《2012-2-22 微机课件(黄英)：第1章_微型计算机的基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012-2-22 微机课件(黄英)：第1章_微型计算机的基础知识.ppt（77页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、微型计算机原理及应用Where there is a will,there is a way.有志者，事竟成有志者，事竟成.微型计算机原理及应用 讲课学时：讲课学时：40学时学时 教材：教材：微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用 许立梓等许立梓等 机械工业出版社机械工业出版社 考核方式：闭卷考核方式：闭卷 成绩评定：平时成绩（成绩评定：平时成绩（20%）+笔试（笔试（80%）平时成绩考勤（平时成绩考勤（5%）作业（作业（5%）+课堂表现（课堂表现（10%）主讲教师：黄英主讲教师：黄英第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识 主要介绍微型计算机的发展，基本组成原理以及主要介绍微
2、型计算机的发展，基本组成原理以及运算基础。运算基础。一、微型计算机系统的概论 二、数制及转换 三、计算机中的数及编码 四、计算机中数的运算方法 作业 主讲教师主讲教师 黄英黄英微机原理及应用微机原理及应用一、微型计算机系统的概论一、微型计算机系统的概论1、微处理器2、微型计算机3、微型计算机系统4、微型计算机系统的主要技术指标5、微型计算机的应用概况返回一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件。（Central Processing Unit，俗称 CPU）基本组成：算术逻辑单元、控制器、寄存器组；发展简况 返回1、微处理器（、微处理器（Microprocessor）微处理器
3、发展简况微处理器发展简况由上个世纪70年代发展至今，经历了五代，它的划分是以其数据总线数据总线的宽度为标志的。1971年，4位微处理器，典型产品是Intel4004；1972年，8位微处理器，典型产品是Intel8008；时钟频率0.50.8Mhz,其集成度是30000个晶体管/片。1974年，8位微处理器，典型产品是Intel8080/8085、MC6800、Z80；时钟频率28Mhz,其集成度是9000晶体管/片。（下页）1978年，16位微处理器，典型产品是Intel8086/8088，MC68000，Z8000；1982年，Intel80286。时钟频率516Mhz，集成度为29000
4、个晶体管/片。1985，32位微处理器，典型产品Intel80386,Intel80486（120万），Z80000，MC68020；时钟频率1633Mhz,集成度为27.5万个晶体管/片。1992年以来,，64位微处理器，Pentium Pro（高能奔腾），Pentium；时钟频率达1501000Mhz,其集成度为2100万个晶体管/片。返回2、微型计算机（、微型计算机（Microcomputer）是指以微处理器为基础，配以内存(内存储器）和输入/输出接口电路。（裸机）微处理器 内存储器 输入/输出接口电路 系统总线 接下页 微型计算机典型的微机硬件系统，CPU通过三组总线将内存储器、I/O
5、接口连接起来。微型计算机的组成图微型计算机的组成图 返回3、微型计算机系统、微型计算机系统（Microcomputer System）是指由微型计算机配以相应的外部设备（如打印机、显示器、键盘，硬盘、光盘等）、一些专用电路、电源和相关的软件。（1）微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系；（2）微型计算机系统类型；返回微型计算机系统类型微型计算机系统类型 单片机又称“微控制器（Microcontroller）”和“嵌入式计算机”。它是把构成微型计算机的所有部件集成在一块芯片上。其体积小，功耗低，在智能化仪表及控制领域应用极广；单板机这是将构成微型计算机的一些功能部件安装在一块印刷电路板上。用
