《計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)專題》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)專題（36頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)專題,1,專題內(nèi)容細(xì)分,2,數(shù)據(jù)及其轉(zhuǎn)換,十進(jìn)制,基數(shù)為,位權(quán)為,Eg:51D=5x10,1,+1x10,0,二進(jìn)制,基

2、數(shù)為,位權(quán)為,Eg:101B=,(1x2,2,+0 x2,1,+1x2,0,)D,十六進(jìn)制,基數(shù)為,位權(quán)為,16,Eg:1f H=,(1x16,1,+fx16,0,=31)D,8421,碼,用四位二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù),Eg:23,=00100011,3,數(shù)制間的轉(zhuǎn)換,十進(jìn)制,二進(jìn)制,十六進(jìn)制,0,0000,0,1,0001,1,2,0010,2,3,0011,3,4,0100,4,5,0101,5,6,0110,6,7,0111,7,8,1000,8,9,1001,9,10,1010,11,1011,12,1100,13,1101,14,1110,15,1111,4,數(shù)據(jù)編碼方式,機(jī)器數(shù)：一個(gè)

3、數(shù)值數(shù)據(jù)的機(jī)內(nèi)表示形式。,真值：一個(gè)機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)值。,0,代表正數(shù),1,代表負(fù)數(shù),數(shù)據(jù)的編碼方法：,原碼,反碼,補(bǔ)碼,移碼,正數(shù)的原碼與反碼、補(bǔ)碼相同。,5,數(shù)據(jù)編碼,Eg:-56D,上面的規(guī)則適用于負(fù)數(shù),正數(shù)的原碼與反碼、補(bǔ)碼相同。,+0,補(bǔ),-0,補(bǔ),00000000,唯一的,6,原碼,-56,原,10111000,反碼,-56,反,11000111,將原碼符號(hào)位不變，其它位取反,補(bǔ)碼,-56,補(bǔ),11001000,將反碼的低位,+1,移碼,-56,移,01001000,將補(bǔ)碼的高位取反,數(shù)據(jù)編碼,原碼一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算,補(bǔ)碼一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算,移碼一般用來(lái)表示階碼,7,數(shù)據(jù)的表示

4、,定點(diǎn)小數(shù),0.2356,定點(diǎn)整數(shù),52084,浮點(diǎn)數(shù),符號(hào)位為,0,或,1,N+1,位階碼中，,1,位是階碼的符號(hào)，,n,位是階碼的倍數(shù),階碼一般用移碼編碼方式,尾數(shù)采用原碼或補(bǔ)碼編碼方式,-0.2x10,9,8,Ms,E,M,1,位符號(hào)位,N+1,位階碼,M,位定點(diǎn)小數(shù)形式的尾數(shù),Ms,E,M,1,111110111,00000010,補(bǔ)碼的加減法則,補(bǔ)碼加法,+,補(bǔ),補(bǔ),+,補(bǔ),Eg:X=0.001BY=0.101B,求,+,解：,補(bǔ),=0001,補(bǔ),=0101,+,補(bǔ),=,補(bǔ),+,補(bǔ),=0001+0101=0110,X+Y=0.110,補(bǔ)碼減法,補(bǔ),補(bǔ),+,補(bǔ),從,補(bǔ),求,補(bǔ),的法則是

5、：所有位取反，末位,+1,Eg:X=3DY=5D,求,-,解：,補(bǔ),=0011,補(bǔ),=0101-,補(bǔ),=1010+1=1011,-,補(bǔ),=,補(bǔ),+-,補(bǔ),=0011+1011=1110,則,-,=1110,驗(yàn)證：,補(bǔ),補(bǔ),=M,原,-,補(bǔ),補(bǔ),=,-,原,=,1110,補(bǔ),=1001+1=1010=-2D,9,溢出,在定點(diǎn)機(jī)器中，數(shù)的表示范圍為,1,的現(xiàn)象，稱為溢出。,10,如何判斷溢出,雙符號(hào)法,采用兩個(gè)符號(hào)位，如果符號(hào)位相同，則無(wú)溢出。,Eg:X=0.001BY=0.101B,求,+,補(bǔ),+,補(bǔ),=,補(bǔ),+,補(bǔ),=,00001+00101=00110,進(jìn)位信號(hào)法,當(dāng)結(jié)果的最高位和符號(hào)位的進(jìn)

