《微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》課件第1章

第1章微型計(jì)算機(jī)概述1.1基本概念1.2微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類型1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成本章小結(jié)

●掌握微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本概念。

●掌握微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成。

●掌握微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類型。

●了解微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.1.1微處理器、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

微處理器是微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和處理的核心，通常也直接用CPU(中央處理單元)表示微處理器。微處理器主要由算術(shù)邏輯單元(ALU)、控制部件和寄存器三部分組成，其中：

●

ALU用來進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

●控制部件用來產(chǎn)生一定的時(shí)序控制信號(hào)，控制指令的執(zhí)行。

●寄存器用于存放指令、操作數(shù)、中間結(jié)果及地址信息等。1.1基本概念這三部分通過微處理器的內(nèi)部總線相連。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，微處理器的性能越來越強(qiáng)，工作頻率越來越高。從Intel公司生產(chǎn)的世界上第一個(gè)四位微處理器4004發(fā)展到功能強(qiáng)大的Pentium4，微處理器的處理能力越來越強(qiáng)大?，F(xiàn)在的微型計(jì)算機(jī)的處理能力已經(jīng)趕上或超過早期小型機(jī)或中型機(jī)的處理能力，有些甚至與早期大型機(jī)的處理能力相差無幾。微型計(jì)算機(jī)通常稱為微型機(jī)，由微處理器、主存儲(chǔ)器、I/O接口和總線四部分組成，其中：

①微處理器是微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，進(jìn)行控制和運(yùn)算的核心部件。

②主存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)信息的部件，用來存儲(chǔ)當(dāng)前正在使用的程序和數(shù)據(jù)。

③微型計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的聯(lián)系以及數(shù)據(jù)傳輸通過I/O接口實(shí)現(xiàn)，如顯示器的接口、外存儲(chǔ)器的接口等。

④總線是連接微處理器和其他部件的通路?？偩€分為地址總線(AB)、數(shù)據(jù)總線(DB)和控制總線(CB)，分別用于傳輸?shù)刂?、?shù)據(jù)和控制信息。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

(1)硬件系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)和電源、輔助電路及外部設(shè)備組成。常見的外部設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、硬盤、打印機(jī)等。

(2)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理軟件和各種應(yīng)用程序。系統(tǒng)軟件用于有效地管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，并為用戶提供友好的人機(jī)接口。操作系統(tǒng)是最常見的系統(tǒng)軟件。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有在硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相互配合下才能正常而有效地工作。1.1.2微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和分類

自20世紀(jì)40年代世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功以來，電子計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了幾次重大的技術(shù)革命，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。通常按照電子計(jì)算機(jī)采用的電子器件來進(jìn)行劃分，可將電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展分為4個(gè)階段，習(xí)慣上稱為四代。

第一代：電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代(1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問世～20世紀(jì)50年代后期)。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)采用電子管作為基本器件。在這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)主要為軍事與國(guó)防尖端技術(shù)的需要而研制，并逐步擴(kuò)展到民用，轉(zhuǎn)為工業(yè)產(chǎn)品，形成了計(jì)算機(jī)工業(yè)。第二代：晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代(20世紀(jì)50年代中期～20世紀(jì)60年代后期)。在這一時(shí)期，作為計(jì)算機(jī)主要器件的電子管逐步被晶體管所取代，使得整機(jī)的體積縮小，功耗降低，可靠性和運(yùn)算速度得到提高，且價(jià)格下降。并且隨著磁芯存儲(chǔ)器的使用，計(jì)算機(jī)速度得到進(jìn)一步提高。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域由軍事與尖端技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)大到氣象、工程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理以及其他科學(xué)研究等領(lǐng)域。

第三代：集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代(20世紀(jì)60年代中期～20世紀(jì)70年代前期)。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)采用集成電路作為基本器件，功耗、體積、價(jià)格進(jìn)一步下降，而速度和可靠性進(jìn)一步提高，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，更多地應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。第四代：大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代(20世紀(jì)70年代以后)。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路作為基本器件，芯片集成度和微處理器的工作速度基本按摩爾定律發(fā)展，大體上每2～3年翻兩番。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器取代磁芯存儲(chǔ)器，并不斷向大容量、高速度發(fā)展。微型計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更加普及，并深入到社會(huì)生活各方面。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代初期，已經(jīng)能把原來體積很大的中央處理器電路集成在一片面積僅十幾平方毫米的微處理器(MP，Microprocessor)電路芯片上。微處理器的出現(xiàn)開創(chuàng)了微型計(jì)算機(jī)的新時(shí)代。所謂微型計(jì)算機(jī)，是指以微處理器為核心再配上半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)接口電路、系統(tǒng)總線及其他邏輯電路組成的計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及開辟了嶄新的途徑，是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。由于微型計(jì)算機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、耗電少、可靠性高、通用性和靈活性強(qiáng)等突出特點(diǎn)，再加上超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)得到極其迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。從1971年美國(guó)Intel公司首先研制成功世界上第一塊微處理器芯片4004以來，差不多每隔2～3年就推出一代新的微處理器產(chǎn)品。微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，它的性能在很大程度上決定了微型計(jì)算機(jī)的性能。因此，微型機(jī)的發(fā)展是以微處理器的發(fā)展而更新?lián)Q代的。目前，以PentiumPro(P6)為代表的微處理器已進(jìn)入第六代。

1．第一代(1971～1973年)：4位或低檔8位微處理器

第一代微處理器是以4位微處理器和低檔8位微處理器為代表的，典型的產(chǎn)品有美國(guó)Intel公司1971年推出的Intel4004，它是實(shí)現(xiàn)4位并行運(yùn)算的單片微處理器，構(gòu)成運(yùn)算器和控制器的所有元件都集成在一片大規(guī)模集成電路芯片上。以它為核心構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)代表是MCS-4。1972年3月Intel公司推出了低檔8位通用微處理器Intel8008，以Intel8008為核心構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)代表是MCS-8。第一代微處理器的芯片采用PMOS(Metal-OxideSemiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝，集成度約為2000管/片，時(shí)鐘頻率為1MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為20μs。第一代微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)算功能單一，但價(jià)格低廉，使用方便。

