第1章計算機基礎(chǔ)08

城第1章計算機基礎(chǔ)

微機原理與接口技術(shù)

■課程的性質(zhì)：

《微機原理與接口技術(shù)》課程是電子信息

科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課。

■教學(xué)目的：

掌握微機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理，掌握匯

編語言程序設(shè)計的基本方法，掌握接口技術(shù)及

其應(yīng)用，培養(yǎng)設(shè)計和開發(fā)計算機硬件、軟件應(yīng)

用系統(tǒng)的能力。

1

軍第1章計算機基礎(chǔ)

先修課程：

*《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》

*《高級語言程序設(shè)計》

*《數(shù)字邏輯》

理論課：60學(xué)時

共72學(xué)時（4.5學(xué)分）

實驗：12學(xué)時

課程設(shè)計：1周（1學(xué)分）

2

城第1章計算機基礎(chǔ)

教學(xué)內(nèi)容

第1章計算機基礎(chǔ)

第2章8086/8088微處理器

第3章8086/8088的指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計

第4章微機的存儲器

第5章微型計算機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸

第6章串并行通信和接口技術(shù)

第7章中斷控制器和計數(shù)器/定時器

第8章模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換

第9章32位微型計算機系統(tǒng)簡述

，主要參考書《IBM-PC匯編語言程序設(shè)計》（第.

2版）沈美明編著清華大學(xué)出版社2001年9月\菱

3

卷第1章計算機基礎(chǔ)

第1章計算機基礎(chǔ)

1.1計算機的基本原理與組成

1.2計算機的工作流程

1.3計算機中的數(shù)制與碼制

1.4微型計算機概述

4

不第1章計算機基礎(chǔ)

1.1計算機的基本原理與組成

1.計算機工作的基本原理

2.計算機的基本部件

3.計算機的硬件典型結(jié)構(gòu)

5

械第1章計算機基礎(chǔ)

1.計算機工作的基本原理

計算機工作的基本原理：存儲程序、程序控制

>馮?諾依曼(JohnVonNeumann)在1945年領(lǐng)

導(dǎo)設(shè)計EDVAC計算機的過程中提出的。奠定

了現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu)思想，到目前為止,

絕大多數(shù)計算機仍沿用這一結(jié)構(gòu)，稱為馮?諾

依曼機結(jié)構(gòu)。

6

7第1章計算機基礎(chǔ)

1）馮?諾依曼機基本特點

＞計算機有五大基本部件組成

＞采用存儲程序方式

＞數(shù)據(jù)以二進制碼表示

＞指令由操作碼和地址碼組成

＞由PC指明要執(zhí)行指令所在的單元地址，PC

值自動增'『且可按某些條件改變。

＞機器以運算器為中心

■突破：機器以存儲器為中心

7

不第1章計算機基礎(chǔ)

2）計算機工作過程的實質(zhì)

＞計算機之所以能在沒有人直接干預(yù)的情況下,

自動地完成各種信息處理任務(wù)，是因為人們

事先為它編制了各種工作程序，計算機的工

作過程，就是執(zhí)行程序的過程。

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城第1章計算機基礎(chǔ)

3）存儲程序

＞程序是由一條條指令按序組合而成的，而指令

是以二進制代碼的形式出現(xiàn)的，把執(zhí)行一項信

息處理任務(wù)的程序代碼，以字節(jié)或字為單位，

按順序存放在存儲器的一段連續(xù)的存儲區(qū)域內(nèi),

這就是存儲程序的概念。

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械第1章計算機基礎(chǔ)

I4）程序控制

■計算機工作時，CPU中的控制器部分，按照程

序指定的順序（由PC引導(dǎo)），到存放程序代

碼的內(nèi)存區(qū)域中去取指令代碼，在CPU中完成

對代碼的分析，然后，由CPU的控制器部分依

據(jù)對指令代碼的分析結(jié)果，適時地向各個部件

發(fā)出完成該指令功能的所有控制信號，這就是

程序控制的概念。

10

彳第1章計算機基礎(chǔ)

2.計算機的基本部件

11

騫第1章計算機基礎(chǔ)

1）存儲器

A功能：存放程序

與數(shù)據(jù)。

程序是計算機操

作的依據(jù)；數(shù)據(jù)

