微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

1、第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 掌握計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的表示 掌握計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu) 理解微型計(jì)算機(jī)的工作過程微處理器 嚴(yán)格講，微處理器 CPU CPU指的是計(jì)算機(jī)中執(zhí)行運(yùn)算和控制功能的區(qū)域，由算術(shù)邏輯部件(ALU)和控制部件兩大主要部分組成 把CPU和一組稱為寄存器（Registers）的特殊存儲器集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中，這個器件才被稱為微處理器微型計(jì)算機(jī) 以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM）、輸入輸出接口電路及系統(tǒng)總線等所組成的計(jì)算機(jī)，稱為微型計(jì)算機(jī)。 將這些組成部分集

2、成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 以微型計(jì)算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件，就構(gòu)成了完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 微型計(jì)算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī) 軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個層次：微處理器微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常用術(shù)語 位和字節(jié) 位（bit）是計(jì)算機(jī)所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位，它指的是取值只能為0或1的一個二進(jìn)制數(shù)值位。位作為單位時記作b 字節(jié)（byte）由8個位二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)算存儲容量的單位。字節(jié)作為單位時記作B K是kelo的縮寫，1K=1024； M是mega的縮寫，1M

3、=1024K； G是Giga的縮寫，1G=1024M； T是tera的縮寫，1T=1024G。常用術(shù)語 字長是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字長有4位、8位、16位、32位和64位等等。 8088稱為準(zhǔn)16位微處理器。半字節(jié)字節(jié)字雙字03034707078F8F1017181F常用術(shù)語 主頻 主頻也叫做時鐘頻率，用來表示微處理器的運(yùn)行速度，主頻越高表明微處理器運(yùn)行越快，主頻的單位是MHz。 早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX2開始，主頻=外部總線頻率倍頻系數(shù) 外部總線頻率頻率通常簡稱為外頻，

4、它的單位也是MHz，外頻越高說明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越快。 倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)。 通過提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標(biāo)稱主頻更高的時鐘頻率上，這就是所謂的超頻。常用術(shù)語 MIPS MIPS是Millions of Instruction Per Second的縮寫，用來表示微處理器的性能，意思是每秒鐘能執(zhí)行多少百萬條指令 由于執(zhí)行不同類型的指令所需時間長度不同，所以MIPS通常是根據(jù)不同指令出現(xiàn)的頻度乘上不同的系數(shù)求得的統(tǒng)計(jì)平均值。 主頻為25MHz的80486其性能大約是20MIPS， 主頻為400MHz的

5、Pentium II的性能為832 MIPS iCOMP指數(shù) iCOMP指數(shù)是Intel公司為評價其32位微處理器的性能而編制的一種指標(biāo)，它是根據(jù)微處理器的各種性能指標(biāo)在微型計(jì)算機(jī)中的重要性來確定的 iCOMP指數(shù)包含的指標(biāo)有整數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算、浮點(diǎn)數(shù)學(xué)計(jì)算、圖形處理以及視頻處理等，這些指標(biāo)的重要性與它們在應(yīng)用軟件中出現(xiàn)的頻度有關(guān)，所以iCOMP指數(shù)說明了微處理器在微型計(jì)算機(jī)中應(yīng)用的綜合性能。常用術(shù)語 微處理器的生產(chǎn)工藝 指在硅材料上生產(chǎn)微處理器時內(nèi)部各元器件間連接線的寬度，數(shù)值越小，生產(chǎn)工藝越先進(jìn)，微處理器的功耗和發(fā)熱量越小。 英特爾一直擁有世界上雖好的半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)線。為了研制32納米技術(shù)

6、，公司投資70億美元用于研發(fā)和升級原有的生產(chǎn)線。 目前英特爾長期的CPU對手AMD還處在45納米階段，而英特爾不僅已開始大量生產(chǎn)32納米芯片，下一代22納米的測試芯片已近完成，預(yù)計(jì)明年推出。 1米等于10的九次方納米 微處理器的集成度 指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。 最早Intel 4004的集成度為2250個晶體管，目前Pentium III的集成度已經(jīng)達(dá)到750萬個晶體管以上，集成度提高了3000多倍。1、1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類 1、1、1 微機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展微機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展1971年，美國年，美國Intel公司研究并制造了公司研究并制造了I4

7、004微處理器芯微處理器芯片。該芯片能同時處理片。該芯片能同時處理4位二進(jìn)制數(shù)，集成了位二進(jìn)制數(shù)，集成了2300個晶個晶體管，每秒可進(jìn)行體管，每秒可進(jìn)行6萬次運(yùn)算，成本約為萬次運(yùn)算，成本約為200美元。它是美元。它是世界上第一個微處理器芯片，以它為核心組成的世界上第一個微處理器芯片，以它為核心組成的MCS-4計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界第一臺微型計(jì)算機(jī)第一臺微型計(jì)算機(jī)的誕生。的誕生。微機(jī)概念：微機(jī)概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲器、輸入心，配以存儲器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所制造出的計(jì)算機(jī)。

8、制造出的計(jì)算機(jī)。劃分階段的標(biāo)志：劃分階段的標(biāo)志：以字長和微處理器型號。以字長和微處理器型號。（1983-1993年）年）32位微處理器時期位微處理器時期 典型產(chǎn)品有典型產(chǎn)品有Intel 4004(1971年、年、4位位)和和Intel 8008（1972年、年、8位）。位）。 特點(diǎn)特點(diǎn): 1.字長：字長： 4位或位或8位位 2.時鐘頻率：時鐘頻率：1MHz 3.平均執(zhí)行指令時間：平均執(zhí)行指令時間：1520s 4.集成度：集成度：2000管管/片片第二代（第二代（19731978年）：中高檔年）：中高檔8位微處位微處理器時代理器時代 Intel 8080,MotorolaIntel 8080,M

