电子元件知识

1、PAGE .PAGE 1816位微机原理及接口技术：.；微机原理 课 1 讲 教 案 主讲人 许文丹绪论1-1 计算机的开展概略及分类1-1-1 计算机的开展概略1946年，第一台计算机在美国诞生，至今已有近60年的历史。60年来，计算机阅历了迅猛的开展，得到了广泛的普及，对整个社会的提高和科学的开展产生了极其深远的影响。在此期间，计算机阅历了电子管计算机时代、晶体管计算机时代、集成电路计算机时代、大规模及超大规模集成电路计算机时代。计算机的功能曾经从早期的数值计算、数据处置开展到可以进展知识处置的人工智能阶段，不仅可以处置文字、字符、图形图象信息，而且可以处置音频、视频信息，构成了智能化的多

2、媒体计算机。在推进计算机技术开展的诸多要素中，除了计算机的系统构造和计算机的软件技术开展起到了重要的作用之外，电子技术特别是微电子技术的开展也起到了决议性的作用。70年代初，随着大规模集成电路的出现，原来体积很大的中央处置器CPU电路集成为一个只需十几平方毫米的半导体芯片，称为微处置器MPU。微处置器的出现，开创了微型计算机的新时代。以微处置器为中心，再配上半导体存储器RAM、ROM、输入/输出接口电路I/O接口电路、系统总线以及其他支持逻辑，这样组成的计算机，称为微型计算机。微型计算机的出现，是计算机技术开展史上的一个新的里程碑，为计算机技术的开展和普及开辟了崭新的途径。由于微型计算机具有体

3、积小、分量轻、价钱廉价、耗电少、可靠性高、通用性和灵敏性好等特点，加上超大规模集成电路工艺技术的迅速开展和成熟，使微型计算机技术得到了极其迅速的开展和广泛的运用。从1971年美国INTEL公司首先研制胜利世界上第一块微处置器芯片4004以来，在头十年中，差不多每隔23年就推出一代新的微处置器芯片，如今曾经推出了多代微处置器产品。微处置器是计算机的中心部件。它的性能在很大程度上决议了微型计算机的性能，因此，微型计算机的开展是以微处置器的开展来更新换代的。第一代19711973微处置器和微型计算机是4位微处置器和低档8位微处置器时代。在这一时期，典型的产品有INTEL 4004、INTEL 800

4、8。其中INTEL 8008是第一个8位通用微处置器，以4004、8008为CPU构成的微型计算机分别是MCC-4和MCS-8。主要运用于各种袖珍计算器、家电、交通灯控制等简单控制领域。第二代19731978微处置器和微型计算机是成熟的8位微处置器时代。1973年INTEL公司推出了性能更好的8位微处置器8080。它的出现，加速了微处置器和微型计算机的开展。MOTOROLA公司的MS6800，ZILOG公司的Z80，INTEL公司的8085等。广泛用于数据处置、工业控制智能仪器仪表及家电等各个领域。第三代19781983是16位微处置器时代。70年代后期，超大规模集成电路的成熟，进一步推进了微

5、处置器和微型计算机消费技术向更高层次开展。1978年，INTEL公司率先推出了新一代16位微处置器8086，随后，INTEL公司的8086/8088，MOTOROLA公司的MC68000和ZILOG公司的Z8000，这些高性能的16位微处置器成为当时国内外市场上流行的典型产品，集成度高达29000管/片。INTEL 8086/8088内部采用流水线构造，设置了指令预取队列，使处置速度大大提高。INTEL公司推出了十六位微处置器中的高档芯片80286，它具有多义务系统所必需的义务切换功能、存储器管理功能和多种维护功能，支持虚拟存储体系构造，地址总线从20位添加到24位，存储器直接寻址空间到达16

6、MB，时钟频率提高到5MHZ25MHZ。从80年代中、后期到90年代初，80286不断是个人计算机IBM PC/AT机的主流型CPU。同期的产品还有MOTOROLA的MC68010。第四代从1983年起是32位微处置器时代。这一时期的典型产品有ZILOG公司推出的Z80000、MOTOROLA公司推出的MC68020、INTEL公司推出的80386、80486、MOTOROLA公司推出的68040等。第五代1993是INTEL推出的Pentium微处置器简称P5或586。Pentium微处置器的推出，使微处置器的技术开展到了一个崭新的阶段，标志着微处置器完成从CISC向RISC时代的过度，也标

