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1、第1章微型计算机基础1.1概述1.2微型计算机系统1.3计算机中的数制及其转换1.4计算机中数与字符的编码1.5非数值数据的二进制编码习题与思考题 第第1 1章章 微型计算机基础微型计算机基础第1章微型计算机基础ENIAC1946年2月15日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成，总工程师埃克特当时年仅24岁。ENIAC：长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用180
2、00个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。(而人最快的运算速度每秒仅5次加法运算)，还能进行平方和立方运算，计算正弦和余弦等三角函数的值及其它一些更复杂的运算。这样的速度在当时已经是人类智慧的最高水平。1.1 概述概述第1章微型计算机基础埃克特（右）和莫克利（左）埃克特（右）和莫克利（左）第1章微型计算机基础ENIACENIAC的不足的不足的不足的不足：运算速度慢、存储容量小、全部指：运算速度慢、存储容量小、全部指：运算速度慢、存储容量小、全部指：运算速度慢、存储容
3、量小、全部指令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差令没有存放在存储器中、机器操作复杂、稳定性差 。第1章微型计算机基础冯诺依曼加入莫尔研制小组之后，在ENIAC尚未投入运行的阶段，就发现了ENIAC原先设计中的致命缺陷。此后，冯诺依曼（VonNeumann）与莫尔小组合作研制了EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer）计算机，该计算机采用了存储程序方式，其后开发的计算机都采用这种方式，称为冯诺依曼计算机。冯诺依曼计算机具有如下基本特点：第1章微
4、型计算机基础（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成；（2）采用存储程序方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器中运算，即由指令组成的程序是可以修改的；（3）数据以二进制码表示；（4）指令由操作码和地址码组成；第1章微型计算机基础（5）指令在存储器中按执行顺序存放，由程序计数器PC指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，也可按运算结果或外界条件而改变；（6）机器以处理器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过处理器。冯诺依曼计算机开辟了“存储程序自动控制”的现代计算机体系结构先河，目前的计算机基本是基于冯诺依曼计算机的模型和原理
5、研制的。第1章微型计算机基础冯诺依曼计算机结构原始数据原始数据原始数据原始数据和指令和指令和指令和指令计算结果计算结果计算结果计算结果计算机的基本结构框图计算机的基本结构框图第1章微型计算机基础冯冯诺依曼计算机结构诺依曼计算机结构数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也为二进制。u由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入设设备备和和输输出出设设备备五部分五部分组成。组成。u控控制制器器是是根根据据存存放放在在存存储储器器中中的的指指令令序序列列即即程程序序来来工工作作的的，并并由由一一个个程程序序计计数数器器（即即指指令令地地址址计计数数器
6、器）控控制制指指令令的的执执行行。控控制制器器具具有有判判断断能能力力，能根据指令，选择不同的动作流程。能根据指令，选择不同的动作流程。u微处理器微处理器包括运算器和控制器。以其为核心，通过包括运算器和控制器。以其为核心，通过地址地址(AB)(AB)、数据数据(DB)(DB)、控制控制(CB)(CB)三总线连接存储器、三总线连接存储器、输入输入/输出接口，进而输入设备和输出设备。输出接口，进而输入设备和输出设备。第1章微型计算机基础从第一台计算机问世以来的半个世纪，计算机获得突飞猛进的发展，在人类科技史上还没有一种学科可以与电子计算机的发展相提并论。人们根据计算机的性能和当时的硬件技术状况，将
