【文档说明】计算机硬件基础课件.ppt，共(99)页，1.712 MB，由小橙橙上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-76661.html

以下为本文档部分文字说明：

1计算机硬件技术基础计算机基础教研室xxx2课程目标在总整体上建立起计算机系统整体概念；掌握微型机硬件系统各部分的构成及工作原理；掌握Intel8086基本指令系统，并了解80X86部分主要扩展；掌握微型机的输入输出及常用接

口技术3主要参考书参考书：《计算机硬件技术基础》邹逢兴等编著，高等教育出版社，2005.2《微型计算机原理及应用》郑学坚等编著，清华大学出版社，20084考核方式平时30%期末考试70%5预备知识：计算机数字电路与基础一、模拟电路与数字电路模拟电路：是一种在时间上连续的信号。

数字电路：是一种在时间上或空间上断续的信号。A/D：称为模/数转换D/A：称为数/模转换.6二、逻辑代数的初识1、逻辑代数：是研究逻辑关系的工具，也称之为布尔代数。逻辑代数量：只有“0‖和“1‖代表“假”和“真”或者“断”和“通”。逻辑代数基本运算：“与”“或”“非”逻辑电路：也称开关

电路，易于实现。例如：有k1,k2开关控制的线路AB接通的逻辑。7ABK1K2ABK1ABK1K2K1+K2K1K2K1或与非82、基本逻辑单元1)逻辑加（或门）表达式：Y=A+B2)逻辑乘（与门）表达式：Y=ABABY000011101111ABY0000101001113)逻辑非（非门）反

相器表达式：Y=AAY0110真值表真值表真值表≥1ABY真值表：将因果关系问题的各种因素全部用表格形式表示，然后再研究结果。&ABY逻辑图：1AY逻辑图：逻辑图：9例题：（按位计算）1.设A=10101B=11011则Y=A+B=？2.设A=11001010B=00001111则Y=A

×B=？3.设A=11010000则Y=A=？111110000101000101111103、逻辑代数的运算法则1）交换律:A+B=B+A，AB=BA2）结合律：(A+B)+C=A+(B+C),(AB)C=A(BC)3）分配律：A(B

+C)=AB+AC,A+BC=(A+B)(A+C)4）互补律:A+A=1,AA=05）吸收律:A+AB=A,A+AB=A+B6）反演律:A+B=AB,AB=A+B7）包含律:(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)AB+AC+BC=AB+AC11二变量摩根定理（

反演律）：A+B=A·BA·B=A+B推广到多变量：摩根定理：A+B+C…=A·B·C….A·B·C…=A+B+C….或非与非12例题：1、F=A(AB)B(AB)=AB+AB2、F=AB+BC+AC=AB+C3、F

=AB+BC+AC+AB=AB+BC+AB13三、扩展的逻辑门电路1、“与非”门电路：Y=ABC2、“或非”门电路:Y=A+B+C3、“与或非”门电路:Y=AB+CD4、“三态”门电路:Y=

A(EN=1)5、“异或”门电路:Y=AB+AB=AB=A⊙B6、“同或”门电路:Y=AB+AB=A⊙B=AB14四、组合逻辑部件将基本逻辑单元组合起来完成某一逻辑功能，它的输出结果仅取决本次输入。1、译码器：功能：将指定

的二进制编码翻译为相应的输出信号。n个输入控制2n输出例如：三—八译码器（74ls138)15译码器74LS138译码器：G1G2AG2BCBAY0Y7••••3－8译码器原理译码使能端译码输入端译码输出端真值表ABCf0f1f2f3f4

f5f6f70001000000000101000000010001000000110001000010000001000101000001001100000001011100000001电路符号：三八译码器CBAf0..f7CBA110101100011001010000111f7f6f

5f4f3f2f1f0三—八译码器182、数据缓冲器功能：与系统总线的接口器件END0D3D2D1Y3Y2Y1Y0193、半加器（不考虑低进位的加法器）Hb=AB+AB=ABABHbJb000001

1010101101真值表Jb=ABHbBJbA用与非门实现半加器？AJHB半加器电路符号4、全加器（考虑低进位的加法器）Hq=ABJ+ABJ+ABJ+ABJ=ABJ=HbJABJHqJq000000011001010

