微機(jī)課件第一章ch01中

1、第一章微處理器與計(jì)算機(jī)導(dǎo)論教師：沈潤(rùn)杰提綱u第一節(jié) 發(fā)展歷史u第二節(jié) 數(shù)制系統(tǒng)u第三節(jié) 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u第四節(jié) 微處理器與PC系統(tǒng)2022-3-152022-3-15微計(jì)算機(jī)u電子元器件的飛速發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)性能得到了極大提高，其體積大大縮小，應(yīng)用越來(lái)越普及。u20世紀(jì)70年代末期8位機(jī)開始走向16位機(jī)。u20世紀(jì)80年代，微機(jī)進(jìn)入32位機(jī)的發(fā)展階段。微機(jī)這一高科技領(lǐng)域的產(chǎn)品已觸及到社會(huì)的各個(gè)角落。u20世紀(jì)90年代，微機(jī)進(jìn)入64位機(jī)的發(fā)展階段u21世紀(jì)初，逐步邁進(jìn)64位計(jì)算時(shí)代uIntel的發(fā)展歷史見(jiàn)證了微處理器的發(fā)展歷史。2022-3-15計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段起止年代

2、主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域第一代40-50年代電子管500010000體積巨大，運(yùn)算速度低，耗電量大，存儲(chǔ)容量小應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算。第二代50-60年代晶體管幾萬(wàn)幾十萬(wàn)體積減小，耗電較少，運(yùn)算速度較高，價(jià)格下降。應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和事務(wù)管理、工業(yè)控制。第三代60年代中、小規(guī)模集成電路幾十萬(wàn)幾百萬(wàn)體積、功耗更少，可靠性及速度更高。應(yīng)用領(lǐng)域：文字處理、企業(yè)管理、自動(dòng)控制、城市交通管理等方面。第四代70年代至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路幾千萬(wàn)千百億性能大幅度提高，價(jià)格大幅度下降。應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動(dòng)化、電子編輯排版、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、專家系統(tǒng)等各行各業(yè)。機(jī)械

3、時(shí)代u算盤u機(jī)械式計(jì)算器u最早的計(jì)算機(jī)u中國(guó)uPascal計(jì)算器u法國(guó)數(shù)學(xué)家Pascalu齒輪與轉(zhuǎn)輪運(yùn)算機(jī)構(gòu)u革命性的10齒齒輪uPASCAL語(yǔ)言因其命名2022-3-15機(jī)械時(shí)代u計(jì)算器 計(jì)算機(jī)u不僅僅為了計(jì)算u用程序計(jì)算數(shù)據(jù)!u1937, Babbage分析機(jī)u機(jī)械式計(jì)算機(jī)u1000個(gè)20位長(zhǎng)的十進(jìn)制數(shù)字u一個(gè)執(zhí)行各種任務(wù)的可變的程序u借鑒Jacquard的穿孔卡片機(jī)輸入模式思想2022-3-15電子時(shí)代u自動(dòng)化u用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式機(jī)器計(jì)算 u1889, Herman Hollerithu穿孔卡片存儲(chǔ)u組建了Tabulating Machine Company（機(jī)械制表公司） IBMu第

4、一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)uZ1, 1941, Konrad ZuseuZ3 u繼電器邏輯機(jī)器u5.33Hz2022-3-15電子時(shí)代u第一臺(tái)真正的電子計(jì)算機(jī)u1943, Alan Turingu破譯密碼u不可編程u專用計(jì)算機(jī)2022-3-15電子時(shí)代u第一臺(tái)通用可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)u賓夕法尼亞大學(xué)摩爾學(xué)院u1946, ENIAC(電子數(shù)字積分器和計(jì)算器)u17000 真空管u500英里長(zhǎng)的導(dǎo)線u30 噸u24m*6m*2.5mu每秒100000 次運(yùn)算u可編程！2022-3-15集成電路(IC)u第一個(gè)晶體管u1948, John Bardeen, Walter Brattain, William Scho

