微型計算機原理

微型計算機原理及接口技術ThePrincipleAndInterfaceTechnology

ofMicrocomputerInstructor：

zhoumaoxia課程

介紹微機系統(tǒng)的組成organization工作原理principle硬件接口技術interface典型應用use課程

介紹微機

原理及接口

技術典型機型：IBMPC/XT或AT系列機基本系統(tǒng)：80386和80486、PentiumI/O接口電路及與外設的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法課程目標：1、系統(tǒng)掌握匯編語言的程序設計基本方法2、系統(tǒng)掌握微機硬件接口技術3、建立微機系統(tǒng)的整體概念4、具有微機軟件及硬件初步開發(fā)、設計的能力先修

課程先修課程數字邏輯提供硬件基礎匯編語言程序設計建立必備軟件基礎掌握指令系統(tǒng)、程序格式學習

方法學習方法很重要復習并掌握先修課的有關內容課堂：聽講與理解、適當筆記課后：認真讀書、完成作業(yè)實驗：充分準備、勇于實踐學習

方法學習方法很重要總成績＝考試成績＋實驗成績＋平時成績學習

資源學習資源要利用錢曉捷之微服網/qwfw微機原理遠程教學0/caicomputer/錢曉捷陳濤，微型計算機原理及接口技術，北京：機械工業(yè)出版社，1999.1BarryB.Brey著陳誼等譯，Intel系列微處理器結構、編程和接口技術大全——80X86、Pentium和PentiumPro，北京：機械工業(yè)出版社，1998.1第1章微型計算機基礎知識第1章微型計算機基礎知識1.1微型計算機的發(fā)展概述(ComputerOverview)

1.2微型計算機的運算基礎1.3微型計算機的組成原理1.4處理器內部結構及微機的工作過程1.5微型計算機的主要性能指標及典型配置1.1微型計算機的發(fā)展及應用概述第一階段：1946年，世界上出現第一臺數字式電子計算機ENIAC（電子數據和計算器）第二階段：晶體管計算機第三階段：集成電路計算機(integratecircuit，IC)第四階段：發(fā)展到以大規(guī)模集成(LargeScaleIntegration,LSI)電路為主要部件的，產生了微型計算機1.1微型計算機概述ComputerOverview

1.1計算機的發(fā)展(history)20世紀40年代，無線電技術和無線電工業(yè)的發(fā)展為電子計算機的研制準備了物質基礎，1943年～1946年，美國賓夕法尼亞大學研制的，ENIACwasgrantedapatent(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer(ENIAC電子數字積分器和計算機)in1945.18,000vacuumtubesaspeedofseveralhundredmultiplicationsperminute170m3volumeoriginallyitsprogramwaswiredintotheprocessorandhadtobemanuallyaltered.在彈道問題中許多復雜的計算，美國陸軍部的資助.超導器件集成光學器件電子仿生器件納米技術超導計算機光學計算機神經計算機人工智能計算機

第五代非馮·諾依曼(VonNeumann)計算機

第六代神經計算機:

電子計算機將類似人腦的智慧和靈活性。電子計算機的發(fā)展已經進入了第六代，這種發(fā)展可能僅僅是剛起步，前途沒有止境。

研究計劃：巨型機大型機中型機小型機微型機：第四個階段的產物按價格、性能和體積分：計算機的核心部件——CPUCPU運算器中央處理單元控制器（CentralProcessingUnit）微型計算機的系統(tǒng)組成運算器

控制器寄存器組

內存儲器總線輸入輸出接口電路外部設備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)區(qū)別1.1.1微型計算機的發(fā)展概況1971--1973年，Intel公司設計了世界上第一個微處理器芯片Intel4004，開創(chuàng)了一個全新的計算機時代第1代（1971—1973）

：4位和低檔8位微機4004→4040→8008第2代（1974—1977）

：中高檔8位微機Z80、I8085、M6800，Apple-II微機第3代（1978—1984）

：16位微機8086→8088→80286，IBMPC系列機字長，微處理器芯片作為微型計算機發(fā)展的標志。第4代（1985---1993）：32位微機80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium4第5代（1993------）：64位微機微機服務器、工程工作站、圖形工作站

