微型计算机原理与接口技术课件.ppt
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- 微型计算机 原理 接口 技术 课件
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1、微型计算机原理微型计算机原理与接口技术与接口技术 本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容 本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容本章主要教学内容运算器运算器运算器运算器运算器运算器存储器存储器存储器存储器存储器存储器控制器控制器控制器控制器控制器控制器输出设备输出设备输出设备输出设备输出设备输出设备输入设备输入设备输入设备输入设备输入设备输入设备运 算 器存 储 器输 出 设 备输 入 设 备控 制 器程 序 和原 始 数 据计 算 结 果1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.
2、1 1.2.1 计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构计算机的基本结构一阶段19711971年年Intel 4004Intel 40044 4位位23002300108KHz 108KHz 每秒每秒6 6万次万次19721972年年Intel 8008Intel 80088 8位位35003500基本指令周期为基本指令周期为202050s50s第二阶段19741974年年Intel 8080Intel 80808 8位位600060002MHz2MHzMC6800MC68008 8位位6800680019761976年年Z80Z808 8位位10000
3、100002.5MHz2.5MHz三阶段19781978年年Intel 8086Intel 80861616位位29000290005MHz5MHz基本指令周期基本指令周期0.5 s0.5 s19821982年年Intel Intel 80286802861616位位13.413.4万万基本指令周期基本指令周期0.2 s0.2 s四阶段19851985年年 1010月月80386803863232位位27.527.5万万 1633MHz1633MHz34 MIPS 34 MIPS 19891989年年4 4月月 80486804863232位位120120万万33120MHz/4154 MIP
4、S33120MHz/4154 MIPS五阶段1993.3.221993.3.22PentiumPentium3232位位310310万万 75133M Hz 0.6 m75133M Hz 0.6 m1995.11.81995.11.8Pentium Pentium propro3232位位550550万万200MHz/400 MIPS 200MHz/400 MIPS 第六阶段19971997年年Pentium Pentium 3232位位700700万万 266MHz/400 MIPS 266MHz/400 MIPS 1999.2.261999.2.26Pentium Pentium 3232
5、位位28002800万万450MHz450MHz1999.2.241999.2.24AMD-K6-AMD-K6-3232位位21302130万万450MHz 0.25 m450MHz 0.25 m七阶段2000.11.242000.11.24Pentium 4Pentium 43232位位42004200万万1.4GHz 0.18 m1.4GHz 0.18 mCPUCPUCPU性能性能性能性能性能性能每每每每每每181818个月增加一倍个月增加一倍个月增加一倍个月增加一倍个月增加一倍个月增加一倍晶体管数目每两年增加一倍晶体管数目每两年增加一倍晶体管数目每两年增加一倍晶体管数目每两年增加一倍晶体
6、管数目每两年增加一倍晶体管数目每两年增加一倍后面是什么后面是什么后面是什么?ItaniumItaniumItanium733/800MHz733/800MHz733/800MHzIA-64IA-64IA-64架构架构架构McKinleyMcKinleyMcKinleyIA-64IA-64IA-64架构架构架构MadisonMadisonMadisonIA-64IA-64IA-64架构架构架构DeerfieldDeerfieldDeerfieldIA-64IA-64IA-64架构架构架构Pentium Pentium Pentium Pentium MMXPentium MMXPentium M