9、otorola公司的公司的M6800M6800，ZilogZilog公司的公司的Z80Z80，IntelIntel公司的公司的80858085，RockwellRockwell與與MOS TechnologyMOS Technology的的65026502等。等。 特點(diǎn)特點(diǎn): : 1.1.字長：字長： 8 8位位 2.2.時鐘頻率：時鐘頻率： 2 24MHz4MHz 3.3.平均執(zhí)行指令時間：平均執(zhí)行指令時間： 1 12 s2 s 4.4.集成度：集成度：5000 5000 1000010000管管/ /片片 Intel公司的公司的8086/8088、Motorola公公司的司的M68000和

10、和Zilog 公司的公司的Z8000 特點(diǎn)特點(diǎn): 1.字長：字長： 16位位 2.時鐘頻率：時鐘頻率： 540MHz 3.平均執(zhí)行指令時間：平均執(zhí)行指令時間： 0.5 s 4.集成度：集成度：20000 60000管管/片片（1983-1993年）年）32位微處理器時期位微處理器時期 19831983年年ZilogZilog公司推出公司推出Z8000Z8000微處理器微處理器 19841984年年MotorolaMotorola公司推出公司推出MC68020MC68020微處理器微處理器 19851985年，年， IntelIntel公司推出能進(jìn)行多任務(wù)處理的公司推出能進(jìn)行多任務(wù)處理的3232

11、位微處理器位微處理器8038680386 19891989年，年， IntelIntel公司推出公司推出8048680486，同期有，同期有MotorolaMotorola公司的公司的M68040M68040 特點(diǎn)特點(diǎn): : 1.字長：字長： 32位位 2.時鐘頻率：時鐘頻率： 10120MHz 3.平均執(zhí)行指令時間：平均執(zhí)行指令時間： 0.2s 4.集成度：幾十萬上百萬管集成度：幾十萬上百萬管/片片 1993年年3月，月，Intel公司的奔騰（公司的奔騰（Pentium） 時鐘頻率：時鐘頻率：60/66MHz 運(yùn)行速度：運(yùn)行速度：100MIPS 集成度：集成度：310萬管萬管/片片 1995

12、年年2月，月， Intel公司的公司的Pentium Pro 時鐘頻率：時鐘頻率：166MHz以上以上 集成度：集成度：550萬管萬管/片片 1996年年 Intel公司的公司的Pentium MMX （多能奔騰）（多能奔騰） 1997年到年到1999年，年，Intel公司的公司的Pentium 、Pentium 、AMD公司的公司的AMD-K7，這些芯片的集成度高達(dá)這些芯片的集成度高達(dá)750萬管萬管/片，時片，時鐘頻率達(dá)到鐘頻率達(dá)到750MHz。 2001年底，年底， Pentium 主頻高達(dá)主頻高達(dá)2GHz，具有具有4200萬只晶體管，主流高端萬只晶體管，主流高端32位位CPU市場的佼佼者

13、。市場的佼佼者。 AMD公司的公司的Athlon CPU，1.33GHz主頻主頻及及2GHz主頻。主頻。 20012001年年5 5月，月，IntelIntel公司正式推出了第一公司正式推出了第一種種6464位微處理器位微處理器ItaniumItanium。ItaniumItanium由英由英特爾和惠普聯(lián)合開發(fā)，主要用于工作站特爾和惠普聯(lián)合開發(fā)，主要用于工作站和服務(wù)器機(jī)型，內(nèi)置和服務(wù)器機(jī)型，內(nèi)置2 24MB4MB的的3 3級緩存、級緩存、工作頻率為工作頻率為800MHz800MHz及及722MHz722MHz的產(chǎn)品，價的產(chǎn)品，價格為格為11771177美元至美元至44274427美元。美元。

14、AMDAMD公司的公司的AMD-K8 AMD-K8 Intel的CPU的發(fā)展史intel 4004，intel 的發(fā)展史就是從這塊的發(fā)展史就是從這塊cpu起步的起步的80088085808680286，intel最后一塊最后一塊16位位cpu80386，intel第一代第一代32位位cpu486，這是intel最后一代以數(shù)字編號的cpupentium，傳說中的，傳說中的586pentium propentium mmxpentiumceleron，引發(fā)超頻熱潮，引發(fā)超頻熱潮pentium_katmaipentiumIntel pentium tualatin/coppermineintel p

15、entium_423intel pentium_478酷?？犷?雙核雙核E8300處理器處理器微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀超級流水線技術(shù)將流水線深度增加了一倍超級流水線技術(shù)將流水線深度增加了一倍數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴(kuò)展2(SSE2)2(SSE2)指令集擴(kuò)展指令集擴(kuò)展MMXMMX和和SSESSE技術(shù)技術(shù), ,更好的支持更好的支持DVDDVD播放，音頻和播放，音頻和3D3D圖形圖形數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)流數(shù)據(jù)處理等數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)流數(shù)據(jù)處理等采用了全新的一級（采用了全新的一級（L1L1）指令高速緩存技術(shù)）指令高速緩存技術(shù)采用先進(jìn)的采

16、用先進(jìn)的400MHz400MHz系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 具有雙通道具有雙通道RDRAMRDRAM，可實(shí)現(xiàn)更高性能，可實(shí)現(xiàn)更高性能 1、1、2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 由于微型計(jì)算機(jī)具有體積小，價格低，性能可靠，結(jié)構(gòu)靈活，使用方便等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算，信息處理，工業(yè)過程控制，人工智能，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，商業(yè)流通等。主要有以下幾個方面：1.科學(xué)計(jì)算和信息處理2.輔助設(shè)計(jì)和輔助制造3 .測控領(lǐng)域4 .網(wǎng)絡(luò)通信1. 科學(xué)計(jì)算和信息處理 科學(xué)計(jì)算一直是計(jì)算機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)明計(jì)算機(jī)的原始目的就是為了科學(xué)計(jì)算 信息處理是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用得最廣泛的領(lǐng)域。信息處理就是用微型計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)

