计算机基础知识与基本工作原理.pptx
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1、机械电子工程学院机械电子工程学院2.1 计算机基础知识计算机基础知识1、十进制、十进制 567D=5*102+6*101+7*100 (表示十进制时,(表示十进制时,D通常可省略)通常可省略)2、二进制、二进制1011B=1*23+0*22+1*21+1*20=8+0+2+1=113、十六进制、十六进制A31H=10*162+3*161+1*160=2560+48+1=26092.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.1 数制的基与权数制的基与权机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.1 数制的基与权数制的基与权用用
2、“+”和和“-”表示符号的带符号数称为表示符号的带符号数称为真值真值。用用“0”和和“1”表示符号的带符号二进制(表示符号的带符号二进制(Binary)数称为)数称为机器数机器数。机器数可以写成二进制的形式,通常也写成十六进制(机器数可以写成二进制的形式,通常也写成十六进制(Hex)的形式。)的形式。DecimalBinaryHeximalDecimalBinaryHeximal000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F机械电子工程学
3、院机械电子工程学院2.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.2 数制的转换数制的转换1、二进制(或十六进制)转换为十进制、二进制(或十六进制)转换为十进制 按权相加按权相加2、十进制转换为二进制(或十六进制)、十进制转换为二进制(或十六进制)整数部分整数部分:除基除基(2或或16)取余,逆序取余,逆序排列排列 小数部分小数部分:乘基乘基(2或或16)取整,正序取整,正序排列排列 如:如:189=BDH;12.25=1100.01B3、二进制与十六进制的相互转换、二进制与十六进制的相互转换 每每1位位十六进制数用相应的十六进制数用相应的4位位二进制表示。二进制表示。如:如:
4、BDH=1011 1100B机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算1、有符号数的表示方法、有符号数的表示方法 最高位是符号位,最高位是符号位,0表示正数,表示正数,1表示负数。表示负数。设设X=(+/-)X1,X2,Xi,Xn-1,其中,其中Xi为一位二进制数,为一位二进制数,i=1,2,n-1。X反反=X补补=X原原=机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算1)原码)原码 如:如:+93=0101 1101;-93=1101 11012
5、)反码)反码 正数:与原码相同正数:与原码相同 负数:除符号位外,其它各位取反负数:除符号位外,其它各位取反 如:如:+93反反=0101 1101;-93反反=1010 00103)补码)补码 正数:与原码相同正数:与原码相同 负数:反码负数:反码+1(+1进位时要把符号位一块考虑进去进位时要把符号位一块考虑进去)如:如:+93补补=0101 1101;-93补补=1010 0011 机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算二进制数到底表示什么数,是由编程者约定的。二进制数到底表示什么数,是由编程者约定的。如:如:1000 0000,若为无
6、符号:,若为无符号:128;若为原码:;若为原码:-0;若为反码:;若为反码:-127;若为补码:;若为补码:-128;8位二进制数位二进制数十六进制数十六进制数无符号数无符号数原码原码补码补码反码反码0000000000H0+0+0+00000000101H1+1+1+10000001002H2+2+2+2011111017DH125+125+125+125011111107EH126+126+126+126011111117FH127+127+127+1271000000080H128-0-128-1271000000181H129-1-127-1261000001082H130-2-12
7、6-12511111101FDH253-125-3-211111110FEH254-126-2-111111111FFH255-127-1-0机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算X=X补补补补X+Y补补=X补补+Y补补X-Y补补=X补补+-Y补补 2、有符号数的运算、有符号数的运算 使用补码,可以将符号位和其它位统一处理;使用补码,可以将符号位和其它位统一处理;减法也可减法也可按加法来处理按加法来处理。两个用补两个用补 码表示的数相加时,如果最高位(符号位)码表示的数相加时,如果最高位(
