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文本内容:
教案说明
一、适用范围农业机械及其自动化、机械设计及其自动化
二、计划学时总学时理论学时实验学时64=46+18符号正1负尾数常用原码小数点在最后一位之后b.定点小数小数点位置固定在符号位后,不占存储空间,表示一个纯小数符号尾数符号0正1负小数点在最后一位之后尾数常用原码c.普通小数小数点的位置由程序员预定,不占存储空间符号4位3位符号0正1负(1位)小数点可移植性不好,不常用
2.浮点表示a.浮点数形式浮点数类似与十进制的科学计数法十进制的科学计数法N=
3.1415X102二进制可以同样表示N=SX2P
1011.01=
1.01101X23因为2是固定的,所以我们只保存尾数S和阶码P阶符|阶码|尾符|尾码阶码常用补码表示尾码常用原码表示而阶码尾码占的空间不同机器是不同的,有32位短实数,64位长实数阶12尾52,80位临时实数b.浮点数规格化所谓的规格化浮点数就是绝对值
0.5WXW1,因为使用原码表示尾数,所以最高位为1例如
0.001001X2=
0.1001X2-1小数点左移,阶码加1,小数点右移,阶码减1阶符1阶码11111111111尾符0尾码0047个第三节微机的一般概念
一、计算机的基本组成和工作原理
1.计算机的基本组成半个多世纪以来,尽管计算机性能不断提高、体系结构也有了一些变化,但从本质上说,现代计算机的结构基础仍然是冯.诺依曼体系结构以存储器为中心运算器控制器输入设备输出设备五部分组成详见P12图1-
12.工作原理冯.诺依曼体系结构的计算机工作原理可概括为“存储程序”和“程序控制”两句话存储程序指把已经编好的程序和数据一起送到存储器中保存起来程序控制指控制器按照存储程序中的指令顺序周而复始的取出指令、分析指令、执行指令
二、微机结构与相关术语
1.微机在不受人工干预的情况下,自动完成算术、逻辑运算的设备称为让篁机通过总线把I/O接口电路、CPU、存储器有机结合在一起,即构成微机把微机加上1/0设备、软件系统、电源就构成微机系统
2.微机结构总线型结构即CPU、存储器、接口都是通过总线相连的详见P15图1-
23.总线与系统主板a.总线连接各个功能部件的一组公共信号线一般分为三类数据总线DB用于双向传送数据与字长相关,一般=字长地址总线AB用于传送地址信号,以寻址存储器和外设与寻址能力相关20条22O=1M控制总线CB用于传送各种控制信号,WR、RD、INTb.主板总线由主板印刷电路板物理实现主板是机箱中最大的一块集成电路板,在它上面集成有CPU插座,存储器插座、扩展版插座(显卡、声卡、网卡)、I/O系统、总线系统(PCI、USB等)、电源接口等(相当于躯干)管理这些不同的设备需要不同的基本功能芯片,象并行口
8255、定时器/计数器
8253、中断8259等,这些芯片形成了主板的芯片组(南北桥)
4.微处理器CPUPC机的核心,广告中第一条就是采用了什么样的CPU(不要忽略其他)a.相关知识王频也叫时钟速度(Clock Speed),表示在CPU内数字脉冲信号振荡的速度主频越高,CPU在一个时钟周期内所能完成的指令数也就越多,CPU的运算速度也就越快CPU主频的计算公式为主频二外频X倍频外频是CPU与主板之间同步运行的速度,目前绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间同步运行的速度值频是CPU的运行频率与整个系统外频之间的倍数高倍频会出现明显的“瓶颈”(CPU从系统中得到的数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度)效应西逸总统指的是数据传输的速度与外频不同例如800MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡8000万次,而800MHz前端总线则指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是800MHzX64bit+8bit/Byte=6400MB就处理器速度而言,前端总线比外频更具代表性制造工艺
