第1章微型计算机的基础知识精.ppt

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1、第1章微型计算机的基础知识第1页，本讲稿共49页第第1 1章章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识1.1 1.1 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.2 1.2 微型计算机中的数及其编码微型计算机中的数及其编码第2页，本讲稿共49页1.1 1.1 微型计算机系统概述微型计算机系统概述1.1.1 1.1.1 微处理器和微型计算机系统的发展微处理器和微型计算机系统的发展1.1.2 1.1.2 微型计算机基本结构微型计算机基本结构1.1.3 1.1.3 微处理器的内部结构微处理器的内部结构1.1.4 1.1.4 微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理第3页，本讲稿共49页1.1.1 1.

2、1.1 微处理器和微型计算机系统的发展微处理器和微型计算机系统的发展 1971 1971年年第一款第一款4 4位微处理器位微处理器40044004面世，频率为面世，频率为108KHz108KHz，内含，内含23002300个晶个晶体管，从此揭开了体管，从此揭开了CPUCPU发展的序幕。发展的序幕。19721972年年英特公司推出英特公司推出8 8位位CPU CPU 80088008，频率为，频率为200KHz200KHz。19741974年年英特发布首款真正的通用微处理器英特发布首款真正的通用微处理器Intel Intel 80808080，时钟频率为，时钟频率为2MHz2MHz。197619

3、76年年英特发布时钟频率为英特发布时钟频率为5MHz5MHz的的80858085微处理器。微处理器。19781978年年英特推出英特推出1616位位CPU CPU 80868086，时钟频率为，时钟频率为4.77MHz4.77MHz。1.Intel1.Intel系列微处理器的发展系列微处理器的发展第4页，本讲稿共49页 1979 1979年年英特推出英特推出80888088微处理器，内含微处理器，内含2900029000个晶体管，时钟频率为个晶体管，时钟频率为4.77MHz4.77MHz。19821982年年英特推出英特推出1616位的位的CPU CPU 8028680286，内含，内含13.

4、413.4万个晶体管，万个晶体管，PCPC产业产业真正开始腾飞。真正开始腾飞。19851985年年英特推出英特推出3232位的位的CPU CPU 8038680386，内含，内含27.527.5万个晶体管。万个晶体管。19891989年年英特推出英特推出8048680486微处理器，内含微处理器，内含120120万个晶体管。万个晶体管。19931993年年英特推出英特推出PentiumPentium（奔腾）处理器（俗称（奔腾）处理器（俗称586586），集成了），集成了310310万个晶体管。万个晶体管。19951995年年英特推出专为服务器和工作站设计的英特推出专为服务器和工作站设计的Pen

5、timu ProPentimu Pro处理器，处理器，内含内含550550万个的晶体管。万个的晶体管。第5页，本讲稿共49页 1996 1996年年英特推出采用了英特推出采用了MMXMMX（多媒体增强指令集）技术的（多媒体增强指令集）技术的PentiumPentium处理处理器。器。19971997年年英特推出英特推出Pentium Pentium 处理器，集成了处理器，集成了750750万个晶体管。万个晶体管。19991999年英特发布年英特发布Pentium Pentium 处理器，内含处理器，内含900900万个晶体管。万个晶体管。20002000年年英特发布英特发布Pentium 4P

6、entium 4处理器，内含处理器，内含42004200万个晶体管。万个晶体管。20062006年年1 1月月CoreCore 酷睿酷睿 20062006年年7 7月月Core2 DuoCore2 Duo双核双核 20062006年年1111月月 Core2 QuadCore2 Quad 4 4核核 20082008年年1111月月 Core i7Core i7第6页，本讲稿共49页 微型计算机系统的发展体现在两个方面：微型计算机系统的发展体现在两个方面：第一第一，硬件的发展。它是随着，硬件的发展。它是随着CPUCPU的发展而发展，推动的发展而发展，推动CPUCPU发展的主发展的主要基础是电子