存儲器芯片集成度大體上每三年翻兩番(1971年每片1Kb，到1984年達到每片256Kb，1992年16Mb動態(tài)隨機存儲器芯片上市)，這就是著名的摩爾定律。摩爾定律用來描述微處理器的工作速度，在一定成本下，大體上也是每18個月翻一番。專家預計，芯片性能呈指數增長將在今后幾年放緩，有關人士認為摩爾定律能再適用10年左右。目前主流計算機：CPU英特爾45納米奔騰雙核處理器E5300盒裝CPU（LGA775/2.6GHz/2M二級緩存/800MHz）￥449

主板華擎（ASRock）P43DE主板（IntelP43/LGA775）￥459

內存威剛（V-Data）萬紫千紅DDR28002G臺式機內存￥249

顯卡映眾（Inno3D）ICHILL9600GT冰龍版670/2000512M/256位DDR3PCI-E顯卡￥599

硬盤西部數據（WesternDigital）500GWD5000AAKS7200轉16MSATAII盒裝硬盤三年免費質保?。?69

顯示器飛利浦（Philips）19英寸寬屏液晶顯示器190E1SB￥948

機箱酷冷至尊（CoolerMaster）破壞者中塔式電腦機箱RC-K200￥209

電源康舒（AcBel）電源ME2Power350W2.3版額定350W￥229

鼠標

鍵盤羅技（Logitech）光電高手1000多媒體鍵鼠套裝￥139

共9件商品

總價：￥3650

開放式總線（BUS）結構：嵌入式系統(tǒng)：

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能嵌入式系統(tǒng)：幾乎包括了生活中的所有電器設備。嵌入式系統(tǒng)分類：嵌入式系統(tǒng)硬件部分的核心部件就是嵌入式處理器。1.EMPU（EmbeddedMicroProcessorUnit）嵌入式微處理器2.MCU（MicroControllerUnit）嵌入式微控制器；

3.嵌入式DSP處理器（DigitalSignalProcessor）；

4.嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。

嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的。在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

1.EMPU（EmbeddedMicroProcessorUnit）嵌入式微處理器；

哈哈。。就是單板機啊2.MCU（MicroControllerUnit）嵌入式微控制器；

嵌入式微控制器的典型代表是單片機，從70年代末單片機出現到今天，雖然已經經過了40多年的歷史，4、8、16、32位，但８位的電子器件目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛的應用。單片機芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。

3.嵌入式DSP處理器（DigitalSignalProcessor）；DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結構和指令算法方面進行了特殊設計，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數字濾波、FFT(離散傅立葉變換的快速算法)、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應用。

4.嵌入式片上系統(tǒng)（SOCsystemonchip）。

片上系統(tǒng)指的是在單個芯片上集成一個完整的系統(tǒng)，對所有或部分必要的電子電路進行分組的技術。所謂完整的系統(tǒng)一般包括中央處理器（CPU）、存儲器、以及外圍電路等。SoC是與其它技術并行發(fā)展的，如絕緣硅（SOI），它可以提供增強的時鐘頻率，從而降低微芯片的功耗。TheoperatingsystemscommonlyfoundonpersonalcomputersareUNIX,MacintoshOS,MS-DOS,OS/2,andWindows.1.1.2OperatingSystemoverviewsOperatingsystemscontinuetoevolve.ArecentlydevelopedtypeofOScalledadistributedoperatingsystemisdesignedforaconnected,butindependent,collectionofcomputersthatshareresourcessuchasharddrives.FutureTechnologies1.3微型計算機發(fā)展趨勢今后計算機發(fā)展表現：高性能化、網絡化、大眾化、智能化、與人性化、功能綜合化。計算機網絡呈現：連接的、開放的、傳輸多媒體信息。1.3微型計算機發(fā)展趨勢cpu速度繼續(xù)提升個人計算機具有原來服務器的所具有的處理能力高性能計算機采取分布式共享存儲結構采用更先進的數據存儲技術外設高性能網絡化和集成化且易于攜帶I/O技術更加智能化、人性化、人與計算機的交流更加便捷1.3微型計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展過程具有技術上的連續(xù)性和兼容性。1.2微型計算機的運算基礎數制:利用符號計數的方法.計算機采用的數制:二進制.進位計數制:按進位原則進行計數.用“0”和“1”兩個基本符號(即基2碼)來編碼表示:(1)基2碼在物理上最容易實現。

(2)基2碼用來表示二進制數，其編碼、加減運算規(guī)則簡單。

(3)基2碼的兩個符號“1”和“0”正好與邏輯數據“真”與“假”相對應，為計算機實現邏輯運算帶來了方便。

1Digits(數)A.Decimal(十進制)(0—9)B.Binary(0----1)C.Octal(八進制)(0—7)D.Hexadecimal(十六進制)(0—9,A,B,C,D,E,F)2.PositionalNotation(位計數法）Example1: Decimal132 1(百位)3(十位)2(個位)hundredstensunitspositionpositionpositionpower(冪)102

