第一章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

第一章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述第1頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)

原理

接口

技術(shù)

匯編語(yǔ)言典型機(jī)型：IBMPC系列機(jī)基本系統(tǒng)：8088CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)建立必備軟件基礎(chǔ)，掌握指令系統(tǒng)、程序格式2第2頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月和其他課程的區(qū)別計(jì)算機(jī)組成原理（計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)）討論計(jì)算機(jī)基本部件的構(gòu)成和組成方式，基本運(yùn)算的操作原理和單元的設(shè)計(jì)思想、操作方式及其實(shí)現(xiàn)方法和電路原理內(nèi)部各單元的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法（芯片內(nèi)）微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)突出應(yīng)用，詳細(xì)講述微處理器芯片的指令系統(tǒng)及編程、CPU外部特性、微機(jī)主板，與通用外設(shè)的接口電路及應(yīng)用編程側(cè)重匯編語(yǔ)言編程及接口技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)論述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)技術(shù)和性能定量分析方法側(cè)重整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)（芯片組合）3第3頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程主要環(huán)節(jié)講課匯編語(yǔ)言、存儲(chǔ)系統(tǒng)、接口（56學(xué)時(shí)）軟件編程基于匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)（8學(xué)時(shí)）硬件設(shè)計(jì)基于偉福系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)（8學(xué)時(shí))考試成績(jī)構(gòu)成：卷面+實(shí)驗(yàn)+平時(shí)4第4頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 劉麗第5頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成IBMPC系列機(jī)系統(tǒng)主板組成和存儲(chǔ)空間的分配計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示6第6頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用ENIAC:1946,電子管實(shí)現(xiàn)，編程通過(guò)插線進(jìn)行，采用字長(zhǎng)10位的十進(jìn)制計(jì)數(shù)方式，每秒進(jìn)行5000次加法運(yùn)算，最初用于軍方武器彈道表編制，后用于各類科學(xué)計(jì)算7第7頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第一代（1946－1957）電子管為邏輯部件超聲波汞延遲線、陰極射線管、磁芯和磁鼓等為存儲(chǔ)手段軟件上采用機(jī)器語(yǔ)言，后期采用匯編語(yǔ)言例如馮諾伊曼等人研制的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)ISA(Instituteofadvancestudy)電子管：在氣密性封閉容器（一般為玻璃管）中產(chǎn)生電流傳導(dǎo)，以獲得信號(hào)放大或振蕩的電子器件8第8頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月汞延遲線、陰極射線管、磁芯磁芯：由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結(jié)磁性金屬氧化物。磁芯有各種各樣的形狀9第9頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磁鼓磁鼓是利用鋁鼓筒表面涂覆的磁性材料來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的磁鼓松下磁鼓10第10頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IAS（InstituteofAdvanceStudy，即高等研究院）計(jì)算機(jī)

諾伊曼與IAS計(jì)算機(jī)合影11第11頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第二代（1957－1965）晶體管為邏輯部件磁芯、磁盤做內(nèi)存和外存軟件上廣泛采用高級(jí)語(yǔ)言（如FORTRAN、ALGOL-60、COBOL），并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)代表計(jì)算機(jī)是IBM公司的IBM-7094機(jī)和CDC公司的CDC1604機(jī)

晶體管：固體半導(dǎo)體器件，可以用于放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其他功能12第12頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TheIBM7094computerintheColumbiaUniversityComputerCentermachineroomsometimebetween1964and1968,operatorJohnSzallasiattheconsoleTheIBM709xseriesarethe36-bitmachinesonwhichLISPwasdevelop。ThisisthemachinethatinspiredDEC'sfirst36-bitmachine,thePDP-6,whichwasfollowedbythePDP-10andDEC-20.IBM-7094CDC160413第13頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第三代（1965－1971）中小規(guī)模集成電路為主要部件磁芯、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤為內(nèi)存、外存軟件上廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時(shí)、實(shí)時(shí)等操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)代表性的計(jì)算機(jī)如IBM-360計(jì)算機(jī)系列。(1964April)IBMannouncestheSystem/360computer.ThiswasthemostexpensiveandriskiestundertakingbyIBMsinceitsinception.Theterm"360"waschosentoemphasizethecomputer'sversatilenature,coveringa360degreesradiusofbusinessapplications.BobO.Evans,whowasinchargeofplanninganddevelopmentinIBM'sDataSystemsDivision,chairedacommitteetodevelopIBM'slongrangecomputersystemsstrategy.ThecommitteemadeitsrecommendationsinJanuary1962,whichincludedtheconceptoftheSystem/360.Over1,000computerswereorderedwithinthefirst30days.

