微型计算机基础

微型计算机原理

及接口技术

教师：

周茂霞

ThePrincipleAndInterface

Technology

ofMicrocomputer

Instructor：

zhoumaoxia

懵霹

介

微机系统的祖观organization

工作情理principle

硬件接口技术interface

典型应用use

^^^^^hagter^^omgute^Basics

微机原理及接口技术

典型々及4MPC少AT系血

基本系统：803吵希80486、Pentium

I/O接口电路及与外设的魂

硬件一一接口电路原理

软件一一接口编程方法全用

«目标：

1、条统智提汇编语言的程序微计基本方法

久余痛蒙握檄机硬件接口救木

品建贪微机系统的整体概念

么其有微机软件及硬件初步许发、微计的犍力

先修课程

数字逻辑

提供硬件基础

汇编语言程序设计

建立必备软件基础

掌握指令系统、程序格式

学习方法很重要

复习并掌握先修课的有关内容

课堂：听讲与理解、适当笔记

课后：认真读书、完成作业

实验：充分准备、勇于实践

幻2

学习方法很重要

总成绩=考试成绩

+实验成绩+平时成绩

学习资源要利用

-钱晓捷之微服网

httD：〃www2.N・c:ii/ciwfw

■微机原理远程教学

httu:〃0/cai8niDiJtei7

♦钱晓捷陈涛，微型计算机原理及接口技术,

北京：机械工业出版社，1999-1

♦BarryB.Brey著陈谊等译,

Intel系列微处理器结构、编程和接口技

-----80X86、Pentium和PentiumPr<

北京：机械工业出版社，1998.1.

翁。昌

微型计算机基础知识

第1津微型材篙机基础知钳

1.1微型计算机的发展概述(CommiterOverview)

L2微型计算机的运算基础

L3微型计算机的组成原理

L4处理器内部结构及微机的工作过程

L5微型计算机的主要性能指标及典型配置

^^^^^Chagter^^omgute^Basics

Ll微型计算机的发展及应用概述

■第一阶段：1946年，世界上出现第一台数字

式式子计算机EN1AC(电子数据和计算器)

-第二阶段：晶体管计算机

■第三阶段：集成电路计算机(integrate

circuit,IC)

■第四阶段：发展到以大规模集成(Large

ScaleIntegration,LSI)电路为主要部件的,

产生了微型计算机

.%

1.1微型计算机概述ComputerOverview

1.1计算机的发展(history)

20世纪40年代，无线电技术和无线电工业的发展为

电子计算机的研制准备了物质基础，1943年〜1946年,

美国宾夕法尼亚大学研制的，ENIACwasgranteda

patent(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer

(ENIAC电子数字积分器和计算机)in1945.

18,000vacuumtubes

aspeedofseveralhundredmultiplicationsperminute

170m3volume

originallyitsprogramwaswiredintotheprocessorandhadto

bemanuallyaltered.

在弹道问题中许多复杂的计算，美国陆军部的资助.

超导器件

集成光学器件

电子仿生器件超导计算机

纳米技术光学计算机

神经计算机

人工智能计算机

研究计划：

第五代非冯•诺依曼(VonNeumann)计算机

第六代神经计算机：

电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性。电子计算机的

发展已经进入了第六代，这种发展可能仅仅是刚起步，前途

没有止境。

按价格、性能和体积分:

■巨型机

■大型机

■中型机

■小型机

■微型机：第四个阶段的产物

计算机的核心部件——CPU

■CPU运算器

(CentralProcessingUnit)中央处理单元

控制器

ChaDterl:ConwuterBasics

区别

微型计算机的系统组成

微型计算机系统

1.1.1微型计算机的发展概况

■1971-1973^,Intel公司设计了世界

芯片Intel4004,开创了一个全新的计

字长，微处理

■第工代（工97工一工973）：4位和低器芯片作为微

型计算机发展

4004—4040—8008

的标志。

■第2代(1974—1977)：中高档84

Z80、18085、M6800,Apple-II^

■第3代(1978—1984)：16位微机

8086-8088-80286,IBMPC系

■第4代(工985…1993)：32位微机

■80386—80486-Pentium-PentiumII

PentiumIII->Pentium4

■第5代(1993........)：64位微机

微机服务器、工程工作站、图形工作站

ChaDterl:ConwuterBasics

从左到右依次是PmuinIV2.8GMZ.24GHz和L6GHz的正面图

(b)从左到有依次是PxtiuinH2.8GH&、2.4GHz和1.6(^lz的底面图

图LIPIV外形图

表LI80X86系列微处理器比较

寄存

外

部

首批

性能CPU最局集成度最大寻内含（或捆

宽

器

生产

数

据

微处理器主频佰万）②址空间绑）高速缓

度

时间IPS

总

(M)线

（）

宽

①1Hz度存大小

808619780.880.0291616UB无

8028619822.712.50.1341616161B无

8O386DX19856.0200.27532324GB无

80486DX198920251.232324GB8KBL1

Pentium19931002003.132644GB16KBL1

PentiuaPro19954402665.5326464GB16KBLls

(P6)256KB或

512KBL2④

Pentiu*II19974664507.5326464GB32KBL1、

256KB或

512KBL2

PentiuBlII1999100090028.232@6464GB32KBLl^

256KB或

512KBL2

PentiumIV200032002800423206464GB32KBLI、

(PIV)256KB或

512KBL2

注：

（D1IPS（KillionsofInstructionsperSecond）>每秒执行的指令数，单位为百万条.

②芯片中所集成的晶体管数，单位为百万个.

③用作通用目的寄存器时为32位，用十SUD（单指令流、E溢）处理时为128位.

④L1为一级高速缓存器，L2为二级高速缓存器

存储器芯片集成度大体上每三年翻两番（1971

年每片1Kb,至ij1984年达至I」每片256Kb,1992

年16Mb动态随机存储器芯片上市），这就是著

名的摩尔定律。

摩尔定雇用来描述微处理器的工作速度，

在一定成本下，大体上也是每18个月翻一番。

专家预计，芯片性能呈指数增长将在今后几年

放缓，有关人士认为摩尔定律能再适用10年左

右。

目前主流计算机：3

CPU英特尔45纳米奔腾双核处理器E5300盒装CPU(LGA775/2.6GHz/2M二

级缓存/800MHz)¥449

主板华擎(ASRock)P43DE主板(IntelP43/LGA775)¥459

内存威刚(V-Data)万紫千红DDR28002G台式机内存¥249

显卡映众(Inno3D)ICHILL9600GT冰龙版670/2000512M/256位DDR3

PCI-E显卡¥599

硬盘西部数据(WesternDigital)500GWD5000AAKS7200转16MSATAII盒

装硬盘三年免费质保！¥369

显示器飞利浦(Philips)19英寸宽屏液晶显示器190E1SB¥948

机箱酷冷至尊(CoolerMaster)破坏者中塔式电脑机箱RC-K200¥209

电源康舒(AcBel)电源ME2Power350W2.3版额定350W¥229

鼠标键盘罗技(Logitech)光电高手1000多媒体键鼠套装¥139

共9件商品总价：¥3650

开放式总线（BUS）结构:

嵌入式系统:

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础,

并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、

成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它

一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作

系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现

对其他设备的控制、监视或管理等功能

嵌入式系统:

几乎包括了生活中的所有电器设备。

嵌入式系统分类:

嵌入式系统硬件部分的核心部件就是嵌入式处理器。

l.EMPU(EmbeddedMicroProcessorUnit)嵌入式微处理器

2.MCU(MicroControllerUnit)嵌入式微控制器；

3,嵌入式DSP处理器(DigitalSignalProcessor)；

4.嵌入式片上系统(SOOo

l.EMPU(EmbeddedMicroProcessorUnit)嵌入式微处理器;

