第1章_微型計算機概述

1、第1章 微型計算機概述 本章教學重點和難點： 微型計算機、微處理器的發(fā)展。 微機的基本結構 微機的工作過程 微機的主要性能招標 微機系統(tǒng)的應用第第1章章 微型計算機概述微型計算機概述1.1 1.1 微機概述微機概述1.1.1 1.1.1 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展第1臺數字電子計算機1946年ENIAC計算機公布 ENIAC（電子數字積分機與計算機）：研制單位：美國賓夕法尼亞大學用 途： 軍事計算運算速度：5000次/秒體積價格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬美元計算機的分代(按使用的元器件)u第一代（約第一代（約1946-19571946-1957）電子管計算機）電子管計算機 速度：

2、幾十幾萬次速度：幾十幾萬次/ /秒秒 內存：磁鼓，千字內存：磁鼓，千字 外設：磁帶外設：磁帶 機器語言或匯編語言編程機器語言或匯編語言編程美國于20世紀50年代生產的IBM704型采用電子管的第一代電子計算機第一代電子計算機中使用的磁鼓存儲器u第二代（約第二代（約1957-19641957-1964） 晶體管計算機晶體管計算機 速度：幾十萬次速度：幾十萬次/ /秒，秒， 內存：磁芯，十萬字內存：磁芯，十萬字 外設：磁盤外設：磁盤 高級語言編程高級語言編程電子管晶體管計算機的分代(按使用的元器件)第三代（約第三代（約1965-19731965-1973）中小規(guī)模集成電路）中小規(guī)模集成電路(SSI

3、,MSI)(SSI,MSI)計算機計算機 速度：幾十萬次幾百萬次速度：幾十萬次幾百萬次/ /秒秒 內存：半導體存儲器內存：半導體存儲器 高級語言高級語言, OS, DBMS, OS, DBMS第四代（第四代（19741974年起）大規(guī)模年起）大規(guī)模(LSI)(LSI)和和VLSIVLSI計算機計算機 速度：幾百萬次億次速度：幾百萬次億次/ /秒秒 內存：半導體存儲器內存：半導體存儲器 軟件工程，分布式處理等軟件工程，分布式處理等計算機的發(fā)展1946年研制成功第1臺數字電子計算機60年來發(fā)展速度之快大大超出人們的預料：性能、體積、價格、應用領域和裝機數量軟件技術和軟件產品使用的元器件第1代：電子

4、管磁鼓第2代：晶體管磁芯第3代：中、小規(guī)模集成電路第4代：大、超大規(guī)模集成電路n 應用模式：應用模式：n 集中計算模式集中計算模式n 分散計算模式分散計算模式n 網絡計算模式網絡計算模式n 普適計算模式（？）普適計算模式（？）1.1.2 微機的發(fā)展微機，又稱為PC，構成微機的核心部件是微處理器CPU。1971年，Intel公司制成了世界上第一片4位CPU，組成了世界上第一臺4位微機MCS-4。目前微機已成為計算機的主流。1.1.2 微機的發(fā)展根據微處理器的字長和功能，可將微機根據微處理器的字長和功能，可將微機的功能劃分為下面幾個階段。的功能劃分為下面幾個階段。第一階段（第一階段（1971-19

5、731971-1973年），特點為低檔年），特點為低檔4 4位位或或8 8位，系統(tǒng)結構與指令系統(tǒng)簡單，集成度低位，系統(tǒng)結構與指令系統(tǒng)簡單，集成度低，使用機器語言或匯編語言編程。，使用機器語言或匯編語言編程。第二階段（第二階段（1974-19781974-1978年），特點為中檔年），特點為中檔8 8位位或或8 8位，指令系統(tǒng)較豐富，使用高級語言編程位，指令系統(tǒng)較豐富，使用高級語言編程，有簡單的操作系統(tǒng)。，有簡單的操作系統(tǒng)。1.1.2 微機的發(fā)展第三階段（第三階段（1979-19841979-1984年），特點為：年），特點為：1616位微位微處理器，指令系統(tǒng)更加豐富，系統(tǒng)結構增加處理器，指令系

6、統(tǒng)更加豐富，系統(tǒng)結構增加了多級中斷機制、多尋址機制、段式存儲器了多級中斷機制、多尋址機制、段式存儲器結構等，支撐軟件是操作系統(tǒng)，外圍設備種結構等，支撐軟件是操作系統(tǒng)，外圍設備種類增多。類增多。第四階段（第四階段（1985-19911985-1991年），特點為：年），特點為：3232位微位微處理器，集成度達到處理器，集成度達到100100萬個元件萬個元件/ /片，支持片，支持多用戶多任務操作系統(tǒng)。多用戶多任務操作系統(tǒng)。1.1.2 微機的發(fā)展第五階段（第五階段（1992-1992-現(xiàn)在），特點為：采用高現(xiàn)在），特點為：采用高檔檔3232位或位或6464位微處理器，集成度達到位微處理器，集成度達到