14第14頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集成電路15第15頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展史第四代（1971－至今）大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）為主要部件半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤為內(nèi)存、外存軟件上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想近年來(lái)通用微處理器、面向控制和數(shù)字信號(hào)處理的專用微處理器、片上系統(tǒng)（SystemonChip，SOC）、專用集成電路芯片（Application-specificIntegratedCircuit,ASIC），大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程芯片（Field-ProgrammableGateArray/ComplexProgrammableLogicDevice,FPGA/CPLD）等飛速發(fā)展16第16頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的定義：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件，以集成了計(jì)算機(jī)主要部件——控制器和運(yùn)算器的微處理器為核心，所構(gòu)造出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展史：以字長(zhǎng)和典型的微處理芯片作為各階段的標(biāo)志17第17頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第1代：4位和低檔8位微機(jī)，4004→4040→80081971年Intel為日本廠商設(shè)計(jì)，4位，2300個(gè)晶體管/片，每秒6萬(wàn)次運(yùn)算4004的改進(jìn)inte，PMOS工藝，8位，3500晶體管/片，MCS-8微型計(jì)算機(jī)18第18頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第2代：中高檔8位微機(jī)8080,NMOS工藝，字長(zhǎng)8位，基本指令70多條，6000晶體管/片The6800wasMotorola'sfirstmicroprocessor.The6800wasintroducedtodirectlycompetewithIntel’s8080.MuchofthedesignwasbasedonIntel’s8008.The6800hadaverysimilararchitecturetothe8080withsomedifferencesattheregisterlevel.Forexample,the6800hadtwoaccumulatorswhilethe8080hadone.中檔機(jī)：M6800、Intel的8080，高檔機(jī)：Zilog的Z80、Intel的8085，Rockwell公司的650219第19頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中高檔8位微機(jī)8080808520第20頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中高檔8位微機(jī)z80和TRS80TRS-80（采用Z80微處理器）、Apple-II（蘋果機(jī)，采用6502微處理器）、廣泛用于工控場(chǎng)合的Intel的8位單片機(jī)

（如MCS－48和MCS－51系列TRS-80z8021第21頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3代：各公司推出一批16位微機(jī)芯片intel:8086→8088→80286motorola:M68000Zilog:Z800022第22頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8086/8088的核心23第23頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3代：各公司推出一批16位微機(jī)芯片著名的微機(jī)有：IBMPC系列機(jī)，包括PC、PC/XT和PC/AT三個(gè)具體型號(hào)Apple公司推出的MACintosh

機(jī)（CPU為M68000），用于出版印刷領(lǐng)域24第24頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16位微機(jī)芯片

MACintosh機(jī)M6800025第25頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3代：各公司推出一批16位微機(jī)芯片PC機(jī)可能包含的三層含義：泛指面向個(gè)人應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)泛指采用X86指令體系的16/32位微型計(jì)算機(jī)，以區(qū)別于Apple公司的MAC機(jī)IBM開發(fā)的包括IBMPC/XT/AT等三款機(jī)型的PC系列機(jī)26第26頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IBMPC系列機(jī)的發(fā)展軌跡IBMPC機(jī)Intel在其8086微處理器基礎(chǔ)上推出其簡(jiǎn)化版本8088，IBM在1981年用8088做CPU，開發(fā)了最早的IBMPC機(jī)微軟給IBMPC機(jī)編制DOS磁盤操作系統(tǒng)IBMPC/XT（ExpandedTechnology）1982，IBM擴(kuò)充了IBMPC的內(nèi)存，發(fā)展為IBMPC/XT（ExpandedTechnology），IBMPC機(jī)采用了技術(shù)開放策略，其他公司可圍繞他研制配套產(chǎn)品IBMPC/AT（AdvancedTechnology）1984，Intel推出16位微處理器80286，IBM以此為核心推出，提高PC的總體性能。27第27頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4代（1985年～）：32位微機(jī)Intel的芯片：80386→80486→Pentium和MMXPentium→PentiumPro

、PentiumII/Celeron/Xeon

→PentiumIII/CeleronII/Xeon→Pentium4AMD的芯片：K5

→K6→Duron→Athlon這一時(shí)期Intel和AMD的微處理器均為IA-32（IntelArchitectrue-32）指令架構(gòu)，并增加了面向多媒體和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴(kuò)展指令微型計(jì)算機(jī)：以IBMPC/AT機(jī)為基本結(jié)構(gòu)的32位PC機(jī)、Apple的32位MAC機(jī)，IBM的PS/2機(jī)（CPU為80386）

28第28頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)Intel80386微處理器Intel80486微處理器29第29頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)Intel奔騰(Pentium)微處理30第30頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)多能奔騰(PentiumMMX)的正式名稱就是“帶有MMX技術(shù)的Pentium”MMX（MultiMediaExtensions，多媒體擴(kuò)展指令集）是英特爾于1996年發(fā)明的一項(xiàng)多媒體指令增強(qiáng)技術(shù)，包括57條多媒體指令，這些指令可以一次處理多個(gè)數(shù)據(jù)，MMX技術(shù)在軟件的配合下，就可以得到更好的性能。31第31頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)1995年秋天，英特爾發(fā)布了Pentium

Pro處理器（高能奔騰）。Pentium

PRO是英特爾首個(gè)專門為32位服務(wù)器、工作站設(shè)計(jì)的處理器，可以應(yīng)用在高速輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械引擎、科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域。英特爾在Pentium

PRO的設(shè)計(jì)與制造上又達(dá)到了新的高度，總共集成了550萬(wàn)個(gè)晶體管，并且整合了高速二級(jí)緩存芯片。32第32頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)33第33頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)

