第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

1、1微型計(jì)算機(jī)原理微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)與接口技術(shù)中國(guó)水利水電出版社中國(guó)水利水電出版社主主 編：楊編：楊 立立2 1. 課程性質(zhì)及教學(xué)目的 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)是學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和應(yīng)用技能的重要課程。本課程幫助學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件組成及使用；學(xué)會(huì)運(yùn)用指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；熟悉各種典型的接口芯片和接口技術(shù)及其具體應(yīng)用，為后繼計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)及工程實(shí)際應(yīng)用打好基礎(chǔ)。32. 課程教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：8090；其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2030考試形式：筆試+實(shí)踐操作 3. 教材特點(diǎn)注重學(xué)科體系的完整和前后內(nèi)容的有機(jī)銜接，突出應(yīng)用特色，理論聯(lián)系實(shí)際，并與工程實(shí)踐相結(jié)合；注入案例的介紹，加大實(shí)踐

2、教學(xué)內(nèi)容的比重，增加計(jì)算機(jī)發(fā)展的新技術(shù)和新知識(shí)；4 相關(guān)概念、理論及應(yīng)用均以基本要求為主；在表達(dá)上以實(shí)例引出概念、提出問題，通過闡述與分析，進(jìn)行歸納總結(jié)，做到層次清晰，脈絡(luò)分明；在內(nèi)容編排上，以典型微型計(jì)算機(jī)為對(duì)象，加大應(yīng)用實(shí)例的分析，力求由淺入深，循序漸進(jìn)，舉一反三，突出重點(diǎn)，內(nèi)容精煉，通俗易懂，強(qiáng)調(diào)教材的實(shí)用性。 5 3. 教材的主要模塊對(duì)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和典型微處理器的介紹；以典型指令講解指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言；介紹匯編語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)和典型的順序、分支、循環(huán)、子程序設(shè)計(jì)；介紹半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其接口技術(shù)；從PC/ XT、PC/ AT、EISA、VESA到目前常用的PCI、AGP和外設(shè)總線等

3、微機(jī)總線接口；6介紹基本輸入/輸出接口技術(shù)；以常用的8259A中斷控制器介紹中斷控制接口技術(shù)；介紹8237A可編程DMA控制器與定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口8253芯片；介紹8255A并行接口和8250、USB串行通信接口；介紹常用的鍵盤、鼠標(biāo)、CRT、打印機(jī)、掃描儀等人機(jī)交互接口技術(shù)；以A/D、D/A轉(zhuǎn)換器來分析模擬量輸入/輸出接口技術(shù)等有關(guān)知識(shí)。 7 本章主要教學(xué)內(nèi)容本章主要教學(xué)內(nèi)容 微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展、微處理器系統(tǒng)微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展、微處理器系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類及性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類及性能指標(biāo) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件組成情況微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件組成情況 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及其

4、轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 無符號(hào)數(shù)和帶符號(hào)數(shù)的表示方法無符號(hào)數(shù)和帶符號(hào)數(shù)的表示方法 ASCII碼、碼、BCD碼的相關(guān)概念和應(yīng)用碼的相關(guān)概念和應(yīng)用 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 8本章教學(xué)目的及要求本章教學(xué)目的及要求 熟悉微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展，掌握微型計(jì)算熟悉微處理器的產(chǎn)生和發(fā)展，掌握微型計(jì)算機(jī)的分類、性能指標(biāo)；機(jī)的分類、性能指標(biāo)； 掌握計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；掌握計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理； 掌握計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號(hào)掌握計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號(hào)數(shù)的表示、字符編碼和漢字編碼的基本知識(shí)數(shù)的表示、字符編碼和漢字編碼的基本知識(shí) 。第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

5、知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 9 1.1 微型計(jì)算機(jī)概述 1946年2月15日研制出世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)：ENIAC（電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。 1946年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮諾依曼（Johe Von Neumman）提出了“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案，其特點(diǎn)是：（1）采用二進(jìn)制數(shù)的形式來表示數(shù)據(jù)和指令；（2）把指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，按照在存儲(chǔ)器中存放的順序自動(dòng)依次執(zhí)行指令；第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 10（3）由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成計(jì)算機(jī)的基本硬件系統(tǒng)；（4）由控制器來控制程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行； （