7、计算机的发展分成四个阶段，每一阶段在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃，四个阶段的特点具体如下：第1章微型计算机基础第1代：电子管计算机时代（20世纪40年代中期至50年代后期）。这一时期的计算机采用电子管作为基本器件，主要为军事与国防尖端技术的需要而研制，其研究成果逐步扩展到民用，并转为工业产品，形成了计算机工业。第2代：晶体管计算机时代（20世纪50年代中期至60年代中期）。这一时期计算机的主要器件逐步由电子管改为晶体管，因而缩小了体积，降低了功耗，提高了速度和可靠性，而且价格不断下降。第1章微型计算机基础第3代：中小集成电路计算机时代（20世纪60年代中期至70年代初期）。
8、这一时期的计算机采用集成电路作为基本器件，功耗、体积、价格等进一步下降，而速度及可靠性进一步提高，使计算机的应用范围进一步扩大。正是由于集成电路成本的迅速下降，产生了成本低而功能相对较强的小型计算机供应市场，占领了许多数据处理的应用领域。第1章微型计算机基础第4代：大规模和超大规模集成电路计算机时代。20世纪70年代初，半导体存储器问世，迅速取代了磁芯存储器，并不断向大容量、高速度发展。此后，存储器芯片集成度大体上每三年翻两番，这就是著名的摩尔定律，从1971年内含2300个晶体管的Intel4004芯片问世，到1999年包含了750万个晶体管的Pentium处理器，都证实了摩尔定律的正确性。
9、后来摩尔定律用来描述微处理器的工作速度，在一定成本下，大体上也是每18个月翻一番。第1章微型计算机基础其主要特点和应用领域见表其主要特点和应用领域见表1-1。表1-1 微型计算机发展特点:起止年代起止年代主要元件主要元件主要元件图示主要元件图示运行速度运行速度主要特点主要特点第一代40年代中期至50年代末电子管5千到一万次体积大、耗电大、速度慢，主要用来科学计算第二代50年代中期至60年代末晶体管几万次到十几万次体积减少、耗电减少、速度有所提高，主要用于数据、事务处理第三代60年代中期至70年代初中、小规模集成电路十几万次到几百万次体积和功耗减少，运行速度提高，应用领域涉及文字处理、企业管理和
10、工业控制第四代70年代初期开始大规模、超大规模集成电路几千万次到百亿次性能大幅度提高、价格大幅度下降，已经应用到社会的各个领域第1章微型计算机基础 在计算机的发展历程中，微型计算机的出现开辟了计算机的新纪元。微型计算机因其体积小，结构紧凑而得名。它的一个重要特点是将中央处理器(CPU)制作在一块电路芯片上，这种芯片习惯上称作微处理器。根据微处理器的集成规模和处理能力不同，形成了微型机的不同发展阶段，它以23年的速率迅速更新换代。1.1.2 微型计算机的发展微型计算机的发展第1章微型计算机基础1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代
11、微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。霍夫做出大胆的设想：使用通用的硬件设计加上外部软件支持来完成不同的应用，这就是最初的通用微处理器的设想。1.第一代微型机第一代微型机(20世纪世纪70年代初年代初)第1章微型计算机基础一个故事。1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004（上图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。第1章微型计算机基础Intel 80081972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Inte
12、l8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。第1章微型计算机基础1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。8080已经接近x86的架构了.主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS。2第二代微型机第二代微型机(20世纪世纪70年代初至年代初至70年代末年代末)第1章微型计算机基础Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。同时，Motorola公