7、志着微处置器向任务站和超级小型机冲击的开场。同期的产品还有AMD公司的K5，IBM、APPLE、MOTOROLA三家结合推出的POWOR PC。继Pentium PRO之后，Intel公司又推出了Pentium 、Pentium 、Pentium等微处置器的极品，成为PC机的主流CPU。随着LSI和VLSI技术的进一步开展，微处置器的集成度越来越高，芯片功能越来越强。从微型机总的开展情况看，为了使微处置器获得高性能，一方面提高集成度，另一方面在系统设计上追求综合性能的提高，更加全面的采用中大型计算机体系构造中的先进技术，如流水线技术、高速缓存技术、虚拟存储管理技术、RISC技术、并行处置技术，

8、更好地支持多处置器运转环境、多媒体技术和计算机网络运用等。1-1-2 计算机的分类微处置器的字长也就是微型机的字长，字长是最能反映机器性能的技术目的之一。按照微处置器的字长分类，普通可分为4位、8位、16位、32位和64位机等几种。假设将微型计算机按照其组装方式来分，可将其分为单片机、单板机和多板微型计算机。1-2 微型计算机的特点及运用1-2-1 微型计算机的特点电子计算机通常按照体积、性能和价钱分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。从系统构造和根本任务原理上说，微型机和其它几类计算机并没有本质上的区别，所不同的是微型机广泛采用了集成度相当高的器件和部件，因此带来以下一系列特点：体

9、积小、分量轻、功耗低由于微型计算机中广泛采用了大规模和超大规模集成电路，从而使构成微型机所需求的器件和部件数量大为减少，使之体积大大减少。可靠性高、运用环境要求低微机计算机采用大规模和超大规模集成电路以后，使得系统内运用的器件数量大大减少，器件、部件间的连线大大减少，接插件数目减少，加上MOS电路本身任务所需的的功耗就很低，这些都使微型机的可靠性大大提高，因此，也就降低了对运用环境的要求。构造简单、系统设计灵敏、顺应性强、运用方便由于微型计算机多采用规模化的硬件构造，特别是采用总线构造后，使微机系统真正成为一个开放的体系构造，构成系统的各功能部件和各种适配卡经过规范的总线插槽相连。相互间的关系

10、变为面向总线的单一关系，大大添加了系统扩展的灵敏性和方便性。软件配置丰富计算机的优良硬件性能是经过丰富多彩的软件表达在人们面前的。因此，软件是计算机的灵魂。如今，微型计算机之所以得到如此空前的普及和广泛运用，是与它能配置丰富的软件亲密相关，从系统软件到运用软件应有尽有，而且功能强、运用方便，这就加速了微型机在人类社会的普及。性能价钱比高性能价钱比是指机器性能与售价之比。它是衡量计算产品本钱性能优劣的一个综合目的，性能包括字长、主频、速度、配置、可靠性、可操作性等；价钱指售价。微处置器最突出的优点之一就是价钱低廉、性能优良。1-2-2 微型计算机的运用工业控制事物处置计算机辅助设计和辅助制造CA

11、D/CAMCAD是指用计算机协助 设计画图，可使得设计过程走向半自动化和自动化。CAM的中心设备是数控机床，围绕数控机床有一组自动化设备，用以完成加工件的运输、组装、加工、丈量、检查等功能。CAD/CAM能大量节省人力，提高效率。更重要的是提高质量，并使以往人工难以完成的义务成为能够。教学培训家庭文娱和家政事物管理科学和工程计算1-3 计算机的根底知识1-3-1 计算机中的数据表示及编码进位计数制及数制转换人类在长期的消费劳动实际中发明了我们最熟习的十进制，而生活中还有十二和十六进制等多种数系，其共同之处是采用进位计数制。1进位计数制进位计数制是采用位置表示法，即处于不同位置的同一数字符号，所

12、表示的数字不同。普通说来，假设数制只采用R个根本符号，那么称为基R数制，R称为数制的“基数或简称“基；而数制中每一固定位置对应的单位值称为“权。进位计数制的编码符合“逢R进位的规那么，各位的权是以R为底的幂，一个数可以按权展开成多项式，例如“逢十进一的十进制数1992.5可写为 1992.5=1103+9102+9101+2100+510-1对R进制数N，假设用n+m个代码Di (-min-1)表示，从Dn-1到D-m自左至右陈列，其按权展开多项式为： N=Dn-1Rn-1+Dn-2Rn-2+D0R0+D-1R-1+D-mR-m其中Di为第i位代码，它可取0R-1之间的任何数字符号；m和n均为