5、ckley u第一塊集成電路u1958, Jack Kilby2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel 4004 (1970)u4位微處理器u4KB主存u45條指令uP溝道MOS技術(shù)u50KIPS(每秒千條指令)u740KHzu與ENIAC相比u100KIPSu30噸uF14 CADC (1970) ALUu9.15KHz (F14雄貓戰(zhàn)斗機(jī)主控芯片)u軍事機(jī)密，1998年解密2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel 8008 (1971)u4004的8位版本u16KB主存u48條指令uNMOS 6微米技術(shù)u4500個(gè)晶體管2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel 8080 (1973)

6、u8位微處理器.u64KB 主存.u4.77MHzu0.5MIPS (每秒百萬(wàn)條指令).u比8008快10倍.uMITS Altair 8002022-3-15Andy Grove, Robert Noyce 和Gordon MooreBill Gates 和 Paul Allen微處理器時(shí)代uIntel 8085 (1977)u8位微處理器8080的更新版本u64KB主存u1.3微秒時(shí)鐘周期769230指令/秒u246條指令uIntel已經(jīng)銷售了超過(guò)1億片這種8位微處理器2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel 8086/8088 u現(xiàn)代微處理器u16位微處理器u1MB主存u2.5MIPS

7、u4或6字節(jié)的指令緩存uIBM PCu軟件發(fā)展u電子表格、文字處理、拼寫檢查2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel 80286 (1983)u16位架構(gòu)微處理器 u與8086相同 u16MB 主存 u4.0MIPS(250ns/8MHz) uIntel 80386 (1986)u32位微處理器u4GB主存u12-33MHzu內(nèi)存管理2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel 80486(1989)u32位微處理器，32位數(shù)據(jù)總線與32位地址總線u4GB主存u20-50MHz.后來(lái)達(dá)到66和100MHzu在一個(gè)封裝內(nèi)合并了一個(gè)80386式的微處理器、一個(gè)80387式的浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器和一個(gè)8

8、K字節(jié)的高速緩存u約有半數(shù)的指令在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，而386需要2個(gè)時(shí)鐘2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel Pentium (1993)u32位微處理器， 64位數(shù)據(jù)總線和32位地址總線u4GB主存u60, 66, 90MHzu一倍半頻的100MHz 版本u兩倍頻的120和133MHz版本u最快的版本是233MHz (三倍半頻)u16KB一級(jí)高速緩存(指令和數(shù)據(jù)各分得8KB)u內(nèi)存?zhèn)鬟f速度為66MHz(而不是33MHz)u雙整數(shù)處理器2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel Pentium Pro (1995)u32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和36位地址總線u64GB主存u基本頻率

9、為150MHzu16KB一級(jí)高速緩存(指令和數(shù)據(jù)各分得8KB)u256KB二級(jí)高速緩存u內(nèi)存?zhèn)鬟f速度為66MHzu3個(gè)整數(shù)處理器2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel Pentium II (1997)u32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和36位地址總線u64GB主存u基本頻率為266MHzu32KB分用的指令/數(shù)據(jù)一級(jí)高速緩存(每個(gè)16KB)u模塊集成了512KB二級(jí)高速緩存(133MHz)u內(nèi)存?zhèn)鬏斔俾蕿?6MHz至100MHz(1998)2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel Pentium III (1999)u32位微處理器，64位數(shù)據(jù)總線和36位地址總線u64GB主存儲(chǔ)器.u8

10、00MHz及以上頻率u32KB 分用的指令/數(shù)據(jù)一級(jí)高速緩存(每個(gè)16KB)u片內(nèi)256KB二級(jí)高速緩存(高速)u內(nèi)存?zhèn)鬟f速率為100MHz至133MHzu雙獨(dú)立總線(同時(shí)L2和系統(tǒng)內(nèi)存存取)2022-3-15微處理器時(shí)代uIntel Pentium IV (2002)u1.4至1.9GHz，最新的有3.20GHz至3.46GHz (超線程)!u1MB/512KB/256KB二級(jí)高速緩存u800MHz(約6.4GB/s)/533MHz(4.3GB/s)/400MHz(3.2GB/s)系統(tǒng)總線u1066MHz前端總線u專門為視頻流、游戲和DVD應(yīng)用(144個(gè)新的SIMD128位指令).u0.13

