第1章_微型计算机概述

1、第1章 微型计算机概述 本章教学重点和难点： 微型计算机、微处理器的发展。 微机的基本结构 微机的工作过程 微机的主要性能招标 微机系统的应用第第1章章 微型计算机概述微型计算机概述1.1 1.1 微机概述微机概述1.1.1 1.1.1 计算机的发展计算机的发展第1台数字电子计算机1946年ENIAC计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学用 途： 军事计算运算速度：5000次/秒体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元计算机的分代(按使用的元器件)u第一代（约第一代（约1946-19571946-1957）电子管计算机）电子管计算机 速度：

2、几十几万次速度：几十几万次/ /秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程美国于20世纪50年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机第一代电子计算机中使用的磁鼓存储器u第二代（约第二代（约1957-19641957-1964） 晶体管计算机晶体管计算机 速度：几十万次速度：几十万次/ /秒，秒， 内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘 高级语言编程高级语言编程电子管晶体管计算机的分代(按使用的元器件)第三代（约第三代（约1965-19731965-1973）中小规模集成电路）中小规模集成电路(SSI

3、,MSI)(SSI,MSI)计算机计算机 速度：几十万次几百万次速度：几十万次几百万次/ /秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 高级语言高级语言, OS, DBMS, OS, DBMS第四代（第四代（19741974年起）大规模年起）大规模(LSI)(LSI)和和VLSIVLSI计算机计算机 速度：几百万次亿次速度：几百万次亿次/ /秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等软件工程，分布式处理等计算机的发展1946年研制成功第1台数字电子计算机60年来发展速度之快大大超出人们的预料：性能、体积、价格、应用领域和装机数量软件技术和软件产品使用的元器件第1代：电子

4、管磁鼓第2代：晶体管磁芯第3代：中、小规模集成电路第4代：大、超大规模集成电路n 应用模式：应用模式：n 集中计算模式集中计算模式n 分散计算模式分散计算模式n 网络计算模式网络计算模式n 普适计算模式（？）普适计算模式（？）1.1.2 微机的发展微机，又称为PC，构成微机的核心部件是微处理器CPU。1971年，Intel公司制成了世界上第一片4位CPU，组成了世界上第一台4位微机MCS-4。目前微机已成为计算机的主流。1.1.2 微机的发展根据微处理器的字长和功能，可将微机根据微处理器的字长和功能，可将微机的功能划分为下面几个阶段。的功能划分为下面几个阶段。第一阶段（第一阶段（1971-19

5、731971-1973年），特点为低档年），特点为低档4 4位位或或8 8位，系统结构与指令系统简单，集成度低位，系统结构与指令系统简单，集成度低，使用机器语言或汇编语言编程。，使用机器语言或汇编语言编程。第二阶段（第二阶段（1974-19781974-1978年），特点为中档年），特点为中档8 8位位或或8 8位，指令系统较丰富，使用高级语言编程位，指令系统较丰富，使用高级语言编程，有简单的操作系统。，有简单的操作系统。1.1.2 微机的发展第三阶段（第三阶段（1979-19841979-1984年），特点为：年），特点为：1616位微位微处理器，指令系统更加丰富，系统结构增加处理器，指令系

6、统更加丰富，系统结构增加了多级中断机制、多寻址机制、段式存储器了多级中断机制、多寻址机制、段式存储器结构等，支撑软件是操作系统，外围设备种结构等，支撑软件是操作系统，外围设备种类增多。类增多。第四阶段（第四阶段（1985-19911985-1991年），特点为：年），特点为：3232位微位微处理器，集成度达到处理器，集成度达到100100万个元件万个元件/ /片，支持片，支持多用户多任务操作系统。多用户多任务操作系统。1.1.2 微机的发展第五阶段（第五阶段（1992-1992-现在），特点为：采用高现在），特点为：采用高档档3232位或位或6464位微处理器，集成度达到位微处理器，集成度达到

7、28002800万个元件万个元件/ /片，时钟主频达到片，时钟主频达到2GHz2GHz以上，支以上，支持多用户、多任务操作系统。持多用户、多任务操作系统。1.2 1.2 信息在计算机的表示 十进制数的特点十进制数的特点 每一位只能使用十个符号每一位只能使用十个符号 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9中的一个。中的一个。每个数位上的数都有固定的每个数位上的数都有固定的“权权”。小数点至左，权值依次为小数点至左，权值依次为100，101，102，.，小数点至右，权值依次为小数点至右，权值依次为10-1，10-2，10-3，。例如：十进制数值例如：十进制数值 2 3 4 . 7 8 每位对应权值

