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1、第一章 微型计算机,沈阳工业大学 微型计算机原理课题组,本章内容,本章重点,微处理器、微型计算机、微型计算机系统之间的区别,带符号数的表示、真值、机器码、原码、反码、补码,数制之间的转换,带符号数的运算、BCD码、ASCII码,1.1 微型计算机的发展和应用,1946年，世界上出现第一台数字式 电子计算机ENIAC（电子数据和计算器） 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机。 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机时代。,1.1 微型计算机的发展和应用,1946年，世界上出现第一台数字式 电子计算机ENIAC（电子
2、数据和计算器） 发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代，产生了微型计算机。 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机时代。,1.1.1 电子计算机的发展,自1946年电子计算机ENIAC诞生， 电子计算机的发展经历了四个时代： 电子管 晶体管 集成电路 超大规模集成电路 ：集成度增加、运算速度增加、体积缩 小,特点,1.1.2 微型计算机的发展及应用,第1代：4位和低档8位微机 400440408008 第2代：中高档8位微机 Z80、I8085、M6800，Apple-II微机 第3代：16位微机 8086808880286，IBM
3、 PC系列机 第4代：32位微机和64位微机 8038680486PentiumPentium II Pentium III Pentium 4 32位PC机、Macintosh机、PS/2机 Itanium、64位RISC微处理器芯片 微机服务器、工程工作站、图形工作站,1.1.3 微型计算机的应用,由于微型计算机具有如下特点 体积小、价格低 工作可靠、使用方便、通用性强 计算机应用通常分成如下各个领域 科学计算，数据处理，实时控制 计算机辅助设计，人工智能， 归纳为两个主要应用方向：,1.1.3 微型计算机的应用（续）,用于数值计算、数据处理及信息管理方向 通用微机，例如：PC微机 功能越
4、强越好、使用越方便越好 用于过程控制及智能化仪器仪表方向 专用微机，例如：单片机、工控机 可靠性高、实时性强 程序相对简单、处理数据量小 注：单片机：将CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一个微处理器芯片中 常用的MCS-51、MCS-96,1.2 微型计算机的系统,内 部 总 线,运算器,控 制 单 元,寄存器,地址加法器,缓冲器,内存储器,I / O 接 口 电 路,系统 总线,外部设备,电源,软件系统,微处理器,微型计算机,微型计算机系统,区别,1.2.1 微型计算机系统软件系统,为什么采用汇编语言？,1.2.2 微型计算机系统组成,微型计算机由CPU、存储器、
5、输入输出接口电路 和系统总线构成。,图1.1 微型计算机的系统组成,1.2.2 微型计算机系统总线,微机系统采用总线结构连接系统 功能部件 CPU总线包含三种不同功能的总线： 1. 数据总线DB(data bus)：传输数据 数据总线上传送的一定是数据吗？ 2. 地址总线AB(address bus)：传送地址信息 3. 控制总线CB(control bus) ：传输控制信号,思考,思考题答案,数据总线上传送的一定是数据吗？ 答：在微型机中，数据的含义也是广义的。数据总线上传送的不一定是真正的数据，还有可能是指令代码、状态量或控制量,1.2.2 微型计算机系统总线（续）,地址总线AB 输出将要
6、访问的内存单元或I/O端口的地址 地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围 数据总线DB CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部 数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数 控制总线CB 协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态等信号 控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等,1.2.3 微处理器概念,微处理器(Microprocessor)是微型机算计的运算及控制部件，也称为中央处理单元（CPU）。它本身不构成独立的工作系统，因而它也不能独立地执行程序。,1.2.3 微处理器功能,CPU功能： 可以进行算术和逻辑运算 可保存
7、较少量数据 能对指令进行译码并执行规定的动作； 能和存储器、外设交换数据 提供整个系统所需要的定时和控制 可以响应其他部件发来的中断请求,1.2.3 微处理器结构,CPU在内部结构上包含下面这些部分： 算术逻辑部件； 累加器和通用寄存器组； 控制部件； 内部总线。,1.2.3 微处理器主要性能指标,字长 主频 存储容量 运算速度,1.3 计算机中的数的表示,存储容量的表达 比特b（二进制1位） 字节B （二进制8位） 1KB210B1024B 1MB220B、1GB230B 进制的表示 二进制数：结尾用字母B或(01011101)2 十进制数：可不用结尾字母,也可用D或(26)10 十六进制数