11、um，超過(guò)5500萬(wàn)個(gè)晶體管.u新產(chǎn)品采用90nm晶體管,可能多于1.25億個(gè)晶體管u未來(lái)2022-3-15摩爾定律u集成芯片的容量每18個(gè)月會(huì)翻一番，性能也會(huì)提升一倍。u1965, Gordon Mooreu摩爾定律在過(guò)去的40年中一直是有效的u1971: 4004 2,250 晶體管u1972: 8008 2,500 晶體管u1974: 8080 5,000 晶體管u1978: 8086 29,000 晶體管u1982: 80286120,000 晶體管u1985: 80386275,000 晶體管u1989: 80486 DX1,180,000 晶體管u1993: Pentium3,10

12、0,000 晶體管u1997: Pentium II7,500,000 晶體管u1999: Pentium III24,000,000 晶體管u2000: Pentium 442,000,000 晶體管u摩爾定律不會(huì)在不久的將來(lái)結(jié)束2022-3-152022-3-15第25頁(yè)2022-3-15編程語(yǔ)言u(píng)編程機(jī)器 編程語(yǔ)言u(píng)進(jìn)展u通過(guò)重寫電路來(lái)編程u機(jī)器語(yǔ)言u(píng)二進(jìn)制代碼, 0/1u馮諾依曼機(jī)： 一個(gè)可以接受指令并將指令存儲(chǔ)在內(nèi)存中的系統(tǒng).u匯編語(yǔ)言u(píng)Mnemonic codes (助記符)u0100 0111 ADDu高級(jí)語(yǔ)言u(píng)FLOWMATIC, Fortran, ALGOL, COBOLuB

13、asic, Pascal 教學(xué)語(yǔ)言u(píng)C/C+ 多用于底層或與硬件相關(guān)的編程uJava 主要用于網(wǎng)絡(luò)編程2022-3-15數(shù)制u計(jì)算機(jī)化的信息u計(jì)算機(jī)是基于電磁學(xué)原理來(lái)進(jìn)行工作的u計(jì)算機(jī)化的信息通常采用一定電壓的信號(hào)來(lái)處理的u12V電壓用于硬盤驅(qū)動(dòng)器u5/3V電壓用于總線接口或外部通信接口u1.5/1.3V電壓用于CPU等u計(jì)算機(jī)通常采用電壓的開關(guān)來(lái)表示和處理信息的u電壓開（Voltage On, Power On）為1u電壓關(guān)（Voltage Off, Power Off）為0u采用上述兩種工作狀態(tài)時(shí)，電子設(shè)備的性價(jià)比最高，即價(jià)格最便宜、性能最穩(wěn)定可靠數(shù)制u二進(jìn)制電路u所有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都是基于二

14、進(jìn)制信息處理過(guò)程u二進(jìn)制由兩個(gè)數(shù)組成u1u0 電路斷開 電路閉合數(shù)制u字節(jié)與位數(shù)制u字長(zhǎng)u位u字節(jié)：8位u字：2字節(jié)，16位u雙字：4字節(jié)，32位u數(shù)量級(jí)u：10-6um：10-3uK ：103uM ：106uG ：109uT ：1012數(shù)制u數(shù)的表示u從數(shù)字到數(shù)：數(shù)的進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示u10進(jìn)制表示、16進(jìn)制表示、2進(jìn)制表示、12進(jìn)制表示等等u數(shù)的不同進(jìn)制表示之間的相互轉(zhuǎn)化u數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示u真值和機(jī)器數(shù)u二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算機(jī)表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼u基于機(jī)器數(shù)的運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算）u其它表示：BCD碼2022-3-15數(shù)制2022-3-15其中： Si - S的第i位數(shù)碼，可以是K個(gè)符號(hào)中

15、任何一個(gè)； n,m - 含義同前； K - 基數(shù)(radix或number base)； Ki - K進(jìn)制數(shù)的權(quán)(weight)111002211)(nmiiimmnnnnKKSKSKSKSKSKSS數(shù)制u計(jì)算機(jī)的數(shù)制u十進(jìn)制數(shù)u二進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)舉例u進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示實(shí)例u后綴：B, O, H, Du例 1: 6進(jìn)制表示下的 25.2u冪 61 60 6-1u權(quán) 6 1 .167u數(shù) 2 5. 2u數(shù)值 12 + 5. + .333 = 17.333u例 2: 2進(jìn)制表示下的110.101u冪 22 21 20 2-1 2-2 2-3u權(quán) 4 2 1 0.5 0.25 0.125u數(shù) 1 1 0.