0.09WCPU的核心面积可以做得更小,更加省电,因此发热量有望进一步降低,而频率可再次提升(超频)指令集是为了增强CPU在某些方面的功能而特意开发的一组程序代码集合MMX(多媒体扩展)指令集是Intel公司1996年推出的一项多媒体指令增强技术SSE(单指令多数据流扩展)指令集和SSE2指令集多媒体应用起到全面强化的作用SSE3指令集有助于增加Intel超线程HT的处理能力AMD的3DNow!指令集提高3D处理性能INTELCPU插座INTEL的LGA775又称Socket T,是英特尔公司最新规格的处理器插座,用和AMD作取代Socket478o它最大不同的地方是,其针脚设在底板上,CPU自身不带针脚AMD对抗了进40的Socket AM2插槽标准940个针脚插孔,取代原有的Socket754和Socket939o年,AMDb.CPU结构的总盈利在10寄存器阵列RS算术逻辑运算单元ALU内部总线缓冲器亿左控制器(指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信号产生电路PLA)右,但其阻止
5.存储器了第二衡量存储器的标准有容量速度成本(千年虫)个微软的诞a.三级存储体系生
①高速缓存(cache)位于CPU内部,速度快(同CPU相同速度工作)、容量小、成本高缓存分为两种,即LI Cache(一级缓存)和L2Cache(全速二级缓存)Pentium和赛扬的区别就在缓存
②内存以内存条形式提供,介于高速缓存和外存之间分为两类RAM随机存储器,ROM只读存储器DDR SDRAM是是目前最流行的内存它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据,这样不需要提高时钟的频率就能成倍提高SDRAM(同步动态随机存取存储器)的速度,并具有比SDRAM多一倍的传输速率和内存带宽DDR400的数据吞吐率=200MHzX2X64bit+8bit/Byte=
3.2GB/S所以与P4配合组建双通道是必要的而赛扬533MHz X64b it4-8b it/By te=
4.2GB/S
③外存包括硬盘和光盘硬盘硬盘是一个密封好的大铁盒子,在硬盘内部被抽成真空的,硬盘盘片放置在主轴电机上,磁头和盘片保持着极微小的距离(这个距离比一根头发丝还要细)当硬盘工作时,主轴电机带动着盘片高速旋转,通常这个速度为5400rm/s或7200rm/s,甚至高达10000rm/s,而磁头随着机械臂在盘片上移动,读取保存在盘片上的数据平均寻道时间指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道寻找相应目标数据所用的时间,它描述硬盘读取数据的能力,单位为01S缓存井口硬盘ATA(IDE)和串口硬盘ATA-133只能接4个设备,最高外部数据吞吐率为133MB/S,而SATA理论上没有限制,
1.0标准仍可达到150MB/s,未来的SATA
2.0/
3.0更可提升到300以至600MB/so而最大内部数据传输率一般小于上述速度,是瓶颈光盘分为和DVD用激光读取盘片的凹凸点价格便宜,而且网络的出现,使用率降低,所以不太关心相关参数光盘的轨道是螺旋型中心向外发散(由中心向外擦),而硬盘是同心圆CD单倍速为150KB/S,而DVD单倍速相当于CD的9倍为
1.35MB/S区码限制CSS规定,软硬件都必须同时经过授权认证才可以成功地解码播放DVD影片,也就是说DVD-ROM、DVD硬解压卡和DVD播放软件都必须同时通过区码的授权b.存储器的地址与内容假设CPU有8条DB和8条AB,则最大可以寻址2*=256的存储单元,每个单元有自己唯一的地址(00H OFFH),可以存放一个8位二进制信息;地址和信息〜是不同的,详见P16图1—4读写过程AB选通单元,CB发控制信号,DB送数据