是計算機操作的

對象。

＞三級存儲系統(tǒng)

高速緩存一內(nèi)

存一外存

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城第1章計算機基礎(chǔ)

＞內(nèi)存由若干個存儲單元組成，每個單元存放若

千位二進制信息。為了區(qū)分不同的存儲單元，

通常把全部單元進行統(tǒng)一編號，此編號稱為存

儲單元的地址，它用二進制編碼表示。

＞存儲單元存入或取出信息，稱之為訪問存儲器,

即對存儲器進行寫入或讀出操作。通常，讀出

時，被讀出的存儲單元的內(nèi)容不變；寫入時，

被寫入的存儲單元原有內(nèi)容被破壞而代之以新

寫入的內(nèi)容。

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械第1章計算機基礎(chǔ)

I2)運算器

>一種執(zhí)行部件，主要完成信息的加工處理。

>由算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicalUnit)

和一系列寄存器組成。

?ALU是完成算術(shù)邏輯運算的部件，它的核心

是加法器。

?寄存器用于存放參加運算的操作數(shù)、運算的中

間結(jié)果和最終結(jié)果。寄存器的存取速度比存儲

器的存取速度快得多。

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械第1章計算機基礎(chǔ)

3)輸入設(shè)備——

＞輸入設(shè)備(InputEquipment)是用戶給主機提

供信息的裝置。該裝置一般具有信息轉(zhuǎn)換和數(shù)

據(jù)傳送功能。

＞如用戶提供的圖像、聲音等原始信息，輸入設(shè)

備具有將它們轉(zhuǎn)換為計算機所能識別的二進制

代碼并傳送給計算機的能力。

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械第1章計算機基礎(chǔ)

4)輸出設(shè)備——

＞輸出設(shè)備(OutEquipment)是接受計算機處

理結(jié)果的裝置。該裝置能將二進制代碼轉(zhuǎn)換為

用戶所能識別的信息形式。

?輸入/輸出設(shè)備多是電子和機電混合的裝置，

與運算器、存儲器等電子部件相比，速度較慢。

?輸入/輸出設(shè)備與主機連接需要通過接口電路。

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不第1章計算機基礎(chǔ)

5）控制器

＞計算機的控制和指揮中心，負責(zé)對指令進行譯

碼產(chǎn)生一系列控制信號指揮和協(xié)調(diào)計算機各部

件工作。

＞兩種類型的控制器：

?組合邏輯控制器

?微程序控制器

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不第1章計算機基礎(chǔ)

3.計算機的硬件典型結(jié)構(gòu)

■一種典型的計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是單總線結(jié)構(gòu)——用

總線將各部件連接起來。

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城第1章計算機基礎(chǔ)

＞總線是一組能為多個部件分時共享的信息傳送

線，用來連接多個部件，并為之提供信息交換

通路。

＞總線的特點是具有共享性和分時性。

＞所謂共享性是指連接在總線上的部件都可通過

總線傳遞信息。

＞所謂分時性是指在某一時刻總線只允許一個部

件送數(shù)據(jù)到總線上，即因分時而實現(xiàn)共享。

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翳第1章計算機基礎(chǔ)

1.2計算機的工作流程

1.模型計算機的結(jié)構(gòu)

2.計算機工作的基本流程

20

二第1章計算機基礎(chǔ)

存儲器

1.模型計算機的結(jié)構(gòu)

微操作控制信號

▲▲▲▲CPU

???MAR

控制邏/輯陣列

存

儲

PC

I/D

L+

MDR

/IRZ\

系統(tǒng)總線（BUS）*注：I/O接口電路在圖中省略耒

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二第1章計算機基礎(chǔ)

1）存儲器

RD

-控

W制000

/R邏

輯

FFF

數(shù)據(jù)寄存器

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械第1章計算機基礎(chǔ)

2)CPU

(1)程序計數(shù)器PC

>PC是用來提供下一條要執(zhí)行的指令的地址。組

成程序的指令序列一般是順序存放于主存連續(xù)

單元中，在程序順序執(zhí)行時，由PC自動增1功

能提供下一條指令的地址，若遇跳轉(zhuǎn)指令，則

由指令的地址碼字段經(jīng)地址形成部件形成下一

條指令地址送PC,從而改變程序執(zhí)行的流向。

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城第1章計算機基礎(chǔ)