賽揚(yáng)34第34頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)IntelPentiumⅢ微處理器35第35頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)xeon至強(qiáng)36第36頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32位機(jī)IntelPentium4微處理器37第37頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AMD芯片K5→K6→Duron→Athlon38第38頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5代（2000年～）：64位微機(jī)芯片：Intel的Itanium，采用Intel和HP公司共同定義的指令架構(gòu)IA-64（顯式并行指令計(jì)算），區(qū)別于IA-32AMD的Athlon64，沿用了X86指令體系微型計(jì)算機(jī)：主要面向服務(wù)器和工作站等高端應(yīng)用，目前臺(tái)式機(jī)為64位的摩爾定律新的集成電路芯片其集成密度每18-24個(gè)月就會(huì)翻一番39第39頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLaboratories）1925年，當(dāng)時(shí)AT&T總裁華特·基佛德（WalterGifford）收購(gòu)了西方電子（WesternElectric）公司的研究部門，成立了一個(gè)叫做“貝爾電話實(shí)驗(yàn)室公司”的獨(dú)立實(shí)體。AT&T和西方電子各擁有該公司的50%貝爾實(shí)驗(yàn)室的工作可以大致分為三個(gè)類別：基礎(chǔ)研究，系統(tǒng)工程和應(yīng)用開發(fā)40第40頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月貝爾實(shí)驗(yàn)室重要發(fā)明表

41第41頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司fairchildsemiconductor威廉·布拉德福德·肖克利（WilliamBradfordShockley，1910－1989）英國(guó)出生的美國(guó)物理學(xué)家和發(fā)明家，獲得90多項(xiàng)專利和約翰·巴丁、沃爾特·豪澤·布喇頓共同發(fā)明了晶體管,因此獲得1956年的諾貝爾物理獎(jiǎng)1955年，離開貝爾實(shí)驗(yàn)室，在加州創(chuàng)立了“肖克利實(shí)驗(yàn)室股份有限公司”，聘用了很多年輕優(yōu)秀的人才42第42頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司羅伯特·諾依斯（RobertNoyce）、戈登·摩爾（GordonMoore）、朱利亞斯·布蘭克（JuliusBlank）、尤金·克萊爾（EugeneKleiner）、金·赫爾尼（JeanHoerni）、杰·拉斯特（JayLast）、謝爾頓·羅伯茨（SheldonRoberts）和維克多·格里尼克（VictorGrinich）他們的年齡都在30歲以下，風(fēng)華正茂，學(xué)有所成，處在創(chuàng)造能力的巔峰。他們之中，有獲得過(guò)雙博士學(xué)位者，有來(lái)自大公司的工程師，有著名大學(xué)的研究員和教授，這是當(dāng)年美國(guó)西部從未有過(guò)的英才大集合43第43頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司肖克利是天才的科學(xué)家，卻缺乏經(jīng)營(yíng)能力，一年之中，實(shí)驗(yàn)室沒有研制出任何象樣的產(chǎn)品八位青年瞞著肖克利開始計(jì)劃出走。在諾依斯帶領(lǐng)下，他們向肖克利遞交了辭職書。肖克利怒不可遏地罵他們是“八叛逆”（TheTraitorousEight）“八叛逆”找到了一家地處美國(guó)紐約的攝影器材公司來(lái)支持他們創(chuàng)業(yè)，這家公司名稱為Fairchild，音譯“費(fèi)爾柴爾德”，但通常意譯為“仙童”44第44頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司費(fèi)爾柴爾德先生僅僅提供了3600美元的種子基金，要求他們開發(fā)和生產(chǎn)商業(yè)半導(dǎo)體器件，并享有兩年的購(gòu)買特權(quán)1958年1月，IBM公司給了他們第一張訂單，訂購(gòu)100個(gè)硅晶體管，用于該公司電腦的存儲(chǔ)器到1958年底，“八叛逆”的小小公司已經(jīng)擁有50萬(wàn)銷售額和100名員工，依靠技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，一舉成為硅谷成長(zhǎng)最快的公司45第45頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司1964年，仙童半導(dǎo)體公司創(chuàng)始人之一摩爾博士，以三頁(yè)紙的短小篇幅，發(fā)表了一個(gè)奇特的定律摩爾預(yù)言，集成電路上能被集成的晶體管數(shù)目，將會(huì)以每18個(gè)月翻一番的速度穩(wěn)定增長(zhǎng)，并在今后數(shù)十年內(nèi)保持著這種勢(shì)頭摩爾所作的這個(gè)預(yù)言，因后來(lái)集成電路的發(fā)展而得以證明，并在較長(zhǎng)時(shí)期保持了它的有效性，被人譽(yù)為“摩爾定律”，成為新興電子電腦產(chǎn)業(yè)的“第一定律”46第46頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司脫離仙童半導(dǎo)體創(chuàng)辦公司者之中，較有名氣的是查爾斯·斯波克（C.Sporck）和杰里·桑德斯(J.Sanders)斯波克一度擔(dān)任仙童半導(dǎo)體公司總經(jīng)理，1967年出走后，到國(guó)民半導(dǎo)體公司（NSC）擔(dān)任CEO。他大刀闊斧地推行改革，把NSC從康涅狄格州遷到了硅谷，使它從一家虧損企業(yè)快速成長(zhǎng)為全球第6大半導(dǎo)體廠商桑德斯則是仙童半導(dǎo)體公司銷售部主任，1969年，他帶著7位仙童員工創(chuàng)辦高級(jí)微型儀器公司（AMD），這家公司目前已經(jīng)是僅次于英特爾公司的微處理器生產(chǎn)廠商，其微處理器產(chǎn)品暢銷全世界47第47頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仙童半導(dǎo)體公司1968年，“八叛逆”中的最后兩位諾依斯和摩爾，也帶著葛羅夫（A.Grove）脫離仙童公司自立門戶，他們創(chuàng)辦的公司就是大名鼎鼎的英特爾（Intel）從1965年到1968年，公司連續(xù)兩年沒有贏利。費(fèi)爾柴爾德以3年100萬(wàn)美元薪金外加60萬(wàn)美元股票，從摩托羅拉公司請(qǐng)來(lái)萊斯特·霍根博士，在執(zhí)政仙童6年期限內(nèi)，他盡了最大的努力，使公司銷售額增加了兩倍1974年，霍根把權(quán)柄交給36歲的科里根，而他的繼任者在二三年內(nèi)讓這家公司從半導(dǎo)體行業(yè)的第2位，迅速跌落到第6位1979年夏季，仙童被賣給法國(guó)一家主營(yíng)石油服務(wù)業(yè)的公司施拉姆伯格（Schlumberger），然后被用原價(jià)的三分之一轉(zhuǎn)賣給另一家美國(guó)公司，買主正是原仙童總經(jīng)理斯波克管理的國(guó)民半導(dǎo)體公司（NSC）1996年，國(guó)民半導(dǎo)體公司把原仙童公司總部遷往緬因州，并恢復(fù)了“仙童半導(dǎo)體”的老名字。但是，擁有員工6500人的“硅谷人才搖籃”卻不得不退出了硅谷48第48頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)應(yīng)用通常分成如下各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，人工智能，……由于微型計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)體積小、價(jià)格低工作可靠、使用方便、通用性強(qiáng)……所以，可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、信息管理過(guò)程控制及嵌入應(yīng)用方向49第49頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向一般是通用微機(jī)，主要形式為服務(wù)器、工作站、個(gè)人臺(tái)式機(jī)和個(gè)人便攜機(jī)等服務(wù)器多用于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理；工作站多用于圖形圖像、音頻視頻處理以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)目前PC的構(gòu)成模式同最初變化不大，但有了非常大的進(jìn)步，體現(xiàn)在：性能提高軟件資源多，包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件具備多媒體功能、可以方便地連接到Internet包括內(nèi)存外設(shè)在內(nèi)的系統(tǒng)資源豐富