6、于生产过程的实时控制和教学实验平台；个人计算机这是一种通用的微型计算机系统，广泛用于办公室和家庭、个人使用。个人计算机在商业、家庭、科学、工业和教学领域都得到广泛的应用；返回微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系 控制器 算术逻辑单元 寄存器组 内存储器 输入/输出接口、系统总线 外围设备 电源 系统软件 程序设计语言 应用软件 返回请参阅课本请参阅课本P3图图4、微型计算机系统的主要技术指标、微型计算机系统的主要技术指标（1）字长（2）运算速度（3）存储容量（4）主频（5）指令系统（6）外部设备的配置（7）软件的配置 返回（1）字长）字长计算机的
7、字长字长是指CPU与输入/输出设备或内存储器之间一次传送一次传送二进制数据的位数。通常CPU的数据总线的位数与计算机的字长是一致的。返回（2）运算速度）运算速度运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示的，用来衡量计算机运算的快慢程度。以MIPS（Million Instruction Per Second，每秒百万条指令）为单位。返回（3）存储容量）存储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指标，包括内存容量和外存容量。内存容量内存容量以字节为单位，分装机容量和最大容量。最大容量由CPU的地址总线决定。如：8088是20条地址线，则最大内存容量为 220=10241024=1M；装机容量装机容量
8、是由实际装机情况决定。或者由用户所要求的软件环境决定。如：Pentium Pro是36条地址线，则最大内存容量为 236=64 1024 10241024=64G。事实上，现在PC的实际装机容量一般为2G。外存容量外存容量是指硬盘、光盘及软盘等容量。返回（4）主频）主频主频指计算机工作时CPU的时钟频率时钟频率(Clock Rate)，单位为Mhz，是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。8086/8088的时钟频率为310Mhz。主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。返回（5）指令系统（）指令系统（Instruction Sets)指令系统是指CPU所能执行的全部指令的集合。（芯
9、片制造商已完成）指令系统功能是否齐全、寻址方式是否方便，直接影响计算机的工作能力。返回（6）外部设备的配置）外部设备的配置 外部设备的配置是衡量一个计算机系统的综合 性能力的重要指标。1、允许配置的外设数量，一般所配的外设越多，系统功能越强；2、外设接口的标准和类型，接口性能的好坏直接影响系统的功能。返回（7）软件的配置）软件的配置软件和硬件是计算机系统中两大资源。软件配置直接影响计算机系统的使用和性能的发挥。必须配置的软件：1、系统软件系统软件（操作系统、诊断程序、编辑程序等）2、程序设计语言程序设计语言（机器语言、汇编语言，高级语言）3、应用软件应用软件（软件包、数据库）返回5、微型计算机
10、的应用概况、微型计算机的应用概况（1）科学计算（数值计算）（2）信息处理（3）过程控制（4）计算机辅助技术（5）人工智能（6）计算机仿真返回（1）科学计算（数值计算）科学计算（数值计算）科学研究和工程技术领域中有大量复杂的数值计算问题，是计算机应用最早的领域。如：人造卫星的轨迹计算；建筑设计中房屋抗震强度的计算；气象预报中描述大气运动规律的微分方程的求解等。特点特点：计算过程复杂，精度要求高。返回（2）信息处理）信息处理用计算机对信息及时地加以记录、整理和计算，并加工为人们所要求的形式。如：数据处理、事务处理、企业管理和情报检索等都属于信息处理的范畴。特点特点：数据量很大，计算过程比较简单。返
11、回（3）过程控制）过程控制过程控制是指将计算机应用于自动控制系统。所谓自动控制系统自动控制系统是一种不需要人工干预而能对过程（包括机械加工过程、热力学过程和化学过程等）和对象进行控制的系统。特点特点：实时性要求及时采集检测数据，经过计算机计算后及时对被控对象进行自动控制和调节。返回（4）计算机辅助技术）计算机辅助技术包括：计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)；计算机辅助制造(CAM，Computer Aided Manufacturing);计算机辅助教育(CAI，Computer Assisted Instruction);等等。特点特点：综合利用计算机的计算