13、正整数，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数；Wi表示Di位的权，它是以R为底的幂。下面是计算机常用的进位计数制：二进制 R=2 根本符号 0，1八进制 R=8 根本符号 0，1，2，3，4，5，6，7十进制 R=10 根本符号 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六进制 R=16 根本符号 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F其中，十六进制中的数符AF字母，分别对应十进制的1015，例如一个十六进制数8AE6可以写为：8AE6H=8163+10162+14161+6160在数8AE6后面加H是为了识别十六进制数而加的标识字母。由于二进制数书写长，难读难懂，

14、为书写方便，计算机中经常运用8进制或16进制。人们又习惯于十进制，而计算机内必需采用二进制，故上面四种进制是经常要用的。为了识别起见，二进制数尾加B作标识，十进制数尾加D或省略，八进制数尾加Q，十六进制数尾那么加H。运用四种进制必然产生各种数制间的相互转换问题。2进位计数制间的相互转换不同进位计数制数据转换，其本质是进展基数的转换，转换原那么是根据：两个有理数相等，其整数部分和小数部分分别相等。故要分别进展转换。二进制与十进制转换a.二进制转换为十进制其转换规那么为“按权相加，即只需把二进制数中位数是1的那些位的权值相加，其和就是等效的十进制数。二进制数整数与小数部分各位权值对应的十进制数值为

15、：210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 2-1 2-2 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0.5 0.25 例11 将10101101.101B转换为十进制数10101101.101B=27+25+23+22+20+2-1+2-3 =128+32+8+4+1+0.5+0.125 =173.625D该转换规那么同样适用于将八进制数和十六进制数转换为十进制数，只是相加各项是八进制或十六进制数符与数位权值之和。例1.2 将312Q和2A.68H转换为十进制数 312Q=382181280=36482=202D 2A.68H=216110

16、160616-1816-2=32100.3750.03125=42.40625Db.十进制转换为二进制整数部分转换将十进制数延续用基数2去除，直到商数到0为止，每次除得的余数依次为二进制数由低到高的各位值，简称“除2取余法。例13 将47D转换为二进制数=23 余1=11 余1=5 余1=2 余1=1 余0=0 余1 47 2 23 2 11 2 5 2 2 2 1 2101111 高位 低位 所以，47D=101111B。同理，将十进制数转换为R进制数，按照“除R取余规那么即可。4 十进制数725D转换为十六进制数。按“除16取余方法进展。 16 725 余数5 16 45 余数13D 16

17、 2 余数2 0转换结果： 725 D=2D5 H小数转换将十进制小数部分延续乘以2，每次所得乘积的整数部分，依次为二进制数从高到低的各位值。转换规那么简称“乘2取整法。例15 将0.6875D转换为二进制数。 0.6875 0.3750 0.7500 0.5000 2 2 2 2 1.3750 0.7500 1.5000 1.00001011 高位 低位 所以，0.6875D=0.1011B需求留意的是，十进制小数经常不能准确地换算为等值的二进制数，有换算误差存在，转换后的二进制数位数，根据字长限制取有限位的近似值。同理，十进制小数转换为二进制，可以按照“乘R取整方法进展。对于具有整数和小数

18、的复合十进制数，只需将整数和小数部分分别按照上述转换方法进展，最后将其二进制整数和小数部分用小数点衔接即可。例如从例3和例5可得： 47.6875 D=101111.1011 B二进制与八进制和十六进制之间转换由于八进制、十六进制既可简化书写，又便于记忆，而且与二进制之间转换方便、直观，因此在汇编言语程序及机器言语中指令、数据书写多采用八进制和十六进制。由于八、十六进制基数与二进制有内在联络，即：23=8，24=16。因此，每一位八进制数可以转换为三位二进制数，每一位十六进制数可以转换为四位二进制数，转换直接而且方便。a.二八进制转换将二进制数以小数点为界，左右分别按照三位一组划分，缺乏三位者

19、用零补齐，即可换算出对应的八进制数。把110111101.011100B转换为八进制数。110111101.0111007 5 . 3 4即110111101.011100B=675.34Q反之，由八进制转换为二进制只需求把各自对应的三位二进制写出即可。63.52Q转换为二进制数。63.52Q=(110)(011).(101)(010)B =110011.10101Bb.二十六进制转换将二进制数转换为十六进制数和二八进制转换方法一样，只是将二进制数按照四位一组进展划分转换。把10111001.01101B转换为十六进制数。10111001.01101B=10111001.01101000B =

