第1章 微型计算机基础知识
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第1章 微型计算机系统概述
【学习目标】 了解微型计算机的发展。 了解微型计算机的特点。 认识微型计算机系统的组成。 了解微型计算机的主要性能指标。
1.1 微型计算机概况
世界上第一台电子计算机早在1946年就诞生了，然而微 型计算机在1971年才问世，它具有众多优点，其应用更 加广泛。微型计算机（见图1-1）具有体积小、重量轻、 耗电少、性价比最优、可靠性高、结构灵活等特点，其 应用深入到社会生活中的各个领域，并取得了飞速的发 展。计算机不仅能够完成数学运算，而且还可以进行逻 辑运算，同时还具有推理判断的能力。因此，人们又称 它为电脑。现在，科学家们正在研究具有思维能力的智 能计算机。随着科学技术的发展，人们对计算机的认识 也在不断地深入
操作系统方面
主流的操作系统有Linux、UNIX （System Ⅴ、UNIX BSD、SCO UNIX、 Solaris等）、Windows系列（现在主要有 Windows 98、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003、 Windows CE等）等。
图1-1 现代微型计算机
1.1.1 微型计算机的发展
现将有关计算机中央处理器（CPU）的一些基本概念介绍 如下： 中央处理器（CPU）是指把运算和控制功能集成在一起的 那块芯片，这块芯片俗称主机。 微型计算机系统是由中央处理器（CPU）配上一定容量的 存储器（或内存）、接口电路以及必要的外部设备组成。 单板机是指把CPU、一定数量的存储器芯片和I/O接口芯 片装在一块印刷电路板上，并在该板上配以具有一定功能的 输入、输出设备。 单片机是指把CPU、一定容量的存储器和必要的I/O接口 电路集成在一个硅片上。有的单片机还包括模数（A/D）和 数模（D/A）转换器。
第一章微型计算机基础
（2）反码表示法
数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数 同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法 就叫反码表示法。
1．对于正数： 符号位用0表示，数字位同真值 2．对于负数： 符号位用1表示，数字位为真值 按位取反。
例 x＝+91＝+10l1011B [x]反=01011011B 例 y＝-91＝-1011011B [y]反=10100100B “0”的表示：[+0]反=00000000B [-0]反 =11111111B 对于8位机，反码可表示的数的范围：-127～ +127。
0⊕1＝1 读作0“异或”1等于1
1⊕0＝1 读作1“异或”0等于1
1⊕1＝0 读作1“异或”1等于0
例：
10101111
⊕11000010
01101101
1.2.2计算机中带符号数的表示方法
几个概念: 无符号数 机器数
带符号数 真值
机器数的三种表示方法: 原码表示法 反码表示法 补码表示法
（1）原码表示法
将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大 规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微 处理器(CPU),微型计算机是以微处理器为核心，再 配上存储器、接口电路等芯片构成的。
微处理器按照其功能可以分为两大部分：总线接口单元 （BIU）和执行单元（EU）。 按照计算机CPU、字长和功能划分，经历了5代的演变: ➢ 第一代（1971年～1973年）：4位和8位低档微处理器 ➢ 第二代（1974年～1978年）：8位中高档微处理器 ➢ 第三代（1978年～1980年）：16位微处理器 ➢ 第四代（1981年～1992年）：32位微处理器 ➢ 第五代（1993年以后）：全新高性能奔腾系列微处理
第一章 微型计算机基础知识
第一章微型计算机基础知识第一章微型计算机基础知识第一章微机基础知识1.1计算机中的数和编码1.1.1计算机中的数制计算机最初是作为一种计算工具出现的，所以它最基本的功能是处理和处理对数。
数字由机器中设备的物理状态表示。
具有两种不同稳定状态和相互转换的设备可用于表示1位二进制数。
二进制数具有操作简单、物理实现方便、节省设备等优点。
因此，目前，几乎所有的二进制数都用计算机来表示。
然而，二进制数太长，无法写入，不容易阅读和记忆；此外，目前大多数微机是8位、16位或32位，是4的整数倍，4位二进制数是1位十六进制数；因此，在微型计算机中，二进制数被缩写为十六进制数。
十六进制数使用16个数字，例如0~9和a~F来表示十进制数0~15。
8位二进制数由2位十六进制数表示，16位二进制数由4位十六进制数表示。
这便于书写、阅读和记忆。
然而，十进制数是最常见和最常用的。
因此，我们应该熟练掌握十进制数、二进制数和十六进制数之间的转换。
表1-1列出了它们之间的关系。
表1-1十进制数、二进制数及十六进制数对照表十进制二进制十六进制012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101 111011110123456789abcdef为了区别十进制数、二进制数及十六进制数3种数制，可在数的右下角注明数制，或者在数的后面加一字母。
如b(binary)表示二进制数制；d(decimal)或不带字母表示十进制数制；h(hexadecimal)表示十六进制数制。
1.二进制数和十六进制数之间的转换根据表1-1所示的对应关系即可实现它们之间的转换。
二进制整数被转换成十六进制数。
方法是将二进制数从右（最低位）到左分组：每4位为一组。
如果最后一组少于4位，则在其左侧加0以形成一个4位组。
每组由一位十六进制数表示。
例如：1111111000111b→1111111000111b→0001111111000111b=1fc7h要将十六进制数转换为二进制数，只需使用4位二进制数而不是1位十六进制数。
微机基础知识
32
4、求真值： 三. 原码、反码及补码 在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据。 最高位是0：正数。最高位是1：负数。 当给出一个补码表示的有符号二进制数（十六进制数）时，怎样得到其对应的十 进制数，就是求真值的问题。 （1）正数： 因为：正数它的补码与原码相同，所以：直接将其按权展开相加。 例如：有符号数：0001 0101 B （最高位 0：正数） =+21 D （2）负数： 将补码表示的负数，按位取反，再+1，再按权展开相加，在得到对应的十进制数 前加负号。 例如：有符号数：1010 0111 B (最高位 1：负数） 所以：取反：0101 1000 B 练习： 加1：+ 1 B 有符号数：0111 1111 B，1001 1101 B = 0101 1001 B =89 D 求它们的真值（或十进制数）。 因此： 1010 0111 B = - 89 D
通常又称为指令地址计数器。
在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程 序的第一条指令所在的内存单元地址送到PC。 当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使 之总是保存将要执行的下一条指令的地址。
由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改 的过程通常是简单的加1操作。
22
6、地址寄存器 （AR）
2、ASCII码(美国信息交换标准码）
用7位二进制代码表示（编码）128个字符编码。
如：数字0-9的ASCII码为30H-39H. 如：字母A-Z的ASCII码为41H-5AH.