2．第二代(1974～1978年)：中高檔8位微處理器

微處理器問世后，眾多公司紛紛研制微處理器逐步形成以Intel公司、Motorola公司和Zilog公司產(chǎn)品為代表的3大系列微處理器。中高檔8位微處理器的典型產(chǎn)品有：1973年Intel公司推出的Intel8080及其改進(jìn)型8085；1974年美國(guó)Motorola公司推出的MC6809；1975年Zilog公司推出的Z-80，它是國(guó)內(nèi)曾經(jīng)最流行的單板微型機(jī)TP801采用的微處理器；MOS公司推出的MOS6502，它是IBMPC問世之前世界上最流行的微型計(jì)算機(jī)AppleⅡ(蘋果機(jī))的微處理器。第二代微處理器的芯片采用NMOS工藝，集成度達(dá)到5000～9000管/片，微處理器的性能技術(shù)指標(biāo)有明顯改進(jìn)，時(shí)鐘頻率為2～4MHz，運(yùn)算速度加快，平均指令執(zhí)行時(shí)間為1～2μs。第二代微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是具有多種尋址方式，指令系統(tǒng)較完善。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，已經(jīng)具有典型計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，具有中斷、DMA(DirectMemoryAccess，直接存儲(chǔ)器存取)等控制功能，設(shè)計(jì)考慮了機(jī)器間的兼容性、端口的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性，配套外圍電路的功能和種類齊全。在軟件方面，除匯編語言外，還有高級(jí)語言和操作系統(tǒng)。

3．第三代(1978～1983年)：16位微處理器

20世紀(jì)70年代后期，超大規(guī)模集成電路研制成功和制造技術(shù)的成熟，進(jìn)一步推動(dòng)微處理器和微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)技術(shù)向更高層次發(fā)展，出現(xiàn)了16位微處理器。這一時(shí)期最典型的產(chǎn)品是Intel公司1978年推出的16位微處理器Intel8086，以及與8086內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，但外部總線只有8位的準(zhǔn)16位微處理器8088。除8086/8088外，這一時(shí)期的典型產(chǎn)品還有Zilog公司的Z-8000和Motorola公司的MC68000等。第三代微處理器采用HMOS高密度集成工藝技術(shù)，集成度為2～7萬管/片，時(shí)鐘頻率為4～8MHz，數(shù)據(jù)總線寬度為16位，地址總線寬度為20位，可尋址內(nèi)存空間達(dá)1MB，運(yùn)算速度比8位機(jī)提高2～5倍。1981年，IBM公司推出的以8088為微處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)IBMPC/XT投入市場(chǎng)后迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，形成了使用16位個(gè)人計(jì)算機(jī)的高潮。1982年，Intel公司又推出80286微處理器，它是16位微處理器中的高檔產(chǎn)品，其集成度達(dá)到10萬管/片，時(shí)鐘頻率為10MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間為0.2μs，速度比8086提高5～6倍。

第三代微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是具有豐富的指令系統(tǒng)、多種尋址方式以及多種數(shù)據(jù)處理形式，并采用多級(jí)中斷，有完善的操作系統(tǒng)。其微處理器(80286)含有多任務(wù)系統(tǒng)必需的任務(wù)轉(zhuǎn)換功能、存儲(chǔ)器管理功能和多種保護(hù)機(jī)構(gòu)，以支持虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)。

4．第四代(1983～1993年)：32位高檔微處理器

1983年以后，以Intel公司為代表的一些世界著名半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)商先后推出了32位微處理器，這一時(shí)期的典型產(chǎn)品有：1983年Zilog公司推出的Z-80000；1984年Motorola公司推出的MC68020；1985～1989年Intel公司推出的Intel80386和Intel80486；NEC公司推出的V70等。32位微處理器的出現(xiàn)，使微處理器開始進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，無論是從結(jié)構(gòu)、功能還是從應(yīng)用范圍等方面看，都可以說是小型機(jī)的微型化。第四代微處理器采用先進(jìn)的高速CMOS(HCMOS)工藝，集成度為1～120萬管/片，具有32位數(shù)據(jù)總線和32位地址總線，直接尋址能力高達(dá)4

GB，同時(shí)具有存儲(chǔ)保護(hù)和虛擬存儲(chǔ)功能，虛擬空間可達(dá)64TB(264B)，時(shí)鐘頻率達(dá)到16～33MHz，平均指令執(zhí)行時(shí)間約0.1μs，運(yùn)算速度為300～400萬條指令/秒，即3～4MIPs(MillionInstructionPerSecond，每秒百萬條指令)。

第四代微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是內(nèi)部采用流水線控制(80386采用6級(jí)流水線)，使取指令、指令譯碼、內(nèi)存管理、執(zhí)行指令和總線訪問并行操作。Intel80486片內(nèi)增加了協(xié)處理器和8KB的片內(nèi)高速緩存(即一級(jí)Cache)，支持配置外部高速緩存(即二級(jí)Cache)。內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度有32位、64位和128位，分別用于不同單元間的數(shù)據(jù)交換。采用RISC(ReducedInstructionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))技術(shù)，使微處理器可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令；采用突發(fā)總線(BurstBUS)技術(shù)與外部RAM進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換，大大加快了數(shù)據(jù)處理速度。

