第一章計算機(jī)基礎(chǔ)知識

《微型原理與接口技術(shù)》第一章計算機(jī)的基礎(chǔ)知識（計算機(jī)包括單片機(jī)的發(fā)展，總線知識，編碼等）。第二章重點(diǎn)介紹8086處理器的內(nèi)部結(jié)，引腳功能和相關(guān)的讀寫時序。第三章8086的指令系統(tǒng)包括尋址方式介紹，相關(guān)的指令。第四章8086匯編語言設(shè)計介紹第五章存貯器包括存儲器的分類，和CPU的連接和擴(kuò)展。第六章I/0接口和總線介紹I/O接口的作用和功能，并簡單介紹一些常用的接口芯片。第七章8086處理器的中斷系統(tǒng)，包括中斷的概念，中斷的處理過程，中斷的實現(xiàn)。第八章可編程計數(shù)器/定時器8253、8254包括8253的工作原理，如何初始化。第1章概述

自動化教研室2010年8月學(xué)習(xí)要求：1.本課程是專業(yè)必修考查課，其重要性不言而喻，對于找工作也是大有好處的,多看書，掌握其基本概念.2.軟硬結(jié)合，硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。兩手都要硬.3.實踐操作,本課程實踐性特別強(qiáng),如果只是看書,恐怕一輩子也掌握不了其精華.我們在講課的過程中穿插一些單片機(jī)的知識，同時如果有條件的話,可以自己動手制作一些小產(chǎn)品.第一章微型計算機(jī)概述本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解微型計算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類掌握計算機(jī)數(shù)據(jù)的表示掌握計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)理解微型計算機(jī)的工作過程1.1微型計算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類1.2計算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼1.3微型計算機(jī)的一般概念

習(xí)題主要內(nèi)容1.1.1計算機(jī)發(fā)展的回顧與展望計算機(jī)的發(fā)展歷史1．第一臺電子計算機(jī)

1946年2月美國

埃尼阿克（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計算機(jī)）

重量30噸，占地170平方米，每小時耗電150千瓦，價值約40萬美元，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法運(yùn)算。1983的銀河巨型計算機(jī)運(yùn)算速度是每秒1億次。第一代4位和低檔8位機(jī)Intel4004第二代中高檔8位機(jī)8080/8085、Z80、MC6800第三代16位機(jī)Intel8086、Z8000、MC6800第四代32位機(jī)80386、80486第五代64位機(jī)IntelPentium（1971-1973）（1974-1978）（1978-1983）（1983-1992）（1993后）特點(diǎn)：1、速度越來越快。2、容量越來越大。3、功能越來越強(qiáng)。

1、第一代（1971-1973）

——4位及低檔8位微處理器

?

1971年人類歷史上第一片微處理器——4位的Intel4004

?

1972年8位的80082、第二代（1974～1977）

——中、高檔8位微處理器

?

1974Intel8080、MC6800

Intel8080：Intel真正意義上的微處理器誕生以8080為CPU的全球第一臺PC機(jī)——Altair。

?

1976Intel80853、第三代（1978～1984）

——16位微處理器

?

19788086/8088

?

1979IBM公司采用Intel8088作為其個人計算機(jī)——IBM-PC和IBM-PC/XT的CPU，個人計算機(jī)PC時代從此誕生。

8088芯片的成功使英特爾進(jìn)入了財富500強(qiáng)的行列。

?

從1982年開始，Intel英特爾推出80x86系列。首先推出的是80286CPU。100％完全向下兼容

以80286為基礎(chǔ)，IBM推出了IBM-PC/AT，進(jìn)一步提高PC機(jī)的總體性能。從此，PC機(jī)的應(yīng)用逐漸普及開來。

4、第四代（1985～1993）——低檔32位微處理器

?

198532位CPU——80386DX推出。

?

1989804865、第五代（1993～）——高檔32位微處理器：Pentium系列

?

199380586——Pentium（奔騰）

?

1996PentiumPro（高能奔騰）

?

