微机原理与接口技术(朱红) 第1章.ppt

《微机原理与接口技术(朱红) 第1章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术(朱红) 第1章.ppt（97页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第1章 微型计算机概述 1.1 1.1 微机概述微机概述3第第1台数字电子计算机台数字电子计算机1946年年ENIAC计算机公布计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学研制单位：美国宾夕法尼亚大学用用 途：途：军事计算军事计算运算速度：运算速度：5000次次/秒秒体积价格：体积价格：170平方米，平方米，30吨，吨，140千瓦，千瓦，40万美元万美元4计算机的分代计算机的分代(按基本的逻辑元件使用的元器件按基本的逻辑元件使用的元器件)uu第一代（约第一代（约第一代（约第一代（约1946-19581946-19581946-1958

2、1946-1958）电子管计算机）电子管计算机）电子管计算机）电子管计算机 速度：几千几万次速度：几千几万次速度：几千几万次速度：几千几万次/秒秒秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁带外设：磁带外设：磁带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程美国于20世纪50年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电子计算机第一代电子计算机中使用的磁鼓存储器uu第二代（约第二代（约第二代（约第二代（约1959-19641959-19641959-19641959-1964）晶体管计算机晶体管计算机晶体管

3、计算机晶体管计算机 速度：几十万次速度：几十万次速度：几十万次速度：几十万次/秒，秒，秒，秒，内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘外设：磁盘外设：磁盘 高级语言编程高级语言编程高级语言编程高级语言编程 科学运算、信息处理、实时控制科学运算、信息处理、实时控制科学运算、信息处理、实时控制科学运算、信息处理、实时控制电子管晶体管5计算机的分代计算机的分代(按使用的元器件按使用的元器件)第三代（约第三代（约1965-19701965-1970）中小规模集成电路）中小规模集成电路(SSI,MSI)(SSI,MSI)计算机计算机 速度：几十万次几

4、百万次速度：几十万次几百万次/秒，体积小、价格低秒，体积小、价格低 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 高级语言高级语言,操作系统操作系统,面向用户的应用程序面向用户的应用程序 第四代（第四代（19741974年起）大规模年起）大规模(LSI)(LSI)和和VLSIVLSI计算机计算机 速度：几百万次亿次速度：几百万次亿次/秒秒 内存：半导体存储器内存：半导体存储器 外存：软磁盘、硬磁盘、光盘外存：软磁盘、硬磁盘、光盘 体系结构：并行处理、多机系统、分布式计算机系统及计算机网络系体系结构：并行处理、多机系统、分布式计算机系统及计算机网络系统。软件方面：数据库系统、分布式操作系统已经软件工程标

5、准等。统。软件方面：数据库系统、分布式操作系统已经软件工程标准等。6微型机的发展微型机的发展n微型机又称个人计算机（微型机又称个人计算机（PCPC），是计算机的一个发展分支。其核心是微），是计算机的一个发展分支。其核心是微处理器（处理器（CPUCPU）。）。19711971年，年，IntelIntel公司成功的制成世界上第一片公司成功的制成世界上第一片4 4位的微位的微处理器处理器Intel4004Intel4004，组成了世界上第一台，组成了世界上第一台4 4位微型计算机位微型计算机MCS-4MCS-4n根据微处理器的字长和功能，可将微型计算机划分为以下几个阶段：根据微处理器的字长和功能，可

6、将微型计算机划分为以下几个阶段：n1971-1973 1971-1973 低档低档4 4位或位或8 8位微处理器，系统结构和指令系统简单，集位微处理器，系统结构和指令系统简单，集成度低，运行速度慢，使用机器语言或汇编语言编程成度低，运行速度慢，使用机器语言或汇编语言编程n1974-1978 1974-1978 中档中档8 8位微处理器，指令系统较丰富，使用高级语言编程，位微处理器，指令系统较丰富，使用高级语言编程，有简单的操作系统。有简单的操作系统。n1979-1984 161979-1984 16位微处理器，指令系统更加丰富，系统结构和操作系位微处理器，指令系统更加丰富，系统结构和操作系统更