50第50頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IntelCPU的發(fā)展年代Intel處理器字長(zhǎng)時(shí)鐘頻率集成度197140044位108kHz2300197280088位500kHz35001978808616位5MHz2.9萬(wàn)19858038632位16MHz27.5萬(wàn)2003Pentium432位3.4GHz1.25億2007Core2Quad64位2.66GHz5.82億2009Corei764位2.93GHz7.31億51第51頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過(guò)程控制及嵌入應(yīng)用方向主要是專用微機(jī)和專用系統(tǒng)。如工業(yè)PC機(jī)、STD總線工控機(jī)、PC/104總線工控機(jī)、可編程邏輯控制器以及各種宿主應(yīng)用系統(tǒng)（由通用微處理芯片、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器DSP等構(gòu)成）。工控機(jī)方面嵌入式應(yīng)用

52第52頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工控機(jī)松下軍用機(jī)53第53頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成微處理器（Microprocessor）：一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片，內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等，是微機(jī)中的核心芯片微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）：通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)，還有一般的說(shuō)法：微機(jī)、微型機(jī)。主要包括微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口和I/O設(shè)備、系統(tǒng)總線等。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputersystem）：指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的“硬”設(shè)備，軟件指計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序，廣義的軟件還應(yīng)包括計(jì)算機(jī)管理的數(shù)據(jù)及有關(guān)文檔54第54頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)圖1.1微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微處理器存儲(chǔ)器I/O設(shè)備和I/O接口系統(tǒng)總線55第55頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)處理器子系統(tǒng)存儲(chǔ)器主存、輔存內(nèi)存（RAM和ROM）、外存I/O設(shè)備和I/O接口I/O設(shè)備：機(jī)器上配備的輸入／輸出設(shè)備，也稱為外設(shè)，為微機(jī)提供具體的輸入／輸出手段I/O接口：各種外設(shè)的工作速度、驅(qū)動(dòng)方法差別很大，無(wú)法與CPU直接匹配，不能簡(jiǎn)單的連接到系統(tǒng)總線，需要I/O接口電路充當(dāng)它們和CPU之間的連接橋梁，通過(guò)I/O接口完成信號(hào)轉(zhuǎn)變、數(shù)據(jù)緩存、與CPU聯(lián)絡(luò)等工作56第56頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)總線指?jìng)鬟f信息的一組公用導(dǎo)線，是傳送信息的公共通道微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件總線還有電源、地線等其他輔助信號(hào)除了CPU外，DMA控制器和協(xié)處理器等設(shè)備也有控制和使用總線的能力——總線主控設(shè)備連接在總線上的存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備是被訪問和控制的對(duì)象——總線被控設(shè)備57第57頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)總線總線信號(hào)可分成三組地址總線AB：傳送地址信息輸出將要訪問的內(nèi)存單元或I/O端口的地址地址線的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍數(shù)據(jù)總線DB：傳送數(shù)據(jù)信息CPU讀操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往CPUCPU寫操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少?zèng)Q定了一次能夠傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)控制總線CB：傳送控制信息協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點(diǎn),例如功能、適應(yīng)性等舉例舉例58第58頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Intel80x86CPU的地址線條數(shù) Intel80x86 地址條數(shù) 存儲(chǔ)容量8086 20 1MB8088 20 1MB80286 24 16MB80386~Pentium4 32 4GB返回59第59頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Intel80x86CPU的數(shù)據(jù)線位數(shù) Intel80x86 數(shù)據(jù)位數(shù)8086 168088 880286 1680386~Pentium4 32返回60第60頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總線使用特點(diǎn)在某一時(shí)刻，只能由一個(gè)總線主控設(shè)備（例如CPU）來(lái)控制總線在連接系統(tǒng)總線的各個(gè)設(shè)備中，某時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送者向總線發(fā)送信號(hào)；但可以有多個(gè)設(shè)備從總線上同時(shí)獲取信號(hào)微機(jī)系統(tǒng)采用“總線結(jié)構(gòu)”，具有組態(tài)靈活、擴(kuò)展方便的優(yōu)勢(shì)61第61頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件：面向所有用戶，目標(biāo)是方便用戶的使用和維護(hù)、提高機(jī)器效率。