1996年底1997年初，將MMX（MultiMediaextension）多媒體擴(kuò)展技術(shù)用于Pentium，推出PentiumMMX——改善PC在圖形、多媒體和通信方面的功能。?

1997年MMX技術(shù)用于PentiumPro——PentiumⅡ。

AMD的K6和Cyrix(西瑞可斯)的6X86MX也相繼上市，CPU市場逐漸形成"三足鼎立"的局面。

?

1998賽揚(yáng)（Celeron）處理器——為與其他廠家爭奪低價位處理器市場。?

1999年P(guān)entiumIII增加了音頻、視頻和3D處理能力，并大大優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)功能。

8月，AMD公司憑借著一款低價高質(zhì)的芯片Athlon（速龍），終于首次在同頻競爭中性能全面超越Intel公司，成為最快的處理器。

?

2000年6月PentiumIV（簡稱P4）

擁有更高的主頻（主頻現(xiàn)已高達(dá)3.6GHz）

目前以P4為CPU的微機(jī)已成為市場的主流產(chǎn)品。

6、64位處理器

IntelItanium（安騰）用于服務(wù)器，缺點(diǎn)是不兼容32位計算，市場份額不理想。

AMD

Opteron（傲龍）兼容32位計算、用于服務(wù)器。

2003年9月AMD推出面向臺式機(jī)的Athlon64。

2005年2月Intel推出64位的Pentium4。

ItaniumOpteronAthlon644．新一代計算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)

用硬件實現(xiàn)或用軟件模擬的方法、按照人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理而研制的計算機(jī)系統(tǒng)。

日本：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲音識別系統(tǒng)，能夠識別出任何人的聲音，正確率達(dá)99.8％。紐約、邁阿密、倫敦的機(jī)場用神經(jīng)電腦來檢查爆炸物，每小時可查600—700件行李，檢出率為95％，誤差率為2％。

生物計算機(jī)以生物電子元件（DNA分子）構(gòu)建的計算機(jī)。生物計算機(jī)具備生物體的某些機(jī)能，如能發(fā)揮生物本身的調(diào)節(jié)機(jī)能自動修復(fù)芯片發(fā)生的故障，模擬人腦的思考機(jī)制。

——硅時代的終結(jié)者以色列科學(xué)家研制出診治癌癥的DNA計算機(jī)模型光計算機(jī)

用光束代替電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲：以不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，程序和數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)以光的形式在行動之中。

光信號可以互不干擾的并行傳輸。這種并行能力將是未來信息處理的核心。人的眼睛是最精密最先進(jìn)的光學(xué)儀器之一，可以同時處理大量并行的信息。光計算機(jī)的目標(biāo)就是模擬甚至超越人眼的功能。量子計算機(jī)

與傳統(tǒng)計算機(jī)的原理（遵循經(jīng)典力學(xué)規(guī)律）不同，遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息（量子比特/昆比特），利用質(zhì)子、電子等亞原子構(gòu)成計算機(jī)的各種硬件。

如果量子計算機(jī)的CPU中有N個量子比特，一次操作就可以同時處理2n個數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)計算機(jī)一次只能處理一個數(shù)據(jù)。例如，具有5000個量子比特的量子計算機(jī)，可以在30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級計算機(jī)要100億年才能解決的大數(shù)因子分解問題。1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展

第一階段(1974—1976)——初始階段。以4位單片機(jī)為主，功能比較簡單。如1974年美國Fairchild公司生產(chǎn)的第一臺單片機(jī)F8，采用雙片形式，功能簡單。

第二階段(1976—1978)——探索階段。單芯片形式，低檔8位單片機(jī)。如1976年美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-48系列單片機(jī)，這是第一臺完全的8位單片機(jī)。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，此后，各種8位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)而生。第三階段(1978—1982)——完善階段。提高電路的集成度，增加8位單片機(jī)的功能。如Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的高檔8位單片機(jī)系列MCS-51。第四階段(1982—1990)——鞏固和發(fā)展階段。鞏固發(fā)展8位單片機(jī)、推出16位單片機(jī)、向微控制器發(fā)展，強(qiáng)化了智能控制器的特征

