微机原理基本概念

第一章 绪论
1.3 微型计算机的基本结构
CCTV)，国防，军事 • 大：同时执行数万用户的指令，一般较大网站的服务器属于此类 • 小：同时执行数百用户的指令，一般学校，中小企业/办公室网络
服务器 • 微：一般单用户，也可执行数用户的指令，PC机/笔记本/工作站
第一章 绪
第一章 绪论
论
1.1 概述 1.2 运算基础 1.3 微型计算机的基本结构
例：1100010.1101111B=142.674Q 1100010.1101111B=62.DEH 142.674Q=001100010.110111100B 4F5.C2H=010011110101.11000010B
第一章 绪论
1.2.4 计算机中带符号数的表示方法
几个概念:
无符号数 带符号数
由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器 件——微处理器（CPU）的性能。
第一章 绪论
• 1.1.2 微型计算机的特点
•
1、体积小、重量轻、功耗低
•
2、价格便宜
•
3、可靠性高
•
4、功能强、使用方便
•
5、维护方便
• 1.1.3 微型计算机的字长
• 字节
字
• 字长:CPU能同时处理的二进制位数,决定了计算机的运 算精度和运算速度.
那么,任意一个二进制数N,可表示为: N=2j×S
j----阶码, 指明小数点的位置。 s----尾数, 表示数N的全部有效数字。（1/2≤S＜1）
对任何一个数，若阶码j总是固定不变的，则把这种表示法称为 数的定点表示。
如果阶码j可以取不同的值，则把这种表示称为数的浮点表示。
1. 定点表示
第一章 绪论
第一章 绪论
1.2.6 常用的二进制编码
一、BCD码（二进制编码的十进制数）
每一位十进制数用4位二进制编码来表示。 如： (12)BCD=00010010B
*BCD码不是二进制数，比如 12=00001100B
二、ASCII码（二进制编码的符号）
采用7位二进制码对一个字符进行编码，可表示128个字符， 每个ASCII码在机器中占1个字节，最高位常为0。
若定点计算机的阶码j＝0，则该定点数只能是小数，其表示 的格式为:
数符. 数值
小数点的位置在符号位与尾数部分最高位之间。
若为8位机,其能表示的数的范围:－0.1111111B～＋0.1111111B
即 －(1-2－7) ≤X≤1- 2－7
还以8位机为例,若定点计算机的阶码j＝7，则该定点数只能 是整数，其表示的格式为:
解：[-Y]补=00110110B [X+Y]补=[X]补+[Y]补=11101011B+11001010B=10110101B [X-Y]补=[X]补+[-Y]补=11101011B+00110110B=00100001B
[X+Y]补和[X-Y]补均无溢出.
判断是否溢出的方法:正负判断法 与 双高法
三、补码表示法
第一章 绪论
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，数字位为它的反码末位加1。
例 x＝+91＝+10l1011B [x]补=01011011B 例 y＝-91＝-1011011B [y]补=10100100B+1=10100101B 例 x＝+8＝+0001000B [x]补=00001000B 例 y＝-8＝-0001000B [y]补=11110111B+1=11111000B 从这两个例子中得到如下规律：对一个数的补码连同符号 位在内求反加1，即为其相反数的补码。 例 已知[+X]补=01000110B， 则[-X]补=?
