第1章 微机原理.ppt

1、1,第1章 微型计算机概述,主要内容： 微型计算机系统简介 计算机中的数据表示及编码,2,一、微型计算机系统,3,主要内容,微型计算机的特点与发展 微型计算机的工作原理 微型计算机系统的基本组成,4,20世纪 4050年代后期,电子管5000-1万次 ENIAC电子数字积分计算机,晶体管 10几万次,中小规模IC 10几万数百万次,20世纪 5060年代中期,20世纪 60中70年代初期,20世纪 70年代初、中期,大、超大规模IC 数千万百亿次,计算机发展过程,计算机发展以器件更新划代,1.微型计算机的特点与发展,此时，半导体存储器迅速取代磁芯存储器，并大容量、高速度。此后，存储器芯片集成度

2、大体上每三年翻两番。 1971年Intel 4004， 1999年750万个管Pentium。,5,一代 70年代初,二代 70年代,三代 70年代末80年代初,四代 80年代,微型机发展过程,时间,五代 90年代,4004 (8008 - 8位),第一台个人电脑 8080 (Z80,MC6800),8位,4位,32-64位,16位,32位,1973-74,1971-72,1978,8086 M6809和Z8000 82年80286及8031,80386 80486 (M68020),1993 Pentium准64位 1995年11月 Pentium Pro。 1997年1月 Pentium

3、MMX 此后 P/4,1985,1993,Pentium,1.微型计算机的特点与发展,微型机发展过程,1.微型计算机的特点与发展,一代 70年代初,二代 70年代,三代 70年代末80年代初,四代 80年代,五代 90年代,8位,4位,16位,32位,1973-74,1971-72,1978,1985,1993,80386 (80586) 40048008 8080 8086 80286 80486 PPP,微机的发展以 CPU更新划代,时间,6,7,1.微型计算机的特点与发展,微型机特点 (1)结构紧凑，体积小，重量轻，方便灵活。 (2)功耗小，价格低廉。 (3)可靠性高，应用广泛。,8,1

4、.微型计算机的特点与发展,微型计算机的性能指标 1. 字长 8、16、32、64位 2. 运算速度 每秒执行基本指令的条数。百万次/秒、亿次/秒等。 主频：主时钟频率；兆赫兹、吉赫兹（MHz、GHz）。 3内存储器容量 K、M、G、T 存储器容量一般以字节为最基本的计量单位。 位Bit，字节Byte，字Word，双字Dword,8,9,1.微型计算机的特点与发展,微型计算机的性能指标 4外存储器容量 主要用来存储暂不执行和不被处理的数据，标志计算机存储信息的能力。 5外部设备配置 显示器、打印机、网卡、显卡等,10,2. 微型计算机的工作原理,冯诺依曼体制结构三要点： 1) 内部信息:二进制表

5、示; 2) 原理：存储程序控制; 3) 组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备（五大部件） 。,11,存储程序控制：,将计算过程描述为由许多条指令按一定顺序组成的程序，并放入存储器保存 指令按其在存储器中存放的顺序执行； 由控制器控制整个程序和数据的存取以及程序的执行； 以运算器为核心，所有的执行都经过运算器。,3.微型计算机系统的基本组成,12,13,3.微型计算机系统的基本组成,微处理器 内存储器 输入/输出接口 总线,14,微处理器,微处理器简称CPU，是计算机的核心。 主要包括： 运算器 控制器 寄存器组,15,内存储器,定义： 用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。

6、,16,有关内存储器的几个概念,内存单元的地址和内容 内存容量 内存的操作 内存的分类,17,内存单元的地址和内容,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,10110110,38F04H,内存地址,单元内容,18,内存容量,内存所含存储单元的个数，以字节为单位 内存容量的大小依CPU的寻址范围而定 （即CPU地址信号线的位数）,19,内存操作,读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容 不改变； 写：CPU将信息放入内存单元，单元中原来的 内容被覆盖。,20,内存储器的分类,随机存取存储器（RAM） 只读存储器（ROM）,按工作方 式可分为,21,输入/输出接口,接口是CPU与外部设

7、备间的桥梁,CPU,I/O 接口,外设,22,接口的功能,数据缓冲寄存； 信号电平或类型的转换； 实现主机与外设间的运行匹配。,23,总线,连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。 分类： 地址总线 数据总线 控制总线,24,软件系统,软件：为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。,系统软件,应用软件,操作系统 编译系统 网络系统 工具软件,软件,25,二、计算机中的数据表示及编码,26,主要内容,各种计数制的特点及表示方法； 各种计数制之间的相互转换； 计算机中数与字符的编码；,27,1.各种计数制的特点及表示方法,十进制 二进制 十六进制,28,

