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1、第01章微型计算机概论第1页，本讲稿共51页第一章 计算机概论第2页，本讲稿共51页1.1微型计算机系统的基本术语微型计算机系统的基本术语1、微处理器、微处理器(MPU)：又称微处理机又称微处理机,是微型计算机的核心是微型计算机的核心部件。包括算术逻辑部件部件。包括算术逻辑部件ALU、控制部件、控制部件CU和寄存器组和寄存器组R3个基本部分和内部总线个基本部分和内部总线2、微型计算机：、微型计算机：以微处理器为核心，由大规模集成电路以微处理器为核心，由大规模集成电路制作的存储器制作的存储器M、I/O接口和系统总线接口和系统总线3、微型计算机系统：、微型计算机系统：以微型计算机为核心，再配以相应
2、以微型计算机为核心，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和控制的外围设备、电源、辅助电路和控制4、接口：、接口：是微处理器与是微处理器与I/O的连接电路，是的连接电路，是CPU与外界进行与外界进行信息交换的中转站信息交换的中转站第3页，本讲稿共51页1.2微型计算机系统的发展与分类微型计算机系统的发展与分类1.2.1微型计算机系统的发展微型计算机系统的发展一、计算机的发展一、计算机的发展第一代电子计算机称为电子管计算机。第一代电子计算机称为电子管计算机。第第二二代代计计算算机机称称为为晶晶体体管管计计算算机机，其其主主要要逻逻辑辑元元件件采用的是晶体管。采用的是晶体管。第第三三代代计计算算机机
3、的的内内存存储储器器采采用用了了半半导导体体存存储储器器，可可靠性和存取速度有了明显的改善。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。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。关于第五代计算机人们正在进行着多方面的探索。第4页，本讲稿共51页二、二、微型计算机的发展微型计算机的发展第一阶段（第一阶段（19711973）：典型的微型机以）：典型的微型机以Intel4004和和Intel4040为基础。微处理器和为基础。微处理器和存储器采用存储器采用PMOS工艺，工作速度很慢。微工艺，工作速度很慢。微处理器的
4、指令系统不完整；存储器的容量很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、过程控制或计编语言。主要用于工业仪表、过程控制或计算器中。算器中。第5页，本讲稿共51页第二阶段（第二阶段（19741977）：以）：以8位微处理器位微处理器为基础，典型的微处理器有为基础，典型的微处理器有Intel8080/8085、Zilog公司的公司的Z80及及Motorola公司的公司的6800。微。微处理器采用高密度处理器采用高密度MOS（HMOS）工艺，具）工艺，具有较完整的指令系统和较强的功能。存储器有较完整的指
5、令系统和较强的功能。存储器容量达容量达64KB，配有荧光屏显示器、键盘、软，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。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（如配有简单的操作系统（如CP/M）和高级语言。）和高级语言。第6页，本讲稿共51页第三阶段（第三阶段（19781981）：以）：以16位和准位和准32位微处理器为基础，如位微处理器为基础，如Intel公司的公司的8086、Motorola的的68000和和Zilog的的Z8000。微处理。微处理器采用短沟道高性能器采用短沟道高性能NMOS工艺。在体系结工艺。在体系结构方面吸纳了传统小型机甚至大型
6、机的设计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。思想，如虚拟存储和存储保护。第7页，本讲稿共51页第四阶段（第四阶段（20世纪世纪80年代）：年代）：80年代初，年代初，IBM公司推出开放式的公司推出开放式的IBMPC，这是微型机，这是微型机发展史上的一个重要里程碑。发展史上的一个重要里程碑。IBMPC采用采用Intel80 x86（当时为（当时为8086/8088、80286、80386）微处理器和）微处理器和Microsoft公司的公司的MSDOS操作系统并公布了操作系统并公布了IBMPC的总线设计。的总线设计。第8页，本讲稿共51页第五阶段（第五阶段（20世纪世