7、28002800萬個元件萬個元件/ /片，時鐘主頻達到片，時鐘主頻達到2GHz2GHz以上，支以上，支持多用戶、多任務操作系統(tǒng)。持多用戶、多任務操作系統(tǒng)。1.2 1.2 信息在計算機的表示 十進制數的特點十進制數的特點 每一位只能使用十個符號每一位只能使用十個符號 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9中的一個。中的一個。每個數位上的數都有固定的每個數位上的數都有固定的“權權”。小數點至左，權值依次為小數點至左，權值依次為100，101，102，.，小數點至右，權值依次為小數點至右，權值依次為10-1，10-2，10-3，。例如：十進制數值例如：十進制數值 2 3 4 . 7 8 每位對應權值

8、每位對應權值 102 101 100 . 10-1 10-2逢十進一。逢十進一。2101210810710410310278.234 十進制數值可以用十進制數值可以用每位的數符每位的數符和和對應的權對應的權值值乘積的乘積的和和來表示。來表示。數符數符權值權值進位計數制的特點進位計數制的特點 有一個基數有一個基數R，數符使用，數符使用0，1，2，. , (R-1)個個符號。符號。 每位有固定的位權每位有固定的位權W，W=Ri。其中。其中i是位序。是位序。 采用采用“逢逢R進一進一”的進位方式。的進位方式。 可以用一個多項式的和的形式來表示其數值?？梢杂靡粋€多項式的和的形式來表示其數值。基數：在一

9、個數制系統(tǒng)中所使用的符號個數基數：在一個數制系統(tǒng)中所使用的符號個數稱為基數。稱為基數。其中其中Ki為為0，1，2，.，（，（R-1）個符號）個符號中的一個（數符），中的一個（數符），m,n為正整數，為正整數，R為為基數，基數，i為位序。為位序。nmiiim2101nnRkk.kkk.kkS二進制數二進制數 每一位只能使用兩個符號每一位只能使用兩個符號 0和和1中中的一個。的一個。 逢二進一。逢二進一。 具有進位計數制的特點。具有進位計數制的特點。 例如例如:375.13125. 025. 0104821212021202121011.11013210123二進制數值二進制數值 1 1 0 1

10、. 0 1 1每位對應權值每位對應權值 23 22 21 20 . 2-1 2-2 2-3 二進制數的特點二進制數的特點 數碼符號少，只有兩個符號數碼符號少，只有兩個符號 0和和1 運算規(guī)則簡單。運算規(guī)則簡單。 運行可靠。運行可靠。 加法：逢二進一加法：逢二進一 0+0=01+0=10+1=11+1=10 減法：借一當二減法：借一當二 0-0=01-0=11-1=00-1=1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 乘法：乘法： 00=010=001=011=1進位計數制之間的轉換進位計數制之間的轉換 按權相加

11、。按權相加。如果兩數相等，則兩數的如果兩數相等，則兩數的整數整數部分和部分和小小數數部分的值一定部分的值一定分別相等分別相等。二進制數二進制數十進制數十進制數375.13125.025.0104821212021202121011.1101321012310012345)45(1048032212021212021101001 整數部分的轉換整數部分的轉換 ，按二進制的權展，按二進制的權展開，除二取余。開，除二取余。十進制數十進制數二進制數二進制數將整數部分和小數部分分別轉換。將整數部分和小數部分分別轉換。00111n1nnn102k2k.2k2k)725(其系數其系數 排列起來就是二進制數排

12、列起來就是二進制數的各位數碼。的各位數碼。011nnkk.kk2k)k.2k2k(21362012n1n1nn第一步：將等式兩邊除以第一步：將等式兩邊除以2，得到：，得到：等式兩邊整數與小數應分別相等，所以：等式兩邊整數與小數應分別相等，所以：K0=12k)k.2k2k(20181123n1n2nn第二步：再對等式兩邊繼續(xù)除以第二步：再對等式兩邊繼續(xù)除以2，得到：，得到：K1=0依次類推，直到商為依次類推，直到商為0為止。為止。算法為：算法為：725/2=362 余數余數=1=K0362/2=181 余數余數=0=K1181/2=90 余數余數=1=K290/2=45 余數余數=0=K345/

13、2=22 余數余數=1=K422/2=11 余數余數=0=K511/2=5 余數余數=1=K65/2=2 余數余數=1=K72/2=1 余數余數=0=K81/2=0 余數余數=1=K9這時，得到：這時，得到：2012345678910)1011010101()725(kkkkkkkkkk排列時，順序為排列時，順序為由下至上。由下至上。轉換成二進制小數為：轉換成二進制小數為： 小數部分的轉換小數部分的轉換 ，按二進制的權，按二進制的權展開，乘二取整。展開，乘二取整。mm) 1m() 1m(2211102k2k.2k2k)32. 0(2m)1m(21)kk.kk.0(第一步：第一步：將等式兩邊乘以

14、將等式兩邊乘以2，得到：，得到：)1m(m1201102k.2k2k)64.0(等式兩邊整數與小數應分別相等，所以：等式兩邊整數與小數應分別相等，所以：K-1=0第二步：第二步：再對等式兩邊繼續(xù)乘以再對等式兩邊繼續(xù)乘以2，得到：，得到：)2m(m1302102k.2k2k)28.1(K-2=1如此繼續(xù)下去，可以得到如此繼續(xù)下去，可以得到K-3 K-4 K-m 各位各位的值。的值。0.322=0.64 整數整數=0=K-10.642=1.28 整數整數=1=K-20.282=0.56 整數整數=0=K-30.562=1.12 整數整數=1=K-4算法為：算法為：所以，（所以，（0.32)10=(