12、、逻辑判断、信息处理的功能，并具有很强的人机交互特性。返回（5）人工智能）人工智能 是研究如何制造出智能机器和智能系统来模拟人类的智能活动，以延伸人的智能的科学。研究领域包括计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、自然语言理解、自动程序设计、及机器人学等。返回（6）计算机仿真）计算机仿真 计算机仿真是一门建立仿真模型和进行仿真实验的技术。科研人员根据实际系统建立模型系统，并通过对模型系统的研究实验，以达到研制和开发实际系统的目的。应用范围包括航空、航天、核能及其他工业控制等领域。目前已推广到社会、经济、生物等领域。利用计算机仿真可以方便、有效地对系统进行分析、设计、操作、预测和统筹
13、等控制。返回 二、二、数制及转换数制及转换1、数制2、各种数制的相互转换返回1、数制、数制（1）十进制数（2）二进制数（3）十六进制数返回（1）十进制数（）十进制数（Decimal)具有10个数字符号0，1，2，9；由低位向高位进位是按“逢逢10进进1”的规则进行的；基数为10，第i位的权权为10i。其中 i=n，n-1，2，1，0，-1，-2，规定整数最低位的位序号i=0。例：(6543.21)10 =6543.21D =6103+5102+4101+3100+210-1+110-2 返回（2）二进制数）二进制数(Binary)具有2个数字符号0，1；由低位向高位进位是按“逢逢2进进1”的规
14、则进行的；基数为2，第i位的权权为2i。其中 i=n，n-1，2，1，0，-1，-2，规定整数最低位的位序号i=0例：(1010.101)2 =1010.101B =123+0 22+121+020+12-1+02-2+12-3 返回（3）十六进制数）十六进制数(Hexadecimal)1、具有16个数字符号0，1，2，9，A，B，C，D，E，F；2、由低位向高位进位是按“逢逢16进进1”的规则进行的；3、基数为16，第i位的权为 16i。其中 i=n，n-1，2，1，0，-1，-2，规定整数最低位的位序号i=0例：(19BF.ABE)16 =19BF.ABEH =1163+9 162+111
15、61+15160+1016-1+1116-2+1416-3 返回2、各种数制的相互转换、各种数制的相互转换（1）二进制、十六进制转换为十进制（2）十进制转换为二进制（3）二进制转换为十六进制返回（1）二进制、十六进制转换为十进制）二进制、十六进制转换为十进制按权展开求和。如：10101.101B =1 24+122+120+12-1+12-3 =16 +4 +1 +0.5 +0.125 =21.625D 19B.ABH =1162+9 161+11160+1016-1+1116-2 =256 +144 +11 +0.625 +0.04296875 =411.66796875D 返回（2）十进制
16、转换为二进制）十进制转换为二进制整数部分小数部分返回（3）二进制与十六进制之间的转换）二进制与十六进制之间的转换四位二进制数正好等于一位十六进制数 接下页 0001 1111 B 8421法法1 (120=1）2 (121=2）4 (122=4）8(123=8）16(124=16）（3）二进制与十六进制之间的转换）二进制与十六进制之间的转换四位二进制数一位十六进制数0000B1001B1000B5H4H3H2H6H0H0010B0011B0100B0101B0110B7H0111B1111B1110B1101B1100B1011B1010BCHBHAH9H8H1HDHEHFH0001B四位二进
17、制数一位十六进制数接下页 四位二进制与一位十六进制数的对应关系二进制转换为十六进制数例：1110110101100.10101B=?H 1110110101100.10101 0001110110101100.10101000 1 D A C.A 8 1110110101100.10101B=1DAC.A8H接下页十六进制转换为二进制数例：39F.E1AH =?B 3 9 F .E 1 A001110011111.111000011010 39F.E1AH=11 1001 1111.1110 0001 101B返回 整数部分整数部分除除2取余法取余法 例：19D=?B 高 低 余数 19D=所