16、 1 0 1u數(shù)值 4 + 2 + 0 + 0.5 + 0 + 0.125 = 6.6252022-3-15不同進(jìn)制的數(shù)之間的轉(zhuǎn)換u非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換u按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制求和。(整數(shù)和小數(shù)均遵循該原則)u例：10110010B = (?)10u 13FAH = (?)102022-3-15數(shù)制 計(jì)算機(jī)的數(shù)制 二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)數(shù)制u二進(jìn)制數(shù)不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換u十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換u十進(jìn)制 二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：u整數(shù)部分：除2取余；u小數(shù)部分：乘2取整。u十進(jìn)制 十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：u整數(shù)部分：除16取余； u小數(shù)部分：乘16取整。u以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位

17、。2022-3-15數(shù)制u計(jì)算機(jī)的數(shù)制u十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)（不帶小數(shù)和帶小數(shù)）數(shù)制計(jì)算機(jī)的數(shù)制二進(jìn)制數(shù)958710 = 100101011100112八進(jìn)制數(shù)958710 = (|010|010|101|110|011)2958710 = (2|2|5|6|3)8958710 = 2256382022-3-15第41頁(yè)數(shù)制u計(jì)算機(jī)的數(shù)制uBCH(二進(jìn)制編碼的十六進(jìn)制)u二進(jìn)制數(shù)u958710 = 100101011100112u十六進(jìn)制數(shù)u958710 = |0010|0101|0111|00112u958710 = 2773162022-3-15第42頁(yè)數(shù)制u二進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)制u十六進(jìn)制數(shù)數(shù)制

18、u基本概念：機(jī)器數(shù)及其真值 u在計(jì)算機(jī)中，一個(gè)數(shù)連同它的符號(hào)都用二進(jìn)制的編碼形式來(lái)表示，這種數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。(Machine Number)u一個(gè)機(jī)器數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值稱為這個(gè)機(jī)器數(shù)的真值 (True Value)u基本概念：u二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼2022-3-15二進(jìn)制數(shù)之間的運(yùn)算 無(wú)符號(hào)數(shù) 算術(shù)運(yùn)算 有符號(hào)數(shù) 邏輯運(yùn)算注意它們之間的區(qū)別 2022-3-15數(shù)制u無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍u 一個(gè)n位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為 u 0 X 2n-1u 若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。u溢出的判斷u判別方法：運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出u機(jī)器數(shù)具有

19、固定的位數(shù)u一個(gè)8位機(jī)器數(shù)只能表示從(0)000000002到(255)111111112之間的數(shù)。u如果在計(jì)算的過(guò)程中，如果結(jié)果超過(guò)255，這該計(jì)算機(jī)不能表示該數(shù)，產(chǎn)生“溢出”。無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u思考：X位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)可表示的真值的范圍是多少？uX = 1時(shí)uX = 2時(shí)uX = 4時(shí)uX = 8時(shí)uX = 16時(shí)uX = 32時(shí)uX = 64時(shí)2022-3-15有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u有符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示u把二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號(hào)位u符號(hào)位為 0 表示正數(shù)，符號(hào)位為 1 表示負(fù)數(shù)u連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。u機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。u有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算 舉例 : 真值

20、和機(jī)器數(shù) +52 = = 0 0110100 符號(hào)位數(shù)值位 -52 = -0110100 = 1 0110100 真值真值機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u有符號(hào)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示u對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種。數(shù)X的原碼記作X原，反碼記作X反，補(bǔ)碼記作X補(bǔ)。u注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。u 它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示。原碼X原u定義u符號(hào)位：0表示正，1表示負(fù)；u數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。11120202nnnXXXXX原碼的例子真值X=+18= X=-18=-0010010原碼X原 =0 0010010X原 =1 0010010符號(hào)符號(hào)位n位原碼表示數(shù)值的范圍是位原碼表