嵌入式微处理电尸了飞CPU演变而来的。

在实际嵌入式应W哈哈。。；应用紧密相关的功

能硬件，去除其］就是单板机，羊就以最低的功耗

和资源实现嵌入;啊I）工业控制计算机相

比，嵌入式微处品车、^量轻、成本低、可靠

性高的优点。目必赢舐越处理器类型有Aml86/88、

386EX、SC-400>PowerPC>68000、MIPS、ARM/

StrongARM系列等。

Chapter1:ConwuterBasics

2.MCU(MicroControllerUnit)嵌入式微控制器；

嵌入式微控制器的典型代表是单片机，从70年代末单片机

出现到今天，虽然已经经过了40多年的历史，4、8、16、32

位，但8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广

泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、

总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制

输出、A/D、D/A、FlashRAM>EEPROM等各种必要功能和

外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片

化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。

微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外

设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。

3,嵌入式DSP处理器(DigitalSignalProcessor)；

DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，

其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具

有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、

FFT(离散傅立叶变换的快速算法)、谱分析等各种仪

器上DSP获得了大规模的应用。

^^^^^^hagter^^omgute^Basics

4.嵌入式片上系统(SOCsystemonchip)。

片上系统指的是在单个芯片上集成一个完整的系统,

对所有或部分必要的电子电路进行分组的技术。所谓

完整的系统一般包括中央处理器(CPU)、存储器、

以及外围电路等。SoC是与其它技术并行发展的，如

绝缘硅(SOI),它可以提供增强的时钟频率，从而

降低微芯片的功耗。

1.1.2OperatingSystemoverviews

Theoperatingsystemscommonlyfoundon

personalcomputersareUNIX,Macintosh

OS,MS-DOS,OS/2,andWindows.

FutureTechnologies

Operatingsystemscontinuetoevolve.Arecently

developedtypeofOScalledadistributed

operatingsystemisdesignedforaconnected,but

independent,collectionofcomputersthatshare

resourcessuchasharddrives.

L3微型计算机发展趋势

今后计算机发展表现：高性能化、网络化、大众化、

智能化、与人性化、功能综合化。

计算机网络呈现：连接的、开放的、传输多媒体信息。

L3微型计算机发展趋势

cpu速度继续提升

个人计算机具有原来服务器的所具有的处理能力

高性能计算机采取分布式共享存储结构

采用更先进的数据存储技术

外设高性能网络化和集成化且易于携带

I/O技术更加智能化、人性化、

人与计算机的交流更加便捷

L3微型计算机发展趋势

计算机发展过程具有技术上的连续性和兼容性。

^hagter^^omgute^Basics

1.2微型计算机的运算基础

数制:利用符号计数的方法.

计算机采用的数制:二进制.

进位计数制:按进位原则进行计数.

用“(F和“1”两个基本符号(即基2码)来编码表示：

(1)基2码在物理上最容易实现。

(2)基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。

(3)基2码的两个符号“广和“0”正好与逻辑数据“真”与

“假”相对应，为计算机实现逻辑运算带来了方便。

ChaDterl:ComDiiteiBasics

工Digits（数）［一

>A.Decimal（十进制）（0—9）

■B.Binary（0-1）

■C-Octal（八进制）（0—7）

■D.HexadecimaK十六进制）

■（0—9,A,B,C,D,E,F）

2.PositionalNotation（位计数法）

■Example1:

Decimal132

1（百位）3（十位）2（个位）

hundredstensunits

positionpositionposition

power（幕）1010110°

weight（权）100101

InabaseNnumbersystem,theradixis

N（基数）andtheexponent（指数）（i）

meanstheposition.

Example2:

Binary101

101

power（塞）22212°

weight（权）421

Numericvalue1*22+0*21+1*2°

Inabase2numbersystem,the

radixis2（基数）andtheexponent（i

（指数）meanstheposition.

ChaDterl:ConwuterBasics

1・2・工无符号数的表示方法

一、进位数制

■工、十进制

■2、进位数制的通用表示

n11

按权展开式：NR=dn.1xR-+dn.2xRn2+…+dxxR

10m

+doxR°+d-pcR-+CIQXR+....+d.mxR'

3、二进制

1001.11B=lx23+0x22+OxZ1+1x20+IxZ^lx22

1・2・工无符号数的表示方法

4、十六进制(0123456789ABCDEF)

328.BAH=3xl62+2xl61+8x16°+11X161+10xl62

■5、八进制(01234567)

327.56O=3x82+2x81+7x8°+5x81+6x8」

1・2・工无符号数的表示方法

■二、进制之间的转换

工、任意进制转换十进制：按权展开相加求和，计算出数值

ConversiontoDecimal

■Example:

■Hexadecimal:E6A.C2H

■Decimal:

E*162+6*161+6*160+C*161+2*162

=14*162+6*161+6*160+12*161+2*162

=3690+0.75+0.0078125

=3690.7578125

1・2・工无符号数的表示方法

2、十进制转换任意进制

转换方法：整数部分：除基数取余法

小数部分：乘基数取整法

1・2・工无符号数的表示方法

■(1)十进制转换二进制*第一次得到的有效

215.6875余数

LSD数字是二进制的最

212151低有效数字，最后

211071

2|531得到的余数是二进

0

1制的最高有效数字。

0

1MSD

1

!□[

11010111B

O

1・2・1无符号数的表示方法

__________

啰力十进制转换二进制

〜^6875*第一次得到整数为

最高位。

整数小数

如若永不为0则根据

^,6875X2=1.375H10.375精度要求截取一定

的位数

0.375X2=0.7500.75

°0.75X2=1.5010.50

0.50X2=lV1.1O11B

1.2.1无符号数的表示方法

■2）十进制转换十六进制

规则与转换为二进制相同，不同之处:

练习:

213.54D转换为2进制।——>11010101.1B

213・54D转换为8进制[=>325.4Q

¥

1.2.1无符号数的表示方法

■3）二进制转换十六进制

■整数部分以小数点为起点向左每四个位对应一位

十六进制数，最后不足四位前面补0,

■小数部分以小数点为起点向右每四个位对应一位

十六进制数，最后不足四位后面补0,

□10111111100.11001000

5FAA8

^^^^^hagter^^omgute^Basics

1,2,工无符号数的表示方法

■3、十六进制转换二进制

■每一位十六进制的数字转换为四位二进制数

3AC.B7H

3AC.B71H

o(inloioiiloo.1^110111B

L2.2带符号数的表示方法

一、机器数与真值

字长：衡量计算机运算精度的指标，在计算机完成一次

运算和处理所对应的一组二进制的位数，位数越多

处理精度越高。

机器数:用二进制表示有符号数，用最高位表示符号，

其余为数值，这样一组连同符号一起编码化的二进

制数称为机器数.

机器数的真值:机器数所代表的数值大小称为机器数

的真值。

L2.2带符号数的表示方法

D7Q6।D5Q4D3Q2DO

无符号数

数值位

最小值00000000

1~111~1~1~1~1

最大值

无符号：OOH---FFH(0--255)

L2.2带符号数的表示方法

4JD6D5D4D3D2DIDO

一］为负数数值位

符号位

Y-0为正数

负最大值

1111111

正最大值l°o1111111

有符号：FFH--7FH(-127—+127)

L2.2带符号数的表示方法

机器数:用二进制表示有符号数，用最高位表示符号，其余为数值,

这样一组连同符号一起编码化的二进制数称为机器数.

机器数的真值:机器数所代表的数值大小称为机器数的真值。

L2.2带符号数的表示方法

二、机器数的原码、反码与补码

(凶原，凶反，凶补)

工、原码

在机器数中最高位为符号位，其余的位为该数的绝对值。

特点(1)最高位为符号位，正数为0,负数为1；

(2)原码表示数的范围8位二进制原码：-127〜+127

16位二进制原码-(215-1)〜+(215-1)

(3)。的原码表示方法［+0］原=00000000B

［-0］原=10000000B

L2.2带符号数的表示方法

D7D6D5D4D3D2DIDO

^^^^^^hagter^^omgute^Basics

1.2.2带符号数的表示方法—

二、机器数的原码、反码与补码

求原码（以字长位8计算）

[+42]原=00101010B

[-42]原=10101010B

求原码（以字长位8计算）

[+127]原=

[-127]原=11111111B

求原码（以字长位16计算）

[+42]原=0000000000101010B

[-42]M=1000poopoom1Q1QB

求原码（以字长位16计算）

[+127]原二000000000111111B

[-127]原=1000000001111111B

^^^^Chagter^^omgute^Basics

原码的严格定义:

设机器字长为n,连同符号一起用n位二进制数表示。

原码表示的范围・（21・工）——（2止工・工）

定义：机器字长为n,原码定义

XOWXW2kLi

[X]='

2"rl+|X|-（2-4）WXWO

原码表示范围一（2管-1）〜+（2E-1）

10000000

原码编码简单直观，与真值转换方便。但也带来一些麻烦：

(1)0的表示不唯一，有二义性给机器的零的判断带来麻烦。

(2)不便于进行加减运算。

^^^^^^Chagter^^omgute^Basics

2、反码：正数的反码与原码相同，负数的反码，符号

位不变，其余各位按位取反。(求反规则)

反码特点：

(1)反码表示法中，最高位仍为符号位，正数为0,负

数为1

(2)。的反码表示方法［+0］反=00000000B

［-0］反二11111111B

(3)反码范围：字长为8时，-(27-1)~+(27-1)

(-127〜127)

