导论 第3章 计算机硬件基础

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1、第3章计算机硬件基础了解基本的算术运算与逻辑运算理解计算机的硬件构成，包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备理解冯·诺依曼体系计算机的工作原理了解存储器的多级存储体系结构了解外设分为输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备和过程控制设备了解不同的指令系统RISC和CISC，不同的编程语言掌握衡量个人计算机性能的技术指标教学目的：武汉科技学院3.1数字逻辑基础3.1.1逻辑运算3.1.2基本逻辑电路和逻辑部件3.2计算机硬件基本组成3.2.1典型冯·诺依曼机体系结构3.2.2微处理器基础3.2.3存储设备3.2.4输入和输出设备3.3指令系统与机器语言3.3.1指令系统及其指令

2、的执行过程3.3.2机器语言和汇编语言基础3.4个人计算机的性能指标第3章计算机硬件基础3.1数字逻辑基础数字系统或计算机中的基本运算包括：逻辑运算和移位运算，它们都是二进制数字的位运算，是构成其它各种运算的基础。逻辑运算：与、或、非以及其它复合逻辑移位运算：(算术逻辑循环)左、右移位1.逻辑运算“或”运算∨“与”运算∧“非”运算0+0=00·0=0=10+1=10·1=01+0=11·0=0=01+1=11·1=1表3-1三种基本逻辑运算例如：X=10101011，Y=11100001，则X∧Y=10100001；X=10101011，Y=11100001，则X∨Y=1110

3、1011；X=1010，Y=1000，则=0101，=0111。1、算术右移：X3X2X1X0X3X3X2X12、算术左移：X3X2X1X0X2X1X003、逻辑右移：X3X2X1X00X3X2X14、逻辑左移：X3X2X1X0X2X1X005、循环右移：X3X2X1X0X0X3X2X16、循环左移：X3X2X1X0X2X1X0X37、带进位位的循环右移：CX3X2X1X0X0CX3X2X18、带进位位的循环左移：CX3X2X1X0X3X2X1X0C2.移位运算3.1.2基本逻辑电路和逻辑部件计算机系统的硬件是有许多逻辑器件组成的，它们一般可以分成组合逻辑器件和时序逻辑器件两大类。

4、如果某器件的输出状态仅与当时的输入状态有关，而与过去的输入状态无关，则称为组合逻辑器件；如果逻辑器件的输出状态不但与当时的输入有关，而且还与电路在此刻以前的状态有关，则称为时序逻辑器件。组合逻辑电路的基本单元为门电路；时序逻辑器件内必须包含能存储信息的记忆元件——触发器，它是构成时序逻辑电路的基础。1.基本逻辑门名称函数及功能逻辑符号“与”门F=AB“或”门F=A+B“非”门F=“与非”门F=“异或”门F=A⊕B逻辑运算举例：某汽车驾校培训班进行结业考试，有3个评判员，A为主评判员，B，C为副评判员，在评判时按照少数服从多数原则，但是若主评判员认为合格，旧可以通过。试写出驾驶员通过

5、考试的逻辑表达式。得到：F＝A＋BC解：有3个输入变量A，B，C。假设为1表示合格，0表示不合格。有1个输出变量F＝1表示通过考试，F＝0表示考试不通过。列出真值表：1）两个互补的输出端Q和2）两个稳定的状态。通常将Q=1和=0称为“1”状态，而把Q=0和=1称为“0”状态。当输入信号不发生变化时，触发器状态稳定不变。3）在一定输入信号作用下，触发器可以从一个稳定状态转移到另一个稳定状态。通常把输入信号作用之前的状态成为“现态”，记作Qn和n，而把输入信号作用后的状态称为触发器的次态，记作Q(n+1)和(n+1)。为了简单起见，一般省略现态上的上标n，就用Q和表示现态。显然，次态就

6、是现态和输入的函数。2.基本触发器触发器的特点：（1）基本R-S触发器RSQ00不定01010111不变（2）D触发器DQ（n+1）0101（3）J-K触发器JKQ（n+1）00011011Q013.基本逻辑器件常用的组合逻辑器件有加法器、算术逻辑运算单元（ALU）、译码器、编码器、多路选择器、多路分配器等。常用的时序逻辑器件有计数器、寄存器、序列检测器、代码产生器等。设有两个四位二进制数相加，其竖式如下：1010……被加数A+0011……加数B1101……和S1）全加器2）译码器←→编码器ABCY1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8使能输入端E3）奇偶校验器1．数据校验：用以发现或同时

7、能得出错误位置特征的数据编码。计算机中的错误类型：（1）固定性错误---元器件故障；（2）突发性错误---噪声干扰。2.检错码--奇偶校验码1)定义使包括一位校验位在内的数据代码，“1”的个数总是奇(或偶)数个的数据编码。数据101101→奇校验码：1011011→偶校验码：1011010设二进制数X=X0X1……Xn-1，校验位为C，则奇校验码X0⊕X1⊕···⊕Xn-1⊕C=1偶校验码X0⊕X1⊕···⊕Xn-1⊕C=02)奇偶校验位的生成C奇＝X0⊕X1⊕…⊕X