7、MXPentium ProPentium ProPentium Pro80486DX280486DX280486DX280386DX80386DX80386DX802868028680286808680868086摩尔定律摩尔定律摩尔定律 晶体管数目每两年增加一晶体管数目每两年增加一晶体管数目每两年增加一倍倍倍摩尔定律摩尔定律摩尔定律 CPUCPUCPU性能每性能每性能每181818个月增加一倍个月增加一倍个月增加一倍 硬件硬件硬件微计算机微计算机微计算机外围设备外围设备外围设备微处理器微处理器微处理器内存储器内存储器内存储器I/OI/OI/O接口电路接口电路接口电路系统总线系统总线系统总线外
8、部设备外部设备外部设备过程过程过程I/OI/OI/O通道通道通道软件软件软件系统软件系统软件系统软件程序设计语言程序设计语言程序设计语言应用软件:软件包,数据库应用软件:软件包,数据库应用软件:软件包,数据库机器语言机器语言机器语言汇编语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言高级语言监控程序监控程序监控程序操作系统操作系统操作系统编辑程序编辑程序编辑程序解释程序解释程序解释程序编译程序编译程序编译程序诊断程序诊断程序诊断程序微处理器微处理器微处理器CPUCPUCPU存储器存储器存储器RAMRAMRAM接口电路接口电路接口电路时钟时钟时钟外存外存外存I/OI/OI/O设备设备设备接口电路接口电路接口
9、电路存储器存储器存储器ROMROMROM数据总线(双向)数据总线(双向)数据总线(双向)地址总线(单向)地址总线(单向)地址总线(单向)控制总线控制总线控制总线 微处理器是微型计算机的核心,它的性微处理器是微型计算机的核心,它的性微处理器是微型计算机的核心,它的性微处理器是微型计算机的核心,它的性微处理器是微型计算机的核心,它的性微处理器是微型计算机的核心,它的性能决定了整个微型机的各项关键指标能决定了整个微型机的各项关键指标能决定了整个微型机的各项关键指标能决定了整个微型机的各项关键指标能决定了整个微型机的各项关键指标能决定了整个微型机的各项关键指标 (1 1 1 1 1 1)地址总线)地址
10、总线)地址总线)地址总线)地址总线)地址总线ABABABABABAB(Address BusAddress BusAddress BusAddress BusAddress BusAddress Bus)CPU CPU CPU CPU CPU CPU的控制总线按照传输方向分为两种,一种是由的控制总线按照传输方向分为两种,一种是由的控制总线按照传输方向分为两种,一种是由的控制总线按照传输方向分为两种,一种是由的控制总线按照传输方向分为两种,一种是由的控制总线按照传输方向分为两种,一种是由CPUCPUCPUCPUCPUCPU发出发出发出发出发出发出的控制信号,用以对其他部件的读控制、写控制等,另一
11、种则是的控制信号,用以对其他部件的读控制、写控制等,另一种则是的控制信号,用以对其他部件的读控制、写控制等,另一种则是的控制信号,用以对其他部件的读控制、写控制等,另一种则是的控制信号,用以对其他部件的读控制、写控制等,另一种则是的控制信号,用以对其他部件的读控制、写控制等,另一种则是其他部件发向其他部件发向其他部件发向其他部件发向其他部件发向其他部件发向CPUCPUCPUCPUCPUCPU的,反过来实现对的,反过来实现对的,反过来实现对的,反过来实现对的,反过来实现对的,反过来实现对CPUCPUCPUCPUCPUCPU的控制,在两种方向的控的控制,在两种方向的控的控制,在两种方向的控的控制,
12、在两种方向的控的控制,在两种方向的控的控制,在两种方向的控制信号中前者多于后者制信号中前者多于后者制信号中前者多于后者制信号中前者多于后者制信号中前者多于后者制信号中前者多于后者 其中,其中,其中,其中,其中,其中,m m m m m m为浮点数的尾数,是一个纯小数,为浮点数的尾数,是一个纯小数,为浮点数的尾数,是一个纯小数,为浮点数的尾数,是一个纯小数,为浮点数的尾数,是一个纯小数,为浮点数的尾数,是一个纯小数,e e e e e e是比例因是比例因是比例因是比例因是比例因是比例因子的指数,称为浮点数的指数,是一个纯整数,比例因子子的指数,称为浮点数的指数,是一个纯整数,比例因子子的指数,称
