微機原理及應(yīng)用計算機簡介（補充內(nèi)容）1微型計算機的發(fā)展和應(yīng)用2微型計算機系統(tǒng)的組成3計算機中的數(shù)據(jù)表示4第一章微型計算機系統(tǒng)概述一、微型計算機的發(fā)展第一代：71-73年，4位CPU代表產(chǎn)品：Intel4004、8008執(zhí)行速度：50KIPS主要應(yīng)用：家用電器、計算器、簡單控制等第二代：73-78年，8位CPU代表產(chǎn)品：Intel8080執(zhí)行速度：500KIPS主要應(yīng)用：教學(xué)實驗、工業(yè)控制、智能儀器等Altair8800：第一臺個人計算機APPLEⅡ：真正意義的個人計算機一、微型計算機的發(fā)展第三代：78-86年：16位CPU代表產(chǎn)品：Intel8086、8088執(zhí)行速度：2.5MIPS主要應(yīng)用：數(shù)據(jù)處理、辦公自動化、管理系統(tǒng)等IBMPC：現(xiàn)代PC機的鼻祖，于1981年推出一、微型計算機的發(fā)展第四代：32位CPU1986推出803861990推出804861993推出P51997推出PⅡ1999推出PⅢ2000推出PⅣ一、微型計算機的發(fā)展第五代：64位CPU2000年底推出P7（Iantium）：安騰2001年底推出Mckinley：安騰2主要應(yīng)用：面向工作站和服務(wù)器，目前已廣泛用于PC機一、微型計算機的發(fā)展發(fā)展趨勢更寬：字長，CPU一次運算的位數(shù)更快：時鐘，CPU的工作頻率更強：集成度，IC芯片內(nèi)晶體管的數(shù)量摩爾定律：1965年提出，每隔1年半，IC集成度將增加一倍。CPU400480808086286386486P1P2P3P4時鐘(MHz)0.124.77205010020050015005000集成度(萬)0.250.92.9271203304507502800125003微機的發(fā)展一、微型計算機的發(fā)展Intel80x86系列處理器8038680486奔騰奔騰II奔騰4802868086奔騰III酷睿4004不是我不明白，這世界變化太快。扎扎實實掌握知識，以不變應(yīng)萬變！IA-32處理器安騰一、微型計算機的發(fā)展

“龍芯1號”：2002年9月由中科院計算所推出達(dá)到國際97年前后水平，等同于P226632位，0.18微米，400萬集成度，2億次/秒速度應(yīng)用：曙光龍騰服務(wù)器、無線PDA等我國的微處理器發(fā)展“方舟-1”：2001年4月由中芯公司推出0.25微米工藝，166MHz時鐘，32位字長我國首枚具有自主知識產(chǎn)權(quán)的實用化CPU應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)計算機、嵌入式設(shè)備等我國的微處理器發(fā)展

“龍芯2號”：2003年12月由中科院計算所推出樣片性能接近1GHzP4，與國外差距縮小為3年我國首款64位通用CPU，時鐘500MHz，0.18微米應(yīng)用：Linux桌面PC、安全服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)防火墻等4我國的微處理器發(fā)展我國的微處理器發(fā)展計算機應(yīng)用通常分成如下各個領(lǐng)域科學(xué)計算，數(shù)據(jù)處理，實時控制計算機輔助設(shè)計，人工智能，……由于微型計算機具有如下特點體積小、價格低工作可靠、使用方便、通用性強……所以，可以分為兩個主要應(yīng)用方向二、

微型計算機的應(yīng)用微型計算機應(yīng)用的兩個方向:用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機，例如：PC微機功能越強越好、使用越方便越好用于過程控制及嵌入式應(yīng)用方向?qū)Ｓ梦C，例如：工控機、單片機可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小二、