6、位信號(hào)一致時(shí)，則沒有溢出。,Eg:X=0.110BY=0.101B,求,+,補(bǔ),+,補(bǔ),=,補(bǔ),+,補(bǔ),=,0110+0101=0,1,011,11,文字符號(hào)的類型,ASII,碼,計(jì)算機(jī)中普度采用的是,ASII,碼。用位代表一個(gè)字符，包括字母大小寫、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)和控制符等。,BG 2312-80,定義了,682,個(gè)符號(hào)，,6763,個(gè)漢字。,BIG5,是普遍使用的繁體漢字的編碼標(biāo)準(zhǔn)，包括,440,個(gè)符號(hào)，,13030,個(gè)漢字。,GBK,是中國(guó)大陸制訂的中文編碼擴(kuò)展國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，它兼容,GB2312,，共收錄漢字,21003,個(gè)，符號(hào),8835,個(gè)，并提供,1894,個(gè)造字碼位，簡(jiǎn)繁字融于一庫(kù)。,GB

7、 18030-2000,在,GB 2312-1980,和,GBK,的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，漢字達(dá)到,27000,多個(gè)，解決了一些生、偏、難字的問(wèn)題，支持全部中日韓統(tǒng)一漢字和漢字字符。,Unicode,是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)各國(guó)文字、符號(hào)進(jìn)行的統(tǒng)一性編碼。,ISO 10646/Unicode,字符集,全球可共享的編碼字符集。用四個(gè)字節(jié)表示世界各國(guó)語(yǔ)言文字的代碼，其中漢字字符集可以擴(kuò)大到萬(wàn)字。,12,校驗(yàn)方法,奇偶校驗(yàn),在串口通信中基本都使用它作為數(shù)據(jù)檢驗(yàn)的方法。,規(guī)則：奇校驗(yàn)時(shí)，信息數(shù)據(jù)中各位中,1,的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，校驗(yàn)碼為,0,，否則校驗(yàn)碼為,1,，偶校驗(yàn)則相反。,使用一位奇偶校驗(yàn)的方法可檢測(cè)了一位錯(cuò)誤，但

8、無(wú)法判斷是哪一位出錯(cuò)，當(dāng)兩位同時(shí)出錯(cuò)時(shí)，它也無(wú)法檢測(cè)出來(lái)，所以奇偶校驗(yàn)通常用于對(duì)少量數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，如一個(gè)字節(jié)。,海明碼,采用多位校驗(yàn)碼的方式，在這些校驗(yàn)位中的每一位都對(duì)不同的信息數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，通過(guò)合理的安排每個(gè)校驗(yàn)位對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)位組合，可以達(dá)到發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、收下錯(cuò)誤的目的。,假設(shè)數(shù)據(jù)位有,m,位，那么校驗(yàn)位的長(zhǎng)度只要滿足,2,k,-1m+k,，就能糾正判斷是哪一位出錯(cuò)。,恒比碼,所有有效的編碼中為的位都相同。這種編碼生成時(shí)是查表，接收檢驗(yàn)時(shí)檢查每個(gè)編碼中出現(xiàn)的次數(shù)是否正確。在郵電部門的電報(bào)及條形碼中廣泛使用。,循環(huán)冗余校驗(yàn)碼,能用很少的校驗(yàn)碼檢測(cè)出大多數(shù)的錯(cuò)誤，檢錯(cuò)能力是非常強(qiáng)的。,校驗(yàn)