20、 B 9 . 6 8所以，10111001.01101B=B9.68H反之，将十六进制数各位数码用相应四位二进制数表示，即可转换为等效的二进制数。把5F.7A5H转换为二进制数。5F.7A5H=(0101)(1111).(0111)(1010)(0101)B =01011111.011110100101B二数值数据表示本节我们着重讨论两个问题：数值数据在机内的定点和浮点表示方法；数据的编码方式。机器数的定点和浮点表示把数值数据送入计算机处置，仅转换为二进制还不行，必需处理数的符号表示，小数点位置以及用有限设备表示的有效数值范围等问题。数在机器内部的表示方式称为机器数，而计算机对应的数值称为机器

21、数的真值。机器数被存放在有记忆功能的存储器件中。机器数的符号是数字化处置的，用一位编码表示，通常用0表示正数，1表示负数。机器数的小数点位置是事先商定的，它在机器数表示格式中并不出现，但根据设计格式，计算机在运算处置中却清楚地知道其位置。按照规定格式，机器数有定点和浮点两种表示方式。定点表示由于采用进位计数制，任何一个二进制数N都可以表示为：N=2eS其中：e是一个二进制整数，称为数N的阶数；2为底数，S是二进制尾数，它表示该数的全部有效数字，而阶码e那么指明了小数点位置，阐明数值范围。对任一数N=2eS，假设阶码e固定不变，那么小数点位置是固定的，这种表示那么称为数的定点表示，该数称为定点数

22、。计算机中定点数通常有两种商定：一是取e=0，把小数点固定在尾数最高位之前，一是取e=n(n为尾数的位数)，那么把小数点商定在尾数最末位之后，这两种情况阶码无须表示，前者即为定点小数，后者即为定点整数，其格式如图1-1中a、(b)所示。 1 0 1 1 0 0 1 0ns 数符 数值 假想小数点的位置 N=0.0110010(a)定点小数 0 1 0 0 1 0 0 1ns 数符 数值 假想小数点的位置 N=1001001(b)定点整数图 1-1 定点数表示以上两种定点数的表示，计算机均可采用，目前微型机中，多采用定点整数方式。这里需求强调的是：小数点位置是假想位置，当机器设计时将表示方式商定

23、好，那么各种部件及运算线路均按商定方式进展设计。机器数字长确定后，其数值表示范围即可确定。例如对定点小数，机器数定长N位，其中一位符号位，n位有效数值，那么N位定点小数表示范围为： 1.1 1 1 1 (最小值) 到 0.1 11 1(最大值) n位 n位对应真值表示范围为：12-n X 12-n例如，N=16位，那么对应表示的真值范围为1215 X 1215用n位设备存放定点整数，那么所能表示的真值为负n位全1到正n位全1，即2n1 X 2n1假设N=16位那么为： 2151 X 2151假设用n位表示无符号整数，那么其整数值表示范围：02n1计算机中参与运算的数，假设超越计算机所能表示的数

24、值范围，那么称之为溢出。这时，计算机要对溢出进展相应处置操作。浮点表示当阶码值不固定时，数的小数点实践位置将根据阶码值相对浮动，这就构成数的浮点表示。浮点表示要把机器数分为两部分，一部分表示阶码，另一部分表示尾数，阶码和尾数均有各自的符号位。阶符表示数的实践小数点相对商定小数点位置的浮动方向：假设阶符为负，实践小数点在商定小数点左边，反之在右边，其位置那么由阶码值确定，而尾数符号代表了浮点数的符号。图1-2所示为浮点数的一种表示方式。esE(r位)msM (n位) 阶符 阶码 尾符 尾数 图1-2 一种浮点数表示方式 假设尾数用n位小数表示，浮点数的表示范围根据阶码位置r和尾数位数n决议，其浮

25、点数表示范围为：a=2 r12a12n X 2a12n例如对十六位机器字长，阶码4位包括一位符号，尾数12位一位符号，那么数值表示范围：a=2 31=7271211 X 271211或 1281211 X 1281211可以看出，要扩展数的表示范围，应添加阶码的位数；而要添加精度，就需求添加尾数的位数。对同样字长，浮点数比定点数表示的数值范围要大许多，但浮点数运算操作复杂。浮点数产生溢出，本质上是阶码溢出。机器数的编码表示数值数据在计算机内采用符号数值化处置后，机器可以表示并识别带符号的数据。为了改良运算方法、简化控制电路，人们研讨出多种符号数的编码方式，如原码、反码、补码等。这里我们引见最常

