微机课件1第1章

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1、第1章 计算机基础,1.1 数据、信息、媒体和多媒体,1.2 计算机中数值数据信息的表示,1.3 计算机中非数值数据信息表示,1.4 微型计算机基本工作原理,1.5 评估计算机主要技术指标,1.数据 对事实、概念或指令的一种特殊表达方式，并可由人工或 自动进行加工处理、传输或转换。,常见数据：数字、文字、图像、声音等。 当这些数据在计算机中表现时，常以二进制编码形式表示。,1.1 数据、信息、媒体和多媒体,与计算机信息处理有关的媒体有5种： 感觉媒体：感知器官直接感觉的媒体，如声音、文字、图画、 气味等。 表示媒体：计算机内部表示感觉媒体的特殊形式，如二进制 编码。 存贮媒体：存放表示媒体的物

2、理实体，如磁盘、光盘、半导 体存贮器等。 表现媒体：将感觉媒体表示媒体（磁盘、扫描仪、话筒等） 将表示媒体感觉媒体（显示器、打印机、音箱等） 的物理设备。 传输媒体：将表示媒体从一台计算机传输到另一台计算机的通 信载体，如同轴电缆、光纤、电话线等。,4.多媒体 多媒体多种感觉媒体 多媒体技术能够交互式地综合处理多种不同感 觉媒体的信息处理技术。 多媒体计算机具有多媒体技术的计算机,1.2.1 机器数和真值 按进位的方法计数称为进位计数制，凡进位计数制都可按 权展开： anrn+an-1rn-1+ a1r1 + a0r0 +b1r-1+ b2r-2 + bmr-m r = 2，10，8，16 基

3、数 rk 位权 一个数，值的大小=各位权乘以各位上的值。 2#：计算机中数的表示方法（Binary B） 8# 16#：将2#表示的更简洁（Octal Q 、Hexadecimal H） 10#：人机交互的需要（Decimal D）,一、机器数 数在机器中的表示形式 例：1000001010 1010001010 一个数连同它的符号位均用（0，1）两种数码来表示,三、机器数的特点 1. 符号数值化 2. 机器数范围受字长限制 有关字长的概念 位（bit）：计算机所能表示数的最小单位，如：“0”、“1”。 字节（Byte）：一个8位2#数。 字（Word）：CPU通过数据总线一次运算或处理的一组

4、2# 数，是计算机中信息的基本单位。 字长（Word Length）：字的2#位数（8、16、32等），是衡 量计算机性能的重要标志。 3. 小数点不能直接标出，应按一定的方式约定,1.2.2 符号数的表示方法 机器数可用不同的码制（编码形式）来表示。 常用的码制有： 原码、反码、补码,原码的优点： 简单易懂、与真值转换方便。 缺点： 不便于计算（首先判符号，再决定用加或减）,例： x1=67=+1000011B x1原=01000011 P7 x2=67=1000011B x2原=11000011,1. 同余的概念与补码 同余（余相等） 例： 钟表 3 = 15 （mod 12） 用12去除

5、3和15，余数皆为3，称 3、15在以12为模 时同余，记作：3 = 15 （mod 12） 或说：3和15在以12为模时相等 模为一个计量系统的最大量程,推至一般： a+M = a （mod M） a+2M = a（mod M） 因而有：4+10= 6 = 4 （mod 10） 6= 4 （mod 10） 称：以10为模时，6与4相等；6为4的补码。 或说：6与4对模10来说互为补数。 这时，我们可以将减法转化为加法：7 4 = 7+6 （mod 10）,减去一个数等于加上这个数的补数,当已知X补时，可由 X补补X原 求得X原。,当 -128 X 127时，其原码、反码、补码见P10 表1-