5．第五代(1993年后)：準(zhǔn)64位高檔微處理器

第五代微處理器的推出，使微處理器技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)嶄新階段，這一時(shí)期的典型產(chǎn)品有：1993年Intel公司推出的Pentium；1995年IBM公司、Motorola公司、Apple公司聯(lián)合推出的PowerPC；AMD公司推出的K5。第五代微處理器采用亞微米(0.6μm)的CMOS工藝制造，集成度高達(dá)310萬管/片，采用64位外部數(shù)據(jù)總線，使經(jīng)總線訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)的速度高達(dá)528MB/s，是主頻為66MHz的80486-DX2最高速度(105MB/s)的5倍，36位地址總線使可尋址空間達(dá)64GB。第五代微型計(jì)算機(jī)采用了全新的體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用超標(biāo)量流水線設(shè)計(jì)，在微處理器內(nèi)部有U、V兩條流水線并行工作；允許Pentium在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行兩條整數(shù)指令，即實(shí)現(xiàn)指令并行；Pentium芯片內(nèi)采用雙Cache結(jié)構(gòu)，即指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)Cache為8KB，數(shù)據(jù)寬度為32位，避免了預(yù)取指令和數(shù)據(jù)可能發(fā)生的沖突。數(shù)據(jù)Cache還采用了回寫技術(shù)，大大節(jié)省了處理器的處理時(shí)間；采用分支指令預(yù)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分支程序的指令流向，大大節(jié)省了處理器用于判別分支程序的時(shí)間。

6.第六代(1995年后)：64位微處理器

1995年2月，Intel公司推出第六代微處理器PentiumPRO(P6)。P6采用0.6μm工藝，集成度為550萬管/片，具有兩個(gè)一級(jí)高速緩存(即8KB的指令Cache和8KB的數(shù)據(jù)Cache)，256KB的二級(jí)Cache，內(nèi)部采用12級(jí)超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行3條指令，同時(shí)它在CISC(復(fù)雜指令集)/RISC的混合使用、亂序執(zhí)行等方面都有新的特點(diǎn)。隨后，Intel公司對(duì)P6的性能作了進(jìn)一步的改進(jìn)和提升，2000年末Intel公司又推出了Pentium4。

Pentium4采用0.18μm工藝，集成度為4200萬管/片，具有兩個(gè)一級(jí)高速緩存(即64KB的指令Cache和64KB的數(shù)據(jù)Cache)，512KB的二級(jí)Cache，其電源電壓僅為1.9V，主頻為1.3～3.6GHz。由于Pentium4內(nèi)部采用了20級(jí)超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)，并增加了很多新指令，因此更加有利于多媒體操作和網(wǎng)絡(luò)操作。

第六代微處理器性能優(yōu)異，適應(yīng)當(dāng)前對(duì)多媒體、網(wǎng)絡(luò)、通信等多方面的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)不斷地對(duì)微處理器提出新的要求，新型、新概念的微處理器定會(huì)層出不窮。1.1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

一臺(tái)微機(jī)性能的優(yōu)劣，主要是由它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、系統(tǒng)總線、外部設(shè)備以及軟件配置等因素來決定的，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)上。

1.字長(zhǎng)

微機(jī)的字長(zhǎng)是指微處理器內(nèi)部一次可以并行處理二進(jìn)制代碼的位數(shù)，它與微處理器內(nèi)部寄存器以及CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度是一致的。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，所表示的數(shù)據(jù)精度就越高。在完成同樣精度的運(yùn)算時(shí)，字長(zhǎng)較長(zhǎng)的微處理器比字長(zhǎng)較短的微處理器運(yùn)算速度快。大多數(shù)微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線與微處理器的外部數(shù)據(jù)引腳寬度是相同的，但也有少數(shù)例外，如Intel8088微處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，而芯片外部數(shù)據(jù)引腳只有8位；Intel80386SX微處理器內(nèi)部為32位數(shù)據(jù)總線，而外部數(shù)據(jù)引腳為16位。對(duì)這類芯片仍然以它們的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度為字長(zhǎng)，但把它們稱作“準(zhǔn)XX位”芯片。例如，8088被稱為“準(zhǔn)16位”微處理器芯片，80386SX被稱作“準(zhǔn)32位”微處理器芯片。

2.主存容量

主存容量是主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息的總量，它反映了微機(jī)處理信息時(shí)容納數(shù)據(jù)量的能力。主存容量越大，微機(jī)工作時(shí)主、外存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)交換次數(shù)就越少，處理速度也就越快。主存容量常以字節(jié)(Byte)為單位，并定義KB、MB、GB、TB等派生單位，其中：

1KB

=

1024B；1MB

=

1024KB；1GB

=

1024MB；1TB

=

1024GB

80X86微型機(jī)能配置的最大內(nèi)存容量受CPU所支持的物理地址空間范圍的限制，一般配置為幾百KB到幾百M(fèi)B。

3.指令執(zhí)行時(shí)間

指令執(zhí)行時(shí)間是指計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)間，其長(zhǎng)短反映了計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令速度的快慢。它一方面取決于微處理器工作的時(shí)鐘頻率；另一方面又取決于計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、CPU的體系結(jié)構(gòu)等。微處理器工作時(shí)鐘頻率指標(biāo)可表示為多少兆赫[茲](或吉赫茲)，即MHz(或GHz)；微處理器指令執(zhí)行速度指標(biāo)則表示為每秒運(yùn)行多少百萬條指令(MIPs，MillonsofInstructionsPerSecond)。

4.系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是連接微機(jī)系統(tǒng)各功能部件的公共數(shù)據(jù)通道。系統(tǒng)總線所支持的數(shù)據(jù)傳送位數(shù)和時(shí)鐘頻率直接關(guān)系到整機(jī)的性能。數(shù)據(jù)傳送位數(shù)越多，總線工作時(shí)鐘頻率越高，系統(tǒng)總線的信息吞吐率就越高，整機(jī)的性能就越強(qiáng)。目前，微機(jī)系統(tǒng)采用了多種系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，如ISA、EISA、VESA、PCI、PCI-Express等。

5.外部設(shè)備配置

在微機(jī)系統(tǒng)中，外部設(shè)備(外設(shè))占據(jù)了重要地位。計(jì)算機(jī)信息的輸入、輸出、存儲(chǔ)都必須由外設(shè)來完成，微機(jī)系統(tǒng)一般都配置了顯示器、打印機(jī)、鍵盤等外設(shè)。微機(jī)系統(tǒng)所配置的外設(shè)，其速度快慢、容量大小、分辨率高低等技術(shù)指標(biāo)都影響著微機(jī)系統(tǒng)的整體性能。