7、复杂，外部设备种类多。统更复杂，外部设备种类多。n1985-1991 321985-1991 32位微处理器，支持多用户多任务操作系统。位微处理器，支持多用户多任务操作系统。n19921992年至今年至今 高档高档3232位或位或6464位微处理器，时钟主频高达位微处理器，时钟主频高达2GHz2GHz以上，多以上，多核微处理器，支持多用户多任务操作系统。核微处理器，支持多用户多任务操作系统。1.2 信息在计算机的表示信息在计算机的表示 使用不同进制的原因使用不同进制的原因计算机中只使用二进制一种计数制的原因：计算机中只使用二进制一种计数制的原因：二二进进制制中中只只有有0和和1两两个个符符号号

8、，使使用用有有两两个个稳稳定定状状态态的的电电子子器器件件就就可可以以分分别别表表示示它它们们，而而制制造造有有两两个个稳稳定定状状态态的的电电子子器器件件要要比比制制造造有有多多个个稳稳定定状状态态的的电子器件容易得多电子器件容易得多二进制数的运算规则简单二进制数的运算规则简单，易于进行高速运算，易于进行高速运算数数理理逻逻辑辑中中的的“真真”和和“假假”可可以以分分别别用用“1”和和“0”来来表表示示，这这样样就就把把非数值信息的逻辑运算与数值信息非数值信息的逻辑运算与数值信息的算术运算联系了起来的算术运算联系了起来使用八进制和十六进制的原因：使用八进制和十六进制的原因：二进制数太长，书写

9、、阅读、记忆均不便二进制数太长，书写、阅读、记忆均不便八进制和十六进制与二进制之间的转换直观、方便八进制和十六进制与二进制之间的转换直观、方便十进制数的特点十进制数的特点 每一位只能使用十个符号每一位只能使用十个符号 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9中的一个。中的一个。每个数位上的数都有固定的每个数位上的数都有固定的“权权”。小数点至左，权值依次为小数点至左，权值依次为100，101，102，.，小数点至右，权值依次为小数点至右，权值依次为10-1，10-2，10-3，。例如：十进制数值例如：十进制数值 2 3 4 .7 8 每位对应权值每位对应权值 102 101 100 .10-1

10、10-2逢十进一。逢十进一。十进制数值可以用十进制数值可以用每位的数符每位的数符和和对应的权对应的权值值乘积的乘积的和和来表示。来表示。数符数符权值权值进位计数制的特点（推广到进位计数制的特点（推广到R进制）进制）基数基数R，数符使用，数符使用0，1，2，.,(R-1)个符号。个符号。每位有固定的位权每位有固定的位权W，W=Ri。其中。其中i是位序。是位序。采用采用“逢逢R进一进一”的进位方式。的进位方式。可以用一个多项式的和的形式来表示其数值。可以用一个多项式的和的形式来表示其数值。基数：在一个数制系统中所使用的符号个数基数：在一个数制系统中所使用的符号个数称为基数。称为基数。其中其中Ki为

11、为0，1，2，.，（，（R-1）个符号）个符号中的一个（数符），中的一个（数符），m,n为正整数，为正整数，R为为基数，基数，i为位序。为位序。二进制数二进制数 每一位只能使用两个符号每一位只能使用两个符号 0和和1中的一个。中的一个。逢二进一。逢二进一。具有进位计数制的特点。具有进位计数制的特点。例如例如:二进制数值二进制数值 1 1 0 1 .0 1 1每位对应权值每位对应权值 23 22 21 20 .2-1 2-2 2-3 二进制数的特点二进制数的特点 数码符号少，只有两个符号数码符号少，只有两个符号 0和和1 运算规则简单。运算规则简单。运行可靠。运行可靠。v 加法：逢二进一加法：逢

12、二进一 0+0=01+0=10+1=11+1=10v 减法：借一当二减法：借一当二 0-0=01-0=11-1=00-1=1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0v 乘法：乘法：00=010=001=011=1进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换 按权相加。按权相加。按权相加。按权相加。如果两数相等，则两数的如果两数相等，则两数的如果两数相等，则两数的如果两数相等，则两数的整数整数整数整数部分和部分和部分和部分和小小小小数数数数部分的值一定部分的值一定部分的值一定部

