1、微機原理與應(yīng)用技術(shù)，微機原理與應(yīng)用技術(shù)，導(dǎo)師：夏相生，計算機基礎(chǔ)知識，第1章，1.1導(dǎo)論1.1.1計算機發(fā)展概述1.1.2計算機的主要特點1.1.3計算機的分類與應(yīng)用1.2計算機中數(shù)字的表示方法1.2.1進位計數(shù)系統(tǒng)1.2.2計算機中的編碼系統(tǒng)， 1.2.3帶符號數(shù)字的表示1.2.4數(shù)字的定點和浮點表示1.3計算機系統(tǒng)的組成和工作原理1.3.1計算機的硬件系統(tǒng)1.3.2計算機的軟件系統(tǒng)1.3.3計算機的主要技術(shù)指標(biāo)、簡介、作為存儲器的水銀延遲線和作為外部存儲器的磁鼓。 體積大、功耗高、運行速度慢。起初，只使用二進制機器語言，但是匯編語言直到20世紀(jì)50年代中期才出現(xiàn)。在此期間，計算機主要用于科

2、學(xué)計算和軍事事務(wù)，但它們的應(yīng)用并不廣泛。電子管計算機(1945-1958年)，主存儲器采用磁芯，而外部存儲器采用大量磁盤，輸入輸出設(shè)備得到了極大的改進。體積顯著減小，可靠性提高，運行速度可達每秒百萬次。軟件中出現(xiàn)了高級編程語言和編譯系統(tǒng)。計算機已被廣泛用于管理目的的信息處理。第二代，第一代，晶體管計算機(1958-1964)，1.1，1.1.1，計算機發(fā)展概況，第三代，第四代，集成電路計算機(1964-1971)，主要使用中小規(guī)模集成電路，運行速度為每秒數(shù)千萬次。軟件方面取得了很大進展。隨著操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，計算機語言的標(biāo)準(zhǔn)化得以實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)化編程方法得以提出，從而導(dǎo)致了計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)。計算機的

3、應(yīng)用開始向社會化發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域和普及程度迅速擴大。微型計算機的出現(xiàn)和發(fā)展是計算機發(fā)展史上的一件大事，它使計算機在存儲容量、運算速度、可靠性和性能價格比上一代計算機有了很大的突破。大量系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的推出，功能配置空前完善，充分發(fā)揮了計算機的功能，將計算機的發(fā)展和應(yīng)用帶入了一個新時代。大規(guī)模集成電路計算機(1971年以來)，1.1.1，計算機發(fā)展的歷史，計算機的主要特點，自動化，高速，邏輯，普遍性，準(zhǔn)確性，特性，1.1.2，計算機分類和應(yīng)用，原則上，數(shù)字計算機，模擬4位，8位和16位機，32位和64位機，位片機，單片機，微機系統(tǒng)等。計算機的分類，1.1.3，航空航天，科學(xué)研究，家用電器，計

4、算機的應(yīng)用，計算機中值的表示方法，1.2，一個R基數(shù)有S=an-1an-2 a1 a 0 . a-1a-2a-m=an-1rn-1an-2rn-2ar 1a 0 r0a-m R-m，并且R-十進制數(shù)S可以用多項式(稱為加權(quán)展開)表示為：1.2.1進位計數(shù)制，十進制數(shù)，有十例如，(758.75)10=0一個二進制數(shù)可以用它的加權(quán)展開來表示。例如，(10110.101)2=124 023 122 121 020 12-1 02-2 12-3=(22.625)10，它有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1，每個二進制一個，特性，2。(1af.4)例如：它有十六個不同的數(shù)字符號，即0-9和A-F，每十六進制一

5、個，特征、1。十六進制數(shù)、表1-1、三種數(shù)值對照表、例1-1十進制數(shù)22.625被轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)、22、2 0.625 2 1 .25取整數(shù)1(高次)2 0 .5取整數(shù)0 2 1 .0取整數(shù)0(低次)、(0.625)10=(0.101)2，所以：(22)10=(10110)2結(jié)果3360注意，在部分整數(shù)轉(zhuǎn)換中，每次只獲得整數(shù)商，余數(shù)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果的一位，整數(shù)商的基數(shù)被重復(fù)除，直到商為0。小數(shù)的部分轉(zhuǎn)換，將乘積的整數(shù)一次作為轉(zhuǎn)換結(jié)果的一位取出，其余的小數(shù)連續(xù)相乘。對于某些數(shù)字，可以相乘的十進制數(shù)為0(如上述兩種情況)，轉(zhuǎn)換結(jié)果準(zhǔn)確；對于某些數(shù)字(如0.3)，乘積的十進制數(shù)永遠不能乘以0。此時，根據(jù)