101

100weight(權)100 101InabaseNnumbersystem,theradixisN(基數)andtheexponent(指數)(i)meanstheposition. Binary101 101power(冪)22 21 20weight(權)4 21Numericvalue1*22+0*21+1*20=5Inabase2numbersystem,theradixis2(基數)andtheexponent(i)(指數)meanstheposition.Example2:1.2.1無符號數的表示方法一、進位數制1、十進制2、進位數制的通用表示按權展開式：NR=dn-1xRn-1+dn-2xRn-2+

….+d1xR1+d0xR0+

d-1xR-1+d0xR0+

….+d-mxR-m3、二進制1001.11B=1x23+0x22+0x21+1x20+1x2-1+1x2-24、十六進制(0123456789ABCDEF)328.BAH=3x162+2x161+8x160+11x16-1+10x16-25、八進制(01234567)327.56O=3x82+2x81+7x80+5x8-1+6x8-21.2.1無符號數的表示方法二、進制之間的轉換1、任意進制轉換十進制：按權展開相加求和，計算出數值練習:1111.1B=?456.8H=?45.4O=?1.2.1無符號數的表示方法ConversiontoDecimalExample:Hexadecimal:E6A.C2HDecimal:E*162+6*161+6*160+C*16-1+2*16-2=14*162+6*161+6*160+12*16-1+2*16-2=3690+0.75+0.0078125=3690.75781252、十進制轉換任意進制轉換方法：整數部分：除基數取余法小數部分：乘基數取整法1.2.1無符號數的表示方法（1）十進制轉換二進制

215.687522151

21071

2531

2260

2131

260

231

2110LSDMSD余數*第一次得到的有效數字是二進制的最低有效數字，最后得到的余數是二進制的最高有效數字。

11010111B整數部分：除基數取余法1.2.1無符號數的表示方法（1）十進制轉換二進制

0.6875*第一次得到整數為最高位。如若永不為0則根據精度要求截取一定的位數

.1011B0.6875X2=1.37510.3750.375X2=0.7500.750.75X2=1.5010.500.50X2=110整數小數小數部分：乘基數取整法1.2.1無符號數的表示方法1.2.1無符號數的表示方法練習：213.54D轉換為2進制213.54D轉換為8進制2）十進制轉換十六進制規(guī)則與轉換為二進制相同，不同之處：11010101.1B325.4Q1.2.1無符號數的表示方法3）二進制轉換十六進制整數部分以小數點為起點向左每四個位對應一位十六進制數，最后不足四位前面補0，小數部分以小數點為起點向右每四個位對應一位十六進制數，最后不足四位后面補0，

10111111100.110015FAA8000010111111100.110011.2.1無符號數的表示方法3、十六進制轉換二進制每一位十六進制的數字轉換為四位二進制數3AC.B7H

3AC.B7

H001110101100.10110111B

1.2.2帶符號數的表示方法一、機器數與真值字長：衡量計算機運算精度的指標，在計算機完成一次運算和處理所對應的一組二進制的位數，位數越多處理精度越高。機器數:用二進制表示有符號數，用最高位表示符號，其余為數值，這樣一組連同符號一起編碼化的二進制數稱為機器數.機器數的真值:機器數所代表的數值大小稱為機器數的真值。數值位D7D6D5D4D3D2D1D0無符號數無符號：00H---FFH（0----255）

0000000011111111最小值最大值1.2.2帶符號數的表示方法數值位D7D6D5D4D3D2D1D0符號位1為負數0為正數有符號：FFH----7FH（-127---+127）

11111111

01111111負最大值正最大值1.2.2帶符號數的表示方法

真值的表示方法：機器數（字長為8）[X1]真=+101010B=+42X1=00

101010B[X2]真=-101010B=-42X2=10

101010B1.2.2帶符號數的表示方法機器數:用二進制表示有符號數，用最高位表示符號，其余為數值，這樣一組連同符號一起編碼化的二進制數稱為機器數.機器數的真值:機器數所代表的數值大小稱為機器數的真值。字長為160000000000101010B1000000000101010B二、機器數的原碼、反碼與補碼（[X]原，[X]反，[X]補）1、原碼在機器數中最高位為符號位，其余的位為該數的絕對值。特點(1)最高位為符號位，正數為0，負數為1；（2）原碼表示數的范圍8位二進制原碼：-127~+127