通常包括操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、診斷調(diào)試程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及為提高機(jī)器效率設(shè)計(jì)的各種程序應(yīng)用軟件：圍繞某種應(yīng)用、面向用戶的軟件如數(shù)據(jù)庫(kù)管理、面向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、面向文字處理的軟件或軟件包等62第62頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3IBMPC系列機(jī)系統(tǒng)IBMPC：1981，IBM選Intel的8088做CPU，操作系統(tǒng)為微軟的MS-DOSv1.0。內(nèi)存小，無(wú)硬盤IBMPC/XT：1982，擴(kuò)充內(nèi)存，增加了10MB的硬盤，DOS2.0，支持硬盤和樹形目錄結(jié)構(gòu)IBMPC/AT：1984，選Intel的80286為CPU，該芯片兼融8086／8088的指令系統(tǒng)，速度更快，支持虛擬存儲(chǔ)和多任務(wù)操作，DOS3.063第63頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1硬件基本組成外觀：主機(jī)、鍵盤、顯示器內(nèi)部：系統(tǒng)主板（上有系統(tǒng)主要電路和總線插槽）、硬盤驅(qū)動(dòng)器

、軟盤驅(qū)動(dòng)器、電源、揚(yáng)聲器等IBMPC/XT與IBMPC/AT的比較表1-1，P964第64頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16位IBMPC系列機(jī)是32位微機(jī)的基礎(chǔ)

8088CPUIBMPC機(jī)IBMPC/AT機(jī)IBMPC/XT機(jī)65第65頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IBMPC/AT66第66頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2主板的構(gòu)成

IBMPC系列機(jī)的整個(gè)電路由主板和插在該板總線槽內(nèi)的若干電路插板組成主板為4層印刷電路板（PrintedCircuitBoard,PCB），內(nèi)層連接電源和地線，兩面連接信號(hào)線。主板的組成部分：處理器子系統(tǒng)內(nèi)存系統(tǒng)控制芯片鍵盤和系統(tǒng)配置信息接口I/O通道67第67頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CPUFPU鍵盤插座系統(tǒng)電源輸入ROMBIOSROMBASIC系統(tǒng)配置開關(guān)I/O通道PC總線插槽并行接口DMA控制器定時(shí)控制器中斷控制器揚(yáng)聲器輸出IBMPC/XT主板1.處理器子系統(tǒng)：CPU8088FPU8087外圍輔助芯片（時(shí)鐘發(fā)生器8284，總線控制器8288）2.內(nèi)存ROM-BIOSROM-BASICDRAM3.系統(tǒng)控制芯片：中斷控制器8259A定時(shí)控制器8253/8254DMA控制器8237A4.鍵盤和系統(tǒng)配置信息接口PC/XT并口8255APC/AT8042鍵盤接口和M1468185.I/O通道68第68頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IBMPC/XT主板69第69頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.處理器子系統(tǒng)——IBMPC/XTCPU為80888088（準(zhǔn)16位）是8086（16位）的簡(jiǎn)化本內(nèi)部運(yùn)算器和寄存器16位，20位地址總線，尋址1MB內(nèi)存和64K個(gè)I/O端口，其指令系統(tǒng)完全兼容外部數(shù)據(jù)總線8位8088采用最大組態(tài)模式8088和8288共同形成總線，允許使用多個(gè)處理器8088工作頻率4.77MHz，每個(gè)時(shí)鐘周期約210ns由時(shí)鐘發(fā)生器8284提供工作模式為實(shí)地址模式，20位地址，尋址1M內(nèi)存70第70頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.處理器子系統(tǒng)

——IBMPC/XT主板的模塊構(gòu)成71第71頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.處理器子系統(tǒng)——IBMPC/ATCPU為80286，16位數(shù)據(jù)線，24位地址線工作模式為實(shí)模式和保護(hù)虛擬地址模式實(shí)模式同PC/XT相同，但運(yùn)行速度更快，可兼容前期的各種軟件資源保護(hù)模式下，可使用24位地址，尋址16M(224)字節(jié)，即16MB，并支持虛擬存儲(chǔ)和特權(quán)保護(hù)，適用于多任務(wù)環(huán)境80286與總線控制器80288共同形成總線系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器82284提供8MHz工作時(shí)鐘用戶可選協(xié)處理器80287支持硬件浮點(diǎn)運(yùn)算