6、5）以運(yùn)算器為核心，所有的執(zhí)行都經(jīng)過運(yùn)算器。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 11 從第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)面世到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)按照其邏輯部件的組成來化分，經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)代的發(fā)展。 第一代（1946年1958年）：電子管階段 第二代（1959年1964年）：晶體管階段 第三代（1965年1970年）：集成電路階段 第四代（1971年現(xiàn)在）：大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路階段 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 12 進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后，美國(guó)Intel公司研制并推出了微處理器，誕生了微型計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、可靠性、性能價(jià)格比等方面都有了較大的突破。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方

7、面，發(fā)展了并行處理技術(shù)、多處理機(jī)系統(tǒng)、分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；在軟件方面，推出了各種系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件，發(fā)展了分布式操作系統(tǒng)和軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化，并逐漸形成了軟件產(chǎn)業(yè)。第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 13 目前，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特點(diǎn)的信息社會(huì)時(shí)代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人類社會(huì)活動(dòng)中不可缺少的工具，從儀器儀表和家電的智能化，到科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、辦公自動(dòng)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)和事務(wù)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、人工智能、計(jì)算機(jī)模擬、計(jì)算機(jī)輔助教育等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。它已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，極大地改變了人們的工作、學(xué)習(xí)、生

8、活方式，成為信息時(shí)代的主要標(biāo)志。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 14 1.1.1 微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展 20世紀(jì)70年代初美國(guó)硅谷誕生了第一片微處理器（Microprocessor）。微型計(jì)算機(jī)就是以微處理器為核心，配置相應(yīng)的存儲(chǔ)器、I/O接口電路和系統(tǒng)總線等構(gòu)成。 微型計(jì)算機(jī)一經(jīng)問世，就以其體積小、重量輕、價(jià)格低廉、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用面廣等一系列優(yōu)點(diǎn)，占領(lǐng)了世界計(jì)算機(jī)市場(chǎng)并得到了廣泛的運(yùn)用，成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的重要工具。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 15 微型計(jì)算機(jī)如果按照CPU字長(zhǎng)和功能進(jìn)行劃分，經(jīng)歷了6代的演變：第一代（197119

9、73年）4位和8位低檔微處理器第二代（19741977年）8位中高檔微處理器第三代（19781984年）16位微處理器第四代（19851992年）32位微處理器第五代（19931999年）超級(jí)32位Pentium微處理器第六代（2000年以后）64位微處理器Merced 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 16 未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的總趨勢(shì)是智能化計(jì)算機(jī)，它突出了人工智能方法和技術(shù)的應(yīng)用，除了要具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的功能之外，還要具有在某種程度上模仿人的推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)等思維功能，并具有聲音識(shí)別和圖像識(shí)別能力。 此外，一些非馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)的新型計(jì)算機(jī)，例如“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)”、“生物計(jì)算機(jī)”、

10、“光子計(jì)算機(jī)”等也在研究之中。第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 171.1.2 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)除具有運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高、有記憶能力和邏輯判斷能力、可自動(dòng)連續(xù)工作等特點(diǎn)以外，還具有以下幾方面的明顯特點(diǎn)：功能強(qiáng)可靠性高價(jià)格低廉結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)體積小、重量輕、功耗低使用和維護(hù)方便第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 181.1.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)位：指二進(jìn)制位（Bit），由“0”和“1”兩種狀態(tài)構(gòu)成。字節(jié)：由8個(gè)二進(jìn)制位組成。即8位二進(jìn)制數(shù)組成一個(gè)字節(jié)。字：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。字長(zhǎng)：是計(jì)算機(jī)在交換、加工和存放信息位的最基本的長(zhǎng)度。主頻：

