個人電腦系統的硬體架構

(1)

林銘波編著 --- 全華科技圖書公司 1.1

個人電腦系統的硬體架構

記憶器

音效卡磁碟機光碟機網路卡

I/O界面

...

時脈電路

中央處理器 (CPU)

位址匯流排資料匯流排控制匯流排

系統匯流排













鍵盤顯示器

微算機基本原理與應用第1章簡介

個人電腦系統軟體架構

使用者程式使用者程式庫命令解釋程式

作業系統(MS-DOS, UNIX,WINDOWS/NT, Linux,BSD)

編輯程式編譯程式

連結程式組譯程式系統程式庫

載入程式系統軟體

系統

使用者

GUI 系統

檔案管理 I/O 驅動程式網路通信程式

(2)

典型的微控制器架構

CPU

定時器 (Timer)

並列周邊裝置界面(PPI)

RAM

中斷要求控制器 (INT controller) 時脈產生器

串列周邊通信界面(SCI)

ROM

ADC/DAC

MCS-51/52微控制器系統架構

CPU 中斷要求控制器

(INT controller)

時脈產生器

ROM (4 kB)

4 I/O 埠串列埠

定時器 0 定時器 1

BUS控制

P0 P1 P2 P3 TxD RxD 位址/資料

124 34

計數器輸入

外部中斷輸入

定時器 2 RAM (128 B)

RAM (128 B)

8052擴充的部分

(3)

MCS-51/52系列特性比較

特性 8031 8051 8052 內含 ROM 大小 0 kB 4 kB 8 kB 內含 RAM 大小 128 B 128 B 256 B

定時器個數 2 2 3

I/O 埠位元個數 32 32 32

串列通信埠 1 1 1

中斷來源個數 5 5 6

AT89C51系列特性比較

元件快閃記憶器 RAM I/O 位元數目定時器個數中斷來源數目 ^VCC 包裝

AT89C51 4 kB 128 B 32 2 5 5 V 40

AT89LV51 4 kB 128 B 32 2 5 3 V 40

AT89C1051 1 kB 64 B 15 1 3 3 V 20

AT89C2051 2 kB 128 B 15 2 5 3 V 20

AT89C52 8 kB 256 B 32 3 6 3 V 40

AT89LV52 8 kB 256 B 32 3 6 3 V 40

(4)

DS5000系列特性比較(T表示含有即時時脈)

元件 NV-RAM RAM I/O 位元數目定時器個數中斷來源數目 ^VCC 包裝

DS5000-8 8 kB 128 B 32 2 5 5 V 40

DS5000-32 32 kB 128 B 32 2 5 5 V 40

DS5000T-8 8 kB 128 B 32 2 5 5 V 40

DS5000T-32 32 kB 128 B 32 2 5 5 V 40

ASCII碼

MSD LSD

0 000

1 001

2 010

3 011

4 100

5 101

6 110

7 111

0 0000 NUL DLE SP 0 @ P ‘ p

1 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q

2 0010 STX DC2 “ 2 B R b r

3 0011 ETX DC3 # 3 C S c s

4 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t

5 0101 ENQ NAK % 5 E U e u

6 0110 ACK SYN & 6 F V f v

7 0111 BEL ETB ` 7 G W g w

8 1000 BS CAN ( 8 H X h x

9 1001 HT EM ) 9 I Y i y

A 1010 LF SUB * : J Z j z

B 1011 VT ESC + ; K [ k {

C 1100 FF FS , < L \ l |

D 1101 CR GS - = M ] m }

E 1110 SO RS . > N ^ n ~

F 1111 SI US / ? O _ o DEL

(5)

計算機中常用的數碼

權位式數碼非權位式數碼

十進制數字

8 4 2 1 BCD 加三碼格雷碼

0 0000 0000 0011 0000

1 0001 0001 0100 0001

2 0010 0010 0101 0011

3 0011 0011 0110 0010

4 0100 0100 0111 0110

5 0101 0101 1000 0111

6 0110 0110 1001 0101

7 0111 0111 1010 0100

8 1000 1000 1011 1100

9 1001 1001 1100 1101

10 1010 0001 0000 0100 0011 1111

11 1011 0001 0001 0100 0100 1110

12 1100 0001 0010 0100 0101 1010

13 1101 0001 0011 0100 0110 1011

14 1110 0001 0100 0100 0111 1001

15 1111 0001 0101 0100 1000 1000

二進制數目系統

N a a a a

a

q q

p p

i

i p

q i

2 1

1

0 0

1 1 1

2 2 2 2

2

= + + + + +

=

− −

=−

∑

−

LL LL

(

a_q₋₁a_q₋₂

LL

a .a a₀ ₋₁ ₋₂

LL

a₋_p

)

₂

1101

₂

= 1 2 ×

³

+ × 1 2

²

+ × 1 2

⁰

(6)

轉換二進制為十進制

11010 01101 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 32 16 4 1 0 25 0 125 0 03125

53 40625

2

5 4 2 0 2 3 5

10

.

. . .

.