72第72頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.內(nèi)存ROM用來(lái)固化ROM-BIOS(BasicInput/outputSystem)自檢及初始化程序服務(wù)設(shè)定中斷PC/XT中，還固化了32KB的ROM-BASIC解釋程序，用于支持BASIC語(yǔ)言RAMPC內(nèi)存主體主要由RAM構(gòu)成，而且是集成度較高、價(jià)格較低的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)芯片（DRAM）構(gòu)成73第73頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)控制芯片(1)中斷控制內(nèi)中斷外中斷

CPU內(nèi)部異常或執(zhí)行特定指令引起可屏蔽中斷：外部信號(hào)觸發(fā)CPU的“可屏蔽中斷請(qǐng)求”引腳引起，通過(guò)8259A管理和擴(kuò)展不可屏蔽中斷：外部信號(hào)觸發(fā)CPU的“不可屏蔽中斷請(qǐng)求”引腳引起，用于對(duì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤和浮點(diǎn)運(yùn)算事故進(jìn)行處理74第74頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)控制芯片PC/XT：1片8259A，可屏蔽中斷8個(gè)優(yōu)先級(jí)從高到低為IRQ0～I(xiàn)RQ7，IRQ2被系統(tǒng)保留IRQ0→定時(shí)器0通道；IRQ1→鍵盤；IRQ7并行打印口LPT1；IRQ3和IRQ4→COM1和COM2口PC/AT：2片8259A，主片通過(guò)IRQ2級(jí)聯(lián)從片，15個(gè)中斷源優(yōu)先級(jí)從高到低為：IRQ0、IRQ1、IRQ8～I(xiàn)RQ15、IRQ3～I(xiàn)RQ7。IRQ8→實(shí)時(shí)時(shí)鐘；IRQ13→協(xié)處理器75第75頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)控制芯片(2)定時(shí)控制:XT和AT中分別用8253和8254提供3個(gè)16位的定時(shí)器定時(shí)器0：每55ms輸出一個(gè)脈沖，通過(guò)8259A的IRQ0申請(qǐng)中斷定時(shí)器1：每15μs產(chǎn)生一個(gè)輸出，用來(lái)請(qǐng)求對(duì)DRAM的刷新操作定時(shí)器2：為主機(jī)箱內(nèi)的揚(yáng)聲器提供音頻震源76第76頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)控制芯片(3)DMA控制DMA，DirectMemoryAccess，直接存儲(chǔ)器存取指存儲(chǔ)器和外設(shè)間不經(jīng)過(guò)CPU指令、直接通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)傳輸，以便為磁盤驅(qū)動(dòng)器這樣的高速外存服務(wù)需要先由DMA控制器向CPU申請(qǐng)系統(tǒng)總線，CPU讓出總線后，DMA控制器控制總線在存儲(chǔ)器和外設(shè)間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。77第77頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)控制芯片PC/XT用1片8237A做DMA控制器，提供4個(gè)DMA通道通道0：與外設(shè)無(wú)關(guān)，負(fù)責(zé)對(duì)DRAM刷新通道1：系統(tǒng)保留，用戶可利用，也可用于SDLC協(xié)議的同步通信卡通道2：軟盤和內(nèi)存之間的高速數(shù)據(jù)傳輸通道3：硬盤和內(nèi)存之間的高速數(shù)據(jù)傳輸78第78頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.系統(tǒng)控制芯片PC/AT用2片8237A做DMA控制器，主片通過(guò)通道1與從片級(jí)聯(lián)，共7個(gè)DMA通道PC/AT設(shè)計(jì)有專門的DRAM刷新電路，不需要通道0通道0－3用于8位數(shù)據(jù)的DMA傳送通道5－7用于支持16位數(shù)據(jù)傳送79第79頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.鍵盤和系統(tǒng)配置信息接口

PC/XT用并行接口芯片8255A實(shí)現(xiàn)鍵盤接口和系統(tǒng)配置信息的讀取。8255A有3個(gè)并行端口：A端口：用于讀取鍵盤的按鍵信息（掃描碼）B端口：用于控制（串并轉(zhuǎn)換和發(fā)聲控制）C端口：用于讀取系統(tǒng)配置信息PC/AT鍵盤接口用8042微控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置信息用M146816芯片提供80第80頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.I/O通道即PC機(jī)主板上的若干總線插槽，插在其中的電路板稱為某某設(shè)備的適配器或某某卡PC/XT的I/O總線插槽被稱為PC總線共62個(gè)信號(hào)，分A、B兩側(cè)8根數(shù)據(jù)線、20根地址線位于A側(cè)（卡的元件面）6根中斷請(qǐng)求線、6根DMA聯(lián)絡(luò)線以及內(nèi)存外設(shè)的讀寫控制線、電源線等位于B側(cè)PC/AT的I/O總線插槽被稱為AT總線、ISA總線為兼容PC總線，在62線插槽的一端增加了36線的新插槽，形成了98線的新總線81第81頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3存儲(chǔ)空間分配