0110110010101011100111111真值表Jq=ABJ+ABJ+ABJ+ABJ=(AB)J+AB=HbJ+JbHbBJbAHqJqJ+JAHqBJq全加器电路符号21A=110B=101A+B=?H0BJbA

HbBJbAH1JqJ+HbBJbAH2JqJ+22五、时序逻辑部件输出结果不仅取决于本次的输入信号，还取决于电路过去的输入信号。1、R—S触发器R置“0‖S置“1‖QQRSQn+101010111不

变00不可232、D触发器RDSDDQ01d010d111dd00d不SDDQCp上升沿RDQ低电位有效243、寄存器1）数据寄存器可以由4个D触发器实现D3Q3RDQD2Q2QD1Q1QSDD0Q0Cp上升沿Q清“0‖10100101112）移位寄存器Cp上升沿循环移位D3Q

3RDQD2Q2QD1Q1QSDD0Q0QRDSD1010110001D3Q3QD2Q2QD1Q1QD0Q0Q000011110103)计数器与分频器Cp上升沿Q3RDQQ2QQ1QSDQ0QDDDD0000134682957111110000011000101000①②0

101100274)节拍电位发生器一个单位时间称一个节拍，产生节拍电位。例如：每一时间段8拍可由3位计数器和3-8译码器构成一个8拍电位发生器。RDCp上升沿Q3QQ2QQ1QDDD110101100011001010000111f7f6f5f4f3f2f1f0去掉13468

257……29第1章微型机系统概述主要内容：微机系统概述微机系统硬件结构微机的运算基础微机的基本工作原理PC系列机30微型计算机系统的组成微处理器存储器I/O接口总线硬件系统软件系统微型计算机系统微型计算机(单片机)外设ALU寄存器控制器键盘

、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件1.1概述CPUMPU31软件系统系统软件应用软件操作系统系统应用软件存储器管理进程管理设备管理文件管理用户界面GUI网络软件编译系统系统维护

程序工具软件系统增强软件办公数据库图形图像游戏娱乐。。。321.1.1微机系统的三个层次2.微型计算机（单片机）3.微型计算机系统*只有微型计算机系统才是完整的计算机系统软件应用软件计算机系统：硬件+软件硬件软件1.微处理器CPU(MPU)33微型计算机系统的层次结构用户应用程序系

统应用程序操作系统机器指令微指令硬件逻辑电路系统结构的观点程序员的观点应用程序BIOS硬件逻辑电路操作系统341.1.2微机系统的主要性能指标1.字长:16位,32位,64位2.存储器容量：(内/外)1KB,1MB,1GB,1TB3.运算速度:MIPS

,MHz（主频：1秒内发生的同步脉冲数）4.外设扩展能力5.软件配置情况351.2微机系统的硬件结构微处理器系统的核心存储器记忆设备，内存/外存总线信息的传输设备（CPU总线、系统总线）I

/O接口与外设进行信息交换的“桥梁”361.2.1三总线结构及分类1.冯·诺依曼计算机结构3个特点：①有五大部件组成的。②数据、程序以二进制形式存储在存储器中。③控制器是按程序来工作的。指令驱动控制命令

指令流数据流输出设备运算器控制器存储器输入设备372.微型计算机的总线结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备数据总线DB控制总线CBI/O接口AB:AddressBus，DB:DataBus，CB:Con

trolBus*硬件五大部件之间是通过数据总线DB、控制总线CB、地址总线AB相连的。CPU三总线结构总线结构优点:构造简单,具有灵活性、扩展性、可维修性。383.总线的结构分类按总线组织方法的不同单

总线结构双总线结构多层总线结构（双层）三种结构39单总线结构CPUMMI/OI/OI/ODB,AB,CB缺点：高速的存储器与低速的I/O接口竞争总线，影响了存储器的读写速度40双总线结构面向CPU的双总线结构CPUMI/OI/OI/OD

B,AB,CBDB,CB,AB缺点：存储器与I/O设备的数据传输必须通过CPU多层总线结构缓冲器全局M全局I/O局部MCPUI/OI/O总线控制逻辑局部I/ODMA控制器DirectMemoryAccess,译为“直接存储器存取“421.2.2微