13、分的值一定分别相等分别相等分别相等分别相等。二进制数二进制数十进制数十进制数 整数部分的转换整数部分的转换整数部分的转换整数部分的转换 ，按二进制的权展，按二进制的权展，按二进制的权展，按二进制的权展开，除二取余。开，除二取余。开，除二取余。开，除二取余。十进制数十进制数十进制数十进制数二进制数二进制数二进制数二进制数将整数部分和小数部分分别转换。将整数部分和小数部分分别转换。将整数部分和小数部分分别转换。将整数部分和小数部分分别转换。其系数其系数 排列起来就是二进制数排列起来就是二进制数的各位数码。的各位数码。第一步：将等式两边除以第一步：将等式两边除以2，得到：，得到：等式两边整数与小数应

14、分别相等，所以：等式两边整数与小数应分别相等，所以：K0=1第二步：再对等式两边继续除以第二步：再对等式两边继续除以2，得到：，得到：K1=0依次类推，直到依次类推，直到商为商为0为止为止。算法为：算法为：725/2=362 余数余数=1=K0362/2=181 余数余数=0=K1181/2=90 余数余数=1=K290/2=45 余数余数=0=K345/2=22 余数余数=1=K422/2=11 余数余数=0=K511/2=5 余数余数=1=K65/2=2 余数余数=1=K72/2=1 余数余数=0=K81/2=0 余数余数=1=K9这时，得到：这时，得到：排列时，顺序为排列时，顺序为由下至

15、上。由下至上。转换成二进制小数为：转换成二进制小数为：小数部分的转换小数部分的转换小数部分的转换小数部分的转换 ，按二进制的权，按二进制的权，按二进制的权，按二进制的权展开，乘二取整。展开，乘二取整。展开，乘二取整。展开，乘二取整。第一步：第一步：将等式两边乘以将等式两边乘以2，得到：，得到：等式两边整数与小数应分别相等，所以：等式两边整数与小数应分别相等，所以：K-1=0第二步：第二步：再对等式两边继续乘以再对等式两边继续乘以2，得到：，得到：K-2=1如此继续下去，可以得到如此继续下去，可以得到K-3 K-4 K-m 各位各位的值。的值。八进制数八进制数二进制数二进制数将每位八进制数用将每

16、位八进制数用3位二进制数表示即可，去位二进制数表示即可，去掉转换后二进制数整数前和小数点后的掉转换后二进制数整数前和小数点后的0。例如：将例如：将(15.22)8 转换成二进制数。转换成二进制数。结果为结果为1101.010010.322=0.64 整数整数=0=K-10.642=1.28 整数整数=1=K-20.282=0.56 整数整数=0=K-30.562=1.12 整数整数=1=K-4算法为：算法为：所以，（所以，（0.32)10=(0.0101.)2，直至满足一定直至满足一定的精度为止的精度为止。对于既有整数又有小数的数，则将其整数部分对于既有整数又有小数的数，则将其整数部分与小数部

17、分分别转换，再用小数点连接起来。与小数部分分别转换，再用小数点连接起来。总结：总结：对于十进制数与基数为对于十进制数与基数为R的数制的转换也遵循一的数制的转换也遵循一样的法则。样的法则。整数部分除整数部分除R取余，小数部分乘取余，小数部分乘R取整。取整。不同进制的数制之间的转换，可用十进制数作不同进制的数制之间的转换，可用十进制数作为中介，相互转换。为中介，相互转换。二进制数二进制数八进制数八进制数二进制数的基为二进制数的基为2，八进，八进制数的基为制数的基为8，23=8，因，因此，此，每位八进制数可以用每位八进制数可以用3 3位二进制数来表示。位二进制数来表示。二进制二进制 八进制八进制0

18、0 0 00 0 1 10 1 0 20 1 1 31 0 0 41 0 1 51 1 0 61 1 1 7 对既有整数又有小数的二进制数，以小数点对既有整数又有小数的二进制数，以小数点为界，为界，整数部分从右至左，以整数部分从右至左，以3 3位一组，不足三位一组，不足三位时，在左边添位时，在左边添0 0补足三位补足三位；小数部分从左至右，小数部分从左至右，以以3 3位一组，不足三位时，在右边添位一组，不足三位时，在右边添0 0补足三位补足三位，然后把每组的然后把每组的3位数用相应的八进制表示，即得位数用相应的八进制表示，即得八进制数。八进制数。例如：将例如：将(11101.11011)2转换