13、司的6800,也得到了广泛的应用。当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。第1章微型计算机基础Intel 80861978年6月，Intel推出4.77MHz的8086微处理器，标志着第三代微处理器问世，其性能比第二代提高了近10倍。它采用16位寄存器、16位数据总线和29000个3微米技术的晶体管，售价360美元。3.第三代微型机第三代微型机(20世纪世纪70年代末至年代末至80年代初年代初)第1章微型计算机基础Intel 80881年之后，Intel推出4.77MHz的准16位微处理器8088。它在内部以16位运行，但支持8位数据总线，采用现有的8位设备控制芯
14、片，包含29000个3微米技术的晶体管，可访问1MB内存地址，速度为0.33MIPS。同年9月，Motorola推出M6800016位微处理器，它因采用了68000个晶体管而得名。第1章微型计算机基础IBM PC/XTIBM在1983年3月8日发布了PC的改进型IBMPC/XT，凭借XT，IBM市场占有率超过76%，一举把Apple挤下微型电脑霸主的宝座。它带有一个容量为10MB的硬盘，这是硬盘第一次成为PC的标准配置。XT预装了DOS2.0系统，支持“文件”的概念并以“目录树”存储文件。第1章微型计算机基础Intel 802861982年，Intel推出6MHz的Intel80286微处理器
15、，采用16位数据总线。它提供了保护模式操作功能，最初的批发价为360美元。这时候，IBM公司内部发生了很大的分歧：内部很多人反对快速转换到286计算机的销售，因为286PC会对IBM的小型机与之前的PCXT销售有影响，他们希望缓慢过渡。但是intel公司并不能等，80286处理器已经批量生产了，不可能堆在仓库里等IBM慢慢消化；这时候生产兼容IBMPC的康柏公司就钻了一个空子快速推出286的PC机，一举打败IBM成为PC市场的新霸主。第1章微型计算机基础80386进入了进入了32位元的世代位元的世代1985年10月，Intel推出16MHz80386DX微处理器，当时，IBM已经收到大量286
16、机器的订单，不愿立即转向386，同时IBM担心长期受制于Intel芯片，开始暗中开发自己的处理器，所以对是否采用386芯片不置可否。4第四代微型机第四代微型机(20世纪世纪80年代初至年代初至90年代初年代初)第1章微型计算机基础Intel 486CPU更新速度加快，造就了越来越多的兼容机厂商。Motorola公司的68020第1章微型计算机基础Pentium浮出水面浮出水面Intel于1993年3月推出奔腾（Pentium）处理器，性能接近主要的RISCCPU并兼容80 x86，同时继承了长期积累下来的价值约500亿美元的庞大软件资源。Pentium MMX，支持多媒体技术的奔腾，支持多媒体
17、技术的奔腾PentiumMMX是英特尔在Pentium内核基础上改进，最大的特点是增加了57条MMX指令。这些指令专门用来处理音视频相关的计算，目的是提高CPU处理多媒体数据的效率。MMX指令非常成功，在之后生产的各型CPU都包括这些指令集。据TomsHardware测试，即使最慢的PentiumMMX166MHz也比Pentium200MHz普通版要快。5.第五代微型机（第五代微型机（20世纪世纪90年代初至今）年代初至今）第1章微型计算机基础Pentium II，芯片封装有着，芯片封装有着巨大的改变巨大的改变PentiumII首次引入了S.E.C封装(SingleEdgeContact)技
18、术，将高速缓存与处理器整合在一块PCB板上。第1章微型计算机基础Pentium II XEON，至强的开始，至强的开始1998年英特尔发布了PentiumIIXeon(至强)处理器。Xeon是英特尔引入的新品牌，取代之前所使用的PentiumPro品牌。这个产品线面向中高端企业级服务器、工作站市场；是英特尔公司进一步区格市场的重要步骤。Xeon主要设计来运行商业软件、因特网服务、公司数据储存、数据归类、数据库、电子，机械的自动化设计等。IBM提出“普及运算”，强调“无所不在的计算”，表明PC已经不仅仅是单纯的个人计算工具，而且成为人们进入网络的接口。第1章微型计算机基础Pentium 4的功能
