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微机原理ppt下载

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299744
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微机原理ppt

微机原理ppt免费下载是由PPT宝藏(www.pptbz.com)会员yangyiner上传推荐的其他PPT, 更新时间为2018-08-16,素材编号299744。

这是微机原理ppt,包括了微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间的区别,数制之间的转换,带符号数的表示、真值、机器码、原码、反码、补码,带符号数的运算、BCD码、ASCII码等内容,欢迎点击下载。

第一章   微型计算机
沈阳工业大学 微型计算机原理课题组
本章内容
本章重点
1.1 微型计算机的发展和应用
1946年,世界上出现第一台数字式
   电子计算机ENIAC(电子数据和计算器)
发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代,产生了微型计算机。
1971年,Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004,开创了一个全新的计算机时代。
1.1 微型计算机的发展和应用
1946年,世界上出现第一台数字式
   电子计算机ENIAC(电子数据和计算器)
发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代,产生了微型计算机。
1971年,Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004,开创了一个全新的计算机时代。
1.1.1 电子计算机的发展
     自1946年电子计算机ENIAC诞生,
电子计算机的发展经历了四个时代:
电子管
晶体管
集成电路
超大规模集成电路
        :集成度增加、运算速度增加、体积缩   
            小
1.1.2  微型计算机的发展及应用
第1代:4位和低档8位微机
4004→4040→8008
第2代:中高档8位微机
Z80、I8085、M6800,Apple-II微机
第3代:16位微机
8086→8088→80286,IBM PC系列机
第4代:32位微机和64位微机
80386→80486→Pentium→Pentium II →Pentium III →Pentium 4
32位PC机、Macintosh机、PS/2机
Itanium、64位RISC微处理器芯片
微机服务器、工程工作站、图形工作站
1.1.3  微型计算机的应用
由于微型计算机具有如下特点
体积小、价格低
工作可靠、使用方便、通用性强……
计算机应用通常分成如下各个领域
科学计算,数据处理,实时控制
计算机辅助设计,人工智能,……
归纳为两个主要应用方向:
1.1.3  微型计算机的应用(续)
用于数值计算、数据处理及信息管理方向
通用微机,例如:PC微机
功能越强越好、使用越方便越好
用于过程控制及智能化仪器仪表方向
专用微机,例如:单片机、工控机
可靠性高、实时性强
程序相对简单、处理数据量小
注:单片机:将CPU以及其他主要部件(如ROM、RAM、I/O接口)都集成在一个微处理器芯片中
   常用的MCS-51、MCS-96
1.2  微型计算机的系统
1.2.1 微型计算机系统——软件系统
1.2.2 微型计算机——系统组成
       微型计算机由CPU、存储器、输入输出接口电路
和系统总线构成。
1.2.2 微型计算机——系统总线
微机系统采用总线结构连接系统
   功能部件
CPU总线包含三种不同功能的总线:
 1. 数据总线DB(data bus):传输数据
数据总线上传送的一定是数据吗?
2. 地址总线AB(address bus):传送地址信息
   3. 控制总线CB(control bus) :传输控制信号
思考题答案
数据总线上传送的一定是数据吗?