8、符号位)有进位,则进位被舍弃。有进位,则进位被舍弃。计算机中常计算机中常采用补码表示有符号数采用补码表示有符号数。机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算3、定点数与浮点数、定点数与浮点数定点数定点数小数点位置固定(例如纯整数和纯小数)小数点位置固定(例如纯整数和纯小数)浮点数浮点数小数点位置不固定(充分利用有限位数,扩大数的表小数点位置不固定(充分利用有限位数,扩大数的表示范围和精度)示范围和精度)浮点数的表示方法浮点数的表示方法 SE1 E2 E3 E4 Eib1 b2 b3 b4 bp
9、-1符号符号 指数指数 尾数尾数(-1)S 2E(b0 b1b2b3bp-1)S=0 正数正数S=1 负数负数小数点位置与小数点位置与b0=1省略省略 机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算3、定点数与浮点数、定点数与浮点数微机系统的微机系统的3种浮点数类型种浮点数类型浮点数中的参数浮点数中的参数单精度浮点数单精度浮点数双精度浮点数双精度浮点数扩充精度浮点数扩充精度浮点数浮点数长度浮点数长度32位位64位位80位位尾数长度尾数长度p23位位52位位64位位符号位符号位S1位位1位位1位位指数长度指数长度E8位位11位位15位位最小指数最小指
10、数-126-1022-16382最大指数最大指数+127+1023+16383指数的偏移量值指数的偏移量值+127+1023+16383机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1.3 计算机中数的表示及运算计算机中数的表示及运算3、定点数与浮点数、定点数与浮点数例例1:将十进制数:将十进制数219.125表示成单精度浮点数。表示成单精度浮点数。尾数(共尾数(共23位),加上隐含的位),加上隐含的b0共共24位位指数指数符号符号01 0 0 0 0 1 1 01 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0219.125D=1101 1011.001B=
11、1.10 1101 1001 27E=7+127=134=1000 0110B。(。(+偏移量偏移量,无符号位无符号位)得到二进制表示的得到二进制表示的规格化规格化的浮点数形式:的浮点数形式:机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码2.1.1.4 计算机中的常用编码计算机中的常用编码1、BCD码(码(Binary Coded Decimal)用二进制编码表示十进制数称为用二进制编码表示十进制数称为BCD码码。一位十进制数需。一位十进制数需要用要用4位二进制编码表示。例如位二进制编码表示。例如(0100 1001 0111 1000.0001 0100
12、 1001)BCD (4 9 7 8 .1 4 9 )D压缩压缩BCD码:一个字节表示两位十进制数码:一个字节表示两位十进制数非压缩非压缩BCD码:码:一个字节表示一位十进制数一个字节表示一位十进制数(只用(只用低四位低四位)BCD码与二进制码之间如何转换?码与二进制码之间如何转换?先转换为十进制,再由十进制转换为二进制。先转换为十进制,再由十进制转换为二进制。机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1.4 计算机中的常用编码计算机中的常用编码2、ASCII码(码(American Standard Code for Information Interchange)7bit表示字符信息,共表示
13、字符信息,共128个字符。个字符。32个控制字符,个控制字符,96个可见符号。个可见符号。000(0)001(1)010(2)011(3)100(4)101(5)110(6)111(7)0000(0)NULDLESP0PP0001(1)SOHDC1!1AQaQ0010(2)STXDC2“2BRbR0011(3)ETXDC3#3CScS0100(4)EOTDC4$4DTdT0101(5)ENQNAK%5EUeU0110(6)ACKSYN&6FVfV0111(7)BELETB7GWgW1000(8)BSCAN(8HXhX1001(9)HTEM)9IYiY1010(A)LFSUB*:JZjZ1011