= × + × + × + × + × + × + ×

= + + + + + +

=

− − −

轉換十進制為二進制

13

₁₀

= + + = 8 4 1 2

³

+ 2

²

+ + 0 2

⁰

= 1101

₂

(7)

轉換十進制為二進制

109 2 54 54 2 27 27 2 13 13 2 6

6 2 3 3 2 1 1 2 0

÷ =

LL LL LL LL LL LL LL

1 0 1 1 0 1

1 MSB

LSB

轉換十進制為二進制

0 78125 2 156250 0 56250 2 11250

0 1250 2 0 250 0 250 2 0 500 0 500 2 1000

. .

× =

= +

1 0 56250 1 01250 0 0 250 0 0 500 1 0 000

. . . . .

整數

(8)

轉換十進制為二進制

0 43 2 0 86 0 86 2 1 72 0 72 2 1 44 0 44 2 0 88

. .

´ =

= +

= + 0 0 86 1 0 72 1 0 44 0 0 88

. . . . 整數

0 88 2 1 76 0 76 2 152 0 52 2 1 04

. .

´ =

= +

= + 1 0 76 1 0 52 1 0 04

. . . 整數

十六進制數目系統

N a a a a

a

q q

p p

i i p

q i

16 1

1

0 0

1 1 1

16 16 16 16

16

= + + + + +

=

− −

=−

∑

−

LL LL

(

a_q₋₁a_q₋₂

LL

a .a a₀ ₋₁ ₋₂

LL

a₋_p

)

₁₆

123F E3 .

₁₆

= × 1 16

³

+ × 2 16

²

+ × 3 16

¹

+ × F 16

⁰

+ E 16 ×

⁻¹

+ × 3 16

⁻²

(9)

十進制、二進制、與十六進制之間的關係

十進制二進制十六進制十進制二進制十六進制

0 0000 0 8 1000 8

1 0001 1 9 1001 9

2 0010 2 10 1010 A(a)

3 0011 3 11 1011 B(b)

4 0100 4 12 1100 C(c)

5 0101 5 13 1101 D(d)

6 0110 6 14 1110 E(e)

7 0111 7 15 1111 F(f)

二進制轉換為十六進制

{ { { { { { 0101 1101 1001 1011 0100 1110 5 D 9 . B 4 E

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

.

(10)

轉換十六進制為二進制

} } } } } } 3 7 C . B 8 6

0111 1000 0110 0011 1100 1011

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

.

轉換十六進制為十進制

AED BF A 16 E 16 D 16 B 16 F 16

10 256 14 16 13 1 11 0 0625 15 0 00390625 2797 74609375

16

2 1 0 1 2

10

.

. .

.

= × + × + × + × + ×

=

− −

(11)

轉換十進制為十六進制

167 16 10 10 16 0

÷ =

÷ = LL LL

7

10 MSD LSD 整數部分餘數

0 45 16 7 2 0 2 16 3 2 0 2 16 3 2

. .

× =

= +

= + 7 0 2 3 0 2 3 0 2 . . . 小數部分整數

167₁₀= A7₁₆ 0 45. ₁₀=0 73. 16

二進制加法運算

1 0 1 0

1 1 1 0

3 2 2 0

(-2) (-2) (-2) (-0)

1 0 0 0

1 +

1 0 0 0

(1) (1) (1) (0) 進位

加數被加數

(12)

二進制減法運算

1 0 1 0

1 1 1 0

2 2 1 0

(-1) (-0) (-0) 0

(1) -

1 1 0 0

(2) (2) (0) (0) 借位

(-1)

被減數

減數

二進制乘法運算

1 0 0 1

1 1 0 1

0 0 0 0

1 1 0 1

×

+

乘數被乘數

0 1 0 1

1 1 1 ^乘積

(13)

二進制除法運算

1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

1 0 1 1 1 1 0 1

1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1

−

0 1 1 0 1

除數被除數

商數

餘數

數目表示法

N₂

= ( 0

a_n₋₂

LL

a a .a a_{1 0} ₋₁ ₋₂

LL

a₋_m

)

₂

N a_i ⁱ

i m

n 2

2

= ×2

=−

∑

−

N₂

= 2

浮點數表示方法

指數(e) 假數(m)

m× 2^e

(16)

IEEE 754浮點數標準格式

x = − ( 1 )

^s

× 2

^{e bias}

⁻ × 1 .m

s為符號位元：0為正數；1為負數 e為指數；bias為偏移量

m為假數

IEEE 754標準格式

類型單精確制雙精確制四倍精確制

符號位元(s) 1 1 1

指數(e)位元數目 8 11 15

假數(m)位元數目 23 52 112

語句全部長度 32 64 128

指數偏移量(bias) 127 1023 16383

最大指數值 255 2047 32767

最小指數值 0 0 0

(17)

IEEE 754單精確制格式

指數(e) 假數(m)

s

1位元

8位元 23 位元

32 位元

IEEE 754單精確制格式的指數意義

偏移指數數目符號真實指數假數類別

0000 0000 +

−

---- ----

00…00 00…00 11…11 到 00…01

正 0 負 0 去標準化的數 0000 0001 到 0111 1111 --- −126 到 0 00…00 到 11…11 標準化的數 1000 0000 到 1111 1110 --- 1 到 127 00…00 到 11…11 標準化的數

1111 1111

+

−

---- ---- ---- ----

00…00 00…00 10…00 00…01 到 11…11

正∞

負∞

未定值不成立的數

(18)

^x^sm_x

÷ − ( 1 )

^y^sm_y

2

^x^e⁻^y^e

個人電腦系統的硬體架構