7、技术的发展，影响要基础是电子技术的发展，影响CPUCPU发展的主要因素是发展的主要因素是新的设计思想新的设计思想和和新新的制造工艺的制造工艺。第二第二，软件的发展。它是随着人们对计算机应用要求的不断提高而发，软件的发展。它是随着人们对计算机应用要求的不断提高而发展的。展的。2.2.微型计算机系统的发展微型计算机系统的发展第7页，本讲稿共49页1.1.2 1.1.2 微型计算机基本结构微型计算机基本结构 目前的计算机称为目前的计算机称为冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构计算机，主要特点有：计算机，主要特点有：（1 1）采用二进制形式表示指令和数据采用二进制形式表示指令和数据；（2 2）计算机的硬件

8、由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成部分组成；（3 3）将程序事先存入主存储器中，使计算机能自动高速地从存储器中逐将程序事先存入主存储器中，使计算机能自动高速地从存储器中逐条取指令、执行指令条取指令、执行指令。微型计算机的硬件主要包括：微型计算机的硬件主要包括：CPUCPU、主板、内存、外存、显示器、主板、内存、外存、显示器、键盘、鼠标等。虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是键盘、鼠标等。虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是计算机的基本结构未变。计算机的基本结构未变。第8页，本讲稿共49页计算机的基

9、本结构框图计算机的基本结构框图 存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备控制器控制器运算器运算器第9页，本讲稿共49页 （1 1）运算器运算器：由运算器件和寄存器组等构成，主要实现算术运算和逻辑：由运算器件和寄存器组等构成，主要实现算术运算和逻辑运算。运算。（2 2）控制器控制器：控制器是计算机的核心，由指令寄存器、指令译码：控制器是计算机的核心，由指令寄存器、指令译码器、时序电路、控制信号发生器等构成，产生指令执行时的各种控器、时序电路、控制信号发生器等构成，产生指令执行时的各种控制信号。制信号。（3 3）存储器存储器：由地址译码器、存储体等构成，主要用于存储信息。：由地址译码器、存储体

10、等构成，主要用于存储信息。（4 4）输入设备输入设备：将外部信息输入到计算机中。：将外部信息输入到计算机中。（5 5）输出设备输出设备：将计算机中的信息输出到外部。：将计算机中的信息输出到外部。第10页，本讲稿共49页微型计算机的结构特点微型计算机的结构特点 微型计算机是计算机家族中一个特殊成员，遵从计算机的组成微型计算机是计算机家族中一个特殊成员，遵从计算机的组成原理，具有三个显著特点：原理，具有三个显著特点：（1 1）微型计算机以）微型计算机以主板主板作为硬件组件的集成平台；作为硬件组件的集成平台；（2 2）微型计算机采用）微型计算机采用总线总线结构，连接各硬件组件，传送各种信息；结构，连

11、接各硬件组件，传送各种信息；（3 3）微型计算机将运算器和控制器集成在一个芯片上，称为）微型计算机将运算器和控制器集成在一个芯片上，称为微处理器微处理器，简称简称CPUCPU。第11页，本讲稿共49页微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构数据总线（数据总线（DBDB）中央中央处理器处理器CPUCPU内存储器内存储器控制总线（控制总线（CBCB）地址总线（地址总线（ABAB）I/O接口接口I/O接口接口I/O设备设备I/O设备设备第12页，本讲稿共49页 （1 1）CPUCPU的基本功能的基本功能 数据运算数据运算：根据程序要求，完成各种运算。：根据程序要求，完成各种运算。指令控制指令控制：程

12、序是由一系列的指令组成的序列，指令控制即控制：程序是由一系列的指令组成的序列，指令控制即控制程序的执行顺序。程序的执行顺序。操作控制操作控制：一条指令的功能往往由若干个操作组合实现；：一条指令的功能往往由若干个操作组合实现；CPUCPU负负责分析指令，并产生相应的操作信号，把操作信号送往相应的组件，责分析指令，并产生相应的操作信号，把操作信号送往相应的组件，控制这些组件完成相应的操作。控制这些组件完成相应的操作。时序控制时序控制：对各组件的操作进行时间上的定时，控制各个操作按：对各组件的操作进行时间上的定时，控制各个操作按时序协调进行。时序协调进行。1.1.中央处理器（中央处理器（CPUCPU

