微机原理第01章(概述).ppt

1、上午2时35分,微型计算机原理与接口技术,上午2时35分,2,什么是微型计算机,以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件控制器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统 微处理器（Microprocessor） 微型计算机（Microcomputer）,上午2时35分,3,学习微机原理的目的、意义,重要的专业基础课 应用普及深入到社会的各方面 通过学习，达到将手伸到计算机内部，了解其工作原理，揭开其神秘面纱的目的（复杂而不神秘） 深入了解计算机及外部设备的工作原理和编程方法，提高自己的计算机应用水平，特别是低层的应用和编程水平(象驱动、控制),上午2时35分,4,学习并掌

2、握先修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真看书、消化记忆、完成作业 实验：充分准备、细心实验 成绩：期末考试成绩60%+实验内容30% +平时成绩10%,学习方法建议,上午2时35分,5,第一章 微型计算机基础,1.1 计算机中的数制与码制 1.1.1 计算机中的数制 1、 数的位置表示法（进制计数制）,基数,数码,权,678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2,上午2时35分,6,第一章 微型计算机基础,N=an-1xn-1an-2xn-2a0 x0a-1x-1a-mx-m,x进制数N可表示 为：,x进制数用 x个基本符号（例如0，1，2，x-1）表

3、示数值,上午2时35分,7,二进制优点：物理上容易实现，运算简单， 可靠性高、适合逻辑运算,例1-1 （1） 二进制数 10011.11B=124023022121 12012-112-2=19.75 （2） 八进制数 7345.6Q=783382481580 68-1=3813.75 （3） 十六进制 4AC6H=41631016212161 6160 =19142,上午2时35分,9,2. 制间的转换,（1） r 进制转化成十进制 r 进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加 例： 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)

4、=82+1=65 71(O)=78+1=5 101A(H)=163+16+104106,进制表示符号 B 二进制 O八进制 D十进制 H十六进制,（2）十进制转化成 r 进制,100(D)=144(O)=64(H),例 100.345(D)=,.01011(B),1100100,高位,低位,高位,低位,整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。,上午2时35分,11,（3） 二进制、八进制、十六进制数间的相互转换,1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5 11 0110 1110

5、.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 E D 4,一位八进制数对应三位二进制数 一位十六进制数对应四位二进制数 二进制转化成八(十六)进制) 整数部分：从右向左按三(四)位进行分组 小数部分：从左向右按三(四)位进行分组 不足补零,上午2时35分,12,1.1.2 计算机中的码制及补码运算,数有正负之分，为了表示正负数计算机中引入了码制的概念。常用的有原码，反码，补码和偏移码 机器数,符号位 “0”表示正 、 “1”表示负,机器数：在机器内存放，用“0”和“1”表示正负的数 真值数：在机器外部，用“+”和“-”表示正负的数,上午2时35分,13,原码就是用最高位表示数的正、负号，

6、0表示正，1表示负，而数值部分用最高位以后的若干位来表示。 例 设机器的字长为8,例：二进制数 + 1000110的原码表示为：01000110,二进制数 1000110的原码表示为：11000110,1 原码,例1-5 设机器字长为n=8时，试求+0、+6、+127、-0、-6、-127 的原码 解： +0原=00000000 -0原=10000000 +6原=00000110 -6原=10000110 +127原=01111111 -127原=11111111 正数：原码与相应的二进制数完全相同； 负数：二进制数的最高位一定是“1”，其余各位是该 数的绝对值。 零：有正零和负零之分。 原码

7、表示法最大优点：简单直观，但不便于加减运算。,上午2时35分,15,原码变反码的规则为：正数的反码与原码相同；负数的反码是将它的原码除符号位外逐位取反。 例：机器的字长是 8 则：,二进制数 1000110的反码表示为：10111001,二进制数 + 1000110的反码表示为：01000110,2反码,上午2时35分,16,减法运算变成了加法运算(十二进制按位加) 3+10=1 （时针经过12点时自动丢失一个数12） 相当于 3-2=3+(-2)=1 10与-2有什么关系？ 自动丢失的一个数12是什么？ 数学上把12这个数叫做“模” 10是（2）对模12的补码 在模12的条件下，负数就可以转

8、化为正数，而正负数相加也就可以转化为正数间的相加。 补码的概念：,3 补码,上午2时35分,17,减法运算变成了加法运算： 2+9=1 （十进制数按位加时自动丢失一个数10） 相当于 2-1=2+(-1)=1 9与-1有什么关系？ 自动丢失的一个数10是什么？ 数学上把10这个数叫做“模” 9是（1）对模10的补码 在模10的条件下，负数就可以转化为正数，而正负数相加也就可以转化为正数间的相加。,上午2时35分,18,28=1 0000 0000 |-127|=0111 1111 28-127=1000 0001,上午2时35分,19,补码的取码原则是：正数的补码和其原码相同；负数的补码是它的