16位二進制原碼-（215-1）~+（215-1）（3）0的原碼表示方法[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B1.2.2帶符號數的表示方法11111111D7D6D5D4D3D2D1D0100000000加12828-11.2.2帶符號數的表示方法二、機器數的原碼、反碼與補碼求原碼（以字長位8計算）[+42]原=[-42]原=00101010B10101010B求原碼（以字長位8計算）[+127]原=[-127]原=0111111B11111111B1.2.2帶符號數的表示方法求原碼（以字長位16計算）[+42]原=[-42]原=0000000000101010B1000000000101010B求原碼（以字長位16計算）[+127]原=[-127]原=000000000111111B1000000001111111B原碼的嚴格定義：設機器字長為n，連同符號一起用n位二進制數表示。原碼表示的范圍-（2n-1-1）——（2n-1-1）10000000原碼編碼簡單直觀，與真值轉換方便。但也帶來一些麻煩：（1）0的表示不唯一，有二義性給機器的零的判斷帶來麻煩。（2）不便于進行加減運算。2、反碼：正數的反碼與原碼相同，負數的反碼，符號位不變，其余各位按位取反。（求反規(guī)則）反碼特點：（1）反碼表示法中，最高位仍為符號位，正數為0，負數為1（2）0的反碼表示方法[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B（3）反碼范圍：字長為8時，-（27-1）~+（27-1）

（-127~127）求反碼（以字長位8計算）[+42]反=[+42]原=[-42]原=00101010B11010101B10101010B[-42]反=求反碼（以字長位16計算）[+42]反=[+42]原=[-42]反=0000000000101010B11111111

1

1010101Bn3、補碼：正數的補碼與原碼相同，負數的補碼等于反碼加1（求補規(guī)則）（即，符號位不變，各位取反加1）求補碼（以字長位8計算）[+42]補=[+42]原=[-42]補=[-42]反+1=00101010B11010101B+111010110B3、補碼：正數的補碼與原碼相同，負數的補碼等于反碼加1（求補碼規(guī)則）補碼特點：（1）補碼表示法中，最高位仍為符號位，正數為0，負數為1（2）0的補碼表示方法有一種[+0]補=[-0]補00000000（3）補碼范圍：字長為8時，-（27）~+（27-1）

（-128~+127），十六位（-32768

~+32767）（4）注意：對于8位二進制數10000000在補碼中定義為[-128]在原碼中定義為[-0]，在反碼中定義為[-127]，十六位規(guī)則相同。1.2.2帶符號數的表示方法關于補碼應注意的幾個問題：（1）在微機中所有帶符號的數據都用補碼表示。一個數據是帶符號是還是不帶符號是事先已知的。（2）當求補碼的真值是，若最高位為0，，其余7位是二進制的數值，若最高位為1（負數），需要其余7位求反加1。（3）采用補碼的目的在于用加法運算代替減法運算，從而簡化硬件結構，降低成本。（4）補碼運算時，符號位不需要單獨的處理，一起參與運算，只要不發(fā)生溢出的情況，運算結果總是正確。1、正數補碼的真值

[X]真=[X]補2、負數補碼與真值的關系定義：求補運算：對于有符號的二進制數，包括符號位在內，所有位全部取反再加1，這種運算叫求補運算（注意區(qū)別一個數的補碼。）對負數補碼進行求補運算，既可以得到補碼對應真值（原數）的絕對值。|X|=[x]補+1，[x]補表示對補碼進行所有位取反運算。三、補碼與真值的關系三、補碼與真值的關系[例1.18]求8位補碼01111111B的真值1.設[X]補=01111111B，求[X]真因為[X]補=[+127]，符號位為0，是正數，所以[X]真=+127D絕對值2.設[X]補=10000001B，求[X]真[X]補=10000001B，符號位為1，是負數，所以|X|=[X]補+1=01111111=+127,[X]真=-127絕對值帶符號數都用補碼表示1、補碼的加法規(guī)則：和的補碼等于補碼之和。設X+Y=Z，則[X]補+[Y]補=[X+Y]補=[Z]補，X，Y正負數都可以。例子設X=+64，Y=-10，求X+Y=？X=01000000B01000000=[X]補Y=10001010B+）11110110=[Y]補

