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1、计算机硬件技术基础,计算机系统概述,教学目的和要求 本章主要介绍计算机的发展及应用领域、微机分类、计算机硬件技术基础知识、微机系统的组成、微机一般工作过程。要求读者了解计算机的发展与应用领域，重点掌握计算机硬件技术基础知识、微机的组成、结构特点，为今后各章的学习奠定基础。,计算机系统概述,第一章,计算机发展概述 微型计算机的分类 计算机硬件基础 微型计算机系统 微处理器的组成 微型计算机系统的主要性能指标 微型计算机的一般工作过程,内容提要,计算机发展的几个阶段,第一代（19461956）电子管,第二代（19571964）晶体管,第四代（197190年代）集成电路,第三代（19651970）集
2、成电路,计算机发展概述,按微处理器的位数 分为1位机、4位机、8位机、16位机、32位机和64位机等。按结构外形 分为单片机、单板计算机、台式微机和笔记本式微机。,微型计算机的分类,随着科学技术的发展，计算机应用越来越广泛。科学计算 数据处理 实时控制 计算机辅助设计 通信和文字处理 信息网络化,计算机的应用,进位计数制进制的概念“逢R进一，借一当R”十进制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制R=2，可使用0,1八进制R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16，可使用0,9,A,B,C,D,E,FR称为基数。,计算机硬件基础,在任何数制中，一个数的每个
3、位置各有一个“位权值”。十进数111的位权值从右向左分别为1、10、100.二进数111的位权值从右向左分别为1、2、4.八进数111的位权值从右向左分别为1、8、64.十六进数111的位权值从右向左分别为1、16、256.注：“基数”和“位权”是进位计数制中的两个要素。,位权值,十进制数与二进制数之间的转换1、十进制整数转换成二进制整数 除2取余法，就是将已知十进制数反复除以2，若每次相除之后余数为1，则对应于二进制数的相应位为1；余数为0，则相应位为0。第一次除法得到的余数是二进制数的低位，最后一次余数是二进制数的高位。从低位到高位逐次进行，直到商为0。最后一次除法所得的余数为Kn-1，则
4、Kn-1、Kn-2K1、K0即为所求之二进制数。,不同进制数的转换,1,余数,1,1,1,1,0,0,1,将(215)10 转换成二进制整数。,(215)10=(K7K6K5K4K3K2K1K0)2=(11010111)2,不同进制数的转换,2、十进制纯小数转换成二进制纯小数 乘2取整法，就是将已知十进制纯小数反复乘以2，每次乘2之后，所得数的整数部分为1，相应位为1，如果整数部分0，则相应位为0。从高位向低位逐次进行，直到满足精度要求或乘2后的小数部分0为止。最后一次乘2所得的整数部分为K-m。转换后，所得的纯二进制小数为0.K-1K-2K-m。,不同进制数的转换,不同进制数的转换,(0.3
5、125)10=(0.K-1K-2K-m)2=(0.0101)2,将0.3125转换成二进制小数。,不同进制数的转换,二进制数与十六进制数之间的转换对于二进制整数，只要自右向左将每四位二进制数分为一组，不足四位时，在左面添0，补足四位；对于二进制纯小数，只要自左向右将每四位二进制数分为一组，不足四位时，在右面添0，补足四位，然后将每组用相应的十六进制数代替，即可完成转换。将十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六制数用四位相应的二进制数表示即可完成转换。,不同进制数的转换,举例：二进制与十六进制数的转换。,不同进制数的转换,二进制数与八进制数之间的转换对于二进制整数，只要自右向左将每三位二进制
6、数分为一组，不足三位时，在左面添0，补足三位；对于二进制小数，只要自左向右将每三位二进制数分为一组，不足三位时，在右面添0，补足三位，然后将每组用相应的八进制数代替，即可完成转换。将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进制数用三位相应的二进制数表示即可完成转换。,不同进制数的转换,(1011010.10)2=(132.4)8,(132.4)8=(1011010.100)2,举例：二进制与八进制数的转换。,带符号数的表示及运算,表示方法：在有符号数的表示中，用二进制数中最高位表示符号，即用0表示正数，用1表示负数。计算机中对带符号数的常用表示方法有三种：原码、反码和补码。（1）原码 正数的符号
7、位用0表示，负数的符号位用1表示，其余各位表示数值本身，这种表示法就称为原码。,例、X=+52 X原=0 0110100,带符号数的表示及运算,例、X=-52 X原=1 0110100,（2）反码 正数的反码与原码相同。负数的反码是将符号位不变，其余各位逐次取反。例、X=-0110100 X原=10110100,X反=11001011,（3）补码 补码规则：正数的补码和其原码形式相同，负数的补码是将它的原码除符号位以外逐位取反，最后在末位加1。负数的补码为X补=X反+1例、-0110100补=11001011+1=11001100,带符号数的表示及运算,二进制编码,二进制编码的十进制数BCD码
