南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章課件

1、南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章1微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)與接口技術與接口技術南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章2基礎知識基礎知識Ch. 1 計算機基礎計算機基礎1.1計算機中的數(shù)制1.2計算機中數(shù)據的編碼（一）1.2計算機中數(shù)據的碼制（二）1.4計算機系統(tǒng)的基本組成(一)1.4計算機系統(tǒng)的基本組成(二)Ch. 7 存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)7.1 概述南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章3第第1 1章章 計算機基礎計算機基礎南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章4IBM PCIBM PC系列微機中微處理器簡介系列微機中微處理器簡介64G233333M36646475

2、0321997奔騰21.2-3G64642300322000奔騰4233333M646475032奔騰3512K16K8K有無無無高速高速緩存緩存150200M60166M25100M1233M620M4.77M4.77M主頻主頻6464323216816外部總外部總線寬度線寬度55031012027.513.42.92.9晶體管晶體管(萬個萬個)1995199319891986198219791978發(fā)布發(fā)布年分年分1M20161680864G326432奔騰4G3232323861M201616808864G366432P64G32323248616M241616286尋址尋址空間空間地址

3、總地址總線寬度線寬度數(shù)據總數(shù)據總線寬度線寬度字長字長(位位)型號型號南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章5Intel 微處理器 1971年，第一款年，第一款4位微處理器位微處理器4004 1974年，年，8位微處理器位微處理器8080 1978年，年，16位微處理器位微處理器8086 1979年，又開發(fā)出了年，又開發(fā)出了8088 1981年，美國年，美國IBM公司將公司將8088芯片用于其研制的芯片用于其研制的PC機機 1982年，研制出了年，研制出了80286微處理器微處理器 1985年年 10月月17日，日，32位微處理器位微處理器80386 DX正式發(fā)布正式發(fā)布 1989年，年，8

4、0486芯片芯片 1993年，年， Pentium CPU問世問世 1996年底，多能年底，多能Pentium MMX 1998年，年，Pentium II 、至強、至強Xeon、賽揚、賽揚Celeron 1999年春，年春，Pentium III 2000年，年，Pentium 4 2002年，超線程技術（年，超線程技術（HT，Hyper-Threading） 2005年年 4月月18日，全球同步首發(fā)雙核處理器奔騰日，全球同步首發(fā)雙核處理器奔騰D 2006年年 11月，推出月，推出4核處理器核處理器南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章680核處理器南京郵電大學微型計算機原理與接口技術1

5、1章780核處理器核處理器 2007-02-11 核心面積核心面積275平方毫米平方毫米 主頻主頻3.16GHz 電壓電壓0.95V 數(shù)據帶寬數(shù)據帶寬1.62Tb/s 浮點運算能力浮點運算能力1.01TFlops 相當于相當于1萬顆萬顆10年前的年前的Pentium Pro 功耗不過功耗不過62W 比比core 2 duo還低還低南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章81.1 1.1 計算機中的數(shù)制計算機中的數(shù)制1.1.1 1.1.1 數(shù)值數(shù)據的表示數(shù)值數(shù)據的表示 （1） 基基r進位數(shù)制進位數(shù)制 S S = N = N =rKimnii其中，其中，K Ki i 00，1 1，r-1r-1；

6、n n，m m是正整數(shù)。是正整數(shù)。特點：只用特點：只用r r個符號表示數(shù)值；逢個符號表示數(shù)值；逢r r進一。進一。南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章9（2 2） 十進制數(shù)十進制數(shù) S S 10 10 = N = N =01Dimnii（3 3） 二進制數(shù)二進制數(shù) S S 2 2 = N = N =2Bimnii其中，其中，D Di i 00，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，99；n n，m m是正整數(shù)。是正整數(shù)。特點：只用特點：只用1010個符號表示數(shù)值；逢十進一。個符號表示數(shù)值；逢十進一。其中，其中，B Bi i 00，11；n n，m m是正整數(shù)。是

7、正整數(shù)。特點：只用特點：只用2 2個符號表示數(shù)值；逢二進一。個符號表示數(shù)值；逢二進一。南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章10 （5 5） 十六進制數(shù)十六進制數(shù) S S 16 16 = N = N =其中，其中，H Hi i 00，1 1，1515；n n，m m是正整數(shù)。是正整數(shù)。特點：只用特點：只用1616個符號表示數(shù)值；逢十六進一。個符號表示數(shù)值；逢十六進一。16Himnii （4 4） 八進制數(shù)八進制數(shù) S S 8 8 = N = N =其中，其中，Q Qi i 00，1 1，77；n n，m m是正整數(shù)。是正整數(shù)。特點：只用特點：只用8 8個符號表示數(shù)值；逢八進一。個符號表示數(shù)