(2)指令寄存器IR

>IR用來存放當(dāng)前從內(nèi)存中取出的指令。當(dāng)指令

從內(nèi)存中取出，為了分析它的操作性質(zhì)及操作

數(shù)所在的地址，必須將它存放于IR中，直到被

下一條取出的指令所取代。

(3)指令譯碼器ID

>ID的功能是對存放IR中的操作碼進行譯碼。經(jīng)

ID輸出的一系列控制電位反映該指令的操作性

質(zhì)。

*

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械第1章計算機基礎(chǔ)

(4)控制邏輯陣列PLA

>一種微操作信號發(fā)生器

>一條指令的取出和執(zhí)行可以分解成很多最基本

的操作，這種最基本的不可再分割的操作稱為

微操作。

>微操作信號發(fā)生器的功能是根據(jù)ID譯碼結(jié)果

和時序信號及狀態(tài)標(biāo)志，產(chǎn)生各種微操作控制

信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，完成取指令

和執(zhí)行指令的控制。

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第1章計算機基礎(chǔ)

(5)ALU：完成算術(shù)、邏輯運算

(6)累加器A：存放計算的結(jié)果和操作數(shù)

(7)標(biāo)志寄存器FR：存放狀態(tài)標(biāo)志和控制標(biāo)志

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不第1章計算機基礎(chǔ)

2.計算機工作的基本流程

指令周期

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城第1章計算機基礎(chǔ)

計算機的工作過程是執(zhí)行程序的過程。

程序是為求解特定問題而設(shè)計的指令序列，

所以計算機的工作過程就是按照給定次序執(zhí)

行一系列指令的過程。

執(zhí)行一條指令可以分成二個階段進行：

取指令(fetch)和執(zhí)行指令(execute)。

計算機的工作過程是反復(fù)取指和執(zhí)指的過程。

28

彳第1章計算機基礎(chǔ)

■例：指令A(yù)DD3；(A)+(03H)nA

OOH

PCf01H000100111）取指令

02H2）執(zhí)行指令

03H00000101

04H

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不第1章計算機基礎(chǔ)

1.3計算機中的數(shù)制與碼制

1.數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示

2.數(shù)的編碼表示及補碼運算

3.數(shù)的定點和浮點表示

4.數(shù)字和字符編碼

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V第1章計算機基礎(chǔ)

1.數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示

1）進位計數(shù)制

2）不同數(shù)制間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

3）二進制運算

31

y第1章計算機基礎(chǔ)

1）進位計數(shù)制

■采用位權(quán)表示法表示，有權(quán)的基R數(shù)制的數(shù)為:

>D=ZD1*Ri

（i=n-1、???、1、0、-1、-2、.??、-k）

R：基

Ri：位i的權(quán)

D”位i的基本符號

n：整數(shù)部分的位數(shù)

k：小數(shù)部分的位數(shù)

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不第1章計算機基礎(chǔ)

2)不同數(shù)制間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

例：(AD.4)16=(10101101.0100)2

=(255.2)8

=(173.25)1。

例J：(135.8125)1O=(1OOOO111.11O1)2

=(207.64)8

=(87.D)i6

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書第1章計算機基礎(chǔ)

3）二進制運算

■算術(shù)運算：+、-、*、

■邏輯運算：與、或、非、異或（按位運算）

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翳第1章計算機基礎(chǔ)

2.數(shù)的編碼表示及補碼運算

1）無符號數(shù)和帶符號數(shù)

2）機器數(shù)的三種表示方式

3）補碼加減法運算及運算結(jié)果的溢出判斷

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城第1章計算機基礎(chǔ)

1）無符號數(shù)和帶符號數(shù)

■無符號數(shù)

Nl=01101表示十進制數(shù)13

N2=10011表示十進制數(shù)19

■帶符號數(shù)

Nl=01101表示十進制數(shù)+13

N2=10011表示十進制數(shù)-3/-13/-12

A機器數(shù)：數(shù)在計算機中的表示形式，正號用“0”

表示，負號用“1”表示。

真值：用"+"、”「符號表示的原值。

＞機器數(shù)的三種表示方式：

原碼、補碼及反碼

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不第1章計算機基礎(chǔ)