17、活動、社會和科學(xué)研究中獲得的大量信息進(jìn)行存儲、分類、變換、計(jì)算和傳輸，以符合人們要求和習(xí)慣的形式輸出、顯示或再控制 2. 輔助設(shè)計(jì)和輔助制造 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造（CAD/CAM）是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的另一個重要領(lǐng)域CAD:是指人們利用計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行各種工程設(shè)計(jì)、模擬和測試 CAM:是指利用計(jì)算機(jī)控制機(jī)械加工和制造3. 測控領(lǐng)域1.軍事方面 用于導(dǎo)彈、核武器、宇宙飛船、潛水艇、雷達(dá)、電子對抗等。2.工業(yè)方面 用于化工過程控制、機(jī)床自動控制、冶煉過程控制、發(fā)電廠控制、裝配機(jī)械控制、生產(chǎn)自動化控制、機(jī)器人等。3.測試與儀器方面 智能儀器、自動測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、虛擬儀器、遙控遙測等。4

18、.通信及交通方面 程控交換機(jī)、傳真電報、移動通信電臺及手記、汽車電子設(shè)備、自動點(diǎn)火系統(tǒng)、交通信號控制、自動售票、車輛調(diào)度、導(dǎo)航及空中管制、航空自動駕駛。5.文體衛(wèi)生方面 計(jì)算機(jī)、CT掃描儀、超聲診斷儀、腦電圖儀、X射線機(jī)。6.家電產(chǎn)品 以嵌入式微處理器為主，如電視機(jī)、空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯鍋、智能玩具等4. 網(wǎng)絡(luò)通信 金融服務(wù) 電子商務(wù) 電子消息傳遞 電子數(shù)據(jù)交換 電視會議 移動通信 1、1、3 微型計(jì)算機(jī)的分類微型計(jì)算機(jī)的分類按應(yīng)用對象分為：按應(yīng)用對象分為：1、單片機(jī)：、單片機(jī)：又稱單片微控制器又稱單片微控制器, ,它不是完成某一個邏輯功它不是完成某一個邏輯功能的芯片能的芯片, ,而是

19、把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概而是把一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：它主要是將微處理器、部分存儲器、輸入輸出接括的講：它主要是將微處理器、部分存儲器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上，一塊芯片就成了一臺計(jì)口都集成在一塊集成電路芯片上，一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)算機(jī) 2、單板機(jī)：、單板機(jī)：將計(jì)算機(jī)的各個部分都組裝在一塊印制電路將計(jì)算機(jī)的各個部分都組裝在一塊印制電路板上，包括微處理器板上，包括微處理器/ /存儲器存儲器/ /輸入輸出接口，還有簡單的輸入輸出接口，還有簡單的七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)強(qiáng)，適于

20、進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯?shí)驗(yàn)板上操作，強(qiáng)，適于進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯?shí)驗(yàn)板上操作，適用于教學(xué)。適用于教學(xué)。 3、PC機(jī)（機(jī)（Personal Computer ） :面向個人單獨(dú)使用的一面向個人單獨(dú)使用的一類微機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。類微機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。1 1、2 2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是采用二進(jìn)制形式存儲和處理的，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是采用二進(jìn)制形式存儲和處理的，二進(jìn)制數(shù)只有兩個數(shù)字二進(jìn)制數(shù)只有兩個數(shù)字0 0和和1 1，這與我們?nèi)粘Ｉ钪?，這與我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫氖M(jìn)制數(shù)是不同的。所使用的十進(jìn)

21、制數(shù)是不同的。 1 1、2 2、1 1 計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制十進(jìn)制符合人們的習(xí)慣符合人們的習(xí)慣 二進(jìn)制二進(jìn)制便于物理實(shí)現(xiàn)便于物理實(shí)現(xiàn) 八進(jìn)制、十六進(jìn)制八進(jìn)制、十六進(jìn)制便于識別、書寫便于識別、書寫 1 1、2 2、1、1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制的表示法進(jìn)位計(jì)數(shù)制的表示法 計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制數(shù)計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制數(shù)B（Binary） ，但為了書寫，但為了書寫和閱讀的方便，引入了八進(jìn)制數(shù)和閱讀的方便，引入了八進(jìn)制數(shù)O（Octal）和十六和十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)H（Hexadecimal） 。 1、十進(jìn)制表示法、十進(jìn)制表示法十進(jìn)制數(shù)是大家熟悉的，用十進(jìn)制數(shù)是大家熟悉的，用0，1，2

22、，8，9十個不十個不同的符號來表示數(shù)值，它采用的是同的符號來表示數(shù)值，它采用的是“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十十”的原則。的原則。十進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：十進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： N = Ki * 10i 其中：其中：Ki = 0 9ni=-m例：十進(jìn)制數(shù)例：十進(jìn)制數(shù)1234.6表示如下：表示如下：(1234.6)= 1 * 103 + 2 * 102 + 3 * 101 + 4 * 100 +6 * 10-12、二進(jìn)制表示法、二進(jìn)制表示法基數(shù)為基數(shù)為2 2的記數(shù)制叫做二進(jìn)制。的記數(shù)制叫做二進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算規(guī)則是二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。 二進(jìn)制表