19、模块图的功能模块图2000年英特尔发布了Pentium4处理器。用户使用基于Pentium4处理器的个人电脑，可以创建专业品质的影片，通过因特网传递电视品质的影像，实时进行语音、影像通讯，实时3D渲染，快速进行MP3编码解码运算，在连接因特网时运行多个多媒体软件。这是空前强大的个人电脑处理器产品。第1章微型计算机基础Pentium III XEON是最后带奔腾字样的至强2001年英特尔发布了Xeon处理器。英特尔将Xeon的前面去掉了Pentium的名号，并不是说就与x86脱离了关系，而是更加明晰品牌概念。Xeon处理器的市场定位也更加瞄准高性能、均衡负载、多路对称处理等特性，而这些是台式电脑
20、的Pentium品牌所不具备的。Xeon处理器实际上基于Pentium4的内核，比起PentiumIII的Xeon处理器来，要快30%90%，不过这还要视乎软件应用的配置而定。Xeon处理器基于英特尔的NetBurst架构，有更高级的网络功能，及更复杂更卓越的3D图形性能。第1章微型计算机基础Itanium，安腾处理器2001年英特尔发布了Itanium(安腾)处理器。Itanium处理器是英特尔第一款64位元的产品。这是为顶级、企业级服务器及工作站设计的，在Itanium处理器中体现了一种全新的设计思想，完全是基于平行并发计算而设计(EPIC)。对于最苛求性能的企业或者需要高性能运算功能支持
21、的应用(包括电子交易安全处理、超大型数据库、电脑辅助机械引擎、尖端科学运算等)而言，Itanium处理器基本是PC处理器中唯一的选择。第1章微型计算机基础Itanium 2，企业的擎天支柱，企业的擎天支柱Itanium2处理器是以Itanium架构为基础所建立与扩充的产品。提供了二位元的相容性，可与专为第一代Itanium处理器优化编译的应用程序兼容，并大幅提升了50%100%的效能。Itanium2具有6.4GB/sec的系统总线带宽、高达3MB的L3缓存，据英特尔称Itanium2的性能，足足比SunMicrosystems的硬件平台高出50%。第1章微型计算机基础PentiumM，移动、
22、网络、节能的铁骑2003年英特尔发布了PentiumM处理器。以往虽然有移动版本的PentiumII、III，甚至是Pentium4-M产品，但是这些产品仍然是基于台式电脑处理器的设计，再增加一些节能，管理的新特性而已。即便如此，PentiumIII-M和Pentium4-M的能耗远高于专门为移动运算设计的CPU，例如全美达的处理器。英特尔PentiumM处理器结合了855芯片组家族与IntelPRO/Wireless2100网络联机技术，成为英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的最重要组成部分。PentiumM处理器可提供高达1.60GHz的主频速度，并包含各种效能增强功能，如：最佳化
23、电源的400MHz系统总线、微处理作业的融合(Micro-OpsFusion)和专门的堆栈管理器(DedicatedStackManager)，这些工具可以快速执行指令集并节省电力。更关键的是，PentiumM处理器加上802.11的无线WiFi技术，就构成了英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的整套解决方案。这样不仅具备了节能、长续航时间的优点，更领导了目前流行的无线网络风尚。因此，IBM、Sony、HP等各大笔记本电脑厂商已经全面转用PentiumM处理器来制造自己的主流产品。第1章微型计算机基础后来.,Intel的Celeron(赛扬)、Core2Duo(酷睿双核)、Core2Qu
24、ad。2010intelCorei3、i5、i7第五代微型机中还有：AMD（超微）公司的AMDK6、AMDK6-2，AMDk6-3,AMDk-10、AMDAthlon(速龙),目前最新的：AMDAthlonIIX2/X3/X4AMD现在与Intel是制造微处理器的两大巨头，进行着抗衡与竞争。CPU、操作系统简史第1章微型计算机基础微处理器的发展主要以字长为特征，字长越宽处理器的功能越强。下面以列表的形式，以Intel系列CPU为主，介绍微处理器的发展。CPU的发展从Intel80386到Intel80486有一个飞跃性的发展，在Intel80486之前的CPU不支持浮点数据处理，如果要处理浮点
25、数据，需要增加一个专门的浮点数据处理器（FPU），通常称为协助处理器，这样在整个计算机的系统构成中需要两个或者两个以上的处理器。将多处理器系统中的主处理器称为中央处理器（CPU或MPU）其意义才更确切。1.1.3 微处理器的主要特点微处理器的主要特点第1章微型计算机基础如果系统中有两个或者两个以上的处理器，这种模式叫做多处理器模式；系统中只有一个处理器，那只能是中央处理器（CPU），这样的系统功能相对比较简单，通常称为单处理器模式。在后面介绍CPU的工作原理时，大部分参考资料都根据CPU的引脚线直接翻译过来的，把多处理器模式直接翻译成最大模式，把单处理器模式翻译成最小模式。第1章微型计算机基础
