微机原理基本概念

问题一市场上常见的主流处理器结构有ARM，POWERPC，X86，MIPS，DSP等，他们有什么不同？问题二什么是微机？按综合性能指标分1.巨型计算机2.大型计算机3.中型计算机4.小型计算机5.微型计算机区别:巨：同时执行数百万用户的指令，一般用于国家新闻中心(E.GCCTV)，国防，军事大：同时执行数万用户的指令，一般较大网站的服务器属于此类小：同时执行数百用户的指令，一般学校，中小企业/办公室网络服务器微：一般单用户，也可执行数用户的指令，PC机/笔记本/工作站第一章绪论1.1概述1.2运算基础1.3微型计算机的基本结构1.1概述1.1.1微型计算机的发展第一阶段(4/8位机)是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，四位机）。后来又推出以8008为核心的MCS-8型。

第二阶段(8位机)是1973～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。初期产品有Intel公司的MCS一80型（CPU为8080，八位机）。后期有TRS-80型（CPU为Z80）和APPLE-II型（CPU为6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。

第三阶段是1978～1983年，十六位微型计算机的发展阶段，微处理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC（CPU为8086）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC／AT286(1986年)微型计算机。

第四阶段便是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理器相继推出80386、80486。386、486微型计算机是初期产品。1993年，Intel公司推出了Pentium系列的微处理器。

第五阶段(64位机)2003年9月，AMD公司发布了面向台式机的64位处理器：Athlon64和Athlon64FX，标志着64位机的到来。。

由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器（CPU）的性能。

1.1.2微型计算机的特点1、体积小、重量轻、功耗低2、价格便宜3、可靠性高4、功能强、使用方便5、维护方便1.1.3微型计算机的字长字节字字长:CPU能同时处理的二进制位数,决定了计算机的运算精度和运算速度.1.2运算基础1.2.1进位计数制进位计数制:数制是以表示数值所用的数字符号的个数来命名的（如：10011101B1234/1234D572Q2F0AH）,凡是按进位方式计数的数制就被称为进位计数制。基数:进制中允许选用的的基本数码的个数。位权:就是在某个固定位置上的计数单位。任何进制的数可以写成按权展开的多项式和的形式如123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2

1.2.2二进制计算机内部,采用二进制,因为:.容易实现.算术四则运算规则简单.可进行二值逻辑运算1.2.3各进制之间的转换举例1、任意进制数→十进制数例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-1

4F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-22、十进制数→任意进制数例：将十进制数25.625转换为二进制数。

225余数整数212K0=10.625×2=1.25k-1=126K1=01.25×2=0.5k-2=023K2=00.5×2=1k-3=121K3=10K4=1故25.625对应的二进制数为11001.101B3、十进制转换成八进制,十六进制的方法同十进制转换成二进制,/16或/8或*16或*8。4、二进制、八进制、十六进制之间的转换例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.110111100B4F5.C2H=010011110101.11000010B1.2.4计算机中带符号数的表示方法几个概念:无符号数带符号数机器数真值机器数是带符号位和数值位一起用二进制编码来表示的数，它的数值称为机器数的真值。机器数的三种表示方法:

原码表示法

反码表示法

补码表示法一、原码表示法

数的最高位表示数的符号，数值部分是数的绝对值，也称真值，这种表示法称为原码表示法。

1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位同真值。

例x＝+91＝+10l1011B[x]原=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]原=11011011B

“0”的表示：[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B对于8位机，原码可表示的数的范围：-127～+127二、反码表示法

数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法就叫反码表示法。1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位为真值按位取反。例x＝+91＝+10l1011B[x]反=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]反=10100100B

“0”的表示：[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B对于8位机，反码可表示的数的范围：-127～+127三、补码表示法

1．对于正数：符号位用0表示，数字位同真值。2．对于负数：符号位用1表示，数字位为它的反码末位加1。例x＝+91＝+10l1011B[x]补=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]补=10100100B+1=10100101B例x＝+8＝+0001000B[x]补=00001000B

例y＝-8＝-0001000B[y]补=11110111B+1=11111000B

从这两个例子中得到如下规律：对一个数的补码连同符号位在内求反加1，即为其相反数的补码。例已知[+X]补=01000110B，则[-X]补=?