PC/XT8088提供20根地址線，尋址1MB存儲(chǔ)空間，00000H～FFFFFH。分為低端RAM和高端ROM共四個(gè)區(qū)段

PC/AT

80286提供24根地址線，對(duì)內(nèi)存尋址16MB。低端1M為常規(guī)內(nèi)存，空間分配與PC/XT相同，高端15MB為擴(kuò)展內(nèi)存82第82頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3存儲(chǔ)空間分配DOS管理，[0～9FFFFH］最低1KB存放中斷向量表，接著安排BIOS和DOS使用的數(shù)據(jù)、操作系統(tǒng)核心程序、可選設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等。其余向用戶應(yīng)用程序開放用于存放要顯示在屏幕上的顯示信息，簡(jiǎn)稱顯示緩存或顯存，[A0000H~BFFFFH]DOS5以后的版本利用存儲(chǔ)管理軟件HIMEM.SYS轉(zhuǎn)換到保護(hù)方式使用擴(kuò)展內(nèi)存，80386以后的X86微處理器上，DOS用EMM386.EXE軟件以擴(kuò)充內(nèi)存方式使用該區(qū)域

各種I/O卡上的ROM，為相應(yīng)外設(shè)提供驅(qū)動(dòng)，[C0000H~DFFFFH]安排ROM-BIOS，存放字符/點(diǎn)陣信息，ROM-BISC解釋程序，[E0000H~FFFFFH]83第83頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.4I/O空間的分配

系統(tǒng)板

000－01F020－03F040－05F060－07F080－09F0A0－0BF0C0－0DF0E0－0FFDMA控制器1中斷控制器1定時(shí)計(jì)數(shù)器并行接口電路DMA頁(yè)面寄存器中斷控制器2DMA控制器2協(xié)處理器

I/O

通

道1F0－1F8200－207278－27F2F8－2FF378－37F380－38F3A0－3AF3B0－3BF3D0－3DF3F0－3F73F8－3FF硬盤適配器游戲接口并行打印機(jī)接口LPT2串行通信接口COM2并行打印機(jī)接口LPT1SDLC通信接口BSC通信接口單色顯示/打印機(jī)適配器彩色圖形適配器CGA軟盤適配器串行通信接口COM180x86訪問外設(shè)時(shí)，只使用低16位A0～A15，尋址64K個(gè)8位I/O端口PC機(jī)僅使用低10位A0～A9，尋址1024個(gè)8位I/O端口主板端口A9=0，I/O插卡支持的端口A9=1主板上A9~A5參與芯片的片選譯碼，A4~A0片內(nèi)譯碼84第84頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)→二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)分類數(shù):直接表征量的多少，有大小之分，可進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算

碼:指代某個(gè)事物或事物的某種狀態(tài)屬性存儲(chǔ)容量的表達(dá)比特b（二進(jìn)制1位）字節(jié)B（二進(jìn)制8位）1KB＝210B＝1024B1MB＝220B、1GB＝230B、1TB=240B二進(jìn)制數(shù)用B或b結(jié)尾；十進(jìn)制數(shù)可不用結(jié)尾字母，也可用D或d結(jié)尾；十六進(jìn)制數(shù)用H或h結(jié)尾字長(zhǎng)：是微處理器一次可直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度85第85頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)

幾個(gè)概念進(jìn)位計(jì)數(shù)制、基數(shù)、權(quán)（權(quán)重）不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到N進(jìn)制的轉(zhuǎn)換整數(shù)部分除N取余法，小數(shù)部分乘N取整，最先取到的數(shù)碼總是離小數(shù)點(diǎn)最近。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換沒有窮盡時(shí)，可選取一定的精度-----例N進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換——按權(quán)展開相加-----例二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換-----例以小數(shù)點(diǎn)為中心，兩側(cè)每４位（不足4外側(cè)補(bǔ)零）二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)；反向操作亦然某種計(jì)數(shù)制中所包含的數(shù)碼個(gè)數(shù)就是該數(shù)制的基數(shù)。體現(xiàn)了該數(shù)制的進(jìn)位和借位原則表示進(jìn)位計(jì)數(shù)制中的各數(shù)位的單位值。權(quán)用基數(shù)冪表示86第86頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(47.24)10=（）2整數(shù)部分：47／2＝23……1離小數(shù)點(diǎn)最近23／2＝11……111／2＝5……15／2＝2……12／2＝1……0 1／2＝0……1離小數(shù)點(diǎn)最遠(yuǎn)，直到被除數(shù)為0為止小數(shù)部分：0.24×2＝0.48整數(shù)部分為0離小數(shù)點(diǎn)最近0.48×2＝0.96整數(shù)部分為00.96×2＝1.92整數(shù)部分為10.92×2＝1.84整數(shù)部分為10.84×2＝1.68整數(shù)部分為10.68×2＝1.36整數(shù)部分為10.36×2＝0.72整數(shù)部分為0離小數(shù)點(diǎn)最遠(yuǎn)……101111.001111

87第87頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月N進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換例： (1011.101)2=(1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2－2+1×2-3)10=(8+2+1+0.5+0.125)10=(11.625)10例： (A7.B)16＝(10×161+7×160+11×16-1)10＝(160+7+0.6875)10＝(167.6875)1088第88頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換例1： (11110.11)2=(1E.C)16例２： (EF.C)16=(11101111.11)2例3： (000110110111.01101000)2=(1B7.68)16