19、成八进制数。转换成八进制数。结果为结果为35.66左边添零左边添零补足三位补足三位右边添零右边添零补足三位补足三位二进制数二进制数十六进制数十六进制数二进制数的基为二进制数的基为2，十六进，十六进制数的基为制数的基为16，24=16，因，因此，此，每位十六进制数可以用每位十六进制数可以用4位二进制数来表示位二进制数来表示。二进制二进制 十六进制十六进制0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 7 1 0 0 0 81 0 0 1 91 0 1 0 A1 0 1 1 B1 1 0 0 C1 1 0

20、 1 D1 1 1 0 E1 1 1 1 F记住六个数符记住六个数符 对既有整数又有小数的二进制数，以小数对既有整数又有小数的二进制数，以小数点为界，点为界，整数部分从右至左，以整数部分从右至左，以4 4位一组，不足位一组，不足四位时，在左边添四位时，在左边添0 0补足四位补足四位；小数部分从左至小数部分从左至右，以右，以4 4位一组，不足四位时，在右边添位一组，不足四位时，在右边添0 0补足补足四位四位，然后把每组的然后把每组的4位数用相应的十六进制表位数用相应的十六进制表示，即得十六进制数。示，即得十六进制数。例如：将例如：将(11101.11011)2转换成十六进制数。转换成十六进制数。

21、结果为结果为1D.D8补零补零补零补零十六进制数十六进制数二进制数二进制数将每位十六进制数用将每位十六进制数用4位二进制数表示即可，位二进制数表示即可，去掉转换后二进制数整数前和小数点后的去掉转换后二进制数整数前和小数点后的0。例如：将例如：将(7B.A8)16 转换成二进制数。转换成二进制数。结果为结果为1111011.10101将零将零去掉去掉人们在日常生活中使用的是十进制，有时也希望人们在日常生活中使用的是十进制，有时也希望在计算机中用十进制的形式来表示数据输入和输在计算机中用十进制的形式来表示数据输入和输出或进行运算。出或进行运算。BCDBCD整数（整数（Binary Coded De

22、cimalBinary Coded Decimal）称为称为“二进制二进制编码的编码的十进制十进制整数整数”，使用，使用4 4个二进位表示个二进位表示1 1个十进制数个十进制数字，最高位仍为符号位。字，最高位仍为符号位。BCD 十进制十进制0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 7 1 0 0 0 81 0 0 1 9例如：例如：(43)43)BCD BCD 1 1 01000100 00110011(59601)59601)BCD BCD 0 0 01010101 10011001 0110

23、0110 00000000 00010001数值信息的表示数值信息的表示计算机中的数值信息分类计算机中的数值信息分类按按照照小小数数点点的的位位置置来来分分：整整数数和和实实数数（浮浮点点数数），它它们们都都是是用用二二进进制制表表示示的的，但但表表示示方方法有很大差别。法有很大差别。数值型数据的表示方法数值型数据的表示方法基本概念基本概念u数的长度：在计算机中，相同数据类型的数存储单元的长度是统数的长度：在计算机中，相同数据类型的数存储单元的长度是统一的。如整型数占一的。如整型数占2个字节，实型数占个字节，实型数占4个字节等。个字节等。u 数的符号：在计算机中，总是用一个数的最高位表示数的符

24、号数的符号：在计算机中，总是用一个数的最高位表示数的符号（左边第一位），同时约定最高位为（左边第一位），同时约定最高位为0代表正数，为代表正数，为1代表负数。代表负数。u小数点的表示：在计算机中，小数点的位置是隐含的，以节省存小数点的表示：在计算机中，小数点的位置是隐含的，以节省存储空间。储空间。如果隐含的小数点的位置是固定的，称为定点数。如果隐含的小数点的位置是固定的，称为定点数。如果隐含的小数点的位置是可变的，则称为浮点数。如果隐含的小数点的位置是可变的，则称为浮点数。整型数的表示整型数的表示整数在计算机中可以用整数在计算机中可以用8位、位、16位、位、32位位64位位来表示。来表示。0

25、0 0 0，1 0 0 0 表示表示 81 0 0 0，1 0 0 0 表示表示 -8用八位二进制用八位二进制表示整数表示整数二进制数位二进制数位无符号整数的表示范围无符号整数的表示范围带符号整数的表示范围带符号整数的表示范围80 255（28-1）-128 127160 65535（216-1）-32768 32767320 232-1-231 231-1640 264-1-264 263-1 带符号整数的最高位作为符号位，带符号整数的最高位作为符号位，0代表正数，代表正数，1代表负数。代表负数。正整数（无符号数）正整数（无符号数）整数（有符号数）整数（有符号数）机器数（有符号数）的表示方法