9、是從數(shù)據(jù)本身進(jìn)行檢查，它依靠數(shù)學(xué)上約定的形式進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)的結(jié)果是可靠或不,碼,=,信息碼,+,校驗(yàn)碼,13,馮.諾依曼結(jié)構(gòu),現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)大多數(shù)基于馮,.,諾依曼結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是：,計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。,采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)都可以送進(jìn)運(yùn)算器運(yùn)算。,數(shù)據(jù)以二進(jìn)制數(shù)表示。,指令由操作碼和地址碼組成。,指令按照順序存儲(chǔ)，由指令計(jì)算器指明當(dāng)前需要執(zhí)行指令的地址，通過(guò)改變指令計(jì)數(shù)器來(lái)改變程序的流程。,計(jì)算機(jī)以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送需要通過(guò)運(yùn)算器。,14,中央處理器,是計(jì)算機(jī)的控制、運(yùn)算中心，它主要通過(guò)總

10、結(jié)和其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系，另外，在嵌入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，外部設(shè)備也常常直接接到的外部,/,腳的中斷腳上。,雖然的類型和品種異常豐富，各種的性能也差別很大，有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、不同的指令系統(tǒng)，但由于都是基于馮,.,諾依曼結(jié)構(gòu)，所以基本部分組成相似。,15,中央處理器,運(yùn)算器,ALU,主要功能是在控制器的控制下完成各種自述運(yùn)算。,控制器,CU,是,CPU,的核心，它控制和協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)的動(dòng)作，控制通常需要程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時(shí)與控制電路、脈沖源及中斷等共同完成。,控制器的基本功能：時(shí)序控制和執(zhí)行控。,控制器的實(shí)現(xiàn)方法主要：硬布線邏輯和微程序控制。,寄存器組用以在指令掛靠過(guò)程中存放操作數(shù)和中間

11、數(shù)據(jù)，由,CPU,完成指令所規(guī)定的運(yùn)算的操作，,CU,控制,ALU,和寄存器組正確地完成某一操作。,16,中央處理器,17,時(shí)序產(chǎn)生器,我們學(xué)習(xí)、工作和休息都有一個(gè)嚴(yán)格的作息時(shí)間。,每個(gè)教師和學(xué)生都必須嚴(yán)格遵守這一規(guī)定，否則就難以保證正常的教學(xué)秩序。,18,時(shí)序產(chǎn)生器,CPU,中也有一個(gè)類似“作息時(shí)間”的東西，它稱為時(shí)序信號(hào)。,計(jì)算機(jī)所以能夠準(zhǔn)確、迅速、有條不紊地工作，正是因?yàn)樵?CPU,中有一個(gè),時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器,。,組成：,時(shí)鐘源,環(huán)形脈沖發(fā)生器,時(shí)間脈沖和讀寫時(shí)序譯碼邏輯,啟?？刂七壿?時(shí)鐘周期：,cpu,執(zhí)行一條加法指令所需的時(shí)間,機(jī)器周期：計(jì)算機(jī)完成一次數(shù)據(jù)傳遞所需的時(shí)間,平均指令執(zhí)行

12、時(shí)間,MIPS,：,cpu,每秒執(zhí)行多少百萬(wàn)條指令,19,控制方式,控制不同操作序列時(shí)序信號(hào)的方法，稱為控制器的控制方式。,常用的三種方式，其實(shí)質(zhì)反映了時(shí)序信號(hào)的定時(shí)方式：,1.,同步控制方式,2.,異步控制方式,3.,聯(lián)合控制方式,20,指令系統(tǒng),指令就是要計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。,從計(jì)算機(jī)組成的層次結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的指令有微指令、機(jī)器指令和宏指令之分。,微指令是微程序級(jí)的命令，它屬于硬件；,宏指令是由若干條機(jī)器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；,而機(jī)器指令則介于微指令與宏指令之間，通常簡(jiǎn)稱為指令，每一條指令可完成一個(gè)獨(dú)立的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算操作。,一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱為計(jì)算機(jī)