6.系統(tǒng)軟件配置

系統(tǒng)軟件也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可或缺的組成部分。微機(jī)硬件系統(tǒng)僅是一個(gè)裸機(jī)，它本身并不能運(yùn)行。若要運(yùn)行，必須有基本的系統(tǒng)軟件支持，如DOS、Windows等操作系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件配置是否齊全，軟件功能的強(qiáng)弱，是否支持多任務(wù)、多用戶操作等都是微機(jī)硬件系統(tǒng)性能能否得到充分發(fā)揮的重要因素。

在日常生活中，人們習(xí)慣使用十進(jìn)制數(shù)來進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算。但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部使用的所有指令或數(shù)據(jù)都采用二進(jìn)制代碼，并通過數(shù)字器件的不同狀態(tài)來表示。二進(jìn)制形式的代碼是計(jì)算機(jī)唯一能識(shí)別的機(jī)器語言，因此，所有需要計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字、字母、符號(hào)等都必須采用二進(jìn)制表示。但由于二進(jìn)制數(shù)難記憶，閱讀和書寫也不方便，因此在計(jì)算機(jī)中有時(shí)也采用其他進(jìn)制，如十六進(jìn)制、八進(jìn)制和十進(jìn)制等。本節(jié)將介紹二進(jìn)制與其他進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換及計(jì)算機(jī)中的編碼方式。1.2微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)類型1.2.1常用數(shù)據(jù)類型

1．?dāng)?shù)制

數(shù)制是人們用來表示數(shù)據(jù)的科學(xué)方法。日常生活中我們最熟悉的是十進(jìn)制數(shù)，此外還有二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)等。為了區(qū)別不同的進(jìn)位計(jì)數(shù)制，可以用字母表示數(shù)制，用B(Binary)表示二進(jìn)制、O(Octal)表示八進(jìn)制、D(Decimal)表示十進(jìn)制、H(Hexadecimal)表示十六進(jìn)制。

1)十進(jìn)制數(shù)

十進(jìn)制數(shù)由10個(gè)數(shù)碼(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)組成，無論數(shù)的大小，都可用這10個(gè)數(shù)碼組合來表示。任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)D，都可用權(quán)展開式表示為

(D)10

=

Dn-1

×

10n-1

+

Dn-2

×

10n-2

+

Dn-3

×

10n-3

+

…

+

D1

×

101

+

D0

×

100+

D-1

×

10-1

+

…

+

D-m

×

10-m

其中，Di是D的第i位的數(shù)碼，可以是0～9中的任何一個(gè)；n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù)，m表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù)；10為基數(shù)；10i稱為十進(jìn)制數(shù)的權(quán)。

例1.1

十進(jìn)制數(shù)4236.86可以表示為

(4236.86)10

=

4

×

103

+

2

×

102

+

3

×

101

+

6

×

100

+

8

×

10-1

+

6

×

10-2

2)二進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制數(shù)中，任何數(shù)都是由0、1兩個(gè)數(shù)碼組成的。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的按權(quán)展開式表示為

(B)2

=

Bn-1

×

2n-1

+

Bn-2

×

2n-2

+

Bn-3

×

2n-3

+

…

+

B1

×

21

+

B0

×

20+

B-1

×

2-1

+

…

+

B-m

×

2-m

其中，Bi是B的第i位的數(shù)碼，可以是0或1中的任何一個(gè)；n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù)，m表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù)；2為基數(shù)；2i稱為二進(jìn)制數(shù)的權(quán)。

例1.2

二進(jìn)制數(shù)1101.11可表示為

(1101.11)2

=

1

×

23

+

1

×

22

+

0

×

21

+

1

×

20

+

1

×

2-1

+

1

×

2-2

3)十六進(jìn)制數(shù)

十六進(jìn)制數(shù)由16個(gè)數(shù)碼(0～9和A～F)組成，無論數(shù)的大小，都可用這16個(gè)數(shù)碼的組合來表示。任何一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)H，都可用權(quán)展開式表示為

(H)16

=

Hn-1

×

16n-1

+

Hn-2

×

16n-2

+

Hn-3

×

16n-3

+

…

+

H1

×

161

+

H0

×

160+

H-1

×

16-1

+

…

+

H-m

×

16-m

其中，Hi是H的第i位的數(shù)碼，可以是0～9和A～F中的任何一個(gè)；n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù)，m表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù)；16為基數(shù)；16i稱為十六進(jìn)制數(shù)的權(quán)。

例1.3

十六進(jìn)制數(shù)3FB1.A可表示為

(3FB1.A)16

=

3

×

163

+

F

×

162

+

B

×

161

+

1

×

160

+

A

×

16-1

二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間存在一種特殊的關(guān)系，即24=16，所以一位十六進(jìn)制數(shù)可以用4位二進(jìn)制數(shù)表示，見表1.1。

表1.1十六、十、二進(jìn)制對(duì)照表4)八進(jìn)制數(shù)

八進(jìn)制數(shù)由8個(gè)數(shù)碼(0～7)組成，無論數(shù)的大小，都可用這8個(gè)數(shù)碼組合來表示。任何一個(gè)八進(jìn)制數(shù)O，都可用權(quán)展開式表示為

(O)16

=

On-1

×

8n-1

+

On-2

×

8n-2

+

On-3

×

8n-3

+

…

+

O1

×

81

+

O0

×

80+

O-1

×

8-1

+

…

+

O-m

×

8-m

其中，Oi是O的第i位的數(shù)碼，可以是0～7這8個(gè)符號(hào)中的任何一個(gè)；n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù)，m表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù)；8為基數(shù)；8i稱為八進(jìn)制數(shù)的權(quán)。

例1.4

八進(jìn)制數(shù)7320.11可表示為

(7320.11)8

=

7

×

83

+

3

×

82

+

2

×

81

+

0

×

80

+

1

×

8-1

+

1

×

8-2

二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間存在一種特殊的關(guān)系，即23=8，所以一位八進(jìn)制數(shù)可以用3位二進(jìn)制數(shù)表示，見表1.2。