。如將ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到單片機(jī)。MP430單片機(jī)第五階段(1990至今)

——全面發(fā)展階段。適合不同領(lǐng)域要求的單片機(jī)，如各種高速、大存儲容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，還有用于單一領(lǐng)域的廉價的專用型單片機(jī)。

我們說單片機(jī)的發(fā)展也是和通用CPU的發(fā)展相輔相成的

一些基本概念

微處理器:計算機(jī)系統(tǒng)核心部件(CPU),并不是一臺完整的計算機(jī)

單片機(jī):將CPU和其他接口電路集成于一個芯片之中,使其具有計算機(jī)的基本功能.

嵌入式系統(tǒng):廣義的講,凡是不用于通用目的的可編程計算機(jī)設(shè)備,如個人PC就是用于通用目的的系統(tǒng),因而不是嵌入式,而一些電話系統(tǒng)就是采用個人計算機(jī)技術(shù)而建立的嵌入式計算機(jī)系統(tǒng),狹義的講,嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心,以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可以剪裁,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能,可靠性,成本,體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng).

單片計算機(jī):將中央處理器,隨機(jī)存貯器,只讀存貯器,中斷系統(tǒng),定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要部件集成在一片芯片之上.

通用單片機(jī):是一個基本芯片,內(nèi)部資源豐富,性能全面且通用性強(qiáng).覆蓋多種應(yīng)用需求。

專用單片機(jī):針對某一種產(chǎn)品,或某一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計的.超線程(Hyper-threadingTechnology)技術(shù)就是通過采用特殊的硬件指令，可以把兩個邏輯內(nèi)核模擬成兩個物理芯片，在單處理器中實現(xiàn)線程級的并行計算，同時在相應(yīng)的軟硬件的支持下大幅度的提高運(yùn)行效能，從而實現(xiàn)在單處理器上模擬雙處理器的效能。其實，從實質(zhì)上說，超線程是一種可以將CPU內(nèi)部暫時閑置處理資源充分“調(diào)動”起來的技術(shù)。

“超線程”的實現(xiàn)條件需要CPU的支持，主板芯片組和主板BIOS的支持，另外操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件方面也需得到應(yīng)有的支持。說白了超線程就是通過軟件的手段模擬出雙個邏輯內(nèi)核進(jìn)行工作，運(yùn)行效果盡量接近兩個物理核心的性能。

不過超線程也存在著致命的不足，首先他在windows2000下無法使用，因為WIN2000不支持超線程，只有WINXP以上的系統(tǒng)才可以使用HT。另外由于HT是軟件模擬出兩個核心，所以模擬出來后的兩個核心是分享物理緩存的，從而使物理緩存大小減半.雙核心處理器:所謂雙核心處理器，簡單地說就是在一塊CPU基板上集成兩個處理器核心，并通過并行總線將各處理器核心連接起來。雙核心并不是一個新概念，而只是CMP(ChipMultiProcessors，單芯片多處理器)中最基本、最簡單、最容易實現(xiàn)的一種類型。

換言之雙核心處理器就是基于單個半導(dǎo)體的一個處理器上擁有兩個一樣功能的處理器核心。這樣就將兩個物理處理器核心整合入一個核中，在任務(wù)繁重時，兩個核心能相互配合，讓CPU發(fā)揮最大效力。兩個能互補(bǔ)的核心運(yùn)行起來性能是非常不錯的，例如使用Intel奔騰D雙核處理器就相當(dāng)于你有了兩臺采用奔騰4的主機(jī)。

如果說超線程是用軟件來模擬出雙核的效果，那么現(xiàn)在所說的雙核心就是真正意義上的兩個核心。他彌補(bǔ)了超線程適用系統(tǒng)比較少的缺點(diǎn)，可以廣泛用于windows操作系統(tǒng)的多個版本;他還有效的解決了雙核運(yùn)算中出現(xiàn)的緩存分離與數(shù)據(jù)沖突錯誤問題。雙CPU:

前面所說的雙核心是在一個處理器里擁有兩個處理器核心，核心是兩個，但是其他硬件還都是兩個核心在共同擁有，而雙CPU則是真正意義上的雙核心，不光是處理器核心是兩個，其他例如緩存等硬件配置也都是雙份的。

三者運(yùn)行性能比較:

CPU運(yùn)行性能最關(guān)鍵的就是運(yùn)行速度，那么究竟這三者在運(yùn)行速度方面表現(xiàn)如何呢?我們依然通過比喻的方法來區(qū)分。

假設(shè)CPU是一個運(yùn)輸卡車，貨物就是我們要計算的信息，CPU運(yùn)算就類似于卡車運(yùn)輸貨物。同一時間運(yùn)送的貨物越多，說明CPU運(yùn)算能力越強(qiáng)。

單CPU系統(tǒng)---相當(dāng)于一輛卡車在一條車道上跑。由于車少，所以運(yùn)輸能力有限。以往CPU生產(chǎn)廠商都是在不斷的提高卡車的載重即主頻來提高他的運(yùn)輸能力。

雙CPU系統(tǒng)---相當(dāng)于兩輛卡車在兩條相交的車道上跑。每輛車大部分都在自己的路上跑，但偶爾會相遇、停車避讓。由于車多路寬，所以雙CPU運(yùn)輸能力最強(qiáng)。

HT(超線程)系統(tǒng)---相當(dāng)于一輛雙層卡車在一條車道上跑。由于是雙層的，所以猛地一看以為是兩輛車在跑，其實只有一輛。不過因為雙層涉及到車高以及捆綁等問題，有的時候遇到限高的橋梁，需要人為的將貨物卸下，手工搬運(yùn)。所以說HT超線程適用的條件比較苛刻。

雙核心CPU系統(tǒng)，相當(dāng)于兩輛卡車在一條車道上跑。雖然他運(yùn)輸?shù)呢浳锬芰μ岣吡耍乙膊粫l繁產(chǎn)生類似于HT超線程那樣的沖突，但是因為他們都在一條車道上跑，所以互相避讓減速的頻率要比雙CPU高得多。所以他的運(yùn)輸能力要比真正的雙CPU系統(tǒng)差。

5、未來計算機(jī)的發(fā)展趨勢朝著微型化和巨型化兩級方向發(fā)展。當(dāng)前開發(fā)和研究的熱點(diǎn)是多媒體計算機(jī)。今后計算機(jī)應(yīng)用的主流是計算機(jī)與通信相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。未來計算機(jī)發(fā)展的總趨勢是智能化計算機(jī)。計算機(jī)巨型機(jī)（超級計算機(jī)）大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)（簡稱微機(jī)）計算機(jī)分類

優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、價格低廉、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用面廣。特點(diǎn)：將組成計算機(jī)的核心部件——運(yùn)算器和控制器（稱中央處理器CPU，CentralProcessingUnit），集成在一片硅片上，通常稱為微處理器。個人計算機(jī)（PC機(jī)）單片機(jī)1.1.2微型計算機(jī)的特點(diǎn)1．體積小、重量輕、價格低廉2．簡單靈活、可靠性高、使用環(huán)境要求不高3．功耗低“物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。其定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。

物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)這個詞，國內(nèi)外普遍公認(rèn)的是MITAuto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID時最早提出來的。在2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的同名報告中，物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，覆蓋范圍有了較大的拓展，不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。1.1.3

微型計算機(jī)的應(yīng)用1、科學(xué)計算和科學(xué)研究

計算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計算）。

2、數(shù)據(jù)處理（信息處理）主要是利用計算機(jī)的速度快和精度高的特點(diǎn)來對數(shù)字信息進(jìn)行加工。3、工業(yè)控制