23、示數(shù)值方法如下：二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： NB = Ki * 2i 其中：其中：Ki = 0 或或 1ni=-m例：二進(jìn)制數(shù)例：二進(jìn)制數(shù)1011.1表示如下：表示如下：(1011.1)B= 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 +1 * 2-1運(yùn)算規(guī)則：運(yùn)算規(guī)則：加法運(yùn)算：加法運(yùn)算：0+0 = 0 0+1 = 1 1+0 = 1 1+1 =10 （逢二進(jìn)一）（逢二進(jìn)一）減法運(yùn)算：減法運(yùn)算：0-0 = 0 10-1 =1 （借位）（借位） 1-0 = 1 1-1 =0乘法運(yùn)算：乘法運(yùn)算：0 * 0 =0 0 * 1 =0 1 * 0 =0 1 * 1 =1除法運(yùn)算除

24、法運(yùn)算0 / 1 =0 1 / 1 =13、八進(jìn)制表示法、八進(jìn)制表示法八進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為八的計(jì)數(shù)制。八進(jìn)制數(shù)主要采用八進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為八的計(jì)數(shù)制。八進(jìn)制數(shù)主要采用0，1，2，7這八個阿拉伯?dāng)?shù)字。這八個阿拉伯?dāng)?shù)字。八進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為八進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”。八進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：八進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： NO = Ki * 8i 其中：其中：Ki = 0 、1、2、3、4、5、6、7ni=-m例：（例：（467.6)O=4 * 82 + 6 * 81 + 7 * 80 + 6 * 8-14、十六進(jìn)制表示法、十六進(jìn)制表示法基數(shù)為基數(shù)為16，用，用0 - 9 、A

25、 - F 十五個字符來數(shù)值，逢十六十五個字符來數(shù)值，逢十六進(jìn)一。進(jìn)一。各位的權(quán)值為各位的權(quán)值為 16i 。二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下： NH= Ki * 16i 其中：其中：Ki = 0 - 9 、A - Fni=-m例：（例：（56D.3)H = 5 * 162 + 6 * 161 + 13 * 160 + 3 * 16-1如何區(qū)分不同進(jìn)位記數(shù)制的數(shù)字在數(shù)字后面加一個字母進(jìn)行區(qū)分： 二進(jìn)制：數(shù)字后面加B, 如1001B 八進(jìn)制：數(shù)字后面加O, 如1001O 十進(jìn)制：一般不加, 如1001 十六進(jìn)制：數(shù)字后面加H , 如1001H 在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略數(shù)

26、字后面的字母1 1、2 2、1 1、2 2 進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換1、非十進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換、非十進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制求和。進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制求和。例例:11101.101B=124+123+122+021+120+12-1+02-2+12-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =29.875 13FAH = (?)10（2）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法：方法：A、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相加。

27、換結(jié)果進(jìn)行相加。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除除2取余法取余法：用用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為數(shù)，直到商為0。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘乘2取整法取整法：每次用每次用2與小數(shù)部分相乘，與小數(shù)部分相乘，取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘2直到小部分為直到小部分為0。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。例：將（例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 2 136 余數(shù)（結(jié)果）余數(shù)

28、（結(jié)果） 低位低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 0 2 8 - 1 2 4 - 0 2 2 - 0 2 1 - 0 0 - 1 高位高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B例：將（例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。0.625 * 2 1.25 * 2 0.5 * 2 1.0 取整：取整： 高位高位 低位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D = (0.101)B例 、將十進(jìn)制數(shù)45.25轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)例、將十進(jìn)制數(shù)45.25轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 整數(shù)部分 小數(shù)部分452=22 余1 低位 0.252=0.5 取整數(shù)0 高位222=1

29、1 余0112=5 余1 0.52=1.0 取整數(shù)1 低位 52=2 余1 22=1 余0 11=0 余1 高位所以，45.25=(101101.01)2 或(101101.01)B45.25= (0010，1101.0100)B=(2D.4)16 或(2D.4)H2、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換A、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用“三位化一位三位化一位”的方的方法。法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每

30、三位分一組，向左不足三位的，從左邊補(bǔ)左不足三位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足三位的，從右邊；向右不足三位的，從右邊補(bǔ)補(bǔ)0。B、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用“四位化一位四位化一位”的方法。的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補(bǔ)向左不足四位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足四位的，從右；向右不足四位的，從右邊補(bǔ)邊補(bǔ)0。例：將例：將(1000110.01)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。 1 000 110 . 01 001 000 110 . 010 ( 1 0 6 . 2 )O二

31、進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：（1000110.01）B = 100 0110 . 01 0100 0110 . 0100(4 6 . 4)H（2）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法：采用方法：采用“一位化三位（四位）一位化三位（四位）”的方法。的方法。按順序按順序?qū)懗雒课话诉M(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所寫出每位八進(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：將例：將(352.6)o轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 3 5 2 . 6 011 101 010 110 =(11

32、 101 010 . 11)B無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算無符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 無符號數(shù) 算術(shù)運(yùn)算 有符號數(shù) 邏輯運(yùn)算一、無符號數(shù)的運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算 包括： 加法運(yùn)算 減法運(yùn)算 乘法運(yùn)算 除法運(yùn)算1. 規(guī)則 加法：1+1=0（有進(jìn)位）, 減法：0-1=1（有借位）, 乘除法： 一個數(shù)乘以2相當(dāng)于該數(shù)左移一位；除以2則相當(dāng)于該數(shù)右移1位。 例： 000010110100=00101100B 000010110100=00000010B11B 即： 商=00000010B 余數(shù)=00000011B2. 無符號數(shù)的表示范圍 一個n位的無符號二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為 0 X 2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)

33、生溢出。（或者說運(yùn)算結(jié)果超出n位，則產(chǎn)生溢出）判別方法： 運(yùn)算時，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或 借位）時則產(chǎn)生溢出。例： 11111111 + 00000001 1 00000000結(jié)果超出位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為256，超出位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍255） 3. 邏輯運(yùn)算 與()、或()、非() 、異或() 特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無進(jìn)借位 運(yùn)算規(guī)則.例：A=10110110, B=01101011求：AB, AB, AB 4. 邏輯門邏輯門：完成邏輯運(yùn)算的電路掌握： 與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）； 與非門、或非門的應(yīng)用。與門（AND Gate）Y = ABABY000010