6、精度要求，可以取適當(dāng)?shù)奈粩?shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)果不準(zhǔn)確。十六進制數(shù)1 A E 4，0001 1010 1110 0100，即，(1AE.4)16=(110101110.01)2要將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)，只要以小數(shù)點為界，每四個二進制數(shù)的左邊和右邊就分成一組(如果最高位數(shù)或最低位數(shù)不夠四，例如：二進制數(shù)1101110.01，0001 1010.01 示例1-310100 1101=100001示例1-4100001-10100=1101 101 100 000 1101 101 000 000 1101、示例1-511011011=1 0 0 1111示例1-61100101=1011111101011

7、 1 1 1、5。計算集1.2.2中的編碼系統(tǒng)，BCD碼是一個十進制數(shù)，有10個不同的數(shù)字符號，并且是十進制的；但是它的每一位都是由4位二進制代碼表示的，所以它被稱為二進制編碼十進制數(shù)。BCD代碼是直觀的，例如，在BCD代碼中，十進制數(shù)65被寫成01100101，并且由BCD代碼01001001.0111表示的十進制數(shù)是49.7。1.二進制編碼的十進制數(shù)。雖然BCD碼是用二進制編碼表示的，但它不能直接轉(zhuǎn)換成二進制。十進制應(yīng)作為中間橋梁，即BCD碼應(yīng)先轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，再轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)；反之亦然，達拉斯到禮堂、表1-2 BCD編碼表、字母和字符編碼、2。此外，在計算機中，漢字采用國家標(biāo)準(zhǔn)碼(GB1

8、8030-2000)編碼，采用單、雙、四字節(jié)混合編碼，每個字節(jié)的最高位為1，從而將漢字與ASC碼區(qū)分開來。字母和字符也必須按照特定的規(guī)則進行二進制編碼，然后才能在機器中表達。編碼的方式有很多種，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼(ASC)是目前微型計算機中最常用的一種。ASC碼采用7位二進制碼，因此它可以表示27=128個字符，包括數(shù)字(0-9)和可打印字符，如英文字母。原始代碼，正數(shù)的符號位用0表示，負數(shù)的符號位用1表示，值位保持不變。這個方法叫做源代碼。原始代碼的定義是：如果X為0，那么X原始=X如果X-0，那么X原始=2n-1 X，其中n是原始代碼的位數(shù)。1.2.3帶符號數(shù)字的表示，1。倒數(shù)碼，“0”可

9、以用兩種方式表示：0倒數(shù)=0000000，-0倒數(shù)=1111111，8位二進制倒數(shù)碼的真值范圍為-127 127；16位反碼的真值范圍是-32767 32767。當(dāng)有符號數(shù)用反碼表示時，最高位是符號位。功能，2。反碼的定義是：如果X=0，那么X反=X，如果X-0，那么X反=2n X-1，其中n是反碼的位數(shù)。，補碼，在時鐘上，指針向前設(shè)置12小時或向后設(shè)置12小時，并且它們的時間值相等，即，時鐘上的x12=x12(mod 12)。模的概念和補語的引入。對于N位二進制數(shù)，計數(shù)范圍為0(2n-1)。這個計數(shù)器加2n或減2n的結(jié)果不變。我們稱2n為N位計數(shù)系統(tǒng)的模。對于一個時鐘，它的模數(shù)是12。在時鐘

10、上，如果時間是6點整，時鐘指向8點整，快了2個小時，校準(zhǔn)方法是向前撥10個小時或向后撥2個小時，結(jié)果都是正確的，即8 10=6(mod 12)向前撥，8-2=6(mod 12)向后撥。3。3補碼=3原始=3逆=0000011-3補碼=-3逆1=1111100 1=111101 0補碼=0原始=0逆=0000000-0補碼=-0逆，補碼的定義，如果X 0，X補碼=X，如果X -0，X補碼=2n X，其中n是補碼位數(shù)。如果X0，X補碼=(2in X)MOD 2n=X，即一個正數(shù)的補碼與原來的正數(shù)相同。如果X0，X補碼(2n X) MOD 2n=2n -1 X 1=X逆1，即負數(shù)的補碼等于負數(shù)的補碼

