微机的基础知识.pptx
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1、2023/3/161教材1、微型计算机原理及应用 许立梓等主编,机械工业出版社2、80 x86 IBM PC及兼容计算机(卷I和卷II)汇编语言,设计与接口技术 清华大学出版社(原版影印教材)3、计算机组成原理 白中英主编,辞学出版社第1页/共91页2023/3/162第一章 微型计算机的基础知识 主要介绍微型计算机的发展,基本组成原理以及运算基础。1、计算机的发展及分类 2、微型计算机系统的概论 3、数制及转换 4、计算机中的数及编码 5、计算机中数的运算方法 作业 第2页/共91页2023/3/1631、计算机的发展及分类电子管晶体管集成电路大规模集成电路第5代1.1发展:发展:第3页/共
2、91页2023/3/1641、计算机的发展及分类1.2 分类:分类:第4页/共91页2023/3/165世界的超级计算机日本的“京”配备了88128颗富士通SPARC64 VIIIfx 2.0GHz八核心处理器,最大计算性能10.51Petaflop(千万亿次)/s,总功耗为12659.9千瓦。第5页/共91页2023/3/166世界的超级计算机中国的”天河一号“(天津)达到2.57 petaflop/s,配备20多万颗处理器核心,造价在6亿 人民币以上。第6页/共91页2023/3/167世界的超级计算机美国”JAGUAR”JAGUAR”美国能源部最大计算能力为1.75 petaflop/s
3、第7页/共91页2023/3/168世界的超级计算机中国”星云”(深圳)最大计算能力为1.271 petaflop/s第8页/共91页2023/3/169世界的超级计算机日本”Tsubame 2.0”第9页/共91页2023/3/1610世界的超级计算机欧洲“Tera-100”最大计算性能约为1Petaflop/s第10页/共91页2023/3/16112、微型计算机系统的概论1、微型计算机的发展2、微型计算机系统3、微型计算机系统的主要技术指标4、微型计算机的应用概况第11页/共91页2023/3/16122.1微型计算机的发展n第一阶段(19711973):典型的微型机以Intel 400
4、4和Intel 4040为基础。微处理器和存储器采用PMOS工艺,工作速度很慢。微处理器的指令系统不完整;存储器的容量很小,只有几百字节;没有操作系统,只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。第12页/共91页2023/3/16132.1微型计算机的发展n第二阶段(第二阶段(1974197419771977):以8位微处理器为基础,典型的微处理器有Intel 8080/8085、Zilog公司的Z80及Motorola公司的6800。微处理器采用高密度MOS(HMOS)工艺,具有较完整的指令系统和较强的功能。存储器容量达64KB,配有荧光屏显示器、键盘、软盘驱动器等设备,构成了独立
5、的台式计算机。配有简单的操作系统(如CP/M)和高级语言。第13页/共91页2023/3/16142.1微型计算机的发展n第三阶段(19781981):以16位和准32位微处理器为基础,如Intel公司的8086、Motorola的68000和Zilog的Z8000。微处理器采用短沟道高性能NMOS工艺。在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机的设计思想,如虚拟存储和存储保护。n第四阶段(第四阶段(2020世纪世纪8080年代)年代):8080年代初,年代初,IBMIBM公司推出开公司推出开放式的放式的IBM PCIBM PC,这是微型机发展史上的一个重要里程碑。这是微型机发展史上的一个重要里
6、程碑。IBM PCIBM PC采用采用Intel 80 x86Intel 80 x86(当时为当时为8086/80888086/8088、8028680286、8038680386)微处理器和)微处理器和MicrosoftMicrosoft公司的公司的MS DOSMS DOS操作系统并公操作系统并公布了布了IBM PCIBM PC的总线设计。的总线设计。第14页/共91页2023/3/16152.1微型计算机的发展n第五阶段(20世纪90年代开始):RISC(精简指令集计算机)技术的问世使微型机的体系结构发生了重大变革。n第六阶段、第七阶段 第15页/共91页2023/3/16162.2微型计