表1.2八、二進(jìn)制對(duì)照表1.2.2各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

人們習(xí)慣的是十進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)采用的是二進(jìn)制數(shù)，編程又多用十六進(jìn)制數(shù)，因此必然產(chǎn)生數(shù)制轉(zhuǎn)換的問題。

1.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

轉(zhuǎn)換方法：按位權(quán)展開，再求和。

例1.5

將二進(jìn)制數(shù)101.11和十六進(jìn)制數(shù)F94轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

解：(1)

(101.11)2=

1

×

22

+

1

×

20

+

1

×

2-1

+

1

×

2-2

=

4

+

1

+

0.5

+

0.25

=

5.75

(2)

(F94)16

=

15

×

162

+

9

×

161

+

4

×

160

=

3988

注意：只有十進(jìn)制數(shù)的下標(biāo)可以省略，其他進(jìn)制數(shù)的下標(biāo)不可以省略。

2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制數(shù)(K進(jìn)制數(shù))

轉(zhuǎn)換方法：將十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)部分和整數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。

①整數(shù)部分：除K取余，直至商為0，每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。

②小數(shù)部分：乘K取整，用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)(K)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。

例1.6

將十進(jìn)制數(shù)112.25轉(zhuǎn)換為等值的二進(jìn)制數(shù)。

解：整數(shù)部分

112/2

=

56 余數(shù)

=

0

(最低位)

56/2

=

28 余數(shù)

=

0

28/2

=

14 余數(shù)

=

0

14/2

=

7 余數(shù)

=

0

7/2

=

3 余數(shù)

=

1

3/2

=

1 余數(shù)

=

1

1/2

=

0 余數(shù)

=

1

從而得到轉(zhuǎn)換結(jié)果為

112.25

=

(1110000.01)2

小數(shù)部分

0.25

×

2

=

0.5整數(shù)

=

0(最高位)

0.5

×

2

=

1整數(shù)

=

1

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的另一種方法是減權(quán)定位法，就是從可能轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的最高位開始，依次將十進(jìn)制數(shù)減去二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)，夠減則該位系數(shù)置1，不夠減置0。當(dāng)整數(shù)部分余數(shù)小于16時(shí)則可以直接寫出二進(jìn)制數(shù)。此方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快捷，但需要記住二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)。二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)如下：

2-3=

0.1252-2=

0.252-1=

0.520

=

121

=

222

=

423

=

824

=

1625

=

32

26

=

6427

=

12828

=

25629

=

512210

=

1024211

=

2048…216

=

65536…

例1.7

將158轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

解：

158

=

(10011110)2

例1.8

將301.6875轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。

解：

整數(shù)部分 小數(shù)部分

301/16

=

18余數(shù)

=

D 0.6875

×

16

=

11.0000

18/16

=

1 余數(shù)

=

2 整數(shù)

=

11(D)

=

B(H)

1/16

=

0 余數(shù)

=

1

所以

301.6875

=

(12D.B)16

3.八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

由于23

=

8，所以1位八進(jìn)制數(shù)可以用3位二進(jìn)制數(shù)表示；而24

=

16，所以1位十六進(jìn)制數(shù)可以用4位二進(jìn)制數(shù)表示。

轉(zhuǎn)換方法：按位展開。

例1.9

將八進(jìn)制數(shù)724.5轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

解：按位：(7

2

4.5)8

↓

↓

↓↓

展開：

111010100.101

結(jié)果：(724.5)8

=

(111010100.101)2

例1.10

將十六進(jìn)制數(shù)7FA.0E轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

解：按位：(7FA.

0

E)16

↓

↓

↓

↓

↓

展開：011111111010.00001110

結(jié)果：(7FA.0E)16

=

(011111111010.00001110)2

4.二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)

轉(zhuǎn)換方法：分組轉(zhuǎn)換。以小數(shù)點(diǎn)為界，分別向左、右，令整數(shù)和小數(shù)部分每3位或4位一組。若整數(shù)最高位的一組不足3位或4位，則在其左邊補(bǔ)0；若小數(shù)最低位的一組不足3位或4位，則在其右邊補(bǔ)0。然后將每組二進(jìn)制數(shù)用對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)代替，則得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。

例1.11

將二進(jìn)制數(shù)110001100110.010轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。

解：分組：(110001100110.010)2

↓↓

↓↓↓

轉(zhuǎn)換：

6146.2

結(jié)果：(110001100110.010)2

=

(6146.2)8

例1.12

將二進(jìn)制數(shù)10010010101001110001101.110轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。

解：分組：((0)10010010101001110001101.110(0))2

↓

↓↓↓↓↓↓

轉(zhuǎn)換：

4

9538C

.B

結(jié)果：(10010010101001110001101.110)2

=

(49538C.B)161.2.3帶符號(hào)數(shù)的表示

1.機(jī)器數(shù)與真值

計(jì)算機(jī)在處理實(shí)際問題時(shí)遇到的數(shù)據(jù)通常是帶符號(hào)數(shù)。數(shù)據(jù)的符號(hào)(+或-)也是用二進(jìn)制數(shù)碼來表示的。一般用“0”表示正數(shù)符號(hào)，用“1”表示負(fù)數(shù)符號(hào)。這樣，機(jī)器中數(shù)的符號(hào)也數(shù)值化了。比如：

N1

=

(+1011011)2N2

=

(-1011011)2

在計(jì)算機(jī)中的表示為

N1

=

(01011011)2N2

=

(11011011)2通常將符號(hào)數(shù)值化了的帶符號(hào)數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，將帶符號(hào)數(shù)的數(shù)值部分稱為機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)也有不同的表示方法，即采用不同的碼制來表示，常見的碼制有原碼、反碼和補(bǔ)碼等。

2.原碼表示法

原碼表示法是一種簡(jiǎn)單的機(jī)器數(shù)表示法，即符號(hào)和數(shù)值表示法。設(shè)X為真值，[X]原為機(jī)器數(shù)表示。

