第1章 微型計算機(jī)概述改

第1章微型計算機(jī)概述微機(jī)原理及組裝維護(hù)技術(shù)大連理工大學(xué)出版社本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解微機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用掌握微機(jī)的主要特點與性能指標(biāo)掌握計算機(jī)中常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、帶符號數(shù)的表示、常用編碼的基本知識目錄1.2微機(jī)的主要特點與性能指標(biāo)1.1微機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用1.3計算機(jī)中的信息表示本章結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)概述微機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)中常用的編碼計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換微型計算機(jī)的分類微型計算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展微型計算機(jī)的應(yīng)用微機(jī)的性能指標(biāo)微機(jī)的主要特點微機(jī)的主要特點與性能指標(biāo)1.1微機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用電子管晶體管中小規(guī)模集成電路大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路1946年2月，世界上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC在美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功，從此，計算機(jī)的發(fā)展隨著其主要電子部件的演變經(jīng)歷了4個時代。1.1微機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用1.1微機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用1.1微機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用微處理器是一塊由算術(shù)邏輯運算單元、控制器單元、寄存器組以及內(nèi)部總線接口等構(gòu)成的大規(guī)模集成電路芯片，通常又簡稱為CPU。微型計算機(jī)系統(tǒng)是以微型計算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件而組成的系統(tǒng)，簡稱微機(jī)系統(tǒng)。但在很多情況下，人們也將其簡稱為“微機(jī)”或“系統(tǒng)”。

微型計算機(jī)是以微處理器芯片為核心，配上內(nèi)存芯片、系統(tǒng)總線與I/O接口電路（主板）、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外部存儲設(shè)備以及電源機(jī)箱等構(gòu)成的硬件裝置，簡稱微型機(jī)或微機(jī)。微處理器微型計算機(jī)微型計算機(jī)系統(tǒng)隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，一塊集成電路芯片可以包含成千上萬個晶體管電路，從而將傳統(tǒng)計算機(jī)的運算器和控制器等部件集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡稱為微處理器。1.1.1微型計算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展微型計算機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代初。微型計算機(jī)的發(fā)展主要表現(xiàn)在其核心部件---微處理器的發(fā)展上，每當(dāng)一款新型的微處理器出現(xiàn)時，就會帶動微機(jī)系統(tǒng)的其他部件相應(yīng)發(fā)展，根據(jù)微處理器的字長和功能，微型計算機(jī)的發(fā)展大體上可分為以下幾個階段：第二代8位中高檔微處理器時代第一代4位和8位低檔微處理器時代第四代32位微處理器時代第三代16位微處理器時代微型計算機(jī)的發(fā)展第六代64位及多核微處理器時代第五代超級32位微處理器時代1.1.1微型計算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.2微型計算機(jī)的分類微型計算機(jī)的分類

按照CPU的字長來分類

按照微型計算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)來分類4位微型計算機(jī)8位微型計算機(jī)16位微型計算機(jī)32位微型計算機(jī)單片機(jī)單板機(jī)位片機(jī)PC機(jī)64位微型計算機(jī)1.1.3微型計算機(jī)的應(yīng)用應(yīng)用人工智能機(jī)器人專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與通訊計算機(jī)輔助處理計算機(jī)仿真計算機(jī)輔助教學(xué)計算機(jī)輔助測試計算機(jī)輔助制造計算機(jī)輔助設(shè)計多媒體應(yīng)用過程控制信息管理決策支持系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)事務(wù)處理系統(tǒng)辦公自動化科學(xué)計算1.2微機(jī)的主要特點與性能指標(biāo)1.2.1微機(jī)的主要特點微型計算機(jī)采用了許多先進(jìn)的加工工藝和制造技術(shù)，其硬件和軟件的有機(jī)結(jié)合，顯示出許多突出優(yōu)點，使得微型計算機(jī)從問世以來就得到了極其迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。其特點可以概括如下：（1）功能強(qiáng)（2）可靠性高（3）價格低（4）適應(yīng)性強(qiáng)（5）體積小、重量輕（6）維護(hù)方便1.2.2微機(jī)的性能指標(biāo)1.數(shù)據(jù)單位（1）位（bit）（2）字節(jié)（Byte）（3）字（Word）2.微機(jī)的主要性能指標(biāo)（1）字長（2）運算速度（3）內(nèi)存容量（4）內(nèi)存速度（5）系統(tǒng)總線的傳輸速率（6）性能價格比1.3計算機(jī)中的信息表示計算機(jī)的基本功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，計算機(jī)內(nèi)的數(shù)字、字符、指令、控制狀態(tài)、圖形和聲音等信息都采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式來表示。在使用上人們把計算機(jī)中的數(shù)據(jù)分為兩類：一類是用來表示量的大小的數(shù)，能夠進(jìn)行算術(shù)等運算；另一類是編碼，在計算機(jī)中用來描述某種信息。1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換1.數(shù)制的基本概念用于表示數(shù)值大小的基本符號稱為“數(shù)碼”，全部數(shù)碼的個數(shù)稱為“基數(shù)”，用“逢基數(shù)進(jìn)位”的原則進(jìn)行計數(shù)稱為進(jìn)位計數(shù)制。一個數(shù)值中的每位有不同的“位權(quán)”，位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系是：位權(quán)等于基數(shù)的若干次冪。為了區(qū)分各種計數(shù)制的數(shù)據(jù)，可以采用以下兩種方法進(jìn)行書寫表達(dá)。（1）在數(shù)字后面加寫相應(yīng)英文字母作為標(biāo)識。（2）在數(shù)字的括號外面加計數(shù)制下標(biāo)，此種方法比較直觀。1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換計數(shù)制基數(shù)數(shù)碼進(jìn)位關(guān)系表示方法二進(jìn)制20、1逢2進(jìn)11010B或(1010)2十進(jìn)制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢10進(jìn)1598D或(598)10十六進(jìn)制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢16進(jìn)17C2FH或(7C2F)161.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.1】【例1.2】

