微機原理基本概念

問題一市場上常見的主流處理器結構有ARM，POWERPC，X86，MIPS，DSP等，他們有什么不同？問題二什么是微機？按綜合性能指標分1.巨型計算機2.大型計算機3.中型計算機4.小型計算機5.微型計算機區(qū)別:巨：同時執(zhí)行數百萬用戶的指令，一般用于國家新聞中心(E.GCCTV)，國防，軍事大：同時執(zhí)行數萬用戶的指令，一般較大網站的服務器屬于此類小：同時執(zhí)行數百用戶的指令，一般學校，中小企業(yè)/辦公室網絡服務器微：一般單用戶，也可執(zhí)行數用戶的指令，PC機/筆記本/工作站第一章緒論1.1概述1.2運算基礎1.3微型計算機的基本結構1.1概述1.1.1微型計算機的發(fā)展第一階段(4/8位機)是1971～1973年，微處理器有4004、4040、8008。1971年Intel公司研制出MCS4微型計算機（CPU為4040，四位機）。后來又推出以8008為核心的MCS-8型。

第二階段(8位機)是1973～1977年，微型計算機的發(fā)展和改進階段。微處理器有8080、8085、M6800、Z80。初期產品有Intel公司的MCS一80型（CPU為8080，八位機）。后期有TRS-80型（CPU為Z80）和APPLE-II型（CPU為6502），在八十年代初期曾一度風靡世界。

第三階段是1978～1983年，十六位微型計算機的發(fā)展階段，微處理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型計算機代表產品是IBM-PC（CPU為8086）。本階段的頂峰產品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC／AT286(1986年)微型計算機。

第四階段便是從1983年開始為32位微型計算機的發(fā)展階段。微處理器相繼推出80386、80486。386、486微型計算機是初期產品。1993年，Intel公司推出了Pentium系列的微處理器。

第五階段(64位機)2003年9月，AMD公司發(fā)布了面向臺式機的64位處理器：Athlon64和Athlon64FX，標志著64位機的到來。。

由此可見，微型計算機的性能主要取決于它的核心器件——微處理器（CPU）的性能。

1.1.2微型計算機的特點1、體積小、重量輕、功耗低2、價格便宜3、可靠性高4、功能強、使用方便5、維護方便1.1.3微型計算機的字長字節(jié)字字長:CPU能同時處理的二進制位數,決定了計算機的運算精度和運算速度.1.2運算基礎1.2.1進位計數制進位計數制:數制是以表示數值所用的數字符號的個數來命名的（如：10011101B1234/1234D572Q2F0AH）,凡是按進位方式計數的數制就被稱為進位計數制?；鶖?進制中允許選用的的基本數碼的個數。位權:就是在某個固定位置上的計數單位。任何進制的數可以寫成按權展開的多項式和的形式如123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2

1.2.2二進制計算機內部,采用二進制,因為:.容易實現(xiàn).算術四則運算規(guī)則簡單.可進行二值邏輯運算1.2.3各進制之間的轉換舉例1、任意進制數→十進制數例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-1

4F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-22、十進制數→任意進制數例：將十進制數25.625轉換為二進制數。

225余數整數212K0=10.625×2=1.25k-1=126K1=01.25×2=0.5k-2=023K2=00.5×2=1k-3=121K3=10K4=1故25.625對應的二進制數為11001.101B3、十進制轉換成八進制,十六進制的方法同十進制轉換成二進制,/16或/8或*16或*8。4、二進制、八進制、十六進制之間的轉換例：1100010.1101111B=142.674Q1100010.1101111B=62.DEH142.674Q=001100010.110111100B4F5.C2H=010011110101.11000010B1.2.4計算機中帶符號數的表示方法幾個概念:無符號數帶符號數機器數真值機器數是帶符號位和數值位一起用二進制編碼來表示的數，它的數值稱為機器數的真值。機器數的三種表示方法:

原碼表示法

反碼表示法

補碼表示法一、原碼表示法

數的最高位表示數的符號，數值部分是數的絕對值，也稱真值，這種表示法稱為原碼表示法。

1．對于正數：符號位用0表示，數字位同真值。2．對于負數：符號位用1表示，數字位同真值。

例x＝+91＝+10l1011B[x]原=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]原=11011011B

“0”的表示：[+0]原=00000000B[-0]原=10000000B對于8位機，原碼可表示的數的范圍：-127～+127二、反碼表示法

數的最高位表示數的符號，數值部分對于正數同真值，對于負數是真值各位取反，這種表示法就叫反碼表示法。1．對于正數：符號位用0表示，數字位同真值。2．對于負數：符號位用1表示，數字位為真值按位取反。例x＝+91＝+10l1011B[x]反=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]反=10100100B

“0”的表示：[+0]反=00000000B[-0]反=11111111B對于8位機，反碼可表示的數的范圍：-127～+127三、補碼表示法

1．對于正數：符號位用0表示，數字位同真值。2．對于負數：符號位用1表示，數字位為它的反碼末位加1。例x＝+91＝+10l1011B[x]補=01011011B

例y＝-91＝-1011011B[y]補=10100100B+1=10100101B例x＝+8＝+0001000B[x]補=00001000B

例y＝-8＝-0001000B[y]補=11110111B+1=11111000B

從這兩個例子中得到如下規(guī)律：對一個數的補碼連同符號位在內求反加1，即為其相反數的補碼。例已知[+X]補=01000110B，則[-X]補=?