26、机器数（有符号数）的表示方法机器数（有符号数）的表示方法机器数（有符号数）的表示方法机器中的数值和正负号全部数字化，在机器中的数值和正负号全部数字化，在进行数字运算时，符号位和数值位一起进行数字运算时，符号位和数值位一起参加运算。数字在计算机中有参加运算。数字在计算机中有原码、反原码、反码、补码码、补码三种三种编码编码表示方法。表示方法。原码原码用最高位表示数的符号，用用最高位表示数的符号，用 0 表示正数，表示正数，1 表示负数，其余位就是该二进制数的绝对值表示负数，其余位就是该二进制数的绝对值例如一个数用例如一个数用8位二进制数表示，则位二进制数表示，则8 的原码为的原码为 0000，10

27、00-8的原码为的原码为 1000，100010 的原码为的原码为 0000，1010-10的原码为的原码为 1000，1010v 在原码表示中，在原码表示中，0 有两种表示方法：有两种表示方法：+0 0000，0000 -0 1000，0000特点特点v 数的表示范围数的表示范围(以以8位二进制为例位二进制为例)：1111,1111 0111,1111 -127127 -2n-1+1 2n-1-1 (n=8)反码反码 正数正数的反码表示与原码相同，最高位的反码表示与原码相同，最高位为符号位，用为符号位，用 0 表示正，其余位是数值表示正，其余位是数值位。位。负数负数的反码最高位是的反码最高位

28、是1，其余位是其原，其余位是其原码的按位取反。码的按位取反。例如一个数用例如一个数用8位二进制数表示，则位二进制数表示，则8 的原码为的原码为 0000，1000 8 的反码为的反码为 0000，1000 -8的原码为的原码为 1000，1000-8的反码为的反码为 1111，0111正数正数的反码表示与原码相同的反码表示与原码相同 10 的原码为的原码为 0000，1010 10 的反码为的反码为 0000，1010 -10的原码为的原码为 1000，1010-10的反码为的反码为 1111，0101v 在反码表示中，在反码表示中，0 有两种表示方法：有两种表示方法：+0 0000，0000

29、 -0 1111，1111特点特点v 数的表示范围：数的表示范围：1000,0000 0111,1111 -127127 -2n-1+1 2n-1-1 补码补码一个计量单位的最大量值称为模。一个计量单位的最大量值称为模。时钟：模为时钟：模为12模与一个数的差称为这个数的模与一个数的差称为这个数的“补数补数”对时钟而言，对时钟而言，8点的补数是点的补数是4点。点。两个数的差为一个数与另一个两个数的差为一个数与另一个数的补数的和。数的补数的和。ABA（B）补数补数4点减点减8个小时等于个小时等于4点加点加4个小时。个小时。十进制：十进制：124 1264与与6是一对补数。是一对补数。利用补数可以将

30、减法变为加法利用补数可以将减法变为加法 正数的补码表示与原码相同，最高位为符正数的补码表示与原码相同，最高位为符号位，用号位，用 0 表示正，其余位是数值位。表示正，其余位是数值位。v 正数的补码是它本身。正数的补码是它本身。v 负数的补码就是用模减去该数的绝对值负数的补码就是用模减去该数的绝对值。负数的补码是它的反码加负数的补码是它的反码加1 1。(负负)补补=(=(负负)反反+1+1例如一个数用例如一个数用8位二进制数表示，则位二进制数表示，则8 的原码为的原码为 0000，1000 8 的反码为的反码为 0000，1000 8 的补码为的补码为 0000，1000-8的原码为的原码为 1

31、000，1000-8的反码为的反码为 1111，0111-8的补码为的补码为 1111，1000 10 的原码为的原码为 0000，1010 10 的反码为的反码为 0000，1010 10 的补码为的补码为 0000，1010-10的原码为的原码为 1000，1010-10的反码为的反码为 1111，0101-10 的补码为的补码为 1111，0110负数用补码表示时，可以把减法变成加法，负数用补码表示时，可以把减法变成加法，而加法在计算机中容易实现。而加法在计算机中容易实现。v 在补码表示中，在补码表示中，0 有唯一的一种表示方法有唯一的一种表示方法特点特点+0 的原码为的原码为 0000