21、示數(shù)值的范圍是-(2n-1-1)+(2n-1-1)對(duì)應(yīng)的原碼是對(duì)應(yīng)的原碼是1111 0111。原碼表示存在問(wèn)題u8位數(shù)0的原碼：+0 = 0 0000000u-0 = 1 0000000u 即：數(shù)0的原碼不唯一u負(fù)數(shù)不滿足算術(shù)運(yùn)算法則u如 -2+1 = -3u-2 = 1 0000010u+1 = 0 0000001u-3 = 1 0000011反碼X反定義 若X0 ，則X反=X原 若X0， 則X補(bǔ)= X反= X原若X0， 則X補(bǔ)= X反+11120202nnnXXXXX補(bǔ)碼的例子uX= 52= 0110100 （真實(shí)數(shù)）uX原 = 10110100uX反 = 11001011uX補(bǔ) = X反

22、+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是 -2n-1+(2n-1-1)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是1000 0111。0的補(bǔ)碼：u+0補(bǔ)= +0原=00000000u-0補(bǔ)= -0反+1=11111111 + 1u=00000000 u 對(duì)8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉u+0補(bǔ)= -0補(bǔ)= 00000000u0的補(bǔ)碼編碼表示得到統(tǒng)一u正負(fù)數(shù)滿足算術(shù)運(yùn)算特殊數(shù)10000000u該數(shù)在原碼中定義為： -0u在反碼中定義為： -127u在補(bǔ)碼中定義為： -128u對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：(10000000) = 128補(bǔ)碼計(jì)算方法u以計(jì)算-12為例u方法1u計(jì)算+12的編碼，有000011002u

23、反轉(zhuǎn)所有位，有111100112u加1，有111101002u故有-1210=111101002u方法2u寫出+12的編碼，有000011002u從后往前，依次寫0，直到找到第一個(gè)不為0的位，在該位對(duì)應(yīng)位置寫1u再往前，依次寫入相反的位即可u故同樣有-1210=111101002計(jì)算機(jī)的數(shù)制表示u機(jī)器數(shù)的表示法u機(jī)器數(shù)的正負(fù)數(shù)表示u采用機(jī)器數(shù)的最高位來(lái)表示。u0表示該數(shù)是正數(shù)u1表示該數(shù)是負(fù)數(shù)，通常采用補(bǔ)碼表示u01111111127u0001000117u000000011u000000000u11111111-1u11110100-12u10000001-127u10000000-128有

24、符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u8位二進(jìn)制有符號(hào)數(shù)的表示范圍(表示范圍問(wèn)題)：u原碼： -127 +127u反碼： -127 +127u補(bǔ)碼： -128 +127u思考：16位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換u對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)： u 1）求出真值u 2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換u思考：如何計(jì)算一個(gè)十進(jìn)制數(shù)(包含整數(shù)和小數(shù)部分)的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示？有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u例：將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。u1)X補(bǔ) = 0 0101110B 真值為： Bu 正數(shù)u 所以：X=+46u2)X補(bǔ) = 1 1010010B u 負(fù)數(shù)u X = X補(bǔ)補(bǔ) = 11010010補(bǔ)= - 0101

25、110Bu 所以：X = - 46有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則u 通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則：uX+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ)uX-Y補(bǔ)=X補(bǔ)- Y補(bǔ)u其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算，不需要特別單獨(dú)處理。2022-3-15有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u例: 基于補(bǔ)碼表示的計(jì)算uX=-0110100，Y= ，求X+Y補(bǔ)uX原=10110100 uX補(bǔ)= X反+1=11001100uY補(bǔ)= Y原=01110100u所以： X+Y補(bǔ)= X補(bǔ)+ Y補(bǔ)u =11001100 u =010000002022-3-15Tongji UniversityPage 69有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的

26、溢出問(wèn)題u進(jìn)(借)位u在加法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；u在減法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。u溢出u運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。2022-3-15Tongji UniversityPage 70有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算u溢出的判斷方法u方法：u同號(hào)相減或異號(hào)相加不會(huì)溢出。u同號(hào)相加或異號(hào)相減可能溢出：u兩種情況：u同號(hào)相加時(shí)，結(jié)果符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相反溢出；u 異號(hào)相減時(shí)，結(jié)果符號(hào)與減數(shù)符號(hào)相同溢出。u方法：u兩個(gè)帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若u C7 C61，u 則結(jié)果產(chǎn)生溢出。u C7為最高位的進(jìn)(借)位；C為次高位的進(jìn)(借)位。2022-3-15Tongji UniversityPage