用單片機(jī)實現(xiàn)DDC級控制，用微型計算機(jī)實現(xiàn)SCC級監(jiān)督管理控制，用高檔微型計算機(jī)實現(xiàn)SCC或低層MIS管理已屢見不鮮。

4、計算機(jī)輔助系統(tǒng)

計算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）、計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助測試（CAT）、計算機(jī)集成制造（CIMS）等系統(tǒng)。

5、人工智能

人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的思維過程，計算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計算系統(tǒng)。

返回本節(jié)1.1.4

微型計算機(jī)的分類按應(yīng)用對象分為：1、單片機(jī)：又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：它主要是將微處理器、部分存儲器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上，一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。2、單板機(jī)：將計算機(jī)的各個部分都組裝在一塊印制電路板上，包括微處理器/存儲器/輸入輸出接口，還有簡單的七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)強(qiáng)，適于進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制。可以直接在實驗板上操作，適用于教學(xué)。3、PC機(jī)（PersonalComputer）:面向個人單獨(dú)使用的一類微機(jī)，實現(xiàn)各種計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。

返回本節(jié)

結(jié)束放映總線的概念總線是一種數(shù)據(jù)通道，是在部件與部件之間、設(shè)備與設(shè)備之間傳送信息的一組公用信號線。在主控設(shè)備(部件和設(shè)備)的控制下，將發(fā)送設(shè)備(部件和設(shè)備)發(fā)出的信息準(zhǔn)確地傳送給某個接收設(shè)備(部件和設(shè)備)。總線的特點(diǎn)在于其公用性，即它可同時掛接多個部件或設(shè)備。如果是某兩個部件或設(shè)備之間專用的信號連線，就不能稱之為總線。所以，總線是連接計算機(jī)硬件系統(tǒng)內(nèi)部多種設(shè)備的通信線路?？偩€的一個很重要的特征是傳輸媒質(zhì)由總線上的所有部件所共享，可以將計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的多種部件連接到總線上。總線上任何一個部件發(fā)出的信息，計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)所有連接到總線上的部件都可以接收到；但在進(jìn)行信息傳輸時，每一次只能有一個叫做主控設(shè)備的部件可以利用總線給一個叫做從屬設(shè)備的部件發(fā)送信息。通?？偩€是由多條通信路徑或線路組成的，而每一條信號線僅能傳送二進(jìn)制的0或1信號。在一段時間里，一條信號線就能傳送一串的二進(jìn)制信息，將幾條信號線組合在一起，這樣總線就可以在同一時間并行地傳輸二進(jìn)制信息，如一個字節(jié)信息就可以通過總線中的8條信號線完成信息的傳輸。計算機(jī)系統(tǒng)中含有多種總線，計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各個層次之間的信息傳送就是由總線來完成的。1.物理特性物理特性指的是總線物理連接的方式。規(guī)定模塊尺寸、總線插頭、插座和邊沿聯(lián)接器等規(guī)格和位置。包括總線的條數(shù)，外引線是如何排列的等。例如，IBMPC/XT機(jī)的總線共62條線，分兩排編號。當(dāng)插件板插到槽中后，左面是B面，外引線排列順序是B1～B31，右面是A面，外引線排列順序是A1～A31，A面是元件面。2.功能特性功能特性規(guī)定每個引腳信號的名稱和功能，對它們相互作用的協(xié)議進(jìn)行說明。從功能上，總線可分成3類：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線的寬度指明了總線能夠直接訪問存儲器的地址范圍；數(shù)據(jù)總線的寬度指明了訪問一次存儲器或外部設(shè)備最多能夠交換數(shù)據(jù)的位數(shù)；控制總線一般包括CPU與外界聯(lián)系的各種控制命令，如輸入/輸出讀/寫信號、存儲器讀/寫信號、外部設(shè)備與主機(jī)同步匹配信號、中斷信號和DMA控制信號等。例如，IBMPC/XT系統(tǒng)總線的功能分為：地址總線20條，編號為A0～A19，可以訪問1MB的存儲空間；數(shù)據(jù)總線8條，編號D0～D7，主機(jī)與存儲器或I/O設(shè)備每次只能交換一個字節(jié)的信息；XT總線提供四種電源線，分別是＋5V、－5V、＋12V、－12V，與地址一起共占用8條外引線；剩下的26條線，全為控制總線。3.電氣特性電氣特性規(guī)定信號工作時的傳遞方向、高低電平、動態(tài)轉(zhuǎn)換時間、負(fù)載能力及最大額定值。一般規(guī)定送入CPU的信號叫輸入信號IN，從CPU送出的信號叫輸出信號OUT。例如，XT總線的地址線A0～A19為輸出線；數(shù)據(jù)線D0～D7為雙向信號線，既作為數(shù)據(jù)輸入線，又作為數(shù)據(jù)輸出線，地址線和數(shù)據(jù)線都是高電平有效；控制線IOR，是輸入設(shè)備讀信號線，低電平有效等。4.時間特性對于存儲器、I/O的讀寫操作，時間特性規(guī)定相應(yīng)的總線信號時序，在總線中定義這些信號的時序以保證各功能板的兼容性。也就是說，用戶什么時間可以用總線傳輸信號，或者用戶什么時候把信號提供給總線，CPU才能正確無誤地使用。1.2計算機(jī)中數(shù)的表示與編碼1.2.1計算機(jī)中常用的進(jìn)制數(shù)1.2.2進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換1.2.3數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示1.2.4機(jī)器數(shù)的表示1.2.5計算機(jī)中常用的編碼

