微机原理及应用

微机原理及应用计算机简介（补充内容）1微型计算机的发展和应用2微型计算机系统的组成3计算机中的数据表示4第一章微型计算机系统概述一、微型计算机的发展第一代：71-73年，4位CPU代表产品：Intel4004、8008执行速度：50KIPS主要应用：家用电器、计算器、简单控制等第二代：73-78年，8位CPU代表产品：Intel8080执行速度：500KIPS主要应用：教学实验、工业控制、智能仪器等Altair8800：第一台个人计算机APPLEⅡ：真正意义的个人计算机一、微型计算机的发展第三代：78-86年：16位CPU代表产品：Intel8086、8088执行速度：2.5MIPS主要应用：数据处理、办公自动化、管理系统等IBMPC：现代PC机的鼻祖，于1981年推出一、微型计算机的发展第四代：32位CPU1986推出803861990推出804861993推出P51997推出PⅡ1999推出PⅢ2000推出PⅣ一、微型计算机的发展第五代：64位CPU2000年底推出P7（Iantium）：安腾2001年底推出Mckinley：安腾2主要应用：面向工作站和服务器，目前已广泛用于PC机一、微型计算机的发展发展趋势更宽：字长，CPU一次运算的位数更快：时钟，CPU的工作频率更强：集成度，IC芯片内晶体管的数量摩尔定律：1965年提出，每隔1年半，IC集成度将增加一倍。CPU400480808086286386486P1P2P3P4时钟(MHz)0.124.77205010020050015005000集成度(万)0.250.92.9271203304507502800125003微机的发展一、微型计算机的发展Intel80x86系列处理器8038680486奔腾奔腾II奔腾4802868086奔腾III酷睿4004不是我不明白，这世界变化太快。扎扎实实掌握知识，以不变应万变！IA-32处理器安腾一、微型计算机的发展

“龙芯1号”：2002年9月由中科院计算所推出达到国际97年前后水平，等同于P226632位，0.18微米，400万集成度，2亿次/秒速度应用：曙光龙腾服务器、无线PDA等我国的微处理器发展“方舟-1”：2001年4月由中芯公司推出0.25微米工艺，166MHz时钟，32位字长我国首枚具有自主知识产权的实用化CPU应用：网络计算机、嵌入式设备等我国的微处理器发展

“龙芯2号”：2003年12月由中科院计算所推出样片性能接近1GHzP4，与国外差距缩小为3年我国首款64位通用CPU，时钟500MHz，0.18微米应用：Linux桌面PC、安全服务器、网络防火墙等4我国的微处理器发展我国的微处理器发展计算机应用通常分成如下各个领域科学计算，数据处理，实时控制计算机辅助设计，人工智能，……由于微型计算机具有如下特点体积小、价格低工作可靠、使用方便、通用性强……所以，可以分为两个主要应用方向二、

微型计算机的应用微型计算机应用的两个方向:用于数值计算、数据处理及信息管理方向通用微机，例如：PC微机功能越强越好、使用越方便越好用于过程控制及嵌入式应用方向专用微机，例如：工控机、单片机可靠性高、实时性强程序相对简单、处理数据量小二、

微型计算机的应用计算机简介（补充内容）1微型计算机的发展和应用2微型计算机系统的组成3计算机中的数据表示4第一章微型计算机系统概述微处理器、微机与微机系统微处理器：一般指CPU严格地讲，微处理器≠CPUCPU：ALU+控制部件微处理器：CPU+寄存器组微机：微处理器+存储器+输入/输出接口单板机：三大部分安装在一块电路板上单片机：三大部分集成在一块芯片上，常称为微控制器微机系统：微机+外围设备+软件一、微型计算机的硬件系统运算器