11、是指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的頻率。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 19內(nèi)存容量：是微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)所能訪問的最大存儲(chǔ)單元數(shù)。指令數(shù)：是微型計(jì)算機(jī)能夠完成某種操作功能的命令數(shù)目?；局噶顖?zhí)行時(shí)間：指計(jì)算機(jī)執(zhí)行基本指令所花的時(shí)間。可靠性：指在規(guī)定的時(shí)間和條件下，正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他系統(tǒng)的性能。性能價(jià)格比：主要指計(jì)算機(jī)的硬件和軟件性能與售價(jià)的關(guān)系。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 201.1.4 微型計(jì)算機(jī)的分類按照微處理器器件的制造工藝來分類：MOS工藝和雙極型TTL工藝微處理器。按照微型計(jì)算機(jī)

12、的組成結(jié)構(gòu)來分類：?jiǎn)纹瑱C(jī)（在一個(gè)芯片上包括有CPU、RAM、ROM及I/O接口電路等完整功能的微型計(jì)算機(jī)），單板機(jī)、位片式微型計(jì)算機(jī)等。 按照微處理器能夠處理的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)來分類：4位、8位、16位、32位和64位微型計(jì)算機(jī)等。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 211.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的。計(jì)算機(jī)硬件是指那些為組成計(jì)算機(jī)而有機(jī)連接在一起的電子、機(jī)械、光學(xué)等元部件或裝置的總和，它是有形的物理實(shí)體；計(jì)算機(jī)軟件是相對(duì)于硬件而言的，軟件可包括計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的各種程序、使用手冊(cè)、說明書和文檔等有關(guān)資料。第第1章章微型計(jì)算機(jī)

13、基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 22 1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及其功能通用的微型計(jì)算機(jī)硬件一般由微處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線、接口電路、輸入/輸出設(shè)備等部件組成，圖1-1所示為通用微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 23微處理器CPUROMRAM存儲(chǔ)器I/O揚(yáng)聲器I/O鍵 盤接口芯片外圍設(shè)備總線控制器內(nèi)總線系統(tǒng)總線I/O硬盤接口卡I/O軟驅(qū)接口卡I/O接口卡顯示器I/O接口卡打印機(jī)I/O接口卡I/ORS232漢字卡擴(kuò)充RAM協(xié)處理器外圍設(shè)備外部總線圖 1- 1 通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 24 1.微處理器 處理器也稱為中央處理器CPU（Cont

14、rol Processing Unit），是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，由運(yùn)算單元、控制單元、寄存器組以及總線接口部件等組成，其功能是負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、管理和控制系統(tǒng)中的各個(gè)部件有機(jī)地工作。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 252. 內(nèi)存儲(chǔ)器 內(nèi)存儲(chǔ)器也稱為主存儲(chǔ)器，主要用來存放計(jì)算機(jī)工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。 內(nèi)存儲(chǔ)器中存放的信息通常有兩類：一類是要處理的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果；另一類是要處理的程序。內(nèi)存儲(chǔ)器中的工作主要是讀/寫操作，“讀”是指將指定內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原存儲(chǔ)單元的內(nèi)容不改變；“寫”是指CPU將信息放入指定的內(nèi)存單元，內(nèi)存單元中原來的內(nèi)容被覆蓋。第第1章章微型計(jì)算機(jī)

15、基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 26 按照內(nèi)存儲(chǔ)器的功能和性能，可以分為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）和只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）。 無論是RAM還是ROM，一般都按字節(jié)（Byte）組成存儲(chǔ)體，每個(gè)字節(jié)有一個(gè)地址碼與之對(duì)應(yīng)，通過給定地址碼可以隨意訪問該地址所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元。 總體來看，計(jì)算機(jī)對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器的要求有三點(diǎn)：存取數(shù)據(jù)的速度要快；存儲(chǔ)容量要大；成本要低。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 273. 系統(tǒng)總線 系統(tǒng)總線是CPU與其它部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道。各個(gè)部件直接用系統(tǒng)總線相連，信號(hào)通過總線相互傳送。根

