產(chǎn)生影響.三態(tài)門（三態(tài)寄存器）寄存器三態(tài)門“開”或“關(guān)”的控制信號(hào)一般由微處理器發(fā)出。雙向三態(tài)門是由兩個(gè)單向三態(tài)門構(gòu)成，又稱做雙向電子開關(guān)。工作時(shí)，用兩個(gè)單向三態(tài)門互斥的控制端信號(hào)來選通傳輸方向。寄存器