微型計算機的應(yīng)用計算機簡介（補充內(nèi)容）1微型計算機的發(fā)展和應(yīng)用2微型計算機系統(tǒng)的組成3計算機中的數(shù)據(jù)表示4第一章微型計算機系統(tǒng)概述微處理器、微機與微機系統(tǒng)微處理器：一般指CPU嚴(yán)格地講，微處理器≠CPUCPU：ALU+控制部件微處理器：CPU+寄存器組微機：微處理器+存儲器+輸入/輸出接口單板機：三大部分安裝在一塊電路板上單片機：三大部分集成在一塊芯片上，常稱為微控制器微機系統(tǒng)：微機+外圍設(shè)備+軟件一、微型計算機的硬件系統(tǒng)運算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲器總線輸入輸出輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)一、微型計算機的硬件系統(tǒng)CPU：中央處理單元基本功能：取指令、分析指令、執(zhí)行指令主要參數(shù)：字長、速度內(nèi)部組成：ALU：算術(shù)邏輯運算單元控制部件：控制核心寄存器組：一類特殊的存儲器件，其存儲二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)通常與字長一致內(nèi)部數(shù)據(jù)通路：其寬度通常與字長一致一、微型計算機的硬件系統(tǒng)存儲器基本功能：存放程序與數(shù)據(jù)主要參數(shù)：容量、速度分類：三級存儲體系：內(nèi)存、外存、緩存（cache）RAM與ROM：分別存放數(shù)據(jù)和程序虛擬存儲器：通常由硬盤構(gòu)成組織形式：存儲單元：以字節(jié)（Byte）為單位單元地址：一組二進(jìn)制數(shù)，如0000H地址寬度與單元數(shù)量的關(guān)系：2n一、微型計算機的硬件系統(tǒng)I/O接口幾個容易混淆的概念：I/O設(shè)備：具體實現(xiàn)功能的外設(shè)，如顯示器I/O接口：CPU與外設(shè)之間的緩沖電路，如顯卡I/O端口：接口電路中的一些寄存器為什么會使用I/O接口？不同外設(shè)存在速度上、控制上的差異端口地址：與存儲單元地址本質(zhì)相同端口種類：數(shù)據(jù)、控制、狀態(tài)端口寬度：由外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)的能力決定一、微型計算機的硬件系統(tǒng)總線BUS是指傳遞信息的一組公用導(dǎo)線總線是傳送信息的公共通道微機系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件總線信號可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線CB：傳送控制信息總線還有電源、地線等其他輔助信號一、微型計算機的硬件系統(tǒng)地址總線AB輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍數(shù)據(jù)總線DBCPU讀操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPUCPU寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線CB協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點,例如功能、適應(yīng)性等一、微型計算機的硬件系統(tǒng)圖1.1微型計算機的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS一、微型計算機的硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件由廠商提供的軟件如：操作系統(tǒng)、語言處理程序、監(jiān)控程序等應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)自己的需求而編寫的軟件如：工具軟件、用戶程序等一、微型計算機的軟件系統(tǒng)計算機簡介（補充內(nèi)容）1微型計算機的發(fā)展和應(yīng)用2微型計算機系統(tǒng)的組成3計算機中的數(shù)據(jù)表示4第一章微型計算機系統(tǒng)概述1.4計算機中的數(shù)據(jù)表示字符的表示（ASCII碼，漢字）定點數(shù)與浮點數(shù)帶符號數(shù)的表示進(jìn)位計數(shù)制信息的數(shù)字化（補充內(nèi)容）

計算機是通過執(zhí)行程序（指令序列）來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加工處理的。計算機中的各種信息可分為兩大類:控制信息,數(shù)據(jù)信息控制信息：指令代碼序列以此為基礎(chǔ)產(chǎn)生的控制信號(微命令)序列，控制計算機的工作。數(shù)據(jù)信息:計算機加工處理的對象,分為數(shù)值型和非數(shù)值型(字符、文字、圖像、聲音等)信息的數(shù)字化表示包含兩層含義：