16、據(jù)總線傳送內(nèi)容的不同，可以分成以下3種：（1）數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）：傳送數(shù)據(jù)。主要實(shí)現(xiàn)CPU與內(nèi)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備之間、內(nèi)存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備或外存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)總線一般為雙向總線，總線的寬度等于計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 28（2）地址總線AB（Address Bus）：傳送地址。實(shí)現(xiàn)從CPU送地址至內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備，或從外存儲(chǔ)器傳送地址至內(nèi)存儲(chǔ)器等。 （3）控制總線CB（Control Bus）：傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信息等?？刂瓶偩€是控制器發(fā)送控制信號(hào)的通道，控制信號(hào)通過控制總線通往各個(gè)設(shè)備，使這些設(shè)備完成指定的操作。 第

17、第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 294. 輸入/輸出接口電路 輸入/輸出接口電路即I/O（Input /Output）電路，它的功能是完成微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的信息交換。 接口電路一般由寄存器組、專用存儲(chǔ)器和控制電路等組成，當(dāng)前計(jì)算機(jī)的控制指令、通信數(shù)據(jù)以及外部設(shè)備的狀態(tài)信息等分別存放在專用存儲(chǔ)器或寄存器組中。 第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 305. 主機(jī)板 通常，我們將CPU、RAM、ROM、I/O接口電路以及系統(tǒng)總線組成的計(jì)算機(jī)裝置稱為“主機(jī)”，主機(jī)的主體是系統(tǒng)主板或簡(jiǎn)稱主板。 主板主要由CPU插座、芯片組、內(nèi)存插槽、系統(tǒng)BIOS、CMOS、總線擴(kuò)展槽、

18、串行/并行接口、各種跳線和一些輔助電路等硬件組成。 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 第第1章章31 6. 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器的種類較多，目前使用最多的是磁盤存儲(chǔ)器（包括軟盤和硬盤）和光盤存儲(chǔ)器。（1）軟磁盤：常用的是3.5英寸雙面高密度軟磁盤，容量為1.44MB。（2）硬磁盤：用金屬為基底，表面涂覆有磁性材料，剛性較強(qiáng)。目前在市場(chǎng)上使用較多的是2.5或3.5英寸的溫切斯特硬盤機(jī)。一般硬盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為1080 GB。（3）光盤：光盤存儲(chǔ)器由光盤、光盤驅(qū)動(dòng)器和接口電路組成。 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 第第1章章32第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 7. 輸入/輸

19、入設(shè)備 輸入/輸出設(shè)備是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部進(jìn)行通信聯(lián)系的主要裝置。 目前，微型計(jì)算機(jī)中最常用的輸入/輸出設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)和掃描儀等。 33第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1.2.2 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成1 1硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 是由電子部件和機(jī)電裝置等所組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體，包括微型計(jì)算機(jī)主機(jī)和外圍硬件設(shè)備?；竟δ苁墙邮苡?jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成各類信息和數(shù)據(jù)的輸入、處理及輸出結(jié)果等任務(wù)。2 2軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 是指為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?yàn)閷?shí)現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料。包括計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的各種程序、數(shù)據(jù)、文件、手

20、冊(cè)和有關(guān)資料。34第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1.3.1 數(shù)據(jù)的概念數(shù)據(jù)的概念 通常意義下的數(shù)字、文字、圖畫、聲音和活動(dòng)圖像都可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和處理以二進(jìn)制編碼形式出現(xiàn)的數(shù)據(jù)和信息，在使用時(shí)要將數(shù)字、文字、圖畫、聲音和活動(dòng)圖像等數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制編碼表示，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信、傳遞以及加工處理。 計(jì)算機(jī)內(nèi)部把數(shù)據(jù)分為數(shù)值型數(shù)據(jù)和非數(shù)值型數(shù)據(jù)。35第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1. 1. 計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制 二進(jìn)制計(jì)數(shù)特點(diǎn)是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”，需要用到的數(shù)字符號(hào)為2個(gè)，分別是0和1；八進(jìn)制計(jì)數(shù)的特點(diǎn)是“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”，需