8、每位对应权值 102 101 100 . 10-1 10-2逢十进一。逢十进一。2101210810710410310278.234 十进制数值可以用十进制数值可以用每位的数符每位的数符和和对应的权对应的权值值乘积的乘积的和和来表示。来表示。数符数符权值权值进位计数制的特点进位计数制的特点 有一个基数有一个基数R，数符使用，数符使用0，1，2，. , (R-1)个个符号。符号。 每位有固定的位权每位有固定的位权W，W=Ri。其中。其中i是位序。是位序。 采用采用“逢逢R进一进一”的进位方式。的进位方式。 可以用一个多项式的和的形式来表示其数值。可以用一个多项式的和的形式来表示其数值。基数：在一

9、个数制系统中所使用的符号个数基数：在一个数制系统中所使用的符号个数称为基数。称为基数。其中其中Ki为为0，1，2，.，（，（R-1）个符号）个符号中的一个（数符），中的一个（数符），m,n为正整数，为正整数，R为为基数，基数，i为位序。为位序。nmiiim2101nnRkk.kkk.kkS二进制数二进制数 每一位只能使用两个符号每一位只能使用两个符号 0和和1中中的一个。的一个。 逢二进一。逢二进一。 具有进位计数制的特点。具有进位计数制的特点。 例如例如:375.13125. 025. 0104821212021202121011.11013210123二进制数值二进制数值 1 1 0 1

10、. 0 1 1每位对应权值每位对应权值 23 22 21 20 . 2-1 2-2 2-3 二进制数的特点二进制数的特点 数码符号少，只有两个符号数码符号少，只有两个符号 0和和1 运算规则简单。运算规则简单。 运行可靠。运行可靠。 加法：逢二进一加法：逢二进一 0+0=01+0=10+1=11+1=10 减法：借一当二减法：借一当二 0-0=01-0=11-1=00-1=1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 乘法：乘法： 00=010=001=011=1进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换 按权相加

11、。按权相加。如果两数相等，则两数的如果两数相等，则两数的整数整数部分和部分和小小数数部分的值一定部分的值一定分别相等分别相等。二进制数二进制数十进制数十进制数375.13125.025.0104821212021202121011.1101321012310012345)45(1048032212021212021101001 整数部分的转换整数部分的转换 ，按二进制的权展，按二进制的权展开，除二取余。开，除二取余。十进制数十进制数二进制数二进制数将整数部分和小数部分分别转换。将整数部分和小数部分分别转换。00111n1nnn102k2k.2k2k)725(其系数其系数 排列起来就是二进制数排

12、列起来就是二进制数的各位数码。的各位数码。011nnkk.kk2k)k.2k2k(21362012n1n1nn第一步：将等式两边除以第一步：将等式两边除以2，得到：，得到：等式两边整数与小数应分别相等，所以：等式两边整数与小数应分别相等，所以：K0=12k)k.2k2k(20181123n1n2nn第二步：再对等式两边继续除以第二步：再对等式两边继续除以2，得到：，得到：K1=0依次类推，直到商为依次类推，直到商为0为止。为止。算法为：算法为：725/2=362 余数余数=1=K0362/2=181 余数余数=0=K1181/2=90 余数余数=1=K290/2=45 余数余数=0=K345/

13、2=22 余数余数=1=K422/2=11 余数余数=0=K511/2=5 余数余数=1=K65/2=2 余数余数=1=K72/2=1 余数余数=0=K81/2=0 余数余数=1=K9这时，得到：这时，得到：2012345678910)1011010101()725(kkkkkkkkkk排列时，顺序为排列时，顺序为由下至上。由下至上。转换成二进制小数为：转换成二进制小数为： 小数部分的转换小数部分的转换 ，按二进制的权，按二进制的权展开，乘二取整。展开，乘二取整。mm) 1m() 1m(2211102k2k.2k2k)32. 0(2m)1m(21)kk.kk.0(第一步：第一步：将等式两边乘以

14、将等式两边乘以2，得到：，得到：)1m(m1201102k.2k2k)64.0(等式两边整数与小数应分别相等，所以：等式两边整数与小数应分别相等，所以：K-1=0第二步：第二步：再对等式两边继续乘以再对等式两边继续乘以2，得到：，得到：)2m(m1302102k.2k2k)28.1(K-2=1如此继续下去，可以得到如此继续下去，可以得到K-3 K-4 K-m 各位各位的值。的值。0.322=0.64 整数整数=0=K-10.642=1.28 整数整数=1=K-20.282=0.56 整数整数=0=K-30.562=1.12 整数整数=1=K-4算法为：算法为：所以，（所以，（0.32)10=(