求反码（以字长位8计算）

［+42］反=［+42］原=00101010B

［-42］原=10101010B

042］反=IIOIOI^OIB

求反码（以字长位［6计算）

[+42]反=[+42]原=0000000000101010B

[-42]反二1111111111010101B

[x%OWXWKT—I正数

凶反=”

(2in-l)-|X|-(2^-1)WXWO负数

3、补码：正数的补码与原码相同，负数的补码等于反

码加工（求补规则）（即，符号位不变，各位取反加工）

求补码（以字长位8计算）

[+42]补=[+42]原=00101010B

[-42]补=[-42]反+1=11010101B+1

11010110B

3、补码：正数的补码与原码相同，负数的补码等于反

码加工(求补码规则)

补码特点:

(1)补码表示法中，最高位仍为符号位，正数为0,负数为1

(2)。的补码表示方法有一种[+0]补」-0]补00000000

(3)补码范围：字长为8时，-(27)~+(27-1)

(-128~+127),十六位(・32768〜+32767)

(4)注意：对于8位二进制数10000000在补码中定义为『128]

在原码中定义为卜0],在反码中定义为『127],十六位规则相同。

补码定义：若字长为n位，某一个数x,其|X|<2。

XOWXWL-1

[X]=.

，7-1x|-本9<。

n位补码表示范围一2.匚(2^-1)

L2.2带符号数的表示方法

关于补码应注意的几个问题：

(1)在微机中所有带符号的数据都用补码表示。一个数据是带符

号是还是不带符号是事先已知的。

(2)当求补码的真值是，若最高位为0,,其余7位是二进制的数

值，若最高位为1(负数)，需要其余7位求反加工。

(3)采用补码的目的在于用加法运算代替减法运算，从而简化硬

件结构，降低成本。

(4)补码运算时，符号位不需要单独的处理，一起参与运算，只

要不发生溢出的情况，运算结果总是正确。

三、补码与真值的关系

工、正数补码的真值[X]真=[X]补

2、负数补码与真值的关系

定义：求补运算：对于有符号的二进制数，包括符号位

在内，所有位全部取反再加工，这种运算叫求补运算

（注意区别一个数的补码。）

对负数补码进行求补运算，既可以得到补码对应真值

（原数）的绝对值。

|X|=[x]#+l,[x]补表示对补码进行所有位取反运算。

三、补码与真值的关系

［例］,［8］求8位补码on工iniB的真值

L设［X］补=0111求［X］真

因为"］补=［+［27］,符号位为0,是正数，所以［X］真

=+127D

绝对

值

2.设[X]补=100000(HB,求[X]真

[X]#=10000001B,符号位为工，是负数，所以

|X|=[X]5b+1=01111111=+127,[X]<=-127

绝对

值

Chapter］：

四、补码的运算；

带符号数都用补码表示

工、补码的加法

规则：和的补码等于补码之和。设X+Y=Z,贝WX］补

+［丫］补=［X+Y］补=［Z］补，X,Y正负数都可以。

例子设X=+64,Y=-10,求X+Y=?

X=01000000B01000000=[X]补

Y=10001010B+)111101[0=[丫]补

nqoono[[o=[+54]补

工、补码的加法

结论：不论被加数还

例子设X=-56,Y=-66,求X+Y=?

是加数是正数还是负数,

直接用补码相加（包括

11001000=卜56］补符号位）结果不超出补

+)10111110二卜66］补码的表示范围，结果就

正确。最高位向更高位

11000~0140={-：122］补

的进位，由于机器的字

长的限制而自动丢失，

不会影响结果的正确性。

2、补码的减法

规则：补码的减法，可以变成补码的加

法。差的补码变成第一个数的补码与第

二数有符号的变性之后的补码相加。

补码运算的优点

计算机利用补码运算规则，将带符号用补码表示有诸

多优点。

其一用补码相加运算可以代替原码相减运算，从而简化硬

件结构；

其二负数补码的转换可用求补运算实现；

其三带符号数与无符号数的加法运算可以用同一电路完成,

只要结果不超出数值表示范围都是正确的。

五、带符号数溢出及其判断的方法

1、带符号数的表示都一定的范围，如8位的原码，反码、补码的表

示范围：

原码：-127------+127(FFH-7FH)

反码：-127...........+127(80H-7FH)

补码：-128——+127(80H-7FH)