26、用的原码和补码方式。原码前面曾经讨论过最简单直观的机器数表示，即仅将符号位数字化表示为0或1，数的绝对值与符号一同编码，或者说是“符号-绝对值表示的编码，称为原码。例： X=0110111 X原=00110111X=0110111 X原=10110111其中X原称为机器数，X称为机器数的真值。因此，原码直接可从真值求得，只需将符号位用0和1表示真值的正号和负号，真值的绝对值就是原码的数值部分。当采用原码表示法时，编码简单直观，与真值转换方便，但也带来一些费事。一是引起机器中0的表示不独一，由于0原=0000，0原=1000，0有二义性，给机器判0带来费事，必需在设计时商定好机器采用正零或负零。

27、二是用原码进展四那么运算时，符号位需求单独处置，而且原码加减运算规那么复杂。例如对有符号数的加法规那么为：假设两个数同号，两数相加，结果冠以共同的符号；假设两个数异号，那么由大数中减去小数，结果冠以大数的符号。而减法又有一套规那么。补码为使数字化后的符号位能作为数参与运算，并处理减法转换为加法的问题，以简化计算机的运算线路，就产生了补码表示。假设我们想把十进制减法变成加法做，用什么方法呢？减一个十进制数可采用加该数的十进制补数，然后丢弃进位得到相减结果，一个数的十进制补数是用10减去该数得到的。例如，十进制减法：92=7，2的补数是10-2=8因此 92=98=177丢掉进位这里，实践是把10

28、看成一个模数，记作M。模数在物理上，是某种计量器的度量。在模数系统中：92=98=177 Mod 10上式之所以成立，是由于2与8对模数10 是互为补数的，即8=102。生活中运用的模数系统很多，例如时钟为12，有下式成立：83=895Mod 12由于9=123。该式阐明将时钟从8点倒拨3格和正拨9格效果一样，时钟均指向5点，我们称9为3在模12下的补码，即3=9Mod 12，这样就可以把减法转换为加法。计算机中的机器数及其存储、运算设备，如存放器、加法器等都有固定的长度，因此，都只能进展有模的计算。N位设备存放n位二进制代码，那么2n就是其模数，由于两数相加求和时，假设n位的最高位产生了进位

29、，就会丢掉，这正是模数系统中相加的概念。所以，对任何一个二进制负数都可以找到对应于模数为2n的正补数，从而将减法运算变为加法运算。同时，由于n位字长中包括一位符号位，故补码运算中的符号和数一同运算。对补码的产生、定义和有关性质的证明，不预备进展过多的讨论，我们只需求了解补码的方式及其运算特点。补码的求法。由以上讨论可知，对一个二进制负数可用其模数与真值作加法实践作减法，因真值为负求得其补码，即按定义式求 X 0 X 2n-1 X补= (mod 2) 2n+X -2n-1 X 0但在机器中实现不方便，因机器中不存在数的真值表示，由于原码表示简单直观，因此在计算机中数是以原码存储的。我们可从数学推

30、导得出一个简便方法，直接从原码求得负数补码。对正数，其补码和原码一样。负数的补码那么是将原码符号位保管，其他各位取其反码，即0变1，1变0，再在最低位加1。而正数的补码与原码一样。即 除符号位外 X原 = X补 每位取反，末位加1例1.10 求X=1010101的补码。X是正数，X补= X原= 01010101例1.11 求X= 0101110的补码。X是负数， =10101110 X补=110100011=11010010补码特点机器数采用补码表示后，具有如下几个特点：正零、负零表示均为全零，机器零表示一致 +0补= 0 0 0 0补=1 1 11= 1 0 0 0n位 n位 自动丧失所以，

31、+0补= 0补=0 0 0运算时符号位无须单独处置。符号位可作为数值一同参与运算，而且在不溢出的情况下，仍能得到正确的结果符号。这是由补码性质决议的。采用补码进展加减法运算时，减法可用加法实现。其运算规那么为X补 Y补 = XY补 (mod 2n)X补 Y补 = XY补 (mod 2n)该规那么的严密证明略，我们只运用其结论。由于这种转化使得加减法运算只需一套加法设备即可，从而简化了硬件电路，这是补码表示法的一大优点。在运用补码表示的计算机中，传送和运算处置过程中机器数均以补码方式出现，因此做减法时必需从Y补求出Y补，求Y补方法也很简单，只需对Y补的每一位包括符号位都求反，末位加1就得Y补，即