6.显示子系统a.显卡显卡拥有自己的图形函数加速器和显存,用来执行图形加速任务主流显卡都是PCI—E16X带宽250MB/SX16=4GB/S,将来32XAGP8X带宽66MHZX32/8=
2.1GB/S指标核心频率(超频)显示芯片位宽(和CPU字长类似)双256显存容量、频率、显存带宽=显存频率X显存位宽+8b.显示器CRT阴极射线管显示器尺寸和可视面积:对角线长度,可视面积要略小于实际尺寸分辨率:分辨率是屏幕上可以容纳像素点的总和息至点距一般是指显像管水平方向上相邻同色像素间的距离刷新频率:扫描完整个屏幕为一次刷新,每秒钟扫完屏幕的次数视频带宽:理论上视频带宽=水平像素X垂直像素X刷新频率显像管类型:分为球型和平面直角型两种LCD液晶显示器尺寸和可视面积:对角线长度,可视面积一般等于实际尺寸分辨率:厂商会提供最佳的分辨率,无特殊情况最好使其工作在最佳分辨率状态下,否则会出现错误亮度与对比度是液晶显示器较重要的技术指标之一,因为液晶本身是不发光的,而是考后面的光源(4个灯管),亮度单位CD/m2;液晶显示器的对比度愈高,显示的效果也越佳400:lo响应时间以ms(毫秒)为单位,是指一个亮点转换为暗点的速度坯点是指颜色不会再发生任何变化的点可视角度:CRT显示器有180”的可视角度,而液晶显示器可视角度小一些,当人眼与显示屏之间的角度稍大一点时,就无法看清显示的内容
7.声音子系统a.声卡插口:SPEAKER用于连接音响设备,标准的接口为绿色;LINE IN用于将品质较好的声音信号输入到声音处理芯片中,处理后录制成文件,标准的接口为蓝色;MIC IN用于连接话筒,输入外界语音以制成文件或配合语音软件进行语音识别,标准的接□颜色为红色除此以外还有一个MIDI/游戏摇杆接口,可以连接电子合成乐器实现在电脑上进行MIDI音乐信号的传输和编辑,游戏摇杆和MIDI共用一个接口LINE OUT与SPEAKER类似声道;
5.1b.音箱声道
5.1材质、功率、失真度、防磁
8.网络设备网卡100M,接口灯-45双绞线;ADSL MODEM外置
9.机箱和电源(小的方面侃价注意质量)机箱重就好(38℃);电源注意安全认证和功率(一般为峰值功率)
10.鼠标和键盘手感
四、微机工作过程是一个周而复始的取出指令、分析指令、执行指令的循环具体来说,程序计数器(PC)始终保存将要执行指令的地址,首先通过PC从内存中读出指令到IR,由ID分析,根据分析结果,PLA(控制信号产生电路)产生信号执行指令,接着进入取下一指令阶段高级机器中,这些过程可以并行执行
(8086)
五、计算机软件系统计算机软件和硬件是相互依存的,硬件系统是为执行程序建立的物理装置,称为裸机或硬核,没有软件什么也干不了软件系统分为系统软件(为了使用和管理计算机的各种软件)和应用软件(用户自行编制的解决实际问题的)详见P20图1-8第一讲授课题目(章、节)第一章微型计算机基础知识§教学内容微机发展概述及主要应用、进制转换、信息编码方法重点进位计数制、信息编码(BCD编码、ASH码)难点进制转换导言微机是本世纪科学技术最卓越的成就之一随着技术的发展,微机的应用领域已经扩展到了各行各业本课程作为计算机专业的一门技术基础课,是让学生了解微机的工作原理,建立微机工作的整体概念而对于微机的应用宏观上可以分为软件领域和硬件领域软件方面广义上说是程序设计,而硬件方面可以说是接口技术所以本书可以分为三部分内容
1.微机基础知识与工作原理;
2.汇编语言程序设计;
3.接口知识第一章微机基础第一节微机概述
一、微机发展概述L计算机发展的四代自从1946年第一台电子计算机(ENIAC)问世以来,不过半个世纪,现在己经深入各行各业、各个领域计算机技术在发展过程中经历了四代的变化a.电子管(绝缘导线连接的电子管、继电器存储器,BUG的诞生);b.晶体管(印刷电路板);c.集成电路(多层印刷电路板);d.大规模超大规模集成电路对比一下性能方面,最初的ENIAC时钟频率100kHz占地140平方米、重30吨;而现在的纳米制程可以在火柴盒大小的芯片上集成几千万个晶体管主频由以MHz为单位过渡到GHz为单位(主频之争);INTEL的T计划超线程技术HT、64为方案EV64T、安全技术(杀毒软件和硬件防火墙)LT、虚拟化技术VT(单台电脑分割为多个独立分区,每个分区均可以按照需要模拟电脑的一项技术)、主动管理技术AMT(远程管理和修复联网的计算机系统)功能方面,最初的数值计算发展到多媒体、人工只能