27、 71有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算2022-3-15Tongji UniversityPage 72有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是錯(cuò)誤的無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是錯(cuò)誤的 1 0 1 1 0 1 0 1 + 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 + 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 + 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1情況情況1:情況情況2:情況情況3:基礎(chǔ)知識(shí)u小數(shù)表示u定點(diǎn)表

28、示法u將小數(shù)點(diǎn)約定在機(jī)器數(shù)的某一固定位置上，如u將小數(shù)點(diǎn)約定在符號(hào)位和數(shù)值的最高位之間，這可以表示有符號(hào)純小數(shù)uX=010100002=0.62510u將小數(shù)點(diǎn)約定在最低位之后，則表示整數(shù)。uX=010100002=4810數(shù)制u小數(shù)表示u浮點(diǎn)表示法u小數(shù)點(diǎn)位置不固定u通常一個(gè)既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分的十進(jìn)制小數(shù)D可以表示為uD=R10NuR為純小數(shù)，其小數(shù)點(diǎn)后的第一位數(shù)字為非零數(shù)字，N為指數(shù)，是一個(gè)整數(shù)u如u123.456可以表示為0.123456103u0.00123456可以表示為0.12345610-2數(shù)制u小數(shù)表示u浮點(diǎn)表示法u同樣，對(duì)于既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分的二進(jìn)制小數(shù)D，也

29、可以表示為uD=R2NuR為二進(jìn)制定點(diǎn)小數(shù)，稱為D的尾數(shù)。其小數(shù)點(diǎn)后的第一位數(shù)字為非零數(shù)字，uN為二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)，稱為D的階碼。u如u101(+5.0)可以表示為1.0122= 1.01210u-0.0001101(-0.1015625)可以表示為-1.1012-4=-1.101211111100u目前多采用IEEE754浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)u對(duì)于單精度型，由符號(hào)位(1位)、階碼位(8位+127)和尾數(shù)位(23位)三部分組成u故有u101=0 10000001 01000000 00000000 0000000 = 40A00000u-0.0001101=1 01111011 10100000 0000

30、0000 0000000 = BDD00000符號(hào)位(1位)階碼(8位)尾數(shù)(23位)2022-3-15第76頁(yè)內(nèi)存基本架構(gòu)u內(nèi)存中的字節(jié)內(nèi)存基本架構(gòu)u數(shù)據(jù)存儲(chǔ)u字節(jié)Byte -例 1-20,24u字Word 例 1-26,27u雙字Double Word 例 1-28,29u實(shí)數(shù)Real Number 例 1-28,29u字符串String 例 1-302022-3-15第78頁(yè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式uASCII字符編碼 - p34uASCII (American Standard Code for Information Interchange) 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼u128字符。從

31、00000002到01111112.u采用擴(kuò)展編碼(extended ASCII)時(shí)，可以充分利用256個(gè)字符。從000000002到111111112計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u字符編碼u信息“Hello.”的編碼計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u字符編碼uGB2312-80編碼u信息交換用漢字編碼字符集u全部國(guó)標(biāo)漢字和符號(hào)組成9494的矩陣u每一行稱為一個(gè)“區(qū)”，有94個(gè)區(qū)u每一列稱為一個(gè)“位”，有94個(gè)位u這樣由一個(gè)區(qū)位碼(區(qū)碼在前，位碼在后)可以唯一確定一個(gè)字符u區(qū)域劃分u1-15區(qū)為圖形符號(hào)區(qū)u16-55區(qū)為一級(jí)常用漢字區(qū)，漢字啊的編碼為160116u56-87區(qū)為二級(jí)常用漢字區(qū)u88-94區(qū)為用戶自定義漢字區(qū)計(jì)