32、 连符号位 Y补= Y补 按位取反。末位加1Y补与Y补是对模2n互补，故也称Y补为Y补的机器负数。例1.12 用补码求3315=？ 33原=00100001B 33补=00100001B 15原=10001111B 15补=11110001B 3315=33补15补=100010010B=18 进位丧失例1.13 用补码求6710=？ 67原=01000011B 67补=01000011B 10原=00001010B 10补=11110110B 6710=67补10补 =01000011B11110110B =00111001B=57以上两例阐明，当带符号的两个数采用补码方式表示时，进展加减运

33、算可把符号位和数值位一同进展运算。假设符号位有进借位，那么丢掉。结果即为两数之和或差的补码方式，这是补码表示的又一优点。特别要指出的是，采用补码进展加减运算，一切参与运算的数及运算结果都是用补码表示的，假设要得到原码还需转换，其转换方法很简单，正数补码与原码一样，对负数将其补码除符号位外，逐位取反，末位加1，就可得到原码。 除符号位外 X补 = X原 每位取反，末位加1对机器数所表示的数值范围，用补码时要大一点，它可扩展到负数模值。例如：8位定点整数，用原码表示，其数值范围为127127，而用补码，128127，目前采用补码表示的机器较多。十进制数的二进制编码表示由于人们习惯十进制，而计算机采

34、用二进制，为便于人机交往，经常用一组四位二进制编码表示一个十进制数字符号，称为二进制编码的十进制数，二进制编码的十进制数有许多编码方法，它们可以分为有权编和无权编码两类。下表中列出几种方式的编码表示。表1-2 几种方式的编码表示十进制符号有权码无权码8421BCD24215221余3码格雷码0000000000000001100001000100010001010000012001000100011010100113001100110101011000104010001000111011101105010110111000100011106011011001010100110107011111

35、011100101010008100011101110101111009100111111111110001001有权码最常用的有权码是8421码，也称BCD码，这是最自然且简单的编码方法。它用四位二进制编码表示一位十进制数，每一位恰好是二进制低四位的权。由于这种自然联络，故8421有权码有时也称NBCD码，意为自然NaturalBCD码。8421码实现二-十转换很容易，此外还很容易判别十进制数的奇偶性，即奇数的最低位都为1，偶数的最低位都为0。除8421码外，还有其它几种有权码，表中列出了2421，5221有权码，这两种编码的特点是任何两个十进制数相加等于9时，它们相对应的编码相加结果为11

36、11，这一特点对于减法非常有用，由于按9互补的关系恰好对应二进制模的互补关系。2四位无权码四位无权码主要有余3码和格雷码两种。余3码是由8421码加0011得来的，各位没有权的关系，余3码具有上面2421，5221有权码的特点，实现减法运算方便，只需对加法产生的值进展修正就可以了。由于每个数余3，两个数余6，恰好跳过四位编码冗余码。格雷码的编码规那么是相邻两代码之间只需一位不同，这样数据传送的可靠性高，适宜做控制编码。有BCD码，机器便可以进展十进制运算，设置十进制运算指令。但要留意，由于用四位二进制数表示十进制数，尚有6种编码冗余，除余3码外，均不能由四位二进制最高位进位直接获得十进制数的进

37、位。为此，硬件电路中要设置BCD码校正电路，指令中有十进制运算调整指令，以保证二-十进制编码运算得到正确的结果。三非数值数据的表示非数值数据不表示数值的大小。它通常分两类：逻辑数和字符数，均以二进制数码表示。1逻辑数逻辑数由无符号二进制代码组成，每位不表示数值，只表示逻辑真值和逻辑假值。逻辑数只能参与逻辑运算，其运算特点是：运算按位进展，各位之间没有进位、借位等情况，即各位相互独立。由于逻辑数表示和数值数一样，计算机必需根据程序中的指令名来识别运算数据类型。2字符数据及其编码目前，在计算机运用的许多场所中，需求对字符或公用符号进展操作，用高级程序设计言语进展人机交往也是运用字符或符号。由于这些

38、符号不能直接送入计算机，必需先进展数字化处置，用二进制数码表示，我们称之为字符数据。这些字符好像十进制数字一样，都必需按照一定的规那么用一组二进制编码来表示，才干为计算机所识别、处置和传送。当输入信息时，要经过输入设备把输入的字符编成一定格式的代码接纳进来，而输出时那么要把相应的字符编码送到外部输出设备显示或打印。字符编码方式有各种规定，或称规范。我国运用的部颁规范字符编码与国际上较普遍运用的ASCII码根本一样。ASCII码是美国信息交换规范代码，编码表见附录。1-4 微型计算机的根本构造及任务原理1-4-1 计算机根本组成及任务原理一，计算机根本组成1946年，在美籍匈牙利数学家冯诺依曼指