8、：结尾用字母H或(1A19)16,1.3.1 数制及转换,1、数制 2、各种数制的相互转换,1、数制,（1）十进制数 （2）二进制数 （3）十六进制数,（1）十进制数（Decimal),具有10个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9； 由低位向高位进位是按“逢10进1”的规则进行的 基数为10，第i位的权为10i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号i=0。 例： (6543.21)10 =6543.21D =6103 + 5102 + 4101 + 3100 + 210-1 +110-2,（2）二进制数(Binary),具有2个数字符号0，1； 由低
9、位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的； 基数为2，第i位的权为2i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号i=0 例：(1010.101)2 =1010.101B =123+0 22 + 121 + 020 + 12-1 + 02-2 + 12-3,（3）十六进制数(Hexadecimal),1、具有16个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9 ，A ， B ， C ， D ， E ， F； 2、由低位向高位进位是按“逢16进1”的规则进行的； 3、基数为16，第i位的权为 16i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的
10、位序号i=0 例：(19BF.ABE)16 =19BF.ABEH = 1163+ 9 162+ 11161+ 15160+ 1016-1+ 1116-2+ 1416-3,2、各种数制的相互转换,（1）二进制、十六进制转换为十进制 （2）十进制转换为二进制 （3）二进制转换为十六进制,（1）二进制、十六进制转换为十进制,按权展开求和。 如：10101.101B = 1 24 + 122 + 120 + 12-1 + 12-3 = 16 + 4 + 1 + 0.5 + 0.125 =21.625D 19B.ABH = 1162+ 9 161+ 11160+ 1016-1+ 1116-2 = 256
11、 +144 +11 + 0.625 +0.04296875 =411.66796875D,（2）十进制转换为二进制, 整数部分 小数部分,（3）二进制与十六进制之间的转换,四位二进制数正好等于一位十六进制数,0001 1111 B,1 ( 120=1),2 ( 121=2),4( 122=4),8 ( 123=8),16 ( 124=16),四位二进制与一位十六进制数的对应关系,四位二进制数,一位十六进制数,0000B,1001B,1000B,5H,4H,3H,2H,6H,0H,0010B,0011B,0100B,0101B,0110B,7H,0111B,1111B,1110B,1101B,1
12、100B,1011B,1010B,CH,BH,AH,9H,8H,1H,DH,EH,FH,0001B,四位二进制数,一位十六进制数,二进制转换为十六进制数,例：1110110101100.10101B = ?H,1110110101100.10101,0001110110101100.10101000,1 D A C . A 8, ,1110110101100.10101B = 1DAC.A8H,十六进制转换为二进制数,例：39F.E1AH = ？B,3 9 F . E 1 A,001110011111 . 111000011010, ,= 11 1001 1111.1110 0001 101B
13、,39F.E1AH = 0011 1001 1111.1110 0001 1010B,整数部分除2取余法,例：19D = ？B,高,低,余数,19D =,所以，我们可以得到：,10011B,192 =9 1 92 = 4 1 42 = 2 0 22 = 1 0 12 = 0 1,小数部分乘2取整法,例：0 .625D = ？B,0.6252 = 1.25 1 0.25 2 = 0.5 0 0.5 2 = 1.0 1,低,高,整数,0.625D =,所以我们可以得到：,0.101B,二、 计算机中的数及编码,1、机器数与真值 2、带符号数、无符号数 3、原码、补码及反码 4、真值与补码之间的转换
14、 5、补码的运算 6、二进制编码,1、机器数与真值,（1）在计算机中数是用二进制数来表示的。 （高电平代表“1”，低电平代表“0”) （2）数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。 “”用“0”表示， “”用“1”表示。 例：有两个数：,真值,机器数,N1=1101001 N2=1101001,在计算机中的表示形式：,N1：01101001 N2：11101001,2、带符号数、无符号数,（1）带符号数 用0表示正数，用1表示负数，这种表示数的方法，称为带符号数的表示方法，所表示的数称为带符号数。 带符号数的表示形式： 22 22,符 号 位,数值部分,符 号 位,数值部分,2、带符号数、无符
15、号数,（2）无符号数 如果把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符号位，这种方法表示的数，叫无符号数。 无符号数表示形式： 22 150,8位全部用来表示数值大小,8位全部用来表示数值大小,3、原码、反码及补码,思考：在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？ （1）原码 （2）反码 （3）补码,思考？,在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？ 例： 有一个钟显示时间是6点钟，而正确时间是1点钟，请问如何校正这个钟？ 方法1：顺时针拨7个钟；671 方法2：逆时针拨5个钟；651 引进概念 模,概念模,模 一个计量器的容量，记为M，或mod M 。 模的特性当一个计量器的模为M时，它在计量器里的表示形式与0一样，也就是说，M = 0 。 所以，对时