15、0.0101.)2 ，直至滿足一定，直至滿足一定的精度為止。的精度為止。對于既有整數又有小數的數，則將其整數部對于既有整數又有小數的數，則將其整數部分與小數部分分別轉換，再用小數點連接起分與小數部分分別轉換，再用小數點連接起來。來。總結：總結：對于基數為對于基數為R的數制與十進制數的轉換也遵的數制與十進制數的轉換也遵循一樣的法則。循一樣的法則。整數部分除整數部分除R取余，小數部分乘取余，小數部分乘R取整。取整。不同進制的數制之間的轉換，可用十進制數不同進制的數制之間的轉換，可用十進制數作為中介，相互轉換。作為中介，相互轉換。二進制數二進制數八進制數八進制數二進制數的基為二進制數的基為2，八進，

16、八進制數的基為制數的基為8，23=8，因，因此，此，每位八進制數可以用每位八進制數可以用3 3位二進制數來表示。位二進制數來表示。二進制二進制 八進制八進制0 0 0 00 0 1 10 1 0 20 1 1 31 0 0 41 0 1 51 1 0 61 1 1 7 對既有整數又有小數的二進制數，以小數點對既有整數又有小數的二進制數，以小數點為界，為界，整數部分從右至左，以整數部分從右至左，以3 3位一組，不足位一組，不足三位時，在左邊添三位時，在左邊添0 0補足三位補足三位；小數部分從左小數部分從左至右，以至右，以3 3位一組，不足三位時，在右邊添位一組，不足三位時，在右邊添0 0補足三位

17、補足三位，然后把每組的，然后把每組的3位數用相應的八進位數用相應的八進制表示，即得八進制數。制表示，即得八進制數。例如：將例如：將 (11101.11011)2轉換成八進制數。轉換成八進制數。6110611051013011結果為結果為35.66左邊添零左邊添零補足三位補足三位右邊添零右邊添零補足三位補足三位八進制數八進制數二進制數二進制數將每位八進制數用將每位八進制數用3位二進制數表示即可，去位二進制數表示即可，去掉轉換后二進制數整數前和小數點后的掉轉換后二進制數整數前和小數點后的0。例如：將例如：將 (15.22)8 轉換成二進制數。轉換成二進制數。0102010210150011結果為結

18、果為1101.01001二進制數二進制數十六進制數十六進制數二進制數的基為二進制數的基為2，十六進，十六進制數的基為制數的基為16，24=16，因，因此，此，每位十六進制數可以用每位十六進制數可以用4位二進制數來表示位二進制數來表示。二進制二進制 十六進制十六進制0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 7 1 0 0 0 81 0 0 1 91 0 1 0 A1 0 1 1 B1 1 0 0 C1 1 0 1 D1 1 1 0 E1 1 1 1 F記住六個數符記住六個數符對既有整數又有小數的二

19、進制數，以小數點對既有整數又有小數的二進制數，以小數點為界，為界，整數部分從右至左，以整數部分從右至左，以4 4位一組，不足位一組，不足四位時，在左邊添四位時，在左邊添0 0補足四位補足四位；小數部分從左小數部分從左至右，以至右，以4 4位一組，不足四位時，在右邊添位一組，不足四位時，在右邊添0 0補足四位補足四位，然后把每組的然后把每組的4位數用相應的十六位數用相應的十六進制表示，即得十六進制數。進制表示，即得十六進制數。例如：將例如：將 (11101.11011)2轉換成十六進制數。轉換成十六進制數。 811000110111010001DD結果為結果為1D.D8補零補零補零補零十六進制數

20、十六進制數二進制數二進制數將每位十六進制數用將每位十六進制數用4位二進制數表示即可，位二進制數表示即可，去掉轉換后二進制數整數前和小數點后的去掉轉換后二進制數整數前和小數點后的0。例如：將例如：將 (7B.A8)16 轉換成二進制數。轉換成二進制數。100081010A1011B01117結果為結果為1111011.10101將零將零去掉去掉使用不同進制的原因計算機中只使用二進制一種計數制的原因：計算機中只使用二進制一種計數制的原因：二進制中只有二進制中只有0 0和和1 1兩個符號兩個符號，使用有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電，使用有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件就可以分別表示它們，而制造有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的子器件就可

21、以分別表示它們，而制造有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件要比制造有多個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件容易得多電子器件要比制造有多個穩(wěn)定狀態(tài)的電子器件容易得多二進制數的運算規(guī)則簡單二進制數的運算規(guī)則簡單，易于進行高速運算，易于進行高速運算數理邏輯中的數理邏輯中的“真真”和和“假假”可以分別用可以分別用“1”1”和和“0”0”來表示，這樣就把來表示，這樣就把非數值信息的邏輯運算與數值信息非數值信息的邏輯運算與數值信息的的算術運算聯(lián)系了起來算術運算聯(lián)系了起來使用八進制和十六進制的原因：使用八進制和十六進制的原因：二進制數太長，書寫、閱讀、記憶均二進制數太長，書寫、閱讀、記憶均不便不便八進制和十六進制與二進制之間的轉八進制