39、点的研制小组提出的计算机设计方案中，明确了计算机的五大根本组成，即运算器、逻辑控制安装控制器、存储器、输入和输出设备，并描画了五部分职能关系及基于存储程序的根本任务原理。图1-17 为计算机根本组成。输入设备I存储器输出设备O控制器运算器数据线地址线控制信号线程序结果数据地址指令数据反响 图 1-17 计算机根本组成1存储器存储器是用来存放数据和程序的部件，其根本功能是按要求向指定的位置写入或取出代码信息。存储器采用按地址存取的任务方式，它由许多存储单元组成，每一个存储单元可以存放一个数据代码，为了区分不同的存储单元，把全部存储单元按照一定的顺序编号，这个编号就称为存储单元的地址。当计算机要把

40、一个数据代码存入某存储单元，或从某存储单元中取出时，首先要提供该存储单元的地址，然后查找相应的存储单元，查到后，才干进展数的存取。因此，能存储大量信息的存储体是存储器的中心。存储器的任务就是，在运算之前，接纳外界送来的程序和数据；在运算过程中，向计算机提供指令和数据信息，保管中间结果；运算终了后，保管运算结果。2运算器运算器是对信息进展加工、运算的部件，详细就是执行二进制代码的根本逻辑运算和算术运算。运算器的运算才干并不高，但计算机运算速度快得惊人，它是用高速度博得了出色的任务才干。运算器的中心部件是加法器。运算过程中，它在控制器控制下，从存储器中取数，进展运算后，将结果暂存或送到存储器保管。

41、3控制器控制器是整个机器的控制中心，存储器进展信息的存取，运算器进展各种运算，信息的输入和输出，都是在控制器的赞同控制下进展的。控制器的指挥任务是经过程序进展的。程序中安排好计算机任务的顺序，对能够遇到的各种情况进展处置。运算前，程序被送到存储器保管起来。开场运算后，控制器便自动地到存储器中按顺序逐条取出指令，经过分析后，按指令的要求，向各部件发出执行指令的控制信号，执行指令中规定的操作。在控制器任务过程中，还要接受执行部件的反响信息，例如运算器送来的运算结果、形状等。这些反响信息为控制器判别下一步如何任务提供了根据。因此，控制器的任务就是根据存储器中存储的程序，周而复始地取指令、分析指令、执

42、行指令，向运算器、存储器、输入输出设备发出控制命令，控制计算机任务。4输入设备人们编写好的程序是经过输入设备送到计算机中去的。输入设备要将程序和数据转换为计算机能识别和接受的信息，如电信号等。目前常用的输入设备是键盘和鼠标。5输出设备输出设备是把运算器中信息处置结果转换成人们所需求的易于了解、阅读的方式。例如在显示终端屏幕上显示或用打印机打印在纸上。二微型机的任务原理1微处置器CPU的普通构造要了解微型机的任务原理，首先要讨论微处置器的构造。CPU是组成微机系统的中心部件，它具有运算和控制的功能，详细有：进展算术和逻辑运算，执行数据处置。可暂存数据。实现程序控制，即可取指令，对存放器存，译码分

43、析并执行指令所规定的操作，还要能提供整个系统所需求的定时和控制信号及呼应设备发出的中断恳求。虽然各种微处置器的内部构造不尽一样，但为了实现上述根本功能要求，典型的CPU构造由控制器、任务存放器、算术逻辑单元和I/O控制逻辑组成。算术逻辑运算单元是微处置器的中心，一切的算术运算、逻辑运算和移位操作都是有ALU完成的，ALU在控制信号控制下，完成不同的操作，ALU输出经内部总线送任务存放器接纳或输出到外部数据总线上。任务存放器暂存用于寻址和计算过程中的信息。任务存放器有数据存放器，还有地址存放器。有的兼有双重用途。数据存放器用来暂存操作数和中间结果。由于存取存放器比访问存储器快得多，所以CPU中含

44、数据存放器越多，运算速度越快。地址存放器那么用于操作数地址。操作数地址是指令字中的一部分，操作数可放在存放器中，也可放在存储单元中。为给编程和数据处置提供方便，设计了多种寻觅操作数地址的方式，称为寻址方式。控制器是CPU的指挥机构，实现指令的取出、存放、译码和执行。控制器为实现取指令，要设计程序计数器PC和指令存放器IR。PC中存放即将执行的指令地址，提供应存储器取出该条指令。由于程序中指令是顺序存放的，故当出现程序转移时，就必需改动PC的内容。指令存放器IR用于保管从存储器中取出的当前要执行的指令。分析指令是由指令译码器ID完成的，ID发出相应译码输出，使控制逻辑部件产生相应的控制信号去完成