机各大组成部分简介1.微处理器MPU(CPU)算术逻辑单元：ALU累加器ACC标志寄存器FR寄存器组RS堆栈和栈指针SP[后进先出,push(sp+1),pop]程序计数器PC指令寄存器IR，译码器ID，操作

控制器OC43微处理器的典型结构示意图MOVA,5CHADDA,2EH442.存储器存储器（主板上）：称为内存或主存，存放数据和程序，采用半导体器件。（1）内存单元：由8位，16位，32位，64位210=1024字节（B)=1KB220=1024*1024=1MB230

=1024*1024*1024=1GB240=1024*1024*1024*1024=1TB272625242322212010001010101110101100001110101001存是计算机存储信息的记忆单元集合，每个记忆单元通常由8位二进制位组成，可读写其中的数据。

45常用术语bit（位，比特）1个二进制位Byte（字节）8个二进制位KB，MB，GB，TBWord（字）2个或多个字节46内存储器的访问过程**内存单元地址与内存单元内容是不同概念1110

110111001101100011011110110111101001111011011110110111101101111011011110110111101101111011011000110111001101100011011110110100

00000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址0001控制:写数据1000000010000000存储器的访问过程：向[0001]单元写数据47（2）内存

操作：CPU对内存（RAM)可进行读\写操作。（3）内存分类：随机存储RAMDRAM动态SRAM静态固化ROM(PROMEPROM)特点:RAM可读可写（断电消失）ROM只读（断电不消失）483.输入输出(I/O)设备接口输入设备输出设备接口电路(I/O适配器):CPU与外

设之间必须有(I/O)适配器。49输入设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。504.总线总线:是一组导线,是各种信号的传输公路,是各硬件部件之间的桥梁.有:数

据总线DB地址总线AB控制总线CB511.3微型计算机的运算基础各数制间的转换非十进制数→十进制数：按相应的权表达式展开，再按十进制求和。例：24.AH=2×161+4×160+A×16-1=36.62

5注：A～F分别用10～15代入52十进制→非十进制数十进制→二进制：整数：除2取余；53(00110101)小数：乘2取整。13.375(00001100.11)十进制→十六进制：整数：除16取余；小数：乘16取整。以小数点为起点求得整数

和小数的每一位。注：十进制转换成任意K进制数与上类似，整：除K取余，小数：乘K取整。53二进制数的运算二进制数算术运算逻辑运算无符号数有符号数:算术运算54逻辑运算与（∧）或（∨）非（▔）异或（⊕）掌握：逻辑关系（真值表）和逻辑门。特点：按

位运算，无进位/借位。601、(有)符号数的表示：1.机器数和真值机器数:在计算机中使用的,连同符号位一起数字化的数.真值:机器数所表示的真实的值.(二进制/十进制)例如:真值:-9(-1001)机器数:

11001**机器数中,用最高位作为真值的符号位,―0‖为正号,―1‖为负号.4(0100)-4(1100)61符号数的表示符号数(机器数)的表示方法:对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。数X的原码记作[X]原，反码记作[X]反，补码记作

[X]补。注意：对正数，三种表示法均相同。它们的差别在于对负数的表示。62原码[X]原最高位为符号位，用“0‖表示正，用“1‖表示负；数值部分照原样写出即可。优点：真值和其原码表示之间的对应关系简单，容易理解；缺点：计算机中用原码进行加减运算比较困难，0的表示不唯一63数0的原码+

15(01111)-15(11111)+0=00000000-0=10000000即：数0的原码不唯一。64原码的例子[X]原真值：X=+18=+0010010X=-18=-0010010原码：[X]原=00010010=10010010符号符号位n位原码表示数值的范围是：对应的原码是

1111～0111()~()112121nn65反码[X]反对一个数X：若X>0，则[X]反=[X]原若X<0，则[X]反=对应原码的符号位不变，数值部分66反码例X=-52=-0110100[X]原=10

110100[X]反=11001011670的反码[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：数0的反码也不是唯一的。n位反码表示数值的范围是对应的反码是1000～0111()~()112121nn68补码[X]补定义：若X>0，则[