?用數(shù)字代碼表示各種信息

?用數(shù)字信號表示數(shù)字代碼一、信息的數(shù)字化

在計算機中用數(shù)字代碼表示各種信息二進(jìn)制代碼例1用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù)

5

-5

表示為00000101

表示為10000101

一、信息的數(shù)字化例2用數(shù)字代碼表示字符

A

B

表示為1000001

表示為1000010

例3用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài)

啟動

停止

正在工作

工作結(jié)束

表示為00

表示為01

表示為

10

表示為11

一、信息的數(shù)字化圖像、聲音等如何表示？

在物理機制上用數(shù)字信號表示數(shù)字代碼

數(shù)字型電信號例1用電平信號表示數(shù)字代碼

高電平

1

低電平

0

例2用脈沖信號表示數(shù)字代碼

有脈沖無脈沖有脈沖101實現(xiàn)并行操作實現(xiàn)串行操作一、信息的數(shù)字化

用數(shù)字化方法表示信息的主要優(yōu)點

（1）在物理上容易實現(xiàn)信息的表示與存儲（2）抗干擾能力強，可靠性高（3）數(shù)值的表示范圍大，表示精度高（4）表示的信息類型極其廣泛（5）能用數(shù)字邏輯技術(shù)進(jìn)行信息處理一、信息的數(shù)字化

1、進(jìn)位計數(shù)制數(shù)制的兩大要素：基數(shù)R：進(jìn)位制中允許使用的基本數(shù)碼個數(shù)。

基數(shù)為R的數(shù)制稱為R進(jìn)制數(shù)，特點是逢R進(jìn)1

。權(quán)Wi：權(quán)也稱權(quán)重（或位權(quán)），指某一位i上的數(shù)碼的權(quán)重值(權(quán)與數(shù)碼的位置有關(guān)Wi

＝Ri）。例如：十進(jìn)制(基數(shù)為10：0-9；“逢十進(jìn)一”，“借一當(dāng)十”;位權(quán)：以10為底的冪）3433.32=3103+4102+3101+3100+310-1+310-2二、進(jìn)位計數(shù)制

計算機中常用的進(jìn)位制

(1)

二進(jìn)制的表示

(2)

八進(jìn)制的表示(3)

十六進(jìn)制的表示

(4)

十進(jìn)制的表示

(5)二--十進(jìn)制的表示十進(jìn)制（Decimal）、二進(jìn)制（Binary）、八進(jìn)制（Octal）、十六進(jìn)制（Hexdecimal）數(shù)分別用D、B、Q、H來標(biāo)志。

1、進(jìn)位計數(shù)制二、進(jìn)位計數(shù)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制二--十進(jìn)制000000000001000111000120010220010300113300114010044010050101550101601106601107011177011181000108100091001119100110101012A0001000011101113B0001000112110014C0001001013110115D0001001114111016E0001010015111117F00010101

常用進(jìn)位制之間的對應(yīng)關(guān)系(1)二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制方法：“按權(quán)相加”例如：

1）1011.01B=

2）2536.2Q=

3）4E6.CH=

123+022+121+120+02-1+12-2

=11.25D

283+582+381+680+28-1

=1374.25D

4162+14161+6160+1216-1

=1254.75D

2、不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)位計數(shù)制(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制方法：整數(shù)部分：“除基取余”小數(shù)部分:“乘基取整”例如：215.6875D=?B215D=0.6875D=

11010111B0.1011B即215.6875D=11010111.1011B

2、不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)位計數(shù)制(3)二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換由于二進(jìn)制的基數(shù)與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的基數(shù)之間有整冪的關(guān)系（23=8,24=16）例1：273.14Q=?B||||||010111011.001100即273.14Q=10111011.0011B273.14

2、不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)位計數(shù)制(3)二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換由于二進(jìn)制的基數(shù)與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的基數(shù)之間有整冪的關(guān)系（23=8,24=16）例2:3B5.4CH=?B3B5.4C||||||001110110101.01001100即3B5.4CH=1110110101.010011B