2.微机组成微机(微型计算机)是第四代计算机的典型代表,与PC(个人电脑)在概念上有重复,而不同于计算机(计算机按规模可分为巨型、大型、小型、工作站、微型机)比较典型的深蓝、银河都是巨型机而单片机是微机家族中比较引人注目的一个成员所谓单片机就是把的各个功能部件集成在一个芯片上构成具有计算机完整功能的一种微机从计算机体系结构上来说微机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成;具体来说由CPU、主板、内存、硬盘、光驱、显卡、声卡等组成,这些设备我们后面作介绍
二、微机应用
1.工控利用微机即使检测和收集某一生产活动中某些必要数据,并按最佳状况进行自动调节和控制,称为实时控制或过程控制工控涵盖面很广,以微机为中心包括测和控两个方面
2.事务处理出等财务管理、信息管理涉及数据库、网络技术微机从事对数据(信息)的非数值处理录入、排序、分类、统计、修改、检索、输
3.计算机辅助CAXAUTOCAD3DMAX计算机辅助设计CAD数控机床多媒体课计算机辅助制造CAM件、模拟机计算机辅助教学CAI第二节计算机中数的表示和编码计算机中的数是用物理状态来表示的,所以二进制是最合适的(开关的闭合打开、电平的高低、频率的快慢)就如黑客帝国片头一样,计算机眼中的世界是0和1组成的,这也是学习计算机往往先从二进制开始;虽然计算机发展方向是拟人化、智能化、但作为计算机专业,尤其是学习微机原理时二进制是必须熟练掌握的
一、计算机中的进位计数制(4种)进制的基本规则,各进制特点十进制一常用;2进制一机器用;16/8进制一代替二进制方便书写阅读L进位计数制的表示方法1)十进制D用十个符号表示数
0.
1.
2.3……9这些符号称为数码,数码的个数称为基数基数为10遵从“逢十进一”规则9+1=10在一个数中,数码表示的值不仅取决于本身,还取决于它的位置即每一位有各自的权10”例如123=lX1024-2X10,+3X10°
101.01B=1X22+0X2I+1X2(,+0X2I4-1X2-2=
5.25D这也是二-十进制转换的一种方法练习:
110.101B=
6.625D小数点右移相当于X2小数点左移相当于-2但这是有一定限制条件的3)十六进制H用十六个符号表示数
0、
19、A F基数为16〜〜遵从“逢十六进一”规则F+l=10每一位有各自的权16n例如2A.Bl H=2X16+AX16°+BX161+1X16-2二42(177/256)D这也是十六-十转换的一种方法练习:A
4.E5H=164(229/256)D小数点右移相当于义16小数点左移相当于+16纯字母的十六进制数前要加0,和字符串区别0ABI14)八进制0(为了和0区别也可使用Q)用八个符号表示数
0、17基数为8〜遵从“逢八进一”规则7+1=10每一位有各自的权81例如:
62.5Q=6X81+2X8°+5X8-1=50(5/8)D这也是八-十转换的一种方法练习:
125.63Q=85(51/64)D小数点右移相当于X8小数点左移相当于+
82.R进制(
二、
八、十六)转换为十进制常用方法就是使用按权展开式
11.01B=1X2I+1X20+OX21+1X22=
3.25D
3.十进制转换为R进制(
二、
0.625-
0.25-
0.5-0X2X2X2V yai=l a2=0a3=1a4=0取整数
0.625D=
0.101B例如
0.625D-B注意小数转换时,可能会无限进行下去,我们取近似值就可以练习
0.875D=
0.Ill B
4.二进制与八进制、十六进制的转换1)二进制—十六进制将二进制数从小数点位开始,向左每4位产生一个十六进制数字,不足4位的左方补0,得到整数部分向右每4位产生一个十六进制数字,不足4位的右方补0,得到小数部分例如