13、）第13页，本讲稿共49页 （2 2）CPUCPU的性能指标的性能指标 字和字长字和字长：“字字”是是CPUCPU内部进行数据处理的基本单位，通常与内部进行数据处理的基本单位，通常与CPUCPU内部的寄存器、运算器、总线宽度一致。一个字所包含的二进制内部的寄存器、运算器、总线宽度一致。一个字所包含的二进制位数称为位数称为“字长字长”。常见的。常见的CPUCPU的字长有的字长有8 8位、位、1616位、位、3232位和位和6464位等。位等。主频主频：主频是：主频是CPUCPU内部的工作时钟频率，主频越高表明内部的工作时钟频率，主频越高表明CPUCPU的运行速度越的运行速度越快。早年快。早年CP

14、UCPU的主频只有几的主频只有几MHzMHz，现在的，现在的CPUCPU主频可达几千主频可达几千MHzMHz。平均运算速度（平均运算速度（MIPSMIPS）：常用单位时间执行百万条指令数来描述。：常用单位时间执行百万条指令数来描述。早年的早年的CPUCPU一般只有几十（一般只有几十（MIPSMIPS），现在的），现在的CPUCPU可达几千（可达几千（MIPSMIPS）。）。第14页，本讲稿共49页 （1 1）主板）主板 主板是微型计算机中各主要部件的载体，还提供有多个扩展插主板是微型计算机中各主要部件的载体，还提供有多个扩展插槽和外设接口，主要由总线控制器、总线和接口驱动电路等主成。槽和外设接

15、口，主要由总线控制器、总线和接口驱动电路等主成。一般影响主板发展的因素有三个：一般影响主板发展的因素有三个：第一第一，新的，新的CPUCPU；第二第二，新的芯片组；，新的芯片组；第三第三，新的总线标准。，新的总线标准。2.2.主板与总线主板与总线第15页，本讲稿共49页 （2 2）总线）总线 总线是连接计算机各部件的一组公用导线。总线是连接计算机各部件的一组公用导线。总线的分类总线的分类 根据所处的位置分类根据所处的位置分类 片内总线片内总线：位于微处理器芯片的内部，用于算术逻辑单元：位于微处理器芯片的内部，用于算术逻辑单元ALUALU与各种与各种寄存器或者其他功能单元之间的相互连接。寄存器或

16、者其他功能单元之间的相互连接。片间总线片间总线：又称局部总线，用于各芯片之间的连接，主要用于：又称局部总线，用于各芯片之间的连接，主要用于CPUCPU与其它接口芯片的连接，一般是与其它接口芯片的连接，一般是CPUCPU引脚的延伸，往往需要增加锁存、驱动引脚的延伸，往往需要增加锁存、驱动等电路，以提高等电路，以提高CPUCPU引脚的驱动能力。引脚的驱动能力。第16页，本讲稿共49页 内部总线内部总线：又称为微型计算机系统总线，用于微型计算机系统各插：又称为微型计算机系统总线，用于微型计算机系统各插件板之间的连接，是微型计算机系统的最重要的一种总线。件板之间的连接，是微型计算机系统的最重要的一种总

17、线。外部总线外部总线：又称通信总线，用于系统之间的连接，如微机系统之：又称通信总线，用于系统之间的连接，如微机系统之间，微机系统与仪器、仪表或其他设备之间的连接。间，微机系统与仪器、仪表或其他设备之间的连接。根据功能分类根据功能分类 地址总线地址总线：传送地址信号的总线，一般为单向、三态总线。：传送地址信号的总线，一般为单向、三态总线。数据总线数据总线：传送数据信号的总线，为双向、三态总线。：传送数据信号的总线，为双向、三态总线。控制总线控制总线：传送控制信号的总线，有的为单向、有的为双向，：传送控制信号的总线，有的为单向、有的为双向，有的为三态，有的为非三态。有的为三态，有的为非三态。第17