[-X]補=10111010B

“0”的表示：[+0]補=00000000B[-0]補=00000000B對于8位機，補碼可表示的數的范圍：-128～+127使用機器數要注意:

機器數是二進制數，由于符號位占據一位，因此有符號的數的形式值不等于真正的數值。特別對于負數的表示形式，原碼形式最高位的1表示負號，不是數，數值部分是數的真正值；而反碼和補碼就連數值部分也不是數本身了。所以，若要計算一個負數的機器數為十進制的多少時，只有負數的原碼的數值部分才可展開按權相加。

四、計算機引入補碼的好處

引入補碼,可以使減法運算轉化為加法運算，簡化了運算器的線路設計。在計算機中，減法可以通過加補碼來實現(xiàn)；乘法可以通過一系列移位相加來實現(xiàn)；除法則可以通過一系列移位加補碼來實現(xiàn)。

因此，計算機中只需要一個加法器就可完成運算。五、補碼運算

（１）補碼加法規(guī)則：[X+Y]補=[X]補+[Y]補

當兩個帶符號數采用補碼形式進行加法運算時，把符號和數值一起運算（若有進位丟掉），結果為兩數之和的補碼

（２）補碼減法規(guī)則：[X-Y]補=[X]補+[-Y]補例：已知[X]補=11101011B，[Y]補=11001010B，求[X+Y]補和[X-Y]補解：[-Y]補=00110110B[X+Y]補=[X]補+[Y]補=11101011B+11001010B=10110101B[X-Y]補=[X]補+[-Y]補=11101011B+00110110B=00100001B

[X+Y]補和[X-Y]補均無溢出.判斷是否溢出的方法:正負判斷法與雙高法

六、溢出及判斷（１）運算結果不能超出機器數所能表示的范圍，否則運算結果不正確，按溢出處理。（２）溢出的判斷：異號相加不會出現(xiàn)溢出同號相減不會出現(xiàn)溢出負加負和應該為負，若為正溢出正加正和應該為正，若為負溢出1.2.5計算機中數的小數點表示方法

一個二進制數1010.01B可表示為:1010.01B=24×0.101001B

那么,任意一個二進制數N,可表示為:N=2j×S

j----階碼,指明小數點的位置。

s----尾數,表示數N的全部有效數字。（1/2≤S＜1）對任何一個數，若階碼j總是固定不變的，則把這種表示法稱為數的定點表示。如果階碼j可以取不同的值，則把這種表示稱為數的浮點表示。

1.定點表示若定點計算機的階碼j＝0，則該定點數只能是小數，其表示的格式為:

數符.數值小數點的位置在符號位與尾數部分最高位之間。若為8位機,其能表示的數的范圍:－0.1111111B～＋0.1111111B即－(1-2－7)≤X≤1-2－7還以8位機為例,若定點計算機的階碼j＝7，則該定點數只能是整數，其表示的格式為:

數符

數值.小數點的位置在符號位與數值位之后。8位機能表示的數的范圍:－1111111B～＋1111111B即－(27－1)≤X≤27－12.浮點表示階符階碼數符.數碼

若浮點計算機的字長為13位，階符為1位，階碼為3位，數符為1位，數碼為8位，則所能表示數的范圍是：

01111．11111111～01110．1111llll即－27×（1-2－8）～＋27×（1-2－8）若階符1位、階碼m位、數符1位、數碼n位，則表示范圍：211…1×(－0.111…1)～211…1×(＋0.111…1)m個1n個1m個1n個1應當注意，浮點數的正負號是由尾數的正負號決定的，而階碼的正負號只決定小數點的位置，即決定浮點數的絕對值大小。1.2.6常用的二進制編碼一、BCD碼（二進制編碼的十進制數）

每一位十進制數用4位二進制編碼來表示。如：(12)BCD=00010010B*BCD碼不是二進制數，比如12=00001100B二、ASCII碼（二進制編碼的符號）

采用7位二進制碼對一個字符進行編碼，可表示128個字符，每個ASCII碼在機器中占1個字節(jié)，最高位常為0。當作符號的數字0～9的ASCII碼：30H～39H字母A～Z的ASCII碼：41H～5AH字母a～z的ASCII碼：61H～7AH

三、國標碼