21、要用到的數(shù)字符號(hào)為8個(gè)，分別是07；十進(jìn)制計(jì)數(shù)需要用到的數(shù)字符號(hào)為09共10個(gè)，其特點(diǎn)是“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十”；十六進(jìn)制計(jì)數(shù)需要用到的數(shù)字符號(hào)為16個(gè)，分別是09、AF，其特點(diǎn)是“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。36計(jì)數(shù)制形式基數(shù)計(jì)數(shù)制采用的數(shù)碼計(jì)數(shù)制的進(jìn)位及借位關(guān)系計(jì)數(shù)制表示方法舉例二進(jìn)制20、1逢二進(jìn)一、借一當(dāng)二1 1 1 0 B 或(1110)2八進(jìn)制80、1、2、3、4、5、6、7逢八進(jìn)一、借一當(dāng)八73Q或(73)8十進(jìn)制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十進(jìn)一、借一當(dāng)十95D或(95)10十六進(jìn)制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢十六進(jìn)一、借一當(dāng)

22、十六2 A 3 B H 或(2A3B)16 表1-3 計(jì)算機(jī)中不同計(jì)數(shù)制的基數(shù)、數(shù)碼、進(jìn)位關(guān)系和表示方法 37第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 2. 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 為了使用方便，在計(jì)算機(jī)中有時(shí)需要將不同的數(shù)制之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，我們將各種計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換方法總結(jié)如表1-5中所示。 38計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換要求相應(yīng)的轉(zhuǎn)換方法十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二、八、十六進(jìn)制整數(shù)分別采用基數(shù)2、8、16連續(xù)去除該十進(jìn)制整數(shù)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列余數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二、八、十六進(jìn)制小數(shù)連續(xù)用基數(shù)2、8、16去乘以該十進(jìn)制小數(shù)，直至乘積的小數(shù)部分等于“0”，然后順序排列每次乘積的整數(shù)部分二、八、

23、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)用其各位所對(duì)應(yīng)的系數(shù)和基數(shù)，按照“位權(quán)展開求和”的方法就可以得到轉(zhuǎn)換結(jié)果二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八、十六進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左或向右，將每3位或4位二進(jìn)制數(shù)分成1組，不足位數(shù)的補(bǔ)0，每組用1位八、十六進(jìn)制數(shù)表示八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開始分別向左或向右，將每位八、十六進(jìn)制數(shù)用3位或4位二進(jìn)制數(shù)表示即可表1-5 各種計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換方法 39第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 【例1.1】 將十進(jìn)制整數(shù)(213)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。解：按照“除2倒取余”的轉(zhuǎn)換方法，具體步驟為：將給定的十進(jìn)制數(shù)除以2，得到一個(gè)商和一個(gè)余數(shù)；取出余數(shù)，再將商除以2，又得到

24、一個(gè)商和一個(gè)余數(shù)；重復(fù)該過程，直到商等于0為止。最后將每次得到的余數(shù)（必定是0或1）按倒序排列，就可以得到該十進(jìn)制數(shù)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。 40第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 轉(zhuǎn)換過程如下：2 213 余數(shù)為1 2 106 余數(shù)為02 53 余數(shù)為12 26 余數(shù)為02 13 余數(shù)為12 6 余數(shù)為02 3 余數(shù)為12 1 余數(shù)為1 0 所以，(213)10(11010101)2 41第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 【例1.2】 將十進(jìn)制小數(shù)(0.8125)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)。解：按照“乘2順取整”的轉(zhuǎn)換方法，具體步驟為：用2乘以給定的十進(jìn)制小數(shù)，得到其對(duì)應(yīng)的整數(shù)

25、和小數(shù)部分；取出整數(shù)位，再用2乘以余下的小數(shù)部分，又得到一個(gè)整數(shù)和一個(gè)小數(shù)部分；重復(fù)該過程，直到余下的小數(shù)部分為0或滿足精度要求為止。最后將每次得到的整數(shù)部分（必定是0或1）按先后順序排列即可得到所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制小數(shù)。 42第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 轉(zhuǎn)換過程如下：0.812521.625 取整數(shù)位10.62521.25 取整數(shù)位1 0.2520.5 取整數(shù)位00.521.0 取整數(shù)位1所以，(0.8125)10(0.1101)243第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1.3.3 數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示把一個(gè)數(shù)及其符號(hào)在機(jī)器中的表示加以數(shù)值化，這樣的