①對(duì)于正數(shù)，設(shè)X

=

(1100110)2，則

[X]原

=

(01100110)2。

②對(duì)于負(fù)數(shù)，設(shè)X

=

(-1100111)2，則

[X]原

=

(11100111)2。

③對(duì)于0，在原碼表示法中，0有兩種表示形式：

[+0]原

=

(00000000)2[-0]原

=

(10000000)2

在原碼表示法中用8位二進(jìn)制數(shù)表示的整數(shù)數(shù)據(jù)范圍為

-127～+127。

3.反碼表示法

①對(duì)于正數(shù)，反碼表示形式與原碼表示形式相同，即[X]反=[X]原。

例1.13

求X

=

(

+

1010101)2的反碼。

解：

[X]反

=

[X]原

=

(01010101)2

②對(duì)于負(fù)數(shù)，對(duì)符號(hào)位以外各位按位“取反”(0變1，1變0)即可。

例1.14

求X

=

(-1100111)2的反碼。

解：

[X]反

=

(10011000)2

③對(duì)于0，在反碼表示法中，0有兩種表示形式：

[+0]反

=

(00000000)2[-0]反

=

(11111111)2

在反碼表示法中用8位二進(jìn)制數(shù)表示的整數(shù)數(shù)據(jù)范圍為

-127～+127。

4.補(bǔ)碼表示法

①對(duì)于正數(shù)，補(bǔ)碼表示形式與原碼表示形式相同，即

[X]補(bǔ)

=

[X]原。

例1.15

求X

=

(+1010101)2的外碼。

解：

[X]補(bǔ)

=

[X]原

=

(01010101)2

②對(duì)于負(fù)數(shù)，對(duì)符號(hào)位以外各位按位“取反”(0變1，1變0)，再加1。

例1.16

求X

=

(-1100111)2的補(bǔ)碼。

解：

[X]補(bǔ)

=

(10011001)2

③對(duì)于0，在反碼表示法中，0只有一種表示形式：

[+0]補(bǔ)

=

[-0]補(bǔ)

=

(00000000)2從上面關(guān)于原碼、反碼和補(bǔ)碼的定義可知，一個(gè)正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼的表示形式相同，符號(hào)位為0，數(shù)值位是真值本身。一個(gè)負(fù)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼的符號(hào)位都為1；而對(duì)于數(shù)值位，原碼是真值本身，反碼是各位取反，補(bǔ)碼是各位取反后最低位加1。即原碼的反碼加1是補(bǔ)碼；補(bǔ)碼的反碼加1是原碼。

5.補(bǔ)碼加減法運(yùn)算

在微機(jī)系統(tǒng)中，通常采用補(bǔ)碼來表示帶符號(hào)數(shù)，這是因?yàn)橛醚a(bǔ)碼表示數(shù)據(jù)時(shí)可以將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為加法運(yùn)算，從而簡(jiǎn)化運(yùn)算器硬件電路，提高運(yùn)算速度。

1)補(bǔ)碼加法運(yùn)算

兩個(gè)補(bǔ)碼數(shù)據(jù)相加，相加結(jié)果即為和的補(bǔ)碼表示。對(duì)應(yīng)的公式為

[X]補(bǔ)

+

[Y]補(bǔ)=

[X

+

Y]補(bǔ)

例1.17X

=

-110001B，Y

=

+001001B，利用補(bǔ)碼加法計(jì)算X+Y。

解：

[X]補(bǔ)

=

1001111

[Y]補(bǔ)

=

0001001

因?yàn)?/p>

[X]補(bǔ)

=

1001111

+[Y]補(bǔ)

=

0001001

[X

+

Y]補(bǔ)

=

1011000

所以

X

+

Y

=

-101000B

=

-40

例1.18

求(-9)

+

(-2)。

解：

[X]補(bǔ)

=

111101111(即十進(jìn)制數(shù)

-9)

[Y]補(bǔ)

=

11111110(即十進(jìn)制數(shù)

-2)

因?yàn)?/p>

[X

+

Y]補(bǔ)

=

[X]補(bǔ)

+

[Y]補(bǔ)

[X]補(bǔ)

=

11110111 -9

+

[Y]補(bǔ)

=

11111110+) -2

[X

+

Y]補(bǔ)

=

111110101 -11

↑

自然丟失

所以

[X]補(bǔ)

+

[Y]補(bǔ)

=

11110101

X

+

Y

=

-0001011B

=

-11

【試做】

已知X

=

-110001B，Y

=

+001001B，利用補(bǔ)碼加法計(jì)算X+Y。

2)補(bǔ)碼的減法運(yùn)算

兩個(gè)補(bǔ)碼數(shù)據(jù)相減，相減結(jié)果即為差的補(bǔ)碼，即

[X]補(bǔ)

-

[Y]補(bǔ)

=

[X]補(bǔ)

+

[-Y]補(bǔ)

=

[X

+

(-Y)]補(bǔ)

=

[X-Y]補(bǔ)

例1.19X

=

001110B，Y

=

-110001B，利用補(bǔ)碼減法計(jì)算X

-

Y。

解：

[X]補(bǔ)

=

0001110[Y]補(bǔ)

=

1001111[-Y]補(bǔ)

=

0110001

因?yàn)?/p>

[X-Y]補(bǔ)

=

[X

+

(-Y)]補(bǔ)

=[X]補(bǔ)

+[-Y]補(bǔ)

[X]補(bǔ)

=

0001110

+[-Y]補(bǔ)

=

0110001

[X-Y]補(bǔ)

=

0111111

所以

X

-

Y

=

+111111B

=

+63

例1.20

利用補(bǔ)碼減法計(jì)算9

-

2。

解：

[X]補(bǔ)

=

00001001[Y]補(bǔ)

=

00000010

因?yàn)?/p>

[X-Y]補(bǔ)

=

[X+(-Y)]補(bǔ)

=[X]補(bǔ)

+[-Y]補(bǔ)

[－Y]補(bǔ)

=

11111110

[X]補(bǔ)

=

00001101

+[-Y]補(bǔ)

=

11111110

[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)

