计算机硬件基础知识专题

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1、,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,计算机硬件基础知识专题,1,专题内容细分,2,数据及其转换,十进制,基数为,位权为,Eg:51D=5x10,1,+1x10,0,二进制,基

2、数为,位权为,Eg:101B=,(1x2,2,+0 x2,1,+1x2,0,)D,十六进制,基数为,位权为,16,Eg:1f H=,(1x16,1,+fx16,0,=31)D,8421,码,用四位二进制数表示十进制数,Eg:23,=00100011,3,数制间的转换,十进制,二进制,十六进制,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,数据编码方式,机器数：一个

3、数值数据的机内表示形式。,真值：一个机器数所代表的数值。,0,代表正数,1,代表负数,数据的编码方法：,原码,反码,补码,移码,正数的原码与反码、补码相同。,5,数据编码,Eg:-56D,上面的规则适用于负数,正数的原码与反码、补码相同。,+0,补,-0,补,00000000,唯一的,6,原码,-56,原,10111000,反码,-56,反,11000111,将原码符号位不变，其它位取反,补码,-56,补,11001000,将反码的低位,+1,移码,-56,移,01001000,将补码的高位取反,数据编码,原码一般用来实现乘除运算,补码一般用来实现加减运算,移码一般用来表示阶码,7,数据的表示

4、,定点小数,0.2356,定点整数,52084,浮点数,符号位为,0,或,1,N+1,位阶码中，,1,位是阶码的符号，,n,位是阶码的倍数,阶码一般用移码编码方式,尾数采用原码或补码编码方式,-0.2x10,9,8,Ms,E,M,1,位符号位,N+1,位阶码,M,位定点小数形式的尾数,Ms,E,M,1,111110111,00000010,补码的加减法则,补码加法,+,补,补,+,补,Eg:X=0.001BY=0.101B,求,+,解：,补,=0001,补,=0101,+,补,=,补,+,补,=0001+0101=0110,X+Y=0.110,补码减法,补,补,+,补,从,补,求,补,的法则是

5、：所有位取反，末位,+1,Eg:X=3DY=5D,求,-,解：,补,=0011,补,=0101-,补,=1010+1=1011,-,补,=,补,+-,补,=0011+1011=1110,则,-,=1110,验证：,补,补,=M,原,-,补,补,=,-,原,=,1110,补,=1001+1=1010=-2D,9,溢出,在定点机器中，数的表示范围为,1,的现象，称为溢出。,10,如何判断溢出,双符号法,采用两个符号位，如果符号位相同，则无溢出。,Eg:X=0.001BY=0.101B,求,+,补,+,补,=,补,+,补,=,00001+00101=00110,进位信号法,当结果的最高位和符号位的进

6、位信号一致时，则没有溢出。,Eg:X=0.110BY=0.101B,求,+,补,+,补,=,补,+,补,=,0110+0101=0,1,011,11,文字符号的类型,ASII,码,计算机中普度采用的是,ASII,码。用位代表一个字符，包括字母大小写、数字、标点和控制符等。,BG 2312-80,定义了,682,个符号，,6763,个汉字。,BIG5,是普遍使用的繁体汉字的编码标准，包括,440,个符号，,13030,个汉字。,GBK,是中国大陆制订的中文编码扩展国家标准，它兼容,GB2312,，共收录汉字,21003,个，符号,8835,个，并提供,1894,个造字码位，简繁字融于一库。,GB

7、 18030-2000,在,GB 2312-1980,和,GBK,的基础上进行扩充，汉字达到,27000,多个，解决了一些生、偏、难字的问题，支持全部中日韩统一汉字和汉字字符。,Unicode,是国际标准组织对各国文字、符号进行的统一性编码。,ISO 10646/Unicode,字符集,全球可共享的编码字符集。用四个字节表示世界各国语言文字的代码，其中汉字字符集可以扩大到万字。,12,校验方法,奇偶校验,在串口通信中基本都使用它作为数据检验的方法。,规则：奇校验时，信息数据中各位中,1,的个数为奇数，校验码为,0,，否则校验码为,1,，偶校验则相反。,使用一位奇偶校验的方法可检测了一位错误，但

8、无法判断是哪一位出错，当两位同时出错时，它也无法检测出来，所以奇偶校验通常用于对少量数据的校验，如一个字节。,海明码,采用多位校验码的方式，在这些校验位中的每一位都对不同的信息数据位进行奇偶校验，通过合理的安排每个校验位对原始数据进行校验位组合，可以达到发现错误、收下错误的目的。,假设数据位有,m,位，那么校验位的长度只要满足,2,k,-1m+k,，就能纠正判断是哪一位出错。,恒比码,所有有效的编码中为的位都相同。这种编码生成时是查表，接收检验时检查每个编码中出现的次数是否正确。在邮电部门的电报及条形码中广泛使用。,循环冗余校验码,能用很少的校验码检测出大多数的错误，检错能力是非常强的。,校验

9、是从数据本身进行检查，它依靠数学上约定的形式进行检查，检验的结果是可靠或不,码,=,信息码,+,校验码,13,冯.诺依曼结构,现在的计算机大多数基于冯,.,诺依曼结构，它的特点是：,计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。,采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据都可以送进运算器运算。,数据以二进制数表示。,指令由操作码和地址码组成。,指令按照顺序存储，由指令计算器指明当前需要执行指令的地址，通过改变指令计数器来改变程序的流程。,计算机以运算器为中心，输入输出设备和存储器之间的数据传送需要通过运算器。,14,中央处理器,是计算机的控制、运算中心，它主要通过总