第一章结束
28
1.3
数据在计算机中的表示
计算机中的二进制数分为无符号数和带符号数。 1.3.1 无符号二进制数的表示
无符号二进制数的表示：只有数值部分 计算机中的无符号二进制数直接用二进数表示, 1111 1111 B （= 255 D） 1000 0000 B ( = 128 D ) 0000 1111 B ( = 15 D ) 最高位及其它各位都表示数
微型计算机系统(全)
第 二 章 微型计 算 机系统 第 一 章：计 算 机 基 础 知 识
2.2.4 微机总线
1．按层次结构分类 （1）内部总线 内部总线是微机内部各芯片与CPU之间的连线，用于芯片一级的 互连。 （2）系统总线 系统总线是微机中各插件板与主板之间的连线，用于插件板一级 的互连。 ① PCI总线 （3）外部总线 外部总线是微机与外部设备之间的连线。 ② AGP总线
第 二 章 微型计 算 机系统 第 一 章：计 算 机 基 础 知 识
2.3.3 输出设备
1 显示器：显示器由监视器和显示适配卡组成，是 最常用的输出设备。 2 打印机：打印机也是计算机中最常用的输出设备。 按输出方式可分为击打式和非击打式，击打式以针 式打印机为主要代表，非击打式以激光打印机和喷 墨打印机为主流。
高级语言 源程序 编译
机器语言 目标程序 运行
执行 结果
高级语言 源程序 解释并执行
执行 结果
编译过程示意图
解释过程示意图
第 二 章 微型计 算 机系统 第 一 章：计 算 机 基 础 知 识
2．应用程序 应用程序是用各种高级语言编写出来的具有 特定功能的程序，例如：Word、NetAnt、金山解 霸等。应用程序是面向用户的最高层程序。 （1）文字处理软件 （2）信息管理软件 （3）辅助设计软件 （4）实施控制软件
第 二 章 微型计 算 机系统 第 一 章：计 算 机 基 础 知 识
2．按功能分类
（1）数据总线（Data Bus，DB） 数据总线用于传递数据信息。 （2）地址总线（Address Bus，AB） 地址总线用于传送CPU发出的地址信息，如要访问的内存 地址、外部设备地址等。 （3）控制总线（Control Bus，CB） 控制总线是用来传送控制信号、命令信号和定时信号的， 这些信号是由CPU发出的，因此是单向的。
微型计算机基础知识
1.软件系统的层次结构：
系统软件： 为解决用户使用计算机而编写的程序。
软件
例如： 操作系统、编译程序、汇编程序、 监控程序、诊断程序。
应用软件： 为解决特定问题而编制的程序 例如： 程序包、数据库、窗口软件。
2.三类编程语言：
机器语言
汇编语言
高级语言Βιβλιοθήκη 最贴近机器硬件的二 进制代码
使用助记符代替二进 制代码
将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。
(1011.11)2 = 1×23 + 0×22 + 1×21 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-2 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 = 11.75
(1011.11)2 = (11.75)10
微型计算机系统知识
3. 八进制数
发展 阶段
小型机阶段 微型机阶段
对大型机的第一次“缩小化”。
代表机型： 苹果公司的APPLE-2,IBM公司
对大型机的第二次的“的I缩BM小-P化C。”
客户机/服务器阶段 互联网阶段
处应理用于能航力空强，的铁计路算联机机订提票供系磁统盘。服 务和文件服务，处理能力强的扮演服 务器，处理能力弱的充当客户机。
人们使用最多的编程语言，较为流 行的有各类C、BASIC等。
微型计算机系统知识
1.2 微型计算机数制及其转换
1.2.1 微型计算机常用数制的特点
1. 十进制数
（1）它的数码K共有十个，为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。数码的 个数称为基数，十进制数的基数是10。
（2）在一个数中，每一位有各自的权 （3）遵从“逢十进一”的原则。 任何一个十进制都可以写成以10为底的幂之和的形式。
系统软件： 为解决用户使用计算机而编写的程序。
软件
例如： 操作系统、编译程序、汇编程序、 监控程序、诊断程序。
应用软件： 为解决特定问题而编制的程序 例如： 程序包、数据库、窗口软件。
2.三类编程语言：
机器语言
汇编语言
高级语言Βιβλιοθήκη 最贴近机器硬件的二 进制代码
使用助记符代替二进 制代码
将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。
(1011.11)2 = 1×23 + 0×22 + 1×21 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-2 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 = 11.75
(1011.11)2 = (11.75)10
微型计算机系统知识
3. 八进制数
发展 阶段
小型机阶段 微型机阶段
对大型机的第一次“缩小化”。
代表机型： 苹果公司的APPLE-2,IBM公司
对大型机的第二次的“的I缩BM小-P化C。”
客户机/服务器阶段 互联网阶段
处应理用于能航力空强，的铁计路算联机机订提票供系磁统盘。服 务和文件服务，处理能力强的扮演服 务器，处理能力弱的充当客户机。
人们使用最多的编程语言，较为流 行的有各类C、BASIC等。
微型计算机系统知识
1.2 微型计算机数制及其转换
1.2.1 微型计算机常用数制的特点
1. 十进制数
（1）它的数码K共有十个，为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。数码的 个数称为基数，十进制数的基数是10。
（2）在一个数中，每一位有各自的权 （3）遵从“逢十进一”的原则。 任何一个十进制都可以写成以10为底的幂之和的形式。
微机原理及应用第一章
-2n-1≤X＜0（mod 2n） 2n＋ X
注意：± 0的原、反码皆有两个，而补码只有一个； -128的原、反码无法表示，但其补码即为-0的原码。
第1章
计算机基础
小结
1. 三种编码的最高位都是表示符号位。 S=0，真值为正数，其余位为真值； S=1，பைடு நூலகம்值为负数，须按一定规律求出真值。
2. 对正数，三种编码都是一样的，即[x]原=[x]反=[x]补。 对于负数，三种编码不同。 原、反和补码的实质是解决负数在机器中表示的三种不同编码方法。 3. 当n=8时，机器所能表示的： 原码范围：-127～+127， -2n-1+1 ～ 2n-1－1 反码范围：-127～+127， -2n-1+1 ～ 2n-1－1 补码范围：-128～+127， -2n-1 ～ 2n-1－1
原码的优点： 简单易懂、与真值转换方便。 缺点： 不便于计算（首先判符号，再决定用加或减）
例1-5 设机器字长为n=8时，试求+0、+6、+127、-0、6、-127 的原码 解： [+0]原=00000000 [-0]原=10000000 [+6]原=00000110 [-6]原=10000110 [+127]原=01111111 [-127]原=11111111 正数：原码与相应的二进制数完全相同； 负数：二进制数的最高位一定是“1”，其余各位是该 数的绝对值。 零： 有正零和负零之分
1、微型计算机 微型计算机： CPU、存储器、输入和输出接口电路和系统总线
DB数据总线 存储器
AB地址总线 CB控制总线
I/O接口
CPU
图1-3 微型计算机
2、微处理器(CPU) 作用 具有运算与控制功能，指挥整个计算机协调工作
第1章 微型计算机的基础知识
Intel公司于1978年推出了16位的8086微处 Intel公司于1978年推出了16位的8086微处 公司于1978年推出了16位的8086 理器，它属于第三代微处理器，1979年 理器，它属于第三代微处理器，1979年，Intel 公司推出的8088CPU 1981年 8088CPU， 8088微处理器 公司推出的8088CPU，1981年，以8088微处理器 为核心首次组成了IBM IP微型计算机 微型计算机， 为核心首次组成了IBM IP微型计算机，开创了微 型计算机的新时代。 型计算机的新时代。
在微型计算机中，既可以实现定点运算，又 在微型计算机中，既可以实现定点运算， 有浮点运算部件实现浮点运算。 有浮点运算部件实现浮点运算。
1. 定点数的表示法
在计算机中， 在计算机中，约定二进制数据的小数点位置固定在某 一位，原理上讲，小数点的位置固定在哪一位都行，但是， 一位，原理上讲，小数点的位置固定在哪一位都行，但是， 通常有两种定点格式， 通常有两种定点格式，一是将小数点固定在数的最左边 即纯小数），二是固定在数的最右边（即纯整数）， ），二是固定在数的最右边 ），前 （即纯小数），二是固定在数的最右边（即纯整数），前 者通常用作浮点数的尾数，后者通常被用在定点运算中。 者通常用作浮点数的尾数，后者通常被用在定点运算中。
7.Intel 64结构 7.Intel 64结构