26、表1-2 Intel80386系列之前微处理器 CPU名称名称字长字长数据总线数据总线多处理器模式多处理器模式Intel808616位16位Intel8086CPU+8087FPUIntel808816位8位Intel8088CPU+8087FPUIntel8018616位16位Intel80186CPU+80187FPUIntel8028616位16位Intel80286CPU+80287FPUIntel80386SX32位16位Intel80386SXCPU+80287FPUIntel80386DX32位32位Intel80386DXCPU+80387FPU第1章微型计算机基础由表由表1-
27、21-2可以看出，从可以看出，从Intel8086CPUIntel8086CPU开始，添加了相应开始，添加了相应加的协助处理器（加的协助处理器（FPUFPU），构成系统的最大工作模式。），构成系统的最大工作模式。从Intel 80486开始CPU与FPU集成为一体，Intel 80486SX CPU可以简单的理解成Intel 80386DX和80387FPU的集成体，其速度是两个处理器共存于系统的四倍。Intel80486之后的CPU内部都有一个FPU部件，其功能还是浮点数据处理。这种类型的CPU的主要结构见表1-3所示。第1章微型计算机基础Intel CPU寄存器位数寄存器位数数据总线数据总
28、线CacheIntel80486DX32GP+80FPU32位CacheL1：8KIntelPentium32GP+80FPU64位CacheL1：16KIntelPentiumPro32GP+80FPU64位CacheL1：16K；L2：256KIntelPentium32GP+80FPU+64MMX64位CacheL1：32K，L2：256KIntelPentium32GP+80FPU+128MMX64位CacheL1：32K，L2：512K表1-3 Intel80486系列之后微处理器第1章微型计算机基础从Intel80486处理器开始的CPU增加了一个存储层次Cache，在Intel8
29、0386处理器及其以前的处理器构成的系统中，存储体系结构由内存储器和外存储器两层构成。Intel80486之后微机系统的存储器中，存储体系结构中通常由外存储器、内存储器和高速缓存三层构成。第1章微型计算机基础 1字长字长微机的字长是指微处理器内部一次可以处理二进制代码的位数。它与微处理器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度是一致的，字长越宽，所表示的数据精度就越高。在完成同样精度的运算时，字长较长的微处理器比字长较短的微处理器运算速度快，大多数微处理器内部处理数据位数与微处理器的外部数据引脚宽度是相同的。1.1.4 微型计算机的指标微型计算机的指标第1章微型计算机基础但Intel8088CPU
30、内部处理数据位数为16位，而芯片外部数据引脚只有8位，Intel80386SXCPU内部处理数据位数为32位，而外部数据引脚为16位。对这类芯片仍然以它们的内部处理数据位数为字长，把它们称作“准位”芯片。例如，8088被称为“准16位”微处理器芯片，80386SX被称作“准32位”微处理器芯片。第1章微型计算机基础2存储容量存储容量 存储容量是衡量微机内部存储器能存储二进制（Bit）信息量大小的一个技术指标。通常把8位二进制数据称为一个字节（Byte），16位二进制数据称为一个字（Word），把32位二进制数据称为一个双字（Dword）。存储器容量一般以字节为最基本的计量单位。一个字节记为1B
31、，210B=1KB，210KB=1MB，210MB=1GB，210GB=1TB。第1章微型计算机基础3指令执行时间指令执行时间指令执行时间是指计算机执行一条指令所需的时间，其长短反映了计算机执行一条指令的速度快慢。它一方面决定于微处理器工作时钟频率，另一方面又取决于计算机指令系统的设计、CPU的体系结构等。微处理器工作时钟频率指标可表示为多少兆赫兹（MHz）；微处理器指令执行速度指标则表示为每秒运行多少百万条指令MIPS。第1章微型计算机基础4系统总线系统总线系统总线是连接微机系统各功能部件的公共数据通道，其性能直接关系到微机系统的整体性能。系统总线的性能主要表现为它所支持的数据传送位数和总线