当8位带符号数的运算结果超出以上的范围时，就会产生溢出。

所谓溢出：运算结果超出补码表示的范围，就叫补码溢出，简称溢

出，溢出时，带符号数的运算结果必然是错误的。

五、带符号数溢出及其判断的方法

例：X=+64D,Y=+65D,X+Y应为正数129,超出127这个范围,

必然出错。

0100000+64补

+)01000001+65补

10000001

最高位1,是T,二卜127］补，显然出错。

五、带符号数溢出及其判断的方法

例：X=-lll1111,Y=-0000010,X,Y者B是负数

10000001B=^>-11111111B#

+)1111lllOB^-0000010B#

101111111B

自然溢出1,8位数的最高位即符号为0,这也显然不对。

五、带符号数溢出及其判断的方法

2、溢出的判断方法

溢出只能出现在两个同符号数相加或不同符号数相减的情

况下。，判断溢出的方法有多种，利用双位法判断有无溢

出是一种常用的方法他的规则是：

（1）如果次高位向最高位有进位（或借位），而最高位

向前无进位（或借位），则结果发生溢出。

（2）反过来，如果次高位向最高位无进位（或借位），

而最高位向前有进位（或借位），则结果发生溢出。

ChaDterl:ConwuterBasics

五、带符号数溢出及其判断的方法

D7D6D5

注意：在微机

中，为防止溢

出可以采用多

字节

OF=CF®D6CF

OF=1B表示有溢出，OF=0表示无溢出。

六、偏移码：偏移码是补码的变形

偏移码的最高为符号位，符号位为工表示正数，为。表

示负数。

求一个数的偏移码：先求出二进制的补码，然后把符号

位取反。

偏移码是将真值在数轴上向正方向平移了2酎工。对于8位数

偏移了27=128

(+5)#=00000101(+5)^=10000101

(0)补=00000000(0)移=10000000

(-128)#=10000000(-128)移=00000000

1.2.3数的定点表示与浮点表示

在计算机中涉及小数点位置时，常用的数据表示格式

有两种，即定点表示法与浮点表示法。

一\定点表示：

任何一个二进制数都可以表示成一纯整数或一个纯小数与一个2的

整数次幕的乘积形式。其中）N=2PXS

S表示了N的全部有效数字，称为N的尾数，P为N的阶码它指明了

小数点的位置，2为阶码的底。P、S都用二进制表示的数。

十进制2567.67=256767xlO2=0.256767X104

L2微型计算机的运算基础

1.2.3数的定点表示与浮点表示

1■定］或薮N=2PxS

当P=0,尾数S为纯整数时，定点数只能表示整数。

符号二进制数

・小数点

数符尾数S为纯整数在最低

位后

通常数0表示正数，1表示负数

0aDterl:ConwuterBa3cs

-1.2.3数的定点表示与国

对于字长为n位的

无符号整数范围

0=<x<=2n-l、

V.I」

:对于字长为n位的定点整数范围0=v|格=2n-i-1

1.2.3数的定点表示与浮点表示

2•定点小数N=2PXS

当P=0,为尾数S为纯小数时，定点数只能表示纯小数。

符数号六【二进制数^小数

小

数点

高

在

最

位

前

1.2.3数的定点表示与浮点表示

对于字长为n位的定点小数范

围0=V|X|<=1-2"⑴1)

0.1111=1-0.0001=1-2・4

-:L2微型计算机的运算基础

1.2.3数的定点表示与浮点表示

如果运算结果超出计算机所能表示的最大

绝对值称溢出，需进行溢出处理；运算结果小

于计算机所表示的最小值，则计算机把它当做

0处理。

定点整数或定点小数，所允许表示的数值有限,

运算精度低，但对硬件的要求简单。

Chanter1:ComnuterBasics

1.2.3数的定点表示与浮点表示

二、二进制浮点表示法N=2PxS

PfPSfS定点小数

阶符阶码尾符尾数

届轮百而二二不薄百薮7i)=wMSs,=

;数的精度；(2)阶码通常用整数，指出小数点在数

，据中的位置，决定了浮点数的表示范围，

：(3)尾符的正负决定了整个数的正负，阶符的正负

［决定了小数点是左移还是右移。

-anMM**MM■■■4E*MF-an*-MHMBMB"■■>'aar-0■—MB-«■»-MB-4E-^■»-MBBE■■■r-■*---«■»-w»-—M*-MBasMB«MMB■■•asMIamMB■■»MB--

x2y数的荒看表示写容飞表示

=HSftiSSX^£N=2pxs..................=-

III==================================================1

一般阶码用补码表示，便于指数的加减运算，尾数可取补

码或原码，但常用原码表示，便于乘除运算。

»若阶码有m位，不包括阶符，尾数为k位不包括尾符可

表示最大数的绝对值为：阶符为正，阶码和尾数各个二进

制位全为工

km

|N|max=(l-2)X2P(P=2-1)