9、原码除符号位外逐位取反（即0变1，1变0），最后在末位加1。,例：二进制数 + 1000110的补码表示为：01000110,二进制数 1000110的补码表示为：10111010,3 补码,上午2时35分,20,偏移码主要用于模数转换过程中，若被转换数需参加运算，则仍要转换为补码。 设机器字长为n，数x的移码为x移，则移码的定义如下： （15） 例1-8 设机器字长为n=8时，试求-128、0、+127的偏移码。 解： -128移=00000000 0移=10000000 +127移=11111111,4、偏移码,上午2时35分,21,在计算机中带符号二进制数通常采用补码形式表示。补码有两个

10、主要特点：一是可以使符号位与数一起参加运算；二是将两数相减变为减数变补后再与被减数相加来实现。 加法规则： X+Y补=X补Y补 减法规则： X-Y补=X补-Y补 其中，-Y补称作变补运算，可以用Y补再作一次求补运算即可得到。,5、补码运算,例1-9 X=64-12=52 （字长为8位） X补=64补十-12补 64补=01000000B -12补=11110100B 01000000 11110100 1 00110100 自然丢失 由于字长为8位，最高有效位的进位自然丢失。其结果为（52）10的补码 计算机中为什么采用补码进行加、减运算？,例l-10 X=34-98 = -64 （字长为8位

11、） X补=34补+-98补 34补=00100010B -98补=10011110B 00100010 10011110 11000000 和的最高位是1，表示结果为负数，其结果为（-64）10的补码。,上午2时35分,24,微型机中常用的溢出判别法：双高位判别法 Cs：如最高位（符号位）有进位，CS=1，否则，CS=0。 CP：如次高位有进位，CP=1，否则，CP=0。 判别法则： 无溢出：若最高位进位Cs 和次高位进位Cp相同 同为0或同为1 有溢出： Cs 和Cp相异。当CSCp=1时，表示有溢出，否则无溢出产生 正溢出： CS=0，CP=1 负溢出： CS=1， CP=0,6、溢出判别

12、,例1.11 试判别下列二进制补码运算溢出的情况（字长为8位） （1） 92+105 （2） （-115）+（-87） （3） 35+55 （4） （-15）+（-67） （1）解： 0 1 0 1 1 1 0 0 92 0 1 1 0 1 0 0 1 105 0 1 1 0 0 0 1 0 1 -59（结果为负） CS=0 CP=1 正溢出，结果出错,上午2时35分,26,可见上述两个正数相加，运算结果的数值部分有进位，即CP1，而符号位无进位，即CS=0。按上述判别方法可得，这种溢出为“正溢出”。 （2）解： 1 0 0 0 1 1 0 1 -115补 1 0 1 0 1 0 0 1 -8

13、7补 1 0 0 1 1 0 1 1 0 54 CS=1 CP=0 负溢出，结果出错 可见上述两个负数相加，运算结果的数值部分无进位，即CP0，而符号位有进位，即CS=1。按上述判别方法可得，这种溢出为“负溢出”。,上午2时35分,27,（3）解： 0 0 1 0 0 0 1 1 35 0 0 1 1 0 1 1 1 55 0 1 0 1 1 0 1 0 90 CS=0 CP=0 无溢出 可见两个正数相加，若和小于2n-1时，必有CS=0，CP=0，则无溢出发生。,上午2时35分,28,（4）解： 1 1 1 1 0 0 0 1 -15补 1 0 1 1 1 1 0 1 -67补 1 1 0

14、1 0 1 1 1 0 -82 （结果求补） CS=1 CP=1 可见两个正数相加，若和的绝对值小于2n-1时，必有CS=1，CP=1，则无溢出发生。 一个正数和一个负数相加，和肯定不溢出。此时，若和为正数，则CS=1，CP=1；若和为负数，则CS=0，CP=0。请读者自己验证。,上午2时35分,29,1.1.3 计算机中的小数点问题,1、定点表示法 小数点在数中的位置是固定不变的，通常有两种，即定点整数和定点小数。,上午2时35分,30,1.1.3 计算机中的小数点问题,2、 浮点表示法 将二进制数N表示成如下形式： N=S2J （1.6） 该表达式在计算机中表示为： S： 称作尾数，表示全

15、部的有效数字，一般以纯小数 表示； Sf： 尾符，即浮点数的符号； J： 阶数，它与阶符一起来决定小数点的实际位置； Jf 阶符，即阶数符号；,上午2时35分,31,例,110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11,N= 数符尾数2阶符阶码 尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围,规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。,定点整数,定点小数,上午2时35分,32,例1-13：设字长为16位，其中阶符1位，阶码4位，尾符1位，尾数10位，阶码和尾数都用补码表示。要求写出X=-101101.0101

16、B的规格化浮点表示形式。 解：首先把X写成规格化的浮点真值数：X=-0.10110101012+110 +110补=00110 -0.1011010101的定点纯小数补码=10100101011 则规格化的浮点补码数如下：,0110,0,1,0100101011,上午2时35分,33,浮点数应用中必须注意两个问题, 浮点数的规格化 规格化的浮点数可以保留最多的有效数字。浮点数规格表示结果如下： 对浮点二进制正数，其尾数数字部分的最高位必须是1。 对浮点二进制负数，其尾数数字部分的最高位必须是0。,上午2时35分,34,浮点数应用中必须注意两个问题, 浮点数的对价原则 在运用浮点数进行加减时，两