X]补=[X]反=[X]原若X<0，则[X]补=[X]反+169例X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]补=[X]反+1=11001100练习:[65]补[-78]补[-118]补[35]补[-97]补[-128]补70[-128]补=[-

10000000]B=[110000000]原=[101111111]反+1=[110000000]补=10000000（对8位字长，第9位被舍掉）710的补码[+0]补=[+0]原=00000000[-0]补=[-0]反+1=11111111+1=100000000对8位字长，进位被舍掉

n位补码表示数值的范围是对应的补码是1000～0111~()11221nn72特殊数10000000该数在原码中定义为：-0在反码中定义为：-127在补码中定义为：-128对无符号数，（10000000）B=12873例:将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。

[X]补=00101110B真值为：+101110B正数所以：X=+46[X]补=11010010B真值不等于：-1010010B负数而是：1）X原=[[X]补]补=[11010010]补2）X真值=-0101110B3）

X真值=-46742、符号数的算术运算通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。即：[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X+(-Y)]补=[X]补+[-Y]补其中X，Y为正负数均可，符号位参与运算。75例X=-52=-0110100，Y=116=

+1110100，求X+Y=？[X]原=10110100[X]补=[X]反+1=11001100[Y]补=[Y]原=01110100所以：[X+Y]补=[X]补+[Y]补=11001100+01110100=[01000000]补=[01000000]原X+Y=+100000

0=64**若结果为负值（11000000）怎样求真值？负数：原码=[[X]补]补真值76练习题：补码运算1.33-45=2.64-32=3.-68+24=4.-58-70=4.-58-70=-128-58=-(32+16+8+2)=-(0

111010)真值=10111010原=11000110补-70=-(64+4+2)=-(1000110)真值=11000110原=10111010补-58-70=110000000(10000000补)=110000000补=-1000000077

-64-70=-134-64=-(1000000)真值=11000000原=11000000补-70=-(64+4+2)=-(1000110)真值=11000110原=10111010补-64-70=1011111010补=00000110原=+6溢

出问题78符号数运算中的溢出问题两个8位带符号二进制数相加或相减时，若（C7C6C5C4C3C2C1C0其中C7为符号位）（C7j进/借位）（C6j进/借位）＝1则结果产生溢出。其中：C7j为最高位的进(借)位；C6j为次高位的进(借)位。*C7C6同时进(借)位或都不进(借)位时，不

溢出。对16位或32位的运算，也有类似结论。79观察以下四种情况哪个溢出？10110101+1000111110100010001000010+011000111010010101000010+11001101100001111CA

SE1:CASE2:CASE3:假定以下运算都是有符号数的运算。10100010+11101101110001111CASE4:溢溢不不80例：若：X=01111000，Y=01101001则：X+Y=即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进位，产生溢出。（事实上，两

正数相加得出负数，结果出错）111000010110100101111000813.数的定点和浮点表示**根据小数点位置是否固定,数的表示分为:定点表示浮点表示对于任何十进制数:X=10j*f=103*10.25对于任

何二进制数:X=2j*f=2100*11.101.当j=0,f为纯整数时,称为定点纯整数2.当j=0,f为纯小数时,称为定点纯小数1025011100011..1082定点数：小数点位置固定不变的数。小数点的位置：纯小数

纯整数符号X1X2Xn…小数点位置符号X1X2Xn…小数点位置83浮点数浮点数来源于科学记数法（赤道长度、细胞直径）例如：+123.5=+0.1235×103-0.001235=-0.1235×10-2浮点数：

用阶码和尾数表示的数，尾数通常为纯小数。小数点位置阶符数符阶码尾数F阶码定点纯整数定点纯小数例：1、将1011.10101用8位阶码、16位尾数的规格化浮点数形式表示。解：因为1011.10101＝0.10111

0101×24浮点数为：阶码=000001002、将-1011.10101用8位阶码、24位尾数规格化浮点数补码形式表示解：因为-10111.0101＝1.101110101×25＝1.010001

011×25补浮点数为（规格化小数）00000100101110101000000阶码数符尾数（后补0到15位）阶符0000000101010001011000000000000000186定点整数32位的表示范围