01110或11111

«2B==M―M-SM--4™r—=Bk、;

1.2.3数的定点表示与浮点表示

二、二进制浮点表示法N=2PXS

»可表示最小数的绝对值为：语符为负，阶码为全工，羹

数最低位为工，其余为0。

km

|N|min=2'x2P<P="(2-l)}

11110或10001

~W^■■XV■■■»x*»«，-_

A浮点数的小数点是不固定的，在运算时，要对阶，且按大的阶对

阶，否则可能丢失数字的有效位而引起误差。

>“规格化”形式表示浮点数：若是原码尾数，最高位尾数为1,

如0.000101*25规格化后=0.101*23

»若补码尾数，则正数的最高尾数为工，负数的最高尾数为0,既尾

数的最高位与符号位相反。

»在浮点数表示时，当一个数的阶码大于机器所能表示的阶码时，

产生上溢，机器转入溢出中断处理，当一个数的阶码小于机器所能

表示的阶码时，产生“下溢”出，机器一般作为机器0来处理。溢

出实际上是阶码的溢出。

0.101*23+0.0004*24=0.0101*24+0.0004*24

-:L2微型计算机的运算基础

tdl：菊5三进帝帽i丽

所谓二进制信息编码是指用二进制代码来表示计算机

所要处理的信息，一般表示为若干二进制代码的组合。

在计算机中所有的数字、字母、符号、操作命令

都是用特定的二进制编码来表示的。

1___A________Y_________________AT1•

一：1・2微型计算机的运算基础

L2.4计算机中二进制信息编码.

一、二进制编码的十进制数(BCD码)

0一10000--1111

0000—1001

这种二进制编码表示十进制数简称为BCD码，BCD采用4位

编码，4位一组表示工位十进制数。

如：324.98DIII324.98

^^(001100100100.10011000)BCD

_____A________Y_________________A_____T1_•___

一：L2微型计算机的运算基础

||1・一4计算机中二进制信息编目二］

一、二进制编码的十进制数（BCD码）

BCD码与二进制之间的转换：不能直接实现。

BCD^^二进制：

先转成十进制，十进制再转成二进制。

二进制BCD：

先转成十进制，十进制再转成BCD码

-:L2微型计算机的运算基础

L2.4计算机中二进制信息编码

一、二进制编码的十进制数（BCD码）

BCD码简化人机联系，但比纯二进制效率低，对与

给定的十进制数，用BCD编码表示，要比用二进制

编码表示用到的位数要多，数字电路相应复杂。

BCD码两种形式（工）压缩BCD编码，4位二进

制表示一位十进制。

（2）非压缩BCD编码，1个字节（8位）二进制

表示一位十进制。

_____A________Y_________________A______T1_•___

一：1・2微型计算机的运算基础

||1・24计算机中二进制信息编^0

二、字母与符号的编码

最广泛常用的ASCII(Americanstandardcode

forinformationinterchange):

由7位二进制代码组成，表示27=128种不同的字符符

号与操作命令。

III

L2.4计算机中二进制信息:编码III

III

二、字母与符号的编码

在计算机系统中数据传输的基本单元是字节，1个字节是8位,

ASCH码用低7位，最高位b7用奇偶校验，检验传输的正确与

否。

偶校验：包括校验位在内，把ASCII码所有“1〃的个数配成

偶数个。

奇怪校验：包括校验位在内，把ASCH码所有“1〃的个数配

成奇数个。

b7b6b5b4b3b3b2blbO

0110011

1_____A______..____________/______•______________.