18、页，本讲稿共49页 总线的特性总线的特性 物理特性物理特性：指总线物理连接的方式。包括总线的条数、总线的插头、：指总线物理连接的方式。包括总线的条数、总线的插头、插座形状、引脚排列等。插座形状、引脚排列等。功能特性功能特性：指总线中，每一根线的功能是什么。：指总线中，每一根线的功能是什么。电气特性电气特性：指总线中，每一根线上信号的传送方向、有效电平：指总线中，每一根线上信号的传送方向、有效电平范围，负载能力，阻抗等。范围，负载能力，阻抗等。时间特性时间特性：指总线中，每根线在什么时间有效，也就是每根线的时序。：指总线中，每根线在什么时间有效，也就是每根线的时序。第18页，本讲稿共49页 存储

19、器的主要作用是存储数据和程序，其结构如图所示。存储器的主要作用是存储数据和程序，其结构如图所示。3.3.存储器存储器第19页，本讲稿共49页 它由它由256256个存储单元组成，为了区分不同的存储单元，对这些存储单个存储单元组成，为了区分不同的存储单元，对这些存储单元分别用元分别用8 8位二进制数编号，用两位十六进制数表示，这就是它们的地址，位二进制数编号，用两位十六进制数表示，这就是它们的地址，如如00H00H、01H01H、02H02H、FFHFFH等；而每一个存储单元可以存放等；而每一个存储单元可以存放8 8位二进制位二进制信息，这就是它们的内容。信息，这就是它们的内容。（1 1）读操作

20、）读操作 将存储器中某个单元的内容传送至将存储器中某个单元的内容传送至CPUCPU中。首先通过中。首先通过CPUCPU的地址寄存的地址寄存器、地址总线传送单元地址至存储器，存储器的地址译码器对地址器、地址总线传送单元地址至存储器，存储器的地址译码器对地址译码，找到对应存储单元，然后译码，找到对应存储单元，然后CPUCPU发读控制命令，于是存储单元的发读控制命令，于是存储单元的内容就出现在数据总线上，送至内容就出现在数据总线上，送至CPUCPU的数据寄存器。的数据寄存器。存储器的读出是非破坏性的，即信息读出后存储单元的内容不变。存储器的读出是非破坏性的，即信息读出后存储单元的内容不变。第20页，

21、本讲稿共49页第21页，本讲稿共49页 （2 2）写操作）写操作 将将CPUCPU中的数据传送至存储器的某单元中。要把数据寄存器中的内容中的数据传送至存储器的某单元中。要把数据寄存器中的内容传送到存储单元，首先要求传送到存储单元，首先要求CPUCPU的地址寄存器给出单元地址，并通过地的地址寄存器给出单元地址，并通过地址总线传送至存储器，经译码后选中对应的存储单元，然后把数据址总线传送至存储器，经译码后选中对应的存储单元，然后把数据寄存器中的内容经数据总线传送至存储器；且寄存器中的内容经数据总线传送至存储器；且CPUCPU发出写的控制命令，发出写的控制命令，于是数据总线上的信息就写入到对应的存储

22、单元中。于是数据总线上的信息就写入到对应的存储单元中。信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息一直保持不变。信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息一直保持不变。第22页，本讲稿共49页第23页，本讲稿共49页 （3 3）存储器的技术指标）存储器的技术指标 存储容量存储容量 指存储器的存储单元能够存放的信息总量。可以用二进制位为单位进行表指存储器的存储单元能够存放的信息总量。可以用二进制位为单位进行表示，也可以用字节为单位进行表示。示，也可以用字节为单位进行表示。存取时间和存取周期存取时间和存取周期 存取时间指完成一次存储器操作所需要的时间。存取时间指完成一次存储器操作所需要的时间。存取周