32、工作时钟频率。数据传送位数越宽，总线工作时钟频率越高，则系统总线的信息吞吐率就越高，微机系统的性能就越强。系统总线按照传输信息的类型不同，分为地址总线（AddressBus）、数据总线（DataBus）和控制总线（ControlBus）。第1章微型计算机基础5外部设备配置外部设备配置在微机系统中，外部设备占据了重要的地位。计算机信息输入、输出、存储都必须由外设来完成，微机系统一般都配置了显示器、打印机、网卡等外设。微机系统所配置的外设，其速度快慢、容量大小、分辨率高低等技术都影响着微机系统的整体性能。第1章微型计算机基础6系统软件配置系统软件配置系统软件也是计算机系统不可缺少的组成部分。微机硬
33、件系统仅是一个裸机，它本身并不能运行，若要运行，必须有基本系统软件的支持，如DOS、Windows等操作系统。系统软件配置是否齐全，软件功能的强弱，是否支持多任务、多用户操作等都是微机硬件系统性能能否得到充分发挥的重要因素。第1章微型计算机基础1.2.1 微型计算机微型计算机微型计算机是以微处理器芯片为核心，配以存储器、I/O接口、输入/输出设备以及相应的辅助电路而构成的裸机，简称微机。从结构上讲，它以微处理器为中心，通过总线把I/O设备、存储器等连接成一个整体。根据总线使用方法的不同，微型计算机可以有不同的组织方式。微型计算机硬件组成框图如图1.1所示。1.2 微型计算机系统微型计算机系统第
34、1章微型计算机基础图图1.1 1.1 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成第1章微型计算机基础1运算器运算器运算器是对数据信息进行加工处理的部件，它主要由算术逻辑运算单元（ALU）组成，在控制器的控制下可以完成各种算术运算、逻辑运算和其它操作。2控制器控制器控制器是统一调度和控制计算机各部件协调工作的关键部件，是微型计算机的指挥控制神经中枢。它从存储器中逐条地取出指令、分析指令，并向各部件发出相应的控制信号，使它们一步步地执行指令所规定的操作。另一方面，它又接收运算器、存储器以及输入/输出设备的反馈信息，以确定程序的执行顺序。第1章微型计算机基础3存储器存储器存储器是存放程序和数据的部件，它是
35、一个存储装置，是计算机能够实现存储程序工作原理的基础，存储器分为主存储器和辅助存储器。主存储器又称内存，通常由半导体存储器组成。它可由CPU直接访问，存取速度较快，但容量不大，一般用来存放当前运行的程序和数据。辅助存储器又称为外存，通常由磁盘与光盘等辅助存储介质组成。它由CPU通过I/O接口进行访问，存取速度较慢，但容量大，一般用来存放长期数据与软件。第1章微型计算机基础4输入输入/输出设备输出设备输入/输出(I/O)设备又称外设，通过I/O接口与CPU相连，它是计算机与外部联系的桥梁。通常分为输入设备和输出设备两种。计算机硬件的五大部件是通过总线连接起来的。所谓总线是一组公共信号线，它能分时
36、地发送和接收各部件的信息。第1章微型计算机基础微型机算机的硬件系统称为裸机，不能做任何事情，只有配上必要的系统软件，才能构成一个可以运行的微型计算机系统。这里的系统软件是指用来实现对计算机资源进行管理，便于人们使用计算机而配置的软件。由此可见，微型计算机系统由作为裸机的硬件系统和用来管理计算机资源的软件系统两大部分组成。其中，硬件是构成计算机系统的物理实体或物理装置。软件是指为运行、维护、管理和应用计算机所编制的所有程序的集合。软件一般分为系统软件和应用软件两大类，如上图1.2所示。1.2.2 微型计算机系统微型计算机系统第1章微型计算机基础图1.2 软件分类第1章微型计算机基础计算机内部的信
37、息分为两大类：控制信息和数据信息。控制信息是一系列的控制命令或指令，用于指挥计算机如何操作；数据信息是计算机操作的对象，一般又可分为数值数据和非数值数据。数值数据用于表示数量的大小，它有确定的数值；非数值数据没有确定的数值，它主要包括字符、汉字、逻辑数据等等。对计算机而言，不论是控制命令还是数据信息，它们都要用“0”和“1”两个基本符号来编码表示。在计算机内部，采用二进制编码表示信息，可以方便存储、传送和处理。1.3 计算机中的数制及其转换计算机中的数制及其转换第1章微型计算机基础1.3.1 数与数制数与数制计算机中采用二进制数据编码。由于二进制书写和阅读比较繁琐，在程序中通常用八进制计或十六