2、不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)位計數(shù)制(3)二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換例3:11101010.10011B=?Q011101010.100110||||||352.46即11101010.10011B＝352.46Q

2、不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)位計數(shù)制(3)二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換例4:1010101111.01111B=?H

001010101111.01111000||||||2AF.78即1010101111.01111B＝2AF.78H

2、不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、進(jìn)位計數(shù)制機器數(shù)：連同數(shù)符一起數(shù)碼化的數(shù)

帶符號數(shù)有原碼、反碼、補碼三種表示法。真值：用“＋”、“－”表示正負(fù)例如：X1=+1011010（真值）

X2=-1011010（真值）X1

=+1011010(二進(jìn)制真值)X1

=01011010(機器數(shù))X2

=-1011010(二進(jìn)制真值)X2

=11011010(機器數(shù))三、帶符號數(shù)表示法真值與機器數(shù)

（1）原碼的表示法一個數(shù)的真值中的符號“＋”用0表示，而“－”用1表示，有效數(shù)值部分用二進(jìn)制數(shù)絕對值的二進(jìn)制數(shù)稱為原碼。

定點小數(shù)(N+1位)原碼形式:X0.X1X2…Xn

定點整數(shù)(N+1位)原碼形式:X0,X1X2…Xn(X0為符號位)例如：

X1=+77D=+1001101[X1]原＝01001101X2=-77D=-1001101[X2]原＝11001101三、帶符號數(shù)表示法（2）反碼的表示法正數(shù)的反碼與正數(shù)的原碼相同，而負(fù)數(shù)的反碼為除符號位外，將原碼逐位求反。例如：X1=+77D=+1001101X2=-77D=-1001101[X1]原＝01001101[X2]原＝11001101[X1]反＝01001101[X2]反＝10110010定點小數(shù)(N+1位)反碼形式:X0.X1X2…Xn,定點整數(shù)(N+1位)反碼形式:X0,X1X2…Xn，

三、帶符號數(shù)表示法（3）補碼的表示法正數(shù)的補碼與正數(shù)的原碼相同，而負(fù)數(shù)的補為其反碼加1。例如：X1=+77D=+1001101X2=-77D=-1001101[X1]反＝01001101[X2]反＝10110010[X1]補＝01001101[X2]補＝10110011定點小數(shù)(N+1位)補碼形式:X0.X1X2…Xn定點整數(shù)(N+1位)補碼形式:X0,X1X2…Xn三、帶符號數(shù)表示法三種機器數(shù)的小結(jié)

對于正數(shù)，原碼=補碼=反碼

對于負(fù)數(shù)，符號位為1，其數(shù)值部分原碼除符號位外每位取反末位加1補碼原碼除符號位外每位取反反碼

最高位為符號位，書寫上用“,”（整數(shù)）或“.”（小數(shù)）將數(shù)值部分和符號位隔開三、帶符號數(shù)表示法1、定點表示法

（1）無符號的定點整數(shù)

XnXn-1Xn-2。。。X0

數(shù)值部分（尾數(shù)）小數(shù)點的位置

無符號的定點整數(shù)表示的范圍：0～(2n+1-1)

例如：8位字長無符號的定點整數(shù)表示的范圍：０～２５５四、數(shù)的定點表示和浮點表示1、定點表示法

（2）

帶符號的定點整數(shù)

XnXn-1Xn-2...X0

符號位數(shù)值部分（尾數(shù)）小數(shù)點的位置

原碼定點整數(shù)表示的范圍：-(2n-1)～(2n-1)

補碼定點整數(shù)表示的范圍：-2n

～(2n-1)

例如：8位字長原碼定點整數(shù)表示的范圍：－１２７～＋１２７補碼定點整數(shù)表示的范圍：－１２８～＋１２７四、數(shù)的定點表示和浮點表示1、定點表示法