11、加1，即等于除符號位以外的負數(shù)的原始碼。解和應(yīng)用，0補碼=-0補碼=0000000，也就是說，0的補碼是0，并且只有一種表示。注意、補碼、0補碼=-0補碼=0000000。8位二進制補碼的真值范圍是-128 127，16位二進制補碼的真值范圍是-32768 32767。用補碼表示的二進制數(shù)，最高位是符號位，當(dāng)符號位為“0”時，即一個正數(shù)，其他位是該數(shù)的二進制值；但是，當(dāng)符號位為“1”，即負數(shù)時，其他位不是該數(shù)的二進制值，它們的值被后面的位反相，最低的位加1。當(dāng)使用補碼表示時，減法可以轉(zhuǎn)化為加法，即XY補碼=X補碼y補碼。8位有符號補碼功能、補碼、數(shù)字表示法，表1-3、定點表示法，大家一致認為小

12、數(shù)點是在符號位之后、數(shù)字部分的最高位數(shù)之前，所以數(shù)據(jù)是純小數(shù)，所以也叫定點小數(shù)，其格式是：小數(shù)點位置，定點小數(shù)方法的比例因子的選擇：例如，有兩個數(shù)字，010.01和01。1.2.4定點和浮點數(shù)字，一種定點十進制方法，一致認為小數(shù)點是固定在數(shù)字部分的最低位之后，即數(shù)字表示為純整數(shù)，其格式如下：小數(shù)點位置，定點整數(shù)表示也有選擇比例因子的問題，例如，在前面的例子中，將兩個數(shù)字轉(zhuǎn)換為定點整數(shù)的運算是(010.01 001.100)=(0100)，兩個定點整數(shù)的方法， 定點表示法、順序碼數(shù)字符號尾數(shù)、浮點數(shù)包括兩部分：順序碼P和尾數(shù)S，它們都有自己的符號位。 訂單代碼的符號位也稱為訂單符號，用Pf表示。

13、訂單代碼有P1和P2Pm位。尾數(shù)的符號位，也稱為數(shù)字符號，用Sf表示，尾數(shù)有S1和S2Sn位。在浮點表示法中，小數(shù)點的位置不是固定的或浮動的。一般來說，任何二進制數(shù)的浮點表示格式都是：浮點表示，由此可以得出任何二進制數(shù)的浮點數(shù)都可以表示為：N=2P數(shù)。例如：二進制數(shù)N=2 11 0.1011，在浮點數(shù)機中表示為：順序碼數(shù)符號尾數(shù)。規(guī)定當(dāng)尾數(shù)滿足0.5S1時，它是一個歸一化數(shù)。可以看出，所謂的歸一化數(shù)，即尾數(shù)的最高有效位，是有效數(shù)1，而不是0。對于定點小數(shù)，通過選擇合適的比例因子來實現(xiàn)歸一化。對于浮點表示，需要調(diào)整順序碼的數(shù)值來實現(xiàn)規(guī)范化。示例：N=2 11 0.0101，這是一個非正規(guī)浮點數(shù)。

14、重寫為：N=2 10 0.1010，這是一個規(guī)范化的浮點數(shù)。定點記數(shù)法和浮點記數(shù)法的比較由于浮點數(shù)的小數(shù)點隱藏在順序碼中，兩個不同順序碼的尾數(shù)不能直接加減，所以有必要調(diào)整兩個數(shù)的順序碼，使之一致，數(shù)字表示范圍，假設(shè)某個機器字長32位，數(shù)字符號占1位，尾數(shù)占31位，那么：定點十進制表示范圍：2-31 S1- 2-31，定點整數(shù)表示范圍：1S 231 -1，浮點數(shù)運算比定點數(shù)字運算更復(fù)雜，計算機硬件的基本結(jié)構(gòu)，圖1 -1計算機的基本硬件組成，1。1.3.1計算機硬件系統(tǒng)。算術(shù)單元、存儲器和控制器。在微型計算機中，存儲單位通常是8位，即1字節(jié)。為了唯一地識別和找到任何存儲單元，計算機為每個存儲單元分配一個唯一的編號，這稱為存儲單元的地址。地址通常從0開始按順序排列。如圖1-2所示。0 1 2.n，地址內(nèi)容，如圖1-2所示，存儲單元的地址和內(nèi)容。算術(shù)單元主要包括能夠完成加法、減法、乘法和除法的算術(shù)和邏輯運算的電路，以及多個寄存器。在控制信號的命令下，算術(shù)單元執(zhí)行諸如算術(shù)運算、邏輯運算、操作數(shù)或運算結(jié)果的臨時存儲以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。1.3.1計算機硬件系統(tǒng)。1.3.1計算機硬件系統(tǒng)，2。指令指針寄存器(IP)，指令寄存器(IR)，指令解碼器(ID)，