微型计算机原理及应用：第1章 概述

1、第1章 概述11 计算机和微型计算机的发展概况 12 微型计算机的特点和应用范围13 微型计算机的基本组成 14 微型计算机中的数的编码和字符的表示 1.1 计算机和微型计算机的发展概况 1.1.1 计算机的发展 1.1.2 微型计算机的发展 返回本章首页1.1.1 计算机的发展 第一代电子计算机称为电子管计算机。 第二代计算机称为晶体管计算机，其主要逻辑元件采用的是晶体管。 第三代计算机的内存储器采用了半导体存储器，可靠性和存取速度有了明显的改善。 第四代计算机以采用大规模和超大规模集成电路为标志。 关于第五代计算机人们正在进行着多方面的探索。 计算机（Computer）又称电脑，是20世纪

2、最重要的科技成果。 计算机是一种能够自动地、高速地、精确地进行信息处理的现代化电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动（包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习与创作等思维活动）的工具。1944年哈佛大学和IBM公司合作,在美国首次制造出了现代计算机的雏形马克。 1942年美国物理学家毛希利（JohnMauchely）提出了一个名曰“高速电子管计算装置”的现代计算机制造方案。该机于1946年正式交付使用，取名ENIAC电子数字积分机和计算机。 返回本节1.1.2 微型计算机的发展第一阶段（19711973）：典型的微型机以Intel 4004和Intel 4040为基础。微处理器和

3、存储器采用PMOS工艺，工作速度很慢。微处理器的指令系统不完整；存储器的容量很小，只有几百字节；没有操作系统，只有汇编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。 第二阶段（19741977）：以8位微处理器为基础，典型的微处理器有Intel 8080/8085、Zilog公司的Z80及Motorola公司的6800。微处理器采用高密度MOS（HMOS）工艺，具有较完整的指令系统和较强的功能。存储器容量达64KB，配有荧光屏显示器、键盘、软盘驱动器等设备，构成了独立的台式计算机。配有简单的操作系统（如CP/M）和高级语言。 第三阶段（19781981）：以16位和准32位微处理器为基础，如In

4、tel公司的8086、Motorola的68000和Zilog的Z8000。微处理器采用短沟道高性能NMOS工艺。在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型机的设计思想，如虚拟存储和存储保护。 第四阶段（20世纪80年代）：80年代初，IBM公司推出开放式的IBM PC，这是微型机发展史上的一个重要里程碑。IBM PC采用Intel 80 x86（当时为8086/8088、80286、80386）微处理器和Microsoft公司的MS DOS操作系统并公布了IBM PC的总线设计。 第五阶段（20世纪90年代开始）：RISC（精简指令集计算机）技术的问世使微型机的体系结构发生了重大变革。 返回本节

5、1.2 微型计算机的特点和应用范围1.2.1 微型计算机的特点1.2.2 微型机的应用范围 返回本章首页1. 2.1 微型计算机的特点1体积小、重量轻、价格低廉2简单灵活、可靠性高、使用环境要求不高 3功耗低返回本节1.2.2 微型机的应用范围1科学计算2数据处理3办公自动化4过程控制5辅助系统6仿真返回本节1.3 微型计算机的基本组成1.3.1 计算机系统组成 1.3.2 微型计算机的硬件组成返回本章首页1.3.1 计算机系统组成 计算机系统是一个复杂的工作系统，它由硬件系统和软件系统组成。所谓计算机的硬件系统，通俗地说就是构成计算机的看得见摸得着的部件，即构成计算机的硬设备。例如：计算机的

6、主机、显示器、键盘、磁盘驱动器等。 图1-1 计算机系统组成返回本节1.3.2 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成部分主要有微处理器（CPU）、存储器、I/O设备和系统总线。见图1-2所示。系统总线包括地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB组成。在微机中，各功能部件之间通过系统总线相连，这使得各个部件的之间的相互关系变为面向系统总线的单一关系。一个部件只要满足总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中。 图1-2 微型计算机的功能模块1-3 微型计算机的组成返回本节1.4 微型计算机中的数的编码和字符的表示1.4.1二进制1.4.2二进制与十进制的互化1.4.3八进制和十六进制 1