32、，0000-0 的原码为的原码为 1000，0000+0 的反码为的反码为 0000，0000-0 的反码为的反码为 1111，1111+0 的补码为的补码为 0000，0000 -0 的补码为的补码为 0000，0000v 8位二进制数所能表示的补码范围：位二进制数所能表示的补码范围：1000,0000 0111,1111 -128 127 即：即：-2n-1 2n-1-10 1 1 1 1 1 1 1 1270 1 1 1 1 1 1 0 126.0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 -11 1 1 1 1 1 1 0 -2.1

33、 0 0 0 0 0 0 1 -1271 0 0 0 0 0 0 0 -128 （负数）（负数）补补 （负数）（负数）原原取反加取反加1 1 （负数）（负数）原原 （负数）（负数）补补取反加取反加1 1v 一个用补码表示的二进制数，最高位为符一个用补码表示的二进制数，最高位为符号位，当符号位为号位，当符号位为0 0时，其余位即为此数的二时，其余位即为此数的二进制值；但若符号位为进制值；但若符号位为1 1时，其余位不是此数时，其余位不是此数的二进制值，的二进制值，将其余位按位取反，且在最低将其余位按位取反，且在最低位加位加1 1，才是它的二进制值。，才是它的二进制值。例如例如：（X）补补=111

34、11111 则：则：（X）原原=10000001 X=-1例如例如：（X）补补=11111001 则：则：（X）原原=10000111 X=-7补码的运算补码的运算 (X+Y)补补=(X)补补+(Y)补补 (X-Y)补补=(X)补补+(-Y)补补已知已知 ：X=18，Y=59 求求 X-Y(X-Y)补补=(X)补补+(-Y)补补=(18)补补+(-59)补补=0001,0010+1100,0101 =1101,0111(X-Y)原原=(1101,0111)反反1=1010,1000+1=10101001=-41可见，补码的减法可以化作可见，补码的减法可以化作“加一个负加一个负的减数的减数”来完

35、成，也就是将减法转换为来完成，也就是将减法转换为加法，这对计算机很有意义，可以减少加法，这对计算机很有意义，可以减少逻辑电路的种类，提高可靠性。同时逻辑电路的种类，提高可靠性。同时0 0的的补码在计算机中是唯一的，因此，补码在计算机中是唯一的，因此，计算计算机中的数通常都是用补码来表示、运算机中的数通常都是用补码来表示、运算的。的。总结：总结：负数的反码是其正数的按位取反负数的反码是其正数的按位取反 负数的补码是其反码加负数的补码是其反码加1。负数的原码是其补码取反加负数的原码是其补码取反加1。正数的反码、补码是它本身。正数的反码、补码是它本身。实数的特点与表示方法实数的特点与表示方法 特点：

36、特点：既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固既有整数部分又有小数部分，小数点位置不固定定整数和纯小数是实数的特例整数和纯小数是实数的特例任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积小数之积例如：例如：56.725=0.56725102 0.0034756=-0.34756102 实数的表示方法（记阶法）：用实数的表示方法（记阶法）：用3个要素个要素表示表示1.乘幂中的乘幂中的指数指数：表示实数中小数点的位置：表示实数中小数点的位置2.纯小数部分纯小数部分(尾数尾数)：表示实数中的有效数字部分：表示实数中的有效数字部分3.数的正负数的正负(符号符号)

37、二进制实数的浮点表示与十进制实数一样，二进制实数也可以用记阶法表示与十进制实数一样，二进制实数也可以用记阶法表示例如：+1001.011 =+0.1001011 2 100 -0.0010101 =-0.10101 210 可见，任一个二进制实数可见，任一个二进制实数 N 均可表示为：均可表示为：N=S2P（其中，是该数的符号；S是N 的尾数；P是N的阶码）因此，因此，32位的单精度浮点数在计算机中按照位的单精度浮点数在计算机中按照IEEE754标准标准可表示为：可表示为：尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码N=S2P1.符号位：正数为符号