00101101.01101000B=2D.68II练习.B=B
3.2A II2)二进制-八进制与上基本相同,只要按3位分割即可例如
10110011.0010101B=
263.124Q练习
101101.01101B=
55.32Q
二、计算机中常用的编码
1.数字编码BCD码计算机中十进制数的十个数码使用二进制编码表示,简称BCD码书上的说法有点问题,实际上最初的BCD码有很多种,(1可以用0001表示,也可以用0110表示)最常用的是8421BCD码(按每位的权),现在提到BCD码,一般就是指8421BCD码例如
891.45D=
100010010001.01000101BCD练习
125.68D=
000100100101.01101000BCD
2.字符编码ASCII码计算机中的字母、数字、符号都是按照特定的规则用二进制编码表示的最常用的规则就是ASCII码(美国信息交换标准码),ASCII码是7位编码,详见书后的附录注意的是数字的ASCH码和BCD等其他编码不同例如3D=0011BCD=00110011ASCII一般来说,输入输出使用ASCII码,而运算时候使用BCD等其他编码正是因为数据编码的不一致,代码转换是一个很重要的问题(汇编中需要编程者自己解决)
3.汉字编码1)外部码计算机输入汉字时使用的编码,是代表汉字的一组键盘符号,分为音码以汉语拼音作为输入编码紫光、智能ABC、微软拼音形码把汉字拆成若干字根五笔张音码zhang形码xt一般来说,音码易学、重码高、速度慢;形码难学、重码低、速度快2)内部码计算机内部存储和处理汉字使用的编码同一汉字外部码可以不同,但是内部码是一致的使用两个字节空间的编码简体国标码GB2312-80繁体BIG53)输出码又称字型码,汉字的显示编码(各种字体、字库)MXN的矩阵第2讲授锦驳目(章、节,第一章微型计算机基础知识§教学内容带符号数的表示、定点和浮点数、微机术语、微机组成及基本工作原理教学重点带符号数的表示、定点和浮点数、微机组成、工作原理教学难点微机工作原理复习上讲微机发展概述、微机应用、进位计数制、常用编码本讲介绍带符号数的表示、定点和浮点数、微机名次术语、组成、工作原理和软件系统我们前面所提到的都是无符号正数,那么有符号的正负数怎样表示呢?
三、带符号数的表示
1.机器数与真值我们把数的符号(+一)也数码化,即用二进制数表示,一般使用0表示正,1表示负81D=B+81=0B-81=1B等号右边数码化的数称为机器数,等号左边的实际数值称为其真值
2.原码(+127一127)〜如上述形式最高位为符号位,其余为数值,这种表示法称为原码+81和-81的低7位是相同的原码与真值转换方便,但运算必须有减法,不方便练习±45原=0/
13.反码(+127-----127)正数的反码与其原码相同符号位0+数值位负数的反码是对应正数连同符号位按位取反符号位为1+5反=-5反=+0反=-0反=+127反=-127反=练习±45反=0/1±56反=0/
14.补码+127------128正数的补码与其原码相同符号位0+数值位负数的补码是对应正数的反码加1符号位为lo+5补=—5补=+0补=—0补=-128补=练习±45反=0/1±67反=0/1特点a.0的补码是唯一的,而原码和反码都有2个;b.补码的表示范围最大,可以表示一128;c.已知补码求其真值,同样取反加1;下例括号内为取反加1值例如乂补=X=-=-107d.补码运算只有加法[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补
5.移码移码和补码基本相同,只是符号位相反+5补=+5移=1作业二一>十/十六B=181=B
5110.101B=
0.625=
0.AH十一二/十六100=B=64H
0.75=
0.1IB=
0.CH
四、数的定点表示和浮点表示计算机中涉及到小数时,有两种表示方法顾名思义定点数小数点位置固定不变浮点数小数点位置是浮动的L定点表示有三种用法a.定点整数小数点位置固定在最后,不占存储空间,表示一个纯整数符号尾数。