返回本章1.2計算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼

計算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是采用二進(jìn)制形式存儲和處理的，二進(jìn)制數(shù)只有兩個數(shù)字0和1，這與我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫氖M(jìn)制數(shù)是不同的。

1.2.1計算機(jī)中常用的進(jìn)制數(shù)

人們最常用的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，計算機(jī)中采用的是二進(jìn)制數(shù)，同時有的時候為了簡化二進(jìn)制數(shù)據(jù)的書寫，也采用八進(jìn)制和十六進(jìn)制表示方法。下面將分別介紹這幾種常用的進(jìn)制。

1、十進(jìn)制數(shù)

十進(jìn)制數(shù)是大家熟悉的，用0，1，2，…，8，9十個不同的符號來表示數(shù)值，它采用的是“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十”的原則。

2、二進(jìn)制表示法基數(shù)為10的記數(shù)制叫十進(jìn)制；基數(shù)為2的記數(shù)制叫做二進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)的計算規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。

二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：

NB=±Ki

*2i其中：Ki

=0或1ni=-m例：二進(jìn)制數(shù)1011.1表示如下：(1011.1)B=1*23+0*22+1*21+1*20

+1*2-1

運(yùn)算規(guī)則：加法運(yùn)算：0+0=00+1=11+0=11+1=10（逢二進(jìn)一）減法運(yùn)算：0-0=00-1=1（借位）1-0=11-1=0乘法運(yùn)算：0*0=00*1=01*0=01*1=1除法運(yùn)算0/1=01/1=1

3、八進(jìn)制表示法八進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為八的計數(shù)制。八進(jìn)制數(shù)主要采用0，1，2，…，7這八個阿拉伯?dāng)?shù)字。八進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”。八進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：

NO=±Ki

*8i其中：Ki

=0、1、2、3、4、5、6、7ni=-m例：（467.6)O=4*82

+6*81

+7*80+6*8-1

4、十六進(jìn)制表示法基數(shù)為16，用0-9、A-F十五個字符來表達(dá)數(shù)值，逢十六進(jìn)一。各位的權(quán)值為16i。二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：

NH=±Ki

*16i其中：Ki

=0-9、A-Fni=-m例：（56D.3)H=5*162

+6*161+13*160+3*16-1

返回本節(jié)1.2.2

進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。例:11101.101=1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125=29.875