32、算機(jī)數(shù)據(jù)格式u字符編碼uGB2312-80編碼u作為直接編碼會(huì)導(dǎo)致與ASCII編碼沖突u在區(qū)碼和位碼上均增加A016, 即10100000u這樣漢字“啊”的編碼為B0A116。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u字符編碼uGB2312-80編碼計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u字符編碼uGB2312-80編碼計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u圖像編碼u1代表黑.u0代表白.=0 0011111000001 0100000110100 110110001010000101001010100 1000100010010 0 1101010010 0 100101011000 010100100010 00 1001001010 00001010100

33、0 011101000010 00 000001101 100101101000 001010000010 00 0100101100 0 010010010010 0 0010010000 1010001001010 10110101000000 000000010 0 000101010000000 0100010100 0 0100100000 0 1100100101 0 11001001000計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u4級(jí)灰度u意味著使用四種形狀.u每個(gè)像素需要兩位： u00 代表 白色u01 代表 淺灰色u10 代表 深灰色u11 代表 黑色計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u256級(jí)灰度 u意味著每個(gè)像素點(diǎn)需

34、要8位來(lái)表示256種灰色計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u我們?nèi)钥梢杂?位 (即一個(gè)字節(jié)) 來(lái)代表每個(gè)像素點(diǎn)的顏色.u一個(gè)字節(jié)可以表示256個(gè)不同的數(shù)，因此我們?cè)谶@幅圖像中可以有 256種不同的顏色計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)格式u更多的字節(jié)？u 3 個(gè)字節(jié)紅綠藍(lán)像素點(diǎn)的顏色高級(jí)話題u8位數(shù)16位數(shù)/32位數(shù)u無(wú)符號(hào)數(shù)u有符號(hào)數(shù)u十進(jìn)制數(shù)的表示BCD碼u用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。u壓縮BCD碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，00001001表示09，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。u非壓縮BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總是0000，低4位的00001001表示09。2022-3-

35、15第90頁(yè)2022-3-15第91頁(yè) 微處理器架構(gòu)u內(nèi)存與IO系統(tǒng)2022-3-15第92頁(yè)微處理器內(nèi)存I/O系統(tǒng)總線總線動(dòng)態(tài) RAM (DRAM)靜態(tài) RAM (SRAM)高速緩存只讀存儲(chǔ)器 (ROM)閃速存儲(chǔ)器EEPROMSDRAMRAMBUSDDR RAM8086808880186802868038680486PentiumPentium ProPentium IIPentium IIIPentium 4打印機(jī)串行通信設(shè)備軟盤驅(qū)動(dòng)器硬盤驅(qū)動(dòng)器鼠標(biāo)CD-ROM驅(qū)動(dòng)器繪圖儀鍵盤顯示器磁帶備份掃描儀DVDPC中的存儲(chǔ)器映像2022-3-15第93頁(yè)擴(kuò)展內(nèi)存擴(kuò)展內(nèi)存TPA640KB系統(tǒng)區(qū)系統(tǒng)區(qū)

36、384KB80286或80386SX中是15MB80386SL/SLC中是31MB80386EX中是63MB80386DX,、80486 以及Pentium中是4095MBPentium Pro、Pentium II、 Pentium III和Pentium4中是4GB1MB 實(shí)(常規(guī))內(nèi)存總線架構(gòu)2022-3-15第94頁(yè)總線架構(gòu)u地址總線地址總線: :u如果尋址如果尋址I/OI/O，地址總線包含，地址總線包含0000H0000H至至FFFFHFFFFH的的I/OI/O地址地址. .u如果尋址存儲(chǔ)器，總線的寬度依賴于微處理器的架構(gòu)：如果尋址存儲(chǔ)器，總線的寬度依賴于微處理器的架構(gòu)：u2020位

37、位 (8086/8088) (8086/8088)u2424位位(80286/80386SX)(80286/80386SX)u2525位位 (80386SL/SLC/EX) (80386SL/SLC/EX)u3232位位 (80386DX/80486/Pentium) (80386DX/80486/Pentium)u3636位位(Pentium Pro/II/III)(Pentium Pro/II/III)u數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線: :u8 8位位 (8088) (8088)u1616位位 (8086/80286/80386SX/SL/SLC/EX) (8086/80286/80386SX/SL/SLC/EX)u3