二進(jìn)制→十六進(jìn)制：以小數(shù)點(diǎn)為中心，兩側(cè)每４位（不足4外側(cè)補(bǔ)零）二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)89第89頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)

數(shù)的定點(diǎn)表示名詞解釋真值：符合人們使用習(xí)慣的數(shù)的原始表示形式機(jī)器數(shù)：數(shù)據(jù)在機(jī)器中的實(shí)際表示形式定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)的位置默認(rèn)并固定的機(jī)器數(shù)。若小數(shù)點(diǎn)的位置被固定在機(jī)器數(shù)的最右側(cè)，該數(shù)據(jù)為定點(diǎn)機(jī)器整數(shù)；若小數(shù)點(diǎn)的位置被固定在機(jī)器數(shù)的最左側(cè)，該數(shù)據(jù)為定點(diǎn)小數(shù)。機(jī)器中長(zhǎng)短不等的各類整數(shù)均采用前一種方法來(lái)表示90第90頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)

定點(diǎn)整數(shù)的范圍無(wú)符號(hào)定點(diǎn)整數(shù)（簡(jiǎn)稱無(wú)符號(hào)數(shù)） ——表示范圍為0和正數(shù)，不含負(fù)數(shù)有符號(hào)定點(diǎn)整數(shù)（簡(jiǎn)稱有符號(hào)數(shù)） ——表示范圍基本上是一半正數(shù)、一半負(fù)數(shù)、0無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)在形態(tài)上沒有區(qū)別91第91頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有符號(hào)數(shù)的表示原碼表示法符號(hào)位：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)其余各位：等同于真值的絕對(duì)值0有+0（00000000b）和-0（10000000b）兩種表示方法，故8位原碼表示范圍-127～127-2的原碼為10000010b反碼表示法符號(hào)位：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)其余各位：正數(shù)的反碼表示同原碼，負(fù)數(shù)的反碼表示是原碼對(duì)符號(hào)位以外的各位取反0有+0（00000000b）和-0（11111111b）兩種表示方法，故8位反碼表示范圍-127～127-2的反碼為11111101b92第92頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有符號(hào)數(shù)的表示補(bǔ)碼表示法符號(hào)位：0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)其余各位：正數(shù)的補(bǔ)碼表示同原碼，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示在反碼表示的基礎(chǔ)上加1獲得0被認(rèn)為是正數(shù)，00000000，8位補(bǔ)碼范圍為：-128～127求補(bǔ)運(yùn)算：求反加一法帶借位零減法例93第93頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：求補(bǔ)運(yùn)算例1：求真值-37H的補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)求反加一法：-00110111B→10110111B→11001000B→11001001B=C9H帶借位零減法：100000000B-00110111B=11001001B=C9H例2：將八位補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)B8H還原為真值。求反加一法的逆過(guò)程（減一求反）：B8H=10111000B→10110111B→11001000B→-48H帶借位零減法：100000000B-B8H=-[100000000B-10111000B]=-1001000B=-48H例3：直接對(duì)十六進(jìn)制數(shù)的操作，求真值-37H的補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)帶借位零減法：100H-37H=C9H94第94頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有符號(hào)數(shù)的表示移碼表示法符號(hào)位：0表示負(fù)數(shù)，1表示正數(shù)無(wú)論正數(shù)、負(fù)數(shù)還是零，均可以在補(bǔ)碼表示基礎(chǔ)上通過(guò)將符號(hào)位取反來(lái)獲得，8位移碼表示范圍-128～127對(duì)于8位機(jī)器數(shù)有移碼＝補(bǔ)碼+80H（丟棄進(jìn)位），即補(bǔ)碼加一個(gè)常數(shù)，相當(dāng)于在數(shù)軸上相正方向平移，移碼因此得名移碼表示的特點(diǎn)：機(jī)器數(shù)字面值越大，所對(duì)應(yīng)的真值越大（書P18表1-3），兩個(gè)移碼機(jī)器數(shù)可直接比大小，用于表示浮點(diǎn)數(shù)的階碼95第95頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)

數(shù)的浮點(diǎn)表示小數(shù)點(diǎn)位置表面上被固定，實(shí)際浮動(dòng)，目的在于通過(guò)小數(shù)點(diǎn)的浮動(dòng)保持精度維持不變組織形式：N×2nN為尾數(shù)，取二進(jìn)制定點(diǎn)小數(shù)的形式n為階碼或指數(shù)，取二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)的形式底數(shù)2默認(rèn)其組織形式為：96第96頁(yè)，課件共105頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IEEE754的32位浮點(diǎn)數(shù)（單精度浮點(diǎn)數(shù)）表示方法D31D30……D23D22……D1D0尾數(shù)24位，表示數(shù)據(jù)精度（有效數(shù)字），其最高位D31表示數(shù)符（0正1負(fù)），其余23位（D22~D0）表示絕對(duì)值尾數(shù)，采用原碼定點(diǎn)小數(shù)的表示形式，而且尾數(shù)被規(guī)格化為“1.****……***”的形式，最高位恒為1，可以缺省，即尾數(shù)域中表