15、0.0101.)2 ，直至满足一定，直至满足一定的精度为止。的精度为止。对于既有整数又有小数的数，则将其整数部对于既有整数又有小数的数，则将其整数部分与小数部分分别转换，再用小数点连接起分与小数部分分别转换，再用小数点连接起来。来。总结：总结：对于基数为对于基数为R的数制与十进制数的转换也遵的数制与十进制数的转换也遵循一样的法则。循一样的法则。整数部分除整数部分除R取余，小数部分乘取余，小数部分乘R取整。取整。不同进制的数制之间的转换，可用十进制数不同进制的数制之间的转换，可用十进制数作为中介，相互转换。作为中介，相互转换。二进制数二进制数八进制数八进制数二进制数的基为二进制数的基为2，八进，

16、八进制数的基为制数的基为8，23=8，因，因此，此，每位八进制数可以用每位八进制数可以用3 3位二进制数来表示。位二进制数来表示。二进制二进制 八进制八进制0 0 0 00 0 1 10 1 0 20 1 1 31 0 0 41 0 1 51 1 0 61 1 1 7 对既有整数又有小数的二进制数，以小数点对既有整数又有小数的二进制数，以小数点为界，为界，整数部分从右至左，以整数部分从右至左，以3 3位一组，不足位一组，不足三位时，在左边添三位时，在左边添0 0补足三位补足三位；小数部分从左小数部分从左至右，以至右，以3 3位一组，不足三位时，在右边添位一组，不足三位时，在右边添0 0补足三位

17、补足三位，然后把每组的，然后把每组的3位数用相应的八进位数用相应的八进制表示，即得八进制数。制表示，即得八进制数。例如：将例如：将 (11101.11011)2转换成八进制数。转换成八进制数。6110611051013011结果为结果为35.66左边添零左边添零补足三位补足三位右边添零右边添零补足三位补足三位八进制数八进制数二进制数二进制数将每位八进制数用将每位八进制数用3位二进制数表示即可，去位二进制数表示即可，去掉转换后二进制数整数前和小数点后的掉转换后二进制数整数前和小数点后的0。例如：将例如：将 (15.22)8 转换成二进制数。转换成二进制数。0102010210150011结果为结

18、果为1101.01001二进制数二进制数十六进制数十六进制数二进制数的基为二进制数的基为2，十六进，十六进制数的基为制数的基为16，24=16，因，因此，此，每位十六进制数可以用每位十六进制数可以用4位二进制数来表示位二进制数来表示。二进制二进制 十六进制十六进制0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 7 1 0 0 0 81 0 0 1 91 0 1 0 A1 0 1 1 B1 1 0 0 C1 1 0 1 D1 1 1 0 E1 1 1 1 F记住六个数符记住六个数符对既有整数又有小数的二

19、进制数，以小数点对既有整数又有小数的二进制数，以小数点为界，为界，整数部分从右至左，以整数部分从右至左，以4 4位一组，不足位一组，不足四位时，在左边添四位时，在左边添0 0补足四位补足四位；小数部分从左小数部分从左至右，以至右，以4 4位一组，不足四位时，在右边添位一组，不足四位时，在右边添0 0补足四位补足四位，然后把每组的然后把每组的4位数用相应的十六位数用相应的十六进制表示，即得十六进制数。进制表示，即得十六进制数。例如：将例如：将 (11101.11011)2转换成十六进制数。转换成十六进制数。 811000110111010001DD结果为结果为1D.D8补零补零补零补零十六进制数

20、十六进制数二进制数二进制数将每位十六进制数用将每位十六进制数用4位二进制数表示即可，位二进制数表示即可，去掉转换后二进制数整数前和小数点后的去掉转换后二进制数整数前和小数点后的0。例如：将例如：将 (7B.A8)16 转换成二进制数。转换成二进制数。100081010A1011B01117结果为结果为1111011.10101将零将零去掉去掉使用不同进制的原因计算机中只使用二进制一种计数制的原因：计算机中只使用二进制一种计数制的原因：二进制中只有二进制中只有0 0和和1 1两个符号两个符号，使用有两个稳定状态的电，使用有两个稳定状态的电子器件就可以分别表示它们，而制造有两个稳定状态的子器件就可

21、以分别表示它们，而制造有两个稳定状态的电子器件要比制造有多个稳定状态的电子器件容易得多电子器件要比制造有多个稳定状态的电子器件容易得多二进制数的运算规则简单二进制数的运算规则简单，易于进行高速运算，易于进行高速运算数理逻辑中的数理逻辑中的“真真”和和“假假”可以分别用可以分别用“1”1”和和“0”0”来表示，这样就把来表示，这样就把非数值信息的逻辑运算与数值信息非数值信息的逻辑运算与数值信息的的算术运算联系了起来算术运算联系了起来使用八进制和十六进制的原因：使用八进制和十六进制的原因：二进制数太长，书写、阅读、记忆均二进制数太长，书写、阅读、记忆均不便不便八进制和十六进制与二进制之间的转八进制