=

100000111

↑

自然丟失

[X-Y]補(bǔ)

=

0000111

所以

X-Y

=

+

0000111B

=

7

【試做】

已知X

=

001110B，Y

=

-110001B，利用補(bǔ)碼減法計(jì)算X

-

Y。

3)溢出判斷

在選定了運(yùn)算字長(zhǎng)和數(shù)的表示方法之后，如果運(yùn)算的結(jié)果超出了計(jì)算機(jī)能表示的數(shù)據(jù)范圍，則稱這種情況為廣義上的溢出。

嚴(yán)格意義上來說，廣義的溢出既包括帶符號(hào)數(shù)的溢出，也包括無符號(hào)的溢出，但是下面把帶符號(hào)數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)果超出表示范圍稱為溢出，而把無符號(hào)數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)果超出表示范圍稱為進(jìn)位。因?yàn)閷?duì)于無符號(hào)數(shù)的加減運(yùn)算，無論運(yùn)算的結(jié)果是否超出了數(shù)據(jù)表示范圍(在計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)范圍內(nèi))，運(yùn)算結(jié)果都是正確的。而對(duì)于帶符號(hào)數(shù)的加減運(yùn)算，如果沒有溢出，則運(yùn)算結(jié)果是正確的，而如果產(chǎn)生溢出，則運(yùn)算結(jié)果就是錯(cuò)誤的。對(duì)于字長(zhǎng)為n的計(jì)算機(jī)，它能表示的定點(diǎn)補(bǔ)碼范圍為

-2n-1≤X≤2n-1-1。就8088/8086CPU而言，它有8位的字節(jié)運(yùn)算和16位的字運(yùn)算兩種運(yùn)算，字節(jié)運(yùn)算的帶符號(hào)數(shù)據(jù)表示范圍是

-128～+127，字運(yùn)算的帶符號(hào)數(shù)據(jù)表示范圍是

-32768～+32767。

溢出判斷方法：當(dāng)兩個(gè)正數(shù)相加結(jié)果為負(fù)數(shù)，或兩個(gè)負(fù)數(shù)相加結(jié)果為正數(shù)時(shí)，有溢出；正數(shù)和負(fù)數(shù)相加總是沒有溢出。1.2.4常用的編碼

計(jì)算機(jī)中除了處理數(shù)值信息外，還要處理大量的其他數(shù)據(jù)，如字母、符號(hào)、漢字、圖像、語音等。這些信息最終都必須轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制格式的代碼才能被計(jì)算機(jī)處理，即都要表示為若干位二進(jìn)制碼的組合(二進(jìn)制編碼)。計(jì)算機(jī)中常用的編碼有BCD碼、ASCII碼、漢字編碼等，這些編碼在機(jī)器內(nèi)部都是用二進(jìn)制形式表示的。

1.BCD碼

BCD(BinaryCodedDecimal，二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù))碼是用4位二進(jìn)制代碼表示1位十進(jìn)制數(shù)，其4位二進(jìn)制編碼的每一位都有特定的位權(quán)，從左至右分別為

23

=

8，22

=

4，21

=

2，20

=

1

故又稱其為8421碼。8421碼是最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制自然編碼，它以4位二進(jìn)制的前10個(gè)代碼分別對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)的10個(gè)數(shù)碼，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1.3。

表1.38421BCD碼

1)

BCD碼與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

(1)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼。

方法：按位展開即可。

例1.2159

=

(01011001)BCD

465

=

(010001100101)BCD

(2)

BCD碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

方法：分組轉(zhuǎn)換。

例1.22(011010000010)BCD

=

(011010000010)BCD=682

2)

BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

注意：BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間不能直接轉(zhuǎn)換，需將BCD碼先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，再由十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

例1.23

將BCD碼(00010001.00100101)BCD轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

解：

(00010001.00100101)BCD

=

11.25

11.25

=

(1011.01)2

所以

(00010001.00100101)BCD

=

(1011.01)2

自己試一試將二進(jìn)制數(shù)01000111轉(zhuǎn)換為BCD碼。

BCD碼有兩種形式，即壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。

①壓縮BCD碼：壓縮BCD碼每一位用4位二進(jìn)制表示，一個(gè)字節(jié)表示2位十進(jìn)制數(shù)。例如(01001000)BCD表示48。

②非壓縮BCD碼：非壓縮BCD碼用1個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，只用低4位的0000～1001表示0～9。例如十進(jìn)制數(shù)48用非壓縮BCD碼表示為(0000010000001000)BCD。

2.?ASCII碼

在計(jì)算機(jī)中，各種字符和符號(hào)必須按特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼表示。目前在微機(jī)中普遍采用的字符編碼系統(tǒng)是ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)。ASCII碼有7位和8位兩種字符編碼，常用的是7位ASCII碼，包括大、小寫英文字母，0～9數(shù)字字符，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)以及一些專用字符。在計(jì)算機(jī)中，一個(gè)字符通常用一個(gè)字節(jié)(8位)表示，最高位通常為0或作為奇偶校驗(yàn)位。具體的ASCII編碼可參見附錄A。

3.漢字編碼

漢字的特點(diǎn)是：象形字多；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，筆畫多；同音不同字，同字不同音。

1)漢字的輸入編碼

為了能直接使用西文標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入漢字，就必須為漢字設(shè)計(jì)相應(yīng)的輸入編碼，采用的方法主要有以下3類。

(1)數(shù)字編碼：常用的是國(guó)標(biāo)區(qū)位碼，用數(shù)字串代表一個(gè)漢字輸入。區(qū)位碼是將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局公布的6763個(gè)兩級(jí)漢字分為94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)分為94位。實(shí)際上把漢字表示成二維數(shù)組，每個(gè)漢字在數(shù)組中的下標(biāo)就是區(qū)位碼。區(qū)碼和位碼各2位十進(jìn)制數(shù)字，因此輸入一個(gè)漢字需按鍵4次。