38、位：正数为0，负数为，负数为12.阶码阶码P：偏移量为：偏移量为127的移码（真值的移码（真值+127）表示范围：表示范围：0255，实际范围，实际范围-127128实际值实际值=表示值表示值-1273.尾数尾数S：原码表示，绝对值在：原码表示，绝对值在1与与2之间，其中之间，其中1和和小数点隐含。小数点隐含。例例1：0 01111110 10110000000000000000000 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码N=S2P1.符号位：该数是正数符号位：该数是正数2.阶码阶码=126，实际值，实际值=126-127=-13.尾数：尾数：1011，因为隐含了，因为隐含了1和小数点

39、和小数点故实际尾数故实际尾数=1.1011实际值：实际值：+1.10112-1=0.11011=0.84375例例2：将：将178.125转换成转换成32位浮点数位浮点数首先将首先将178.125转换成二进制：转换成二进制：10110010.00110110010.001=1.11001000127 尾尾 数数符号位符号位8位位23位位阶码阶码阶码阶码=7+127=134=10000110 转换结果：转换结果：0 10000110 1100100010000000000字符在计算机中的表示字符在计算机中的表示 字符、字符集及其码表 文字的基本元素是字母和符号，统称为文字的基本元素是字母和符号，

40、统称为“字符字符”(character)，它包括：字母、数字、符号，它包括：字母、数字、符号等等字符集：一组特定字符的集合字符集：一组特定字符的集合不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：中文字符集、西文字符集、日文字符集等中文字符集、西文字符集、日文字符集等字符的编码：字符的编码：字符集中每个字符都使用二进位字符集中每个字符都使用二进位(code)表示，称为该表示，称为该字符的编码，其不代表数值，只代表字符本身字符的编码，其不代表数值，只代表字符本身不同的字符其编码各不相同不同的字符其编码各不相同字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的字符集

41、中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表码表标准ASCII字符集及其码表 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 012345670 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E Fb6b5b4b3b2b1b00 1 1 01 0 01 1 0 1 0 1 11.3 微机的工作过程 一、一、微机的基本结构微机的基本结构运算器运算器控制器控制器存储器存储器输入输入输出输出中央处理器中央处理器俗称俗称:CPU:CPU主机主机计算机硬件计算机硬件I/OI/O设备设备冯冯诺依曼计算机的诺依曼计算机的5 5个组成部分个组成部分存储器存储器输入输入设备设备运算器运算器控制器控制器输出输出设

42、备设备键盘、扫键盘、扫描仪等描仪等存放程序、存放程序、数据、结果数据、结果运行程序运行程序,输出结果输出结果显示器、显示器、打印机等打印机等CPU微型计算机采用总线结构微型计算机采用总线结构总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。总线：连接多个功能部件或多个装置的一组公共信号线。内部总线：内部总线：CPUCPU内部各功能部件和各寄存器的连线。内部各功能部件和各寄存器的连线。外部总线：又称系统总线，即连接外部总线：又称系统总线，即连接CPUCPU、存储器和、存储器和I/OI/O接接口的总线。口的总线。一个部件只要符合总线标准，就可以连接到采用这种总一个部件只要符合总线标准，就可以连接到

43、采用这种总线标准的系统中。线标准的系统中。微型机中目前主要采用的总线有：微型机中目前主要采用的总线有：PCPC总线、总线、ISAISA总线、总线、PCIPCI总线等。总线等。虽然总线的标准不同，但都包括三类总线：虽然总线的标准不同，但都包括三类总线：地址总线（地址总线（ABAB）、数据总线（）、数据总线（DBDB）、控制总线（）、控制总线（CBCB）。）。内存读写时地址、数据、控制总线如何配合？内存读写时地址、数据、控制总线如何配合？b0为为1或或01.地址线控制数据线导通地址线控制数据线导通2.写入数据时，写入控制写入数据时，写入控制有效，数据线上的位信息有效，数据线上的位信息（0或或1）进

44、入存储器。）进入存储器。3.读出数据时，读出控制读出数据时，读出控制有效，存储器上的位信息有效，存储器上的位信息（0或或1）流向数据线。）流向数据线。readwrite对内存一个字节的操作：对内存一个字节的操作：数据总线和控制总线是公用的，每个字节的地址数据总线和控制总线是公用的，每个字节的地址信号应不同，信号应不同，即同一时刻只有一根地址线有效即同一时刻只有一根地址线有效。地址线地址线1为为0电平电平，地址地址线线2为为1电平电平，存储器的，存储器的第一个存储单元中的数第一个存储单元中的数据与数据线相连，在控据与数据线相连，在控制信号的作用下进行操制信号的作用下进行操作。作。地址线地址线1为