6、1。 在表中： 0的原、反码皆有两个，而补码只有一个； -128的原、反码无法表示，但其补码即为-0的原码。,1. 三种编码的最高位都是表示符号位。 S=0，真值为正数，其余位为真值； S=1，真值为负数，须按一定规律求出真值。,4. 当计算机采用不同的码制时，运算器和控制器的结构将不同。 采用原码、反码、补码形式的计算机分别称为原码计算机、反码计算机和补码计算机。,2. 对正数，三种编码都是一样的，即x原=x反=x补。 对于负数，三种编码不同。 原、反和补码的实质是解决负数在机器中表示的三种不同编码方法。,依定义可以证明： x-y补=2n+（x-y）=2n+2n-2n+(x-y)=2n+x-

7、(2n+y)=x补-y补 所以 x-y补=x补y补 = x补 + -y补,结论：a. 两个数差的补码等于两个数补码的差。 b. 两个数差的运算，可以转换为单纯的加法运算， 关键是求出- y补。,1.2.3 补码的运算,-y补 对y补连同符号位在内一起求反+1 （称此过程为 对y补求补 记作 y补求补） 所以： x-y补x补-y补x补+-y补x补+y补求补 由于补码的引入，使正负数的加减运算简化为单纯的加法运算。,结论：进位舍掉已体现在模上。S=0，结果即为原码。,结论：对无符号数，当加法有进位时，进位位的权为28=256。 所以，结果=256+32+16=304，此数超过了8位字长，故 最终结

8、果用CF=1来体现。 对机器而言，需设置CF标志。,结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。 原码相减无借位，补码相加有进位，结果为正。,结论：对无符号数，减法转换为补码加法运算。 原码相减有借位，补码相加无进位，结果为负。 11110000补16 真值16,溢出与进位及补码运算的进位丢失之间的区别 a. 溢出与进位是两个不同性质的概念 (CF)进位主要用于对无符号数的运算，指的是超过一个字长的数字的算术进位(或借位）。在多字节的算术运算中，通常低字节是无符号数，只有最高字节有符号位。低字节有进位时，须有个标志CF。 (OF)溢出则主要用于带符号数的运算。,溢出：运算过程中的数据超出计算机所

9、能表示的范围 （仅对带符号数而言）,b. 溢出与补码运算中的进位丢失也应加以区别 带符号数运算时，由补码运算产生的符号位进位要丢失。但若其结果未超出-128+127（8bit字长）范围，则不能认为溢出。,1.2.4 定点数与浮点数,计算机不仅要处理整数运算，还需处理小数运算，如何处 理小数点位置是十分重要的。通常有定点与浮点两种方法。,结论：定点整数和定点小数在格式上毫无差别，这是因为定点 数的小数点是隐含的，但它们的真值却不相同。,当 1/2 | S | ，称该浮点数为规格化了的浮点数。 表明： 小数点后面的第1位一定是1，不能是0。 即尾数S原码的最高位为1。,1.2.5 BCD码及其十进

10、制调整,1 . BCD码 适合于十进制的二进制代码的特殊形式。 用四位二进代码来表示一位十进制数，简称BCD(Binary Coded Decimal）。,2 . 自然BCD码 采用与09各 数字所对应的二进 制数作为代码，称 为8421 BCD（简称 NBCD）。如右表。,BCD码貌似二进制， 实为十进制。通常用 于简化人机关系。见 P16例。,当BCD码运算时，必须对运算结果进行适当调整，使之符 合十进制数运算和进位的规律，才能得到正确的BCD码。,调整规则如下（以加法为例）： 1. 两个BCD数相加结果 9（1001)时，则应作加6（0110)修正。 2. 两个BCD数相加结果 16（产

11、生进位),也应加6（0110)修正。 以此来解决计算机总是将代码当成二进制来处理所带来的结果。,注意： 在计算机中有专门的十进制调整指令DAA（DAS），使机器按照规则自动进行调整运算（加法时加6修正；减法时减6修正)。,3. BCD码在计算机中的表示方法 压缩BCD码 用4位二进制编码表示1位十进制数。 即1个字节表示0099，如(56)10=(01010110)BCD。 非压缩BCD码 用8位二进制数表示1位十进制数。 即用1个字节表示09，字节的高4位总置0。 如(56)10=(0000010100000110)BCD。,例：BEL Bell (07H，响铃) Del deletion