7、算机系统(Microcomputer System)1、计算机的体系结构2、微型计算机的基本构成3、微型计算机的硬件结构4、微型计算机的类型第16页/共91页2023/3/16172.2.1 计算机的体系结构冯.诺依曼结构:数字计算机的数制采用二进制;计算机应该按照程序顺序执行;串行结构;是现代计算机的基础。计算机之父计算机之父冯冯.诺依曼诺依曼第17页/共91页2023/3/16182.2.2 微型计算机系统的构成第18页/共91页2023/3/16192.2.3微型计算机的硬件结构 微型计算机是指以微处理器为基础,配以存储器和输入/输出接口电路,通过总线连接起来。微型计算机硬件组成图:第1
8、9页/共91页2023/3/16202.2.3微型计算机的硬件结构(总线)n总线(Bus):一组信息传递的 公共信号线。好比公路n特征值:宽度(数据线的条数)n包含地址总线、数据总线、控制总线n地址总线(Address Bus):专门传递地址信息的一组线。寻址存储器和I/O设备。总线的宽度决定了微处理器寻址的能力。n数据总线:传递数据信息。n控制总线:传递控制信息。第20页/共91页2023/3/1621 一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件。(Central Processing Unit,俗称 CPU)基本组成:算术逻辑单元、控制器、寄存器组 微处理器(Micropr
9、ocessor)第21页/共91页2023/3/16222.2.4微型计算机系统类型 单片机又称“微控制器(Microcontroller)”和“嵌入式计算机”。它是把构成微型计算机的所有部件集成在一块芯片上。其体积小,功耗低,在智能化仪表及控制领域应用极广;单板机这是将构成微型计算机的一些功能部件安装在一块印刷电路板上。用于生产过程的实时控制和教学实验平台;多板计算机这是一种通用的微型计算机系统,广泛用于办公室和家庭、个人使用。如我们的个人计算机,在商业、家庭、科学、工业和教学领域都得到广泛的应用。第22页/共91页2023/3/16232.3 微型计算机系统的主要技术指标(1)字长(2)运
10、算速度(3)存储容量(4)主频(5)指令系统(6)外部设备的配置(7)软件的配置第23页/共91页2023/3/1624(1)字长 计算机的字长是指CPU与输入/输出设备或内存储器之间一次传送二进制数据的位数。通常CPU的数据总线的位数与计算机的字长是一致的。第24页/共91页2023/3/1625(2)运算速度 运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示的,用来衡量计算机运算的快慢程度。以MIPS(Million Instruction Per Second,每秒百万条指令)为单位。第25页/共91页2023/3/1626(3)存储容量 存储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指标,包括内存容
11、量和外存容量。内存容量以字节为单位,分装机容量和最大容量。*最大容量是由CPU的地址总线决定。*装机容量是由实际装机情况决定,或者由用户所要求的软件环境决定。外存容量是指硬盘、光盘及软盘等容量。第26页/共91页2023/3/1627内存的最大容量和装机容量例1:8088是20条地址线,则最大内存容量为 220=10241024=1M;例2:Pentium Pro是36条地址线,则最大内存容量为 236=64 1024 10241024=64G。事实上,目前PC机的实际装机容量一般为1G或2G、4G。第27页/共91页2023/3/1628(4)主频 主频指计算机工作时CPU的时钟频率(Clo
12、ck Rate),单位为MHz,是计算机工作的时间基准,用于协调整机的操作。8086/8088的时钟频率为310MHz。主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。第28页/共91页2023/3/1629(5)指令系统(Instruction Sets)指令系统是指CPU所能执行的全部指令的集合。(芯片制造商已完成)指令系统功能是否齐全、寻址方式是否方便,直接影响计算机的工作能力。第29页/共91页2023/3/1630(6)外部设备的配置 外部设备的配置是衡量一个计算机系统的综合性能的重要指标。1、允许配置的外设数量,一般所配的外设越多,系统功能越强;2、外设接口的标准和类型,接口性能的好