[-X]补=10111010B

“0”的表示：[+0]补=00000000B[-0]补=00000000B对于8位机，补码可表示的数的范围：-128～+127使用机器数要注意:

机器数是二进制数，由于符号位占据一位，因此有符号的数的形式值不等于真正的数值。特别对于负数的表示形式，原码形式最高位的1表示负号，不是数，数值部分是数的真正值；而反码和补码就连数值部分也不是数本身了。所以，若要计算一个负数的机器数为十进制的多少时，只有负数的原码的数值部分才可展开按权相加。

四、计算机引入补码的好处

引入补码,可以使减法运算转化为加法运算，简化了运算器的线路设计。在计算机中，减法可以通过加补码来实现；乘法可以通过一系列移位相加来实现；除法则可以通过一系列移位加补码来实现。

因此，计算机中只需要一个加法器就可完成运算。五、补码运算

（１）补码加法规则：[X+Y]补=[X]补+[Y]补

当两个带符号数采用补码形式进行加法运算时，把符号和数值一起运算（若有进位丢掉），结果为两数之和的补码

（２）补码减法规则：[X-Y]补=[X]补+[-Y]补例：已知[X]补=11101011B，[Y]补=11001010B，求[X+Y]补和[X-Y]补解：[-Y]补=00110110B[X+Y]补=[X]补+[Y]补=11101011B+11001010B=10110101B[X-Y]补=[X]补+[-Y]补=11101011B+00110110B=00100001B

[X+Y]补和[X-Y]补均无溢出.判断是否溢出的方法:正负判断法与双高法

六、溢出及判断（１）运算结果不能超出机器数所能表示的范围，否则运算结果不正确，按溢出处理。（２）溢出的判断：异号相加不会出现溢出同号相减不会出现溢出负加负和应该为负，若为正溢出正加正和应该为正，若为负溢出1.2.5计算机中数的小数点表示方法

一个二进制数1010.01B可表示为:1010.01B=24×0.101001B

那么,任意一个二进制数N,可表示为:N=2j×S

j----阶码,指明小数点的位置。

s----尾数,表示数N的全部有效数字。（1/2≤S＜1）对任何一个数，若阶码j总是固定不变的，则把这种表示法称为数的定点表示。如果阶码j可以取不同的值，则把这种表示称为数的浮点表示。

1.定点表示若定点计算机的阶码j＝0，则该定点数只能是小数，其表示的格式为:

数符.数值小数点的位置在符号位与尾数部分最高位之间。若为8位机,其能表示的数的范围:－0.1111111B～＋0.1111111B即－(1-2－7)≤X≤1-2－7还以8位机为例,若定点计算机的阶码j＝7，则该定点数只能是整数，其表示的格式为:

数符

数值.小数点的位置在符号位与数值位之后。8位机能表示的数的范围:－1111111B～＋1111111B即－(27－1)≤X≤27－12.浮点表示阶符阶码数符.数码

若浮点计算机的字长为13位，阶符为1位，阶码为3位，数符为1位，数码为8位，则所能表示数的范围是：

01111．11111111～01110．1111llll即－27×（1-2－8）～＋27×（1-2－8）若阶符1位、阶码m位、数符1位、数码n位，则表示范围：211…1×(－0.111…1)～211…1×(＋0.111…1)m个1n个1m个1n个1应当注意，浮点数的正负号是由尾数的正负号决定的，而阶码的正负号只决定小数点的位置，即决定浮点数的绝对值大小。1.2.6常用的二进制编码一、BCD码（二进制编码的十进制数）

每一位十进制数用4位二进制编码来表示。如：(12)BCD=00010010B*BCD码不是二进制数，比如12=00001100B二、ASCII码（二进制编码的符号）

采用7位二进制码对一个字符进行编码，可表示128个字符，每个ASCII码在机器中占1个字节，最高位常为0。当作符号的数字0～9的ASCII码：30H～39H字母A～Z的ASCII码：41H～5AH字母a～z的ASCII码：61H～7AH

三、国标码