清华大学微机原理-计算机基础共32页
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【课件】微型计算机原理（清华大学）谭浩强ppt课件合集（10~12章）
第10章 A/D及D/A转换器
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 习题
D/A转换器工作原理 D/A转换器的主要性能指标 DAC 0832 D/A转换器 A/D转换器主要性能指标 A/D转换器工作原理 ADC 0809 A/D转换器 AD 570 A/D转换器
A/D(模/数)及D/A(数/模)转换技术广泛应用于计算机 控制系统及数字测量仪表中。
1. 分辨率
分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度， 通常用转换器输出数字量的位数来表示。例如， 对8位A/D转换器，其数字输出量的变化范围为0～ 255，当输入电压满刻度为5V时，转换电路对输入 模拟电压的分辨能力为5V/255≈19.6mV。目前常 用的A/D转换集成芯片的转换位数有8位、10位、 12位和14位等。
由于一般线性差分运算放大器的动态响应速度较 低，D/A转换器的内部都带有输出运算放大器或者 外接输出放大器的电路(如图10.3所示)，因此其建 立时间比较长。
图10.3
(5) 温度系数： 在满刻度输出的条件下，温度每升高 1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。
(6) 电源抑制比： 对于高质量的D/A转换器，要求开 关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时， 对输出电压影响极小。通常把满量程电压变化的百 分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制 比。
对于图10.6的电路，为产生一个锯齿电压，可采用以下程 序：
ROTATE：MOV DX，PORTA；PORTA为D/A转换器端口号 MOV AL，0FFH；初值为0FFH
INC AL OUT DX，AL ；往D/A转换器输出数据
JMP ROTATE
实际上，上面程序在执行时得到的输出电压会有256个小台 阶，不过，宏观看，仍为连续上升的锯齿波。对于锯齿波 的周期，可以利用延迟进行调整。延迟的时间如果比较 短，那么，就可以用几条NOP指令来实现，如果比较长， 则可用延迟子程序。
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 习题
D/A转换器工作原理 D/A转换器的主要性能指标 DAC 0832 D/A转换器 A/D转换器主要性能指标 A/D转换器工作原理 ADC 0809 A/D转换器 AD 570 A/D转换器
A/D(模/数)及D/A(数/模)转换技术广泛应用于计算机 控制系统及数字测量仪表中。
1. 分辨率
分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度， 通常用转换器输出数字量的位数来表示。例如， 对8位A/D转换器，其数字输出量的变化范围为0～ 255，当输入电压满刻度为5V时，转换电路对输入 模拟电压的分辨能力为5V/255≈19.6mV。目前常 用的A/D转换集成芯片的转换位数有8位、10位、 12位和14位等。
由于一般线性差分运算放大器的动态响应速度较 低，D/A转换器的内部都带有输出运算放大器或者 外接输出放大器的电路(如图10.3所示)，因此其建 立时间比较长。
图10.3
(5) 温度系数： 在满刻度输出的条件下，温度每升高 1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。
(6) 电源抑制比： 对于高质量的D/A转换器，要求开 关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时， 对输出电压影响极小。通常把满量程电压变化的百 分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制 比。
对于图10.6的电路，为产生一个锯齿电压，可采用以下程 序：
ROTATE：MOV DX，PORTA；PORTA为D/A转换器端口号 MOV AL，0FFH；初值为0FFH
INC AL OUT DX，AL ；往D/A转换器输出数据
JMP ROTATE
实际上，上面程序在执行时得到的输出电压会有256个小台 阶，不过，宏观看，仍为连续上升的锯齿波。对于锯齿波 的周期，可以利用延迟进行调整。延迟的时间如果比较 短，那么，就可以用几条NOP指令来实现，如果比较长， 则可用延迟子程序。
《计算机导论》清华大学版本第三章 计算机基础知识.
理
器
寄存器——完成临时保存将被运 算 器处理的数据和处理后的结
构
2、主要性能指标 兼容性 字长 主频
3.2.2内存储器
功能 断电 分类
主存储器（内存）
辅助存储器（外存）
执行程序和数据 数据丢失
暂时不执行而将来要执行的程序和数据 长期保存
数据不丢失
随机存储器 只读存储器 高速缓存
软盘 硬盘 光盘 U盘
第三章 计算机基础知识
中央处理器
计
硬件
存储器
算
机
输入和输出设备
系
统
系统软件
软件
应用软件
3.1计算机的基本组成及工作原理
一、计算机2计算机硬件子系统
3.2.1中央处理器
1、基本组成和功能
运算器——完成算术和逻辑运
算
中
央 处
控制器——完成从存储器图区指令
输入设备
键盘 鼠标 扫描仪 跟踪球 触摸屏
输出设备
显示器 打印机 绘图仪
3.2.6主板
3.2.7总线
内部总线——芯片内部连接各元件的总线 系统总线——连接微处理器，存储器和输
入输出模块等部件的总线
数据总线
地址总线
控制总线
外部总线——微型机和外设之间的总线
清华大学 微机原理课件 CPU设计ALU
12
ALU电路设计
（2）移位器
采用2:1多路选择器构造的8位右移位器
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 S2 S1 S0
1
0
1
0
1
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1
0
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0
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0
1
0 R7
1
0 R6
1 R5
0
1 R4
0
1 R3
0
1 R2
0
1 R1
0
1 R0
0
MSB的输入如何? 32位移位器需要多少级?