12、(7FH，删除) CR Carriage Return (0DH，回车) LF Line Feed (0AH，换行),我国的GB198880编码字符集，除￥ $外，其余同ASCII码。,1.3.2 中文信息的表示,1. 汉字总数多，字形复杂，在计算机中采用GB2312-80标准， 规定一个汉字用两个字节来编码，共可编码： 25625665536种,3. 汉字的输入输出 输入法很多，不同输入法有自己的编码方案，称为输入码。 但输入码进入机器后，必须转换为机内码，以便统一。 输出是先用汉字字型码（点阵编码）将汉字按字型排成点阵， 常用点阵有：1616，2424，3232或更高。 然后将此图形 画在

13、屏幕上。,1.3.3 计算机中图、声、像的表示,图、声、像等模拟信号 采样、量化、编码 数字信息 再压缩、存储 还原处理、数模转换 原来信息。,微处理器是计算机的中枢，是个商品化的集成电路芯片，它的引脚个数、引脚功能、引脚的有效电平及驱动负载的能力都是确定的，其引脚通常分为 3类：AB、DB、CB。,DB：微处理器与外界传送数据的信号线的集合。它决定了微处理器和外部传送数据通道的宽度，又称为微处理器的字长。双向、三态的。,AB：从微处理器输出的一组地址线，用以指定微处理器所访问的外界部件（存贮器、外设等）的地址。当地址总线数为n时，直接寻址空间为2n。三态输出。,CB：用来使微处理器的工作与外

14、部电路同步。有的高电平有效，有的低电平有效。有输入，也有输出。,由于微处理器的结构固定，因此决定了微型计算机只能以总线方式连接。,此信息在存贮器中以 二进制数表示,例：6264 8K8bit （8KB或64Kb）， 该RAM有8K字节,3 . 地址与存贮单元 存贮单元：每个存贮单元存放着固定位数的二进制数据， 即字或字节，多为字节。,2. 指标 存/取周期（速度）：存/取一个代码的时间，越快越好（一般 在10ns50ns之间）,存贮器由存贮体+辅助电路构成,4. CPU对存贮器的读/写操作 读操作： CPU送地址地址 Reg（MAR）译码器选中相 （又称取） 应内存单元，在读控制信号控制下，数

15、据数据寄 存器（MDR）CPU,5. 内存的分类 随机存取存储器（RAM：DRAM、SRAM ）： 信息可写入、可读出；读出不破坏其内容。写入新的内容之 前，旧的保持。 但在断电时内容消失，通常用于存放数据。,当一个字存放于内存时：低对低，高对高。,二、CPU（微处理器） 1. 作用 具有运算与控制功能，指挥整个计算机协调工作。 2. 基本部件 CPU=ALU+Reg.组+CU,只读存储器（ROM： PROM、EPROM、E2PROM 等）： 信息只可读出，不可写。 一经写入，几乎可永久保持，用于存放程序。,ALU：完成各种算术运算和逻辑运算。 Acc：提供ALU运算的一个操作数，并存放运算结果。 FR：用来记录计算机运行时某些重要标志（ 如：溢出、 进位、结果为0、正、负等）。 有时根据这些状态控制CPU的运行。 Reg.组：用来存放少量数据及运算结果，提高CPU的 运算速度,当一个字存放于堆栈时：低对低，高对高。, 常用两种栈的形式(宽度都是8bit),PC （程序计数器） 指出程序中将要执行的指令地址 IR（指令寄存器） 寄存从内存来的指令 ID（指令译码器） 分析指令用 PLA（控制逻辑） 发出相应的节拍脉冲和电位，去完 成指令的所有