18、以我们可以得到：10011B192=9 1 92=4 1 42=2 0 22=1 0 12=0 1 返回 小数部分小数部分乘乘2取整法取整法例：0.625D=?B0.6252=1.25 1 0.25 2=0.5 00.5 2=1.0 1 低 高 整数 0.625D=所以我们可以得到：0.101B返回 三、三、计算机中的数及编码计算机中的数及编码1、机器数与真值2、带符号数、无符号数3、原码、补码及反码4、真值与补码之间的转换5、补码的运算6、二进制编码返回1、机器数与真值、机器数与真值（1）在计算机中数数是用二进制数来表示的。（2）数的符号数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。“”用“0”表
19、示，“”用“1”表示。机器数机器数：一个数在机器（计算机）中的表现形式。例：有两个数：真值真值机器数机器数N1=1101001N2=1101001在计算机中的表示形式在计算机中的表示形式：N1：01101001N2：11101001返回2、带符号数、无符号数、带符号数、无符号数（1）带符号数 用0表示正数，用1表示负数，这种表示数的方法，称为带符号数的表示方法带符号数的表示方法，所表示的数称为带符号数带符号数。在计算机中的表示形式：22 221 0 0 1 0 1 1 00 0 0 1 0 1 1 0符号位数值部分符号位数值部分接下页（2）无符号数如果把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符号
20、位，这种方法表示的数，叫无符号数无符号数。在计算机中的表示形式：22 1501 0 0 1 0 1 1 00 0 0 1 0 1 1 08位全部用来表示数值大小返回8位全部用来表示数值大小3、原码、反码及补码、原码、反码及补码思考思考：在计算机中一个数的大小和符号都用二进在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？的？（1）原码原码（2）反码反码（3）补码补码返回返回思考思考?在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的示，那么在计算机中是如何进行运
21、算的？例：例：有一个钟显示时间是有一个钟显示时间是6点钟，而正确时间是点钟，而正确时间是1点钟，请问如何校正这个钟？点钟，请问如何校正这个钟？方法方法1：顺时针拨顺时针拨7个钟；个钟；671方法方法2：逆时针拨逆时针拨5个钟；个钟；651概念概念模模下一页下一页概念概念模模模模 一个计量器的容量，记为一个计量器的容量，记为M，或或mod M。模的特性模的特性当一个计量器的模为当一个计量器的模为M时，它在计量器里时，它在计量器里的表示形式与的表示形式与0一样，也就是说，一样，也就是说，M=0。所以，对时钟来说，所以，对时钟来说，M=12：（1）67=13=12+1=0+1=1 （2）67=65=
22、1 即：当模即：当模12时：时：67 与与 65 是等价的，是等价的，5 的补码为的补码为 7。因此，因此，负数可以转化为正数，负数可以转化为正数，故：在减法运算中，可通过将负数转化为其补码（正数）的形式，故：在减法运算中，可通过将负数转化为其补码（正数）的形式，来使减法运算变为加法运算。来使减法运算变为加法运算。下一页下一页同样，对一个同样，对一个n位二进制计数器，它的容量为位二进制计数器，它的容量为2n，它，它的模为的模为M=2n。假设，假设，n=8，则则 M=28=256。也就是说对也就是说对8位二进制计数器来说，位二进制计数器来说，256=0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0
23、0 0 0 0 00 8位计数器位计数器返回返回1 256（1）原码）原码定义定义：一个数的原码就是该数的机器数。一个数的原码就是该数的机器数。对正数对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi=0 或或 1）则：则：X原码原码=0X6X5X4X3X2X1X0对负数对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi=0 或或 1）则：则：X原原=1X6X5X4X3X2X1X0返回返回（2）反码）反码定义：正数的反码就等于它的原码；定义：正数的反码就等于它的原码；负数的反码就是它的原码除符号位外，各负数的反码就是它的原码除符号位外，各位取反。位取反。对正数对正数 X=+X6X5X4X3X2X