2）機器數(shù)的三種表示方式

■純小數(shù)X的機器數(shù)為X0.X1X2.?.Xn,

字長為n+1位，X0為符號位。

■整數(shù)為X的機器數(shù)為XnXn-lXn-2…X1X0,

字長為n+1位，Xn為符號位。

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騫第1章計算機基礎(chǔ)

(1)原碼

①定義

LX0<X<1

兇原=Y

Li-x=i+|x|-1<X<0

「X0<X<2n

兇原二Y

2n-X=2n+|X|-2n<X<0

38

不第1章計算機基礎(chǔ)

②說明：

>［漢原=符號位+|X|

>0有兩種表示形式

>實現(xiàn)加減運算較復(fù)雜

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械第1章計算機基礎(chǔ)

(2)補碼

①模

＞數(shù)學(xué)上把一個計量系統(tǒng)的測量范圍稱為“模”。

＞設(shè)X和Y兩個數(shù)，以M為模，若滿足

X=Y+KXM(K為整數(shù))，則稱Y是X對模M

的補數(shù)。記作：

X=Y(modM)

＞例如：時鐘系統(tǒng)，其模為12。

10=-2+12

10—2(mod12)

40

械第1章計算機基礎(chǔ)

＞利用對模M的補數(shù)，減法運算可轉(zhuǎn)換為加法運算。

?例如：針對時鐘系統(tǒng)，有下式成立：

8-2=8+10(mod12)

＞在計算機中，機器數(shù)具有一定的范圍，屬于有模

運算。

?例如：當(dāng)機器數(shù)位數(shù)為8時，只能表示256個

不同的定點數(shù)，其模為256。有下式成立：

32-23=32+233(mod256)

?計算機中將X對模M的補數(shù)稱為X的補碼。

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申第1章計算機基礎(chǔ)

②補碼的定義

XO<X<1

兇補=Y

L2+X=2-|X|-1<X<O(mod2)

「X0<X<2n

兇補=<

L2n+1+X=2n+1-|X|-2n<X<0(mod2n+1)

42

翳第1章計算機基礎(chǔ)

I③說明

>［X］補=模*符號位+X

>負數(shù)補碼的實質(zhì)是把負數(shù)'映射'到正數(shù)域

>0有唯一編碼［+0］補=0.0000

>補碼的移位規(guī)則是：

?左移：高位移出，低位補0,若移出的數(shù)值

最高位與符號位不同，發(fā)生溢出。

-右移：低位移出，高位補符，移出時進行

舍入操作。

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械第1章計算機基礎(chǔ)

＞補碼的填充規(guī)則是：

?定點小數(shù)：符號位不變，在數(shù)值位的末位

后面補足0。

?定點整數(shù)：符號位不變，在符號位后用數(shù)

符補足所需的位數(shù)。

＞補碼加減運算規(guī)則：

?［X+Y］『［X］補+［Y］補

?［X-Y］補=［X］補+［-Y］補

＞［-Y］補被稱為［Y］補的機器負數(shù)。

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騫第1章計算機基礎(chǔ)

(3)反碼

①反碼的定義

「XO<X<1

[X]反一

L(2-2-n)+X-1<X<O(mod2-2-n)

「X0<X<2n

[X]反=1

I(2n+1-l)+X-2n<X<0(mod2n+1-l)

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翳第1章計算機基礎(chǔ)

②說明：

>0有兩種表示形式

>實現(xiàn)加法運算時，若最高位有進位，需要把

該值加到最低位上，才能得到正確結(jié)果

46

等第1章計算機基礎(chǔ)

3)補碼加減法運算及運算結(jié)果的溢出判斷

(1)補碼加法運算

(2)補碼減法運算

(3)補碼運算結(jié)果的溢出判斷

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書第1章計算機基礎(chǔ)

(1)補碼加法運算

■補碼加法運算公式：出+丫］補=［如補+［Y］補

■補碼加法運算特點：

＞符號位作為數(shù)的一部分參加運算

＞符號位向上的進位丟失

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不第1章計算機基礎(chǔ)