答:在微型机中,数据的含义也是广义的。数据总线上传送的不一定是真正的数据,还有可能是指令代码、状态量或控制量
1.2.2 微型计算机——系统总线(续)
地址总线AB
输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址
地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围
数据总线DB
CPU读操作时,外部数据通过数据总线送往CPU
CPU写操作时,CPU数据通过数据总线送往外部
数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数
控制总线CB
协调系统中各部件的操作,有输出控制、输入状态等信号
控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应性等
1.2.3  微处理器——概念
微处理器(Microprocessor)是微型机算计的运算及控制部件,也称为中央处理单元(CPU)。它本身不构成独立的工作系统,因而它也不能独立地执行程序。
1.2.3  微处理器——功能
CPU功能:
· 可以进行算术和逻辑运算
· 可保存较少量数据
· 能对指令进行译码并执行规定的动作;
· 能和存储器、外设交换数据
· 提供整个系统所需要的定时和控制
· 可以响应其他部件发来的中断请求
1.2.3  微处理器——结构
CPU在内部结构上包含下面这些部分:
· 算术逻辑部件;
· 累加器和通用寄存器组;
· 控制部件;
·  内部总线。
1.2.3  微处理器——主要性能指标
字长
主频
存储容量
运算速度
1.3  计算机中的数的表示
1.3.1  数制及转换
1、数制
2、各种数制的相互转换
1、数制
(1)十进制数
(2)二进制数
(3)十六进制数
(1)十进制数(Decimal)
①具有10个数字符号0 , 1 , 2 , · · · , 9;
②由低位向高位进位是按“逢10进1”的规则进行的
③基数为10,第i位的权为10i。
  其中 i=n,n-1,· · ·,2,1,0,-1,-2,· · ·
  规定整数最低位的位序号i=0。
例:
    (6543.21)10
=6543.21D
=6×103 + 5×102 + 4×101 + 3×100 + 2×10-1 +1×10-2
(2)二进制数(Binary)
①具有2个数字符号0,1;
②由低位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的;
③基数为2,第i位的权为2i。
          其中 i=n,n-1,· · ·,2,1,0,-1,-2,· · ·
          规定整数最低位的位序号i=0
例:(1010.101)2
          =1010.101B
      =1×23+0 ×22 + 1×21 + 0×20 + 1×2-1 +  0×2-2 + 1×2-3
(3)十六进制数(Hexadecimal)
 1、具有16个数字符号0 , 1 , 2 ,  · · · , 9 ,A , B , C , D , E , F;
2、由低位向高位进位是按“逢16进1”的规则进行的;
3、基数为16,第i位的权为 16i。
        其中 i=n,n-1,· · ·,2,1,0,-1,-2,· · ·
        规定整数最低位的位序号i=0
例:(19BF.ABE)16
      =19BF.ABEH
      = 1×163+ 9× 162+ 11×161+ 15×160+ 10×16-1+ 11×16-2+ 14×16-3
2、各种数制的相互转换
(1)二进制、十六进制转换为十进制
(2)十进制转换为二进制
(3)二进制转换为十六进制
(1)二进制、十六进制转换为十进制
按权展开求和。
如:①10101.101B
    = 1 ×24 + 1×22 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-3
      = 16      +  4        + 1        +  0.5     + 0.125
    =21.625D
 ② 19B.ABH
  = 1×162+ 9× 161+ 11×160+ 10×16-1+ 11×16-2
  = 256     +144        +11        + 0.625     +0.04296875
  =411.66796875D
(2)十进制转换为二进制
① 整数部分
② 小数部分
(3)二进制与十六进制之间的转换
四位二进制数正好等于一位十六进制数      
四位二进制与一位十六进制数的对应关系
二进制转换为十六进制数
例:1110110101100.10101B = ?H
十六进制转换为二进制数
例:39F.E1AH  = ?B
①整数部分——除2取余法
例:19D = ?B
②小数部分——乘2取整法
例:0 .625D = ?B
 二、  计算机中的数及编码
1、机器数与真值
2、带符号数、无符号数
3、原码、补码及反码
4、真值与补码之间的转换
5、补码的运算
6、二进制编码
1、机器数与真值
(1)在计算机中数是用二进制数来表示的。
         (高电平代表“1”,低电平代表“0”)
(2)数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。
         “+”用“0”表示, “-”用“1”表示。
例:有两个数:  
2、带符号数、无符号数
(1)带符号数
 用0表示正数,用1表示负数,这种表示数的方法,称为带符号数的表示方法,所表示的数称为带符号数。
带符号数的表示形式:
① +22                                  ②-22
2、带符号数、无符号数
(2)无符号数
如果把全部有效位都用来表示数的大小,即没有符号位,这种方法表示的数,叫无符号数。
无符号数表示形式:
① 22                                  ②150
3、原码、反码及补码
思考:在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示,那么在计算机中是如何进行运算的?
(1)原码
(2)反码
(3)补码
思考?
        在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示,那么在计算机中是如何进行运算的?
       例: 有一个钟显示时间是6点钟,而正确时间是1点钟,请问如何校正这个钟?