AMD公司于2003年率先推出了支持64位、兼容 AMD公司于2003年率先推出了支持64位 公司于2003年率先推出了支持64 80X86指令集结构的64位处理器 2004年 Intel公 指令集结构的64 80X86指令集结构的64位处理器 2004年，Intel公 司基于AMD公司64位处理器推出的压力下， AMD公司64位处理器推出的压力下 司基于AMD公司64位处理器推出的压力下，于是推 出了扩展存储器64位技术（ 64位技术 出了扩展存储器64位技术（Extened Memory 64 Technology，EM64T），EM64T技术是IA-32结构的 ），EM64T技术是IA Technology，EM64T），EM64T技术是IA-32结构的 64位扩展，由于EM64T技术的出现与应用，IA-32 64位扩展，由于EM64T技术的出现与应用，IA位扩展 EM64T技术的出现与应用 指令系统也就扩展成为64 64位 称其为Intel 64结 指令系统也就扩展成为64位，称其为Intel 64结 构。
在微型计算机中，既可以实现定点运算，又 在微型计算机中，既可以实现定点运算， 有浮点运算部件实现浮点运算。 有浮点运算部件实现浮点运算。
1. 定点数的表示法
在计算机中， 在计算机中，约定二进制数据的小数点位置固定在某 一位，原理上讲，小数点的位置固定在哪一位都行，但是， 一位，原理上讲，小数点的位置固定在哪一位都行，但是， 通常有两种定点格式， 通常有两种定点格式，一是将小数点固定在数的最左边 即纯小数），二是固定在数的最右边（即纯整数）， ），二是固定在数的最右边 ），前 （即纯小数），二是固定在数的最右边（即纯整数），前 者通常用作浮点数的尾数，后者通常被用在定点运算中。 者通常用作浮点数的尾数，后者通常被用在定点运算中。
7.Intel 64结构 7.Intel 64结构
AMD公司于2003年率先推出了支持64位、兼容 AMD公司于2003年率先推出了支持64位 公司于2003年率先推出了支持64 80X86指令集结构的64位处理器 2004年 Intel公 指令集结构的64 80X86指令集结构的64位处理器 2004年，Intel公 司基于AMD公司64位处理器推出的压力下， AMD公司64位处理器推出的压力下 司基于AMD公司64位处理器推出的压力下，于是推 出了扩展存储器64位技术（ 64位技术 出了扩展存储器64位技术（Extened Memory 64 Technology，EM64T），EM64T技术是IA-32结构的 ），EM64T技术是IA Technology，EM64T），EM64T技术是IA-32结构的 64位扩展，由于EM64T技术的出现与应用，IA-32 64位扩展，由于EM64T技术的出现与应用，IA位扩展 EM64T技术的出现与应用 指令系统也就扩展成为64 64位 称其为Intel 64结 指令系统也就扩展成为64位，称其为Intel 64结 构。
微型计算机的基础知识
分。 2.存储容量 是指存储器所能记忆信息的总量。 常用字节（Byte)表示。
编辑ppt
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1.1 微型计算机系统概述
（1）位（bit） 二进制数的一位，简写b
（2）字节（Byte） 8位二进制数组成一个字节，简写B
（3)还有千字节（KB)，兆字节（MB），千兆字节（GB）等。
换算关系如下：
1B=8b 1GB=1024MB
例如：X86指令集、MMX（多媒体扩展指令集）、SSE(数 据流单指令扩展指令集）、SSE2、SSE3、SEE4(SSE4.1和 SSE4.2)等。
3、程序：
设计者为解决某一问题而设计的一系列指令集合。
计算机程序可分为：
机器语言程序、汇编语言编程辑p序pt 和高级语言程序。
21
1.3 微型计算机基本工作原理
1.2 计算机硬件基本结构
3、存储器：
存储器分为内存储器(主存）和外存储器（辅存）。内存储器简称内 存或主存，它的存储容量一般较小，与CPU直接相连，存取速度快，主要 用于暂时存放当前执行的程序和相关数据；外存储器称为外存或辅存， 作为内存的辅助存储器，它的存储容量大，但存取速度远比内存慢，主 要用于存放需长期保存的程序和数据。
取指令——分析指令——执行指令
编辑ppt
23
1.3 微型计算机基本工作原理
6、计算机系统
主机 硬件
中央处理器 内存储器 外存储器
运算器 控制器
外设
输入设备
微型计算机系统
系统软件
输出设备
操作系统 服务软件 编译或解释系统
软件
信息管理软件
辅助设计软件
应用软件
文字处理软件
图形软件
各种程序包
如图：一个编完辑整pp的t 计算机系统
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1.1 微型计算机系统概述
（1）位（bit） 二进制数的一位，简写b
（2）字节（Byte） 8位二进制数组成一个字节，简写B
（3)还有千字节（KB)，兆字节（MB），千兆字节（GB）等。
换算关系如下：
1B=8b 1GB=1024MB
例如：X86指令集、MMX（多媒体扩展指令集）、SSE(数 据流单指令扩展指令集）、SSE2、SSE3、SEE4(SSE4.1和 SSE4.2)等。
3、程序：
设计者为解决某一问题而设计的一系列指令集合。
计算机程序可分为：
机器语言程序、汇编语言编程辑p序pt 和高级语言程序。
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1.3 微型计算机基本工作原理
1.2 计算机硬件基本结构
3、存储器：
存储器分为内存储器(主存）和外存储器（辅存）。内存储器简称内 存或主存，它的存储容量一般较小，与CPU直接相连，存取速度快，主要 用于暂时存放当前执行的程序和相关数据；外存储器称为外存或辅存， 作为内存的辅助存储器，它的存储容量大，但存取速度远比内存慢，主 要用于存放需长期保存的程序和数据。
取指令——分析指令——执行指令
编辑ppt
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1.3 微型计算机基本工作原理
6、计算机系统
主机 硬件
中央处理器 内存储器 外存储器
运算器 控制器
外设
输入设备
微型计算机系统
系统软件
输出设备
操作系统 服务软件 编译或解释系统
软件
信息管理软件
辅助设计软件
应用软件
文字处理软件
图形软件
各种程序包
如图：一个编完辑整pp的t 计算机系统
第一章微型计算机基础知识
CPU
内容
读写控制
…
1023 10100111
（3）存储器的分类 ROM：只读存储器。 工作时从ROM中读出信息，不能随意改写。 断电后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器， 存放已调试好的固定程序和常数。 RAM：随机读写存储器。 能方便读出和改写信息，但失电后信息将不 复存在。 RAM 常用作数据存储器，暂存各种现 场数据、运算结果和正在调试的程序。
指令代码3
… 指令代码n
2、存储器
位 b (bit)：一个二进制位，信息最小单位 字节 B (Byte)：8位为一个字节
字长 W (Word Length)：一个字包含的二 进制位数
（1）存储器结构
存储器功能：存放程序和数据等信息 存储内容：程序或数据的二进制代码 存储地址：存储器每个单元的位置编 号 存储器容量：指存储单元的多少，如 存储器容量为1KB = 1024×8位 1KB存储器 地址 存储内容 0 1 10011010 01101011
微处理器
微处理器是用一片或少数几片大规模集成电路组 成的中央处理器（CPU，Central Processing Unit）。 这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处 理器的基本组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控 制电路以及数据和地址总线。微处理器能完成取指令、 执行指令以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操 作，是微型计算机的运算控制部分，它可与存储器和 外围电路芯片组成微型计算机。
第1章 微型计算机基础知识
1.1计算机中的数和数制
一、计算机中的数制 表示:最简单,可靠；运算规则最简单。 （一）二进制数 特点：1．具有两个不同的数字符号，即0和1。 2．逢二进位。 例如： 111．11 （二）十六进制数 特点： 1．具有16个数字符号，采用0～9和A～F。 2．逢16进位 小数点左边的权是16的正次幂 小数点右边的权是16的负次幂
第1章 计算机基础
二、计算机的特点、应用 计算机的特点、 自动性：自动执行存储在存储器中的程序， 自动性：自动执行存储在存储器中的程序，以完成一定的信 息处理任务 高速性：Pentium指令周期只有几个~ 高速性：Pentium指令周期只有几个~几十个毫微秒 指令周期只有几个 准确性： 准确性： 逻辑性：逻辑判断 逻辑性： 通用性： 通用性：