CPU逻辑设计
—— ALU电路设计
1
MIPS对ALU的需求
Add, AddU, Sub, SubU, AddI, AddIU =>带溢出检测和反向器的补码加法器 SltI, SltIU(Set Less than) =>带反向器的补码加法器，检测结果的符号 And, Or, AndI, OrI =>逻辑或、逻辑与
B12 B11 B10 B9
B11 B10 B9 B8
B6 B5 B4 B3
B5 B4 B3 B2
B4
B3 B2
B1
B3
B2 B1
B0 S1 S0
3
2
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3
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ALU电路设计
（2）移位器
采用2:1多路选择器构造的8位右移位器
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 S2 S1 S0
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MSB的输入如何? 32位移位器需要多少级?
CPU逻辑设计
—— ALU电路设计
1
MIPS对ALU的需求
Add, AddU, Sub, SubU, AddI, AddIU =>带溢出检测和反向器的补码加法器 SltI, SltIU(Set Less than) =>带反向器的补码加法器，检测结果的符号 And, Or, AndI, OrI =>逻辑或、逻辑与
B12 B11 B10 B9
B11 B10 B9 B8
B6 B5 B4 B3
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2
《清华大学计算机组成原理课件》
3
搭建电路
学生将在仿真软件中搭建逻辑电路，提高学生动手实践的能力，并考验学生对逻 辑门电路的设计和搭建技能。
组合逻辑电路
全加器
学习全加器的基本原理，确定 输入输出的关系，并掌握组成 全加器的基本电路。
译码器
介绍了译码器的应用及工作原 理，教学生如何根据需要选择 不同的译码器。
多路选择器
学习了多路选择器电路的基本 概念和应用，测试了学生对多 路选择器的掌握能力。
存储器与存储电路
1
组成原理
组成存储器的基本元件是触发器，讲述了静态触发器和动态触发器，它们各自的工作 原理。
2
RAM和ROM
介绍了RAM和ROM的基本原理和应用，以及学习访问这两种存储器的原理与方式。
3
内存单元布局及地址控制
通过存储器系统的组成、存储器容量的理解，让学生掌握如何地址定位和数据存储等 问题。
转 入 内 核 态 处 理 流 程
pe
cp
pc
cu
=s
ut
ta
vt
eu
cs
u.
cU
aI
uE
s=
eu
=s
ct
aa
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su
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s
s.
.s
u.
i
Mt
Ss
U
多级中断系统
介绍了多级中断系统的实现原 理和构架，以及多级中断系统 如何解决中断优先级问题。
存储器系统性能分析
1
存储器性能参数
包括各种存储器的读取时间、写入时间，存储器的带宽等，还包括这些存储器的特 点和使用方法。
转 入 M 态 处 理 流 程
pc
cp
sc
清华微机讲义第一章 计算机基础知识(YAMA)
（b） ► B、字节:指相临的8个二进制数位。 ► 换算关系是1024进一位。单位是 B,KB,MB,GB,TB ► C、字和字长：字是计算机内部进行数据传 递处理的基本单位。
► 一个字所包含的二进制位数称为字长。常见
微机字长为8位、16位、32位和64位。 ► 目前的PC中，把字定义为2字节（16位）， 双字（32位），四字（64位）。
►
► 什么是CACHE缓存？ ► 它们是如何被应用的？
4、硬盘
► 它是最主要的外存储器，它
由驱动器、控制器、盘片组 成。硬盘是把上述三个部件 密封组合在一起的，防尘好， 可靠性强。 ► 硬盘参数：容量（GB） 转 速 平均寻道时间
► 硬盘的两种接口方式：IDE、SCSI ► 以及各自特点。 ► 如何设定两个硬盘的启动顺序或者说是设定
► （2）内部码（汉字内码或汉字机内码）
► 1、定义：内部码通常是用其在汉字字
库中的物理地址的表示，可以用汉字在 汉字字库中的序号或者用汉字在汉字字 库中的存储位置的表示。 ► 2、特点：用不同的输入法，同一汉字 的外部码不同，但是同一汉字的内部码 是唯一的。 ► 3、汉字的实际表示：只要要用两个汉 字 ► 汉字内码2个字节的首位都是1，ASCII
► 6、指令的分类：操作码、操作数。 ► 7、计算机编程：机器语言、汇编语言、高级
10、网卡
► 1、定义：是一种网络
连接设备。 ► 2、网卡按速度分： 10M、100M、1000M和 10M/100M自适应网卡。 ► 3、按传输介质分：粗 缆接口、细缆接口和光 纤接口等。 ► 4、按通信协议分：以 太网卡、令牌环网卡等。
