《微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 何珍祥 第1章 微型计算机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 何珍祥 第1章 微型计算机（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本章教学重点和难点： 微型计算机、微处理器的发展。 数据格式及机器数，数的原码、补码、反码以及BCD码，ASCII码和汉字的国标码。 计算机系统的硬件系统和系统软件及各部件的功能。,第1章 微型计算机系统概述,本章教学内容： 1.1 微型计算机发展 1.2 数据表示与数字信息编码 （数据格式、机器数及数字信息编码） 1.3 微型计算机系统的基本组成 （硬件结构和软件系统）,1.1 微型计算机发展 计算机由电子管时代、晶体管时代、中小规模集成电路时代，发展到大规模、超大规模集成电路时代，现正在向第五代计算机发展。 从70年代初，微型计算机问世，微处理器已经推出了四代产品，四位微处理器、八位微处理
2、器、16位微处理器和32位以上微处理器。,1982年，IBM公司推出了以Intel 8086 CPU为处理器的IBM PC机。 1983年又推出了采用Intel 8088 CPU为处理器的IBM PC/XT。这两种机型的内存为1MB，支持单任务的操作系统。 1984年，以Intel 80286为CPU的16位增强型PC机IBM PC/AT上市，其内存可达到8MB，并支持多任务多用户操作系统。,Intel公司推出了32位微处理器80386和80486，由80386和80486 CPU构成的PC 386和PC 486内存物理地址空间可达4GB，支持多任务多用户操作系统，并增加了高速缓冲存储器Cac
3、he。 486以后的CPU，名称上改为奔腾（Pentium）系列，其字长已达到64位，运算速度和功能、性能比PC 486机又有很大提高。,1.2 数据表示与数字信息编码 计算机中的数据分为：数值型数据和非数值型数据。 数值型数据用于表示数值的正负、大小，可进行数学运算。 非数值型数据主要用于表示文字、符号、图形等。 八进制、十六进制数来表示机器码或机器数。,二进制代码,1.2.1 数据格式及机器数 1. 真值表示和机器数表示 机器数：计算机中使用连同数符一起数字化了的数。,+ 58 用十进制表示的真值； 111010 用二进制表示的真值； 机器数的位数与计算机的字长有关。 常用的数值数据的编码
4、方法有： 原码、补码、反码以及BCD码。,（1）原码表示法 原码表示约定数码序列的最高位为符号位， 符号位为0时表示该数为正， 符号位为1时表示该数为负，其余有效值部分则用二进制的绝对值表示。,如定点小数的原码为X原=Xf，XlXn，则 X原= 如定点整数的原码为X原Xf，XnX0，则 X原=,分析得出以下结论： 真值零在原码表示中可以有正零和负零两种形式。 小数：+ 0原0.000；-0原1.000 整数：+ 0原0000；-0原1000 注意：1）正零和负零的真值含义相同。 2）机器数是没有小数点的。, 符号位不是数值的一部分，它们是人为约定“0 正1 负”，所以符号位在运算过程中需要单独
5、处理，不能当作数值的一部分直接参与运算。 对于小数，1 X -1 ，即表示范围限制在|X| X -2n，即表示范围限制在|x| 2n之内。 原码表示中用绝对值表示数值，比较直观。但对于应用得最多的加减运算，则不太方便。,（2）补码表示法 定义如下： 若定点小数的补码为X补=XfX1Xn,，则 X补= （mod 2） 式中X为真值，X补是采取补码表示的机器数。 例：若X= 0.1010，则X补=0.1010 例：若X=-0.1010，则X补=2-0.1010=1.0110, 若定点整数的补码为X补=Xf，XnX0则 X补= （mod 2n+1）,求真值的补码方法是： 如真值为正，则正数的补码与原