控制器寄存器组

内存储器总线输入输出输出接口电路外部设备软件微处理器微型计算机微型计算机系统一、微型计算机的硬件系统CPU：中央处理单元基本功能：取指令、分析指令、执行指令主要参数：字长、速度内部组成：ALU：算术逻辑运算单元控制部件：控制核心寄存器组：一类特殊的存储器件，其存储二进制数的位数通常与字长一致内部数据通路：其宽度通常与字长一致一、微型计算机的硬件系统存储器基本功能：存放程序与数据主要参数：容量、速度分类：三级存储体系：内存、外存、缓存（cache）RAM与ROM：分别存放数据和程序虚拟存储器：通常由硬盘构成组织形式：存储单元：以字节（Byte）为单位单元地址：一组二进制数，如0000H地址宽度与单元数量的关系：2n一、微型计算机的硬件系统I/O接口几个容易混淆的概念：I/O设备：具体实现功能的外设，如显示器I/O接口：CPU与外设之间的缓冲电路，如显卡I/O端口：接口电路中的一些寄存器为什么会使用I/O接口？不同外设存在速度上、控制上的差异端口地址：与存储单元地址本质相同端口种类：数据、控制、状态端口宽度：由外设传输数据的能力决定一、微型计算机的硬件系统总线BUS是指传递信息的一组公用导线总线是传送信息的公共通道微机系统采用总线结构连接系统功能部件总线信号可分成三组地址总线AB：传送地址信息数据总线DB：传送数据信息控制总线CB：传送控制信息总线还有电源、地线等其他辅助信号一、微型计算机的硬件系统地址总线AB输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围数据总线DBCPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPUCPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数控制总线CB协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等控制总线决定了系统总线的特点,例如功能、适应性等一、微型计算机的硬件系统图1.1微型计算机的系统组成控制总线CB数据总线DB地址总线AB系统总线形成处理器子系统I/O设备I/O接口存储器系统总线BUS一、微型计算机的硬件系统系统软件由厂商提供的软件如：操作系统、语言处理程序、监控程序等应用软件由用户根据自己的需求而编写的软件如：工具软件、用户程序等一、微型计算机的软件系统计算机简介（补充内容）1微型计算机的发展和应用2微型计算机系统的组成3计算机中的数据表示4第一章微型计算机系统概述1.4计算机中的数据表示字符的表示（ASCII码，汉字）定点数与浮点数带符号数的表示进位计数制信息的数字化（补充内容）

计算机是通过执行程序（指令序列）来实现对数据的加工处理的。计算机中的各种信息可分为两大类:控制信息,数据信息控制信息：指令代码序列以此为基础产生的控制信号(微命令)序列，控制计算机的工作。数据信息:计算机加工处理的对象,分为数值型和非数值型(字符、文字、图像、声音等)信息的数字化表示包含两层含义：

•用数字代码表示各种信息

•用数字信号表示数字代码一、信息的数字化

在计算机中用数字代码表示各种信息二进制代码例1用数字代码表示数据

5

-5

表示为00000101

表示为10000101

一、信息的数字化例2用数字代码表示字符

A

B

表示为1000001

表示为1000010

例3用数字代码表示命令、状态

启动

停止

正在工作

工作结束

表示为00

表示为01

表示为

10

表示为11

一、信息的数字化图像、声音等如何表示？

在物理机制上用数字信号表示数字代码

数字型电信号例1用电平信号表示数字代码

高电平

1

低电平

0

例2用脉冲信号表示数字代码

有脉冲无脉冲有脉冲101实现并行操作实现串行操作一、信息的数字化

用数字化方法表示信息的主要优点

（1）在物理上容易实现信息的表示与存储（2）抗干扰能力强，可靠性高（3）数值的表示范围大，表示精度高（4）表示的信息类型极其广泛（5）能用数字逻辑技术进行信息处理一、信息的数字化

1、进位计数制数制的两大要素：基数R：进位制中允许使用的基本数码个数。

基数为R的数制称为R进制数，特点是逢R进1

。权Wi：权也称权重（或位权），指某一位i上的数码的权重值(权与数码的位置有关Wi

＝Ri）。例如：十进制(基数为10：0-9；“逢十进一”，“借一当十”;位权：以10为底的幂）3433.32=3103+4102+3101+3100+310-1+310-2二、进位计数制

计算机中常用的进位制

(1)

二进制的表示

(2)