（2）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法：A、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相加。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法：用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為0。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘2取整法：每次用2與小數(shù)部分相乘，取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘2直到小部分為0。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。

例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

2136余數(shù)（結(jié)果）低位

268----------0234----------0217----------028----------124----------022----------021----------00----------1高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B

例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。0.625*

2

1.25*2

0.5*2

1.0

取整：高位

低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D=(0.101)B

2、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換A、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用“三位化一位”的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向左不足三位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足三位的，從右邊補(bǔ)0。B、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用“四位化一位”的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足四位的，從右邊補(bǔ)0。例：將(1000110.01)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。

1

000110.01001

000110.010

(106.2)O

二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：（1000110.01）B=1000110.0101000110.0100(46.4)H（2）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。按順序?qū)懗雒课话诉M(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：將(352.6)H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

352.6

0011

0101

0010

0110=(110101

0010.011)B

返回本節(jié)1.2.3

數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示對R進(jìn)制數(shù)NR=±S*R±E，可以有很多表示方法。如：十進(jìn)制數(shù)：265.78可以有：265.78、2657.8*10-1、0.26578*103、2.6578*102等。1、定點(diǎn)數(shù)表示法一般采用兩種簡單的約定：定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)。

（1）、定點(diǎn)整數(shù)A、帶符號整數(shù)：某個N位二進(jìn)制數(shù)，其最高位為符號位，其它N-1位為數(shù)值部分：

Nf

Nn-2Nn-3……N2N1N0符號位

數(shù)值部分

小數(shù)點(diǎn)

B、無符號整數(shù)：所有的數(shù)位都用來表示數(shù)值。

Nn-1Nn-2Nn-3……N3N2N1N0

數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)（2）、定點(diǎn)小數(shù)用最高位表示符號，其它N-1位表示數(shù)值部分，將小數(shù)點(diǎn)定在數(shù)值部分的最高位左邊。

NfNn-2Nn-1……N2N1N0符號位

數(shù)值部分

小數(shù)點(diǎn)

2、浮點(diǎn)數(shù)表示浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右移動。

N=±S*R±E在計算機(jī)內(nèi)，存儲的格式：

EfE(m位)

S(n位)

階碼部分

尾數(shù)部分其中：Ef：階碼，表示階碼的符號

E：階碼，指出小數(shù)點(diǎn)的位置

S：尾數(shù)，決定數(shù)值的精度

返回本節(jié)1.2.4

機(jī)器數(shù)的表示機(jī)器數(shù)：數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的編碼。機(jī)器數(shù)的真值：機(jī)器數(shù)所代表的實際數(shù)值。常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。1、原碼表示碼原碼：用最高位表示符號，其中：0----正、1----負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對值。

例：求X1=0.1011，X2=-0.1011的原碼表示。（8位）[X1]原=X1=

01011000[X2]原=1+X2=

11011000小數(shù)點(diǎn)位置(定點(diǎn)小數(shù))例：求X1=1011，X2=-1011的原碼。（8位）[X1]原=00001011[X2]原=10001011小數(shù)點(diǎn)位置（定點(diǎn)整數(shù)）

0的表示形式（8位）[+0]原=00000000[-0]原=10000000特點(diǎn)A、原碼與真值的對應(yīng)關(guān)系簡單。B、0的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。2、反碼表示法反碼：最高一位表示符號，數(shù)值位是對負(fù)數(shù)取反。[+0]反=00000000

[-0]反=11111111[+1100111]反=01100111

[-1100111]反=10011000

3、補(bǔ)碼表示法正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼+1。例：求0.1011和-0.1011的補(bǔ)碼。（8位）[0.1011]補(bǔ)=[0.1011]原=01011000[-0.1011]補(bǔ)=[-1011000]反+1=10100111+1=10101000[0]補(bǔ)=[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000？求1011和-1011的補(bǔ)碼（8位）