14、(B)VTESC+;Kk1100(C)FFFS,Nn1111(F)SIUS/?OoDEL高高3位位低低4位位机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.1.4 计算机中的常用编码计算机中的常用编码3、汉字编码、汉字编码 中文字符用中文字符用2个字节个字节表示,表示,每个字节的最高位置每个字节的最高位置1,余,余下的下的14位表示字符,构成位表示字符,构成汉字内码汉字内码(GB2312-80)。汉字内。汉字内码码 是对汉字的唯一标识。是对汉字的唯一标识。1)汉字输入码)汉字输入码 各种输入法所采用的汉字编码统各种输入法所采用的汉字编码统称为输入码。称为输入码。2)汉字内码)汉字内码 输入的汉字在机器
15、中必须转换为输入的汉字在机器中必须转换为统一的机内码。统一的机内码。3)汉字输出码)汉字输出码 用于输出汉字字型的点阵编码。用于输出汉字字型的点阵编码。机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.2 计算机中的基本组成电路计算机中的基本组成电路2.1.2.1 简单逻辑电路简单逻辑电路机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.2 计算机中的基本组成电路计算机中的基本组成电路2.1.2.2 触发器触发器时钟脉冲时钟脉冲输入输入输出输出DQ0-1000-111时钟脉冲时钟脉冲输入输入输出输出JKQ1-000不变不变1-00101-01011-011翻转翻转1、D触发器(锁存器)触发器(锁存器)2、JK触发
16、器触发器一个触发器能储存一个触发器能储存1位二进制代码。位二进制代码。机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.2 计算机中的基本组成电路计算机中的基本组成电路2.1.2.3 寄存器寄存器1、缓冲寄存器(、缓冲寄存器(Buffer)如如4位并行输入、并行输出的缓冲寄存器位并行输入、并行输出的缓冲寄存器机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.2 计算机中的基本组成电路计算机中的基本组成电路2.1.2.3 寄存器寄存器2、移位寄存器(、移位寄存器(Shifting Register)如:如:4位串行输入(输出可并行也可串行)的移位寄存器位串行输入(输出可并行也可串行)的移位寄存器机械电子工程学院机械
17、电子工程学院2.1.2 计算机中的基本组成电路计算机中的基本组成电路2.1.2.3 寄存器寄存器3、计数器(、计数器(Counter)机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.2 计算机中的基本组成电路计算机中的基本组成电路2.1.2.3 寄存器寄存器4、三态门(三态缓冲器)、三态门(三态缓冲器)机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3 计算机中的存储器计算机中的存储器2.1.3.1 存储器的分类存储器的分类1、存储用途、存储用途2、与、与CPU的连接方式的连接方式内存内存外存外存程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3.1 存储器的分类存储器的分类3
18、、存储介质、存储介质双极型:双极型:MOS型型掩膜掩膜ROM 一次性可编程一次性可编程PROM紫外线可擦除紫外线可擦除EPROM 电可擦除电可擦除E2PROM 快闪存储器快闪存储器FLASH易失性易失性 存储器存储器RAM非易失性非易失性存储器存储器ROM静态静态SRAM 动态动态DRAM存取速度快,但集成度低,一般用于大存取速度快,但集成度低,一般用于大型计算机或高速微机的型计算机或高速微机的Cache;速度较快,集成度较低,速度较快,集成度较低,一般用于对速度要求高、一般用于对速度要求高、而容量不大的场合而容量不大的场合(Cache)集成度较高但存取速度较集成度较高但存取速度较低,一般用于
19、需较大容量低,一般用于需较大容量的场合(主存)。的场合(主存)。半导体存半导体存储器储器磁介质存储器磁介质存储器 磁带磁带、软磁盘、硬磁盘(软磁盘、硬磁盘(DA、RAID)光介质存储器光介质存储器 只读型、一次写入型、多次写入型只读型、一次写入型、多次写入型 电荷耦合存储器电荷耦合存储器机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3 计算机中的存储器计算机中的存储器2.1.3.2 存储器中的常用术语及主要指标存储器中的常用术语及主要指标1、常用术语、常用术语存储单元存储单元 寄存器,能存放有寄存器,能存放有独立意义独立意义的二进制代码,多位触发器组成的二进制代码,多位触发器组成位位b(bit)字节