數(shù)字編碼的優(yōu)點(diǎn)是無重碼，且輸入碼與內(nèi)部編碼的轉(zhuǎn)換比較方便，缺點(diǎn)是代碼難以記憶。

(2)拼音碼：拼音碼是以漢語拼音為基礎(chǔ)的輸入方法，簡(jiǎn)單易學(xué)，但重碼率很高，影響了輸入速度。

(3)字型編碼：字型編碼是用漢字的形狀來進(jìn)行編碼。漢字總數(shù)雖多，但都是由筆劃組成的。因此把漢字筆劃部件用字母或數(shù)字進(jìn)行編碼，按筆劃的順序依次輸入，就能表示一個(gè)漢字。常用的字型編碼有五筆字型編碼和表型碼等。

2)漢字內(nèi)碼

漢字內(nèi)碼是用于漢字信息的存儲(chǔ)、交換、檢索等操作的機(jī)內(nèi)代碼，一般采用兩個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制形式表示。英文字符的機(jī)內(nèi)代碼是7位的ASCII碼，當(dāng)用一個(gè)字節(jié)表示時(shí)，最高位為“0”。為了區(qū)分英文字符，漢字機(jī)內(nèi)碼的兩個(gè)字節(jié)的最高位均規(guī)定為“1”。有些系統(tǒng)中字節(jié)的最高位用于奇偶校驗(yàn)位，這種情況下，需用3個(gè)字節(jié)表示漢字內(nèi)碼。

3)漢字字模碼

字模碼也稱字型碼，是用點(diǎn)陣表示的漢字字型代碼，是漢字的輸出形式。根據(jù)漢字輸出要求不同，點(diǎn)陣的多少也不同。簡(jiǎn)易型漢字為16×16點(diǎn)陣，提高型漢字為24×24點(diǎn)陣、32×32點(diǎn)陣，甚至更高。字模點(diǎn)陣的信息量是很大的，所占存儲(chǔ)空間也很大。以16×16點(diǎn)陣為例，每個(gè)漢字占32個(gè)字節(jié)，國(guó)標(biāo)兩級(jí)漢字就要占用256KB。因此字模只能用來構(gòu)成漢字庫，而不能用于機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)。字庫存儲(chǔ)了每個(gè)漢字的點(diǎn)陣代碼，當(dāng)顯示輸出或打印輸出時(shí)檢索字庫，輸出字模點(diǎn)陣，得到字型。

IBMPC型微機(jī)和它的增強(qiáng)型PC/XT是采用8088/8086CPU的第一代個(gè)人計(jì)算機(jī)。幾十年來，微機(jī)及其兼容機(jī)發(fā)生了巨大的變化，但從基本結(jié)構(gòu)原理上看，仍然與最初微機(jī)的原理相同。

一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的組成包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。從外觀上看，微機(jī)的硬件系統(tǒng)由主機(jī)箱、鍵盤和顯示器等組成。從邏輯的角度看，微機(jī)包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分。1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成軟件系統(tǒng)是相對(duì)硬件來說的，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心；而軟件系統(tǒng)則是依賴于硬件執(zhí)行的程序或程序的集合。在微機(jī)系統(tǒng)中，硬件和軟件有機(jī)地結(jié)合起來共同完成給定的任務(wù)，兩者是不可分割的整體。1.3.1微型計(jì)算機(jī)的硬件

微機(jī)的硬件系統(tǒng)通常由微處理器、系統(tǒng)總線、存儲(chǔ)器、I/O接口和I/O設(shè)備等組成，如圖1.1所示。

圖1.1微機(jī)的系統(tǒng)組成

1.微處理器

微處理器是整個(gè)微機(jī)的核心，也稱中央處理器(CPU，CentralProcessingUnit)，它是采用大規(guī)模集成電路技術(shù)制成的芯片，芯片內(nèi)集成了運(yùn)算器和控制器兩大部分。

運(yùn)算器用于算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工的部件。運(yùn)算器通常由算術(shù)邏輯部件(ALU)和一系列寄存器組成。ALU是完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件；寄存器是CPU內(nèi)部的高速存儲(chǔ)單元，它可提供參與運(yùn)算的操作數(shù)，又可用于存放運(yùn)算結(jié)果?？刂破魇怯?jì)算機(jī)的核心部件，用來產(chǎn)生一系列控制信號(hào)以指揮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有條不紊地運(yùn)行，完成對(duì)指令的讀取、解釋和執(zhí)行，并協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部分的工作。

CPU及其支持電路構(gòu)成了微機(jī)系統(tǒng)的控制中心，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和控制。

2.存儲(chǔ)器(Memory)

存儲(chǔ)器是微機(jī)的存儲(chǔ)和記憶部件，是用來存放當(dāng)前執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)(包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果)的部件。

程序和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中是以二進(jìn)制數(shù)的形式表示的。存儲(chǔ)器由若干存儲(chǔ)單元組成，1個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放若干個(gè)二進(jìn)制位(bit)，8個(gè)二進(jìn)制位稱為1字節(jié)，記為1B(byte)，2B稱為1個(gè)字(word)。在微機(jī)中規(guī)定每個(gè)內(nèi)存單元可以存放1B的二進(jìn)制信息。為了區(qū)分各個(gè)不同的存儲(chǔ)單元，給每個(gè)存儲(chǔ)單元編上不同的號(hào)碼，這個(gè)唯一的編號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址。存儲(chǔ)單元的地址編號(hào)從0開始順序編排。CPU通過指定存儲(chǔ)單元的地址來訪問對(duì)應(yīng)的單元。一臺(tái)微機(jī)中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)稱為該微機(jī)的存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)器的最小存儲(chǔ)單位是字節(jié)。存儲(chǔ)容量的單位有KB(代表1024B)、MB(代表1024KB)、GB(代表1024MB)、TB(代表1024GB)等。存儲(chǔ)容量越大，表示計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的信息越多。存儲(chǔ)容量也是衡量計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)。微機(jī)的存儲(chǔ)器分為主存儲(chǔ)器(又稱內(nèi)存)和輔助存儲(chǔ)器(又稱外存)。內(nèi)存采用半導(dǎo)體材料制成，安裝在機(jī)