一：1・2微型计算机的运算基础।

||1・一4计算机中二进制信息编码一」

三、汉字编码

工、汉字输入编码

(1)数字编码■国标区位码。无重码，机内码交换简单，

缺点代码难记。

(2)拼音码，熟悉汉语拼音即可用，重码多，需要进行选择,

影响输入速度。

(3)字型码，按字型编码，五笔字型码。

-AY----------------------------/_-•

一：1・2微型计算机的运算基础

,24计算机中二进制信息缄迎

三、汉字编码

2、国标码与汉字机内码

GB2312-80国家标准汉字编码。

汉字机内码：是汉字在计算机内部存储、运算、处理的代码,

用两个字节表示。

1.3微型计算机的系统组成

■1.3.1微型计算机的系统组成

1、硬件系统：

五部分：CPU存储器、输入设备

输出设备

2、软件系统：系统软件，应用软件

一1.3微型计算机的系统组成

■1.3.1微型计算机的系统组成

一、微型计算机的硬件系统

存储器

输

输

输

入

入运算器输

出

接

设出

设

口

备控制器接

备

口

寄存器阵列

微处理芯片

-1-3.1微型计算机的系统组成

一、微型计算机的硬件系统

工、MPU或CPU

运算器：对信息进行加工处理的逻辑部件。

控制器：包括指令寄存器、指令译码器、定时控

制电路。

内部寄存器阵列：专用寄存器、通用寄存器

1.3微型计算机的系统组成

■1.3.1微型计算机的系统组成

2、存储器

微机中存储和记忆的装置，用来存储数据、程序、中

间结果和最终结果

(工)内存：主存储器，按工作方式分RAM与ROM

(2)外存：辅存，外存的程序必须调入内存，CPU

才能执行。

(3)内存单元地址和内容：内存用来存储数据和程序。内

部存储器由一个个的基本存储电路构成。

微机规定，每个存储单元可以存放8位二进制数，称为一个

字节(Byte)o

内存容量：就是它所含内存单元的数量，也就是存储器存

储信息量的大小。

1KB=21OB=1O24Byte

1MB=22OB=220Byte1兆字节

1GB=23OB=230Byte工吉字节

1TB=24OB=240Byte1特字节

s

g

s

u

M

』

2

n

a

u

ol

。

ChaDterl:ConwuterBasics

存储单元的地址:

为区分不同的存储单元，按一定规律和顺序对每个存储

单元进行排列编号，这个编号称为存储单元的地址。地

址从0开始，依次加1。

在机器里，地址用二进制表示，为无符号整数，书写格

式用十六进制。对于每一个单元地址是唯一的，按存储

单元的地址进行译码，从而唯一的找到存储单元，对该

单元进行读写，这个过程就是对内存寻址。

(00029H)=F9H30页图

P

1.3微型计算机的系统组成

・1.3.1微型计算机的系统组成

(3)内存的基本操作：

读操作：从存储单元取数据。非破坏性。

写操作：把数据装入存储单元。破坏性。

1.3微型计算机的系统组成

・1.3.1微型计算机的系统组成

3、输入设备(inputdevice)与输出设备(output

device)

二者合称外部设备，简称I/O设备。

4、输入输出接口（I/O）：CPU与外设之间信息传递的

桥梁。

4

存

llgfl麒

、微型计算机硬件系统的连接结构

2、数据总线DB

双向，三态控制。用于在CPU与存储器和I/O接口之间传递

隹自

3、标制总线CB

三态控制，用于传送各种控制信号、时序信号和状态信息。

CB中每一根线都有一在种固定的作用和方向，有的是CPU发

出的信号，如读、写信号，有的是外部向CPU发出的请求信号,

如中断信号，每一根线方向是单一的，但总体上看是双向的。

1.3微型计算机的系统组成

二、微型计算机的软件系统

系统软件应用软件

L3微型计算机电系统组成

L3.2微型计算机的分类

1、微型计算机：简称MC,以微处理器为核

心，通过BUS把I/O接口电路、CPU以及ROM、

RAM有机结合在一起，构成一台微型计算机。

按字长分，1、4、8、16、32、64位机。

(1)单板机

(2)单片机

(3)多板机

(4)个人计算机

L3.2微型计算机的分类

微型计算机系统

2、微型计算机系统

微处理器

输入输出

接口电路

外部设备软件

1,3.2微型计算机的分类erBasics

3、多媒体计算机

能处理和提供图文声像等各种媒体形式信息、

既有多媒体功能的计算机系统，称为多媒体

计算机。

^^^Oiagter^^oingiite^Basics

1.4处理器的内部结构及微机的工作过程

1,4.工典型微处理器的内部结构

CPU结构：

工、运算器

2、控制器

3、内部寄存器阵列

4、输入输出控制逻辑

二、典型微