26、數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)稱為該機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)被存放在存儲(chǔ)器件中，機(jī)器數(shù)的符號(hào)是經(jīng)過數(shù)字化處理的，用一位編碼表示，通常用“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)。機(jī)器數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置是事先約定的，它在機(jī)器數(shù)表示格式中并不出現(xiàn)，其位置通常有兩種約定：一種方法規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變，這時(shí)的機(jī)器數(shù)稱為“定點(diǎn)數(shù)”；另一種方法規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置可以浮動(dòng)，這時(shí)的機(jī)器數(shù)稱為“浮點(diǎn)數(shù)”。 44第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1數(shù)的定點(diǎn)表示由于采用進(jìn)位計(jì)數(shù)制，任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N都可以表示為：N=2PS式中的N、P、S均為二進(jìn)制數(shù)。S稱為數(shù)N的尾數(shù)，它表示該數(shù)的全部有效數(shù)字；2為計(jì)數(shù)制的底數(shù)，2前面

27、的號(hào)是尾數(shù)的符號(hào)；P稱為數(shù)N的階碼，它指明了小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置，2的右上方的號(hào)是階碼的符號(hào)。對(duì)任一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N=2PS，若階碼P固定不變，則小數(shù)點(diǎn)位置是固定的，這種表示方法就是數(shù)的定點(diǎn)表示，該數(shù)為定點(diǎn)數(shù)。 45第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 2數(shù)的浮點(diǎn)表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以表示為：N2PS當(dāng)二進(jìn)制數(shù)的階碼P不固定時(shí)，數(shù)的小數(shù)點(diǎn)實(shí)際位置將根據(jù)階碼值P相對(duì)浮動(dòng)，這就是數(shù)的浮點(diǎn)表示，該數(shù)為浮點(diǎn)數(shù)。 在這種表示方法中要把機(jī)器數(shù)分為兩部分：一部分表示數(shù)的階碼，另一部分表示數(shù)的尾數(shù)，階碼和尾數(shù)均有各自的符號(hào)位。 46第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 1.3.4 機(jī)器數(shù)的表示機(jī)器數(shù)

28、的表示1 1機(jī)器數(shù)的范圍機(jī)器數(shù)的范圍（1）對(duì)于字長(zhǎng)為8位的機(jī)器，一個(gè)無符號(hào)整數(shù)的最大值是：(11111111)2=(255)10，此時(shí)機(jī)器數(shù)的表示范圍是0255。（2）對(duì)于字長(zhǎng)為16位的機(jī)器，一個(gè)無符號(hào)整數(shù)的最大值是：(1111111111111111)2=(FFFF)16=(65535)10，此時(shí)機(jī)器數(shù)的表示范圍是065535。如果用n來表示機(jī)器的字長(zhǎng)，則無符號(hào)數(shù)的表示范圍是：0 X 2n1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，會(huì)產(chǎn)生溢出。 47第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 2 2機(jī)器數(shù)的符號(hào)機(jī)器數(shù)的符號(hào)計(jì)算機(jī)在處理帶有正、負(fù)號(hào)的數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)要考慮數(shù)的符號(hào)問題，這些數(shù)據(jù)稱為帶符號(hào)數(shù)。為了在

29、計(jì)算機(jī)中正確地表示帶符號(hào)的數(shù)據(jù)，規(guī)定每個(gè)字長(zhǎng)的最高位為符號(hào)位，通常用“0”來表示正數(shù)，用“1”來表示負(fù)數(shù)。48第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 3帶符號(hào)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示（1）原碼：將一個(gè)正數(shù)的符號(hào)“”采用“0”表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)“”采用“1”表示的二進(jìn)制數(shù)稱為原碼。原碼可以表示的整數(shù)范圍是：(2n-11)(2n-11)，其中n為機(jī)器字長(zhǎng)。固定的，這種表示方法就是數(shù)的定點(diǎn)表示，該數(shù)為定點(diǎn)數(shù)。 49第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) （2）反碼：對(duì)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)逐位求反而得到的數(shù)稱之為該數(shù)的反碼。 對(duì)于帶符號(hào)的數(shù)來說，正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼除符號(hào)位