13、为浮点数的指数,是一个纯整数,比例因子子的指数,称为浮点数的指数,是一个纯整数,比例因子子的指数,称为浮点数的指数,是一个纯整数,比例因子子的指数,称为浮点数的指数,是一个纯整数,比例因子的基数的基数的基数的基数的基数的基数R R R R R R是一个常数,一般是一个常数,一般是一个常数,一般是一个常数,一般是一个常数,一般是一个常数,一般R R R R R R取值为取值为取值为取值为取值为取值为2 2 2 2 2 2,也有取值为,也有取值为,也有取值为,也有取值为,也有取值为,也有取值为8 8 8 8 8 8、161616161616两两两两两两种情况种情况种情况种情况种情况种情况 32 3
14、2 32 32 32 32位浮点数标准格式如下:位浮点数标准格式如下:位浮点数标准格式如下:位浮点数标准格式如下:位浮点数标准格式如下:位浮点数标准格式如下:它与它与它与它与它与它与323232323232位浮点数的组成原理相同,约定基数位浮点数的组成原理相同,约定基数位浮点数的组成原理相同,约定基数位浮点数的组成原理相同,约定基数位浮点数的组成原理相同,约定基数位浮点数的组成原理相同,约定基数R=2R=2R=2R=2R=2R=2,尾数,尾数,尾数,尾数,尾数,尾数符号位符号位符号位符号位符号位符号位S S S S S S占一位,置于最高位,规格化的尾数占一位,置于最高位,规格化的尾数占一位,
15、置于最高位,规格化的尾数占一位,置于最高位,规格化的尾数占一位,置于最高位,规格化的尾数占一位,置于最高位,规格化的尾数M M M M M M占占占占占占525252525252位,最左边位,最左边位,最左边位,最左边位,最左边位,最左边一位一位一位一位一位一位1 1 1 1 1 1已被隐藏。已被隐藏。已被隐藏。已被隐藏。已被隐藏。已被隐藏。真值真值真值真值真值真值:机器数所能表示的值:机器数所能表示的值:机器数所能表示的值:机器数所能表示的值:机器数所能表示的值:机器数所能表示的值 在微机中,机器数有三种表示方法,即原码、在微机中,机器数有三种表示方法,即原码、在微机中,机器数有三种表示方法
16、,即原码、在微机中,机器数有三种表示方法,即原码、在微机中,机器数有三种表示方法,即原码、在微机中,机器数有三种表示方法,即原码、反码与补码反码与补码反码与补码反码与补码反码与补码反码与补码 采用原码表示法简单易懂,但它采用原码表示法简单易懂,但它采用原码表示法简单易懂,但它采用原码表示法简单易懂,但它采用原码表示法简单易懂,但它采用原码表示法简单易懂,但它最大缺点是加法运算电路复杂,不容最大缺点是加法运算电路复杂,不容最大缺点是加法运算电路复杂,不容最大缺点是加法运算电路复杂,不容最大缺点是加法运算电路复杂,不容最大缺点是加法运算电路复杂,不容易实现易实现易实现易实现易实现易实现 例例例例例
17、例 若字长若字长若字长若字长若字长若字长8 8 8 8 8 8位,位,位,位,位,位,X=126X=126X=126X=126X=126X=126,Y=-126,Y=-126,Y=-126,Y=-126,Y=-126,Y=-126,求求求求求求 XXXXXX原原原原原原,XXXXXX反反反反反反 ,XXXXXX补补补补补补和和和和和和YYYYYY原原原原原原,YYYYYY反反反反反反,YYYYYY补补补补补补。解:解:解:解:解:解:XXXXXX原原原原原原=X=X=X=X=X=X反反反反反反=X=X=X=X=X=X补补补补补补=01111110=01111110=01111110=01111
18、110=01111110=01111110 Y Y Y Y Y Y原原原原原原=11111110=11111110=11111110=11111110=11111110=11111110 Y Y Y Y Y Y反反反反反反=10000001=10000001=10000001=10000001=10000001=10000001 Y Y Y Y Y Y补补补补补补=10000010=10000010=10000010=10000010=10000010=10000010 例例例例例例 D D D D D D7 7 7 7 7 7D D D D D D6 6 6 6 6 6 0 1 0 0 0
19、0 0 0 +64 0 1 0 0 0 0 0 0 +64 0 1 0 0 0 0 0 0 +64 0 1 0 0 0 0 0 0 +64 0 1 0 0 0 0 0 0 +64 0 1 0 0 0 0 0 0 +64 +0 1 0 0 0 0 0 1 +65+0 1 0 0 0 0 0 1 +65+0 1 0 0 0 0 0 1 +65+0 1 0 0 0 0 0 1 +65+0 1 0 0 0 0 0 1 +65+0 1 0 0 0 0 0 1 +65 1 0 0 0 0 0 0 1 +129+127 1 0 0 0 0 0 0 1 +129+127 1 0 0 0 0 0 0 1 +12