23、期指启动连续两次存储器操作的最小间隔时间。存取周期指启动连续两次存储器操作的最小间隔时间。启动第启动第n+1n+1次次完成第完成第n n次次启动第启动第n n次次完成第完成第n+1n+1次次存取时间存取时间存取周期存取周期第24页，本讲稿共49页内内存存只读存储器只读存储器（ROMROM）读写存储器读写存储器（RAMRAM）掩膜掩膜ROMROMPROMPROM：一次可编程：一次可编程ROMROMEPROMEPROM：紫外线擦除可编程：紫外线擦除可编程ROMROMEEPROMEEPROM：电擦除可编程：电擦除可编程ROMROMFLASH ROMFLASH ROM：快速：快速ROMROM静态存储器

24、静态存储器（SRAMSRAM）动态存储器动态存储器（DRAMDRAM）SDRAMSDRAM：单倍速动态：单倍速动态RAMRAMDDRAMDDRAM：双倍速动态：双倍速动态RAMRAMRDRAMRDRAM：随机读写动态：随机读写动态RAMRAM软磁盘、硬磁盘、磁带、光盘、软磁盘、硬磁盘、磁带、光盘、U U盘盘外外存存存存储储器器 （4 4）存储器分类）存储器分类第25页，本讲稿共49页4.4.输入输出（输入输出（I/OI/O）设备）设备 输入设备的作用是将原始数据和程序输入到计算机内部，转换成为二输入设备的作用是将原始数据和程序输入到计算机内部，转换成为二进制代码。进制代码。输出设备的作用是将二

25、进制代码转换为相应的源信息形式，输出数据信息。输出设备的作用是将二进制代码转换为相应的源信息形式，输出数据信息。第26页，本讲稿共49页1.1.3 1.1.3 微处理器的内部结构微处理器的内部结构第27页，本讲稿共49页1.1.4 1.1.4 微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理第28页，本讲稿共49页微处理器基本工作过程微处理器基本工作过程 微处理器的基本工作过程包括四个步骤：微处理器的基本工作过程包括四个步骤：（1 1）取指令）取指令 （2 2）分析指令）分析指令 （3 3）发送操作信号，执行指令）发送操作信号，执行指令 （4 4）为执行下一条指令做准备）为执行下一条指令做准备第29页

26、，本讲稿共49页 假设程序已存储在内存单元中，程序计数器中保存着将要执行的指令假设程序已存储在内存单元中，程序计数器中保存着将要执行的指令的地址，控制器将程序计数器中的地址送至地址寄存器的地址，控制器将程序计数器中的地址送至地址寄存器MARMAR，并发出读命，并发出读命令，存储器根据此地址取出一条指令，经过数据总线送入指令寄存令，存储器根据此地址取出一条指令，经过数据总线送入指令寄存器器IRIR。指令译码器对指令译码器对IRIR中的指令进行译码分析，确定该指令的操作功能。中的指令进行译码分析，确定该指令的操作功能。控制逻辑阵列向存储器、运算器等等部件发出操作命令，执行控制逻辑阵列向存储器、运算

27、器等等部件发出操作命令，执行指令操作码规定的操作。指令操作码规定的操作。修改程序计数器的内容，为取下一条指令做准备。修改程序计数器的内容，为取下一条指令做准备。第30页，本讲稿共49页微型计算机系统微型计算机系统 以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备以后，就构成完整的以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备以后，就构成完整的微型计算机系统。微型计算机系统。第31页，本讲稿共49页第32页，本讲稿共49页1.2 1.2 微型计算机中的数及其编码微型计算机中的数及其编码1.2.1 1.2.1 字符的编码字符的编码1.2.2 1.2.2 微型计算机中数值的表示方法微型计算机中数值的表示方法1

28、.2.3 1.2.3 微型计算机中数的运算方法微型计算机中数的运算方法第33页，本讲稿共49页计计算算机机中中的的信信息息控控制制信信息息数数据据信信息息非数值数据非数值数据数值数据数值数据有符号数值数据有符号数值数据无符号数值数据无符号数值数据第34页，本讲稿共49页1.2.1 1.2.1 字符的编码字符的编码 字符在计算机中的表示形式，称为计算机中的字符编码。包括西文字字符在计算机中的表示形式，称为计算机中的字符编码。包括西文字符编码和中文字符编码等。符编码和中文字符编码等。1.ASCII1.ASCII码（美国信息交换标准码）码（美国信息交换标准码）标准标准ASCIIASCII码用码用7