7、纪90年代开始）：年代开始）：RISC（精简指令集计算机）技术的问世使（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。微型机的体系结构发生了重大变革。返回本节返回本节第9页，本讲稿共51页三、三、微型计算机系统的发展微型计算机系统的发展伴随着计算机硬件基础和软件技术一同发展第10页，本讲稿共51页1.2.2微型计算机的分类字长：CPU一次能处理的数据宽度，与ALU的位数和内部数据线的宽度有关。按字长分类：1位机4位机8位机16位机32位机64位机第11页，本讲稿共51页1.2.2 微型计算机的分类还可分为：单片机单板机个人计算机多用户系统微型机网络第12页，本讲稿共51页1.3
8、微型计算机的系统组成微型计算机的系统组成计算机系统是一个复杂的工作系统，它由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。例摸得着的部件，即构成计算机的硬设备。例如：计算机的主机、显示器、键盘、磁盘驱如：计算机的主机、显示器、键盘、磁盘驱动器等。动器等。第13页，本讲稿共51页1.3.1软件系统图图1-1 计算机系统组成计算机系统组成返回本节返回本节第14页，本讲稿共51页冯诺依曼结构：由运算器、控制器、存储器、输入设
9、备和输出设备五大部分组成数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）工作，并由一个程序计数器（PC）控制指令的执行。控制器具有判断能力，能够根据计算结果选择不同的动作流程1.3.2硬件系统第15页，本讲稿共51页第16页，本讲稿共51页1.3.2微机微机硬件系统结构基础硬件系统结构基础微型计算机的硬件组成部分主要有微处理微型计算机的硬件组成部分主要有微处理器（器（CPU）、存储器、）、存储器、I/O设备和系统总线。设备和系统总线。见图见图1-2所示。系统总线包括地址总线所示。系统总线包括地址总线AB、
10、数据总线数据总线DB和控制总线和控制总线CB组成。在微机中，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，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。就可以连接到采用这种总线标准的系统中。第17页，本讲稿共51页微型计算机的功能模块微型计算机的功能模块第18页，本讲稿共51页1.9计算机的运算基础计算机的运算基础1.9.1二进制二进制1.9.2二进制与十进制的互化二进制与十进制的互化1.9.3八进制和
11、十六进制八进制和十六进制1.9.4有符号数的表示方法有符号数的表示方法1.9.5定点数与浮点数定点数与浮点数1.9.6计算机中的编码计算机中的编码返回本章首页返回本章首页第19页，本讲稿共51页1.9.1二进制二进制在在二二进进制制计计数数系系统统中中，表表示示数数据据的的数数字字符符号号只只有有两两个个，即即0和和1；大大于于1的的数数就就需需要要两两位位或或更更多多位位来来表表示示；以以小小数数点点为为界界向向前前诸诸位位的的位位权权依依次次是是20，21，22，向向后后依依次次为为2-1，2-2，2-3，；一一个个二二进进制制数数也也可可以以通通过过各各位位数数字与其位权之积的和来计算其
12、大小。字与其位权之积的和来计算其大小。返回本节返回本节第20页，本讲稿共51页1.9.2二进制与十进制的互化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，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。只要把它按位权展开相加即可。例如：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，则须分成整数和小数两部有小数部分的数，则须分成整数和小数两部分分别转化。分分别转化。第21页，本讲稿共51页