22、和十六進制與二進制之間的轉換直觀、方便換直觀、方便BCDBCD整數（整數（Binary Coded DecimalBinary Coded Decimal）稱為）稱為“二進二進制編碼的制編碼的十進制十進制整數整數”，使用，使用4 4個二進位表示個二進位表示1 1個個十進制數字，最高位仍為符號位。十進制數字，最高位仍為符號位。 BCD 十進制十進制0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 7 1 0 0 0 81 0 0 1 9例如：例如：( (43)43)BCD BCD 1 1 01000100

23、 00110011( (59601)59601)BCD BCD 0 0 01010101 10011001 01100110 00000000 00010001數值信息的表示計算機中的數值信息分類整數和實數整數和實數: :它們都是用二進制表示的，它們都是用二進制表示的，但表示方法有很大差別。但表示方法有很大差別。數制型數據的表示形式數制型數據的表示形式基本概念基本概念 數的長度：在計算機中，相同數據類型的數的長度：在計算機中，相同數據類型的數存儲單元的長度是統(tǒng)一的。如整型數占數存儲單元的長度是統(tǒng)一的。如整型數占2個個字節(jié)，實型數占字節(jié)，實型數占4個字節(jié)等。個字節(jié)等。 數的符號：在計算機中，總是

24、用一個數的數的符號：在計算機中，總是用一個數的最高位表示數的符號（左邊第一位），同時最高位表示數的符號（左邊第一位），同時約定最高位為約定最高位為0代表正數，為代表正數，為1代表負數。代表負數。 小數點的表示：在計算機中，小數點的位小數點的表示：在計算機中，小數點的位置是隱含的，以節(jié)省存儲空間。置是隱含的，以節(jié)省存儲空間。如果隱含的小數點的位置是固定的，稱為定如果隱含的小數點的位置是固定的，稱為定點數。點數。如果隱含的小數點的位置是可變的，則稱為如果隱含的小數點的位置是可變的，則稱為浮點數。浮點數。整型數的表示整型數的表示整數在計算機中可以用整數在計算機中可以用8位、位、16位、位、32位位6

25、4位位來表示。來表示。0 0 0 0，1 0 0 0 表示表示 81 0 0 0，1 0 0 0 表示表示 -8用八位二進制用八位二進制表示整數表示整數二進制數位二進制數位無符號整數的表示范無符號整數的表示范圍圍帶符號整數的表示范帶符號整數的表示范圍圍80 255（28-1）-128 127160 65535（216-1）-32768 32767320 232-1-231 231-1640 264-1-264 263-1 帶符號整數的最高位作為符號位，帶符號整數的最高位作為符號位，0代表正數，代表正數，1代表負數。代表負數。 正整數（無符號數）正整數（無符號數） 整數（有符號數）整數（有符號數

26、）機器數的表示方法機器數的表示方法機器中的數值和正負號全部數字化，在機器中的數值和正負號全部數字化，在進行數字運算時，符號位和數值位一起進行數字運算時，符號位和數值位一起參加運算。數字在計算機中有參加運算。數字在計算機中有原碼、反原碼、反碼、補碼碼、補碼三種表示方法。三種表示方法。 原碼原碼用最高位表示數的符號，用用最高位表示數的符號，用 0 表示正數，表示正數，1 表示負數，其余位就是該二進制數的絕對值表示負數，其余位就是該二進制數的絕對值例如一個數用例如一個數用8位二進制數表示，則位二進制數表示，則8 的原碼為的原碼為 0000，1000-8的原碼為的原碼為 1000，100010 的原碼

27、為的原碼為 0000，1010-10的原碼為的原碼為 1000，1010 在原碼表示中，在原碼表示中，0 有兩種表示方法：有兩種表示方法： +0 0000，0000 -0 1000，0000特點特點 數的表示范圍數的表示范圍(以以8位二進制為例位二進制為例)： 1111,1111 0111,1111 -127127 - 2n-1 +1 2n-1-1 (n=8) 反碼反碼 正數正數的反碼表示與原碼相同，最高位的反碼表示與原碼相同，最高位為符號位，用為符號位，用 0 表示正，其余位是數值表示正，其余位是數值位。位。 負數負數的反碼最高位是的反碼最高位是1，其余位是其原，其余位是其原碼的按位取反。碼

28、的按位取反。例如一個數用例如一個數用8位二進制數表示，則位二進制數表示，則8 的原碼為的原碼為 0000，1000 8 的反碼為的反碼為 0000，1000 -8的原碼為的原碼為 1000，1000-8的反碼為的反碼為 1111，0111正數正數的反碼表示與原碼相同的反碼表示與原碼相同 10 的原碼為的原碼為 0000，1010 10 的反碼為的反碼為 0000，1010 -10的原碼為的原碼為 1000，1010-10的反碼為的反碼為 1111，0101 在反碼表示中，在反碼表示中，0 有兩種表示方法：有兩種表示方法： +0 0000，0000 -0 1111，1111特點特點 數的表示范圍

29、：數的表示范圍： 1000,0000 0111,1111 -127127 - 2n-1 +1 2n-1-1 補碼補碼一個單位的最大量值稱為模。一個單位的最大量值稱為模。時鐘：模為時鐘：模為12模與一個數的差稱為這個數的模與一個數的差稱為這個數的“補數補數”對時鐘而言，對時鐘而言，8點的補數是點的補數是4點。點。兩個數的差為一個數與另一個兩個數的差為一個數與另一個數的補數的和。數的補數的和。ABA（B）補數補數4點減點減8個小時等于個小時等于4點加點加4個小時。個小時。十進制：十進制：124 1264與與6是一對補數。是一對補數。利用補數可以將減法變?yōu)榧臃ɡ醚a數可以將減法變?yōu)榧臃?正數的補碼表