20、字节B(Byte)字字Word双字双字DoubleWord机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3.2 存储器中的常用术语及主要指标存储器中的常用术语及主要指标1、常用术语、常用术语 计算机中的数据类型计算机中的数据类型位位b(bit)1 bit=1个二进制位个二进制位1 Byte=8 bit1 Word=?Byte 1 Doubleword=2 Word1 Quardword=4 Word 0110 1100 0111 1110 1010 1100 1111 0000 0101 0011bit(1B)Byte(53H)Word(0F053H)Doubleword(7E AC F0 53H)
21、Quardword低字节低字节高字节高字节高字高字低字低字数据类型的低字节存放在较低地址处数据类型的低字节存放在较低地址处(小端模式(小端模式)(注:)(注:51为大端模式)为大端模式)字节字节B(Byte)字字W(Word)双字双字DW(Double Word)四字四字QW(Quad Word)取决于字长取决于字长假定某单片机系统假定某单片机系统字长字长8bit机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3.2 存储器中的常用术语及主要指标存储器中的常用术语及主要指标2、主要指标、主要指标1)存储容量)存储容量 存储器的容量以字节(存储器的容量以字节(Byte)为单位,)为单位,存储芯片的容量以
22、位(存储芯片的容量以位(bit)为单位。)为单位。2)存取速度)存取速度3)功耗)功耗4)可靠性可靠性 可用平均故障间隔时间来衡量。可用平均故障间隔时间来衡量。5)其它)其它 工作电源电压、工作温度范围、可编程存储器的编程次数、工作电源电压、工作温度范围、可编程存储器的编程次数、成本。成本。机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3 计算机中的存储器计算机中的存储器2.1.3.3 基本存储单元电路基本存储单元电路1、静态、静态RAM基本存储电路基本存储电路集成度低,但速度快,价格高,常用做集成度低,但速度快,价格高,常用做Cache。1.T1和和T2组成一个组成一个双稳态双稳态触发器触发器,用
23、于保存数据。,用于保存数据。T3和和T4为负载管。为负载管。2.如如A点为数据点为数据D,则,则B点点为数据为数据/D。3.行选择线有效(高电行选择线有效(高电 平)平)时,时,A、B处的数据信处的数据信息通过门控管息通过门控管T5和和T6送送至至C、D点。点。4.列选择线有效(高电列选择线有效(高电 平)平)时,时,C、D处的数据信处的数据信息通过门控管息通过门控管T7和和T8送送至芯片的数据引脚至芯片的数据引脚I/O。机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3.3 基本存储单元电路基本存储单元电路2、动态、动态RAM基本存储电路基本存储电路集成度高,但速度较慢,价格低,一般用作主存。集成度
24、高,但速度较慢,价格低,一般用作主存。1.电容上存有电荷时,表示存储电容上存有电荷时,表示存储数据数据A为逻辑为逻辑1;2.行选择线有效时,数据通过行选择线有效时,数据通过T1送至送至B处;处;3.列选择线有效时,数据通过列选择线有效时,数据通过T2送至芯片的数据引脚送至芯片的数据引脚I/O;4.为防止存储电容为防止存储电容C放电导致数放电导致数据丢失,必须定时进行刷新;据丢失,必须定时进行刷新;5.动态刷新时行选择线有效,而动态刷新时行选择线有效,而列选择线无效列选择线无效。(刷新是逐行。(刷新是逐行进行的。)进行的。)机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3.4 存储单元和存储单元地址存
25、储单元和存储单元地址 存储器由大量缓冲寄存器组成,存储器由大量缓冲寄存器组成,每个寄存器就是一个存每个寄存器就是一个存储单元储单元,可存放一个有,可存放一个有独立意义独立意义的二进制代码。的二进制代码。每个存储单元有一个唯一的每个存储单元有一个唯一的固定编号固定编号,这个编号称为存,这个编号称为存储单元的地址。在存储器内部带有译码器。储单元的地址。在存储器内部带有译码器。注意区分:存储单元注意区分:存储单元地址地址存储单元的存储单元的内容内容机械电子工程学院机械电子工程学院2.1.3.5 存储器的寻址原理存储器的寻址原理读读 写写 控控 制制 逻逻 辑辑R/WCE数数据据缓缓冲冲 器器(三三
- 配套讲稿:
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- 计算机基础知识 基本 工作 原理
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