30、以外的各位按位取反。 通常，8位二進(jìn)制數(shù)所表示的反碼數(shù)值范圍為127+127。對(duì)于正數(shù)，它的反碼的符號(hào)位為0，其余7位為數(shù)值；而當(dāng)符號(hào)位為1時(shí)代表的是負(fù)數(shù)，其余7位并非為真實(shí)數(shù)值，而是數(shù)值的反碼，為求其真值，則必須對(duì)反碼再求反。 50第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) （3）補(bǔ)碼：為了使數(shù)字化后的符號(hào)位能作為數(shù)參加運(yùn)算，并解決將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算的問題，從而簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的控制線路，提高運(yùn)算速度，就產(chǎn)生了補(bǔ)碼表示。 正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其反碼在最低位加1。通常，補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍是：2n-1（2n-11），其中n為機(jī)器字長(zhǎng)。 對(duì)于8位二進(jìn)制補(bǔ)碼，可表示的整數(shù)范圍是1

31、28127，對(duì)于16位二進(jìn)制補(bǔ)碼，可表示的整數(shù)范圍是3276832767。51第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 4. 補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換 已知某機(jī)器數(shù)的真值可以通過補(bǔ)碼的定義來完成真值到補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換；反之，若已知某數(shù)的補(bǔ)碼也可以通過以下方法來求出其真值。 （1）對(duì)于正數(shù)的補(bǔ)碼，其真值等于補(bǔ)碼的本身； （2）對(duì)于負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，求其真值時(shí)可以除符號(hào)位以外將補(bǔ)碼的有效值按位求反后在末位加1，即可得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對(duì)應(yīng)的真值。 52第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 【例1.9】 已知X= 52，求出X的原碼、反碼和補(bǔ)碼表示。解：給定的數(shù)據(jù)為負(fù)數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)為：X= (01

32、10100)2按照上述分析可得X的原碼、反碼和補(bǔ)碼表示： X原碼=(10110100)2 X反碼=(11001011)2 X補(bǔ)碼= X反+1=(11001100)253第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 【例1.10】 給定 X補(bǔ)碼(01011100)2，求真值X。解：由于給定X補(bǔ)碼的符號(hào)位是“0”，代表該數(shù)是正數(shù)，則其真值為：X(1011100)2(126124123122)(641684)10(92)1054第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 【例1.11】 給定X補(bǔ)碼(10101101)2，求真值X。解：由于給定X補(bǔ)碼的符號(hào)位是“1”，代表該數(shù)是負(fù)數(shù)，則其真值為：

33、X(0101101求反1)2(10100101)2(1010011)2(126124121120)(641621)10(83)1055第第1章章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 5. 5. 帶符號(hào)數(shù)的加減運(yùn)算與溢出判斷帶符號(hào)數(shù)的加減運(yùn)算與溢出判斷（1）帶符號(hào)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算：大多數(shù)計(jì)算機(jī)采用定點(diǎn)整數(shù)補(bǔ)碼形式來表示有符號(hào)數(shù)，補(bǔ)碼運(yùn)算比較簡(jiǎn)單，而且負(fù)數(shù)用相應(yīng)的補(bǔ)碼表示后，可以將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。一般計(jì)算機(jī)中只設(shè)置加法器，減法運(yùn)算都是通過適當(dāng)?shù)那笱a(bǔ)處理，然后通過相加來實(shí)現(xiàn)的。（2）溢出的判斷：計(jì)算機(jī)中參加運(yùn)算的數(shù)若超過計(jì)算機(jī)所能表示的數(shù)值范圍，則稱之為溢出。例如，我們已經(jīng)知道8位帶符號(hào)數(shù)的取值范圍是128+127，當(dāng)XY128 或 XY127時(shí)會(huì)發(fā)生溢出，溢出將導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。這時(shí)，計(jì)算機(jī)要對(duì)溢出進(jìn)行相應(yīng)的處理。56第第