20、9+127 1 0 0 0 0 0 0 1 +129+127 1 0 0 0 0 0 0 1 +129+127 1 0 0 0 0 0 0 1 +129+127,结果错误,产生了结果错误,产生了结果错误,产生了结果错误,产生了结果错误,产生了结果错误,产生了溢出溢出溢出溢出溢出溢出 两个正数相加,结果为负数形式,这两个正数相加,结果为负数形式,这两个正数相加,结果为负数形式,这两个正数相加,结果为负数形式,这两个正数相加,结果为负数形式,这两个正数相加,结果为负数形式,这是由于是由于是由于是由于是由于是由于+129+127+129+127+129+127+129+127+129+127+129
21、+127的原因,从上式可看出的原因,从上式可看出的原因,从上式可看出的原因,从上式可看出的原因,从上式可看出的原因,从上式可看出D D D D D D6 6 6 6 6 6=1=1=1=1=1=1,D D D D D D7 7 7 7 7 7=0=0=0=0=0=0,OF=DOF=DOF=DOF=DOF=DOF=D6 6 6 6 6 6DDDDDD7 7 7 7 7 7=10=1=10=1=10=1=10=1=10=1=10=1,溢出标,溢出标,溢出标,溢出标,溢出标,溢出标志志志志志志OF=1OF=1OF=1OF=1OF=1OF=1,表示有溢出。,表示有溢出。,表示有溢出。,表示有溢出。,表
22、示有溢出。,表示有溢出。例例例例例例 计算计算计算计算计算计算-128-1-128-1-128-1-128-1-128-1-128-1 D D D D D D7 7 7 7 7 7D D D D D D6 6 6 6 6 6 -128 -128 -128 -128 -128 -128补补补补补补 =1 0 0 0 0 0 0 0 =1 0 0 0 0 0 0 0 =1 0 0 0 0 0 0 0 =1 0 0 0 0 0 0 0 =1 0 0 0 0 0 0 0 =1 0 0 0 0 0 0 0 +-1+-1+-1+-1+-1+-1补补补补补补 =1 1 1 1 1 1 1 1 =1 1 1
23、1 1 1 1 1 =1 1 1 1 1 1 1 1 =1 1 1 1 1 1 1 1 =1 1 1 1 1 1 1 1 =1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 两个负数相加,结果为正数形式,这是两个负数相加,结果为正数形式,这是两个负数相加,结果为正数形式,这是两个负数相加,结果为正数形式,这是两个负数相加,结果为正数形式,这是两个负数相加,结果为正数形式,这是由于由于由于由于由于由于
24、-128-1=-129-128-128-1=-129-128-128-1=-129-128-128-1=-129-128-128-1=-129-128-128-1=-129-128的原因,从上式可的原因,从上式可的原因,从上式可的原因,从上式可的原因,从上式可的原因,从上式可看出看出看出看出看出看出D D D D D D6 6 6 6 6 6=0=0=0=0=0=0,D D D D D D7 7 7 7 7 7=1=1=1=1=1=1,OF=DOF=DOF=DOF=DOF=DOF=D6 6 6 6 6 6DDDDDD7 7 7 7 7 7=01=1=01=1=01=1=01=1=01=1=01
25、=1,表示,表示,表示,表示,表示,表示有溢出有溢出有溢出有溢出有溢出有溢出 例例例例例例 计算计算计算计算计算计算64-164-164-164-164-164-1 D D D D D D7 7 7 7 7 7D D D D D D6 6 6 6 6 6 +64 +64 +64 +64 +64 +64补补补补补补=0 1 0 0 0 0 0 0 =0 1 0 0 0 0 0 0 =0 1 0 0 0 0 0 0 =0 1 0 0 0 0 0 0 =0 1 0 0 0 0 0 0 =0 1 0 0 0 0 0 0 +-1+-1+-1+-1+-1+-1补补补补补补=1 1 1 1 1 1 1 1
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