例如:X=0.1010>Y=0.0011,求X+Y

解：［X］補=o.ioio,［Y］補=o.oon

［X］補0.1010

+［Y］補0.0011

［X+Y］補0.1101

???X+Y=+0.1101

49

翳第1章計算機基礎(chǔ)

例如:X=+O.ion、Y=-0.如01,求X+Y

解：兇補=o.iou,[Y]補=i.ion

[X]補0.1011

+[Y]補L1011

[X+Y]補0.0110

???X+Y=+0.0110

50

翳第1章計算機基礎(chǔ)

(2)補碼減法運算

■補碼減法運算公式：區(qū)-丫］補=［耳補+［-Y］補

例如：X=+0.0110,Y=+0.1101,

求X-Y

解：［X］補=o.ouo,［-Y］補=i.oon

［X］補0.0110

+［-Y］補1.0011

［X：YJJ1.1001

???x-Y=-o.oin

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彳第1章計算機基礎(chǔ)

(3)補碼運算結(jié)果的溢出判斷

①溢出概念

例，X=+().10H，Y=+0.1001，求X+Y

解；［Xl^=0.1011,【珊=0.1001

0,1011

0.1001

［X+Y

例，X=-0.110bY=-0.101b求X+Y

解：⑻補=1.0011,=1.0101

,；鬻：［；：；兩個負數(shù)相加的結(jié)果成為正數(shù)

T11J|p1.U1U1________________________________________________________________

52

城第1章計算機基礎(chǔ)

■在確定了運算字長和數(shù)據(jù)的表示方法后，機

器所能表示數(shù)值的范圍也就相應(yīng)確定了，一

旦運算結(jié)果超出了這個范圍，就會產(chǎn)生溢出。

■兩個正數(shù)相加，結(jié)果大于機器所能表示的最

大正數(shù)，稱為上溢或正溢。而兩個負數(shù)相加,

結(jié)果小于機器所能表示的最小負數(shù)，稱為下

溢或負溢。

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翳第1章計算機基礎(chǔ)

②溢出判別方法

設(shè)：被操作數(shù)[Xb『Xs,XlX2.????,Xn

操作數(shù)[Y/=Ys,YlY2.????.Yn

操作（和或差）結(jié)果[S]#=SS9S1S2.????.Sn

方法1：單符芝儀判別法

>當(dāng)XSYS§S+NSTSSS=1,產(chǎn)生溢出

負溢正溢

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騫第1章計算機基礎(chǔ)

方法2：雙進位判別法

>Cs：符號位產(chǎn)生的進位

>C1：最高數(shù)值位產(chǎn)生的進位

>當(dāng)CsG+CsCl=l,產(chǎn)生溢出

一丁一.一丁一.

負溢正溢

55

翳第1章計算機基礎(chǔ)

方法3：雙符號位判別法

＞運算結(jié)果的兩符號位相異時，表示溢出；

相同時，表示未溢出。

S1S2=O1,正溢；S1S2=1O,負溢。

＞雙符號位補碼相加的結(jié)果，不論溢出與否,

最高符號位始終指示正確的符號。

56

翳第1章計算機基礎(chǔ)

例如：X=+0.1100,Y=+0.1000

求：X+Y

解：［X］補=00.1100

［Y］補=00.1000

［X］補00.1100

+［Y］補00.1000

［X+Y］補01.0100

S1S2=OL表示結(jié)果正溢，即結(jié)果大于1。

57

彳第1章計算機基礎(chǔ)

例如：X=-0,1100,Y=-0.1000

求：X+Y

解：［X］補=11.0100

［Y］補=11.1000

［X］補11.0100

+［Y］補1L1000

［X+Y］補10.1100

S1S2=1O,表示結(jié)果負溢，即結(jié)果小于-1。

58

械第1章計算機基礎(chǔ)

3.數(shù)的定點和浮點表示

■定點數(shù)：指計算機在運算過程中，數(shù)據(jù)中小數(shù)

點的位置固定不變。

■浮點數(shù)：指計算機在運算過程中，數(shù)據(jù)中小數(shù)

點的位置是浮動變化的。

1)定點數(shù)

2)浮點數(shù)(1)浮點數(shù)的表示范圍

(2)規(guī)格化浮點數(shù)

(3)機器0、上溢、下溢

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不第1章計算機基礎(chǔ)