       方法1:顺时针拨7个钟;6+7→1
       方法2:逆时针拨5个钟;6-5→1
引进概念 —— 模
概念—模
模  一个计量器的容量,记为M,或mod M 。
模的特性——当一个计量器的模为M时,它在计量器里的表示形式与0一样,也就是说,M = 0 。
所以,对时钟来说, M=12 :
       方法1:6+7 =13 = 12+1 = 0 + 1=1 
       方法2: 6+7 =  6-5 = 1
概念—模
        同样,对一个n位二进制计数器,它的容量为2n,它的模为M= 2n 。
        假设,n=8,则    M=28=256。
也就是说对8位二进制计数器来说,256=0
(1)原码
定义:一个数的原码就是该数的机器数。
①对正数 
                      X=+X6X5X4X3X2X1X0   (Xi = 0 或 1)
     则:[X]原码= 0X6X5X4X3X2X1X0
②对负数 
                   X=-X6X5X4X3X2X1X0   (Xi = 0 或 1)
      则:[X]原= 1X6X5X4X3X2X1X0
(2)反码
定义:正数的反码就等于它的原码;
            负数的反码就是它的原码除符号位外,
                                     各位取反。
 ①对正数      X=+X6X5X4X3X2X1X0   (Xi = 0 或 1)
     反码  [X]反码= 0X6X5X4X3X2X1X0
(2)反码
例:X1=+100 1001                X2=-100 1001
则 :
    [X1]原 = 0100 1001        [X2]原 = 1100 1001
    [X1]反 = 0100 1001        [X2]反 = 1011 0110
(3)补码
定义:正数的补码就等于它的原码;
            负数的补码就是它的反码加1。
①对正数      X=+X6X5X4X3X2X1X0   (Xi = 0 或 1)
        补码 [X]补= 0X6X5X4X3X2X1X0
(3)补码
例:X1=+100 1001                X2=-100 1001
则 :
4、真值与补码之间的转换
例1   已知X=+010 1010,Y=-010 1010
          求它们的原码、反码和补码。
解: [X]原= [ X]反=[X]补=0010 1010
         [Y]原=1010 1010
         [Y]反=1101 0101
         [Y]补= [Y]反+1
                 = 1101 0101+1
                 = 1101 0110
4、真值与补码之间的转换
例2   [X]补=1010 1101, 求真值X。
解:因为补码的首位是1,则其真值X即为负数
       [ X]反= [X]补-1
                =1010 1101 -1
                =1010 1100
       [X]原 =1101 0011 (除了符号位,按位取反)
  所以,    X= -101 0011
5、补码的运算
补码的运算就是计算机中数的运算。
(1)补码的加法规则
(2)补码的减法规则
(1)补码的加法规则
规则      [X +Y]补= [X]补+[Y]补
例    X=+011 0110 ,Y=-111 1001,求X+Y=?
解:首先按常规加法计算:
           X= +011 0110 = 54D
           Y= -111 1001 = -121D
所以,X+ Y= -67D
(1)补码的加法规则
例    X=+011 0110 ,Y=-111 1001,求X+Y=?
解:用补码的加法规则来求:
          [X]原= [ X]反=[X]补=0011 0110
          [Y]原=1111 1001
          [Y]反=1000 0110
          [Y]补= [Y]反+1 = 1000 0110+1 = 1000 0111
                     [X]补= 0011 0110
              +) [Y]补= 1000 0111
         [X]补+ [Y]补 = 1 011 1101
(1)补码的加法规则
例:根据规则:[X +Y]补= [X]补+[Y]补
所以,
       [ X+Y ]补= 1011 1101
       [ X+Y ]反= 1011 1101 -1= 1011 1100
       [ X+Y ]原= 1100 0011
    则:X+Y= -100 0011
                    = - 67D
显然,补码的加法规则是正确的。
(2)补码的减法规则
规则     [X -Y]补= [X +(-Y)]补 =[X]补+[-Y]补
例   X=+101 0101 ,Y= + 110 0001,求X - Y=?
解:首先按常规减法计算:
           X= +101 0101 =  85D
           Y= +110 0001 =  97D
所以,X-Y= -12D
(2)补码的减法规则
例   X=+101 0101 ,Y= + 110 0001,求X - Y=?