6、码形式相同； 如真值为负，则将负号用“1”表示在首位，原码的数值部分逐位取反，并且在末位加1，写在符号位之后即得到负数的补码。 已知补码求真值的方法是： 如补码的符号位是“0”，说明该补码是正数，则它的真值就是补码本身； 如补码的符号位为“1”，说明该补码是负数。因此先记一个“-”号，然后把补码逐位取反，并且在末位加1，写在符号“-”之后即得到该补码的真值。, 补码的性质 补码中，最高位符号位表示数的正负，在形式上与原码相同，即0正1负。但补码的符号位是数值的一部分。 补码表，数0只有一种表示，即00 。 负数补码的表示范围比原码稍宽，多一种数码组合1000。 负数补码表示是将负数映射到正数域
7、，可实现化减为加的目的。,（3）反码表示法 定点小数的反码形式为x反=Xf，X1Xn，则 X反=,定点整数的反码形式为x反=Xf，Xn-1X0，则 X反=,真值的零在反码中也有正零和负零两种形式： 小数：+ 0反0.000；-0反1.111 整数：+ 0反0000；-0反1111 反码的表示范围与原码相同。 手工求反码：正数的反码与它的原码相同，负数的反码符号位填“1”，数值位逐位求反后写在符号位之后就完成了。,（4）机器数的位数格式 真值在表示为机器数的过程中需要首先化为8位、16位或者更多个机器字长，然后再转换为机器数。,2. 定点表示与浮点表示 机器数的格式分为：定点表示与浮点表示两类。
8、 （1）定点表示法：小数点位置固定不变。 一般有3种类型的定点数表示法。, 无符号整数，把符号位略去的正整数。 二进制的无符号整数XnXn-1X0，其表示范围是0 2n+1- 1。, 带符号定点整数 代码序列Xf，Xn-1X0，Xf 为符号位，小数点位置在最低位X0之后。 原码定点整数表示范围：-（2n-l）2n-l 补码定点整数表示范围：- 2n2n-l, 带符号定点小数 代码序列Xf.X1Xn，Xf为符号位，小数点位置默认在符号位Xf之后，即此数为纯小数。 原码中，X1Xn是数值部分，常称之为尾数，并将数值部分的最高位X1，称为最高数值位或最高有效位。 原码定点小数表示范围：-（l - 2
9、-n ）（l - 2-n ) 补码定点小数表示范围：- 1 （l - 2-n ),（2）浮点表示法 浮点表示法：最大地表示有限位数数据的范围，小数点的位置不固定，而是根据需要浮动。 浮点数格式 浮点数的代码分为：阶码E与尾数M 浮点数的符号由尾数中的符号位Mf表示。 浮点数的真值为：N=,阶码的底,二进制正负整数，补码/原码表示,RE相当于尾数的比例因子，若E为正，表明尾数M将被扩大若干倍。若E为负，表明M将被缩小若干倍。 典型的浮点数格式如图1-1所示。,正负定点小数（Mf后，尾数用补码/原码表示）, 尾数的规格化问题 若R = 2，则规格化尾数的含义是满足条件：1/2|M|1。,浮点数实际
10、上由一个定点整数的阶码和一个定点小数的尾数组成。相当于将数规范为定点小数M乘以比例因子RE。 浮点数表示范围与精度 设阶码部分连阶符共m+1位，用补码表示，底2；尾数共n+1位，含一位数符，用补码表示，尾数进行了规格化。 浮点数表示范围：-（2m-1）2m-1 分辨率：2-m,按照IEEE规定的浮点数标准，计算机浮点数的阶码和尾数的位数分别如表1-1所示：,计算机中浮点数的实际格式如图1-2所示。,1.2.2 数字信息编码的概念 1. 字符的表示,ASCII码，美国信息交换标准码，标准ASCII字符集共有128种常用字符，每个ASCII码字符用7位编码（D6D0），高位D7默认为0或为奇偶校验
11、位。在存储器中以字节为一个存储单元编址，存放一个ASCII码。关系表如教材表1-2所示。,汉字编码：GB2312-80，简称国标码，包含了一、二级字库共有6735个。规定每个汉字用两个字节表示，汉字的机内代码的两个字节的最高位恒为1。 第一个字节表明字符属于哪一区，第二个字节表明是哪一位。基本字符集共有94区，每区有94位，又称为区位码。,2. 二-十进制编码：BCD（Binary Coded Decimal） 每位十进制用4位的二进制编码。 BCD码分为：有权码和无权码。 有权码主要有8421码、2421码、5211码等； 无权码主要有余3码、格雷码等。 最常用的BCD码是8421码，4个码