29、7位二进制数表示一个字符，它有位二进制数表示一个字符，它有128128种组合，可以表种组合，可以表示示128128个字符。包括个字符。包括“0 09”9”、“A AZ”Z”、“a az”z”，以及常用标点符，以及常用标点符号和各种控制字符。号和各种控制字符。在计算机中用一个字节表示一个在计算机中用一个字节表示一个ASCIIASCII码字符，即在码字符，即在7 7位位ASCIIASCII前最高前最高位置为位置为0 0。扩展扩展ASCIIASCII码用码用8 8位二进制数表示一个字符，有位二进制数表示一个字符，有256256种组合。种组合。第35页，本讲稿共49页2.2.汉字编码汉字编码 用计算机

30、处理汉字，每个汉字必须用代码表示。键盘输入汉字是输入汉字用计算机处理汉字，每个汉字必须用代码表示。键盘输入汉字是输入汉字的外部码。外部码必须转换为内部码才能在计算机内进行存储和处理。为了将的外部码。外部码必须转换为内部码才能在计算机内进行存储和处理。为了将汉字以点阵的形式输出，还要将内部码转换为字形码。汉字以点阵的形式输出，还要将内部码转换为字形码。（1 1）外部码）外部码 汉字主要是从键盘输入，每个汉字对应一个外部码，外部码是计算机汉字主要是从键盘输入，每个汉字对应一个外部码，外部码是计算机输入汉字的代码，是代表某一个汉字的一组键盘符号。外部码也叫输入码。输入汉字的代码，是代表某一个汉字的一

31、组键盘符号。外部码也叫输入码。汉字的输入方法不同，同一个汉字的外部码可能不一样，有汉字的输入方法不同，同一个汉字的外部码可能不一样，有数据输入码、数据输入码、拼音输入码和字形输入码等。拼音输入码和字形输入码等。第36页，本讲稿共49页 （2 2）交换码）交换码 交换码又称为国标码，用交换码又称为国标码，用1414位二进制数来表示一个汉字。将汉字位二进制数来表示一个汉字。将汉字和符号分为和符号分为9494个区，每个区分为个区，每个区分为9494位。分别用两位十进制数表示区号和位。分别用两位十进制数表示区号和位号构成其区位码，将常用的位号构成其区位码，将常用的67636763个汉字分为两级，一级有

32、个汉字分为两级，一级有37553755个，个，二级有二级有30083008个。将区号和位号分别加个。将区号和位号分别加3232，再分别转换成十六进制数，构，再分别转换成十六进制数，构成国标码。成国标码。（3 3）内部码）内部码 它是在计算机中存储和传送汉字时的编码。用它是在计算机中存储和传送汉字时的编码。用1616位二进制数来表位二进制数来表示一个汉字。内部码和交换码的关系为：示一个汉字。内部码和交换码的关系为：内部码内部码=交换码交换码+8080H+8080H第37页，本讲稿共49页 （4 4）输出码）输出码 汉字输出码又称汉字字形码或汉字发生器的编码。它是显示汉字时的点阵汉字输出码又称汉字

33、字形码或汉字发生器的编码。它是显示汉字时的点阵码。常用的有码。常用的有16161616，32323232，48484848等。汉字库就是存放汉字输出码等。汉字库就是存放汉字输出码的文件的文件。汉字信息处理系统模型汉字信息处理系统模型 汉字输入汉字输入外外部部码码交交换换码码内内部部码码地地址址码码汉字输出汉字输出输输出出码码第38页，本讲稿共49页3.BCD3.BCD码码 BCDBCD码称为用二进制表示的十进制数，常用的有两种。码称为用二进制表示的十进制数，常用的有两种。（1 1）压缩）压缩BCDBCD码码 用用4 4位二进制数表示位二进制数表示1 1位十进制数。其对应关系为：位十进制数。其对