22、和十六进制与二进制之间的转换直观、方便换直观、方便BCDBCD整数（整数（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal）称为）称为“二进二进制编码的制编码的十进制十进制整数整数”，使用，使用4 4个二进位表示个二进位表示1 1个个十进制数字，最高位仍为符号位。十进制数字，最高位仍为符号位。 BCD 十进制十进制0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 7 1 0 0 0 81 0 0 1 9例如：例如：( (43)43)BCD BCD 1 1 01000100

23、 00110011( (59601)59601)BCD BCD 0 0 01010101 10011001 01100110 00000000 00010001数值信息的表示计算机中的数值信息分类整数和实数整数和实数: :它们都是用二进制表示的，它们都是用二进制表示的，但表示方法有很大差别。但表示方法有很大差别。数制型数据的表示形式数制型数据的表示形式基本概念基本概念 数的长度：在计算机中，相同数据类型的数的长度：在计算机中，相同数据类型的数存储单元的长度是统一的。如整型数占数存储单元的长度是统一的。如整型数占2个个字节，实型数占字节，实型数占4个字节等。个字节等。 数的符号：在计算机中，总是

24、用一个数的数的符号：在计算机中，总是用一个数的最高位表示数的符号（左边第一位），同时最高位表示数的符号（左边第一位），同时约定最高位为约定最高位为0代表正数，为代表正数，为1代表负数。代表负数。 小数点的表示：在计算机中，小数点的位小数点的表示：在计算机中，小数点的位置是隐含的，以节省存储空间。置是隐含的，以节省存储空间。如果隐含的小数点的位置是固定的，称为定如果隐含的小数点的位置是固定的，称为定点数。点数。如果隐含的小数点的位置是可变的，则称为如果隐含的小数点的位置是可变的，则称为浮点数。浮点数。整型数的表示整型数的表示整数在计算机中可以用整数在计算机中可以用8位、位、16位、位、32位位6

25、4位位来表示。来表示。0 0 0 0，1 0 0 0 表示表示 81 0 0 0，1 0 0 0 表示表示 -8用八位二进制用八位二进制表示整数表示整数二进制数位二进制数位无符号整数的表示范无符号整数的表示范围围带符号整数的表示范带符号整数的表示范围围80 255（28-1）-128 127160 65535（216-1）-32768 32767320 232-1-231 231-1640 264-1-264 263-1 带符号整数的最高位作为符号位，带符号整数的最高位作为符号位，0代表正数，代表正数，1代表负数。代表负数。 正整数（无符号数）正整数（无符号数） 整数（有符号数）整数（有符号数

26、）机器数的表示方法机器数的表示方法机器中的数值和正负号全部数字化，在机器中的数值和正负号全部数字化，在进行数字运算时，符号位和数值位一起进行数字运算时，符号位和数值位一起参加运算。数字在计算机中有参加运算。数字在计算机中有原码、反原码、反码、补码码、补码三种表示方法。三种表示方法。 原码原码用最高位表示数的符号，用用最高位表示数的符号，用 0 表示正数，表示正数，1 表示负数，其余位就是该二进制数的绝对值表示负数，其余位就是该二进制数的绝对值例如一个数用例如一个数用8位二进制数表示，则位二进制数表示，则8 的原码为的原码为 0000，1000-8的原码为的原码为 1000，100010 的原码

27、为的原码为 0000，1010-10的原码为的原码为 1000，1010 在原码表示中，在原码表示中，0 有两种表示方法：有两种表示方法： +0 0000，0000 -0 1000，0000特点特点 数的表示范围数的表示范围(以以8位二进制为例位二进制为例)： 1111,1111 0111,1111 -127127 - 2n-1 +1 2n-1-1 (n=8) 反码反码 正数正数的反码表示与原码相同，最高位的反码表示与原码相同，最高位为符号位，用为符号位，用 0 表示正，其余位是数值表示正，其余位是数值位。位。 负数负数的反码最高位是的反码最高位是1，其余位是其原，其余位是其原码的按位取反。码

28、的按位取反。例如一个数用例如一个数用8位二进制数表示，则位二进制数表示，则8 的原码为的原码为 0000，1000 8 的反码为的反码为 0000，1000 -8的原码为的原码为 1000，1000-8的反码为的反码为 1111，0111正数正数的反码表示与原码相同的反码表示与原码相同 10 的原码为的原码为 0000，1010 10 的反码为的反码为 0000，1010 -10的原码为的原码为 1000，1010-10的反码为的反码为 1111，0101 在反码表示中，在反码表示中，0 有两种表示方法：有两种表示方法： +0 0000，0000 -0 1111，1111特点特点 数的表示范围