34、100111&ABY注：基本門電路僅完成注：基本門電路僅完成1位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算或門（OR Gate）Y = ABABY000011101111YAB11非門（NOT Gate）1AYY = AAY0110異或門（eXclusive OR Gate）Y = ABYABABY0000111011101、2、2 帶符號二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算帶符號二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算 計(jì)算機(jī)中的帶符號二進(jìn)制數(shù)計(jì)算機(jī)中的帶符號二進(jìn)制數(shù) 把二進(jìn)制數(shù)的把二進(jìn)制數(shù)的最高位最高位定義為符號位定義為符號位 符號位為符號位為 0 表示表示正數(shù)正數(shù)，符號位為，符號位為 1 表示表示負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) 連同符號位一起數(shù)值化

35、了的數(shù)，稱為連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)。 機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值真值。（在以下講述中，均以位二進(jìn)制數(shù)為例）（在以下講述中，均以位二進(jìn)制數(shù)為例）例： +52 = +0110100 = 0 0110100 符號位數(shù)值位 -52 = -0110100 = 1 0110100 真值真值機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)符號數(shù)的表示符號數(shù)的表示對于符號數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示對于符號數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有方法有原碼原碼、反碼反碼和和補(bǔ)碼補(bǔ)碼三種。三種。數(shù)數(shù)X的原碼記作的原碼記作 X 原原，反碼記作，反碼記作 X 反反，補(bǔ)碼記作，補(bǔ)碼記作 X 補(bǔ)補(bǔ)。注意：對正數(shù)，三種

36、表示法均相同。注意：對正數(shù)，三種表示法均相同。 它們的差別在于對負(fù)數(shù)的表示。它們的差別在于對負(fù)數(shù)的表示。1. 原碼 X 原原 定義符號位：0表示正，1表示負(fù)； 數(shù)值位：真值的絕對值。nnnXXXXX 11122200-原碼的例子原碼的例子真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼X原 =0 0010010X原 =1 0010010符號符號位n位原碼表示數(shù)值的范圍是位原碼表示數(shù)值的范圍是對應(yīng)的原碼是對應(yīng)的原碼是1111 0111。() ()nn 112121數(shù)數(shù)0的原碼的原碼 8位數(shù)0的原碼：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：數(shù)0的原碼不唯一

37、。nnnXXX|X|X 112(2 1) 2002. 反碼 X 反反 若X0 ，則 X反=X原 若X0， 則X補(bǔ)= X反= X原 若X0， 則X補(bǔ)= X反+1-nnnXXXXX 11222 00 -例： X= 52= 0110100 X原 = 10110100 X反 = 11001011 X補(bǔ) = X反+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是對應(yīng)的補(bǔ)碼是對應(yīng)的補(bǔ)碼是1000 0111。()11221nn0的補(bǔ)碼： +0補(bǔ)= +0原=00000000 -0補(bǔ)= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 對對8 8位字長，進(jìn)位被舍掉位字長，進(jìn)位被舍掉+0

38、補(bǔ)= -0補(bǔ)= 00000000特殊數(shù)10000000 該數(shù)在原碼中定義為： -0 在反碼中定義為： -127 在補(bǔ)碼中定義為： -128 對無符號數(shù)：(10000000) = 1288位有符號數(shù)的表示范圍： 對8位二進(jìn)制數(shù)：原碼： -127 +127反碼： -127 +127補(bǔ)碼： -128 +127想一想：16位有符號數(shù)的表示范圍是多少？有符號二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)： 1）求出真值 2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換例： 將一個用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 1) X補(bǔ) = 0 0101110B 真值為：+0101110B 正數(shù) 所以：X=+46 2) X補(bǔ) = 1 1010010B

39、 負(fù)數(shù) X = X補(bǔ)補(bǔ) = 11010010補(bǔ) = - 0101110B 所以：X = - 46負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求真值：符號位為負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求真值：符號位為1，數(shù)值位按位求反加，數(shù)值位按位求反加1 補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則 通過引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ) X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ) 其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號位參與運(yùn)算。*補(bǔ)碼的運(yùn)算原理 模模(module)就是一個計(jì)數(shù)系統(tǒng)的最大容量。就是一個計(jì)數(shù)系統(tǒng)的最大容量。例如例如，鐘表的模為，鐘表的模為12，8位二進(jìn)制數(shù)的模為位二進(jìn)制數(shù)的模為28。 凡是用器件進(jìn)行的運(yùn)算都是有模運(yùn)算，凡是用器件進(jìn)行的運(yùn)算都是有模運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果超運(yùn)

40、算結(jié)果超過模的部分會被運(yùn)算器過模的部分會被運(yùn)算器自動丟棄自動丟棄。因此，當(dāng)。因此，當(dāng)器件為器件為n位時，有位時，有X=2n+X (mod 2n)不難驗(yàn)證，不難驗(yàn)證， X補(bǔ)補(bǔ)=2n+X (mod 2n)因此，因此， X Y補(bǔ)補(bǔ)= 2n + (X Y) (mod 2n) = (2n+X) + (2n Y) (mod 2n) = X補(bǔ)補(bǔ)+ Y補(bǔ)補(bǔ)例： 例例1-10 計(jì)算（-70+55） -70原 =11000110 -70補(bǔ)= -70反+1=10111001+1 =10111010 55補(bǔ)=55原 = 00110111 -70補(bǔ)+55補(bǔ) =10111010+ 00110111= 11110001 因

