《微机原理》课件第1章 计算机基础知识概述

1、微型计算机原理与接口技术A主讲：王桂兰 辅导时间：周四下午 地点：综合楼网管中心102（7522474） 教材： 16/32位微机原理及接口技术 朱有产主编，中国电力出版社，2009.8主要参考书： 微机原理与接口技术冯博琴主编，清华大学出版社，2002.2 考核方式实验（单独算学分）期末考试（笔试90%+平时成绩10%）第1章 微型计算机基础知识概述计算机系统的硬件包含哪五部分？运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备计算机的分类？- 按体型大小大型机-超级计算机：大量运算的工作，如天气预测、地震预测等-大型机：银行金融交易及数据处理、人口普查等微型机-工作站、个人计算机、街机、电子游戏机

2、、智能电视-笔记本电脑（移动工作站、清薄本）；平板电脑；信息设备（移动电话、电子阅读器、掌上游戏机）；计算器；可穿戴式计算机（智能手表、头戴式显示屏）-单片机；单板机；智能微尘；无线传感网络回顾回顾微型计算机系统：硬件系统软件系统系统软件应用软件主机CPU，内存外设输入设备，输出设备1.1 微型计算机系统构成 微型计算机硬件系统包括：中央处理单元（CPU） 内存储器系统主机板 外存储器（磁盘、光盘、FLASH） 显示卡与显示器 声卡与音箱 网卡 机箱、鼠标、键盘 微机的基本结构 数据总线（DB） 控制总线（CB） 地址总线（AB) 中央处理器 CPU （运算器+ 控制器） 内存储器 I/O接口

3、 I/O接口 外部设备 外部设备 微型计算机系统微型计算机微处理器本课程主要内容之一！ 机器语言汇编语言高级语言程序设计语言本课程主要内容之二：区别？ 机器语言 汇编语言 高级语言 00111110 x=3； 00000011 MOV AL，3 ； y=5； 11000110 ADD AL，5 z=x+y； 00000101例如：计算 35面向机器, 有效控制硬件, 占用内存少, 目标代码短, 执行速度快;特定机型,维护困难, 开发效率低 1.2 微型计算机的基本知识1.2.1 计算机常用的数制1、 二进制数 B 用0 和 12 十进制数 D 用0 9 3 八进制数 Q 用 0 7 4 十六进

4、制数 H 用0 9 和 A F 例：1010 B 二进制 1010 D 十进制 1010 Q 八进制 1010 H 十六进制 1. 十进制数与二进制数之间的转换(1) ( 215 ) 1 0 ( 11010111 ) 2 “除2取余法” (2) ( 0.6875 ) 1 0 ( 0.1011 ) 2 “乘2取整法” (3) ( 11111111.111) 2 (255.875 )10 “按权展开求和”1.2.2 各种数制间的转换例如，将( 11111111.111) 2 转换成十进制数127+126+125 +124 +123+122+ 121 +120 +12-1+12-2+12-31286

5、4 32168 4 2 +10.50.25+0.125(255.875 )10 快速转换： 1 1 1 1 1 1 1 1 B 27 26 25 24 23 22 21 20 128 64 32 16 8 4 2 1 D2. 二进制数与十六进制数之间的转换(1) 1010111.110110 B 57.D8 H 四位合一位 (2) 3B.11 H00111011.00010001B 一位拆四位。 各数制对应关系十进制、二进制、八进制、十六进制数码对照表1、无符号数：8位、16位、32位的正整数 2、二进制的算术运算 3、二进制数的逻辑运算 4、无符号数的表示范围：02n-18位无符号整数的表示

6、范围 0255 16位无符号整数的表示范围 06553532位无符号整数的表示范围 04G11.2.3 无符号二进制数计算机中的有符号数可表示为： 符号位:“0”表示正 “1”表示负 +1 = +0000001 = 0 0000001 (机器数) -1 = - 0000001 = 1 0000001 (机器数) 符号位 数值位1.2.4 有符号数的表示方法真值1、原码定义1：最高位为符号位，其余为数值部分 用“0”表示正，用“1”表示负；一、 机器数的表示法定义2：当X0时，X原=X 当X0时，X原=2n-1-X X= +000 0001 B X 原= 0000 0001B+0原=0 000

7、0000B -0 原=1 000 0000B Y= -000 0001 B Y 原= 1000 0001B定义2：当X0时，X反=X 当X0时，X反=2n -1X2、 反码定义1：正数的反码与原码相同 负数的反码为其原码除符号位之外逐位取反. X= +000 0001B X 反=0000 0001B= X 原 +0反=0 000 0000B -0 反=1 111 1111BY= -000 0001B Y 反=1111 1110B定义1：正数的补码与原码相同 ； 负数的补码为其原码除符号位之外逐位取反加1.X= +000 0001 B X 补码= X 原=0000 0001B定义2：当X0时，X

8、补=X 当X0时，X补=2nX3、 补码+0补= -0 补= 0 000 0000B Y= -000 0001 B Y 补码= Y 反+1=1111 1111B补码的来源：“模”的概念产生“溢出”的量3、 补码12639“模”为129 - 3=69 +9=18=12+6“模”为2n，28=2563-1=3+255=258=256+2=2引入补数的好处：减法变加法3-255=3+1=4超过表示范围（例如，8位二进制数表示范围为0255）如何获得补数？ 变补操作：各位取反后加100000001B11111111B请同学考虑计算机如何计算： 2 + 1 =？ 2 1 =？二、有符号数的运算微机中采用