8、：用二进制数来表示十进制数。组合（压缩）BCD码：用四位二进制数来表示一位十进制数。未组合（非压缩）BCD码：用八位二进制数来表示一位十进制数。例：将4978用BCD代码可表示为：（01001001 01111000）BCD,二进制编码,字符、文字的编码 ASCII码：美国标准信息交换码。用七位二进制数表示。故可表示128个字符。见下图ASCII码表。,ASCII表,位、字节和字的基本概念,位（Bit）：度量数据的最小单位。字节（Byte）：最常用的基本单位。一个字节由8个二进制位组成。K 字节1K=1024 byteM（兆）字节1M=1024 KG（千兆）字节1G=1024 M T（太）字节
9、1T=1024 G字：两个字节合称为一个字（Word）。,算术与逻辑运算,算术运算二进制加法算法规则：0+0=00+1=1+0=11+1=0进位11+1+1=1 进位1,算术与逻辑运算,二进制减法算法规则：0-0=01-1=01-0=10-1=1 有借位,算术与逻辑运算,二进制乘法运算规则：00=001=010=011=1二进制除法,逻辑运算,与运算（Y=AB）与运算也称为逻辑乘法运算，通常用符号“”或“”或“”表示。它的运算规则为Y=00=0Y=10=0 Y=01=0Y=11=1,逻辑运算,或运算（Y=AB）“或”运算也称逻辑加法，常用符号“+”或“”表示。它的运算规则为Y=00=0Y=01
10、=1Y=10=1Y=11=1,逻辑运算,反运算（Y=）反运算又称非运算，逻辑否定。其运算规则为1读成非0等于10读成非1等于0,逻辑运算,异或运算（Y=A B）异或运算通常用符号“”表示。它的运算规则为 Y=0 0=0 Y=0 1=1 Y=1 0=1 Y=1 1=0,微型计算机的基本组成电路,完成基本逻辑运算的电路称为门电路，任何逻辑函数都可以由若干门电路构成的逻辑电路来实现。逻辑代数的与、或、非三种基本运算对应有三种逻辑电路，分别把它们称为与门、或门、非门。除了上述三种基本电路外，还可以把它们组合起来，实现功能更为复杂的逻辑门。其中，常见的有与非门、或非门、与或门、与或非门、异或门、异或非门
11、等，这些门电路又称复合门电路。,常用逻辑电路,与门 与门是一个能够实现逻辑乘法运算的、具有多端输入、单端输出的逻辑电路。逻辑函数式是：Y=AB或Y=AB,常用逻辑电路,或门 或门是一个能够实现逻辑加运算的、具有多端输入而单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：Y=AB,常用逻辑电路,非门 非门是一个能够完成逻辑非运算的、具有单端输入和单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：Y=A,常用逻辑电路,与非门 与非门是一个能够完成逻辑与非运算的多端输入、单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：Y=AB,常用逻辑电路,或非门 或非门是一个能够完成逻辑或非运算的多端输入、单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：Y=AB,
12、常用逻辑电路,异或门 异或门是一个能够完成逻辑异或运算的多端输入、单端输出的逻辑电路。其逻辑函数式是：Y=AB,触发器,触发器是具有记忆功能的基本逻辑电路。它能接收、保存和输出逻辑信号0和1。各类触发器都可以由门电路组成。,基本触发器具有下述特点：有两个稳定状态和两个互补的输出；在输入信号驱动下，能可靠地确定其中任一种状态。,触发器,RS触发器,触发器,D触发器,触发器,J-K触发器,寄存器,寄存器是由触发器组成的。一个触发器就是一个一位寄存器。多个触发器就可以组成一个多位寄存器。,寄存器,锁存器：它是用以暂存某个数据，以便在适当的时间节拍将数据输入或输出到其它记忆元件中去。,寄存器,移位寄存
13、器(Shifting Register)移位寄存器能将所储存的数据逐位向左或向右移动，以达到计算机运行过程中所需的功能。,寄存器,计数器(Counter)计数器也是由若干个触发器组成的寄存器，它的特点是能够把储存在其中的数字加1。,寄存器,三态是指输出电路具有0态（开通，传输“0”）、1态（开通，传输“1”）、高阻态（断开/悬浮输出）.采用三态门电路（或称三态门）把部件与总线相连。当部件不工作时，与总线相连的三态输出电路处于高阻态，犹如与总线断开一样，对总线不产生影响.,三态门（三态寄存器）,寄存器,三态门“开”或“关”的控制信号一般由微处理器发出。双向三态门是由两个单向三态门构成，又称做双向
14、电子开关。工作时，用两个单向三态门互斥的控制端信号来选通传输方向。,寄存器,寄存器输出端接至三态门，再由三态门输出端与总线连接起来，就构成三态输出的缓冲寄存器。,寄存器,译码器微机中广泛采用地址译码器对存储器或者输入/输出设备进行选择，操作其工作。例如，CPU在给出存储单元的地址后，存储器要根据该地址选择对应的存储单元，这个过程叫地址译码。设存储单元的地址码为n位二进制数，存储单元的总数为N个，则有N=2n。地址译码就是根据n位地址码，在N个存储单元中选中对应的一个存储单元进行读写。这个选择工作是由地址译码电路来完成的。译码电路的功能：对输入的一个二进制数码经“翻译”后产生一个对应的输出有效信号。N位二进制数有2n个不同的编码组合，所以，译码电路有n个输入端，就应有2n个输 出端。,寄存器,寄存器,