解:按补码的减法规则来求:
           [X]原= [ X]反=[X]补=0101 0101
             -Y= - 110 0001
          [- Y]原=1110 0001
          [- Y]反=1001 1110
          [- Y]补=1001 1111
                         [X]补= 0101 0101
         +)     [- Y]补= 1001 1111
         [X]补+ [-Y]补 = 1111 0100
(2)补码的减法规则
例:根据补码的减法规则:
             [X -Y]补 =[X]补+[-Y]补
由  [ X-Y ]补= 1111 0100        
      [ X-Y ]反= 1111 0100 –1=1111 0011
      [ X-Y ]原 = 1000 1100
所以    X-Y = -000 1100B
                      = -12D
补码的减法规则也是正确的,事实上就是加法规则
6、二进制编码
        二进制编码是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数值、数字、字母和符号等,一般为若干位二进制数码的组合。
(1)二进制编码的十进制数
(2)字母和字符的编码
(1)二进制编码的十进制数
二进制编码的十进制数 就是BCD码(Binary Coded Decimal)。
①压缩BCD码 是用4位二进制数表示一位十进制数。一个字节表示两位十进制数。
如:1001 0110B    表示   96D
②非压缩BCD码 是用一个字节表示一位十进制数。高4位总是0。
如:  0000 1001B   表示  9D  
两种BCD码的编码对照表
两种BCD码的编码对照表
(2)字母和字符的编码
        计算机不仅要处理数值问题,还要处理大量的非数值问题,这就必须引入文字、字母,某些专用的符号,这就是目前应用最广泛的字符编码系统ASCII码。
(American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准码)
例:大写字母“A”的ASCII码就是41H ;
        小写字母“n”的ASCII码就是6EH ;
        数字“8”的ASCII码就是38H ;                     
American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准码
三、  计算机中数的运算方法
1、补码的加减法运算
2、溢出判断
3、逻辑运算
1、补码的加减法运算
规则
[X +Y]补= [X]补+[Y]补
[X -Y]补= [X +(-Y)]补 =[X]补+[-Y]补
因此,加法或减法都是用补码的加法来进行运算的。
2、溢出判断
例:  X=+100 0101 ,Y= +110 0111 ,求X+Y=?
解: [X]原=[X]反=[X]补=0100 0101
         [Y]原=[Y]反=[Y]补=0110 0111
                   [X]补= 0100 0101 (69D)
           +)  [Y]补= 0110 0111 (103D)
        [X]补+ [Y]补= 1010 1100 (172D)
        因此,得  [ X+Y ]补= 1010 1100
    由于其符号位是1,表明X+Y的真值是负数,这显然与实际情况不符合,出错?                                                            
2、溢出判断
例:分析:8位字长的计算机可以表示的数据范围?
(1)不带符号数,8位全部是数据,M=28=256D
(2)带符号数,1位是符号,7位是数据,
           M=27=128D
  因此8位字长的计算机表示带符号数时,128D=0,
        而  X+Y =69D+103D=172D  >128D
        两数之和超出了8位字长的计算机可表示的范围,计算出错!
2、溢出判断
例: X=0100 0101 ,Y= 0110 0111 ,
      而,[X]补+ [Y]补= 1010 1100
        结论: 当两个正数相加时,其和变成负数,我们称这情况为溢出。同样当两个负数相加,其和变成正数,亦为溢出。
当计算机发生溢出时,其计算结果肯定是错误的。
3、逻辑运算
计算机中的逻辑运算包括
(1)逻辑“或”
(2)逻辑“与”
(3)逻辑“非”
(4)逻辑“异或”
(1)逻辑“或”(OR)
符号“∨”(或“+”),按位或运算
运算规则(1)0∨0=0 
                (2)0∨1=1
                (3)1∨0=1
                (4)1∨1=1
例   0101 0101∨1100 1010=?
                  0101 0101
           ∨   1100 1010
                  1101 1111
(2)逻辑“与”(AND)
符号“∧”(或“ · ”),按位与运算
运算规则(1)0 ∧ 0=0 
                (2)0 ∧ 1=0
                (3)1 ∧ 0=0
                (4)1 ∧ 1=1
例   0101 0101∧1100 1010=?
                  0101 0101
           ∧   1100 1010
                  0100 0000
(3)逻辑“非”(NOT)
符号“ ̄”,按位非运算
运算规则(1) 0=1
                (2) 1=0
例  0101 0101=1010 1010
(4)逻辑“异或”(XOR)
符号“♁ ”,按位异或运算
运算规则(1)0♁0=0 
                (2)0♁1=1
                (3)1♁0=1
                (4)1♁1=0
例  0101 0101 ♁1100 1010=?
                 0101 0101
           ♁  1100 1010
                 1001 1111
作业
本次课程结束,谢谢欣赏
教师
 

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