11010.10105C3＋1001.110＋3D25100100.01142E81.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換2.數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換在計算機(jī)內(nèi)部處理數(shù)據(jù)時使用的是二進(jìn)制數(shù)，其運算規(guī)則簡單，機(jī)器實現(xiàn)容易；但由于它不便于書寫和閱讀，所以通常用十六進(jìn)制數(shù)表示；而人們?nèi)粘Ａ?xí)慣用十進(jìn)制數(shù)；因此有時需要將不同的數(shù)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換。1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換計數(shù)制轉(zhuǎn)換要求相應(yīng)轉(zhuǎn)換遵循的規(guī)律十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制(或十六進(jìn)制)整數(shù)該十進(jìn)制整數(shù)連續(xù)去除以基數(shù)2(或基數(shù)16)，直至商等于“0”為止，然后逆序排列每次除后所得到的余數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制(或十六進(jìn)制)小數(shù)該十進(jìn)制小數(shù)連續(xù)去乘以基數(shù)2(或基數(shù)16)，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、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)用其各位所對應(yīng)的系數(shù)，按照“位權(quán)展開求和”的方法即可二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每4位二進(jìn)制數(shù)分成1組，不足4位的補(bǔ)0，然后將每組用一位十六進(jìn)制數(shù)表示即可十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)將每位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示即可1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換各種計數(shù)制之間的對應(yīng)關(guān)系

十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制012345670000B0001B0010B0011B0100B0101B0110B0111B0H1H2H3H4H5H6H7H891011121314151000B1001B1010B1011B1100B1101B1110B1111B8H9HAHBHCHDHEHFH1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.3】將十進(jìn)制整數(shù)(103)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.4】將十進(jìn)制小數(shù)(0.8125)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘2順取整”的方法，過程如下：若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.5】將十進(jìn)制整數(shù)(2347)10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“除16倒取余”的方法，過程如下：1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.6】將十進(jìn)制小數(shù)(0.8129)10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制小數(shù)。按照轉(zhuǎn)換規(guī)律，采用“乘16順取整”的方法，過程如下：1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.7】將二進(jìn)制數(shù)(1011001.101)2轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。采用按位權(quán)展開求和的方法，過程如下：1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.8】將十六制數(shù)(AF8.8)16

轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。采用按位權(quán)展開求和的方法，過程如下：1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.9】將二制數(shù)(1110110010110.010101101)2

轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。從小數(shù)點開始分別向左或向右，將每4位二進(jìn)制數(shù)分成1組，不足4位的補(bǔ)0。過程如下：1.3.1計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.10】將十六制數(shù)(72A3.C69)16

轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。將每位十六進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)表示。過程如下：1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.機(jī)器數(shù)與碼制各種數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示形式稱為機(jī)器數(shù)，其特點是采用二進(jìn)制表示法。機(jī)器數(shù)所代表的實際數(shù)值稱為該機(jī)器數(shù)的真值。機(jī)器數(shù)有無符號數(shù)和帶符號數(shù)之分。無符號數(shù)在機(jī)器數(shù)中沒有符號位，所有位數(shù)都用來表示數(shù)值；帶符號的機(jī)器數(shù)可采用原碼、反碼和補(bǔ)碼等不同的表示方法，這些稱為機(jī)器數(shù)的碼制。1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

2.帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示（1）原碼：規(guī)定最高位為符號位，正數(shù)的符號位用“0”表示，負(fù)數(shù)的符號位用“1”表示，其他數(shù)值位按照二進(jìn)制來表示數(shù)的絕對值。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時：X1＝＋1010111，則[X1]原＝01010111；X2＝－1010111，則[X2]原＝11010111。1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（2）反碼：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位以外的數(shù)值位按位求反。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時：X1＝＋1010111，則[X1]原＝01010111，[X1]反＝01010111；X2＝－1010111，則[X2]原＝11010111，[X2]反＝10101000。負(fù)數(shù)的反碼與負(fù)數(shù)的原碼有很大區(qū)別，反碼通常用作求補(bǔ)碼過程中的中間形式。1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（3）補(bǔ)碼：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。例如：當(dāng)機(jī)器字長為8位二進(jìn)制數(shù)時：X1＝＋1010111，則[X1]原＝01010111，[X1]補(bǔ)＝01010111；X2＝－1010111，則[X2]原＝11010111，[X2]補(bǔ)＝10101001。1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（4）補(bǔ)碼與真值之間的轉(zhuǎn)換：已知某數(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對于正數(shù)的補(bǔ)碼，其真值等于補(bǔ)碼本身；②對于負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，求其真值時可以將補(bǔ)碼除符號位以外的數(shù)值位按位求反后在末位加1（即得到原碼），即可得到該負(fù)數(shù)補(bǔ)碼對應(yīng)的真值。1.3.2計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.11】已知[X1]補(bǔ)=01011001B，求真值X1；已知[X2]補(bǔ)=11011010B，求真值X2。1.3.2計算機(jī)中的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換【例1.11】已知[X1]補(bǔ)=01011001B，求真值X1；已知[X2]補(bǔ)=11011010B，求真值X2。1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

3.定點數(shù)和浮點數(shù)（1）定點數(shù)：這是指小數(shù)點的位置固定不變的數(shù)，其小數(shù)點隱含表示不占位數(shù)。機(jī)器字長為n時表示的帶符號定點數(shù)的范圍碼制定點整數(shù)定點小數(shù)原碼-(2n-1-1)～+(2n-1-1)-(1-2-(n-1))～+(1-2-(n-1))反碼-(2n-1-1)～+(2n-1-1)-(1-2-(n-1))～+(1-2-(n-1))補(bǔ)碼-2n-1～+(2n-1-1)-1～+(1-2-(n-1))1.3.2計算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

3.定點數(shù)和浮點數(shù)（2）浮點數(shù)：這是指小數(shù)點的位置不固定，可以左右浮動的數(shù)。在浮點數(shù)表示中,一個二進(jìn)制數(shù)N可以表示為：

N=2E×M其中：E稱為階碼，M稱為尾數(shù)。

1.3.3計算機(jī)中常用的編碼1.美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（ASCII碼）低四位代碼b3b2b1b0高三位代碼b6b5b40H1H2H3H4H5H6H7H0000010100111001011101110H0000NULDLESP０＠Ｐ、ｐ1H0001SOHDC1?。保粒眩幔?H0010STXDC2"２ＢＲｂｒ3H0011ETXDC3＃３ＣＳｃｓ4H0100EOTDC4$４ＤＴｄｔ5H0101ENQNAK％５ＥＵｅｕ6H0110ACKSYN＆６ＦＶｆｖ7H0111BELETB＇７ＧＷｇｗ8H1000BSCAN（８ＨＸｈｘ9H1001HTEM）９ＩＹｉｙAH1010LFSUB*：ＪＺｊｚBH1011VTESC＋；Ｋ［ｋ｛CH1100FFFS,＜Ｌ＼ｌ│DH1101CRGS－＝Ｍ］ｍ｝EH1110SORS.＞Ｎ^ｎ～FH1111SIUS／？Ｏ_ｏDEL1.3.3計算機(jī)中常用的編碼2.二-十進(jìn)制編碼——BCD碼BCD(Binary-codedDecimal)碼就是專門用來解決用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)問題的。又稱為“二-十進(jìn)