12、位的权从高向低分别为8、4、2、1。 8421编码的优点是：1）4位基2码之间满足二进制的规则；2）数字字符的ASCII码与8421编码之间转换方便，取每个数字字符的ASCII码低4位就可直接得到该数字的BCD码。,3. 奇偶校验码 （1）数据校验码 现在使用的校验方法，大多采用冗余校验的思想：在数据编码上再增加部分代码（校验位），将数据代码和增加的校验位一起按约定的校验规律进行编码，获得的编码称为校验码。 数据在存储和传输时，将校验码按约定的校验规律进行校验，若满足校验编码规律，可达到检错纠错的目的。,检错和纠错,冗余位,码字：由若干位代码组成的一个字。 两个码字间的“距离”：将一种编码体制
13、（码制）中两个不同的码字逐位比较，代码不相同的位的个数。 在一种码制中，任何两个码字间的距离可能不同，将各合法码字（非出错的码字）间的最小距离称作这种码制的“码距”。 从主存中读得一个码字为0111，判断它是7，还是6的最低位出错。8421码的码距d为1，为1的码距只能区分两个合法码字的不同，不具备查错能力和纠错能力。 合法代码之间的距离增大后，就有可能分辨合法代码与出错代码，并有可能判断是哪位或者哪些位出错，并将它变反纠正为正确的合法代码。,（2）奇偶校验码 在n位合法代码上增加1位奇偶校验位构成，使原合法编码的码距由1增加到2。 用于存储器读写或ASCII字符的串行传送中的检查。 分为：奇
14、校验和偶校验。,硬件实现依据8位的数据中1的个数。 奇偶校验只能发现一位出错，但不能确定是哪一位出错；当两位同时出错时，例如，1位由“0”变“1”，而另1位由“1”变“0”，则不能够发现。,1.3 微型计算机系统的基本组成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，关系如图1-3所示。,1.3.1 微型计算机的硬件结构 1.微型计算机硬件的特点 冯诺依曼结构，其特点主要有： （l）用二进制编码形式表示数据和指令。,（2）程序（包括数据和指令序列）事先存放在主存储器中，工作时能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。 （3）计算机的硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大
15、部件组成，如图1-4所示。 （4）指令由操作码和地址码两部分组成，在存储器中按顺序存储，由程序计数器PC(Program counter）指明将要执行的下一条指令的地址。,2微型计算机各部件 现代微机系统的硬件一般由中央处理器、主存储器和外围设备组成。外围设备通过总线和接口（Interface）与中央处理器连接，如图 1-5所示：,（l）中央处理器（CPU） 中央处理器CPU：运算器和控制器以及寄存器阵列被制作在同一块半导体芯片上，通过内部总线连接在一起。 CPU中运算器的字长和数据线的位数是计算机的重要技术指标之一。,（2）存储器 存储器（Memory）：存储程序和数据的部件。 存储器分为：内存储器（主存）和外存储器（辅存）。 内存是CPU与外围设备交换数据的缓冲存储部件，与处理器一起称为微型计算机的主机。 根据工作方式，内存可分为： 只读存储器ROM（Read only Memory）和 随机存取存储器RAM（Random Access Memory）。 外存属于计算机的外围设备，一般不在计算机主板上。,半导体,存放二进制,（3）外围设备 外围设备（外设）：输入设备、输出设备、外存储器的统称。 外围设备常通过总线与主机相连。 输入设备，常用的有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机、触摸屏、数字化仪等。 输出设备，有显示器、打印机、音箱、绘图仪等。, 外存储器 外存储器（外