29、：数的表示范围： 1000,0000 0111,1111 -127127 - 2n-1 +1 2n-1-1 补码补码一个单位的最大量值称为模。一个单位的最大量值称为模。时钟：模为时钟：模为12模与一个数的差称为这个数的模与一个数的差称为这个数的“补数补数”对时钟而言，对时钟而言，8点的补数是点的补数是4点。点。两个数的差为一个数与另一个两个数的差为一个数与另一个数的补数的和。数的补数的和。ABA（B）补数补数4点减点减8个小时等于个小时等于4点加点加4个小时。个小时。十进制：十进制：124 1264与与6是一对补数。是一对补数。利用补数可以将减法变为加法利用补数可以将减法变为加法 正数的补码表

30、示与原码相同，最高位为符正数的补码表示与原码相同，最高位为符号位，用号位，用 0 表示正，其余位是数值位。表示正，其余位是数值位。 正数的补码是它本身。正数的补码是它本身。 负数的补码就是用模减去该数的绝对值负数的补码就是用模减去该数的绝对值。 负数的补码是它的反码加负数的补码是它的反码加1 1。 ( (负负) )补补= (= (负负) )反反+1+1例如一个数用例如一个数用8位二进制数表示，则位二进制数表示，则8 的原码为的原码为 0000，1000 8 的反码为的反码为 0000，1000 8 的补码为的补码为 0000，1000-8的原码为的原码为 1000，1000-8的反码为的反码为

31、 1111，0111-8的补码为的补码为 1111，1000 10 的原码为的原码为 0000，1010 10 的反码为的反码为 0000，1010 10 的补码为的补码为 0000，1010-10的原码为的原码为 1000，1010-10的反码为的反码为 1111，0101-10 的补码为的补码为 1111，0110负数用补码表示时，可以把减法变成加法，负数用补码表示时，可以把减法变成加法，而加法在计算机中容易实现。而加法在计算机中容易实现。 在补码表示中，在补码表示中，0 有唯一的一种表示方法有唯一的一种表示方法特点特点+0 的原码为的原码为 0000，0000 -0 的原码为的原码为 1

32、000，0000+0 的反码为的反码为 0000，0000 -0 的反码为的反码为 1111，1111+0 的补码为的补码为 0000，0000 -0 的补码为的补码为 0000，0000 8位二进制数所能表示的补码范围：位二进制数所能表示的补码范围： 1000,0000 0111,1111 -128 127 即：即： - 2n-1 2n-1-10 1 1 1 1 1 1 1 1270 1 1 1 1 1 1 0 126. . . . . .0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 -11 1 1 1 1 1 1 0 -2. . . .

33、 . . 1 0 0 0 0 0 0 1 -1271 0 0 0 0 0 0 0 -128 （负数）（负数）补补 （负数）（负数）原原取反加取反加1 1 （负数）（负数）原原 （负数）（负数）补补取反加取反加1 1 一个用补码表示的二进制数，最高位为符一个用补码表示的二进制数，最高位为符号位，当符号位为号位，当符号位为0 0时，其余位即为此数的二时，其余位即为此数的二进制值；但若符号位为进制值；但若符号位为1 1时，其余位不是此数时，其余位不是此数的二进制值，的二进制值，将其余位按位取反，且在最低将其余位按位取反，且在最低位加位加1 1，才是它的二进制值。，才是它的二进制值。例如例如： （X）

34、补补=11111111 则：则： （X）原原=10000001 X=-1例如例如： （X）补补=11111001 则：则： （X）原原=10000111 X=-7补码的运算补码的运算 (X+Y)补补=(X)补补+(Y)补补 (X-Y)补补=(X)补补+(-Y)补补已知已知 ：X=18，Y=59 求求 X-Y(X-Y)补补=(X)补补+(-Y)补补 =(18)补补+(-59)补补=0001,0010+1100,0101 =1101,0111 (X-Y)原原=(1101,0111)反反1=1010,1000+1=10101001=-41可见，补码的减法可以化作可见，补码的减法可以化作“加一个负加一

35、个负的减数的减数”来完成，也就是将减法转换为来完成，也就是将减法转换为加法，这对计算机很有意义，可以减少加法，这对计算机很有意义，可以减少逻辑电路的种类，提高可靠性。同时逻辑电路的种类，提高可靠性。同时0 0的的补码在计算机中是唯一的，因此，补码在计算机中是唯一的，因此，计算计算机中的数通常都是用补码来表示、运算机中的数通常都是用补码来表示、运算的。的。总结：总结： 负数的反码是其正数的按位取反负数的反码是其正数的按位取反 负数的补码是其反码加负数的补码是其反码加1。 负数的原码是其补码取反加负数的原码是其补码取反加1。 正数的反码、补码是它本身。正数的反码、补码是它本身。实数的特点与表示方法