00110110=[+54]補四、補碼的運算

11、補碼的加法例子設X=-56，Y=-66，求X+Y=？

11001000=[-56]補

+）10111110=[-66]補

110000110=[-122]補結論：不論被加數還是加數是正數還是負數，直接用補碼相加（包括符號位）結果不超出補碼的表示范圍，結果就正確。最高位向更高位的進位，由于機器的字長的限制而自動丟失，不會影響結果的正確性。規(guī)則：補碼的減法，可以變成補碼的加法。差的補碼變成第一個數的補碼與第二數有符號的變性之后的補碼相加。2、補碼的減法

計算機利用補碼運算規(guī)則，將帶符號用補碼表示有諸多優(yōu)點。其一用補碼相加運算可以代替原碼相減運算，從而簡化硬件結構；其二負數補碼的轉換可用求補運算實現；其三帶符號數與無符號數的加法運算可以用同一電路完成，只要結果不超出數值表示范圍都是正確的。補碼運算的優(yōu)點1、帶符號數的表示都一定的范圍，如8位的原碼，反碼、補碼的表示范圍：

原碼：-127———+127（FFH---7FH）反碼：-127--------+127(80H-7FH)補碼：-128——+127(80H-7FH)當8位帶符號數的運算結果超出以上的范圍時，就會產生溢出。所謂溢出：運算結果超出補碼表示的范圍，就叫補碼溢出，簡稱溢出，溢出時，帶符號數的運算結果必然是錯誤的。五、帶符號數溢出及其判斷的方法例：X=+64D，Y=+65D，X+Y應為正數129，超出127這個范圍，必然出錯。

0100000+64補

+）01000001+65補

10000001最高位1，是-1，-1=[-127]補，顯然出錯。五、帶符號數溢出及其判斷的方法例：X=-1111111，Y=-0000010，X，Y都是負數

10000001B-11111111B補

+）11111110B-0000010B補

1

01111111B自然溢出1，8位數的最高位即符號為0，這也顯然不對。五、帶符號數溢出及其判斷的方法2、溢出的判斷方法溢出只能出現在兩個同符號數相加或不同符號數相減的情況下。，判斷溢出的方法有多種，利用雙位法判斷有無溢出是一種常用的方法他的規(guī)則是：（1）如果次高位向最高位有進位（或借位），而最高位向前無進位（或借位），則結果發(fā)生溢出。（2）反過來，如果次高位向最高位無進位（或借位），而最高位向前有進位（或借位），則結果發(fā)生溢出。五、帶符號數溢出及其判斷的方法+）D7D6D5CFD6CFOF=CF+D6CFOF=1B表示有溢出，OF=0表示無溢出。注意：在微機中，為防止溢出可以采用多字節(jié)五、帶符號數溢出及其判斷的方法

偏移碼的最高為符號位，符號位為1表示正數，為0表示負數。求一個數的偏移碼：先求出二進制的補碼，然后把符號位取反。偏移碼是將真值在數軸上向正方向平移了2n-1。對于8位數偏移了27=128（+5）補=00000101（+5）移=10000101（0）補=00000000（0）移=10000000（-128）補=10000000（-128）移=0000000010000000六、偏移碼：偏移碼是補碼的變形1.2.3數的定點表示與浮點表示

在計算機中涉及小數點位置時，常用的數據表示格式有兩種，即定點表示法與浮點表示法。一、定點表示：任何一個二進制數都可以表示成一純整數或一個純小數與一個2的整數次冪的乘積形式。其中）N=2p

xsS表示了N的全部有效數字，稱為N的尾數，P為N的階碼它指明了小數點的位置，2為階碼的底。P、S都用二進制表示的數。十進制2567.67=256767x10-2=0.256767x1041.2微型計算機的運算基礎1.2.3數的定點表示與浮點表示1.定點整數

N=2p

xS當P=0，尾數S為純整數時，定點數只能表示整數。符號二進制數數符尾數S為純整數小數點在最低位后通常數0表示正數，1表示負數1.2.3數的定點表示與浮點表示對于字長為n位的定點整數范圍0=<|x|<=2n-1-1對于字長為n位的無符號整數范圍0=<x<=2n-11.2.3數的定點表示與浮點表示2.定點小數N=2p

xS當P=0，為尾數S為純小數時，定點數只能表示純小數。符號二進制數數符尾數S為純小數小數點在最高位前1.2.3數的定點表示與浮點表示對于字長為n位的定點小數范圍0=<|x|<=1-2-（n-1）0.1111=1-0.0001=1-2-41.2微型計算機的運算基礎1.2.3數的定點表示與浮點表示