1. 根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段： 根据使用的基本电子器件，计算机经历了四个阶段： 电子管计算机 (1946—1956) 晶体管计算机 (1957—1964) 用机器语言、 用机器语言、汇编语言编写程 用于军事和国防尖端技术 开始使用高级语言 开始用于工程技术、 开始用于工程技术、数据处理和 其它科学领域 采用微程序、流水线等技术， 采用微程序、流水线等技术， 提高运行速度 出现操作系统、 出现操作系统、诊断程序等软件 采用半导体存储器 采用图形界面操作系统 器件速度更快, 软件、外设更加丰富 器件速度更快 软件、 主 要 特 点
有关术语： 有关术语：
1. 位 ( bit) 指计算机能表示的最基本最小的单位 在计算机中采用二进制表示数据和指令， 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故： 位就是一个二进制位，有两种状态， 位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和 “1” 2. 字节 ( Byte ) 相邻的8位二进制数称为一个字节 相邻的 位二进制数称为一个字节 如： 1100 0011 0101 0111 1 Byte = 8 bit
2. 计算机发展的趋向
一微型化：生产性能更好的单片机及4 位微型计算机, 一微型化：生产性能更好的单片机及4位、8位微型计算机,主要是面向 要求低成本的家电、传统工业改造及普及教育等,其特点是专用化、 要求低成本的家电 、 传统工业改造及普及教育等 , 其特点是专用化 、 多功能、可靠性好; 多功能、可靠性好; 二巨型化：发展16 16位 32位 64位微型计算机 位微型计算机, 二巨型化：发展16位、32位、64位微型计算机,面向更加复杂的数据处 科学计算等,其特点是大量采用最新技术成果, IC技术 技术、 理、科学计算等,其特点是大量采用最新技术成果,在IC技术、体系 结构等方面,向高性能 、 多功能的方向发展 ， 如天气预报 、 灾难预 结构等方面 , 向高性能、多功能的方向发展，如天气预报、 科学计算。 报、科学计算。 世界最快超级计算机为天津国家超级计算机中心的天河 世界最快超级计算机为 天津国家超级计算机中心的天河 天津 国家超级计算机中心的天河-1A，速度 ， 为每秒2.5千万亿次 为每秒 千万亿次. 千万亿次 三网络化：知识大爆炸、 三网络化：知识大爆炸、信息高速公路
第1章计算机基础知识
(1)
定位
定位是指移动鼠标，将显示在屏幕上的鼠 标光标指向的目标对象或目标位置处。其操作 方法是：握住鼠标，在光滑的桌面或鼠标垫上 随意移动，此时，屏幕上的鼠标光标会随之同 步移动，然后再慢慢指向目标位置。
计算机应用基础知识
(2)
单击
单击又称“点击”，常用于选定对象、打 开菜单或启动程序。单击的操作方法是：先移 动鼠标，让屏幕上的鼠标光标指向某个对象， 然后用食指按下鼠标左键后松开按键，此时鼠 标左键将自动弹起还原。
计算机应用基础知识
光盘驱动器
光盘驱动器（简称光驱），用于读取光盘内容，包括使用光 驱来安装各种软件。
计算机应用基础知识
微型计算机的档次：
从第一代个人计算机问世到今天，CPU芯片已经发 展到第七代产品，对应地产生了7个档次的个人微型机 系列： 1)第一代微机：CPU：8088 诞生于1981年。 2)第二代微机：CPU：80286 诞生于1985年。 3)第三代微机：CPU：80386 诞生于1987年。 4)第四代微机：CPU：80486 诞生于1989年。 5)第五代微机：CPU：80586 诞生于1993年。中文名 “奔腾” 6)第六代微机：CPU：PentiumⅡ、PentiumⅢ、Pentium ４，诞生于1998年。 7)第七代微机：CPU：64位机 诞生于2003年（AMD）， 2005年（Inerl).
计算机应用基础知识
三、微型计算机的输入/输出设备 输入设备——键盘和鼠标
键盘 键盘是电脑中最重要的输入设备之一，通 过键盘上的各按键便可以将用户所需的字符、 数字等信息输入到电脑中。 键盘可根据其按键数分为101键、103键、 104键、107键等，目前最常用的为107键键盘。
计算机应用基础知识
第1章MC基础
• 应用软件（即应用程序）是为了完成某 一特定任务而编制的程序，其中有一些 是通用的软件，如数据库系统（DBS）、 办公自动化软件Office、图形图像处理 软件PhotoShop等。
硬件和软件的关系
• 微机系统是硬件和软件有机结合的整体。 计算机的硬件和软件是密可不分但又相 互独立的。 • 硬件是基础 • 软件是灵魂
• • • • • • •
地址线总线： 三态单向 A15～A0 1K=1024 数据线： 三态双向 D7～D0 控制线： /READ(/RD)、/WRITE(/WR) 三态门:
二、MC的软件概述
• 计算机能够脱离人的直接控制而自动地 操作与运算，还必须要有软件。 • 软件是指使用和管理计算机的各种程序 （Program），而程序是由一条条指令 （Instruction）组成的。 • 程序的集合构成了计算机中的软件系统。
第1章 微型计算机基础
以微处理器为核心，配上大容 量的半导体存储器及功能强大的可 编程接口芯片，连上外设及电源所 组成的计算机，称为微型计算机， 简称微型机或微机，有时又称为 PC（Personal Computer）或 MC（Micro Computer）。 微机加上系统软件，就构成了 微型计算机系统（MCS--微机系 统）。
1、单片机的特点
• • • • • 单片机的抗干扰性强，工作温度范围宽。 可靠性高。 控制功能往往很强，数值计算能力较差。 指令系统比通用微机系统简单。 更新换代速度比通用微机处理器慢得多。
2．单片机的应用
• • • • • • 智能仪表 机电一体化 实时控制 军工领域 分布式多机系统 民用电子产品
四、MC发展趋势
• • • • • • 多级流水线结构 芯片上存储器管理技术 虚拟存储技术 并行处理的哈佛结构 RISC结构 整片集成技术
硬件和软件的关系
• 微机系统是硬件和软件有机结合的整体。 计算机的硬件和软件是密可不分但又相 互独立的。 • 硬件是基础 • 软件是灵魂
• • • • • • •
地址线总线： 三态单向 A15～A0 1K=1024 数据线： 三态双向 D7～D0 控制线： /READ(/RD)、/WRITE(/WR) 三态门:
二、MC的软件概述
• 计算机能够脱离人的直接控制而自动地 操作与运算，还必须要有软件。 • 软件是指使用和管理计算机的各种程序 （Program），而程序是由一条条指令 （Instruction）组成的。 • 程序的集合构成了计算机中的软件系统。
第1章 微型计算机基础
以微处理器为核心，配上大容 量的半导体存储器及功能强大的可 编程接口芯片，连上外设及电源所 组成的计算机，称为微型计算机， 简称微型机或微机，有时又称为 PC（Personal Computer）或 MC（Micro Computer）。 微机加上系统软件，就构成了 微型计算机系统（MCS--微机系 统）。
1、单片机的特点
• • • • • 单片机的抗干扰性强，工作温度范围宽。 可靠性高。 控制功能往往很强，数值计算能力较差。 指令系统比通用微机系统简单。 更新换代速度比通用微机处理器慢得多。
2．单片机的应用
• • • • • • 智能仪表 机电一体化 实时控制 军工领域 分布式多机系统 民用电子产品
四、MC发展趋势
• • • • • • 多级流水线结构 芯片上存储器管理技术 虚拟存储技术 并行处理的哈佛结构 RISC结构 整片集成技术
第一章微型计算机控制系统概述
DSP 处理器的长处
向量运算、
指针线性寻址等
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
4、嵌入式片上系统 ( System On Chip ) • 随着 EDI 的推广和 VLSI 设计的普及化，及半
导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个 更为复杂的系统的时代已来临，这就是
System On Chip ( SOC )。
• TI 公司亦将其 TMS320C2XXX 系列 DSP 作为 MCU 进行推广。
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
3、嵌入式 DSP 处理器
( Embedded Digital Signal Processor, EDSP )
（１）ＤＳＰ处理器的特点 DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计: 使其适合于执行 DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也 较高。
• 具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点， 特别适合于要求实时和多任务的体系。
微机控制技术
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器特点:
（1）对实时多任务有很强的支持能力。能完成多任务并且有较 短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间 减少到最低限度。
（2）具有很强的存储区保护功能。 由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件 模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保 护功能，同时也有利于软件诊断。
理器。 如：Intel 的 MCS-296
Infineon ( Siemens ) 的 TriCore。
1.2.4 嵌入式系统
（３）推动嵌入式 DSP 处理器发展的因素：
嵌入式系统的智能化。
如：各种带有智能逻辑的消费类产品
生物信息识别终端
单片微机原理与应用-第二版-罗印升-总结-河南城建
以算术/逻辑运算单元ALU为核心，由累加器ACC(简称A)、 寄存器B和程序状态字寄存器PSW等部件组成。
主要完成: 算术运算（加、减、乘、除等）、逻辑运算（ 与、或、异或）、位运算（位置“1”、置“0”和取反）和数 据传送等操作，运算结果的状态由PSW保存。
05.10.2020
11
2.1.2 51系列单片机的内部结构
05.10.2020
7
3.总线
➢ 数据总线：用于计算机系统内部各部件，及与外部 存储器之间或与I/O接口之间传送数据。数据总线 是双向的。数据总线的位数与CPU处理数据的字长 一致。
➢ 控制总线：传送保证计算机同步和协调的定时和控 制信号 。对于一条具体的控制信号线来说，其传 送方向是单向的，但由不同方向的控制信号线组合 的控制总线则是双向的。 (如读/写选通线、中断请 求线、中断响应线等)
05.10.2020
电源及时钟引脚
电源引脚（2根） （1）Vcc，（第40引 脚）：电源端，接 +5V电源。
（2） Vss （第20引 脚）：接地引脚，有 时标记为GND 。
05.10.2020
Vss（GND） 共用接地端
14
Vcc（+5V） 电源输入端
另外，还有中断系统、时钟电路。
05.10.2020
13
2.1.3 51系列单片机引脚及功能
40只引脚双列直插封装（DIP）
44只引脚方形封装方式（4只无用）
40只引脚按功能分为3类： （1）电源及时钟引脚: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。 4根 （2）控制引脚：P S E N 、 ALE、E A 、RESET （即RST）。 4根 （3）输入/输出I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口引脚。 32根
主要完成: 算术运算（加、减、乘、除等）、逻辑运算（ 与、或、异或）、位运算（位置“1”、置“0”和取反）和数 据传送等操作，运算结果的状态由PSW保存。
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2.1.2 51系列单片机的内部结构
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3.总线
➢ 数据总线：用于计算机系统内部各部件，及与外部 存储器之间或与I/O接口之间传送数据。数据总线 是双向的。数据总线的位数与CPU处理数据的字长 一致。
➢ 控制总线：传送保证计算机同步和协调的定时和控 制信号 。对于一条具体的控制信号线来说，其传 送方向是单向的，但由不同方向的控制信号线组合 的控制总线则是双向的。 (如读/写选通线、中断请 求线、中断响应线等)
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电源及时钟引脚
电源引脚（2根） （1）Vcc，（第40引 脚）：电源端，接 +5V电源。
（2） Vss （第20引 脚）：接地引脚，有 时标记为GND 。
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Vss（GND） 共用接地端
14
Vcc（+5V） 电源输入端
另外，还有中断系统、时钟电路。
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2.1.3 51系列单片机引脚及功能
40只引脚双列直插封装（DIP）
44只引脚方形封装方式（4只无用）
40只引脚按功能分为3类： （1）电源及时钟引脚: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL2。 4根 （2）控制引脚：P S E N 、 ALE、E A 、RESET （即RST）。 4根 （3）输入/输出I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口引脚。 32根
微机原理-第1章 计算机基础知识
代表字母：D
二进制(binary system):
进位基数为为“2”，即其使用的数码为0，1，共
两个。 二进制各位的权是以2为底的幂，
代表字母：B
八进制(octave system): 进位基数为“8”，即其数码共有8个：0，1，2，3，
4，5，6，7。 代表字母：O 十六进制(hexadecimal system): 进位基数为“16”，即其数码共有16个：0，1，2，3，
作用：利用摩根定理，可以解决与门、或门互换的 问题。
二变量的摩根定理为：
A+B=A·B A·B=A+B 推广到多变量：
A+B+C+…=A·B·C…
A·B·C…=A+B+C+… 至于多变量的摩根定理，用相同的方法同样可以得
到证明。 这个定理可以用一句话来记忆：头上切一刀，下面
变个号。 【例1.10】
1.1.3 为什么要用十六进制？
用十六进制既可简化书写，又便于记忆。如下列 一些等值的数：1000(2)=8(16)(即8(10))
1111(2)=F(16)(即15(10)) 11 0000(2)=30(16)(即48(10))
1.1.4 数制的转换方法
1. 十进制数转换成二进制数的方法 整数部分：采用基数连除的方法； 小数部分：采用基数连乘的方法；
在计算机的设计与使用上常用的数制则为十进制、 二进制、八进制和十六进制。
1.1.1 数制的基与权 概念：
1、数制的基（进位基数）：每一数位所能使用的数
码的个 数称为数制的基；
2、数制的权：数制每一数位取值为1时所具有的值 的大小，称为权。
十进制(decimal system)：进位基数为“10”，即它所 使用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共 有10个。
二进制(binary system):
进位基数为为“2”，即其使用的数码为0，1，共
两个。 二进制各位的权是以2为底的幂，
代表字母：B
八进制(octave system): 进位基数为“8”，即其数码共有8个：0，1，2，3，
4，5，6，7。 代表字母：O 十六进制(hexadecimal system): 进位基数为“16”，即其数码共有16个：0，1，2，3，
作用：利用摩根定理，可以解决与门、或门互换的 问题。
二变量的摩根定理为：
A+B=A·B A·B=A+B 推广到多变量：
A+B+C+…=A·B·C…
A·B·C…=A+B+C+… 至于多变量的摩根定理，用相同的方法同样可以得
到证明。 这个定理可以用一句话来记忆：头上切一刀，下面
变个号。 【例1.10】
1.1.3 为什么要用十六进制？
用十六进制既可简化书写，又便于记忆。如下列 一些等值的数：1000(2)=8(16)(即8(10))
1111(2)=F(16)(即15(10)) 11 0000(2)=30(16)(即48(10))
1.1.4 数制的转换方法
1. 十进制数转换成二进制数的方法 整数部分：采用基数连除的方法； 小数部分：采用基数连乘的方法；
在计算机的设计与使用上常用的数制则为十进制、 二进制、八进制和十六进制。
1.1.1 数制的基与权 概念：
1、数制的基（进位基数）：每一数位所能使用的数
码的个 数称为数制的基；
2、数制的权：数制每一数位取值为1时所具有的值 的大小，称为权。
十进制(decimal system)：进位基数为“10”，即它所 使用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共 有10个。
第一章 微型计算机基础知识
3、控制器（Control unit ）
它是计算机的控制中心，根据程序中的命令发出各 种控制信号，协调计算机内部以及主机与外设工作的各 种关系。 有两个主要功能： 一个是控制程序的运行； 另一个是对不同的外部事件做出相应响应的能力。 （这些外部事件是指：复位、停机、中断请求、总线请 求、总线周期延长等）
A0 A1 A2 A6 A7 RD 控制 WR D0 D1 D6 D7 存储器
1.1.2 中央处理器、微处理器和微控制器 在计算机中，通常把运算器和控制器以及数量不等 的寄存器作成一个独立部件，用一片VLSI实现，称为中 央处理器，缩写为CPU ( Central Processing Unit )，如 图1.2所示。