17、数的阶码必须取得 一致，否则不能进行加减运算，对阶原则如下： 1）以大的阶码为准对阶。 2）对阶后数的大小不变（在精度允许范围内），对 阶规则是： 阶码每减少1，尾数向左移一位，阶码每增加1，尾数向右移一位。 定点与浮点表示法各有哪些优缺点？,上午2时35分,35,1.1.4 计算机中信息的编码 信息编码：十进制数的二进制编码、字符信息的编码和汉字编码。 1、十进制数的二进制编码 由四位二进制数来表示一位十进制数。称作BCD码 1） 8421码：四位二进制数的权分别为8、4、2、1的BCD码 324.6 对应的8421BCD码是 0011 0010 0100. 0110 2） 2421码：四位

18、二进制数的权分别为2、4、2、1的BCD码 724.6 对应的2421BCD码是 1101 0010 0100. 1100 3）余 3码：将 8421码加上 0011。余3码也是一种自补码， 对各位取反就得到它的9补码。 825.7 对应的余 3码是 1011 0101 1000. 1010,上午2时35分,36,2、字符信息的编码 字母、数字和符号等各种字符按特定的规则用二进制编码在计算机中的表示。 在微型机中表示字符的常用码制是ASCII码，它是美国信 息交换标准码（American Standard Code for Information Interchange） 它能用6位、7位或8

19、位二进制数对字符编码。 7位ASCII码可表示128种字符，它包括52个大、小写字 母、09十个数字和控制符号 8位ASCII码是在7位ASCII码基础上加一个奇偶校验位而 构成。 奇偶校验码，是对每一组二进制编码配置一个二进制位 （称为奇偶校验位），通过将该位置“0”或置“1”而使每组二进 制编码中“1”的个数为奇数（即形成奇校验码）或偶数（即 形成偶校验码）。 奇偶校验码中，校验位只用来使每组二进制编码“1”的个 数具有奇偶性,上午2时35分,37,3、汉字编码 汉字编码的类型有四种： 外部码、内部码、交换码和输出码。 （1） 外部码 每个汉字对应一个外部码。对同一个汉字不同的输入方法其外

20、部码也不相同。目前外部码大致可分为四种类型：数字码、音码、形码和音形码。 （2）内部码 每个汉字对应一个内部码。同一汉字的内部码是唯一的。内部码通常反映了汉字在字库中的位置。 （3）交换码 用于计算机之间或计算机与终端之间交换信息。该标准编码字符集共收录汉字和图形符号7445个。 （4）输出码 同一汉字的输出码因选择点阵的不同而异。目前常用的汉字点阵有：1616、2424、3232、4040、4848、6464、7272、9696、108108等。,上午2时35分,38,1.2 微型计算机的组成,1.2.1 微型计算机的结构 微处理器、微型计算机、微型计算机系统的含义和它们之间的关系。,图1-

21、1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系,上午2时35分,39,1、微处理器 CPU：算术与逻辑运算部件、控制器部件、累加器与寄存器 和内部总线4部分组成,图1-2 微处理器内部结构框图,上午2时35分,40,2、微型计算机 微型计算机： CPU、存储器、输入和输出接口电路和系统总线,CB控制总线,3、微型计算机系统 微型计算机、系统软件和外设,图1-3 微型计算机,上午2时35分,41,1.2.2 个人台式计算机的硬件构成实例,图1-4 个人台式计算机的外观组成,上午2时35分,42,图1-5 主机的内部组成,上午2时35分,43,图1-6 主板的组成,1、主板,上午2时35分,44

22、,2、中央处理器CPU,图1-7 CPU,上午2时35分,45,3、内存储器,图1-8 内存条,上午2时35分,46,4、外存储器 外存储器包括硬盘、软盘、光驱等设备。 （1） 硬盘,图1-9 硬盘,上午2时35分,47,（2） 软盘,图1-10 软盘驱动器,上午2时35分,48,（3）光盘存储器,图1-11 光盘驱动器,上午2时35分,49,5、显示卡、声卡、网卡,图1.12 显示卡,图1-12 显示卡,6、显示器、鼠标、键盘、机箱,上午2时35分,50,1.3.1 模型计算机 1、 模型计算机CPU的结构,图1-13 模型计算机的CPU结构,1.3 计算机的基本工作原理,上午2时35分,51,地址寄存器AR定为8位，可寻址256个单元，模型计算机存储器由256个单元组成。,图1-14 模型计算机的存储器结构,2、 模型计算机的存储器结构及其操作,上午2时35分,52,存储器中的两种操作：读操作和写操作。 （1）读操作,图1-15 存储器读操作示意图,上午2时35分,53,（2）写操作,图1-16 存储器写操作示意图,上午2时35分,54,3、总线 4、模型计算机的指令与指令系统 指令：计算机能实现