八进制的表示(3)

十六进制的表示

(4)

十进制的表示

(5)二--十进制的表示十进制（Decimal）、二进制（Binary）、八进制（Octal）、十六进制（Hexdecimal）数分别用D、B、Q、H来标志。

1、进位计数制二、进位计数制十进制二进制八进制十六进制二--十进制000000000001000111000120010220010300113300114010044010050101550101601106601107011177011181000108100091001119100110101012A0001000011101113B0001000112110014C0001001013110115D0001001114111016E0001010015111117F00010101

常用进位制之间的对应关系(1)二进制、八进制、十六进制转换成十进制方法：“按权相加”例如：

1）1011.01B=

2）2536.2Q=

3）4E6.CH=

123+022+121+120+02-1+12-2

=11.25D

283+582+381+680+28-1

=1374.25D

4162+14161+6160+1216-1

=1254.75D

2、不同数制间的转换二、进位计数制(2)十进制转换成二进制、八进制、十六进制方法：整数部分：“除基取余”小数部分:“乘基取整”例如：215.6875D=?B215D=0.6875D=

11010111B0.1011B即215.6875D=11010111.1011B

2、不同数制间的转换二、进位计数制(3)二进制与八进制、十六进制之间的转换由于二进制的基数与八进制、十六进制的基数之间有整幂的关系（23=8,24=16）例1：273.14Q=?B||||||010111011.001100即273.14Q=10111011.0011B273.14

2、不同数制间的转换二、进位计数制(3)二进制与八进制、十六进制之间的转换由于二进制的基数与八进制、十六进制的基数之间有整幂的关系（23=8,24=16）例2:3B5.4CH=?B3B5.4C||||||001110110101.01001100即3B5.4CH=1110110101.010011B

2、不同数制间的转换二、进位计数制(3)二进制与八进制、十六进制之间的转换例3:11101010.10011B=?Q011101010.100110||||||352.46即11101010.10011B＝352.46Q

2、不同数制间的转换二、进位计数制(3)二进制与八进制、十六进制之间的转换例4:1010101111.01111B=?H

001010101111.01111000||||||2AF.78即1010101111.01111B＝2AF.78H

2、不同数制间的转换二、进位计数制机器数：连同数符一起数码化的数

带符号数有原码、反码、补码三种表示法。真值：用“＋”、“－”表示正负例如：X1=+1011010（真值）

X2=-1011010（真值）X1

=+1011010(二进制真值)X1

=01011010(机器数)X2

=-1011010(二进制真值)X2

=11011010(机器数)三、带符号数表示法真值与机器数

（1）原码的表示法一个数的真值中的符号“＋”用0表示，而“－”用1表示，有效数值部分用二进制数绝对值的二进制数称为原码。

定点小数(N+1位)原码形式:X0.X1X2…Xn

定点整数(N+1位)原码形式:X0,X1X2…Xn(X0为符号位)例如：

X1=+77D=+1001101[X1]原＝01001101X2=-77D=-1001101[X2]原＝11001101三、带符号数表示法（2）反码的表示法正数的反码与正数的原码相同，而负数的反码为除符号位外，将原码逐位求反。例如：X1=+77D=+1001101X2=-77D=-1001101[X1]原＝01001101[X2]原＝11001101[X1]反＝01001101[X2]反＝10110010定点小数(N+1位)反码形式:X0.X1X2…Xn,定点整数(N+1位)反码形式:X0,X1X2…Xn，

三、带符号数表示法（3）补码的表示法正数的补码与正数的原码相同，而负数的补为其反码加1。例如：X1=+77D=+1001101X2=-77D=-1001101[X1]反＝01001101[X2]反＝10110010[X1]补＝01001101[X2]补＝10110011定点小数(N+1位)补码形式:X0.X1X2…Xn定点整数(N+1位)补码形式:X0,X1X2…Xn三、带符号数表示法三种机器数的小结