1）定點數(shù)原碼表示范圍-（l-2-n）?（1-2-n）

補碼表示范圍：-1?（1-2F）

數(shù)

小數(shù)點位置（隱含）

符

原碼表示范圍-Qn-1）?（2n-1）

補碼表示范圍：-2n?（2叱1）

數(shù)

小數(shù)點位置（隱含）

符

60

不第1章計算機基礎(chǔ)

2）浮點數(shù)

N=MxRE

1位4----n+1位---------m位

Ms階碼E尾數(shù)M

定點整數(shù)（移碼或補碼）定點小數(shù)（原碼或補碼）

決定數(shù)的表示范圍決定有效數(shù)字的精度

61

彳第1章計算機基礎(chǔ)

(1)浮點數(shù)的表示范圍(設(shè)兩部分皆用補碼表示)

最大正數(shù)：

(l-2-m)x22%001...111...11

最小正數(shù)：

2-mX2-2n010...000...01

絕對值最大的負數(shù):

-1X22M101...100...00

絕對值最小的負數(shù):

-2-mX2中110...011...11

62

不第1章計算機基礎(chǔ)

（2）規(guī)格化浮點數(shù)

>尾數(shù)最高數(shù)位必須是一個有效值

1/R<|M|<1

>原碼0.1XXXX..???1.1XXXX.....

?當(dāng)M=-l/2時是規(guī)格化浮點數(shù)

>補碼0.1XXXX….?1.0XXXX...

?當(dāng)M=-l/2時不是規(guī)格化浮點數(shù)

63

不第1章計算機基礎(chǔ)

規(guī)格化浮點數(shù)與非規(guī)格化浮點數(shù)

＞補碼（非規(guī)格化）

?最小正數(shù)：

2-mx2-2n010.000...01

?絕對值最小的負數(shù)：

-2-mx2-2n110.011.1

＞補碼（規(guī)格化）

?最小正數(shù)：

2-1x2-2n010010.......0

?絕對值最小的負數(shù)：

（-2-1-2*x2-20110??????001........1

64

不第1章計算機基礎(chǔ)

(3)機器0、上溢、下溢

＞浮點數(shù)表示0的問題-----機器0

尾數(shù)為0或階碼值小于所能表示的最小值

＞上溢(出錯)

階碼值大于所能表示的最大值

＞下溢

階碼值小于所能表示的最小值

65

城第1章計算機基礎(chǔ)

例：已知，浮點數(shù)格式如下，階符1位，階碼3位,

契符1位，尾數(shù)7位，階碼、尾數(shù)均以補碼形式表

示，寫出x=o.ooooinB的規(guī)格化形式。

解：［M］補=0.0000111

規(guī)格化后：

尾數(shù)［X］補=0.1110000,階碼用］補=［—4］補=1100。

規(guī)格化浮點數(shù)形式為：

011001110000

數(shù)符階符階碼尾數(shù)

66

械第1章計算機基礎(chǔ)

4.數(shù)字和字符編碼——

1）ASCII碼（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）

＞字符在計算機中的一種表示方式。

＞7位二進制編碼表示一個字母、符號，共有128

種組合狀態(tài)。

＞在機器中一般用一個字節(jié)表示，最高位為0或

作為奇偶校驗位。

＞包括：

＞控制字符:00H?1FH、20H、7FH

＞顯示字符：20H?7EH

67

械第1章計算機基礎(chǔ)

2）十進制數(shù)的二進制編碼表示（BCD碼）

＞表示方法：

一位十進制數(shù)用四位二進制數(shù)表示,常采用

8421BCD碼.

＞特點：

?0~9分別用00分,0001,…,1001表示.