1.1.3 微型计算机系统的组成 微型计算机系统由硬件和软件两部分组成。 1．硬件部分 硬件部分包括主机和外部设备。 (1)主机包括CPU、内存储器、I／O接口、总线和 电源。 (2)外部设备包括输入设备和输出设备。 2．软件部分 软件部分包括系统软件和应用软件。 (1)系统软件 系统软件包括操作系统、程序设计语言的编译程 序和其他程序 (2)应用软件（或称用户软件）
5、总线（BUS）
现代的计算机系统广泛采用总线(Bus)结构。总线 是计算机各部件间传送信息的公共通路。 各部件分时复用总线，以保证数据、地址、指令和 控制信息在各部件之间 的传送。 有了总线结构以后， CPU 系统中各功能部件之间 的相互关系变为各个部 件面向总线的单一关系。 一个部件只要满 足总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统 中去。
指令部件的构成如图1.4所示。
1.2.2 CPU内的寄存器 各种CPU内都包含数量不等的寄存器，它们可用于 暂存数据，做存储器I／O地址指针、计数器以及存放程 序运行的各种状态，如程序状态字寄存器(PSW： Program Status Word)或简称状态寄存器(SR)或标志 寄存器(FR)等。 由于CPU内部的寄存器的存取速度远比存储器快， 所以，寄存器用于暂时存储程序重复使用的数据、变量 和中间结果，可以大大提高程序的运行速度。 而寄存器数量的多少也是衡量CPU功能强弱的重要 指标之一。
第一章微型计算机基础知识
第一章微型计算机基础知识第一章微型计算机基础知识§1-11-1.1微型计算机微型计算机的组成微型计算机是大规模集成电路发展的产物，自1971年微型计算机问世以来，经过近30年的发展，它的应用范围之广，已达到了惊人的地步。
计算机除在科学计算领域中大显身手外，还在大到航天技术、人造地球卫星，小到家用电器等控制领域中大显神威，可以讲，计算机在现代社会中已是无孔不入。
而在不同领域和不同场合使用的计算机，其组成的形式和外观差异是很大的，如人们通常所见的微型计算机，由主机箱、键盘和显示器等组成，有的还配有打印机等。
也有一些计算机系统的组成与上述组成差别较大，如微电脑控制的家用洗衣机上的计算机，与洗衣机组成一体，没有通常所见的主机箱、键盘和显示器等，但在洗衣机上有塑料薄膜按键用于操作和选择工作状态，用发光二极管的亮灭来指示洗衣机的工作状态，这也是一种形式的计算机系统。
但是，不管计算机系统的形式和外观如何变化，计算机的基本组成结构还是有一定的模式，可以分为五大部分，如图1-1所示，其中最关键的一大部分就是运算器和控制器，它们组成中央处理单元CPU，从广义的角度来讲，只要具有中央处理单元CPU，其他部分不论如何组合，都可认为这就构成了计算机。
1．运算器运算器是计算机对各种代码信息进行处理的主要部件，这好比是人的大脑。
运算器对各种二进制数据进行运算、逻辑判别最后得出结果。
运算器由算术逻辑单元、寄存器、加法器以及一些控制电路等组成。
1-1 总线BUS 输入设备输出设备运算器存储器输入指令输出指令操作指令存取指令控制器图1-1 微型计算机的组成第一章微型计算机基础知识2．控制器控制器是计算机的总指挥部，由控制器发出控制指令，实现计算机各部分之间的有机联系，使计算机各部分能协调一致地工作。
控制器如同马路上的交通警察，控制器由时序电路和一些逻辑电路构成。
3．存储器计算机的存储器分为内存储器和外存储器二部分。
存储器是用于存放计算机程序、计算机参数设置、原始数据、中间结果或最终结果的部件。
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第1章 微型计算机基础知识
本章主要内容
1.1 计算机的分类与发展 1.2 计算机中数据信息的表示方法 1.3 微型计算机系统组成及工作过程
1.1 计算机的分类与发展
1. 计算机的分类
2. 微型计算机发展概况 第一代： 年至1972年) 第一代：(1971年至 年至 年 典型代表I4004和I8008 ，集成度为 2千只 典型代表 和 千只 晶体管/片 时钟频率为2MHZ。 晶体管 片，时钟频率为 。 第二代： 年至1977年) 第二代：(1973年至 年至 年 代表产品I8080/8085、M6800和Z80，集成 代表产品 、 和 ， 度为9千只晶体管 千只晶体管/片 时钟为5MHZ，它们 度为 千只晶体管 片，时钟为 ， 是高性能的八位微处理器 八位微处理器。 是高性能的八位微处理器。
第三代： 年至1981年) 第三代：(1978年至 年至 年 代表产品I8086/8088，Z8000和M68000， 代表产品 ， 和 ， 它们是十六位微处理器 集成度为2.9万只 十六位微处理器， 它们是十六位微处理器，集成度为 万只 晶体管/片 时钟为8MHZ， 晶体管 片，时钟为 ， 第四代： 年以后) 第四代：(1981年以后 年以后 80年代以后，微处理器进入第四代产品， 年代以后， 年代以后 微处理器进入第四代产品， 它们是三十二位微处理器，又称超级微处 它们是三十二位微处理器，又称超级微处 理器。 理器。
两数之和超过了8位补码表示的最大值—— +127， 两数之和超过了 位补码表示的最大值 位补码表示的最大值 ， 致使符号位遭到了破坏。这种，情况称为“溢出” 致使符号位遭到了破坏。这种，情况称为“溢出”。
② 正数与负数相加 【例1-9】 已知X= +0000111，Y= 】 已知 ， 0010011，求两数的补码之和。 ，求两数的补码之和。
【例1-5】已知 补= 1 1 1 01100，求[X]原 】已知[X]补 ， 原 解： [X]补= 1 1 1 0 1 1 0 0 补 ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓↓↓ 1 0 0 1 0 0 1 1 +) 1 [X]原 = 1 0 0 1 0 1 0 0 原
(3) 求补：已知 补，求[-X]补 求补：已知[X]补 补 [X]补连同符号位一起逐位求反，末位加 ，得到 补连同符号位一起逐位求反，末位加1， 补连同符号位一起逐位求反 [-X]补。 补 【例1-6】已知 补= 0 1 0 10110，求[-X]补 】已知[X]补 ， 补 解： [X]补 = 0 1 0 1 0 1 1 0 补 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓↓ 1 0 1 0 1 0 0 1 +) 1 [-X]补 = 1 0 1 0 1 0 1 0 补
【例1-11】已知 】已知X= -1111111，Y= -0000010，进 ， ， 行补码的加法运算。 行补码的加法运算。 [X]补=1 0000001 解： 补 +) [Y]补=1 1111110 补 [X]补+[Y]补= 1 0 1111111 补 补 ↑↑ 自然丢失 符号位 的补码） （-127的补码） 的补码 的补码） （-2的补码） 的补码 的补码） （+127的补码） 的补码
[X]补=模数 补 模数 模数+X
模数也就是计数装置的容量 该装置能够表 模数也就是计数装置的容量(该装置能够表 计数装置的容量 示的数码总数)， 示的数码总数 ， 在该装置中模数与零等值 模数与零等值。 在该装置中模数与零等值。 计算机中的补码是以“ 为模数 为模数， 计算机中的补码是以“2n”为模数，即： [X]补=2n +X 补 (字长 位) 字长=n位 字长
(1)
原码
编码规则如下： 编码规则如下： 最高位为符号位，其余各数值位取原值不变。 最高位为符号位，其余各数值位取原值不变。 表示形式如下： 表示形式如下：
正数 0
符号位
取原值不变
负数
1
取原值不变
数值部分
符号位
数值部分
0的两种表示形式： 的两种表示形式： 的两种表示形式 [+0]原=0 0000000； 原 ； [-0]原 =1 0000000 原 8位原码，表示范围为：+127～-127。 位原码，表示范围为： 位原码 ～ 。 [+127]原=0 1111111 原 [-127]原 =1 1111111 原 原码简单易懂， 与真值转换方便。 原码简单易懂，且与真值转换方便。但用 简单易懂 原码做加、减法运算时，运算电路复杂。 原码做加、减法运算时，运算电路复杂。
目前，计算机中通常采用二进制数。 目前，计算机中通常采用二进制数。这 是因为二进制数的运算规律非常简单,在电 是因为二进制数的运算规律非常简单 在电 子线路中比较容易实现。 子线路中比较容易实现。 2. 二进制数的特点 (1) 容易实现、工作可靠和抗干扰能力强。 容易实现、工作可靠和抗干扰能力强。 (2) 运算规则简单。 运算规则简单。 (3) 节省设备。 节省设备。 (4) 可以使用逻辑代数这一数学工具对计算 机逻辑线路进行分析和综合， 机逻辑线路进行分析和综合，便于机器结 构的简化。 构的简化。
IA-64 奔腾4代 安腾） 奔腾 代（安腾） 奔腾3代 奔腾 代 奔腾2代 奔腾 代 奔腾 80486 80386 80286 8086 4004
不是我不明白， 这世界变化太快。 扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！
1.2 计算机中数据信息的表示方法
1.2.1 数制及其转换
1.