8、值；逢八進一。8imniQi南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章11F F151577E E141466D D131355C C121244B B111133A A10102299118800 等值的一位 十六進制數(shù) 十進制數(shù) 等值的一位 十六進制數(shù) 十進制數(shù) 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章12（）二進制數(shù)與八、十六進制數(shù)之間的關系及轉換）二進制數(shù)與八、十六進制數(shù)之間的關系及轉換 1.1.2 r進制數(shù)之間的關系及轉換進制數(shù)之間的關系及轉換 因為因為 28=3，所以所以1位八進制數(shù)可以由位八進制數(shù)可以由3位二進制數(shù)表示；位二進制數(shù)表示； 因為因為 216=4，所以所以1位十六進

9、制數(shù)可以由位十六進制數(shù)可以由4位二進制數(shù)表示。位二進制數(shù)表示。例例1 （1100101.1001）2 =（ ）8例例2 (324.66)8 = ( )2 (324.66)8 = ( 11010100.11011 )2 （1100101.1001）2 =（ 145.44 ）8南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章13 例例4 (17E.58)16( )2例例3 (101011.11)2 = ( )16 (101011.11)2 = ( 2B.C )16(17E.58)16（1,0111,1110.0101,1)2南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章14（2）十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉換

10、）十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉換 十進制整數(shù)十進制整數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù) 算法：除取余，直到商為零為止算法：除取余，直到商為零為止. . 1.余220.余211.余20所以，所以，(11)(11)1010=(1011)=(1011)2 2 1 151.余 2 H南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章15十進制數(shù)純小數(shù)十進制數(shù)純小數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù) 算法算法: :乘乘2 2取整取整, ,直到乘積的小數(shù)部分為直到乘積的小數(shù)部分為0 0或達到一或達到一定的精度時止。定的精度時止。 (0.8125) (0.8125)1010=(0.1101)=(0.1101)2 20. 8125 2 1. 25020

11、. 5 2 1. 01 . 625 2H南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章16 十進制帶小數(shù)十進制帶小數(shù) 二進制數(shù)二進制數(shù) 整數(shù)、純小數(shù)分別計算整數(shù)、純小數(shù)分別計算, ,再合并再合并 (11.8125)(11.8125)1010=(1011.1101)=(1011.1101)2 2 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章17 1.1.3 1.1.3 二十進制數(shù)二十進制數(shù)(BCD(BCD碼數(shù)碼數(shù)) ) 用四位二進制數(shù)代表一位十進制數(shù)，又稱BCD碼數(shù).401000100300110011200100010100010001000000000等值的一位十進制數(shù) 等值的一位BCD碼數(shù) 四位

12、二進制數(shù) 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章1811111110110111001011非法BCD碼1010910011001810001000701110111601100110501010101401000100300110011200100010100010001000000000等值的一位十進制數(shù) 等值的一位BCD碼數(shù) 四位二進制數(shù) 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章19例:設 X=(01010110)2 Y=(01010110)BCD Z=(5 A)16 問: X,Y,Z中哪個最大?解: X=(01010110)2=26242221=(86)10 不同數(shù)制的數(shù)比較大小

13、不同數(shù)制的數(shù)比較大小, ,要把它們化為同一的數(shù)要把它們化為同一的數(shù)制，才好比較。制，才好比較。Y=(01010110)BCD =(56) 10 Z=(5A) 16= 516110160=(90) 10 Z最大.南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章20 1.2 1.2 計算機中數(shù)值數(shù)據的編碼計算機中數(shù)值數(shù)據的編碼 1.2.1 數(shù)值數(shù)據在計算機中的表示數(shù)值數(shù)據在計算機中的表示 1. 1. 定點數(shù)的表示方法定點數(shù)的表示方法 所謂定點，即數(shù)據的小數(shù)點的位置不變。所謂定點，即數(shù)據的小數(shù)點的位置不變。 若用n+1位二進制數(shù)表示一個定點數(shù)X，即X = x0 x1 x2 xn 就可以在計算機中表示為：就