38、进制计数。日常生活中人们习惯采用十进制计数，十进制数的特点是以“10”为基数，需要用到的数字符号为10个，分别是09。二进制数的特点是以“2”为基数，需要用到的数字符号为2个，分别是0、1。八进制数的特点是以“8”为基数，需要用到的数字符号为8个，分别是07。十六进制数的特点是以“16”为基数，需要用到的数字符号为16个，分别是09、AF。第1章微型计算机基础任意一个十进制数可以用位权和表示，位权就是某个固定位置上的计数单位。在十进制数中，整数的位权为，而在小数点后数的位权为，i为数据位对应的位置。例如十进制数234.13，则用位权和表示为：（234.13）10=2102+3101+4100+
39、110-1+310-2同理，任意一个二进制数、八进制数和十六进制数也可以用位权和表示。第1章微型计算机基础例如：（101.11）2=122+021+120+12-1+12-2（124.36）8=182+281+480+38-1+68-2（AC.B5）16=A161+C160+B16-1+516-2第1章微型计算机基础根据上述概念，可推广出表示任意进制数的通式：其中为整数部分，为小数部分，r为基数。每一项的数字可用0r-1数字中的一个数字来表示（r：表示r进制数）。第1章微型计算机基础1.十进制数与二进制数之间的转换十进制数与二进制数之间的转换（1）十进制整数转换成二进制将一个十进制整数转换成二
40、进制的方法是“除2取余法”。具体做法是将需要转换的十进制数除以2，得到一个商和一个余数；再将商除以2，又得到一个商和一个余数；继续这一过程，直到商等于0为止。每次得到的余数就是对应的二进制数的各位数据位。第一次得到的余数为二进制数的最低位，最后得到的余数为二进制数的最高位。1.3.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换第1章微型计算机基础 最后结果为：（103）10=（A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0）2=（1100111）2例例例例1-11-1 将十进制数将十进制数103103转换成二进制数。其过程如下：转换成二进制数。其过程如下：第1章微型计算机基础（2）十进制小数转换成二进制将
41、一个十进制小数转换成二进制的方法是“乘2取整法”。具体做法是用2乘以待转换的十进制小数，得到整数和小数部分；再用2乘以小数部分，又得到一个整数和一个小数部分；继续这一过程，直到余下的小数部分为0或满足精度要求为止；最后将每次得到的整数部分按先后顺序从前到后排列，即得到所对应的二进制小数。例例1-2 将十进制小数0.6875转换成二进制小数。其过程如下：第1章微型计算机基础最后结果为:（0.6875）10=（0.A-1A-2A-3A-4）2=（0.1011）2第1章微型计算机基础将一个既有整数部分又有小数部分的十进制数转换成二进制数，可以将其整数部分和小数部分分别进行转换，然后再组合起来即可。例
42、如：(103)10=(1100111)2(0.6875)10=(0.1011)2由此可得：(103.6875)10=(1100111.1011)2第1章微型计算机基础（3）二进制数转换成十进制数二进制数转换成十进制的方法是将待转换的二进制数据按位权展开后相加即可。例例1-3 将二进制数101.01转换成十进制数。其过程如下：（101.01）2=122+021+120+02-1+12-2=4+0+1+0+0.25=（5.25）10 第1章微型计算机基础2.十进制与八进制之间的转换十进制与八进制之间的转换（1）十进制整数转换成八进制将一个十进制整数转换成八进制的方法是“除8取余法”。具体做法是将需
43、要转换的十进制数据除以8，得到一个商和一个余数；再将商除以8，又得到一个商和一个余数；继续这一过程，直到商等于0为止。每次得到的余数，就是对应八进制数的各位数据位。第一次得到的余数为八进制数的最低位，最后一次得到的余数为八进制数的最高位。第1章微型计算机基础例例1-4将十进制数103转换成八进制数。其过程如下最后结果为：（103）10=（A2A1 A0）8=（147）8第1章微型计算机基础（2）十进制小数转换成八进制小数十进制小数转换成八进制方法是“乘8取整法”。具体做法是用8乘以待转换的十进制小数，得到一个整数和一个小数部分；再用8乘以小数部分，又得到一个整数和一个小数部分；继续这一过程，直