13、的指令系統(tǒng)。,21,尋址方式,22,處理器性能及評(píng)價(jià),影響處理器性能的因素如下：,基本字長(zhǎng),數(shù)據(jù)通路寬度,指令系統(tǒng),時(shí)鐘頻率,流水線技術(shù),內(nèi)部數(shù)據(jù),/,指令緩存,評(píng)價(jià)處理器性能可以是直接給出處理器每條指令的執(zhí)行時(shí)間，或者是指令系統(tǒng)中指令執(zhí)行時(shí)間的某種加權(quán)評(píng)價(jià)，還有就是計(jì)算機(jī)處理每秒能執(zhí)行多少個(gè)加法指令。,1,個(gè),MIPS,指的是處理器每秒能完成,1x10,6,條指令。,三種評(píng)價(jià)處理器的方法：,等效指令速度法,數(shù)據(jù)處理速度法,核心程序法,23,存儲(chǔ)器系統(tǒng),存儲(chǔ)系統(tǒng)包括寄存器、cache、主存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器等，這些存儲(chǔ)器從前到后，價(jià)格逐漸降低，容量和訪問(wèn)時(shí)間則逐漸增加。,

14、存儲(chǔ)容量：指存儲(chǔ)器所具有的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)，或所具有的地址個(gè)數(shù)。,表示存儲(chǔ)器容量的單位主要有字節(jié)；位b；字。b,對(duì)于32位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)字有32位，即1W=32b=4B,存儲(chǔ)器的容量一般都很大，要用千k、兆m、先兆km和兆兆tt,24,單位名稱,常規(guī)十進(jìn)制表示,存儲(chǔ)器容量表示,K,1K=10,3,=1000,1K=2,10,=1024,M,1M=10,6,=10,3,K,1M=2,20,=2,10,K=1048576,G,1G=10,9,=10,6,M,1G=2,30,=2,10,M=1073741824,T,1T=10,12,=10,9,G,1T=2,40,=2,10,G=109951162

15、7776,存儲(chǔ)器系統(tǒng),存儲(chǔ)內(nèi)容可變性：,ROM,，,RAM,內(nèi)容是固定不變的，即只能讀出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為只讀存儲(chǔ)器,(ROM),。,既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器,(RAM),系統(tǒng)中的作用：可分為內(nèi)部存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器；又可分為主存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、控制存儲(chǔ)器,25,存儲(chǔ)器系統(tǒng),對(duì)存儲(chǔ)器的要求是容量大、速度快、成本低，為了解決這方面的矛盾，目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常采用多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲(chǔ)器,(cache),、主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器,:,高速緩沖存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱,cache,，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)高速小容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。,主存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱主存，

16、是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)器，用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)。,外存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，它是大容量輔助存儲(chǔ)器。,26,主存儲(chǔ)器類型,RAM:,寫入寫讀，斷電后信息無(wú)法保存,DRAM:,信息會(huì)時(shí)間逐漸消失，要定時(shí)對(duì)其進(jìn)行刷新來(lái)維持信息不丟失,SRAM:,在不斷電情況下，信息能一直保持不丟失,ROM:,只讀存儲(chǔ)器，信息已固化在存儲(chǔ)器中，一般用于存放系統(tǒng)程序,BIOS,和用于微程序控制。,PROM:,只可進(jìn)行一次寫入操作,EPROM:,可讀可寫，寫前要先擦除后寫入,EEPROM:,可讀可寫，不用先擦除就直接寫入,Flash Memory,CAM,相聯(lián)存儲(chǔ)器,:,是一種不根據(jù)地址而是根據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行存取的存儲(chǔ)器。,27,主存儲(chǔ)器容量擴(kuò)充,橫向拼接芯片擴(kuò)充容量,縱向拼接芯片擴(kuò)充容量,28,8 x 4bit,芯片有個(gè)地址，每個(gè)地址占,bit,每個(gè)地址傳輸內(nèi)容用位,8 x,bit,芯片有個(gè)地址，每個(gè)地址占,bit,每個(gè)地址傳輸內(nèi)容用位,16 x 4bit,芯片有,16,個(gè)地址，每個(gè)地址占,4bit,每個(gè)地址傳輸內(nèi)容用,4,位,主存儲(chǔ)器編址,若某計(jì)算機(jī)內(nèi)在按,字節(jié),編址，內(nèi)存地址從,44000,到,6