13、例例1.1将十进制数将十进制数47转化为二进制形式。转化为二进制形式。即即(47)10=(101111)2第22页，本讲稿共51页例例1.2将将十十进进制制数数0.625转转化化为为二二进进制制形式。形式。即：即：(0.625)10=(0.101)2返回本节返回本节第23页，本讲稿共51页二进制数的运算1.算术运算算术运算加、减、乘、除2.逻辑运算逻辑运算与、或、非、异或第24页，本讲稿共51页1.9.3八进制和十六进制八进制和十六进制例例1.3将八进制数将八进制数327转成二进制形式。转成二进制形式。301120107111即即(327)8=(011010111)2第25页，本讲稿共51页例
14、例1.4将将二二进进制制数数11010001转转化化成成八八进制形式。进制形式。001101020113即即(11010001)2=(321)8第26页，本讲稿共51页例例1.5将将十十六六进进制制数数3A2F转转为为二二进进制形式。制形式。30011A101020010F1111即即(3A2F)16=(0011101000101111)2第27页，本讲稿共51页例例1.6将将二二进进制制110011011转转化化成成十十六六进制形式。进制形式。1011B1001900011即即(110011011)2=(19B)16返回本节返回本节第28页，本讲稿共51页1.9.4有符号数的表示方法有符号数
15、的表示方法由由于于计计算算机机只只能能识识别别0和和1组组成成的的数数或或代代码码，所所以以有有符符号号数数的的符符号号也也只只能能用用0和和1来来表表示示，一一般般用用0表表示示正正，用用1表表示示负负，但但由由于于数数值值部部分分的的表表示示方方法法不不同同，有有符符号号数数可可有有三三种种表表示示方法，分别叫做原码、反码和补码。方法，分别叫做原码、反码和补码。第29页，本讲稿共51页原原码码表表示示的的有有符符号号数数，最最高高位位为为符符号号位位，数值位部分就是该数的绝对值。数值位部分就是该数的绝对值。例例如如：假假设设某某机机器器为为8位位机机，即即一一个个数数据据用用8位（二进制）
16、来表示，则：位（二进制）来表示，则：+23的原码为的原码为00010111-23的原码为的原码为10010111其中最高位是符号位，后其中最高位是符号位，后7位是数值位。位是数值位。第30页，本讲稿共51页反反码码表表示示的的有有符符号号数数，也也是是把把最最高高位位规规定定为为符符号号位位，但但数数值值部部分分对对于于正正数数是是其其绝绝对对值值，而而对对于于负负数数则则是是其其绝绝对对值值按按位位取取反反（即即1变变0，0变变1）得得到到的。的。例如：例如：+23的反码为的反码为00010111-23的反码为的反码为11101000反反码码表表示示的的数数字字范范围围同同原原码码。数数字字
17、0也也有有2个个编编码码表示。表示。(+0)10=(00000000)2，(-0)10=(11111111)2第31页，本讲稿共51页补补码码表表示示的的有有符符号号数数，对对于于正正数数来来说说同同原原码码、反反码码一一样样，但但负负数数的的数数值值位位部部分分为其绝对值按位取反后末位加为其绝对值按位取反后末位加1所得。所得。例如：例如：-23的补码为的补码为11101001可可以以证证明明：两两个个补补码码形形式式的的数数（无无论论正正负负）相相加加，只只要要按按二二进进制制运运算算规规则则运运算算，得到的结果就是其和的补码。即有：得到的结果就是其和的补码。即有：X+Y补补=X补补+Y补补
18、返回本节返回本节第32页，本讲稿共51页例如：已知机器字长n=8，X=44，Y=53，求X+Y=？解：X原=00101100，Y原=00110101X补=00101100，Y补=00110101 X补=0 0 1 0 1 1 0 0 +Y补=0 0 1 1 0 1 0 1 X+Y补=10000110X+Y原=01100001X+Y=+97第33页，本讲稿共51页例：已知机器字长n=8，X=-44，Y=-53，求X+Y=？解：44补=00101100,53补=00110101X补=-44补=11010011+1=11010100,Y补=-53补=11001010+1=11001011,X补=11