24、1X0 （Xi=0 或或 1）反码反码 X反码反码=0X6X5X4X3X2X1X0接下页对负数对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi=0 或或 1）反码反码 X反反=例：例：X1=100 1001 X2=100 1001则则：X1原原=0100 1001 X2原原=1100 1001 X1反反=0100 1001 X2反反=1011 0110 返回返回（3）补码）补码定义：正数的补码就等于它的原码；定义：正数的补码就等于它的原码；负数的补码就是它的反码加负数的补码就是它的反码加1。对正数对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi=0 或或 1）补码补码 X补补=0X6X5X4
25、X3X2X1X0对负数对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi=0 或或 1）补码补码 X补补=X反反+1 接下页=1例：例：X1=100 1001 X2=100 1001则则：X1原原=0100 1001 X2原原=1100 1001 X1反反=0100 1001 X2反反=1011 0110 X1补补=0100 1001 X2补补=X反反+1 =1011 0111 返回返回4、真值与补码之间的转换、真值与补码之间的转换例例1 已知已知X=+010 1010，Y=010 1010 求它们的原码、反码和补码。求它们的原码、反码和补码。解：解：X原原=X反反=X补补=0010 1010
26、Y原原=1010 1010 Y反反=1101 0101 Y补补=Y反反+1 =1101 0101+1 =1101 0110接下页接下页例例2 X补补=1010 1101，求真值求真值X。解解 首位是首位是1，真值，真值X即为负数即为负数 X反反=X补补1 =1010 1101 1 =1010 1100 X原原=1101 0011（除了符号位，按位取反）除了符号位，按位取反）所以，所以，X=101 0011返回返回5、补码的运算、补码的运算补码的运算就是计算机中数的运算。补码的运算就是计算机中数的运算。（1）补码的加法规则）补码的加法规则（2）补码的减法规则）补码的减法规则返回返回（1）补码的加
27、法规则）补码的加法规则规则规则 X Y补补=X补补Y补补例例 X=+011 0110，Y=111 1001，求求X+Y=？解解 X原原=X反反=X补补=0011 0110 Y原原=1111 1001 Y反反=1000 0110 Y补补=Y反反1=1000 01101=1000 0111 X补补=0011 0110 +）Y补补=1000 0111 X补补+Y补补=1 011 1101接下页接下页 X Y补补=X补补Y补补有：有：X+Y 补补=1011 1101 X+Y 反反=1011 1101 1=1011 1100 X+Y 原原=1100 0011 X+Y=100 0011 （-67D）返回（
28、2）补码的减法规则）补码的减法规则规则规则 X Y补补=X+（Y）补补=X补补Y补补例 X=+101 0101，Y=+110 0001，求X Y=？解 X原=X反=X补=0101 0101 Y=110 0001 Y原=1110 0001 Y反=1001 1110 Y补=1001 1111 X补=0101 0101 +）Y补=1001 1111 X补+Y补=1 111 0100接下页 X Y补补=X补补Y补补得得 XY 补补=1111 0100 XY 反反=1111 0100 1=1111 0011 XY 原原=1000 1100 XY=000 1100B（-12D）返回6、二进制编码、二进制编
29、码是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干位二值、数字、字母和符号等，一般为若干位二进制数码的组合。进制数码的组合。（1）二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数（2）字母和字符的编码字母和字符的编码返回返回（1）二进制编码的十进制数）二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数 就是BCD码（Binary Coded Decimal）。压缩压缩BCD码码 是用4位二进制数表示一位十进制数。一个字节表示两位十进制数。如：1001 0110B 表示 96D非压缩非压缩BCD码码 是用一个字节表示一位十进