对于正数，原码=补码=反码

对于负数，符号位为1，其数值部分原码除符号位外每位取反末位加1补码原码除符号位外每位取反反码

最高位为符号位，书写上用“,”（整数）或“.”（小数）将数值部分和符号位隔开三、带符号数表示法1、定点表示法

（1）无符号的定点整数

XnXn-1Xn-2。。。X0

数值部分（尾数）小数点的位置

无符号的定点整数表示的范围：0～(2n+1-1)

例如：8位字长无符号的定点整数表示的范围：０～２５５四、数的定点表示和浮点表示1、定点表示法

（2）

带符号的定点整数

XnXn-1Xn-2...X0

符号位数值部分（尾数）小数点的位置

原码定点整数表示的范围：-(2n-1)～(2n-1)

补码定点整数表示的范围：-2n

～(2n-1)

例如：8位字长原码定点整数表示的范围：－１２７～＋１２７补码定点整数表示的范围：－１２８～＋１２７四、数的定点表示和浮点表示1、定点表示法

3）带符号的定点小数

XnXn-1Xn-2。。。X0符号位小数点数值部分（尾数）

原码定点整数表示的范围：-(１－2-n)～(１－2-n)补码定点整数表示的范围：-１～(１－2-n)例如：16位字长原码定点整数表示的范围：－(1-2-15)～＋(1-2-15)补码定点整数表示的范围：－１～＋(1-2-15)

四、数的定点表示和浮点表示

2、

浮点表示法

N=M×RE浮点数的一般形式M

尾数E

阶码R

基数（R

取值2、4、8、16等）当R=2N=11.0101=0.110101×210=1.10101×21=1101.01×2-10

=0.00110101×2100

计算机中M

小数、可正可负E

整数、可正可负

规格化数二进制表示四、数的定点表示和浮点表示

浮点数格式（格式1）

EfE1E2...EmMfM1M2...Mn

阶符阶码E数符尾数M

2、浮点表示法

MfEfE1...ElM1M2…Mn数符阶符阶码E尾数M浮点数的真值为：S=±REM浮点数由两个部分组成：阶码E和尾数M范围主要由阶码决定，精度主要由尾数决定。格式2四、数的定点表示和浮点表示-100000-11111-11110-00001±00000+00001+00010+11110+11111……真值x(二进制)[x]补[x]移

真值x(十进制)

真值、补码和移码的对照表……-32-31-30-10+1+2+30+31……000000000010000001011111100000100001100010111110111111……011111011110000010000001000000111111100010100001100000四、数的定点表示和浮点表示定点、浮点表示法小结数值部分小数点位置Xn-1Xn-2X0……Xn符号位数值部分Xn-1Xn-2Xn-3X0……数值部分(尾数)小数点位置Xn-1Xn-2X1X0…….符号位EfE1……E2EmM1MfM2……Mn阶码E阶符尾数M数符

1、ASCII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美国国家信息交换标准代码表示字符数:128个（7位编码）

大小写

英文字母(52个)十进制数(10个)专用符号(34个)控制字符(32个)计算机通常用1字节存放1个字符（最高位0+7位代码）小型和微型计算机都用ASCII码.字符串的表示？五、字符的表示（ASCII码，汉字）字符的ASCII编码五、字符的表示（ASCII码，汉字）2、汉字编码五、字符的表示（ASCII码，汉字）（1）

汉字输入码

按排列顺序形成的汉字编码（流水码），

如区位码；按读音规则形成的汉字编码（音码），

如全拼、双拼等；按字形形成的汉字编码（形码），

如五笔字型等；按音、形结合形成的汉字编码（音形码），如自然码、智能ABC。

五、字符的表示（ASCII码，汉字）1个汉字用2个字节组成，其高位是01)区位码：是数字编码，无重码。

把国标码GB2312-80全部字符集组成94*94方阵，每1行称1个区，编号从01-94，区号在前每1列称1个位，编号从01-94，位号在后每个汉字1个区号，1个位号，均用10进制表示例如：“啊”的区位码是(1601)D。2)国标码：GB2312-80编码规定：把区码和位码转化为16进制，分别加上20H，构成国标码。例如：“啊”的国标码是3021H，即低