10、结和其他设备进行联系，另外，在嵌入系统设计中，外部设备也常常直接接到的外部,/,脚的中断脚上。,虽然的类型和品种异常丰富，各种的性能也差别很大，有不同的内部结构、不同的指令系统，但由于都是基于冯,.,诺依曼结构，所以基本部分组成相似。,15,中央处理器,运算器,ALU,主要功能是在控制器的控制下完成各种自述运算。,控制器,CU,是,CPU,的核心，它控制和协调整个计算机的动作，控制通常需要程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路、脉冲源及中断等共同完成。,控制器的基本功能：时序控制和执行控。,控制器的实现方法主要：硬布线逻辑和微程序控制。,寄存器组用以在指令挂靠过程中存放操作数和中间

11、数据，由,CPU,完成指令所规定的运算的操作，,CU,控制,ALU,和寄存器组正确地完成某一操作。,16,中央处理器,17,时序产生器,我们学习、工作和休息都有一个严格的作息时间。,每个教师和学生都必须严格遵守这一规定，否则就难以保证正常的教学秩序。,18,时序产生器,CPU,中也有一个类似“作息时间”的东西，它称为时序信号。,计算机所以能够准确、迅速、有条不紊地工作，正是因为在,CPU,中有一个,时序信号产生器,。,组成：,时钟源,环形脉冲发生器,时间脉冲和读写时序译码逻辑,启停控制逻辑,时钟周期：,cpu,执行一条加法指令所需的时间,机器周期：计算机完成一次数据传递所需的时间,平均指令执行

12、时间,MIPS,：,cpu,每秒执行多少百万条指令,19,控制方式,控制不同操作序列时序信号的方法，称为控制器的控制方式。,常用的三种方式，其实质反映了时序信号的定时方式：,1.,同步控制方式,2.,异步控制方式,3.,联合控制方式,20,指令系统,指令就是要计算机执行某种操作的命令。,从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。,微指令是微程序级的命令，它属于硬件；,宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；,而机器指令则介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。,一台计算机中所有机器指令的集合，称为计算机

13、的指令系统。,21,寻址方式,22,处理器性能及评价,影响处理器性能的因素如下：,基本字长,数据通路宽度,指令系统,时钟频率,流水线技术,内部数据,/,指令缓存,评价处理器性能可以是直接给出处理器每条指令的执行时间，或者是指令系统中指令执行时间的某种加权评价，还有就是计算机处理每秒能执行多少个加法指令。,1,个,MIPS,指的是处理器每秒能完成,1x10,6,条指令。,三种评价处理器的方法：,等效指令速度法,数据处理速度法,核心程序法,23,存储器系统,存储系统包括寄存器、cache、主存储器、磁盘存储器、光盘存储器、磁带存储器等，这些存储器从前到后，价格逐渐降低，容量和访问时间则逐渐增加。,

14、存储容量：指存储器所具有的存储单元的个数，或所具有的地址个数。,表示存储器容量的单位主要有字节；位b；字。b,对于32位计算机系统，一个字有32位，即1W=32b=4B,存储器的容量一般都很大，要用千k、兆m、先兆km和兆兆tt,24,单位名称,常规十进制表示,存储器容量表示,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,存储器系统,存储内容可变性：,ROM,，,RAM,内容是固定不变的，即只能读出而不能写入的半导体存储器称为只读存储器,(ROM),。,既能读出又能写入的半导体存储器称为随机读写存储器,(RAM),系统中的作用：可分为内部存储器、外部存储器；又可分为主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器、控制存储器,25,存储器系统,对存储器的要求是容量大、速度快、成本低，为了解决这方面的矛盾，目前在计算机系统中，通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器,(cache),、主存储器和外存储器,:,高速缓冲存储器简称,cache,，它是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器。,主存储器简称主存，

16、是计算机系统的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。,外存储器简称外存，它是大容量辅助存储器。,26,主存储器类型,RAM:,写入写读，断电后信息无法保存,DRAM:,信息会时间逐渐消失，要定时对其进行刷新来维持信息不丢失,SRAM:,在不断电情况下，信息能一直保持不丢失,ROM:,只读存储器，信息已固化在存储器中，一般用于存放系统程序,BIOS,和用于微程序控制。,PROM:,只可进行一次写入操作,EPROM:,可读可写，写前要先擦除后写入,EEPROM:,可读可写，不用先擦除就直接写入,Flash Memory,CAM,相联存储器,:,是一种不根据地址而是根据存储内容来进行存取的存储器。,27,主存储器容量扩充,横向拼接芯片扩充容量,纵向拼接芯片扩充容量,28,8 x 4bit,芯片有个地址，每个地址占,bit,每个地址传输内容用位,8 x,bit,芯片有个地址，每个地址占,bit,每个地址传输内容用位,16 x 4bit,芯片有,16,个地址，每个地址占,4bit,每个地址传输内容用,4,位,主存储器编址,若某计算机内在按,字节,编址，内存地址从,44000,到,6