微机原理壹绪论

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1、第一章 绪 论,1.1 概述 1.2 运算基础 1.3 微型计算机的基本结构,1.1 概述,计算机 是一种能够自动完成运算的电子装置。,1.1.1 微型计算机的发展,电子计算机的发展,第一代：1946年，美国，ENIAC；电子管,电子管产生很大的热量，需安装特殊空调降温； 占170平方米，耗电150kW，重30吨,第二代： 19581964 年，美国，晶体管,第三代： 1965年，美国，中、小规模集成电路,第四代： 1970年，美国，大规模集成电路；微型计算机问世,第五代： 目标是采用超大规模集成电路,各代微型计算机特点 （书P2）,1 KB = 210B = 1024 B,1 MB = 22

2、0B = 1024 KB,1 GB = 230B = 1024 MB,1 TB = 240B = 1024 GB,M 兆（词头mega）,G千兆（词头giga）,T 兆兆（词头tera）,BByte 字节（8位二进制）,计算机是依靠硬件和软件的协同工作来完成某一给定任务的,软件系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需要的 所有文档的集合,F,硬件组成计算机系统的物理设备,计算机软件和硬件,体积小、重量轻、功耗低 可靠性高 功能强，使用方便 造价低廉 维护方便,1.1.2 微型计算机的特点和分类,一、特点,二、分类,按字长：4位、8位、16位、32位、64位微处理器 按组装形式：单片、单板、多板

3、等微型计算机 按应用领域：控制、数据处理用等微型计算机 按微处理器制造工艺：MOS型器件、双极型器件,1.1.3 微处理器的字长,位（bit，简写为b） 存放一位二进制数（0或1） 字节（Byte，简写为B）八位二进制信息 字 一次传送或运算最多的二进制位数 字长 字所含的二进制位数,1.2 运算基础,1.2.1 进位计数制及其相互转换 一、进位计数制 进位制：按进位的方式计数的数制 （数可以写成：按权展开的多项式和的形式 ） 基数：该进位制中允许选用的基本数码的个数 位权（权）：基数的幂次由每个数所在位置决定,m,n 正整数 i 数位 R 基数 Ki 第 i 位数码,带权计数法的数制有三个主

4、要特点：,数码个数等于基数，最大数码比基数小1,2. 每个数码乘以基数的幂次，幂次由“位权”决定,3. 低位向高位的进位是“逢基数进1”,二、常用进位制 （P5）,十进制数： 1287D或1287,二进制数： 10010101B,八进制数： 372Q,十六进制数： 2FEAH,按权展开成多项式和的形式：,不能省B、Q、H,= 610221013100410-1510-2,623.45,= 51621116113160316-1,5BD.3H,在计算机里，二进制数的运算用逻辑运算实现 （CPU由一些组合逻辑电路和时序逻辑电路组成）,计算机中采用二进制计数法,运算规则简单,容易实现,三、数制之间转

5、换 1. 任意进制数十进制数,11001B,= 124123022021120 = 25,4F5.C2H,= 41621516151601216-1216-2,例：,2. 十进制数任意进制数,例：将十进制数25.625转换为二进制数。,整数转换：除基数取余数法 小数转换：乘基数取整数法,（若小数转换出现无限循环，可按要求取小数点后几位即可）,3. 二进制、八进制、十六进制之间的转换 P6 例：1100010.1101111B=142.674Q 1100010.1101111B=62.DEH 152.374Q = 001101010.011111100B 4F5.C2H = 0100111101

6、01.11000010B,1.2.2 二进制数的运算规则 P8 四则运算：加、减、乘、除,1.2.3 计算机中的四则运算 CPU内部只有加法器 （计算机里完成二进制数的四则运算最终都是进行加法运算） 减法：加补码实现；（后面讲补码） 乘法：部分积右移加被乘数或0实现； （图1.1、图1.2） 除法：部分余数左移加除数补码或0实现；,1.2.4 计算机中带符号数的表示方法 概念 机器数：在计算机中表示的数 不带符号数：机器数的各位都是数的有效值 带符号数：机器数的最高位为：0正数，1负数， 带符号数由符号位和数值两部分组成。 真值：数值部分即数的绝对值 带符号数的机器数表示方法 原码表示法 反码

7、表示法 补码表示法,最高位表示数的符号 0：正数 1：负数,一、原码表示法 数的最高位表示数的符号，数值部分是数的绝对值，也称真值，这种表示法称为原码表示法。 1对于正数： 符号位用0表示，数值位同真值。 2对于负数： 符号位用1表示，数值位同真值。 例 x+91+10l1011B x原=01011011B 例 y-91-1011011B y原=11011011B “0”的表示：+0原=00000000B -0原=10000000B 对于8位机，原码可表示的数的范围：-127+127,二、反码表示法 数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法就叫反码表示

8、法。 1对于正数： 符号位用0表示，数值位同真值。 2对于负数： 符号位用1表示，数值位为真值按位取反。 例 x+91+10l1011B x反=01011011B 例 y-91-1011011B y反=10100100B “0”的表示：+0反=00000000B -0反=11111111B 对于8位机，反码可表示的数的范围：-127+127,三、补码表示法 1对于正数：符号位用0表示，数值位同真值。 2对于负数：符号位用1表示，数值位为它的反码末位加1。 例 x=+91=+10l1011B x补=01011011B y=-91=-1011011B y补=10100100B+1=10100101