如果運算結果超出計算機所能表示的最大絕對值稱溢出，需進行溢出處理；運算結果小于計算機所表示的最小值，則計算機把它當做0處理。定點整數或定點小數，所允許表示的數值有限，運算精度低，但對硬件的要求簡單。1.2.3數的定點表示與浮點表示二、二進制浮點表示法N=2p

xSPfPSfS定點小數階符階碼尾符尾數由此可見：一個浮點數（1）有尾數S，決定了浮點數的精度；（2）階碼通常用整數，指出小數點在數據中的位置，決定了浮點數的表示范圍，（3）尾符的正負決定了整個數的正負，階符的正負決定了小數點是左移還是右移。1.2.3數的定點表示與浮點表示二、二進制浮點表示法N=2p

xS一般階碼用補碼表示，便于指數的加減運算，尾數可取補碼或原碼，但常用原碼表示，便于乘除運算。若階碼有m位，不包括階符，尾數為k位不包括尾符可表示最大數的絕對值為：階符為正，階碼和尾數各個二進制位全為1|N|max=（1-2-k）x2p

（P=2m-1）01110或11111二、二進制浮點表示法N=2p

xS可表示最小數的絕對值為：階符為負，階碼為全1，尾數最低位為1，其余為0。|N|min=2-kx2p{P=-（2m-1）}11110或100011.2.3數的定點表示與浮點表示浮點數的小數點是不固定的，在運算時，要對階，且按大的階對階，否則可能丟失數字的有效位而引起誤差?！耙?guī)格化”形式表示浮點數：若是原碼尾數，最高位尾數為1，如0.000101*25

規(guī)格化后=0.101*23

若補碼尾數，則正數的最高尾數為1，負數的最高尾數為0，既尾數的最高位與符號位相反。在浮點數表示時，當一個數的階碼大于機器所能表示的階碼時，產生上溢，機器轉入溢出中斷處理，當一個數的階碼小于機器所能表示的階碼時，產生“下溢”出，機器一般作為機器0來處理。溢出實際上是階碼的溢出。0.101*23+0.0004*24=0.0101*24+0.0004*241.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼

所謂二進制信息編碼是指用二進制代碼來表示計算機所要處理的信息，一般表示為若干二進制代碼的組合。在計算機中所有的數字、字母、符號、操作命令都是用特定的二進制編碼來表示的。1.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼一、二進制編碼的十進制數（BCD碼）

0—90000----11110000—1001這種二進制編碼表示十進制數簡稱為BCD碼，BCD采用4位編碼，4位一組表示1位十進制數。如：324.98D324.98(001100100100.10011000)BCD1.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼一、二進制編碼的十進制數（BCD碼）BCD碼與二進制之間的轉換：不能直接實現。BCD二進制：先轉成十進制，十進制再轉成二進制。二進制BCD：先轉成十進制，十進制再轉成BCD碼1.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼一、二進制編碼的十進制數（BCD碼）BCD碼簡化人機聯(lián)系，但比純二進制效率低，對與給定的十進制數，用BCD編碼表示，要比用二進制編碼表示用到的位數要多，數字電路相應復雜。BCD碼兩種形式（1）壓縮BCD編碼，4位二進制表示一位十進制。（2）非壓縮BCD編碼，1個字節(jié)（8位）二進制表示一位十進制。1.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼二、字母與符號的編碼最廣泛常用的ASCII（Americanstandardcodeforinformationinterchange）:由7位二進制代碼組成，表示27=128種不同的字符符號與操作命令。1.2.4計算機中二進制信息編碼二、字母與符號的編碼在計算機系統(tǒng)中數據傳輸的基本單元是字節(jié)，1個字節(jié)是8位，ASCII碼用低7位，最高位b7用奇偶校驗，檢驗傳輸的正確與否。偶校驗：包括校驗位在內，把ASCII碼所有“1”的個數配成偶數個。奇怪校驗：包括校驗位在內，把ASCII碼所有“1”的個數配成奇數個。

b7b6b5b4b3b3b2b1b001100111.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼三、漢字編碼1、漢字輸入編碼（1）數字編碼-國標區(qū)位碼。無重碼，機內碼交換簡單，缺點代碼難記。（2）拼音碼，熟悉漢語拼音即可用，重碼多，需要進行選擇，影響輸入速度。（3）字型碼，按字型編碼，五筆字型碼。1.2微型計算機的運算基礎1.2.4計算機中二進制信息編碼三、漢字編碼2、國標碼與漢字機內碼GB2312-80國家標準漢字編碼。漢字機內碼：是漢字在計算機內部存儲、運算、處理的代碼，用兩個字節(jié)表示。1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3.1微型計算機的系統(tǒng)組成1、硬件系統(tǒng)：