45、指令相应操作，执行指令。为判别指令执行情况，了解数据处置有关结果，程序形状字存放器PSW暂存处置器程序执行的当前形状，例如指示运算结果能否为0，能否溢出，能否进借位，或结果为正还是负等。该存放器在许多微型机中称为形状字存放器。I/O控制逻辑包括CPU中与输入/输出操作有关的逻辑，其义务是处置输入、输出操作。2微处置器任务根本过程图 1-18 是描画CPU根本任务的流程图，也是指令的执行过程，由于CPU的任务就是不停地取指令、分析执行指令的过程。直到取出停机指令，程序终了。开场CPU将PC中地址送主存PC置成下条指令地址从主存中取出当前指令送CPU中IR对IR中的指令译码暂停指令？转移指令？暂停

46、执行指令条件转移？检查PSW满足条件？PC逻辑转移地址执行指令YNYNYNY去取下条指令 图1-18 CPU根本任务流程图从图中可看出，CPU加电任务后，程序计数器PC被置入程序的首条指令地址这是硬件设计保证。PC中地址送到CPU地址总线上，发动相应控制信号启动主存读，取出该单元内容，即首条指令，送入指令存放器。然后经过指令译码器进展译码分析后，就可确定指令长度以字节为单位，对多字节指令分几次取入，PC内容添加相应值，然后由控制逻辑执行指令，假设不是转移指令，那么反复上述过程，取下条指令执行；假设遇到转移指令，那么转移地址取代PC中内容，从转移的目的地址开场执行新指令序列。对条件转移必需检查处

47、置器当前形状能否满足转移条件，当前形状由前面一条指令执行的结果断定，形状标志组成程序形状字，记作PSW，存放在处置机形状字存放器中，如形状条件满足转移条件，那么实行条件转移，将转移地址置入PC，从所转移的目的地址执行新指令序列。1-4-2 微型计算机系统现代的计算机与第一代计算机相比，其组成和配置曾经发生了很大变化。面对用户的不是仅仅由电子部件构成的计算机，而是由硬件和软件共同组成的计算机系统。硬件实体是计算机系统的物质根底，软件那么是发扬机器功能的关键所在。软件是建立和依托在硬件的根底上的，没有硬件作物质根底，软件功能无从谈起。反之，没有软件的硬件“裸机将无所作为，不能提供用户直接运用，因此

48、，当代计算机即包含硬件组成，也包含软件支持，二者不可分割，它们共同构成计算机系统，实现信息处置。微型机系统硬件所谓硬件，,是指组成计算机的物理实体。对微型计算机系统来说，硬件包括主机箱及其内部电子线路、键盘、CRT显示器、打印机等。按逻辑功能将内部部件气氛微处置器CPU、存储器主存，辅存、I/O接口及I/O设备。信息传送由总线和总线控制部件实现。在当前的微机系统中，通常采用的组织方法如下：把微处置器、总线控制逻辑、定时逻辑、部分存储器等构成根本系统所必要的逻辑组装在一块较大的印刷电路板上。该印刷电路板称为系统板或主机板，它固定在机箱内。系统板上还装有多个多接点的长形插座IBM-PC机的插座有6

49、2个接点，每个插座都可以插入另一块印刷电路板与系统板垂直。所谓系统级总线就是系统板上接到这些插座接点上的全部信号线。各插座是并联的，各插座上信号的陈列是一样的。构成完好的微机系统所包括的外部设备，如显示器、打印机、磁盘存储器等接口逻辑和扩展容量的存储器，都装在印刷电路板上小插板，插入主板插座内，然后经过系统级总线与主机板相接。任何新添加的外部设备，只需遵照插座接点的信号商定总线规范设计接口的电路，均可“挂在总线上成为微机系统硬件的一部分，百米减磅厘第亿 硬件配置比较灵敏，可以适用于许多运用领域的不同要求。 IBM-PC/XT计算机根本配置中的中央处置器芯片是Intel 8088，主存储器容量从256KB到640KB，普通配置两个软盘驱动器，XT以上的微型机配有硬盘驱动器。随着LSI技术的不断开展，微处置器的功能极其迅速地开展变化。2微型计算机系统软件1软件概述软件，尚无严密而确切的定义，普