36、 特点：特点：既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定整数和纯小数是实数的特例整数和纯小数是实数的特例任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积之积例如：例如： 56.725 = 0.56725102 0.0034756 = -0.34756102 实数的表示方法（记阶法）：用实数的表示方法（记阶法）：用3个部分表示个部分表示1.乘幂中的乘幂中的指数指数：表示实数中小数点的位置：表示实数中小数点的位置2.纯小数部分纯小数部分(尾数尾数)：表示实数中的有效数字部分：表示实数中的有效数字部分3.数的正负数

37、的正负(符号符号)二进制实数的浮点表示 与十进制实数一样，二进制实数也可以用记阶法表示 例如： +1001.011B = + 0.1001011B2 100 0.0010101B = 0.10101B210 可见，任一个二进制实数 N 均可表示为：N=S2P（其中， 是该数的符号； S是N 的尾数；P是N的阶码）因此，32位的单精度浮点数在计算机中可表示为： 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码N=S2P1.符号位：正数为符号位：正数为0，负数为，负数为12.阶码阶码P：偏移量为：偏移量为127的移码的移码表示范围：表示范围：0255，实际

38、范围，实际范围 -127128实际值实际值=表示值表示值-1273.尾数尾数S：原码表示，绝对值在：原码表示，绝对值在1与与2之间，之间，其中其中1和小数点隐含。和小数点隐含。例例1：0 01111110 10110000000000000000000 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码N=S2P1.符号位：该数是正数符号位：该数是正数2.阶码阶码=126，实际值，实际值=126-127=-13.尾数：尾数：1011，因为隐含了，因为隐含了1和小数点和小数点故实际尾数故实际尾数=1.1011实际值：实际值：+1.10112-1=0.11011=0.84375例例2：将：将178.12

39、5转换成转换成32位浮点数位浮点数首先将首先将178.125转换成二进制：转换成二进制：10110010.00110110010.001=1.11001000127 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码阶码阶码=7+127=134=10000110 转换结果：转换结果：0 10000110 1100100010000000000字符在计算机中的表示 字符、字符集及其码表 文字的基本元素是字母和符号，统称为文字的基本元素是字母和符号，统称为“字符字符” (character)(character)，它包括：字母、数字、符号等，它包括：字母、数字、符号等字符集：一组特定字符的集合字符集：一

40、组特定字符的集合不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：中文字符集、西文字符集、日文字符集等中文字符集、西文字符集、日文字符集等字符的编码：字符的编码：字符集中每个字符都使用二进位字符集中每个字符都使用二进位(code) (code) 表示，称为表示，称为该字符的编码该字符的编码不同的字符其编码各不相同不同的字符其编码各不相同字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表码表标准ASCII字符集及其码表 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 012345670 1 2 3 4 5 6 7 8 9

41、A B C D E Fb6b5b4b3b2b1b00 1 1 01 0 01 1 0 1 0 1 11.3 微机的工作过程 一、一、 微机的基本结构微机的基本结构运算器运算器控制器控制器存储器存储器输入输入输出输出中央处理器中央处理器俗称俗称: CPU: CPU主机主机计算机硬件计算机硬件I/OI/O设备设备冯冯诺依曼计算机的诺依曼计算机的5 5个组成部分个组成部分存储器存储器输入输入设备设备运算器运算器控制器控制器输出输出设备设备键盘、扫键盘、扫描仪等描仪等存放程序、存放程序、数据、结果数据、结果运行程序运行程序,输出结果输出结果显示器、显示器、打印机等打印机等CPU微型计算机采用总线结构微

42、型计算机采用总线结构总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。内部总线：内部总线：CPUCPU内部各功能部件和各寄存器的连线。内部各功能部件和各寄存器的连线。外部总线：又称系统总线，即连接外部总线：又称系统总线，即连接CPUCPU、存储器和、存储器和I/OI/O接接口的总线。口的总线。一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中。线标准的系统中。微型机中目前主要采用的总线有：微型机中目前主要采用的总线有：PCPC总线、总线、ISAISA总线、总线、PCIPCI总线等。总线

43、等。虽然总线的标准不同，但都包括三类总线：虽然总线的标准不同，但都包括三类总线：地址总线（地址总线（ABAB）、数据总线（）、数据总线（DBDB）、控制总线（）、控制总线（CBCB）。）。CPU插座插座内存条插座内存条插座 软驱、硬盘软驱、硬盘IDEIDE连接器连接器电源连接器电源连接器PCI总线总线插槽插槽华硕华硕P4T主板实物照片主板实物照片 芯片组芯片组 I/O端口端口微微处处理理器器（CPU）存存储储器器输输入入/输输出出接接口口电电路路外外围围设设备备控控制制总总线线数数据据总总线线地地址址总总线线微微型型机机的的基基本本结结构构内存读写时地址、数据、控制总线如何配合？内存读写时地址