数制的基与权 在任一数制中， 在任一数制中，其每一数位上允许使用 的记数符号的个数被称为该数制的基数。 的记数符号的个数被称为该数制的基数。 每一位都有一个表示该位在数中的位置 的值，这个值就称为权值 权值。 的值，这个值就称为权值。
【例1-8】已知 】已知X= +1000000，Y= +1000001，进 ， ， 行补码的加法运算。 行补码的加法运算。 解： [X]补=0 1000000 补 +) [Y]补 =0 1000001 补 [X]补+[Y]补 =1 0000001 补 补 ↑ 符号位 的补码） （+64的补码） 的补码 （+65的补码） 的补码） 的补码 的补码） （-127的补码） 的补码
(X≥0)
符号位仍为“ ，各数值位“ 符号位仍为“1”，各数值位“按位取反 再加1”。 再加 。即： [X]补= 28 +X=(11111111+X)+1 补 (X<0) =[X]反+1 反
“0”的表示形式： 的表示形式： 的表示形式 [+0]补=[-0]补= 0 0000000 补 补 8位补码，表示范围为：+127～-128 位补码， 位补码 表示范围为： ～ 即： [+127]补=0 1111111； 补 ； [-128]补 =1 0000000 补 位补码可以比原码、 【注意】：8位补码可以比原码、反码多表 注意】 位补码可以比原码 示一个负数， 示一个负数，即-128。 。
二进制数 0000 0000 0000 0001 0000 0010 ┆ 0111 1110 0111 1111 1000 0000 1000 0001 1000 0010 ┆ 1111 1101 1111 1110 1111 1111
无符号数 0 1 2 ┆ 126 127 128 129 130 ┆ 253 254 255
③ 两个负数相加 【例1-10】已知 】已知X= -0011001，Y= -0000110，求 ， ， 两数的补码之和。 两数的补码之和。 解： [X]补=1 1100111；[Y]补=1 1111010 补 ； 补 则 [X]补= 1 1100111 补 -25 +) [Y]补= 1 1111010 +） -6 补 ） [X]补+[Y]补= 1 1 1100001 补 补 -31 ↑↑ 自然丢失 符号位 所以： 所以： [X]补+[Y]补=1 1100001 补 补
(2) 反码 编码规则如下： 编码规则如下： 对于正数(设字长为 设字长为8位 ① 对于正数 设字长为 位) [X]反=[X]原 反 原 （X≥0） ） 设： X=+1101001(+105) [X]反= 0 1101001 则 反 ↑ 符号位 数值位 ② 对于负数 编码如下： 编码如下： 符号位仍为“ ，各数值位是“按位取反” 符号位仍为“1”，各数值位是“按位取反”。
1.2.2 计算机中数的表示
1. 数的符号表示法
约定： 约定： 表示正号“ ； “0”表示正号“+”； 表示正号 表示负号“ 。 “1”表示负号“-”。 表示负号 表示形式为： 表示形式为： 0 1 0 0 1 0 1 0
符号位 数值部分
1 1 0 0 1 0 1 0
符号位 数值部分
2. 原码、反码和补码 原码、
(1) 已知 原，求[X]补 已知[X]原 补
【例1-4】已知 原= 1 0 011010，求[X]补 】已知[X]原 ， 补 解： [X]原= 1 0 0 1 1 0 1 0 原 ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓↓↓ 1 1 1 0 0 1 0 1 +) 1 [X]补 = 1 1 1 0 0 1 1 0 补
(2) 已知 补，求[X]原 已知[X]补 原 [[X]补]补=[X]原。 补补 原
[X]补 0000111； [Y]补 解： [X]补=0 0000111； [Y]补=1 1101101 则 [X]补=0 0000111 补 +7 +) [Y]补= 1 1101101 +） -19 补 ） [X]补+[Y]补=1 1110100 -12 补 补 所以： 所以： [X]补+[Y]补=1 1110100 补 补
(3) 补码 ① 补码的概念 为校准时间，有两种拨针法： 为校准时间，有两种拨针法： (a) 倒拨 小时 倒拨3小时 6-3=3 (b) 顺拨 小时 顺拨9小时 6+9=3 即： 6+9= 12(自动丢失 +3=0+3=3 自动丢失) 自动丢失 自动丢失的数(12)，称之为“模数”。 自动丢失的数 ，称之为“模数” 因此： 因此： 6-3=6+9 (mod 12) -3= +9 (mod 12) 或
本章主要内容
1.1 计算机的分类与发展 1.2 计算机中数据信息的表示方法 1.3 微型计算机系统组成及工作过程
1.1 计算机的分类与发展
1. 计算机的分类
2. 微型计算机发展概况 第一代： 年至1972年) 第一代：(1971年至 年至 年 典型代表I4004和I8008 ，集成度为 2千只 典型代表 和 千只 晶体管/片 时钟频率为2MHZ。 晶体管 片，时钟频率为 。 第二代： 年至1977年) 第二代：(1973年至 年至 年 代表产品I8080/8085、M6800和Z80，集成 代表产品 、 和 ， 度为9千只晶体管 千只晶体管/片 时钟为5MHZ，它们 度为 千只晶体管 片，时钟为 ， 是高性能的八位微处理器 八位微处理器。 是高性能的八位微处理器。
第三代： 年至1981年) 第三代：(1978年至 年至 年 代表产品I8086/8088，Z8000和M68000， 代表产品 ， 和 ， 它们是十六位微处理器 集成度为2.9万只 十六位微处理器， 它们是十六位微处理器，集成度为 万只 晶体管/片 时钟为8MHZ， 晶体管 片，时钟为 ， 第四代： 年以后) 第四代：(1981年以后 年以后 80年代以后，微处理器进入第四代产品， 年代以后， 年代以后 微处理器进入第四代产品， 它们是三十二位微处理器，又称超级微处 它们是三十二位微处理器，又称超级微处 理器。 理器。
两数之和超过了8位补码表示的最大值—— +127， 两数之和超过了 位补码表示的最大值 位补码表示的最大值 ， 致使符号位遭到了破坏。这种，情况称为“溢出” 致使符号位遭到了破坏。这种，情况称为“溢出”。
② 正数与负数相加 【例1-9】 已知X= +0000111，Y= 】 已知 ， 0010011，求两数的补码之和。 ，求两数的补码之和。
【例1-5】已知 补= 1 1 1 01100，求[X]原 】已知[X]补 ， 原 解： [X]补= 1 1 1 0 1 1 0 0 补 ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓↓↓ 1 0 0 1 0 0 1 1 +) 1 [X]原 = 1 0 0 1 0 1 0 0 原
(3) 求补：已知 补，求[-X]补 求补：已知[X]补 补 [X]补连同符号位一起逐位求反，末位加 ，得到 补连同符号位一起逐位求反，末位加1， 补连同符号位一起逐位求反 [-X]补。 补 【例1-6】已知 补= 0 1 0 10110，求[-X]补 】已知[X]补 ， 补 解： [X]补 = 0 1 0 1 0 1 1 0 补 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓↓ 1 0 1 0 1 0 0 1 +) 1 [-X]补 = 1 0 1 0 1 0 1 0 补