41、符號位為“1”，所以對補(bǔ)碼相加結(jié)果11110001的數(shù)值部分 “求反加1”得：-15 所以：-70+5515符號數(shù)運(yùn)算中的溢出問題 進(jìn)進(jìn)(借借)位位 在加法過程中，符號位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位； 在減法過程中，符號位向更高位產(chǎn)生借位。 溢出溢出 運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。溢出的判斷方法 方法： 同號相減或異號相加不會溢出。 同號相加或異號相減可能溢出： 兩種情況：兩種情況：同號相加時，結(jié)果符號與加數(shù)符號相反溢出；異號相減時，結(jié)果符號與減數(shù)符號相同溢出。 方法： 兩個8位帶符號二進(jìn)制數(shù)相加或相減時，若 C7C61， 則結(jié)果產(chǎn)生溢出。 C7為最高位的進(jìn)(借)位；C為次高位的進(jìn)(借)位。例：有符號

42、數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯誤的有符號數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯誤的無符號數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果無符號數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是是錯誤的錯誤的 1 0 1 1 0 1 0 1 + + 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 + + 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 + + 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1CASE1:CASE2:CASE3（無符號數(shù)）（無符號數(shù)）:數(shù)的擴(kuò)展可以通過擴(kuò)大數(shù)的表示范圍防止溢出。但數(shù)的擴(kuò)展可以通過擴(kuò)大數(shù)的表示范圍防止溢

43、出。但數(shù)的擴(kuò)展不能改變數(shù)的大小，只能改變數(shù)的位數(shù)。不能改變數(shù)的大小，只能改變數(shù)的位數(shù)。正數(shù)擴(kuò)展：高位全部加正數(shù)擴(kuò)展：高位全部加0；負(fù)數(shù)擴(kuò)展：高位全部加負(fù)數(shù)擴(kuò)展：高位全部加1。例例 擴(kuò)展數(shù)（擴(kuò)展數(shù)（-70）的位數(shù)）的位數(shù) 解：解： -70 補(bǔ)補(bǔ) 10111010 1111111110111010純小數(shù)的補(bǔ)碼計(jì)算當(dāng)為純小數(shù)時，對當(dāng)為純小數(shù)時，對8位二進(jìn)制數(shù)，只需除以位二進(jìn)制數(shù)，只需除以27即可。即可。此時補(bǔ)碼表示的范圍是此時補(bǔ)碼表示的范圍是+127/128 -1，小數(shù)形式，小數(shù)形式是是0.11111111.0000000。小數(shù)點(diǎn)位于。小數(shù)點(diǎn)位于b7和和b6之間，之間，整數(shù)部分個位是符號位。整數(shù)部分

44、個位是符號位。 例例1 求求 +12/128 的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼+12/128反反=+12/128原原=0.09375原原= 0.00011000.09375*2 0.1875*2 0.375*2 0.75 1.5 1.0取整：取整： 高位高位 低位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0. 09375)D = (0.0001100)B例例2求求 -12/128 的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼0.09375*2 0.1875*2 0.375*2 0.75 1.5 1.0取整：取整： 高位高位 低位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0. 09375)D = (0.0001100)B-12/128原原=-0.09375原原 = 1.0001

45、100-12/128反反 = 1.1110011-12/128補(bǔ)補(bǔ)= 1.1110011反反+1 = 1.11101004. 移碼移碼 x移移定義：定義： x移移2n-1+x，x移移為機(jī)器數(shù)為機(jī)器數(shù) ，x為真為真值值移碼是將真值在數(shù)軸上往正方向平移了移碼是將真值在數(shù)軸上往正方向平移了2n-1。對。對8位位數(shù)，平移了數(shù)，平移了27=128。移碼也被稱作余碼、增碼或者。移碼也被稱作余碼、增碼或者偏移二進(jìn)制碼。在偏移二進(jìn)制碼。在A/D、D/A外圍電路中，常用到外圍電路中，常用到移碼。移碼。求一個數(shù)的移碼時只需將其二進(jìn)制補(bǔ)碼的符求一個數(shù)的移碼時只需將其二進(jìn)制補(bǔ)碼的符號位取反即可。號位取反即可。 +5補(bǔ)

46、補(bǔ)=00000101 +127補(bǔ)補(bǔ)=01111111+5移移=10000101 +127移移=111111110補(bǔ)補(bǔ)=00000000 -128補(bǔ)補(bǔ)=10000000 0移移=10000000 -128移移=00000000 1.2.3 數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示對對 R進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù) NR=S * RP，可以有很多表示方法。，可以有很多表示方法。如：十進(jìn)制數(shù)：如：十進(jìn)制數(shù)：265.78 可以有：可以有：265.78 、2657.8 * 10-1、0.26578 * 103 、2.6578 *102等。等。1 、定點(diǎn)數(shù)表示法、定點(diǎn)數(shù)表示法一般采用兩種簡單的約定：定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)。一般

47、采用兩種簡單的約定：定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)。 （1）、定點(diǎn)整數(shù)）、定點(diǎn)整數(shù)A、帶符號整數(shù)：、帶符號整數(shù)：某個某個N位二進(jìn)制數(shù)，其最高位為符號位，位二進(jìn)制數(shù)，其最高位為符號位，其它其它N-1位為數(shù)值部分：位為數(shù)值部分： Nf Nn-2 Nn-3 N2 N1 N0符號位符號位 數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn) B、無符號整數(shù)：所有的數(shù)位都用來表示數(shù)值。、無符號整數(shù)：所有的數(shù)位都用來表示數(shù)值。 Nn-1 Nn-2 Nn-3 N3 N2 N1 N0 數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn)（2）、定點(diǎn)小數(shù)）、定點(diǎn)小數(shù)用最高位表示符號，其它用最高位表示符號，其它N-1位表示數(shù)值部分，將小數(shù)位表示數(shù)值部分，將小數(shù)點(diǎn)定在數(shù)