44、、数据、控制总线如何配合？b0为为1或或01. 地址线控制数据线导通地址线控制数据线导通2. 写入数据时，写入控制写入数据时，写入控制有效，数据线上的位信息有效，数据线上的位信息（0或或1）进入存储器。）进入存储器。3. 读出数据时，读出控制读出数据时，读出控制有效，存储器上的位信息有效，存储器上的位信息（0或或1）流向数据线。）流向数据线。readwrite对内存一个字节的操作：对内存一个字节的操作：数据总线和控制总线是公用的，每个字节的地址数据总线和控制总线是公用的，每个字节的地址信号应不同，信号应不同，即同一时刻只有一根地址线有效即同一时刻只有一根地址线有效。地址线地址线1为为0电平电平

45、，地址地址线线2为为1电平电平，第一个存，第一个存储器的存储单元中的数储器的存储单元中的数据与数据线相连，在控据与数据线相连，在控制信号的作用下进行操制信号的作用下进行操作。作。地址线地址线1为为1电平电平，地址地址线线2为为0电平，电平，第二个存第二个存储器的存储单元中的数储器的存储单元中的数据与数据线相连，在控据与数据线相连，在控制信号的作用下进行操制信号的作用下进行操作。作。地址线地址线1为为1电平电平，地址地址线线2为为1电平电平，两个存储，两个存储器的存储单元中的数据器的存储单元中的数据与数据线都不相连。与数据线都不相连。地址线地址线1为为0电平电平，地址地址线线2为为0电平，电平，

46、两个存储两个存储器的存储单元中的数据器的存储单元中的数据都与数据线相连，造成都与数据线相连，造成数据总线混乱，不能进数据总线混乱，不能进行正确操作。行正确操作。由此可见，在任何时候，最多只能有一个地址线信号为由此可见，在任何时候，最多只能有一个地址线信号为0内存的容量为内存的容量为1M字节，即字节，即10241024个字节，个字节，CPU芯片不可能引出这么多的地址线，如何解决芯片不可能引出这么多的地址线，如何解决地址线单一控制的问题？地址线单一控制的问题？地址线地址线A0为为0电平，存储单元电平，存储单元1有效；有效；地址线地址线A0为为1电平，存储单元电平，存储单元2有效。有效。一根地址线可

47、以控制两个存储单元。一根地址线可以控制两个存储单元。A0A1存储单元存储单元000110111 有效有效2 有效有效3 有效有效4 有效有效2-4译码器译码器两根地址线最多可两根地址线最多可控制控制4个存储单元个存储单元.3根地址线用根地址线用3-8译码器进译码器进行寻址，共寻址行寻址，共寻址8个单元个单元4根地址线用根地址线用4-16译码器进译码器进行寻址，共寻址行寻址，共寻址16个单元个单元n根地址线最多可寻址根地址线最多可寻址2n个单元个单元如果一个微机的如果一个微机的CPU有有16根地址引出线，那么根地址引出线，那么这个微机最多能有多大容量的存储器？这个微机最多能有多大容量的存储器？6

48、4KB问：问：1MB容量的内存需要多少根地址线？容量的内存需要多少根地址线？地址总线（地址总线（Address BusAddress Bus）用来传送地址的信号线用来传送地址的信号线地址总线的根数地址总线的根数( (位数位数) )决定了决定了CPUCPU可以直接寻址的可以直接寻址的内存范围。内存范围。比如，有两根地址线，每一根地址线都可以有比如，有两根地址线，每一根地址线都可以有0, 0, 1 1两种状态，两根地址线共有两种状态，两根地址线共有1 11 10 01 11 10 00 00 0这四种状态，这四种状态，即可寻址即可寻址4 4个空间个空间，4 4个字节个字节。同样，同样，3根地址线共

49、根地址线共有有8种状态，为：种状态，为：0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 14根地址线共有根地址线共有16种种状态，为：状态，为：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址线的根数地址线的根数( (位位数数) )n n与与CPUCPU可直接可直接寻址范围的寻址范围的大小大小之之间的关系为：间的关系为：内存范围内存范围2 2n n8 8位地址线直接寻址范围为位地址线直接寻址范围为256256个字节。个字节。1616位地址线直接寻址范围为位地址线直接寻址范围为2 2

50、161664KB64KB80868086的地址总线为的地址总线为2020位，故位，故80868086的寻址范围为的寻址范围为2 22020字节，即字节，即1MB1MB。地址总线的信号总是从地址总线的信号总是从CPUCPU送出，所以地址总线是送出，所以地址总线是单向的。单向的。地址总线上的信号除了高低电平外，还可以处于地址总线上的信号除了高低电平外，还可以处于高阻（浮空）状态，高阻（浮空）状态，称为单向、三态总线称为单向、三态总线。数据总线（数据总线（Data BusData Bus）用来传送指令代码和数据的信号线，即传送的用来传送指令代码和数据的信号线，即传送的是内存中存储的内容，数据总线的位