:-231-----+(231-1)浮点32位的表示范围:8位阶码、24位尾数-1×22-1-----+(1-223)×22-17787练习题:1.(-12.75)10的浮点表示,阶码5位,尾数8位。2.(86.57)10的浮点表示,阶码5位,尾数8位(保留小数5

位）。3.(-258.75)10的浮点表示,阶码8位,尾数24位。884、无符号数的表示和算术运算◇通常在计算机中有三种表示法：（1）位数不等的二进制码（2）BCD码（3）ASCII码89无符号数的表示用于表示非数值型数据。常用的二种：BCD码用二进制编码表示十进制数ASCII码美国标

准信息交换代码用二进制编码表示字符90BCD码压缩BCD码用4位二进制码表示一位十进制数，一个字节可放2位十进制数。00111000(38)非压缩BCD码用8位二进制码表示一位十进制数，高4位总为0。0000001100001000(38)91BCD码与二进制数之间的转换先

转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。例：(00010001.00100101)BCD=11.25=1011.01B92ASCII码字符的编码，一般用7位二进制码表示，用于字符的输入输出，用8位二进制数表示时，最高位总为0。共：128个扩展ASCII码：

用8位二进制数表示，256个字母“1‖,‖9‖的ASCII码：“1”00110001“9”00111001932.BCD码十进制运算例如：求BCD码8+5100001011101应该为（00010011）+0110+

00010011加6补94对于BCD码加减法，应该“逢十进一”，“借一当十“，但BCD码却按16进制。加法修正：若两个BCD码相加，其结果大于9或产生进位时，就加6修正。减法修正：若两个BCD码相减，其结果大于9或产生借

位时，就减6修正。（4位1个BCD码）952.BCD码十进制运算例如：求BCD码18-90001100010011111应该为（1001）-0110-1001减6修正96BCD码十进制运算练习：求：BCD码9+8求：BCD码57+65求：BCD码52-38求：BCD码71-

29求：BCD码78+13求：BCD码45+77求：BCD码125-48971.4微型计算机的基本工作原理计算机工作的过程本质：就是执行程序的过程。1.指令与程序概述程序：是若干指令的集合，是为了解决某一问题而编写的指令序列。指令:是规定计算机执行特定

操作的命令。指令系统：计算机全部指令的集合。*CPU是按指令工作的，不同型号计算机，有不同的指令系统。指令组成：操作数操作码98程序的执行过程程序指令1指令2指令3指令4指令n……取指令分析指令指令

周期操作码操作数执行取操作数执行指令存结果执行每执行一条指令都分为3个阶段：（周而复始）取指令,分析指令,执行指令.99指令：MOVA,5ADDA,8HLT执行过程举例地址寄存器AR累加器A加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时

序控制信号（控制命令）1011000000000101000001000000100011110100内部总线存储器01234程序计数器PC地址地址总线+1③地址译码器读写控制电路④输出地址10110000⑦锁存指令

锁存数据⑥置初值①②输出指令地址锁存地址②读写命令⑤⑧指令译码锁存输出1001.5PC系列微机系统又称为：80x86系列微机系统(IntelCPU)IBMPCXT,AT,286,386,486,PentiumⅠ、PⅡ、PⅢ、PⅣ….基本组成：主机，显示器，键盘，鼠标等基

本系统配置非基本系统配置101主机板CPU插座（Socket结构）芯片组内存插槽高速缓存（Cache）CMOS－存放硬件系统参数系统BIOSPOST,SysInit,Setup,系统服务总线扩展槽串/并行接口┇主板结构102Intel845GE

SDRAMBIOS北桥南桥AGP高速图形显示卡接口PCICNR通信网络接口跳线103控制芯片组CPU北桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端总线/C

PU总线接口卡外设总线扩展槽是CPU与内存,外设交换数据的桥梁,是协调和控制微机工作的控制逻辑.104结束语掌握：三种常用数制相互转换；无符号二进制数的算术运算(BCD)；符号数的表示及补码的运算(溢出判别）；定点数及浮点数的表示方法。基本概念105

作业：设X=+100101，Y=-0110110求X+2Y=？