14、可以在計算機中表示為： x0 x1 x2 xn 0：正數(shù)：正數(shù)x0=1：負數(shù)：負數(shù)符號符號尾數(shù)尾數(shù)南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章21若若X為純小數(shù)，則小數(shù)點位于為純小數(shù)，則小數(shù)點位于x0和和x1之間：之間：x0 x1 x2 xn若若X為整數(shù)，則小數(shù)點位于為整數(shù)，則小數(shù)點位于xn的右邊：的右邊：x0 x1 x2 xn其數(shù)值范圍：其數(shù)值范圍：0 |X| 12-n；其數(shù)值范圍：其數(shù)值范圍：0 |X| 2n 1 。南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章222. 浮點數(shù)浮點數(shù)的表示方法的表示方法小數(shù)點在數(shù)據中的位置可以左右移動的數(shù)稱作浮點數(shù)。小數(shù)點在數(shù)據中的位置可以左右移動的數(shù)稱作浮點數(shù)

15、。浮點數(shù)一般表示為浮點數(shù)一般表示為N = M REM（Mantissa）：尾數(shù)；）：尾數(shù)；R（Radix）：階的基數(shù)；在計算機中為）：階的基數(shù)；在計算機中為2、8、16；E（Exponent）：階的階碼。）：階的階碼。例：例：5678 = 5.678 103例：例：(11.01)2 = 1.101 21= 0.1101 22= 11.01 20= 110.1 2-1= 56.78 102= 567. 8 101南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章23浮點數(shù)格式如下浮點數(shù)格式如下: ES E1 E2 Em MS M1 M2 MnEM階符階符尾符尾符 浮點數(shù)的小數(shù)點的位置形式固定在浮點數(shù)的小

16、數(shù)點的位置形式固定在MS與與M1之間，小數(shù)之間，小數(shù)點的左右點的左右“移動移動” 由由E決定，因此尾數(shù)必為小數(shù)。決定，因此尾數(shù)必為小數(shù)。例例：(11.01)2的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為: 0 1 0 0 1 1 0 1南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章24 真值：實際的數(shù)值數(shù)據。真值：實際的數(shù)值數(shù)據。 如：101 101 字長：包括符號位在內，一個機器數(shù)具有的位數(shù)。字長：包括符號位在內，一個機器數(shù)具有的位數(shù)。 如：字長n=8的機器數(shù)，除了符號位，數(shù)值部分 為7位 機器數(shù)（機器碼）：機器內表示的數(shù)值數(shù)據。機器數(shù)（機器碼）：機器內表示的數(shù)值數(shù)據。1.2.2 二進制數(shù)的編碼二進制數(shù)的編碼下

17、面介紹機器數(shù)的表示方法（原碼，補碼，反碼）。 正數(shù)正數(shù) 負數(shù)負數(shù) 00 xxxxxxx01 xxxxxxx南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章251. 1. 原碼表示法原碼表示法 定義定義: : 若定點整數(shù)若定點整數(shù) X X 的原碼形式為的原碼形式為 x x0 0 x x1 1x x2 2 x xn n , ,則有則有 022220XXXXXXnnnn原設設 x=+101x=+101 字長為字長為4 4位的原碼為位的原碼為xx原原= =0 0 101 101 設設 x=x=101 101 字長為字長為8 8位的原碼為位的原碼為xx原原= =1 1 0000101 0000101 x=+0

18、 x=+0 字長為字長為8 8位的原碼為位的原碼為xx原原= =0 0 0000000 0000000 x=x=0 0 字長為字長為8 8位的原碼為位的原碼為xx原原= =1 1 0000000 0000000 字長為字長為8 8位的原碼為位的原碼為xx原原= =0 0 0000101 0000101 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章26 2. 2. 補碼表示法補碼表示法 定義定義: : 若定點整數(shù)若定點整數(shù) X X 的補碼形式為的補碼形式為 x x0 0 x x1 1x x2 2 x xn n , ,則有則有 )2(mod022220111nnnnnXXXXXX補例例 x=+101

19、, x=+101, 字長為字長為8 8位的補碼為位的補碼為xx補補= =0 0 0000101 0000101 x= x=101, 101, 字長為字長為8 8位的補碼為位的補碼為xx補補= =1 1 1111011 1111011 x=+0 x=+0， 字長為字長為8 8位的補碼為位的補碼為xx補補= =0 0 0000000 0000000南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章273. 3. 反碼表示法反碼表示法 定義定義: : 若定點整數(shù)若定點整數(shù) X X 的反碼形式為的反碼形式為 x x0 0 x x1 1x x2 2 x xn n , ,則有則有 0212201XXXXXnnn）

20、（反 例例 x=+101 x=+101 字長為字長為8 8位的反碼為位的反碼為xx反反= =0 0 0000101 0000101 x= x=101 101 字長為字長為8 8位的反碼為位的反碼為xx反反= =1 1 1111010 1111010 x=+0 x=+0 字長為字長為8 8位的反碼為位的反碼為xx反反= =0 0 0000000 0000000 x=x=0 0 字長為字長為8 8位的反碼為位的反碼為xx反反= =1 1 1111111 1111111南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章28 022220XXXXXXnnnn原 0212201XXXXXnnn）（反 )2(mo