30、制数。高4位总是0。如：0000 1001B 表示 9D 两种BCD码的编码对照表两种BCD码的编码对照表返回（2）字母和字符的编码）字母和字符的编码计算机不仅要处理数值问题，还要处理大量的非计算机不仅要处理数值问题，还要处理大量的非数值问题，这就必须引入文字、字母，某些数值问题，这就必须引入文字、字母，某些专用的符号，这就是目前应用最广泛的字符专用的符号，这就是目前应用最广泛的字符编码系统编码系统ASCII码。码。（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准码美国信息交换标准码）例例 大写字母大写字母“A”的的ASC
31、II码就是码就是41H;小写字母小写字母“n”的的ASCII码就是码就是6FH;数字数字“8”的的ASCII码就是码就是38H;返回返回American Standard Code for Information Interchange美国信息交换标准码美国信息交换标准码 高高3位位低低4位位0000010100111001011101110000nuLL0P、p00011Aq00102B00113C01004010151110n1111?o具体参考教材具体参考教材P14表表1-3返回返回四、四、计算机中数的运算方法计算机中数的运算方法1、补码的加减法运算补码的加减法运算2、溢出判断溢出判断3
32、、逻辑运算逻辑运算返回返回1、补码的加减法运算、补码的加减法运算规则规则X Y补补=X补补Y补补X Y补补=X+（Y）补补=X补补Y补补即：即：无论加法或减法都可以用无论加法或减法都可以用补码的加法补码的加法来进行运算。来进行运算。请看课本请看课本P15 例例1-3,例例1-4,例例1-5返回2、溢出判断、溢出判断例例 X=+100 0101，Y=+110 0111，求求X+Y=？解解 X原原=X反反=X补补=0100 0101 Y原原=Y反反=Y补补=0110 0111 X补补=0100 0101 +）Y补补=0110 0111 X补补+Y补补=1010 1100得得 X+Y 补补=1010
33、 1100符号位是符号位是1 1，表明，表明X+YX+Y的真值是负数，这显然与实的真值是负数，这显然与实际情况不符合，出错？际情况不符合，出错？接下页接下页（1）不带符号数不带符号数：8位全部是数据，位全部是数据，28，0255D（2）带符号数带符号数：1位是符号，位是符号，7位是数据，位是数据，27，+0127D,-0-127D X+Y=69D+103D=172D 127D 超出了超出了8位字长的计算机可表示的范围位字长的计算机可表示的范围,计算出错！计算出错！接下页接下页分析：分析：8位字长的计算机可以表示的数据范围？位字长的计算机可以表示的数据范围？X=0100 0101，Y=0110
34、0111，而而 X补补+Y补补=1010 1100结论结论当两个正数相加时，其和变成负数，我们当两个正数相加时，其和变成负数，我们称这情况为称这情况为溢出溢出。同样当两个负数相加，其和变。同样当两个负数相加，其和变成正数。成正数。当计算机发生溢出时，其计算结果肯定是错误的。当计算机发生溢出时，其计算结果肯定是错误的。返回返回3、逻辑运算、逻辑运算计算机中的逻辑运算包括计算机中的逻辑运算包括（1）逻辑逻辑“或或”（2）逻辑逻辑“与与”（3）逻辑逻辑“非非”（4）逻辑逻辑“异或异或”返回（1）逻辑）逻辑“或或”（OR）符号符号“”（或（或“+”），），按位运算按位运算运算规则（运算规则（1）00=
35、0 （2）01=1 （3）10=1 （4）11=1例例 0101 01011100 1010=？0101 0101 1100 1010 1101 1111接下页接下页（2）逻辑）逻辑“与与”（AND）符号符号“”（或（或“”），按位运算），按位运算运算规则（运算规则（1）0 0=0 （2）0 1=0 （3）1 0=0 （4）1 1=1例例 0101 01011100 1010=？0101 0101 1100 1010 0100 0000接下页接下页（3）逻辑）逻辑“非非”（NOT）符号符号“”，按位运算，按位运算运算规则（运算规则（1）0=1 （2）1=0例例 0101 0101=1010 1010接下页接下页（4）逻辑）逻辑“异或异或”（XOR）符号符号“”，按位运算，按位运算运算规则（运算规则（1）00=0 （2）01=1 （3）10=1 （4）11=0例例 0101 0101 1100 1010=？0101 0101 1100 1010 1001 1111返回返回第一章第一章 习题习题P18 1.4.（1）（）（3）5.（1）（）（3）6.（2）（）（3）7.（1）（）（3）8.（2）9.（3）（）（4）