五部分：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備2、軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件，應用軟件CPU1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3.1微型計算機的系統(tǒng)組成一、微型計算機的硬件系統(tǒng)輸入設備輸入接口存儲器運算器控制器寄存器陣列微處理芯片輸出接口輸出設備1.3.1微型計算機的系統(tǒng)組成一、微型計算機的硬件系統(tǒng)1、MPU或CPU運算器：對信息進行加工處理的邏輯部件?？刂破鳎喊ㄖ噶罴拇嫫鳌⒅噶钭g碼器、定時控制電路。內部寄存器陣列：專用寄存器、通用寄存器1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3.1微型計算機的系統(tǒng)組成2、存儲器微機中存儲和記憶的裝置，用來存儲數據、程序、中間結果和最終結果（1）內存：主存儲器，按工作方式分RAM與ROM（2）外存：輔存，外存的程序必須調入內存，CPU才能執(zhí)行。（3）內存單元地址和內容：內存用來存儲數據和程序。內部存儲器由一個個的基本存儲電路構成。微機規(guī)定，每個存儲單元可以存放8位二進制數，稱為一個字節(jié)（Byte）。內存容量：就是它所含內存單元的數量，也就是存儲器存儲信息量的大小。1KB=210B=1024Byte1MB=220B=220Byte1兆字節(jié)1GB=230B=230Byte1吉字節(jié)1TB=240B=240Byte1特字節(jié)存儲單元的地址：為區(qū)分不同的存儲單元，按一定規(guī)律和順序對每個存儲單元進行排列編號，這個編號稱為存儲單元的地址。地址從0開始，依次加1。在機器里，地址用二進制表示，為無符號整數，書寫格式用十六進制。對于每一個單元地址是唯一的，按存儲單元的地址進行譯碼，從而唯一的找到存儲單元，對該單元進行讀寫，這個過程就是對內存尋址。（00029H）=F9H30頁圖1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3.1微型計算機的系統(tǒng)組成（3）內存的基本操作：

讀操作：從存儲單元取數據。非破壞性。寫操作：把數據裝入存儲單元。破壞性。1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3.1微型計算機的系統(tǒng)組成3、輸入設備（inputdevice）與輸出設備（outputdevice）二者合稱外部設備，簡稱I/O設備。4、輸入輸出接口（I/O）：CPU與外設之間信息傳遞的橋梁。1、地址總線AB

單向輸出，三態(tài)控制。CPU利用地址總線，輸出地址信號，與數據總線結合，用以確定數據的來源和數據的目的。地址總線寬度因MPU而不同，，他的數目決定了，外接存儲器的最大存儲容量。（例子）地址總線可以是三態(tài)，處于高阻態(tài)，讓外部控制器占用。16條地址線，內存最大容量：216B二、微型計算機硬件系統(tǒng)的連接結構2、數據總線DB

雙向，三態(tài)控制。用于在CPU與存儲器和I/O接口之間傳遞信息。3、控制總線CB

三態(tài)控制，用于傳送各種控制信號、時序信號和狀態(tài)信息。CB中每一根線都有一在種固定的作用和方向，有的是CPU發(fā)出的信號，如讀、寫信號，有的是外部向CPU發(fā)出的請求信號，如中斷信號，每一根線方向是單一的，但總體上看是雙向的。二、微型計算機硬件系統(tǒng)的連接結構二、微型計算機的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3微型計算機的系統(tǒng)組成1.3.2微型計算機的分類1、微型計算機：簡稱MC，以微處理器為核心，通過BUS把I/O接口電路、CPU以及ROM、RAM有機結合在一起，構成一臺微型計算機。按字長分，1、4、8、16、32、64位機。（1）單板機（2）單片機（3）多板機（4）個人計算機1.3.2微型計算機的分類2、微型計算機系統(tǒng)微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)運算器