9、补码系统，所有的数据均为补码. X+Y补 =X补+Y补X-Y补 = X+(-Y)=X补+-Y补 0000 0010B + 1111 1111B 1 0000 0001B 0000 0010B + 0000 0001B 0000 0011B 1、数的表示范围 （1）无符号整数（ 0 2n - 1） 8位无符号整数，取值范围是 0 255 16位无符号整数，取值范围是 0 65535三、溢出判断 （2）有符号整数，用补码表示(-2n-1 2n-1-1) 取值范围： -128 127（8位） -32768 32767（16位）2、若运算的结果超过数的范围，则称为溢出3、溢出判断方法 D7 D6 D5

10、 D1 D0CFD7 D6 D5 D1 D0CFCPCS1、无符号数判断：当运算后 CF=1 有溢出2、有符号数判断：当运算后CPCS=1有溢出若：X=01111111B， Y=00000001B 则：X+Y=当 X、Y为无符号数，其结果无溢出当 X、Y为有符号数，其结果有溢出（事实上，两正数相加得出负数，结果出错）举例： 左移:乘以2 右移：除以2 （1）正数：补0例：00000010B(+2)与 00000001B(+1) 四、有符号数乘法、除法及算术移位 （2）负数：左移最低位补零 右移最高位补1 例：11111110B（-2）与 11111111B（-1） 计算机只能处理和识别二进制数

11、，对于字符、符号和十进制数都要用二进制编码表示出来1.2.5 二进制编码的表示1、十进制数的二进制编码BCD码2、字母与字符的编码：ASCII 码3、汉字的二进制编码表示 1、BCD码（二进制编码的十进制数 ） BCD(Binary Code Decimal)码：用若干个二进制位表示1位十进制数的编码，BCD码有多种编码方法十进制数 209.56 D 压缩BCD码 0010 0000 1001.0101 0110B 压缩BCD码 ，例如 8421BCD 码 用4位二进制数表示1位十进制数扩展BCD码 用8位二进制数表示1位十进制数，仅低4位有效2、字符的编码：ACSII码(American S

12、tandard Code for Information Interchange 美国标准信息交换码) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00用7位二进制数表示一个字符的编码，共计128个编码置 0例：字符“09”的编码用 30H39H来表示；字符“A ”的编码从 41H开始，字符“a ”的编码从 61H开始，ASCII码的校验奇校验 加上校验位后编码中“1”的个数为奇数。 例：A的ASCII码是41H（1000001B）， 以奇校验传送则为C1H（1 1000001B）偶校验 加上校验位后编码中“1”的个数为偶数。 上例若以偶校验传送，则为41H。3、汉字的编码：GB2312198

13、0国标码：字母、数字、符号681个，一、二级汉字6763个。 例：“常”字，区位码0010011B 0000011B 国标码0110011B 0100011B区位码：94行94列（行号区号，列号位号）国标码：行号，列号分别加100000B（32）内码：国标码行号与列号最高位分别置11.3.1 常用术语解析 1、位和字节 位 ( bit）字节(Byte)= 8 位二进制数1KB = 10248b = 1024B1MB = 220 8b = 1024KB1GB = 230 8b = 1024MB1TB = 240 8b = 1024GB1.3.1 常用术语解析 2、字长: CPU内运算器的位数3、

14、主频: CPU时钟频率，MHz; 外频-外部总线频率4、MIPS: Millions of Instruction Per Sencond,每秒钟执行的百万条指令数 5、微处理器的生产工艺 6、数据在内存储器中的存储方式 7、字符串:字节串(8位），字串(16位)，双字串(32位) 1.3.2 微型计算机分类 1 按组成结构分类 单片机 组成部分集成在一个超大规模芯片上，广泛用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。 单板机 各组成部分装配在一块印刷电路板上，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部件 。 多板机 各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、便携式PC 机。 2 按用途分类微型计算机

15、按用途可分为台式、便携式、手持式等。 1.4 计算机基础 指令程序和指令系统初级计算机的基本结构简单程序举例 1.4.1 指令程序和指令系统 1、指令：是一组二进制编码信息，主要包括两个内容：告诉计算机进行什么操作；指出操作数或操作数地址操作码操作数2、指令系统：计算机所能执行的各种不同指令的集合1.4.2 初级计算机的基本结构 CPU内存储器外部设备运算器控制器内存储器的结构及工作原理内存单元地址内存单元内容1 0 1 1 0 1 1 038F04H.Bit 7 6 5 4 3 2 1 00 1 0 1 1 0 0 0*内存单元有时又称为地址单元字 ：16位二进制数双字：32位二进制数内存储器的结构及工作原理读：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，单元中原内容被覆盖；地址总线 读写命令存储器00H 06HFFH地址地址译码器读写控制电路0000 0100数据总线1.4.3 简单程序举例首先编制一个程序；第二步程序应该放入存储器中；第三步是执行程序： （1）取指令 （2）译码 （3）执行例题：求两个数7和10的和助记符形式：MOV AL, 7 ；数7送AL寄存器ADD AL, 10 ；AL寄存器内容与数10 ；相加，和值