19、010100+Y补=11001011X+Y补=110011111超出8位，舍弃X+Y原=11100001，X+Y=（-97）第34页，本讲稿共51页例：已知机器字长n=8，X=44，Y=53，求X-Y=？解：X补=00101100，Y补=00110101,连同符号求反加1得-Y补=11001011根据X补-Y补=X补+-Y补=X-Y补有：X补=00101100+-Y补=11001011X-Y补=11110111X-Y补=11110111，X-Y=-0001001=（-9）第35页，本讲稿共51页例：已知机器字长n=8，X=-44，Y=-53，求X-Y=？解：X补=11010100，Y补=110
20、01011,连同符号求反加1得-Y补=00110101X补=11010100+-Y补=00110101100001001超出8位（模值），舍弃X-Y补=00001001，X-Y=+0001001=(+9)第36页，本讲稿共51页解：X补=01111000，Y补=00001010,X补=01111000+Y补=0000101010000010X+Y补=10000010，X+Y=11111110X+Y的真值=-1111110=(-126)10运算结果超出机器数值范围发生溢出错误。8位计算机数值表达范围：(-128+127)例：已知机器字长n=8，X=120，Y=10，求X+Y=？第37页，本讲稿共
21、51页1.9.5定点数与浮点数定点数与浮点数1定点表示法定点表示法2浮点表示法浮点表示法第38页，本讲稿共51页1定点表示法定点表示法所所谓谓定定点点表表示示法法，是是指指计计算算机机中中小小数数点点位位置置是是固固定定不不变变的的。根根据据小小数数点点位位置置的的固固定定方方法法不不同同，又又可可分分为为定定点点整整数数及及定定点点小小数数表表示示法法。前前者者小小数数点点固固定定在在数数的的最最低低位位之之后后，后后者者小小数数点点固固定定在在数数的的最最高高位位之之前前。设设计计算算机机的的字字长长是是位位，则则上上述述两两种表示法的格式如下：种表示法的格式如下：第39页，本讲稿共51页
22、2浮点表示法浮点表示法所所谓谓浮浮点点表表示示法法，是是指指计计算算机机中中的的小小数数点点位位置置不不是是固固定定的的，或或者者说说是是“浮浮动动”的的。为为了了说说明明它它是是怎怎样样浮浮动动的的我我们们引引入入“阶阶码码表表示示法法”。对对于于任任何何一一个个二二进进制制数数都都可可表示为：表示为：（）返回本节返回本节第40页，本讲稿共51页1）浮点数的表示：是把字长分成阶码和尾数两部分。其根据就是：J Em-2.E0 S D-1D-(n-1)阶符 阶码值 数符.尾数值 S J Em-2.E0 D-1D-(n-1)数符 阶符 阶码值 .尾数值 通常，阶码为补码或移码定点整数，尾数为补码或
23、原码定点小数。数的浮点表示方法第41页，本讲稿共51页2）浮点数的规格化目的：字长固定情况下提高表示精度措施：合理分配阶码与尾数所占位数；浮点规格化2、数的浮点表示方法第42页，本讲稿共51页规格化方法：调整阶码使尾数满足下列关系：尾数为原码表示时，无论正负应满足1/2|d|1即：小数点后的第一位数一定要为1。正数的尾数应为0.1x.x负数的尾数应为1.1x.x尾数用补码表示时，小数最高位应与数符符号位相反。正数应满足1/2dd-1，即1.0 x.x第43页，本讲稿共51页例题：设某机器用例题：设某机器用32位表示一个实数，阶码部分位表示一个实数，阶码部分8位（含位（含1位阶符），用位阶符），
24、用定点整数补码表示；尾数部分定点整数补码表示；尾数部分24位（含数符位（含数符1位），用规格化定点小位），用规格化定点小数补码表示，基数为数补码表示，基数为2。则：。则：例题1.求X=256.5的第一种浮点表示格式X=(256.5)10=+(100000000.1)2=+(0.10000000012+9)28位阶码为：（+9）补=0000100124位尾数为：(+0.1000000001)补=0.10000000010000000000000所求256.5的浮点表示格式为：00001001010000000010000000000000用16进制表示此结果则为：(09402000)16第44页