控制器寄存器組

內存儲器總線輸入輸出接口電路外部設備軟件微處理器微型計算機微型計算機系統(tǒng)1.3.2微型計算機的分類3、多媒體計算機能處理和提供圖文聲像等各種媒體形式信息、既有多媒體功能的計算機系統(tǒng)，稱為多媒體計算機。1.4處理器的內部結構及微機的工作過程1.4.1典型微處理器的內部結構CPU結構：1、運算器2、控制器3、內部寄存器陣列4、輸入輸出控制邏輯1.4.2存儲器內部結構及讀/寫操作由CPU來的地址信號地址寄存器地址譯碼器

。。。內存P00H01H2P-1數據緩沖器至CPU的數據總線由CPU來的控制信號控制電路存儲器內部結構圖1.4.2存儲器內部結構及讀/寫操作00H地址譯碼器

。。。內容00H01HRD控制電路存儲器讀操作示意圖XXXXXX001111103EDDBPAB1.4.2存儲器內部結構及讀/寫操作20H地址譯碼器

。。內容00H01HRD控制電路存儲器寫操作示意圖XXXXXX001111104CHDBPAB0100110020H1.4處理器的內部結構及微機的工作過程1.4.3微型計算機的工作過程一、指令系統(tǒng)和程序指令：計算機中所規(guī)定的基本操作命令，稱為指令，通常一條指令對應著一種基本操作。程序：基本操作命令按一定的順序排列起來組成程序。程序是實現即定任務的指令序列，是指令的有序集合。指令系統(tǒng)：計算機所能識別和執(zhí)行的全部指令稱為指令系統(tǒng)，這是計算機所固有的，不同的微處理器有不同的指令系統(tǒng)。源程序：用戶為解決自己的問題，所編寫的程序為，源程序。一、指令系統(tǒng)和程序機器碼（指令代碼）：指令用二進制來表示。在計算機里按一定規(guī)律組合起來代表某操作命令的二進制代碼稱為指令的機器碼，或指令代碼。指令的機器碼分為：操作碼、操作數。加法指令：ADDAX，BX；AXAX+BX該指令的機器碼：01C3H，占兩個字節(jié)。操作碼：表示計算機執(zhí)行什么操作，操作數：參加操作的數本身，或操作數所在的地址。機器語言程序：使用指令的機器編寫的程序稱為機器語言程序。匯編語言程序：利用助記符和符號編寫的程序稱為匯編語言源程序。1.4處理器的內部結構及微機的工作過程二、程序的執(zhí)行過程馮.諾伊曼：存儲程序計算機的結構。計算機自動工作原理：可以概括為存儲程序和控制程序：把已編寫好的程序和數據事先放在存儲器中保存起來，啟動計算機后，給出程序中第一條指令的存儲地址，控制器可依據存儲程序中的指令順序周而復始的取出指令、分析指令（譯碼）、執(zhí)行指令，直至完成全部指令操作。取指令的操作必須給出指令的機器碼所在的單元地址，這要求一電路可以追蹤指令所在的地址，這就是程序計數器PC。讀取指令操作分為兩種：一是取指令的操作碼即取指操作，一是取指令的操作數。1.4.3微型計算機的工作過程例子：15H+36H=？指令指令機器碼地址說明MOVA，15H3E15H0000H被加數放AADDA，36HC636H0002HA與36H相加，結果放AMOV（20H），A3220H0004HA中內容送AHALT76H0006H暫停操作1.4處理器的內部結構及微機的工作過程1.4.3微型計算機的工作過程3EH15HC6H36H32H20H76H地址內容00H01H02H03H04H05H06H07H

程序必須事先放在存儲器中，假設起始地址為00H，，計算機啟動時，PC被賦值00H，機器就依次執(zhí)行這段程序。程序的執(zhí)行過程就是取指令，譯碼、和執(zhí)行指令的過程，1.4處理器的內部結構及微機的工作過程在程序執(zhí)行時，PC賦以第一條指令的地址00H，然后進入第一條指令的取指階段：1、PC指針的內容00H送地址寄存器。2、PC的內容自動加1，指向下一條指令01H3、地址寄存器AR把地址號00H通過地址總線送地址譯碼器，經譯碼后選種存儲器00H單元4、CPU給出讀命令5、所選中單元的內容3EH讀至數據總線上6、數據經總線送到數據寄存器DR7。因為是取指階段，所以DR將把指令送指令寄存器IR，經譯碼發(fā)出執(zhí)行這條指令的控制命令1.4處理器的內部結構及微機的工作過程00100000H01110110H01001011H05H20H1、PC指針的內容05H送地址寄存器。PC的內容自動加1，指向下一條指令0