30、示與原碼相同，最高位為符正數的補碼表示與原碼相同，最高位為符號位，用號位，用 0 表示正，其余位是數值位。表示正，其余位是數值位。 正數的補碼是它本身。正數的補碼是它本身。 負數的補碼就是用模減去該數的絕對值負數的補碼就是用模減去該數的絕對值。 負數的補碼是它的反碼加負數的補碼是它的反碼加1 1。 ( (負負) )補補= (= (負負) )反反+1+1例如一個數用例如一個數用8位二進制數表示，則位二進制數表示，則8 的原碼為的原碼為 0000，1000 8 的反碼為的反碼為 0000，1000 8 的補碼為的補碼為 0000，1000-8的原碼為的原碼為 1000，1000-8的反碼為的反碼為

31、 1111，0111-8的補碼為的補碼為 1111，1000 10 的原碼為的原碼為 0000，1010 10 的反碼為的反碼為 0000，1010 10 的補碼為的補碼為 0000，1010-10的原碼為的原碼為 1000，1010-10的反碼為的反碼為 1111，0101-10 的補碼為的補碼為 1111，0110負數用補碼表示時，可以把減法變成加法，負數用補碼表示時，可以把減法變成加法，而加法在計算機中容易實現(xiàn)。而加法在計算機中容易實現(xiàn)。 在補碼表示中，在補碼表示中，0 有唯一的一種表示方法有唯一的一種表示方法特點特點+0 的原碼為的原碼為 0000，0000 -0 的原碼為的原碼為 1

32、000，0000+0 的反碼為的反碼為 0000，0000 -0 的反碼為的反碼為 1111，1111+0 的補碼為的補碼為 0000，0000 -0 的補碼為的補碼為 0000，0000 8位二進制數所能表示的補碼范圍：位二進制數所能表示的補碼范圍： 1000,0000 0111,1111 -128 127 即：即： - 2n-1 2n-1-10 1 1 1 1 1 1 1 1270 1 1 1 1 1 1 0 126. . . . . .0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 -11 1 1 1 1 1 1 0 -2. . . .

33、 . . 1 0 0 0 0 0 0 1 -1271 0 0 0 0 0 0 0 -128 （負數）（負數）補補 （負數）（負數）原原取反加取反加1 1 （負數）（負數）原原 （負數）（負數）補補取反加取反加1 1 一個用補碼表示的二進制數，最高位為符一個用補碼表示的二進制數，最高位為符號位，當符號位為號位，當符號位為0 0時，其余位即為此數的二時，其余位即為此數的二進制值；但若符號位為進制值；但若符號位為1 1時，其余位不是此數時，其余位不是此數的二進制值，的二進制值，將其余位按位取反，且在最低將其余位按位取反，且在最低位加位加1 1，才是它的二進制值。，才是它的二進制值。例如例如： （X）

34、補補=11111111 則：則： （X）原原=10000001 X=-1例如例如： （X）補補=11111001 則：則： （X）原原=10000111 X=-7補碼的運算補碼的運算 (X+Y)補補=(X)補補+(Y)補補 (X-Y)補補=(X)補補+(-Y)補補已知已知 ：X=18，Y=59 求求 X-Y(X-Y)補補=(X)補補+(-Y)補補 =(18)補補+(-59)補補=0001,0010+1100,0101 =1101,0111 (X-Y)原原=(1101,0111)反反1=1010,1000+1=10101001=-41可見，補碼的減法可以化作可見，補碼的減法可以化作“加一個負加一

35、個負的減數的減數”來完成，也就是將減法轉換為來完成，也就是將減法轉換為加法，這對計算機很有意義，可以減少加法，這對計算機很有意義，可以減少邏輯電路的種類，提高可靠性。同時邏輯電路的種類，提高可靠性。同時0 0的的補碼在計算機中是唯一的，因此，補碼在計算機中是唯一的，因此，計算計算機中的數通常都是用補碼來表示、運算機中的數通常都是用補碼來表示、運算的。的?？偨Y：總結： 負數的反碼是其正數的按位取反負數的反碼是其正數的按位取反 負數的補碼是其反碼加負數的補碼是其反碼加1。 負數的原碼是其補碼取反加負數的原碼是其補碼取反加1。 正數的反碼、補碼是它本身。正數的反碼、補碼是它本身。實數的特點與表示方法

36、 特點：特點：既有整數部分又有小數部分，小數點位置不固定既有整數部分又有小數部分，小數點位置不固定整數和純小數是實數的特例整數和純小數是實數的特例任何一個實數總可以表達成一個乘冪和一個純小數任何一個實數總可以表達成一個乘冪和一個純小數之積之積例如：例如： 56.725 = 0.56725102 0.0034756 = -0.34756102 實數的表示方法（記階法）：用實數的表示方法（記階法）：用3個部分表示個部分表示1.乘冪中的乘冪中的指數指數：表示實數中小數點的位置：表示實數中小數點的位置2.純小數部分純小數部分(尾數尾數)：表示實數中的有效數字部分：表示實數中的有效數字部分3.數的正負數