13、坏直接影响系统的功能。第30页/共91页2023/3/1631(7)软件的配置 软件和硬件是计算机系统中两大资源。软件配置直接影响计算机系统的使用和性能的发挥。必须配置的软件:1、系统软件(操作系统、诊断程序、编辑程序等);2、程序设计语言(机器语言、汇编语言,高级语言);3、应用软件(软件包、数据库)。第31页/共91页2023/3/16322.4 微型计算机的应用概况(1)科学计算(数值计算)(2)信息处理(3)过程控制(4)计算机辅助技术(5)人工智能(6)计算机仿真第32页/共91页2023/3/1633(1)科学计算(数值计算)科学研究和工程技术领域中有大量复杂的数值运算问题,是计算
14、机应用最早的领域。如:人造卫星的轨迹计算;建筑设计中房屋抗震强度的计算;气象预报中描述大气运动规律的微分方程的求解等。特点:计算过程复杂,精度要求高。第33页/共91页2023/3/1634(2)信息处理 用计算机对信息及时地加以记录、整理和计算,并加工为人们所要求的形式。如:数据处理、事务处理、企业管理和情报检索等都属于信息处理的范畴。特点:数据量很大,计算过程比较简单。第34页/共91页2023/3/1635(3)过程控制 过程控制是指将计算机应用于自动控制系统。所谓自动控制系统是一种不需要人工干预的过程(包括机械加工过程、热力学过程和化学过程等)和对象进行控制的系统。特点:实时性要求及时
15、采集检测数据,经过计算机计算后及时对被控对象进行自动控制和调节。第35页/共91页2023/3/1636(4)计算机辅助技术包括:计算机辅助设计(CAD,Computer Aided Design);计算机辅助制造(CAM,Computer Aided Manufacturing);计算机辅助教育(CAI,Computer Assisted Instruction);等等。特点:综合利用计算机的计算、逻辑判断、信息处理的功能,并具有很强的人机交互特性。第36页/共91页2023/3/1637(5)人工智能 人工智能是研究如何制造出智能机器和智能系统来模拟人类的智能活动,以延伸人的智能的科学。研
16、究领域包括计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、自然语言理解、自动程序设计、及机器人学等。第37页/共91页2023/3/1638(6)计算机仿真 计算机仿真是一门建立仿真模型和进行仿真实验的技术。科研人员根据实际系统建立模型系统,并通过对模型系统的研究实验,以达到研制和开发实际系统的目的。应用范围包括航空、航天、核能及其他工业控制等领域。目前已推广到社会、经济、生物等领域。利用计算机仿真可以方便、有效地对系统进行分析、设计、操作、预测和统筹等控制。第38页/共91页2023/3/1639 3 数制及转换 1、数制 2、各种数制的相互转换第39页/共91页2023/3/16403
17、.1数制(1)十进制数(2)二进制数(3)十六进制数第40页/共91页2023/3/1641(1)十进制数(Decimal)具有10个数字符号0,1,2,9;由低位向高位进位是按“逢10进1”的规则进行的;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 =6103+5102+4101+3100+210-1+110-2第41页/共91页2023/3/1642(2)二进制数(Binary)具有2个数字符号0,1;由低位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的;基数为2,第i位的权为2i。其中
18、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 =123+0 22+121+020+12-1+02-2+12-3 第42页/共91页2023/3/1643(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 =1163+9 162+11161+15160+1016
19、-1+1116-2+1416-3第43页/共91页2023/3/16442、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第44页/共91页2023/3/1645(1 1)二进制、十六进制转换为十进制按权展开求和。如:10101.101B =1 24+122+120+12-1+12-3 =16 +4 +1 +0.5 +0.125 =21.625D 19B.ABH =1162+9 161+11160+1016-1+1116-2 =256 +144 +11 +0.625 +0.04296875 =411.66796875D 第45页/共91页
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