51、数决定是内存中存储的内容，数据总线的位数决定CPUCPU一一次可以传输或处理多少字节的数据次可以传输或处理多少字节的数据，这个指标也，这个指标也称数据总线的称数据总线的宽度宽度。80868086为为1616位微处理器，即数据总线可允许位微处理器，即数据总线可允许1616位二位二进制数据一次通过，进行运算存储处理。进制数据一次通过，进行运算存储处理。80888088的内部为的内部为1616位数据总线，外部为位数据总线，外部为8 8位数据总线位数据总线目前的主流微机为目前的主流微机为6464位数据总线。位数据总线。准准16位机位机16位机位机数据总线是双向的，既可以由数据总线是双向的，既可以由CP

52、UCPU向存储器向存储器和外设送出，又可以接收存储器和外设的数和外设送出，又可以接收存储器和外设的数据。同时，数据总线也存在高阻（浮空）的据。同时，数据总线也存在高阻（浮空）的状态，状态，为双向、三态总线为双向、三态总线。控制总线（控制总线（Control BusControl Bus）用来传送控制信号用来传送控制信号。根据微处理器的不同或连。根据微处理器的不同或连接的芯片、设备的不同，要求的具体控制信号的接的芯片、设备的不同，要求的具体控制信号的时序、状态也不同，要根据实际的需要进行连接、时序、状态也不同，要根据实际的需要进行连接、设置。设置。控制信号线，根据使用条件不同，有单向、双控制信号

53、线，根据使用条件不同，有单向、双向、三态或非三态信号线。向、三态或非三态信号线。微机的内部结构与基本功能微机的内部结构与基本功能典型典型16位微处理器结构位微处理器结构定定时时与与控控制制指指令令译译码码器器ID指指令令寄寄存存器器IR多多路路转转换换开开关关通通用用寄寄存存器器组组地地址址寄寄存存器器地地址址缓缓冲冲器器地地址址总总线线A15A0控控制制信信号号内内部部数数据据总总线线寄寄存存器器阵阵 列列数数据据缓缓冲冲器器双双向向数数据据总总线线D7D0标标志志寄寄存存器器F算算术术逻逻辑辑单单元元ALU累累加加器器A外外来来控控制制信信号号用来完成算术用来完成算术和逻辑运算和逻辑运算特

54、殊的寄存器特殊的寄存器,有很多指令与有很多指令与其有关其有关指示运算结指示运算结果的状态果的状态存放下一条存放下一条指令的地址指令的地址CPU中的存中的存储单元储单元,16位位二、微机工作过程二、微机工作过程程序存储：程序存储：将编写好的程序放入计算机的内存，将编写好的程序放入计算机的内存，程序中的每条指令是按顺序存放的。程序中的每条指令是按顺序存放的。程序控制：程序控制：控制器从存储器中一条一条地取出指控制器从存储器中一条一条地取出指令、分析指令、根据不同的指令向各部件发出完令、分析指令、根据不同的指令向各部件发出完成该指令的控制信号。成该指令的控制信号。程序在计算机是以指令的形式存储的，程

55、序在计算机是以指令的形式存储的，指令是计指令是计算机可以识别的命令，是一系列的二进制代码算机可以识别的命令，是一系列的二进制代码。以以8 8位微机为例进行说明位微机为例进行说明欲完成的任务：欲完成的任务：将整数将整数1010和和2020相加，将结果放入内存地址为相加，将结果放入内存地址为30H30H的单元中。的单元中。分析：在计算机中，两个数不能直接相加，分析：在计算机中，两个数不能直接相加，首先首先应将一个整数应将一个整数1010放入累加器放入累加器ALAL中中，再使再使ALAL与另一个整数与另一个整数2020相加，结果就在相加，结果就在ALAL中中，然然后将后将ALAL中的内容放到指定的内

56、存单元中。中的内容放到指定的内存单元中。内存中相应的机器码如下：内存中相应的机器码如下：将一个数将一个数10放入放入AL中中地址地址内容内容20H 0111010021H 0000101022H 0011010023H0001010024H 0101001125H 0011000026H 0100001130HAL中的中的数加上数加上20将将AL中的数中的数放入放入30H单元单元停止操作停止操作操作码：将一操作码：将一个数放入个数放入AL中中操作数：即将操作数：即将放入放入AL中数值中数值有一字节、有一字节、两字节和多两字节和多字节指令字节指令将一个数将一个数10放入放入AL中中地址地址内容内容20H 0111010021H 0000101022H 0011010023H 0001010024H 0101001125H 0011000026H 0100001130HAL中的中的数加上数加上20将将AL中的数中的数放入放入30H单元单元停止操作停止操作汇编语言汇编语言MOV AL, 10A