当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 管理学资料 > (计算机硬件技术基础课件全套)第壹章-绪论
计算机硬件技术基础李永计算机基础教研室绪论第1章21.1微机概述1.2计算机中的数据表示与编码1.3微型计算机的逻辑电路基础1.4微型计算机基本结构与工作原理1.5例题解析第1章绪论1.0计算机发展概述31.0计算机发展概况计算工具的发展过程手工到机械自动史前时期,我们的祖先就采用石块和贝壳记数;唐代时期,开始使用算盘;17世纪,出现了计算尺;1642年,法国数学家Pascal创造了的机械计算器;1822年,英国数学家巴贝奇设计出差分机和分析机;机械计算到电动计算1884年,美国人霍雷斯,第一台电动计算机,用于人口普查;机电全自动到电子数字1946年,第一台数字式计算机ENIAC诞生在美国。41642年Pascal加法器1822年巴贝奇差分机1833年巴贝奇分析机1944年阿肯MARKI1946年ENIAC唐朝计算机工具史料图片5第一台电子计算机(ENIAC)18800个电子管70000个电阻1500个继电器体重达30吨占地167m25000次/秒功率150KW1.0计算机发展概况6第一代(1946~1957)电子管5千~4万(次/秒)第二代(1958~1964)晶体管几十万~百万(次/秒)第三代(1965~1971)集成电路百万~几百万(次/秒)第四代(1971至今)大规模和超大规模集成电路几百万~几亿(次/秒)计算机发展的四个阶段1.0计算机发展概况7四代计算机比较年代基本器件应用范围1946――1958电子管科研院校进行科学运算1958――1964晶体管工矿企业、机关事务进行数据处理工业控制1964――1971集成电路出现了小型机1971――至今LSI、VLSI深入到社会的各个领域,出现了微机1.0计算机发展概况8计算机第一定律——摩尔定律1965年,美国人戈登·摩尔(GordonMoore)在准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告整理资料时,发现了一个惊人的趋势:“在每18个月内,集成电路的性能翻一番,集成晶体管的数量翻一番,集成电路的价格下降一半”。这就是著名的摩尔定律,该定律成为许多工业对于性能预测的基础。1.0计算机发展概况9计算机的发展趋势巨型化微型化网络化智能化ENIACCray-1巨型机银河-1向量机1.0计算机发展概况101.1概述计算机系统是一个由硬件、软件组成的复杂的电子装置,它能够存储程序和原始数据、中间结果和最终运算结果,并自动完成运算,是一种能对各种数字化信息进行处理的“信息处理机”。利用计算机不仅能够完成数学运算,而且还可以进行逻辑运算,同时还具有推理判断的能力。因此,人们又称它为“电脑”。现在,科学家们正在研究具有“思维能力”的智能计算机。11微处理器(Microprocessor),简称µP或MP,是由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器的中央处理机部件,即CPU(CertalProcessingUnit)。微处理器本身并不等于微型计算机,它仅仅是微型计算机中央处理器,有时为了区别大、中、小型中央处理器(CPU)与微处理器,把前者称为CPU,后者称为MPU(MicroprocessingUnit)。微型计算机(Microcomputer),简称µC或MC,是指以微处理器为核心,配上由大规模集成电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机。微型计算机系统(MicrocomputerSystem),简称µCS或MCS,是指以微型计算机为中心,以相应的外围设备、电源、辅助电路以及控制微型计算机工作的系统软件所构成的计算机系统。1.微型计算机122.微型计算机系统的主要性能指标⑴字长⑵内存容量⑶指令系统⑷运算速度⑸容许配置的外设数量⑹系统软件的配置133.微型计算机的发展简史第1代:4位和低档8位微机I4004→I4040→I8008第2代:中高档8位微机M6800、I8080、Z80、I8085Apple-II微机、MCS-48、MCS-51系列第3代:16位微机M68000、Z8000I8086/8088→80286,IBMPC系列机14第4代:32位微机I80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium4第5代:64位微机Titanium、64位RISC微处理器芯片154.微型计算机的新技术⑴流水线技术⑵芯片上存储管理技术⑶虚拟存储管理技术⑷并行处理的哈佛结构⑸RISC结构⑹整片集成技术⑺多媒体技术161.1.2微型计算机的特点1.功能强2.可靠性高3.价格低廉4.适应性强,系统设计灵活5.周期短、见效快6.体积小、重量轻、耗电省7.维护方便171.2计算机中的数据表示与编码编码:用少量、简单的基本符号,选用一定的组合规则,来表示大量复杂多样的信息。在计算机中,广泛采用的是仅用“0”和“1”两个基本符号组成的基2码,亦称为二进制码。这是由于以下三个原因:①基2码在物理上最容易实现。②基2码用来表示二进制数,其编码、加减运算规则简单。③基2码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑数据“真”与“假”相对应,为计算机实现逻辑运算带来了方便。181.2.1数和数制1.数制与进位记数法十进制:逢十进一0,1,…,9,10二进制:逢二进一0,1,10八进制:逢八进一0,1,…,7,10十六进制:逢十六进一0,1,…,9,A,B,C,D,E,F,10例:(892)10或(892)D例:(10010)2或(10010)B例:(71)8或(71)O例:(3A)16或(3A)H192.