,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,計算機硬件基礎(chǔ)知識專題,1,專題內(nèi)容細分,2,數(shù)據(jù)及其轉(zhuǎn)換,十進制,基數(shù)為,位權(quán)為,Eg:51D=5x10,1,+1x10,0,二進制,基數(shù)為,位權(quán)為,Eg:101B=,(1x2,2,+0 x2,1,+1x2,0,)D,十六進制,基數(shù)為,位權(quán)為,16,Eg:1f H=,(1x16,1,+fx16,0,=31)D,8421,碼,用四位二進制數(shù)表示十進制數(shù),Eg:23,=00100011,3,數(shù)制間的轉(zhuǎn)換,十進制,二進制,十六進制,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,機器數(shù)：一個數(shù)值數(shù)據(jù)的機內(nèi)表示形式。,真值：一個機器數(shù)所代表的數(shù)值。,0,代表正數(shù),1,代表負數(shù),數(shù)據(jù)的編碼方法：,原碼,反碼,補碼,移碼,正數(shù)的原碼與反碼、補碼相同。,5,數(shù)據(jù)編碼,Eg:-56D,上面的規(guī)則適用于負數(shù),正數(shù)的原碼與反碼、補碼相同。,+0,補,-0,補,00000000,唯一的,6,原碼,-56,原,10111000,反碼,-56,反,11000111,將原碼符號位不變，其它位取反,補碼,-56,補,11001000,將反碼的低位,+1,移碼,-56,移,01001000,將補碼的高位取反,數(shù)據(jù)編碼,原碼一般用來實現(xiàn)乘除運算,補碼一般用來實現(xiàn)加減運算,移碼一般用來表示階碼,7,數(shù)據(jù)的表示,定點小數(shù),0.2356,定點整數(shù),52084,浮點數(shù),符號位為,0,或,1,N+1,位階碼中，,1,位是階碼的符號，,n,位是階碼的倍數(shù),階碼一般用移碼編碼方式,尾數(shù)采用原碼或補碼編碼方式,-0.2x10,9,8,Ms,E,M,1,位符號位,N+1,位階碼,M,位定點小數(shù)形式的尾數(shù),Ms,E,M,1,111110111,00000010,補碼的加減法則,補碼加法,+,補,補,+,補,Eg:X=0.001BY=0.101B,求,+,解：,補,=0001,補,=0101,+,補,=,補,+,補,=0001+0101=0110,X+Y=0.110,補碼減法,補,補,+,補,從,補,求,補,的法則是：所有位取反，末位,+1,Eg:X=3DY=5D,求,-,解：,補,=0011,補,=0101-,補,=1010+1=1011,-,補,=,補,+-,補,=0011+1011=1110,則,-,=1110,驗證：,補,補,=M,原,-,補,補,=,-,原,=,1110,補,=1001+1=1010=-2D,9,溢出,在定點機器中，數(shù)的表示范圍為,1,的現(xiàn)象，稱為溢出。,10,如何判斷溢出,雙符號法,采用兩個符號位，如果符號位相同，則無溢出。,Eg:X=0.001BY=0.101B,求,+,補,+,補,=,補,+,補,=,00001+00101=00110,進位信號法,當(dāng)結(jié)果的最高位和符號位的進位信號一致時，則沒有溢出。,Eg:X=0.110BY=0.101B,求,+,補,+,補,=,補,+,補,=,0110+0101=0,1,011,11,文字符號的類型,ASII,碼,計算機中普度采用的是,ASII,碼。用位代表一個字符，包括字母大小寫、數(shù)字、標點和控制符等。,BG 2312-80,定義了,682,個符號，,6763,個漢字。,BIG5,是普遍使用的繁體漢字的編碼標準，包括,440,個符號，,13030,個漢字。,GBK,是中國大陸制訂的中文編碼擴展國家標準，它兼容,GB2312,，共收錄漢字,21003,個，符號,8835,個，并提供,1894,個造字碼位，簡繁字融于一庫。,GB 18030-2000,在,GB 2312-1980,和,GBK,的基礎(chǔ)上進行擴充，漢字達到,27000,多個，解決了一些生、偏、難字的問題，支持全部中日韓統(tǒng)一漢字和漢字字符。,Unicode,是國際標準組織對各國文字、符號進行的統(tǒng)一性編碼。