48、值部分的最高位左邊。點(diǎn)定在數(shù)值部分的最高位左邊。 Nf Nn-2 Nn-1 N2 N1 N0符號位符號位 數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn) 例例 +0.1011010表示為表示為01011010 - 0.1011010表示為表示為110110102、浮點(diǎn)數(shù)表示、浮點(diǎn)數(shù)表示浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右移動。浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右移動。 N = S * R P， 二進(jìn)制二進(jìn)制 N = S * 2 P在計(jì)算機(jī)內(nèi)，存儲的格式：在計(jì)算機(jī)內(nèi)，存儲的格式： Pf P(m位位) Sf S(n位位) 階碼部分階碼部分 尾數(shù)部分尾數(shù)部分其中：其中：Pf：階符，表示階碼的正負(fù)，：階符，表示階碼的

49、正負(fù)，0為正，為正，1為負(fù)為負(fù) P：階碼，整數(shù)，常用補(bǔ)碼表示：階碼，整數(shù)，常用補(bǔ)碼表示 Sf：尾符，表示尾數(shù)的正負(fù)，：尾符，表示尾數(shù)的正負(fù)，0為正，為正，1為負(fù)為負(fù) S：尾數(shù)，純小數(shù)，用原碼表示，：尾數(shù)，純小數(shù)，用原碼表示，規(guī)格化規(guī)格化表示表示法法例如：例如： N1= 2001 01011 真值為真值為 20.6875=1.375 N2= 2010 01011 真值為真值為 40.6875=2.75 N1與與N2是兩個大小不同的數(shù)是兩個大小不同的數(shù) 浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右移動。浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右移動。 N = S * R P， 二進(jìn)制二進(jìn)制 N = S * 2

50、P2.浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍和規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍和規(guī)格化1)在相同位數(shù)情況下，浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍比定點(diǎn)數(shù)大在相同位數(shù)情況下，浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍比定點(diǎn)數(shù)大 如：如：8位二進(jìn)制表示位二進(jìn)制表示(包含符號位包含符號位) 定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)小數(shù)：其表示的數(shù)的范圍是：其表示的數(shù)的范圍是0000000101111111 相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的1/128127/128浮點(diǎn)數(shù)表示浮點(diǎn)數(shù)表示：若用：若用3位表示階碼位表示階碼(其中含一位符號位其中含一位符號位)，5位表示尾數(shù)位表示尾數(shù)(含一位符號位含一位符號位),其表示的數(shù)的范圍是：其表示的數(shù)的范圍是：2110.00012+110.1111，相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)，相當(dāng)于

51、十進(jìn)制數(shù)1/1287.5 當(dāng)機(jī)器字長一定時，分給階碼的位數(shù)越多，尾數(shù)占用的位數(shù)就越當(dāng)機(jī)器字長一定時，分給階碼的位數(shù)越多，尾數(shù)占用的位數(shù)就越少，則數(shù)的表示范圍越大。而尾數(shù)占用的位數(shù)減少，必然會減少少，則數(shù)的表示范圍越大。而尾數(shù)占用的位數(shù)減少，必然會減少數(shù)的有效位數(shù)，影響數(shù)的精度。因此，字長一定時，階碼與尾數(shù)數(shù)的有效位數(shù)，影響數(shù)的精度。因此，字長一定時，階碼與尾數(shù)的位數(shù)要根據(jù)數(shù)的表示范圍和精度要求來合理分配。的位數(shù)要根據(jù)數(shù)的表示范圍和精度要求來合理分配。 2）浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化表示）浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化表示 規(guī)格化規(guī)格化表示：使數(shù)值最高位為有效數(shù)值位。表示：使數(shù)值最高位為有效數(shù)值位。 尾數(shù)用尾數(shù)用原碼原碼表

52、示時，使其最高位為表示時，使其最高位為 1。正數(shù)規(guī)格化。正數(shù)規(guī)格化后，尾數(shù)的形式為后，尾數(shù)的形式為01 負(fù)數(shù)規(guī)格化后，尾數(shù)負(fù)數(shù)規(guī)格化后，尾數(shù)的形式為的形式為11 。 尾數(shù)用尾數(shù)用補(bǔ)碼補(bǔ)碼表示時，應(yīng)滿足尾數(shù)最高數(shù)值位與符號表示時，應(yīng)滿足尾數(shù)最高數(shù)值位與符號位不同，即位不同，即0.1 和和 1.0 。 規(guī)格化操作：相應(yīng)地調(diào)整尾數(shù)和階碼的大小，使其規(guī)格化操作：相應(yīng)地調(diào)整尾數(shù)和階碼的大小，使其滿足要求。滿足要求。例例: 將將0001120和和0001120轉(zhuǎn)換成規(guī)格化數(shù)轉(zhuǎn)換成規(guī)格化數(shù)(原碼原碼)解：解：00011200110022 因?yàn)槭钦龜?shù)因?yàn)槭钦龜?shù),將尾數(shù)左移將尾數(shù)左移2位，使小數(shù)點(diǎn)后第一位為位，

53、使小數(shù)點(diǎn)后第一位為1000112011100221、2、4 計(jì)算機(jī)中常用的編碼計(jì)算機(jī)中常用的編碼一、十進(jìn)制數(shù)的表示一、十進(jìn)制數(shù)的表示BCD碼碼 用用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：法：壓縮壓縮BCD碼碼和和非壓縮非壓縮BCD碼。碼。 壓縮壓縮BCD碼的每一位用碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，位二進(jìn)制表示，00001001表示表示09，一個字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。，一個字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。例如：十進(jìn)制數(shù)例如：十進(jìn)制數(shù)4256的壓縮的壓縮BCD碼表示為：碼表示為：0100 0010 0101 0110 B 非壓縮非壓縮BCD碼用一個字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)