► 网卡工作过程：计算机通过网卡和电缆接入
到网络中，这样计算机内的信息就可以通过 网卡的转换再通过网线传输出去，同样，外 部的信息也可以通过网络电缆传输到网卡上， 网卡的芯片经过转换处理发到计算机上。 ► 注意：安装完网卡还要安装网络协议，以后 还有一些设定的问题。
清华大学微机原理32位微处理器PPT文档73页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
清华大学微机原理32位微处理器
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
清华大学微机原理32位微处理器
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
清华大学微机原理32位微处理器
总线接口部件通过数据总线、地址总线和控制总线负责与外 部取得联系，包括访问存储器预取指令，读／写数据和访问I／O 端口读／写数据等全部操作及其他控制功能。
7
1.2 80386的寄存器
80386微处理器中有通用寄存器、段寄存器、指令指针和标 志寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器以及测试 寄存器等，如下图所示。
8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 80386的寄存器
1. 通用寄存器 80386中设置8个32位通用寄存器，如下图所示。它们的用法
与8086相同，也可当作8位、16位寄存器用。若作32位寄存器使 用，前面必须加字符E。
9
1.2 80386的寄存器
2. 段寄存器 80386中设置6个16位段寄存器和6个64位描述符寄存器。其
17
2.3 总线传送机制
32位微处理器的所有数据传送都是由一个或多个总线周期来 完成。1字节、2字节或4字节的逻辑数据操作数可以在物理地址不 对界的情况下传送。在对界时的操作数只需要1个总线周期，而对 于不对界时的操作数就需要2个或3个总线周期。
80X86地址信号的设计可以简化外部系统的硬件。高位地址 由A2~A31提供。低位地址则以BE0~BE3形式提供了32位数据总 线4个字节的选择信号。
12
1.2 80386的寄存器
CR1保留给将来开发的Intel微处理器使用；CR2包含一个32 位的线性地址，指向发生最后一次页故障的地址；CR3包含页目 录表的物理基地址，因为80386中的页目录表总是在页的整数边 界上，每4KB为一页，所以CR3的低端12位保持为“0”。 5. 系统地址寄存器
80386中设置4个专用的系统地址寄存器，它们是GDTR、 IDTR、LDTR和TR。GDTR和IDTR长48位，LDTR和TR长16位。 GDTR用来存放全局描述符表的基地址(32位)和限值(16位)； IDTR用来存放中断描述符表的基地址(32位)和限值(16位)；LDTR 用来存放局部描述符表的段选择字；TR用来存放任务状态段表的 段选择字。
7
1.2 80386的寄存器
80386微处理器中有通用寄存器、段寄存器、指令指针和标 志寄存器、系统地址寄存器、控制寄存器、调试寄存器以及测试 寄存器等，如下图所示。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 80386的寄存器
1. 通用寄存器 80386中设置8个32位通用寄存器，如下图所示。它们的用法
与8086相同，也可当作8位、16位寄存器用。若作32位寄存器使 用，前面必须加字符E。
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1.2 80386的寄存器
2. 段寄存器 80386中设置6个16位段寄存器和6个64位描述符寄存器。其
17
2.3 总线传送机制
32位微处理器的所有数据传送都是由一个或多个总线周期来 完成。1字节、2字节或4字节的逻辑数据操作数可以在物理地址不 对界的情况下传送。在对界时的操作数只需要1个总线周期，而对 于不对界时的操作数就需要2个或3个总线周期。
80X86地址信号的设计可以简化外部系统的硬件。高位地址 由A2~A31提供。低位地址则以BE0~BE3形式提供了32位数据总 线4个字节的选择信号。
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1.2 80386的寄存器
CR1保留给将来开发的Intel微处理器使用；CR2包含一个32 位的线性地址，指向发生最后一次页故障的地址；CR3包含页目 录表的物理基地址，因为80386中的页目录表总是在页的整数边 界上，每4KB为一页，所以CR3的低端12位保持为“0”。 5. 系统地址寄存器
80386中设置4个专用的系统地址寄存器，它们是GDTR、 IDTR、LDTR和TR。GDTR和IDTR长48位，LDTR和TR长16位。 GDTR用来存放全局描述符表的基地址(32位)和限值(16位)； IDTR用来存放中断描述符表的基地址(32位)和限值(16位)；LDTR 用来存放局部描述符表的段选择字；TR用来存放任务状态段表的 段选择字。
