第1章 微型计算机系统概述及基础知识,2,主要内容,1.1 微型计算机概述 1.2 计算机中的数制 1.3 二进制数的运算 1.4 带符号二进制数的表示及运算 1.5 小数的表示 1.6 字符编码,3,1.1 概述,主要内容： 1.1.1 微型机的发展概况 1.1.2 微型机系统组成 1.1.3 微型机工作原理简介 1.1.4 微型机主要性能指标,4,1.1.1 微型计算机的发展概况,电子计算机：1946 年 ENIAC electronic numerical integrator and calculator 微处理器： 1971年第一次出现，它集成2300个晶体管、有4位带宽 工作频率为 108kHz、能寻址640B 微处理器： 微机的中央处理器CPU，又称为运算控制器 微型计算机：70年代诞生第一台(Apple公司),5,微处理器(Microprocessor)的发展,16位8086/8088、80286 32位80386、80486 Pentium(奔腾或80586) Pentium Pro(高能奔腾) Pentium MMX(多能奔腾) Pentium(二代奔腾) Pentium (三代奔腾) Pentium (四代奔腾)等 单核微处理器到双核、多核微处理器,微处理器,微机,发展,输出设备(显示器、打印机、绘图仪),(可作输入、输出设备),主机,专用软件包 用户应用程序,微机系统,硬件系统,微处理器,内存储器 总线 I/O接口,运算器控制器,外设,输入设备(键盘、鼠标、扫描仪),外存储器,通信设备(网卡、调制解调器),软件系统,系统软件,应用软件,磁盘 光盘,语言处理程序 操作系统 数据库管理系统 服务程序,1.1.2 微型计算机系统组成,下面分别介绍,7,1. 微机硬件系统,以运算器为核心、以存储程序原理为基础 主要特性: 计算机(指硬件)由五大基本部件组成； 计算机内部采用二进制表示指令和数据； 将事先编好的程序和原始数据存入存储器，再启动计算机工作。,存储器,运算器,输出设备,控制器,输入设备,五大基本部件,遵循冯诺伊曼计算机结构,8,微机硬件基本组成框图,显示器,微处理器 (控制器和运算器),芯片组,BIOS (基本输入/输出系统),主存储器,高速缓存,I/O接口,磁盘,I/O接口,I/O接口,I/O接口,其他外设,总线,主板,CMOS RAM,鼠标,主板实例,CPU及其插座、芯片组、内存插槽、高速缓存(Cache) 总线扩展槽、串/并行接口、CMOS、系统BIOS 等,586微机主板结构,10,Intel 845GE 主板,11,1.微处理器(Micro Processor),组成：运算器、控制器、寄存器、内部线路 运算器(算术运算、逻辑运算部件) 依靠算术逻辑部件ALU (Arithmetic Logical Unit) 控制器(控制部件，指挥各部件按指令完成操作) 由指令寄存器、指令译码器、程序计数器、控制部件等组成 寄存器(存放信息部件) 用于存放指令、指令地址、操作数及运算结果等。 内部线路(总线) 用于连接微处理器内部各部件，提供传送信息通路。,12,2.主存储器(Memory),简称主存、内存，记忆部件，用于存放信息。 程序只有放入主存，才能供CPU执行。 主存分成多个存储单元，通常1个存储单元是1个字节(8位) 每个存储单元有1个编号(内存地址或地址) 即1个字节有1个编号,插到内存插槽中,13,3.高速缓冲存储器(Cache),解决微处理器、主存读写速度不匹配 Cache结构从单级向多级发展 2级Cache包括1级Cache、级Cache 1级集成在微处理器芯片内，2级在主板上。,14,4.CMOS芯片,主板上的一块CMOS RAM(简称CMOS)芯片 用于存储计算机的一些配置信息 如系统时间、磁盘、光盘、显示器、存储器等参数 开机后，可进入Setup程序修改CMOS信息 CMOS由电池供电，关机后信息不丢失,15,5.BIOS芯片,BIOS：Basic Input Output System 是一块只读存储器ROM (Read-Only Memory) BIOS存储基本输入、输出程序 由厂家采用特殊方法写入 用户只能读出BIOS内容，不能修改 断电后，BIOS信息不丢失,16,6.芯片组,固定在主板上的几块集成电路芯片 主板上能安装何种档次的CPU由芯片组决定,芯片组,17,7.总线(BUS),是传送信息的一组通信线 用于连接CPU、主存、I/O接口，与外设传送信息,地址总线AB Address Bus,CPU,主存储器,I/O接口,I/O设备,数据总线DB Data Bus,控制总线CB Control Bus,18,8.输入/输出接口(Input/Output Port),主机(总线),外设,外设接口电路,插入端,外设插座,较复杂的I/O接口电路都做在电路板上，称为卡(Card) 如显示卡、网卡、声卡等 在卡的一侧引出连接外设的插座，另一侧做成插入端 将插入端插到总线插槽(I/O通道)上，即把接口与系统总线相连,19,I/O接口卡举例(显示卡、显示适配器),是主机与显示器之间的连接部件，插在主板的I/O扩展槽上 显卡分为：PCI显卡、AGP显卡 显卡上部件包括: 主机接口、显示器接口和显示功能3部分,主机(总线),显示器,显卡(显示器接口电路),Video port 接Monitor,20,外设插座,21,2.