54、，碼用一個字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高高4位總是位總是0000，低，低4位的位的00001001表示表示09。例如：十進(jìn)制數(shù)例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮的非壓縮BCD碼表示為：碼表示為： 00000100 00000010 00000101 00000110 B 計(jì)算機(jī)中除了能夠處理數(shù)值數(shù)據(jù)以外，計(jì)算機(jī)中除了能夠處理數(shù)值數(shù)據(jù)以外，還可以處理文字、語音、圖像等各種信還可以處理文字、語音、圖像等各種信息，這些信息統(tǒng)稱為非數(shù)值數(shù)據(jù)。息，這些信息統(tǒng)稱為非數(shù)值數(shù)據(jù)。 非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中也必須以非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中也必須以二進(jìn)制二進(jìn)制形式形式表示，非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示本質(zhì)上是表示，非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示本質(zhì)上是編碼

55、的過程。編碼的過程。 最常用的數(shù)據(jù)編碼：美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換最常用的數(shù)據(jù)編碼：美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼代碼(American Standard Code for Information Interchange, ASCII碼碼) （見下頁（見下頁ASCII編碼表）編碼表）二、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示二、非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCII碼美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼漢字編碼漢字編碼信息交換用漢字編碼信息交換用漢字編碼（GB-2312-80） l國家根據(jù)漢字的常用程度定出了一級和二級漢字字符集，并規(guī)定了編碼，這就是中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼（GB-2312-80）中的漢字的編碼，即國標(biāo)碼。l國

56、標(biāo)碼字符集共收錄漢字和圖形符號7445個。l該字符集中的任何一個圖形、符號及漢字都是用兩個7位的字節(jié)表示的。 漢字的表示方法（一級漢字3755個，二級漢字3008個） 輸入碼 國標(biāo)碼 一級（1655）*94 二級（5687）*94 圖形符號（682個）（0109）*94 拼音、五筆 漢字內(nèi)碼：漢字信息的存儲，交換和檢索的機(jī)內(nèi)代碼，兩個字節(jié)組成，每個字節(jié)高位都為1（區(qū)別于英文字符）漢字字模碼：漢字字形 點(diǎn)陣 漢字庫計(jì)算機(jī)中常用數(shù)據(jù)單位 bit 1Mb=10241024bit=220bit 1Gb=230bit=1024Mb 1Tb=240bit=1024Gb Byte 1 Byte=8bit，1

57、KB=1024 Byte， Word 表示字長，有1bit, 4bit, 8bit, 16bit等， 一般情況下為2Byte(16bit)。1.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 要求：要求：l了解微處理器、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成；了解微處理器、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成；l理解指令執(zhí)行的基本過程；理解指令執(zhí)行的基本過程；l掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成及主要性能指標(biāo)。掌握微型計(jì)算機(jī)的基本組成及主要性能指標(biāo)。 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想1、存儲程序：將解題的程序（指令序列）存放在存儲器中稱為存儲程序。2、程序控制：控制器依據(jù)存儲的程序控制全機(jī)協(xié)調(diào)地完成計(jì)算任務(wù)叫程序控制。3、馮諾依曼計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想1）

58、計(jì)算機(jī)應(yīng)包括運(yùn)算器、存儲器、控制器和輸入/輸出設(shè)備。2）計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)3）程序和原始數(shù)據(jù)事先存入主存儲器中，使計(jì)算機(jī)在工作時能夠自動高速地從存儲器中取出指令并加以執(zhí)行，即存儲程序的概念。譯碼器是將輸入代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出信號的邏輯電路。CPU的設(shè)計(jì)者對CPU的所有指令進(jìn)行編碼;用戶用編碼形式的指令進(jìn)行編程，程序存放在內(nèi)存中;CPU從內(nèi)存取來編碼形式的指令,對指令進(jìn)行譯碼，發(fā)出執(zhí)行該指令功能所需的信號。指令譯碼器: 將指令代碼轉(zhuǎn)換成該指令所需的各種控制信號。地址譯碼器: 將地址信號轉(zhuǎn)換成各地址單元相應(yīng)的選通信號。1.3.1 微處理器 微處理器也稱作中央處理單元，簡稱CPU（C

59、entral Processing Unit）,本身具有運(yùn)算和控制功能 控制器：負(fù)責(zé)全機(jī)的控制工作 運(yùn)算器：執(zhí)行所有的算術(shù)和邏輯運(yùn)算 微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，多數(shù)CPU是單片的，有時也會見多片型的，即幾個片合起來完成一個CPU的功能. 1.進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算 2.能對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作能對指令進(jìn)行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作 3.可暫存少量數(shù)據(jù)可暫存少量數(shù)據(jù) 4.提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制 5.能和存儲器、外設(shè)交換數(shù)據(jù)能和存儲器、外設(shè)交換數(shù)據(jù) 6.可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請求可以響應(yīng)其他部件發(fā)來的中斷請求 1.1.算術(shù)邏輯部件算術(shù)邏輯

60、部件（ALUALU）處理各種數(shù)據(jù)信息，可以進(jìn)行加、減、乘、除處理各種數(shù)據(jù)信息，可以進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)和與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算算術(shù)和與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算 2.2.累加器累加器(AC)(AC)和通用寄存器組和通用寄存器組用來保存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)以及運(yùn)算的中間結(jié)果，用來保存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)以及運(yùn)算的中間結(jié)果，也用來存放地址也用來存放地址 3.3.程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器（PCPC）指向下一條要取出的指令，指向下一條要取出的指令，自動加自動加 1 1 4.4.指令寄存器指令寄存器（IRIR）存放從存儲器中取出的指令碼存放從存儲器中取出的指令碼 5.5.譯碼器譯碼器（IDID）對指令碼進(jìn)行譯碼和分析，從而