【例1-11】已知 】已知X= -1111111，Y= -0000010，进 ， ， 行补码的加法运算。 行补码的加法运算。 [X]补=1 0000001 解： 补 +) [Y]补=1 1111110 补 [X]补+[Y]补= 1 0 1111111 补 补 ↑↑ 自然丢失 符号位 的补码） （-127的补码） 的补码 的补码） （-2的补码） 的补码 的补码） （+127的补码） 的补码
[X]补=模数 补 模数 模数+X
模数也就是计数装置的容量 该装置能够表 模数也就是计数装置的容量(该装置能够表 计数装置的容量 示的数码总数)， 示的数码总数 ， 在该装置中模数与零等值 模数与零等值。 在该装置中模数与零等值。 计算机中的补码是以“ 为模数 为模数， 计算机中的补码是以“2n”为模数，即： [X]补=2n +X 补 (字长 位) 字长=n位 字长
(1)
原码
编码规则如下： 编码规则如下： 最高位为符号位，其余各数值位取原值不变。 最高位为符号位，其余各数值位取原值不变。 表示形式如下： 表示形式如下：
正数 0
符号位
取原值不变
负数
1
取原值不变
数值部分
符号位
数值部分
0的两种表示形式： 的两种表示形式： 的两种表示形式 [+0]原=0 0000000； 原 ； [-0]原 =1 0000000 原 8位原码，表示范围为：+127～-127。 位原码，表示范围为： 位原码 ～ 。 [+127]原=0 1111111 原 [-127]原 =1 1111111 原 原码简单易懂， 与真值转换方便。 原码简单易懂，且与真值转换方便。但用 简单易懂 原码做加、减法运算时，运算电路复杂。 原码做加、减法运算时，运算电路复杂。
目前，计算机中通常采用二进制数。 目前，计算机中通常采用二进制数。这 是因为二进制数的运算规律非常简单,在电 是因为二进制数的运算规律非常简单 在电 子线路中比较容易实现。 子线路中比较容易实现。 2. 二进制数的特点 (1) 容易实现、工作可靠和抗干扰能力强。 容易实现、工作可靠和抗干扰能力强。 (2) 运算规则简单。 运算规则简单。 (3) 节省设备。 节省设备。 (4) 可以使用逻辑代数这一数学工具对计算 机逻辑线路进行分析和综合， 机逻辑线路进行分析和综合，便于机器结 构的简化。 构的简化。
IA-64 奔腾4代 安腾） 奔腾 代（安腾） 奔腾3代 奔腾 代 奔腾2代 奔腾 代 奔腾 80486 80386 80286 8086 4004
不是我不明白， 这世界变化太快。 扎扎实实掌握知识， 以不变应万变！
1.2 计算机中数据信息的表示方法
1.2.1 数制及其转换
1.
数制的基与权 在任一数制中， 在任一数制中，其每一数位上允许使用 的记数符号的个数被称为该数制的基数。 的记数符号的个数被称为该数制的基数。 每一位都有一个表示该位在数中的位置 的值，这个值就称为权值 权值。 的值，这个值就称为权值。
【例1-8】已知 】已知X= +1000000，Y= +1000001，进 ， ， 行补码的加法运算。 行补码的加法运算。 解： [X]补=0 1000000 补 +) [Y]补 =0 1000001 补 [X]补+[Y]补 =1 0000001 补 补 ↑ 符号位 的补码） （+64的补码） 的补码 （+65的补码） 的补码） 的补码 的补码） （-127的补码） 的补码
(X≥0)
符号位仍为“ ，各数值位“ 符号位仍为“1”，各数值位“按位取反 再加1”。 再加 。即： [X]补= 28 +X=(11111111+X)+1 补 (X<0) =[X]反+1 反
“0”的表示形式： 的表示形式： 的表示形式 [+0]补=[-0]补= 0 0000000 补 补 8位补码，表示范围为：+127～-128 位补码， 位补码 表示范围为： ～ 即： [+127]补=0 1111111； 补 ； [-128]补 =1 0000000 补 位补码可以比原码、 【注意】：8位补码可以比原码、反码多表 注意】 位补码可以比原码 示一个负数， 示一个负数，即-128。 。
二进制数 0000 0000 0000 0001 0000 0010 ┆ 0111 1110 0111 1111 1000 0000 1000 0001 1000 0010 ┆ 1111 1101 1111 1110 1111 1111
无符号数 0 1 2 ┆ 126 127 128 129 130 ┆ 253 254 255
③ 两个负数相加 【例1-10】已知 】已知X= -0011001，Y= -0000110，求 ， ， 两数的补码之和。 两数的补码之和。 解： [X]补=1 1100111；[Y]补=1 1111010 补 ； 补 则 [X]补= 1 1100111 补 -25 +) [Y]补= 1 1111010 +） -6 补 ） [X]补+[Y]补= 1 1 1100001 补 补 -31 ↑↑ 自然丢失 符号位 所以： 所以： [X]补+[Y]补=1 1100001 补 补
(2) 反码 编码规则如下： 编码规则如下： 对于正数(设字长为 设字长为8位 ① 对于正数 设字长为 位) [X]反=[X]原 反 原 （X≥0） ） 设： X=+1101001(+105) [X]反= 0 1101001 则 反 ↑ 符号位 数值位 ② 对于负数 编码如下： 编码如下： 符号位仍为“ ，各数值位是“按位取反” 符号位仍为“1”，各数值位是“按位取反”。
1.2.2 计算机中数的表示
1. 数的符号表示法
约定： 约定： 表示正号“ ； “0”表示正号“+”； 表示正号 表示负号“ 。 “1”表示负号“-”。 表示负号 表示形式为： 表示形式为： 0 1 0 0 1 0 1 0
符号位 数值部分
1 1 0 0 1 0 1 0
符号位 数值部分
2. 原码、反码和补码 原码、
(1) 已知 原，求[X]补 已知[X]原 补
【例1-4】已知 原= 1 0 011010，求[X]补 】已知[X]原 ， 补 解： [X]原= 1 0 0 1 1 0 1 0 原 ↓ ↓ ↓ ↓↓ ↓↓↓ 1 1 1 0 0 1 0 1 +) 1 [X]补 = 1 1 1 0 0 1 1 0 补
(2) 已知 补，求[X]原 已知[X]补 原 [[X]补]补=[X]原。 补补 原
[X]补 0000111； [Y]补 解： [X]补=0 0000111； [Y]补=1 1101101 则 [X]补=0 0000111 补 +7 +) [Y]补= 1 1101101 +） -19 补 ） [X]补+[Y]补=1 1110100 -12 补 补 所以： 所以： [X]补+[Y]补=1 1110100 补 补
(3) 补码 ① 补码的概念 为校准时间，有两种拨针法： 为校准时间，有两种拨针法： (a) 倒拨 小时 倒拨3小时 6-3=3 (b) 顺拨 小时 顺拨9小时 6+9=3 即： 6+9= 12(自动丢失 +3=0+3=3 自动丢失) 自动丢失 自动丢失的数(12)，称之为“模数”。 自动丢失的数 ，称之为“模数” 因此： 因此： 6-3=6+9 (mod 12) -3= +9 (mod 12) 或