?每組四位二進制數(shù)之間是二進制的，組與

組之間是十進制的

＞例：（35）io的8421碼是（）？

＞注意運算結(jié)果的修正

?1+8=9、4+9=13、9+7=16%年

68

第1章計算機基礎(chǔ)

1.4微型計算機概述

L微型計算機的特點和發(fā)展

2.微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)

3.微型計算機的結(jié)構(gòu)

4.微機計算機的應(yīng)用

69

騫第1章計算機基礎(chǔ)

1.微型計算機的特點和發(fā)展

1）微型計算機的特點

①體積小、重量輕；

②價格低廉；

③可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活；

④應(yīng)用面廣。

70

*"第1章計算機基礎(chǔ)

2）微型計算機的發(fā)展

■微型計算機是第四代計算機的典型代表

>1971年，Intel4004——微型計算機時代。

>微處理器各代的劃分依據(jù)——字長和速度

71

城第1章計算機基礎(chǔ)

＞第1代：4位和低檔8位微處理器

.：.4004->4040-8008

?MCS-4微機、MCS-8微機

>第2代：中高檔8位微處理器

?中檔：8080>M6800、MOS6502,

?高檔：8085、Z80>M6809

?Altair8800>Apple-II微機、TP801

>第3代：16位微處理器

?8086—8088—80286,Z8000和M68000

?IBMPC/XT>IBMPC/AT

不第1章計算機基礎(chǔ)

>第4代：32位微處理器

80386—>80486—>Pentium—>

Pentiumll—>PentiumIII—>Pentium4

32位PC機

>第5代：64位微機

?Itanium>64位RISC微處理器芯片

>微機服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站

%，，

73

械第1章計算機基礎(chǔ)

2.微處理器、微型計算機和微型計算機系統(tǒng)

1）微處理器

＞微處理器一般也稱為CPU,是一塊大規(guī)模集成電

路或超大規(guī)模集成電路芯片，具有運算功能利控

制功能。

＞微處理器內(nèi)部一般包含：

?算術(shù)邏輯部件

?累加器和通用寄存器組

?控制器

（程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、

時序和控制電路、中斷機構(gòu)）,4

注

74

械第1章計算機基礎(chǔ)

＞微處理器一般具有的功能

?算術(shù)邏輯運算

?保存較少量數(shù)據(jù)

?指令譯碼并執(zhí)行規(guī)定的操作

?與外部交換數(shù)據(jù)（存儲器和外設(shè)）

?定時及控制

?響應(yīng)外部的請求（中斷或DMA）

75

械第1章計算機基礎(chǔ)

2）微型計算機

＞以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制

作的存儲器（ROM和RAM）、輸入/輸出（

I/O）接口電路及系統(tǒng)總線等所組成的計算機，

稱為微型計算機。

＞將這些組成部分集成在一片超大規(guī)模集成電路

芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。

3）微型計算機系統(tǒng)

＞以微型計算機為中心，配以相應(yīng)的外部設(shè)備以

及控制微型計算機工作的軟件，就構(gòu)成了完整

的微型計算機系統(tǒng)。

76

立第1章計算機基礎(chǔ)

微型計算機系統(tǒng)

城第1章計算機基礎(chǔ)

3.微型計算機的結(jié)構(gòu)

1）微機的基本結(jié)構(gòu)

BUS

微地址總線AB

總

處

數(shù)據(jù)總線DB

線

理

形

器控制總線CB

成

子

系存儲器I/O接口

統(tǒng)

I/O設(shè)備

78

械第1章計算機基礎(chǔ)

■地址總線AB

＞輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址

＞地址線的多少決定系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍

■數(shù)據(jù)總線DB

＞CPU讀操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPU

＞CPU寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部

＞數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)

■控制總線CB

＞協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入

狀態(tài)等信號

＞控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點，例如功能、

適應(yīng)性等的

79

城第1章計算機基礎(chǔ)

■CPU總線：由CPU送出的地址、數(shù)據(jù)、控制信號

稱為CPU總線。

■局部總線：由于負載和控制的需要，CPU總線信

號通過總線驅(qū)動器、地址鎖存器或數(shù)據(jù)緩沖器以

及總線控制器后，所形成的新的信號線稱為系統(tǒng)

總線。

■外部總線：是微機系統(tǒng)相互之間或微機系統(tǒng)與其

他電子系統(tǒng)之間實現(xiàn)通訊連接的總線

80

/第1章計算機基礎(chǔ)

例如：PC/XT機

只讀存儲隨機存儲器8259

器ROMRAM中斷控制

1=1口

地址總線

I/O

數(shù)據(jù)總線

通

道

控制總線

823782538255

DMA控制器定時控制器并行接口

8284

時鐘發(fā)生器

系統(tǒng)

盤

鍵