微机原理-计算机的基础知识
二进制数、十进制数和十六进制数间的相互转换
二进制数转换为十六进制数 十六进制数转换为二进制数
只需用4位二进制数代替1位十六进制数即可。 如：
3AB9H=0011 1010 1011 1001B
二进制数、十进制数和十六进制数间的相互转换
二进制数转换为十六进制数 十六进制数转换为二进制数
十六进制数转换为十进制数 将十六进制数按权展开相加，如： 1F3DH=163×1＋162×15＋161×3＋160×13 =4096×1＋256×15＋16×3＋1×13 =4096＋3840＋48＋13=7997
二进制数、十进制数和十六进制数间的相互转换
二进制数转换为十六进制数 十六进制数转换为二进制数 十六进制数转换为十进制数 十进制整数转换为十六进制数 十进制数转换为二进制数
十进制转换为二进制时，常采用 “倒除2取余 法”。
125 =01111101B
二进制数、十进制数和十六进制数间的相互转换
二进制数、十进制数和十六进制数间的相互转换
二进制数转换为十六进制数 十六进制数转换为二进制数 十六进制数转换为十进制数 十进制整数转换为十六进制数
可用出16取余法，即用16不断地去除待转换的十 进制数，直至商等于0为止。将所得的各次余数， 依倒序排列，即可得到所转换的十六进制数。
即38947=9823H
[X1]反=00000100B=04H X2=-4 [X2]原=10000100B=84H
[X2]反=11111011B= FBH
取反
➢ 原码 ➢ 反码 ➢ 补码
✓ 常规求补码法
正数的补码与原码相同；负数补码为其反码加1。 例：X1=+4： [X1]原=[X1]反=[X1]补= 00000100B=04H
微机原理课件：微型计算机基础知识
X86系列微型计算机的发展
第二代：80286（1982年-1984年） •采用1.5m工艺，集成了134,000个晶体管，工作频 率为6MHz。80286的数据总线仍然为16位，但是地 址总线增加到24位，使存储器寻址空间达到16MB。
•1985年IBM公司推出以80286为CPU的微型计算机 IBM PC/AT，并制定了一个新的开放系统总线结构， 这就是的工业标准结构（ISA）。该结构提供了一 个16位、高性能的I/O扩展总线。
X86系列微型计算机的发展
代 1 2 3 4 5 6 字长 16 16 32 32 32 32 型号 8086 80286 80386 80486 P5 P6 工艺 3 1.5 1.5 1 0.8-0.6 集成度 (万个) 3 13.4 27.5 120 320 主频 4.77-10 6-16 16-33 25-66 60-133 133-1G 速度 (MIPS) <1 1-2 6-12 20-40 100-200 >300
微型计算机的常用术语
3．主频 •主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度， 主频越高表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。 •早期微处理器的主频与外部总线的频率相同，从 80486DX2开始，主频=外部总线频率倍频系数
•外部总线频率频率通常简称为外频，它的单位也是MHz， 外频越高说明微处理器与系统内存数据交换的速度越快， 因而微型计算机的运行速度也越快。
5．iCOMP指数
•iCOMP指数是Intel公司为评价其32位微处理器的性能而编制的一种 指标，它是根据微处理器的各种性能指标在微型计算机中的重要性 来确定的，iCOMP指数包含的指标有整数数学计算、浮点数学计算、 图形处理以及视频处理等，这些指标的重要性与它们在应用软件中 出现的频度有关，所以iCOMP指数说明了微处理器在微型计算机中 应用的综合性能。
微机原理与接口技术(清华大学课件,全套)
‚非‛运算
按位求反
‚异或‛运算
相同则为0，相异则为1
46
4.
译码器
各引脚功能
输入端与输出端关系（真值表）
掌握74LS138译码器
47
74LS138译码器
主要引脚及功能 G1 G2A G2B C B Y0
• • • •
A
Y7
48
三、机器数（有符号数）的运算
49
计算机中符号数的表示
写：
CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。
19
内存储器的分类
随机存取存储器（RAM）
按工作方 式可分为
只读存储器（ROM）
20
输入/输出接口
接口是CPU与外部设备间的桥梁
CPU
I/O
接口
外 设
21
接口的分类
串行接口 并行接口 数字接口 输入接口
输出接口
模拟接口
22
接口的功能
原码： -127 ~ +127
反码： -127 ~ +127 补码： -128 ~ +127
62
2. 符号二进制数与十进制的转换
对用补码表示的二进制数：
1）求出真值
2）进行转换
63
[例]：补码数转换为十进制数
[X]补=0 0101110B
正数
所以：真值=0101110B X=+46
[X]补=1 1010010B
73
2. 程序和指令
程序：
具有一定功能的指令的有序集合
指令：