34、应关系为：（0 09 9）1010=（0000000010011001）BCDBCD （2 2）非压缩）非压缩BCDBCD码码 用用8 8位二进制数表示位二进制数表示1 1位十进制数，低位十进制数，低4 4位与压缩位与压缩BCDBCD码相同，高码相同，高4 4位位可任意。即：可任意。即：（0 09 9）1010=（*00000000*10011001）BCDBCD第39页，本讲稿共49页1.2.2 1.2.2 微型计算机中数值的表示方法微型计算机中数值的表示方法1.1.机器数与真值机器数与真值 真值真值：数值的真实值，用：数值的真实值，用“+”+”、“-”-”号表示数的符号，数据位表号表示数的

35、符号，数据位表示数的大小的表示形式（日常生活中数的表示形式），真值可以是多种进示数的大小的表示形式（日常生活中数的表示形式），真值可以是多种进制。制。机器数机器数：真值在计算机中的表示形式，通常要先规定其长度（定长）：真值在计算机中的表示形式，通常要先规定其长度（定长），机器数只能是二进制，符号也必须用二进制表示（符号数字化）。，机器数只能是二进制，符号也必须用二进制表示（符号数字化）。符号的数字化规则为：符号的数字化规则为：“+”“0”+”“0”“-”“1”“-”“1”第40页，本讲稿共49页2.2.无符号数和有符号数无符号数和有符号数 无符号数无符号数：无符号位，按正数理解，所有位都表示数

36、值位。：无符号位，按正数理解，所有位都表示数值位。n n位无符号二进制整数的表示的范围为位无符号二进制整数的表示的范围为0 02 2n n-1-1 n n位无符号二进制小数的表示的范围为位无符号二进制小数的表示的范围为0 01-21-2-n-n 有符号数有符号数：最高位为符号位，可正可负，其余位为数值位。：最高位为符号位，可正可负，其余位为数值位。有符号数在计算机中有多种编码形式，常用的有有符号数在计算机中有多种编码形式，常用的有原码原码、反码反码、补码补码等，不同的编码形式表示的范围可能不相同。等，不同的编码形式表示的范围可能不相同。第41页，本讲稿共49页3.3.原码、反码、补码原码、反码

37、、补码 （1 1）原码）原码 最高位为符号位，正数用最高位为符号位，正数用“0”0”表示，负数用表示，负数用“1”1”表示，其余位表示真表示，其余位表示真值的绝对值。值的绝对值。n n位整数原码的表示范围为：位整数原码的表示范围为：-（2 2n-1n-1-1)-1)+(2+(2n-1n-1-1)-1)对于定长为对于定长为8 8位时：位时：2525原原=00011001 -25=00011001 -25原原=10011001=10011001 0 0原原=00000000 -0=00000000 -0原原=10000000=10000000 原码表示简单，但不便于计算，微机中一般不用原码表示。原

38、码表示简单，但不便于计算，微机中一般不用原码表示。第42页，本讲稿共49页 （2 2）反码）反码 正数的反码等于其原码，负数的反码等其原码除符号位以外各正数的反码等于其原码，负数的反码等其原码除符号位以外各位求反。位求反。n n位整数反码的表示范围为：位整数反码的表示范围为：-（2 2n-1n-1-1)-1)+(2+(2n-1n-1-1)-1)对于定长为对于定长为8 8位时：位时：2525反反=00011001 -25=00011001 -25反反=11100110=11100110 0 0反反=00000000 -0=00000000 -0反反=11111111 =11111111 第43页

39、，本讲稿共49页 （3 3）补码）补码 正数的补码等于其原码，负数的补码等其反码未位加正数的补码等于其原码，负数的补码等其反码未位加1 1。n n位整数补码的表示范围为：位整数补码的表示范围为：-（2 2n-1n-1)+(2+(2n-1n-1-1)-1)对于定长为对于定长为8 8位时：位时：2525补补=00011001 -25=00011001 -25补补=11100111=11100111 0 0补补=-0=-0补补=00000000 -128=00000000 -128补补=10000000=10000000 在计算机内部，有符号数均用补码表示，可以简化其运算。在计算机内部，有符号数均用