3）帶符號的定點小數(shù)

XnXn-1Xn-2。。。X0符號位小數(shù)點數(shù)值部分（尾數(shù)）

原碼定點整數(shù)表示的范圍：-(１－2-n)～(１－2-n)補碼定點整數(shù)表示的范圍：-１～(１－2-n)例如：16位字長原碼定點整數(shù)表示的范圍：－(1-2-15)～＋(1-2-15)補碼定點整數(shù)表示的范圍：－１～＋(1-2-15)

四、數(shù)的定點表示和浮點表示

2、

浮點表示法

N=M×RE浮點數(shù)的一般形式M

尾數(shù)E

階碼R

基數(shù)（R

取值2、4、8、16等）當(dāng)R=2N=11.0101=0.110101×210=1.10101×21=1101.01×2-10

=0.00110101×2100

計算機中M

小數(shù)、可正可負(fù)E

整數(shù)、可正可負(fù)

規(guī)格化數(shù)二進(jìn)制表示四、數(shù)的定點表示和浮點表示

浮點數(shù)格式（格式1）

EfE1E2...EmMfM1M2...Mn

階符階碼E數(shù)符尾數(shù)M

2、浮點表示法

MfEfE1...ElM1M2…Mn數(shù)符階符階碼E尾數(shù)M浮點數(shù)的真值為：S=±REM浮點數(shù)由兩個部分組成：階碼E和尾數(shù)M范圍主要由階碼決定，精度主要由尾數(shù)決定。格式2四、數(shù)的定點表示和浮點表示-100000-11111-11110-00001±00000+00001+00010+11110+11111……真值x(二進(jìn)制)[x]補[x]移

真值x(十進(jìn)制)

真值、補碼和移碼的對照表……-32-31-30-10+1+2+30+31……000000000010000001011111100000100001100010111110111111……011111011110000010000001000000111111100010100001100000四、數(shù)的定點表示和浮點表示定點、浮點表示法小結(jié)數(shù)值部分小數(shù)點位置Xn-1Xn-2X0……Xn符號位數(shù)值部分Xn-1Xn-2Xn-3X0……數(shù)值部分(尾數(shù))小數(shù)點位置Xn-1Xn-2X1X0…….符號位EfE1……E2EmM1MfM2……Mn階碼E階符尾數(shù)M數(shù)符

1、ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼表示字符數(shù):128個（7位編碼）

大小寫

英文字母(52個)十進(jìn)制數(shù)(10個)專用符號(34個)控制字符(32個)計算機通常用1字節(jié)存放1個字符（最高位0+7位代碼）小型和微型計算機都用ASCII碼.字符串的表示？五、字符的表示（ASCII碼，漢字）字符的ASCII編碼五、字符的表示（ASCII碼，漢字）2、漢字編碼五、字符的表示（ASCII碼，漢字）（1）

漢字輸入碼

按排列順序形成的漢字編碼（流水碼），

如區(qū)位碼；按讀音規(guī)則形成的漢字編碼（音碼），

如全拼、雙拼等；按字形形成的漢字編碼（形碼），

如五筆字型等；按音、形結(jié)合形成的漢字編碼（音形碼），如自然碼、智能ABC。

五、字符的表示（ASCII碼，漢字）1個漢字用2個字節(jié)組成，其高位是01)區(qū)位碼：是數(shù)字編碼，無重碼。

把國標(biāo)碼GB2312-80全部字符集組成94*94方陣，每1行稱1個區(qū)，編號從01-94，區(qū)號在前每1列稱1個位，編號從01-94，位號在后每個漢字1個區(qū)號，1個位號，均用10進(jìn)制表示例如：“啊”的區(qū)位碼是(1601)D。2)國標(biāo)碼：GB2312-80編碼規(guī)定：把區(qū)碼和位碼轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制，分別加上20H，構(gòu)成國標(biāo)碼。例如：“啊”的國標(biāo)碼是3021H，即低