4、

補(bǔ)碼運(yùn)算（1）已知補(bǔ)碼求其真值[X]補(bǔ)=01001000[Y]補(bǔ)=11001000（2）補(bǔ)碼運(yùn)算85+（-76）[85]補(bǔ)=55H[-76]補(bǔ)=B4H[85+（-76）]=55H+B4H=09H85+（-76）=9

返回本節(jié)1.2.5

計算機(jī)中常用的編碼1、ASCII碼

常用的編碼方式為美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換（AmericanStandardCardforInformationInterchange，ASCII碼）。

2、BCD碼

BCD碼是一種用4位二進(jìn)制數(shù)字來表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼，也成為二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)（BinaryCodeDecimal），簡稱BCD碼。

BCD碼有兩種格式：（1）壓縮BCD碼格式（PackedBCDFormat）

用4個二進(jìn)制位表示一個十進(jìn)制位，就是用0000B-1001B來表示十進(jìn)制數(shù)0-9。例如：十進(jìn)制數(shù)4256的壓縮BCD碼表示為：0100001001010110B（2）非壓縮BCD碼格式（UnpackedBCDFormat）

用8個二進(jìn)制位表示一個十進(jìn)制位，其中，高四位無意義，我們一般用xxxx表示，低四位和壓縮BCD碼相同。

例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮BCD碼表示為：

xxxx0100xxxx0010xxxx0101xxxx0110B

返回本節(jié)1.3微型計算機(jī)的一般概念1.3.1中央處理器的組成1.3.2微型計算機(jī)的組成1.3.3微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成1.3.4微型計算機(jī)的工作過程返回本章1.3微型計算機(jī)的一般概念1.3.1

中央處理器的組成中央處理器（CPU）由運(yùn)算器和控制器組成。1、運(yùn)算器：計算機(jī)中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。功能：（1）、對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，主要包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算，如加、減、乘、與、或、非運(yùn)算等。（2）、暫時存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。ALU數(shù)據(jù)寄存器1#數(shù)據(jù)寄存器2#存儲器外設(shè)

2、控制器控制和指揮計算機(jī)內(nèi)各功能部件協(xié)同動作，完成計算機(jī)程序功能。由程序計數(shù)器IP、指令寄存器IR、指令譯碼器ID和時序信號發(fā)生器組成。（1）、程序計數(shù)器IP：程序指令所在單元地址。（2）、指令寄存器IR：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。（3）、指令譯碼器ID：將指令的操作碼翻譯成機(jī)器能識別的命令信號。（4）、時序信號發(fā)生器：根據(jù)指令譯碼器ID產(chǎn)生的命令信號產(chǎn)生具體的控制信號。

3、寄存器陳列

包括一組通用寄存器組和專用寄存器。通用寄存器用于暫存參加運(yùn)算的一個操作數(shù)，例如數(shù)據(jù)寄存器可以用來存放8位或16位的二進(jìn)制操作數(shù)。這些操作數(shù)可以是參加操作的數(shù)據(jù)，操作的中間結(jié)果，也可以是操作數(shù)的地址，大部分算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令都可以使用這些數(shù)據(jù)寄存器。專用寄存器通常有指令指針I(yè)P或程序計數(shù)器PC和堆棧指針SP等

返回本節(jié)1.3.2

微型計算機(jī)的組成ABDBCBCPU存儲器I/O接口外設(shè)（微型計算機(jī)組成框圖）

地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線微型計算機(jī)的硬件組成部分主要有微處理器（CPU）、存儲器、I/O設(shè)備和系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線包括地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB組成。在微機(jī)中，各功能部件之間通過系統(tǒng)總線相連，這使得各個部件的之間的相互關(guān)系變?yōu)槊嫦蛳到y(tǒng)總線的單一關(guān)系。一個部件只要滿足總線標(biāo)準(zhǔn)，就可以連接到采用這種總線標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中。

1、微處理器微處理器（CPU）是大規(guī)模集成電路技術(shù)做成的芯片，芯片內(nèi)集成有控制器、運(yùn)算器和寄存器等相關(guān)部件，完成對計算機(jī)系