37、的正負(符號符號)二進制實數的浮點表示 與十進制實數一樣，二進制實數也可以用記階法表示 例如： +1001.011B = + 0.1001011B2 100 0.0010101B = 0.10101B210 可見，任一個二進制實數 N 均可表示為：N=S2P（其中， 是該數的符號； S是N 的尾數；P是N的階碼）因此，32位的單精度浮點數在計算機中可表示為： 尾尾 數數符號位符號位8位位23位位階碼階碼 尾尾 數數符號位符號位8位位23位位階碼階碼N=S2P1.符號位：正數為符號位：正數為0，負數為，負數為12.階碼階碼P：偏移量為：偏移量為127的移碼的移碼表示范圍：表示范圍：0255，實際

38、范圍，實際范圍 -127128實際值實際值=表示值表示值-1273.尾數尾數S：原碼表示，絕對值在：原碼表示，絕對值在1與與2之間，之間，其中其中1和小數點隱含。和小數點隱含。例例1：0 01111110 10110000000000000000000 尾尾 數數符號位符號位8位位23位位階碼階碼N=S2P1.符號位：該數是正數符號位：該數是正數2.階碼階碼=126，實際值，實際值=126-127=-13.尾數：尾數：1011，因為隱含了，因為隱含了1和小數點和小數點故實際尾數故實際尾數=1.1011實際值：實際值：+1.10112-1=0.11011=0.84375例例2：將：將178.12

39、5轉換成轉換成32位浮點數位浮點數首先將首先將178.125轉換成二進制：轉換成二進制：10110010.00110110010.001=1.11001000127 尾尾 數數符號位符號位8位位23位位階碼階碼階碼階碼=7+127=134=10000110 轉換結果：轉換結果：0 10000110 1100100010000000000字符在計算機中的表示 字符、字符集及其碼表 文字的基本元素是字母和符號，統(tǒng)稱為文字的基本元素是字母和符號，統(tǒng)稱為“字符字符” (character)(character)，它包括：字母、數字、符號等，它包括：字母、數字、符號等字符集：一組特定字符的集合字符集：一

40、組特定字符的集合不同的字符集包含的字符數目與內容不同，如：不同的字符集包含的字符數目與內容不同，如：中文字符集、西文字符集、日文字符集等中文字符集、西文字符集、日文字符集等字符的編碼：字符的編碼：字符集中每個字符都使用二進位字符集中每個字符都使用二進位(code) (code) 表示，稱為表示，稱為該字符的編碼該字符的編碼不同的字符其編碼各不相同不同的字符其編碼各不相同字符集中所有字符的編碼的一覽表，稱為該字符集的字符集中所有字符的編碼的一覽表，稱為該字符集的碼表碼表標準ASCII字符集及其碼表 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 012345670 1 2 3 4 5 6 7 8 9

41、A B C D E Fb6b5b4b3b2b1b00 1 1 01 0 01 1 0 1 0 1 11.3 微機的工作過程 一、一、 微機的基本結構微機的基本結構運算器運算器控制器控制器存儲器存儲器輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器俗稱俗稱: CPU: CPU主機主機計算機硬件計算機硬件I/OI/O設備設備馮馮諾依曼計算機的諾依曼計算機的5 5個組成部分個組成部分存儲器存儲器輸入輸入設備設備運算器運算器控制器控制器輸出輸出設備設備鍵盤、掃鍵盤、掃描儀等描儀等存放程序、存放程序、數據、結果數據、結果運行程序運行程序,輸出結果輸出結果顯示器、顯示器、打印機等打印機等CPU微型計算機采用總線結構微

42、型計算機采用總線結構總線：連接多個功能部件或多個裝置的一組公共信號線。總線：連接多個功能部件或多個裝置的一組公共信號線。內部總線：內部總線：CPUCPU內部各功能部件和各寄存器的連線。內部各功能部件和各寄存器的連線。外部總線：又稱系統(tǒng)總線，即連接外部總線：又稱系統(tǒng)總線，即連接CPUCPU、存儲器和、存儲器和I/OI/O接接口的總線。口的總線。一個部件只要符合總線標準，就可以連接到采用這種總一個部件只要符合總線標準，就可以連接到采用這種總線標準的系統(tǒng)中。線標準的系統(tǒng)中。微型機中目前主要采用的總線有：微型機中目前主要采用的總線有：PCPC總線、總線、ISAISA總線、總線、PCIPCI總線等。總線

43、等。雖然總線的標準不同，但都包括三類總線：雖然總線的標準不同，但都包括三類總線：地址總線（地址總線（ABAB）、數據總線（）、數據總線（DBDB）、控制總線（）、控制總線（CBCB）。）。CPU插座插座內存條插座內存條插座 軟驅、硬盤軟驅、硬盤IDEIDE連接器連接器電源連接器電源連接器PCI總線總線插槽插槽華碩華碩P4T主板實物照片主板實物照片 芯片組芯片組 I/O端口端口微微處處理理器器（CPU）存存儲儲器器輸輸入入/輸輸出出接接口口電電路路外外圍圍設設備備控控制制總總線線數數據據總總線線地地址址總總線線微微型型機機的的基基本本結結構構內存讀寫時地址、數據、控制總線如何配合？內存讀寫時地址