21、d022220111nnnnnXXXXXX補4.4.小結：小結： 正數(shù)的原、反、補碼與真值數(shù)相同；正數(shù)的原、反、補碼與真值數(shù)相同； 求負數(shù)補碼可先求反碼再在末位加求負數(shù)補碼可先求反碼再在末位加1 1。 零補碼唯一；零補碼唯一； 計算機系統(tǒng)中一律用補碼進行運算。計算機系統(tǒng)中一律用補碼進行運算。南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章291.2.3 1.2.3 補碼到真值的轉換補碼到真值的轉換 設 X補= x0 x1x2 xn 。當 x0=0，X= X補；當 x0=1，X= -(2n - x1x2 xn) 。整數(shù)的補碼轉換為真值可按如下方式進行.南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章30 例

22、1 設X補=(96)16,則x=( ? )10 解: x補=(96)16=10010110 則 x=1101010=( 106)10 例2 設x=(120)10,則x補=( ? )16 解：x=(120)10=(1111000)2 則 x補=(10001000) =(88)16 例3 設x=(100)10,則x補=( ? )16 解: x=(100)10=(+1100100)2 則 x補=(01101100) =(64)16例(設字長n=8) 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章311.2.4 n1.2.4 n位二進制整數(shù)補碼的加減運算位二進制整數(shù)補碼的加減運算 補碼的加減運算補碼的加減

23、運算 補補補補補補補補補補 補補 條件：條件： (1) (1) 符號位參加運算符號位參加運算 (2) (2) 以以2 2n n為模為模 (3)(3)當真值滿足下列條件時，結果是正確的，當真值滿足下列條件時，結果是正確的， 否則結果錯誤否則結果錯誤 2 2n-1 n-1 x, y, x+y ,x x, y, x+y ,xy +2y +127， 2151,215(1) (1) 雙符號位判斷法雙符號位判斷法南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章36(2) 計算機怎樣表示進位和溢出計算機怎樣表示進位和溢出 運算器最高位加數(shù)被加數(shù)來自低位的進位值溢出判斷電路最高位的和CF進位標志OF溢出標志南京郵電

24、大學微型計算機原理與接口技術11章37 a 運算器一律把操作數(shù)看成是有符號的數(shù) b 最高位的進位值保存在“進位標志寄存器”中 c 加數(shù)，被加數(shù)的最高位相同，且和結果的最高位相異，并溢出標志為1 如果參與運算的數(shù)是無符號數(shù)，則判進位標志， 進位標志=1，表示溢出。 如果參與運算的數(shù)是有符號數(shù)，則判溢出標志，溢出標志=1，表示溢出。 (3) 程序員如何判斷溢出程序員如何判斷溢出南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章38例： 加數(shù)= 0 被加數(shù)= 0再如：加數(shù)= 1 被加數(shù)= 1若加數(shù)、被加數(shù)為無符號數(shù)，則結果=10100101=165 若加數(shù)、被加數(shù)有符號數(shù)，則結果=91 若它們是無符號數(shù)，結

25、果=+91 (CF=1) 它們是有符號數(shù)，結果=+91 (OF=1)CF=0，OF=1和 = 01 和= 101011011 CF=1，OF=1結果都錯（+（+南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章391.2.5 1.2.5 無符號數(shù)的概念無符號數(shù)的概念 計算機處理的數(shù)值數(shù)據，包括有符號數(shù)和無符號數(shù)計算機處理的數(shù)值數(shù)據，包括有符號數(shù)和無符號數(shù)兩類。兩類。 有符號數(shù)用補碼表示，其最高位代表符號。有符號數(shù)用補碼表示，其最高位代表符號。 什么是無符號數(shù)？什么是無符號數(shù)？ 即數(shù)的最高位不代表符號，而是數(shù)值的一部分。即數(shù)的最高位不代表符號，而是數(shù)值的一部分。 某數(shù)是無符號數(shù)，還是有符號數(shù)，其意義是由程序某數(shù)是無符號數(shù)，還是有符號數(shù)，其意義是由程序員定義的。員定義的。 南京郵電大學微型計算機原理與接口技術11章40如：編程統(tǒng)計某班級單科的及格人數(shù)。如：編程統(tǒng)計某班級單科的及格人數(shù)。 學生成績沒有負數(shù)，所以成績應視為無符學生成績沒有負數(shù)，所以成績應視為無符號數(shù)。