40、补码表示，可以简化其运算。x+yx+y补补=x=x补补+y+y补补 x-yx-y补补=x=x补补+-y+-y补补第44页，本讲稿共49页 （4 4）定点数与浮点数）定点数与浮点数 定点数定点数：小数点位置固定不变的数，分为定点整数和定点小数两种。：小数点位置固定不变的数，分为定点整数和定点小数两种。定点整数定点整数：小数点固定在最低位之后；：小数点固定在最低位之后；定点小数定点小数：小数点固定在最高位之前。：小数点固定在最高位之前。浮点数浮点数：小数点位置可变的数，在计算机中以指数形式表示。：小数点位置可变的数，在计算机中以指数形式表示。x=mjx=mjk k m m称为尾数，一般用定点小数表

41、示；称为尾数，一般用定点小数表示；j j称为基数，一般由计算机的硬件决定；称为基数，一般由计算机的硬件决定；k k称为阶，一般由定点整数表示。称为阶，一般由定点整数表示。第45页，本讲稿共49页不同数制下数值转换不同数制下数值转换十进制数十进制数二进制数二进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数整数：连续地除整数：连续地除2 2取余取余小数：连续地乘小数：连续地乘2 2取整取整按权展开相加按权展开相加按权展开相加按权展开相加按权展开相加按权展开相加3位并成位并成1位位4位并成位并成1位位1位拆成位拆成3位位1位拆成位拆成4位位第46页，本讲稿共49页1.2.3 1.2.3 微型计算机中数的运

42、算方法微型计算机中数的运算方法1.1.加减法运算加减法运算 在计算机内部，有符号数均用补码表示，其加减法运算规则为：在计算机内部，有符号数均用补码表示，其加减法运算规则为：X+YX+Y补补=X=X补补+Y+Y补补 X-YX-Y补补=X=X补补+-Y+-Y补补 符号位与数值位一起参与运算，运算时超过定长的进位丢掉（使结果的位符号位与数值位一起参与运算，运算时超过定长的进位丢掉（使结果的位数与定长相符），只要结果不超过定长能表示的范围（无溢出），就能得到正数与定长相符），只要结果不超过定长能表示的范围（无溢出），就能得到正确的结果。确的结果。第47页，本讲稿共49页2.2.溢出判断溢出判断 所谓溢

43、出是指结果超出了能表示的范围，有多种判断溢出的方法，所谓溢出是指结果超出了能表示的范围，有多种判断溢出的方法，其中较简单的一种是判断结果的符号位是否合理，若合理表明无溢出，其中较简单的一种是判断结果的符号位是否合理，若合理表明无溢出，否则表明有溢出，存在溢出的情况只有下面四种：否则表明有溢出，存在溢出的情况只有下面四种：正正+正正=负负 负负+负负=正正 正正-负负=负负 负负-正正=正正 其余情况均不会出现溢出。其余情况均不会出现溢出。第48页，本讲稿共49页作业作业 1.1.简述微型计算机的基本组成及工作过程。简述微型计算机的基本组成及工作过程。2.2.简述微型计算机中的存储器分类。简述微

44、型计算机中的存储器分类。2.2.下列各数均为十进制数，用下列各数均为十进制数，用8 8位二进制补码计算下列各题，并判断是否位二进制补码计算下列各题，并判断是否有溢出。有溢出。（1 1）95-2895-28；（；（2 2）70+5070+50；（；（3 3）-85-62-85-62；（；（4 4）-128+25-128+25 3.3.已知下列各题为已知下列各题为8 8位二进制机器数，求对应的十进制真值。位二进制机器数，求对应的十进制真值。（1 1）xx原原1111100111111001；（；（2 2）xx反反1000110110001101 （3 3）xx补补1100111011001110；（；（4 4）xx补补0110111101101111第49页，本讲稿共49页