9、B 例 x=+8=+0001000B x补=00001000B y=-8=-0001000B y补=11110111B+1=11111000B 从这两个例子中得到如下规律：对一个数的补码连同符号位在内 求反加1，即为其相反数的补码。 例 +X补=01000110B，则-X补=? “0”的表示： -0补=00000000B 对于8位机，补码可表示的数的范围：-128+127,127补=10000001B,128补=10000000B,-X补=10111010B,机器数是二进制数，由于符号位占据一位，因此有符号的数的形式值不等于真正的数值。 特别对于负数的表示形式，原码形式最高位的1表示负号，不是

10、数，数值部分是数的真正值；而反码和补码就连数值部分也不是数本身了。 所以，若要计算一个负数的机器数为十进制的多少时，只有负数的原码的数值部分才可展开按权相加。,正数：符号位为0，数值部分为真值（三种表示形式相同）,使用机器数注意,带符号数的机器数表示方法原码、反码、补码,四、计算机引入补码的好处 引入补码,可以使减法运算转化为加法运算，简化了运算器的线路设计。 在计算机中： 减法可以通过加补码来实现； 乘法可以通过一系列移位相加来实现； 除法则可以通过一系列移位加补码来实现。 因此，计算机中只需要加法器就可完成运算。,五、补码运算 补码加法规则：X+Y补=X补+Y补 补码减法规则：X-Y补=X

11、补+-Y补 例：已知X补=11101011B，Y补=11001010B， 求X+Y补、X-Y补 解：-Y补=00110110B X+Y补=X补+Y补=11101011B+11001010B=10110101B X-Y补=X补+-Y补=11101011B+00110110B=00100001B （均无溢出） 补码运算的溢出问题 （异号数相加、同号数相减不会溢出） 上溢 （正数相加，符号位为1） 下溢 （负数相加，符号位为0）,（X=-21,Y=-54）,1.2.5 计算机中数的小数点表示方法 一个二进制数1010.01B可表示为: 1010.01B=240.101001B 任意一个二进制数N的通

12、式为: N=2jS j-阶码, 二进制整数的位置；指明小数点的位置。 s-尾数, 二进制小数；表示数N的全部有效数字。 （规定尾数部分的最高位是1，即1/2S1） 定点表示：对任何一个数，若阶码j总是固定不变的 浮点表示：阶码j可以取不同的值 （微型计算机多为定点计算机，仅讨论定点数）,1. 定点表示 若定点计算机的阶码j0，则该定点数只能是小数，其表示的格式为: 数符. 数值 小数点的位置在符号位与尾数部分最高位之间。 若为8位机,其能表示的数的范围:0.1111111B0.1111111B 即 (1-27) X1- 27 还以8位机为例,若定点计算机的阶码j7，则该定点数只能是整数，其表示

13、的格式为: 数符 数值 . 小数点的位置在符号位与数值位之后。 8位机能表示的数的范围:1111111B1111111B 即 (271) X271,2. 浮点表示 阶符 阶码 数符 . 数码 若浮点计算机的字长为13位，阶符为1位，阶码为3位，数符为1位，数码为8位，则所能表示数的范围是： 0111111111111011101111llll 即27（1-28） 27（1-28） 若阶符1位、阶码m位、数符1位、数码n位，则表示范围： 2111(0.1111) 2111(0.1111) m个1 n个1 m个1 n个1 应当注意，浮点数的正负号是由尾数的正负号决定的，而阶码的正负号只决定小数点的

14、位置，即决定浮点数的绝对值大。,已知X=-32,Y=66，用8位机器数表示， 写出：X原， X反， X补， Y原， Y反， Y补， X+Y补，X-Y补,X原=10100000B X反=11011111B X补=11100000B,Y原= Y反Y补 01000010B,X+Y补00100010B X-Y补10011110B,正数：符号位为0，数值部分为真值（三种表示形式相同）,1.2.6 常用的二进制编码 （P15） 一、BCD码（二进制编码的十进制数） 每一位十进制数用4位二进制编码来表示。 如： 12 = (00010010)BCD (实为12H） * BCD码不是二进制数，比如：12 =

15、00001100B 二、ASCII码（二进制编码的符号） 采用7位二进制码对一个字符进行编码，可表示128个字符，每个ASCII码在机器中占1个字节，最高位常为0。 当作符号的数字09的ASCII码：30H39H P455 字母AZ的ASCII码：41H5AH 字母az的ASCII码：61H7AH 三、汉字编码（二进制编码的汉字） 汉字内部码由两个字节构成，每个字节的最高位为“1” （不能直接输出汉字，须通过汉字字模库检索出汉字字形信息后输出）,常用的编码方式为美国标准信息交换（American Standard Card for Information Interchange，ASCII码）。 、 标准ASCII码用7位二进制数编码，共有128个。 计算机存储器基本单位为8位，ASCII码的最高位通常为 0，通信时，最高位用作奇偶校验位。 ASCII码表中的前33个和最后1个编码是不能显示的控制 字符，用于表示某种操作。 ASCII码表中20H后的94个编码是可显示和打印的字符， 其中包括数码09，英文字