44、、數據、控制總線如何配合？b0為為1或或01. 地址線控制數據線導通地址線控制數據線導通2. 寫入數據時，寫入控制寫入數據時，寫入控制有效，數據線上的位信息有效，數據線上的位信息（0或或1）進入存儲器。）進入存儲器。3. 讀出數據時，讀出控制讀出數據時，讀出控制有效，存儲器上的位信息有效，存儲器上的位信息（0或或1）流向數據線。）流向數據線。readwrite對內存一個字節(jié)的操作：對內存一個字節(jié)的操作：數據總線和控制總線是公用的，每個字節(jié)的地址數據總線和控制總線是公用的，每個字節(jié)的地址信號應不同，信號應不同，即同一時刻只有一根地址線有效即同一時刻只有一根地址線有效。地址線地址線1為為0電平電平

45、，地址地址線線2為為1電平電平，第一個存，第一個存儲器的存儲單元中的數儲器的存儲單元中的數據與數據線相連，在控據與數據線相連，在控制信號的作用下進行操制信號的作用下進行操作。作。地址線地址線1為為1電平電平，地址地址線線2為為0電平，電平，第二個存第二個存儲器的存儲單元中的數儲器的存儲單元中的數據與數據線相連，在控據與數據線相連，在控制信號的作用下進行操制信號的作用下進行操作。作。地址線地址線1為為1電平電平，地址地址線線2為為1電平電平，兩個存儲，兩個存儲器的存儲單元中的數據器的存儲單元中的數據與數據線都不相連。與數據線都不相連。地址線地址線1為為0電平電平，地址地址線線2為為0電平，電平，

46、兩個存儲兩個存儲器的存儲單元中的數據器的存儲單元中的數據都與數據線相連，造成都與數據線相連，造成數據總線混亂，不能進數據總線混亂，不能進行正確操作。行正確操作。由此可見，在任何時候，最多只能有一個地址線信號為由此可見，在任何時候，最多只能有一個地址線信號為0內存的容量為內存的容量為1M字節(jié)，即字節(jié)，即10241024個字節(jié)，個字節(jié)，CPU芯片不可能引出這么多的地址線，如何解決芯片不可能引出這么多的地址線，如何解決地址線單一控制的問題？地址線單一控制的問題？地址線地址線A0為為0電平，存儲單元電平，存儲單元1有效；有效；地址線地址線A0為為1電平，存儲單元電平，存儲單元2有效。有效。一根地址線可

47、以控制兩個存儲單元。一根地址線可以控制兩個存儲單元。A0A1存儲單元存儲單元000110111 有效有效2 有效有效3 有效有效4 有效有效2-4譯碼器譯碼器兩根地址線最多可兩根地址線最多可控制控制4個存儲單元個存儲單元.3根地址線用根地址線用3-8譯碼器進譯碼器進行尋址，共尋址行尋址，共尋址8個單元個單元4根地址線用根地址線用4-16譯碼器進譯碼器進行尋址，共尋址行尋址，共尋址16個單元個單元n根地址線最多可尋址根地址線最多可尋址2n個單元個單元如果一個微機的如果一個微機的CPU有有16根地址引出線，那么根地址引出線，那么這個微機最多能有多大容量的存儲器？這個微機最多能有多大容量的存儲器？6

48、4KB問：問：1MB容量的內存需要多少根地址線？容量的內存需要多少根地址線？地址總線（地址總線（Address BusAddress Bus）用來傳送地址的信號線用來傳送地址的信號線地址總線的根數地址總線的根數( (位數位數) )決定了決定了CPUCPU可以直接尋址的可以直接尋址的內存范圍。內存范圍。比如，有兩根地址線，每一根地址線都可以有比如，有兩根地址線，每一根地址線都可以有0, 0, 1 1兩種狀態(tài)，兩根地址線共有兩種狀態(tài)，兩根地址線共有1 11 10 01 11 10 00 00 0這四種狀態(tài)，這四種狀態(tài)，即可尋址即可尋址4 4個空間個空間，4 4個字節(jié)個字節(jié)。同樣，同樣，3根地址線共

49、根地址線共有有8種狀態(tài)，為：種狀態(tài)，為：0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 14根地址線共有根地址線共有16種種狀態(tài)，為：狀態(tài)，為：0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址線的根數地址線的根數( (位位數數) )n n與與CPUCPU可直接可直接尋址范圍的尋址范圍的大小大小之之間的關系為：間的關系為：內存范圍內存范圍2 2n n8 8位地址線直接尋址范圍為位地址線直接尋址范圍為256256個字節(jié)。個字節(jié)。1616位地址線直接尋址范圍為位地址線直接尋址范圍為2 2

50、161664KB64KB80868086的地址總線為的地址總線為2020位，故位，故80868086的尋址范圍為的尋址范圍為2 22020字節(jié)，即字節(jié)，即1MB1MB。地址總線的信號總是從地址總線的信號總是從CPUCPU送出，所以地址總線是送出，所以地址總線是單向的。單向的。地址總線上的信號除了高低電平外，還可以處于地址總線上的信號除了高低電平外，還可以處于高阻（浮空）狀態(tài)，高阻（浮空）狀態(tài)，稱為單向、三態(tài)總線稱為單向、三態(tài)總線。數據總線（數據總線（Data BusData Bus）用來傳送指令代碼和數據的信號線，即傳送的用來傳送指令代碼和數據的信號線，即傳送的是內存中存儲的內容，數據總線的位