数制转换二、八、十六进制→十进制十进制→二、八、十六进制二进制→八、十六进制八、十六进制→二进制20(1)二(八、十六)进制→十进制:按权展开相加二进制:2n……23222120.2-12-2……2-m八进制:8n……83828180.8-18-2……8-m十六进制:16n……163162161160.16-116-2……16-m各种进制位权如下:21(1101.1)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1=(13.5)10(371.2)8=3×82+7×81+1×80+2×8-1=192+56+1+0.25=(249.25)10(4E.8)16=4×161+14×160+8×16-1=64+14+0.5=(78.5)1022整数部分:除2(8,16)取余小数部分:乘2(8,16)取整(2)十进制→二、八、十六进制例(77.25)10=(1001101.01)2=(115.2)8=(4D.4)1623770.25×20.50×21.001001101.01(77.25)10=()2余数238(1192(029(124(122(021(020(12477115.0.25×82.002(77.25)10=()8余数89(581(180(1254D.0.25×164.004(77.25)10=()16余数77164(13160(426(3)二进制→八进制:3位合并成1位十六进制:4位合并成1位例:(1001101.01)25112(1001101.01)2D44=()8115.2=()164D.427例:(115.2)8=()21001101.010(4D.4)16=()21001101.0100八进制十六进制→二进制1位拆分为3位1位拆分为4位(4)281.2.2计算机中带符号数的表示方法1.机器码:数值在计算机中的表示形式(二进制)。例:1001110029机器数的特点:•表示的数的范围受计算机字长的限制;例计算机字长为8位时,无符号数的范围是00000000——11111111(0~255)•符号位被数字化(正号:0负号:1)•小数点处于约定的位置例计算机字长为8位时,有符号数的范围是11111111——01111111(-127~+127)定点数:小数点的位置固定不变。浮点数:小数点的位置允许浮动。30原码反码补码机器数的三种表示31原码•表示方法符号位用0或1表示,数值部分不变例:(设机器字长为8位)13的原码为00001101-13的原码为10001101•0的原码表示(两种方法)[+0]原=00000000[-0]原=1000000032反码•表示方法•0的反码表示(两种方法)X0时,[X]反=[X]原X0时,[X]反=将原码除符号位外逐位取反[+0]反=00000000[-0]反=1111111133补码•表示方法•0的补码表示(一种方法)X0时,[X]补=[X]原X0时,[X]补=[X]反+1[+0]补=00000000[-0]补=11111111+1=000000003435数的表示范围一个机器字对于8位机原码+(27-1)~-(27-1)+127~-127反码+(27-1)~-(27-1)+127~-127补码+(27-1)~-27+127~-128对于16位机和32位机可以类推例1.11机器字长n=8位,x=+56D,求[x]补,结果用十六进制表示。解:因为机器字长是8位,其中符号占了1位,所以数值部分应占7位:+56D=+0111000B,则[+56]补=00111000B=38H例1.12机器字长n=8位,x=-56D,求[x]补,结果用十六进制表示。解:因为机器字长是8位,其中符号占了1位,所以数值部分应占7位:-56D=-0111000B,则[-56]补=11001000B=0C8H注意:汇编语言中,为了区别指令码和数据,规定A~F开始的数据前面加零。例题36例1.13机器字长n=16位,x=+56D,求[x]补,结果用十六进制表示。解:因为机器字长是16位,其中符号占了1位,所以数值部分应占15位:+56D=+111000B=+000000000111000,则[+56]补=0000000000111000B=0038H例1.14机器字长n=16位,x=-56D,求[x]补,结果用十六进制表示。解:因为机器字长是16位,其中符号占了1位,所以数值部分应占15位:-56D=-111000B=-000000000111000,则[-56]补=1111111111001000B=0FFC8H例题37①补码加法[X+Y]补=[X]补+[Y]补(mod2n)②补码减法[X-Y]补=[X]补+[-Y]补二进制数补码的运算000110001001+)000110001001+)38000110001001+)000110001001+)例1.15用补码进行下列运算:(+33)+(+15);(-33)+(+15);(+33)+(-15);(-33)+(-15)。解+33D=+0100001B,[+33]补=00100001+15D=+0001111B,[+15]补=00001111-33D=-0100001B,[-33]补=11011111-15D=-0001111B,[-15]补=1111000100100001[+33]补11011111[-33]补+00001111[+15]补+00001111[+15]补00110000[+48]补11101110[-18]补00100001[+33]补11011111[-33]补+11110001[-15]补+11110001[-15]补(1)00010010[+18]补(1)11010000[-48]补进位,丢掉进位,丢掉39000110001001+)进位,丢掉例1.17设x=+64D,y=+10D,用补码计算x-y,结果用十进制形式表示。解x=+1000000B,[x]补=01000000y=+0001010B,[-y]补=1111011001000000[x]补+11110110[-y]补(1)00110110[x-y]补[x-y]补=00110110所以x-y=+0110110B=+54D40(1)定点纯整数:小数点的位置在所有数字之后(2)定点纯小数:小数点的位置在所有数字之前1.2.3定点数与浮点数41阶符阶码数符尾数定点纯整数定点纯小数0
本文标题:(计算机硬件技术基础课件全套)第壹章-绪论
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3809488 .html