7、.4.4有符号数的表示方法1.4.5定点数与浮点数1.4.6计算机中的编码返回本章首页1.4.1二进制在二进制计数系统中，表示数据的数字符号只有两个，即0和1；大于1的数就需要两位或更多位来表示；以小数点为界向前诸位的位权依次是20，21，22，向后依次为2-1，2-2，2-3，；一个二进制数也可以通过各位数字与其位权之积的和来计算其大小。返回本节1.4.2二进制与十进制的互化一个二进制的数向十进制转化十分简单，只要把它按位权展开相加即可。例如：(1011)2=123+022+121+120=(11)10十进制数转化为二进制数时，整数和纯小数的转化方法不同，而一个既有整数部分又有小数部分的数，

8、则须分成整数和小数两部分分别转化。例1.1将十进制数47转化为二进制形式。即 (47)10=(101111)2例1.2将十进制数0.625转化为二进制形式。即：(0.625)10= (0.101)2 返回本节1.4.3八进制和十六进制例1.3将八进制数327转成二进制形式。 301120107111即 (327)8= (011010111)2例1.4将二进制数11010001转化成八进制形式。001101020113即 (11010001)2= (321)8例1.5将十六进制数3A2F转为二进制形式。30011A101020010F1111即 (3A2F)16= (00111010001011

9、11)2例1.6将二进制110011011转化成十六进制形式。1011B1001900011即 (110011011)2= (19B)16 返回本节1.4.4有符号数的表示方法由于计算机只能识别0和1组成的数或代码，所以有符号数的符号也只能用0和1来表示，一般用0表示正，用1表示负，但由于数值部分的表示方法不同，有符号数可有三种表示方法，分别叫做原码、反码和补码。原码表示的有符号数，最高位为符号位，数值位部分就是该数的绝对值。例如：假设某机器为8位机，即一个数据用8位（二进制）来表示，则：+23的原码为00010111-23的原码为10010111其中最高位是符号位，后7位是数值位。反码表示的

10、有符号数，也是把最高位规定为符号位，但数值部分对于正数是其绝对值，而对于负数则是其绝对值按位取反（即1变0，0变1）得到的。例如：+23的反码为00010111-23的反码为11101000反码表示的数字范围同原码。数字0也有2个编码表示。(+0)10=(00000000)2，(- 0)10=(11111111)2补码表示的有符号数，对于正数来说同原码、反码一样，但负数的数值位部分为其绝对值按位取反后末位加1所得。例如：-23的补码为11101001可以证明：两个补码形式的数（无论正负）相加，只要按二进制运算规则运算，得到的结果就是其和的补码。即有：X+Y补=X补+Y补 返回本节1.4.5定点

11、数与浮点数1定点表示法2浮点表示法1定点表示法所谓定点表示法，是指计算机中小数点位置是固定不变的。根据小数点位置的固定方法不同，又可分为定点整数及定点小数表示法。前者小数点固定在数的最低位之后，后者小数点固定在数的最高位之前。设计算机的字长是位，则上述两种表示法的格式如下：2浮点表示法所谓浮点表示法，是指计算机中的小数点位置不是固定的，或者说是“浮动”的。为了说明它是怎样浮动的我们引入“阶码表示法”。对于任何一个二进制数都可表示为：（）返回本节1.4.6计算机中的编码1十进制数的编码BCD码2字符的编码3汉字的编码1十进制数的编码BCD码计算机中采用二进制，但二进制书写冗长，阅读不便，所以在输

12、入输出时人们仍习惯使用十进制。如果计算量不大，可采用二进制数对每一位十进制数字进行编码的方法来表示一个十进制数，这种数叫做BCD码。由于在机内采用BCD码进行运算绕过了二进制、十进制间的复杂转化环节，从而节省了机器时间。BCD码有多种形式，最常用的是8421BCD码，它是用4位二进制数对十进制数的每一位进行编码，这4位二进制码的值就是被编码的一位十进制数的值。2字符的编码在计算机中除了数值之外，还有一类非常重要的数据，那就是字符，如英文的大小写字母（A，B，C，a，b，c，），数字符号（0，1，2，9）以及其他常用符号（如：？、%、+等）。在计算机中，这些符号都是用二进制编码的形式表示，即每一个字符被赋予一个惟一固定的二进制编码，为了统一，人们制定了编码标准。目前，一般都是采用美国标准信息交换码，它使用七位二进制编码来表示一个符号，通常把它称为ASCII码。由于用七位码来表示一个符号，故该编码方案中共有128个符号（27=128），编号从 (0000000)2到(1111111)2 。3汉字的编码计算机要处理汉字信息，就必须首先解决汉字的表示问题。同英文字符一样，汉字的表示