51、數決定是內存中存儲的內容，數據總線的位數決定CPUCPU一一次可以傳輸或處理多少字節(jié)的數據次可以傳輸或處理多少字節(jié)的數據，這個指標也，這個指標也稱數據總線的稱數據總線的寬度寬度。80868086為為1616位微處理器，即數據總線可允許位微處理器，即數據總線可允許1616位二位二進制數據一次通過，進行運算存儲處理。進制數據一次通過，進行運算存儲處理。80888088的內部為的內部為1616位數據總線，外部為位數據總線，外部為8 8位數據總線位數據總線目前的主流微機為目前的主流微機為6464位數據總線。位數據總線。準準16位機位機16位機位機數據總線是雙向的，既可以由數據總線是雙向的，既可以由CP

52、UCPU向存儲器向存儲器和外設送出，又可以接收存儲器和外設的數和外設送出，又可以接收存儲器和外設的數據。同時，數據總線也存在高阻（浮空）的據。同時，數據總線也存在高阻（浮空）的狀態(tài)，狀態(tài)，為雙向、三態(tài)總線為雙向、三態(tài)總線?？刂瓶偩€（控制總線（Control BusControl Bus）用來傳送控制信號用來傳送控制信號。根據微處理器的不同或連。根據微處理器的不同或連接的芯片、設備的不同，要求的具體控制信號的接的芯片、設備的不同，要求的具體控制信號的時序、狀態(tài)也不同，要根據實際的需要進行連接、時序、狀態(tài)也不同，要根據實際的需要進行連接、設置。設置?？刂菩盘柧€，根據使用條件不同，有單向、雙控制信號

53、線，根據使用條件不同，有單向、雙向、三態(tài)或非三態(tài)信號線。向、三態(tài)或非三態(tài)信號線。微機的內部結構與基本功能微機的內部結構與基本功能典型典型16位微處理器結構位微處理器結構定定時時與與控控制制指指令令譯譯碼碼器器ID指指令令寄寄存存器器IR多多路路轉轉換換開開關關通通用用寄寄存存器器組組地地址址寄寄存存器器地地址址緩緩沖沖器器地地址址總總線線A15A0控控制制信信號號內內部部數數據據總總線線寄寄存存器器陣陣 列列數數據據緩緩沖沖器器雙雙向向數數據據總總線線D7D0標標志志寄寄存存器器F算算術術邏邏輯輯單單元元ALU累累加加器器A外外來來控控制制信信號號用來完成算術用來完成算術和邏輯運算和邏輯運算特

54、殊的寄存器特殊的寄存器,有很多指令與有很多指令與其有關其有關指示運算結指示運算結果的狀態(tài)果的狀態(tài)存放下一條存放下一條指令的地址指令的地址CPU中的存中的存儲單元儲單元,16位位二、微機工作過程二、微機工作過程程序存儲：程序存儲：將編寫好的程序放入計算機的內存，將編寫好的程序放入計算機的內存，程序中的每條指令是按順序存放的。程序中的每條指令是按順序存放的。程序控制：程序控制：控制器從存儲器中一條一條地取出指控制器從存儲器中一條一條地取出指令、分析指令、根據不同的指令向各部件發(fā)出完令、分析指令、根據不同的指令向各部件發(fā)出完成該指令的控制信號。成該指令的控制信號。程序在計算機是以指令的形式存儲的，程

55、序在計算機是以指令的形式存儲的，指令是計指令是計算機可以識別的命令，是一系列的二進制代碼算機可以識別的命令，是一系列的二進制代碼。以以8 8位微機為例進行說明位微機為例進行說明欲完成的任務：欲完成的任務：將整數將整數1010和和2020相加，將結果放入內存地址為相加，將結果放入內存地址為30H30H的單元中。的單元中。分析：在計算機中，兩個數不能直接相加，分析：在計算機中，兩個數不能直接相加，首先首先應將一個整數應將一個整數1010放入累加器放入累加器ALAL中中，再使再使ALAL與另一個整數與另一個整數2020相加，結果就在相加，結果就在ALAL中中，然然后將后將ALAL中的內容放到指定的內

56、存單元中。中的內容放到指定的內存單元中。內存中相應的機器碼如下：內存中相應的機器碼如下：將一個數將一個數10放入放入AL中中地址地址內容內容20H 0111010021H 0000101022H 0011010023H0001010024H 0101001125H 0011000026H 0100001130HAL中的中的數加上數加上20將將AL中的數中的數放入放入30H單元單元停止操作停止操作操作碼：將一操作碼：將一個數放入個數放入AL中中操作數：即將操作數：即將放入放入AL中數值中數值有一字節(jié)、有一字節(jié)、兩字節(jié)和多兩字節(jié)和多字節(jié)指令字節(jié)指令將一個數將一個數10放入放入AL中中地址地址內容內容20H 0111010021H 0000101022H 0011010023H 0001010024H 0101001125H 0011000026H 0100001130HAL中的中的數加上數加上20將將AL中的數中的數放入放入30H單元單元停止操作停止操作匯編語言匯編語言MOV AL, 10A