25、，本讲稿共51页例题2.求Y=-256.5的第一种浮点表示格式Y=-(256.5)10=-(100000000.1)2=-(0.10000000012+9)28位阶码为：(+9)补=0000100124位尾数为：(-0.1000000001)补=1.01111111110000000000000所求-256.5的浮点表示格式为：00001001101111111110000000000000用16进制表示此结果则为：(09BFE000)16第45页，本讲稿共51页1.9.6计算机中的编码计算机中的编码1十进制数的编码十进制数的编码BCD码码2字符的编码字符的编码3汉字的编码汉字的编码第46页，
26、本讲稿共51页1十进制数的编码十进制数的编码BCD码码计计算算机机中中采采用用二二进进制制，但但二二进进制制书书写写冗冗长长，阅阅读读不不便便，所所以以在在输输入入输输出出时时人人们们仍仍习习惯惯使使用用十十进进制制。如如果果计计算算量量不不大大，可可采采用用二二进进制制数数对对每每一一位位十十进进制制数数字字进进行行编编码码的的方方法法来来表表示示一一个个十十进进制制数数，这这种种数数叫叫做做BCD码码。由由于于在在机机内内采采用用BCD码码进进行行运运算算绕绕过过了了二二进进制制、十十进进制制间间的的复复杂杂转转化化环环节节，从从而而节节省省了了机器时间。机器时间。BCD码码有有多多种种形
27、形式式，最最常常用用的的是是8421BCD码码，它它是是用用4位位二二进进制制数数对对十十进进制制数数的的每每一一位位进进行行编编码码，这这4位二进制码的值就是被编码的一位十进制数的值。位二进制码的值就是被编码的一位十进制数的值。第47页，本讲稿共51页有压缩和非压缩两种形式有压缩和非压缩两种形式(1).用BCD码做加法时的调整当当两两个个一一位位BCD码码加加法法时时,其其值值大大于于9或或有有进位时进位时,做加六修正做加六修正例例:48+69=117(2).用BCD码做减法时的调整本本位位BCD码码向向更更高高位位有有错错位位时时,应应做做减减6修修正正例例13-5=8二进制编码的十进制数
28、(BCD码)第48页，本讲稿共51页2字符的编码字符的编码在在计计算算机机中中除除了了数数值值之之外外，还还有有一一类类非非常常重重要要的的数数据据，那那就就是是字字符符，如如英英文文的的大大小小写写字字母母（A，B，C，a，b，c，），数数字字符符号号（0，1，2，9）以以及及其其他他常常用用符符号号（如如：？、%、+等等）。在在计计算算机机中中，这这些些符符号号都都是是用用二二进进制制编编码码的的形形式式表表示示，即即每每一一个个字字符符被被赋赋予予一一个个惟惟一一固固定定的的二二进进制制编编码码，为为了了统统一一，人人们们制制定定了了编编码码标标准准。目目前前，一一般般都都是是采采用用美
29、美国国标标准准信信息息交交换换码码，它它使使用用七七位位二二进进制制编编码码来来表表示示一一个个符符号号，通通常常把把它它称称为为ASCII码码。由由于于用用七七位位码码来来表表示示一一个个符符号号，故故该该编编码码方方案案中中共共有有128个个符符号号（27=128），编编号号从从(0000000)2到到(1111111)2。第49页，本讲稿共51页3汉字的编码汉字的编码计计算算机机要要处处理理汉汉字字信信息息，就就必必须须首首先先解解决决汉汉字字的的表表示示问问题题。同同英英文文字字符符一一样样，汉汉字字的的表表示示也也只只能能采采用用二二进进制制编编码码形形式式，目目前前使使用用比比较较
30、普普遍遍的的是是我我国国制制定定的的汉汉字字编编码码标标准准GB2312-80，该该标标准准共共包包含含一一、二二级级汉汉字字6763个个，其其他他符符号号682个个，每每个个符符号号都都是是用用14位位（两两个个7位位）二二进进制制数数进进行行编编码码，通通常常叫叫做做国国标标码码。如如“啊啊”的的国国标标码码为为1110000，1100001。新新的的国国标汉字库已包括两万多个汉字和字符。标汉字库已包括两万多个汉字和字符。返回本节返回本节第50页，本讲稿共51页THANKYOUVERYMUCH！本章到此结束，本章到此结束，谢谢您的光临！谢谢您的光临！结结 束放映束放映返回本章首页返回本章首页第51页，本讲稿共51页