8、十进制,特点： 以十为底，逢十进一；有0-9十个数字符号。用D表示。 权值表达式：,29,二进制,特点： 以2为底，逢2进位；只有0和1两个符号。用B表示。 权值表达式：,30,十六进制,特点： 以16为底，逢16进位；有0-9及A-F共16个数字符号。用H表示。 权值表达式：,31,例：,234.98D或（234.98）D 1101.11B或（1101.11）B 0ABCD . BFH或（0ABCD . BF） H,32,2.各种计数制之间的相互转换,非十进制数到十进制数的转换 十进制到非十进制数的转换 二进制与十六进制数之间的转换,33,非十进制数到十进制数的转换,按相应的权值表达式展开

9、例： 1011.11B=123+022+121+120+12-1+ 12-2 =8+2+1+0.5+0.25 =11.75 5B.8H=5161+11160+816-1 =80+11+0.5 =91.5,34,十进制到非十进制数的转换,到二进制的转换： 对整数：除2倒取余数； 对小数：乘2顺取整数。 到十六进制的转换： 对整数：除16倒取余数； 对小数：乘16顺取整数。,35,十进制到非十进制数的转换,例：130.625D = _ B ; (10进制 2进制）,10000010.101,36,二进制与十六进制间的转换,以小数点为基点，分别向左、向右4位二进制数用1位十六进制数取代（不足4位的零

10、补） 即： 四合一 反之则：一拉四 例： 11001.1B = 19.8H 0CA.6AH =11001010.0110101B,37,3. 计算机中数与字符的编码,数的编码 无符号数的表示 有符号数的表示：真值、机器数（原码、反码、补码） BCD码 用二进制编码表示的十进制数 字符的编码 ASCII码 西文字符编码 汉字编码 中文字符编码,38,无符号数的表示,例如： 20D = 0001 0100B 129D = 1000 0001B 无符号数的表示范围：0 X 2n-1，若运算结果超出这个范围，则产生溢出。,39,例：,最高位向前有进位，产生溢出,40,有符号数的表示,符号位 + 真值

11、机器数,“0” 表示正 “1” 表示负,41,例,+52 = +0110100 = 0 0110100 符号位 真值,-52 = -0110100 = 1 0110100 符号位 真值,42,计算机中有符号数的表示,原码 反码 补码,43,原码,即机器数：最高位为符号位（用“0”表示正，用“1”表示负），其余为真值部分。 缺点： 计算机中用原码进行加减运算比较困难，0的表示不唯一。,44,数0的原码,8位数0的原码：+0=0 0000000 -0=1 0000000 即：数0的原码不唯一。,45,反码,对一个数X： 若X0 ，则 X反= X原 若X0， 则 X反= 对应原码的符号位不变，数值部

12、分按位求反,46,例,X=+52 = +0110100 X原= 0 0110100 X反= 0 0110100 X= -52 = -0110100 X原= 1 0110100 X反= 1 1001011,47,0的反码：,+0反=00000000 -0反 =11111111 即：数0的反码也不是唯一的。,48,补码,对一个数X： 若X0， 则X补= X反= X原 若X0， 则X补= X反+1,49,例,X = +52 = +0110100 X原= 0 0110100 X反= 0 0110100 X补= 0 0110100 X = 52 = 0110100 X原= 1 0110100 X反= 1

13、 1001011 X补= 1 1001100,50,0的补码：,+0补= +0原=0000 0000 -0补= -0反+1=1111 1111+1 =1 0000 0000 对8位字长，进位被舍掉 即：数0的补码是唯一的。,51,特殊数10000000,对无符号数:（10000000）B=128 在原码中定义为： -0 在反码中定义为： -127 在补码中定义为： -128,52,有符号数的表示范围,对8位二进制数： 原码： -127 +127 反码： -127 +127 补码： -128 +127,53,有符号数的算术运算,通过引进补码，可将减法运算转换为加法运算。 即：X+Y补=X补+Y补

14、 X-Y补=X+(-Y)补 =X补+-Y补,54,例,X=-52=-0110100，Y=+116=+1110100，求X+Y=？ X原=10110100 X补= X反+1=11001100 Y补= Y原=01110100 所以： X+Y补= X补+ Y补 =11001100+01110100 =01000000 X+Y=+1000000,注：运算时符号位须对齐,例,X=-28=-0011100，Y=-43=- 0101011 ，求X+Y=？ X补= X反+1=11100100 Y补= Y反+1 =11010101 所以： X+Y补= X补+ Y补 = 11100100 +11010101 =1

15、 10111001 X+Y= -1000111= -71,进位位1属“自然丢失”,56,符号数运算中的溢出问题,两个带符号二进制数相加或相减时，若 最高位次高位1，则结果产生溢出。,57,例：,若：X=01111000， Y=01101001 则：X+Y= 即：次高位向最高位有进位，而最高位向前无进 位，产生溢出。 （事实上，两正数相加得出负数，结果出错）,58,BCD码,压缩BCD码 用4位二进制码表示一位十进制数 扩展BCD码 用8位二进制码表示一位十进制数,59,BCD码与二进制数之间的转换,先转换为十进制数，再转换二进制数；反之同样。 例：（0001 0001 .0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01） B,60,ASCII码,字符的编码，一般用7位二进制码表示。 熟悉数字、大小写字母