44、到余下的小数部分为0或满足精度要求为止；最后将每次得到的整数部分按先后顺序从前到后排列，即得到所对应的八进制小数。第1章微型计算机基础例例1-5 将十进制小数0.6875转换成八进制小数。其过程如下：最后结果为：（0.6875）10=（0.A-1A-2)8=（0.54）8同理，一个十进制数可分解成整数和小数部分，分别转换八进制后组合起来即可。第1章微型计算机基础例例1-6 将八进制数141.54转换成十进制数。其过程如下：（141.54）8=182+481+180+58-1+48-2=64+32+1+0.625+0.0625=97.6875最后结果为：（141.54）8=（97.6875）10
45、（3）八进制数转换成十进制数八进制数转换成十进制数的方法与二进制转换成十进制的道理是一样的，只要将待转换的数据按位权展开后相加即可。第1章微型计算机基础3.十进制与十六进制之间的转换十进制与十六进制之间的转换（1）十进制整数转换成十六进制将十进制整数转换成十六进制的方法是“除16取余法”。具体做法是将待转换的十进制数除以16，得到一个商和一个余数；再将商除以16，又得到一个商和一个余数；继续这一过程，直到商等于0为止。每次得到的余数就是对应十六进制数的各位数据位。第一次得到的余数为十六进制数的最低位，最后一次得到的余数为十六进制数的最高位。第1章微型计算机基础 例例1-7 将十进制数103转换
46、成十六进制数。其过程如下：1 0 3601616余数为 7余数为 6最后结果为：（103）10=（A1 A0）16=（67）16第1章微型计算机基础（2）十进制小数转换成十六进制将十进制小数转换成十六进制方法是“乘16取整法”。具体做法是用16乘以待转换的十进制小数，得到一个整数和一个小数部分；再用16乘以小数部分，又得到一个整数和一个小数部分；继续这一过程，直到余下的小数部分为0或满足精度要求为止；最后将每次得到的整数部分按先后顺序从前到后排列，即得到所对应的十六进制小数。第1章微型计算机基础例例1-8将十进制小数0.6875转换成十六进制小数。其过程如下：最后结果为：（0.6875）10=
47、（0.A-1）16=（0.B）16第1章微型计算机基础例例1-9 将十六进制数17.B转换成十进制数。其过程如下：(17.B)8=1161+7160+B16-1=16+7+1116-1=23+0.6875=23.6875最后结果为：(17.B)16=(23.6875)10（3）十六进制数转换成十进制数十六进制数转换成十进制数的方法与二进制转换成十进制的道理是一样的，只要将待转换的数据按位权展开后相加即可。第1章微型计算机基础4.二进制与八进制、十六进制数之间的转换要将一个二进制数据转换成八进制，从小数点所在位置分别向左向右每三位一组进行划分。若小数点左侧的位数不是3的倍数，在数的最左侧补零；若
48、小数点右侧的位数不是3的倍数，在数的最右侧补零。其对应关系如表1-4。对于十六进制数据则四位一组进行划分即可。第1章微型计算机基础十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F表1-4十、二、八、十六进制数码的对应关系第1章微型计算机基础其实，八进制和十六进制是二进制的一种变形表示，在数的进制转换过程中不必将其作为单独的一种进制与十进制进行
49、转换，只需在二进制与十进制之间进行转换，八进制和十六进制通过二进制过渡。二进制在本课程中作为一种重要的进制表示，在表示和换算中一定要熟练，下面介绍一种简单的方法就可以实现二进制与十进制之间的转换。第1章微型计算机基础二进制数据的值实际上是由几个十进制数据（2的次幂）求和而得到的，这里所指的十进制数据是2的次方数。所以在进行进制转换时，只要记住常用的几个2的次方数据，例如数据序列：256、128、64、32、16、8、4、2、1。第1章微型计算机基础根据这几个数据的排列顺序，对于任何一个十进制数据，按照“最大拆分”原则，都可以转换成二进制。例子中的103可以拆分成64+32+4+2+1，按照拆分
50、数出现在数据序列中的位置，作如下操作：出现拆分数的位置写“1”，没有出现拆分数的位置写“0”。103按照“最大拆分”原理，其二进制数据为01100111B。数据无论大小，都从高位开始拆分，其实现原理是相同的。例如，378十进制可以拆分成256+64+32+16+8+2，其二进制数据为101111010B。第1章微型计算机基础二进制转换十进制原理正好相反，从二进制的低位开始，有“1”出现的位置给出其相应位的十进制位权2i，“0”的位置空出，累加和即是所求的十进制数。第1章微型计算机基础1.4.1 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算 1.二进制数的编码及运算二进制数的编码及运算数据的正负