,ISO 10646/Unicode,字符集,全球可共享的編碼字符集。用四個字節(jié)表示世界各國語言文字的代碼，其中漢字字符集可以擴大到萬字。,12,校驗方法,奇偶校驗,在串口通信中基本都使用它作為數(shù)據(jù)檢驗的方法。,規(guī)則：奇校驗時，信息數(shù)據(jù)中各位中,1,的個數(shù)為奇數(shù)，校驗碼為,0,，否則校驗碼為,1,，偶校驗則相反。,使用一位奇偶校驗的方法可檢測了一位錯誤，但無法判斷是哪一位出錯，當(dāng)兩位同時出錯時，它也無法檢測出來，所以奇偶校驗通常用于對少量數(shù)據(jù)的校驗，如一個字節(jié)。,海明碼,采用多位校驗碼的方式，在這些校驗位中的每一位都對不同的信息數(shù)據(jù)位進行奇偶校驗，通過合理的安排每個校驗位對原始數(shù)據(jù)進行校驗位組合，可以達到發(fā)現(xiàn)錯誤、收下錯誤的目的。,假設(shè)數(shù)據(jù)位有,m,位，那么校驗位的長度只要滿足,2,k,-1m+k,，就能糾正判斷是哪一位出錯。,恒比碼,所有有效的編碼中為的位都相同。這種編碼生成時是查表，接收檢驗時檢查每個編碼中出現(xiàn)的次數(shù)是否正確。在郵電部門的電報及條形碼中廣泛使用。,循環(huán)冗余校驗碼,能用很少的校驗碼檢測出大多數(shù)的錯誤，檢錯能力是非常強的。,校驗是從數(shù)據(jù)本身進行檢查，它依靠數(shù)學(xué)上約定的形式進行檢查，檢驗的結(jié)果是可靠或不,碼,=,信息碼,+,校驗碼,13,馮.諾依曼結(jié)構(gòu),現(xiàn)在的計算機大多數(shù)基于馮,.,諾依曼結(jié)構(gòu)，它的特點是：,計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。,采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個存儲器中，指令和數(shù)據(jù)都可以送進運算器運算。,數(shù)據(jù)以二進制數(shù)表示。,指令由操作碼和地址碼組成。,指令按照順序存儲，由指令計算器指明當(dāng)前需要執(zhí)行指令的地址，通過改變指令計數(shù)器來改變程序的流程。,計算機以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送需要通過運算器。,14,中央處理器,是計算機的控制、運算中心，它主要通過總結(jié)和其他設(shè)備進行聯(lián)系，另外，在嵌入系統(tǒng)設(shè)計中，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,運算器,ALU,主要功能是在控制器的控制下完成各種自述運算。,控制器,CU,是,CPU,的核心，它控制和協(xié)調(diào)整個計算機的動作，控制通常需要程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、定時與控制電路、脈沖源及中斷等共同完成。,控制器的基本功能：時序控制和執(zhí)行控。,控制器的實現(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程中存放操作數(shù)和中間數(shù)據(jù)，由,CPU,完成指令所規(guī)定的運算的操作，,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,時序產(chǎn)生器,我們學(xué)習(xí)、工作和休息都有一個嚴格的作息時間。,每個教師和學(xué)生都必須嚴格遵守這一規(guī)定，否則就難以保證正常的教學(xué)秩序。,18,時序產(chǎn)生器,CPU,中也有一個類似“作息時間”的東西，它稱為時序信號。,計算機所以能夠準確、迅速、有條不紊地工作，正是因為在,CPU,中有一個,時序信號產(chǎn)生器,。,組成：,時鐘源,環(huán)形脈沖發(fā)生器,時間脈沖和讀寫時序譯碼邏輯,啟?？刂七壿?時鐘周期：,cpu,執(zhí)行一條加法指令所需的時間,機器周期：計算機完成一次數(shù)據(jù)傳遞所需的時間,平均指令執(zhí)行時間,MIPS,：,cpu,每秒執(zhí)行多少百萬條指令,19,控制方式,控制不同操作序列時序信號的方法，稱為控制器的控制方式。