45、为1电平电平，地址地址线线2为为0电平，电平，存储器的存储器的第二个存储单元中的数第二个存储单元中的数据与数据线相连，在控据与数据线相连，在控制信号的作用下进行操制信号的作用下进行操作。作。地址线地址线1为为1电平电平，地址地址线线2为为1电平电平，两个存储，两个存储器的存储单元中的数据器的存储单元中的数据与数据线都不相连。与数据线都不相连。地址线地址线1为为0电平电平，地址地址线线2为为0电平，电平，两个存储两个存储器的存储单元中的数据器的存储单元中的数据都与数据线相连，造成都与数据线相连，造成数据总线混乱，不能进数据总线混乱，不能进行正确操作。行正确操作。由此可见，在任何时候，最多只能有一

46、个地址线信号为由此可见，在任何时候，最多只能有一个地址线信号为0内存的容量为内存的容量为1M字节，即字节，即10241024个字节，个字节，CPU芯片不可能引出这么多的地址线，如何解决地址线芯片不可能引出这么多的地址线，如何解决地址线单一控制的问题？单一控制的问题？地址线地址线A0为为0电平，存储单元电平，存储单元1有效；有效；地址线地址线A0为为1电平，存储单元电平，存储单元2有效。有效。一根地址线可以控制两个存储单元。一根地址线可以控制两个存储单元。A0A1存储单元存储单元000110111 有效有效2 有效有效3 有效有效4 有效有效2-4译码器译码器两根地址线最多可两根地址线最多可控制

47、控制4个存储单元个存储单元.3根地址线用根地址线用3-8译码器进译码器进行寻址，共寻址行寻址，共寻址8个单元个单元4根地址线用根地址线用4-16译码器进译码器进行寻址，共寻址行寻址，共寻址16个单元个单元n根地址线最多可寻址根地址线最多可寻址2n个单元个单元如果一个微机的如果一个微机的CPU有有16根地址引出线，那么这根地址引出线，那么这个微机最多能有多大容量的存储器？个微机最多能有多大容量的存储器？64KB问：问：1MB容量的内存需要多少根地址线？容量的内存需要多少根地址线？地址总线（地址总线（Address BusAddress Bus）用来传送地址的信号线用来传送地址的信号线地址总线的根

48、数地址总线的根数(位数位数)决定了决定了CPUCPU可以直接寻址的可以直接寻址的内存范围。内存范围。比如，有两根地址线，每一根地址线都可以有比如，有两根地址线，每一根地址线都可以有0,10,1两种状态，两根地址线共有两种状态，两根地址线共有1 11 10 01 11 10 00 00 0这四种状态，这四种状态，即可寻址即可寻址4 4个空间个空间，4 4个字节个字节。同样，同样，3根地址线共根地址线共有有8种状态，为：种状态，为：0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 14根地址线共有根地址线共有16种种状态，为：状态，为：00000001001000110

49、10001010110011110001001101010111100110111101111地址线的根数地址线的根数(位位数数)n n与与CPUCPU可直接可直接寻址范围的寻址范围的大小大小之之间的关系为：间的关系为：内存范围内存范围2 2n n8 8位地址线直接寻址范围为位地址线直接寻址范围为256256个字节。个字节。1616位地址线直接寻址范围为位地址线直接寻址范围为2 2161664KB64KB80868086的地址总线为的地址总线为2020位，故位，故80868086的寻址范围为的寻址范围为2 22020字节，即字节，即1MB1MB。地址总线的信号总是从地址总线的信号总是从CPUC

50、PU送出，所以地址总线是送出，所以地址总线是单向的。单向的。地址总线上的信号除了高低电平外，还可以处于高地址总线上的信号除了高低电平外，还可以处于高阻（浮空）状态，阻（浮空）状态，称为单向、三态总线称为单向、三态总线。数据总线（数据总线（Data BusData Bus）用来传送指令代码和数据的信号线，即传送的用来传送指令代码和数据的信号线，即传送的是内存中存储的内容，数据总线的位数决定是内存中存储的内容，数据总线的位数决定CPUCPU一一次可以传输或处理多少字节的数据次可以传输或处理多少字节的数据，这个指标也称，这个指标也称数据总线的数据总线的宽度宽度。80868086为为1616位微处理器