软件系统,包括: 系统软件和应用软件 系统软件包括： 操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、服务程序等,22,语言处理(翻译)程序,1.机器语言：二进制代码指令集合(能直接识别、执行) 2.汇编语言：机器语言的符号化表示(不能识别，需翻译) 3.高级语言：接近自然语言形式的程序设计语言(需翻译),AL=3+5 end,MOVE AL, 3 ADD AL, 5 HALT,1011000000000011 0000010000000101 11110100,机器语言程序 汇编语言源程序 Basic语言源程序 3+5,翻译成,汇编成,23,1.1.3 微型机工作原理简介,取指令,MOVE AL, 3 ADD AL, 5 HLT,取指令,执行指令,例 完成 3+5 运算程序的执行过程 1 取出第1条指令，翻译后执行指令， 即取出数据3，并送到累加器AL中 2 取出第2条指令，翻译后执行指令 即把累加器AL中数据与5相加，结果存AL中 3 取出第3条指令，翻译后执行指令(即停机),解释指令,指令放在内存中,Fetch,Decode,Execute,24,1.1.4 微型机主要性能指标,包括：字长、运算速度、外频、主频、存储容量等 字长 CPU一次同时处理的二进制位数。如16位、32位、64位 运算速度 每秒钟执行指令的条数，用MIPS”百万条/秒”描述 (MIPS：Million Instruction Per Second),25,1.1.4 微机主要性能指标,外频 CPU总线频率，主板向CPU提供的基准时钟频率，是CPU与其他部件之间的工作频率。 主频 CPU工作频率，CPU内部实际运行频率。 Pentium 4主频在1GHz以上。 主频与外频关系 486DX2以前的CPU，主频=外频 486DX2之后的CPU，主频=外频倍频系数,26,2.存储容量,b(Bit 比特 位) = 最小单位 1B(Byte 字节) = 8Bit 例如，11001010是1个字节 1W(Word 字) = 2B = 16Bit 1KB(Kilobyte 千字节) = 1024B = 210B 1MB(Megabyte 兆字节) = 1024KB 1GB(Gigabyte 吉字节) = 1024MB 1TB(Terabyte 太字节) = 1024GB 1PB(Petabyte 拍字节) = 1024TB,27,1.2 计算机中的数制,十进制：数字符号 09 ，逢十进一， 用D(Decimal)代表。 例 34.98 D 或 (34.98)D 或 34.98 二进制：数字符号 01 ，逢二进一，用B(Binary)表示。 例 1010B ， 1101.11 B 或 (1101.11)B 八进制：数字符号 07 ，逢八进一， 用O(Octal)代表。 例 127. 546O 或 (727.76 )o 十六进制：数字符号09、AF ， 逢十六进一，用H表示 Hexadecimal 例 5CD. BFH 或 (A97D.BF)H,28,各种数制之间的转换,十进制数转换成其他进制数 其他进制转换成数十进制数,29,十进制数转为二进制数,例 十进制 29.625 转为二进制，结果为(11101.101)2,整数除2取余 余数 2 2 9 1 2 1 4 0 2 7 1 2 3 1 2 1 1 0,小数乘2取整 0. 6 2 5 2 1 1. 2 5 0 0. 2 5 2 0 0. 5 0 2 1 1. 0 0,30,十进制转为八、十六进制数,8 237 5 8 29 5 8 3 3 0 (237)10=(355)8,16 237 D(13) 16 14 E(14) 0 (237)10=(ED)16,十进制数转为八进制数规则：整数除8取余，小数乘8取整。 十进制数转为十六进制数： 整数除16取余，小数乘16取整。,31,二进制、十六进制转为十进制数,规则: 按相应的权表达式展开 (B)2=Bn-12n-1+ Bn-22n-2 + B020+ B-12-1+B-22-2 + + B-m2-m 例 (10101.101)2 =124 + 023 + 122 + 021 + 120 + 12-1 + 02-2 + 12-3 =16 + 0 + 4 + 0 + 1 + 0.5 + 0 + 0.125 =21.625 (H)16=Hn-116n-1+Hn-216n-2+H0160+H-116-1+H-216-2+ +H-m16-m 例 24.A H = 2161 + 4160 + 1016-1=36.625,32,二进制与十六进制的相互转换,例：十六进制数F9A.C转换为二进制 方法：1位十六进制数用4位二进制数替换 F 9 A. C 1111 1001 1010. 1100 (F9A.C)16(111110011010.1100)2,33,进制对照,4 位二进制数对应 1 位十六进制数 十进制 二进制 十六进制 0 0000 0H 9 1001 9H 10 1010 AH 11 1011 BH 12 1100 CH 13 1101 DH 14 1110 EH 15 1111 FH 16 10000 10H,34,1.3 二进制数的运算,算术运算 逻