,常用的三種方式，其實質(zhì)反映了時序信號的定時方式：,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),指令就是要計算機執(zhí)行某種操作的命令。,從計算機組成的層次結(jié)構(gòu)來說，計算機的指令有微指令、機器指令和宏指令之分。,微指令是微程序級的命令，它屬于硬件；,宏指令是由若干條機器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；,而機器指令則介于微指令與宏指令之間，通常簡稱為指令，每一條指令可完成一個獨立的算術(shù)運算或邏輯運算操作。,一臺計算機中所有機器指令的集合，稱為計算機的指令系統(tǒng)。,21,尋址方式,22,處理器性能及評價,影響處理器性能的因素如下：,基本字長,數(shù)據(jù)通路寬度,指令系統(tǒng),時鐘頻率,流水線技術(shù),內(nèi)部數(shù)據(jù),/,指令緩存,評價處理器性能可以是直接給出處理器每條指令的執(zhí)行時間，或者是指令系統(tǒng)中指令執(zhí)行時間的某種加權(quán)評價，還有就是計算機處理每秒能執(zhí)行多少個加法指令。,1,個,MIPS,指的是處理器每秒能完成,1x10,6,條指令。,三種評價處理器的方法：,等效指令速度法,數(shù)據(jù)處理速度法,核心程序法,23,存儲器系統(tǒng),存儲系統(tǒng)包括寄存器、cache、主存儲器、磁盤存儲器、光盤存儲器、磁帶存儲器等，這些存儲器從前到后，價格逐漸降低，容量和訪問時間則逐漸增加。,存儲容量：指存儲器所具有的存儲單元的個數(shù)，或所具有的地址個數(shù)。,表示存儲器容量的單位主要有字節(jié)；位b；字。b,對于32位計算機系統(tǒng)，一個字有32位，即1W=32b=4B,存儲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)十進制表示,存儲器容量表示,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=1099511627776,存儲器系統(tǒng),存儲內(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)體存儲器稱為只讀存儲器,(ROM),。,既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲器稱為隨機讀寫存儲器,(RAM),系統(tǒng)中的作用：可分為內(nèi)部存儲器、外部存儲器；又可分為主存儲器、高速緩沖存儲器、輔助存儲器、控制存儲器,25,存儲器系統(tǒng),對存儲器的要求是容量大、速度快、成本低，為了解決這方面的矛盾，目前在計算機系統(tǒng)中，通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲器,(cache),、主存儲器和外存儲器,:,高速緩沖存儲器簡稱,cache,，它是計算機系統(tǒng)中的一個高速小容量半導(dǎo)體存儲器。,主存儲器簡稱主存，是計算機系統(tǒng)的主要存儲器，用來存放計算機運行期間的大量程序和數(shù)據(jù)。,外存儲器簡稱外存，它是大容量輔助存儲器。,26,主存儲器類型,RAM:,寫入寫讀，斷電后信息無法保存,DRAM:,信息會時間逐漸消失，要定時對其進行刷新來維持信息不丟失,SRAM:,在不斷電情況下，信息能一直保持不丟失,ROM:,只讀存儲器，信息已固化在存儲器中，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)存儲器,:,是一種不根據(jù)地址而是根據(jù)存儲內(nèi)容來進行存取的存儲器。,27,主存儲器容量擴充,橫向拼接芯片擴充容量,縱向拼接芯片擴充容量,28,8 x 4bit,芯片有個地址，每個地址占,bit,每個地址傳輸內(nèi)容用位,8 x,bit,芯片有個地址，每個地址占,bit,每個地址傳輸內(nèi)容用位,16 x 4bit,芯片有,16,個地址，每個地址占,4bit,每個地址傳輸內(nèi)容用,4,位,主存儲器編址,若某計算機內(nèi)在按,字節(jié),編址，內(nèi)存地址從,44000,到,6