01111．11111111～01110．1111llll
即－27×（1-2－8）～ ＋27×（1-2－8）
若阶符1位、阶码m位、数符1位、数码n位，则表示范围：
211…1×(－0.111…1) ～ 211…1×(＋0.111…1)
m个1
n个1
m个1
n个1
应当注意，浮点数的正负号是由尾数的正负号决定的，而阶 码的正负号只决定小数点的位置，即决定浮点数的绝对值大小。
[-X]补=10111010B
“0”的表示：[+0]补=00000000B [-0]补=00000000B 对于8位机，补码可表示的数的范围：-128～+127
使用机器数要注意:
第一章 绪论
机器数是二进制数，由于符号位占据一位，因此 有符号的数的形式值不等于真正的数值。
特别对于负数的表示形式，原码形式最高位的1表 示负号，不是数，数值部分是数的真正值；而反码和 补码就连数值部分也不是数本身了。
所以，若要计算一个负数的机器数为十进制的多 少时，只有负数的原码的数值部分才可展开按权相加。
四、计算机引入补码的好处
第一章 绪论
引入补码,可以使减法运算转化为加法运算，简化 了运算器的线路设计。
在计算机中， 减法可以通过加补码来实现； 乘法可以通过一系列移位相加来实现； 除法则可以通过一系列移位加补码来实现。
问题一
第一章 绪论
• 市场上常见的主流处理器结构有ARM， POWERPC，X86，MIPS，DSP等，他们 有什么不同？
第一章 绪论
问题二 什么是微机？
• 按综合性能指标分
• 1. 巨型计算机 • 2. 大型计算机 • 3. 中型计算机 • 4. 小型计算机 • 5. 微型计算机
• 区别: • 巨：同时执行数百万用户的指令，一般用于国家新闻中心(E.G
2 25
余数
整数
2 12
K0=1
0.625×2=1.25
26
K1=0
1.25×2=0.5
23
K2=0
0.5×2=1
2 1 K3=1
0 K4=1
故25.625对应的二进制数为11001.101B
k-1=1 k-2=0 k-3=1
第一章 绪论
3 、十进制转换成八进制,十六进制的方法同十 进制转换成二进制,/16或/8或*16或*8。 4、二进制、八进制、十六进制之间的转换
B
（与门）
A
≥1
Y
B
（或门）
A
&
Y
B
（与非门）
A
1
Y
（非门）
A
≥1
Y
B
（或非门）
A
－1
Y
B
（异或门）
（二）多位逻辑运算
例：
与 11010 ∧10110 10010
或 11010 ∨10110 11110
第一章 绪论
异或 11010 ∨10110 01100
*按位进行逻辑运算，不存在进位或借位问题。
例 x＝+91＝+10l1011B 例 y＝-91＝-1011011B
[x]原=01011011B [y]原=11011011B
“0”的表示：[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B 对于8位机，原码可表示的数的范围：-127～+127
二、反码表示法
第一章 绪论
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。
1.1 概 述
第一章 绪论
1.1.1 微型计算机的发展 第一阶段(4/8位机)是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。 1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，四位机）。 后来又推出以8008为核心的MCS-8型。
第二阶段(8位机)是1973～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。 微处理器有8080、8085、M6800、Z80。初期产品有Intel公司的MCS 一80型（CPU为8080，八位机）。后期有TRS-80型（CPU为Z80）和 APPLE-II型（CPU为6502），在八十年代初期曾一度风靡世界。
第三阶段是1978～1983年，十六位微型计算机的发展阶段，微处理 器有8086、8088 、 80186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代 表产品是IBM-PC（CPU为8086）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司 的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC／AT286(1986年)微型计算机。
数符 数值 .
小数点的位置在符号位与数值位之后。 8位机能表示的数的范围:－1111111B～＋1111111B 即 －(27－1) ≤X≤27－1
2. 浮点表示
阶符 阶码 数符 . 数码
第一章 绪论
若浮点计算机的字长为13位，阶符为1位，阶码为3位，数符为 1位，数码为8位，则所能表示数的范围是：
机器数
真值
机器数是带符号位和数值位一起用二进制编码来表示 的数，它的数值称为机器数的真值。
来自百度文库
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
一、原码表示法
第一章 绪论
数的最高位表示数的符号，数值部分是数的绝对值，也称真 值，这种表示法称为原码表示法。
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，数字位同真值。
1、任意进制数→十进制数
例：11001B=1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×100=25
325.7Q=3×82＋2×81＋5×80＋7×8-1
4F5.C2H=4×162＋15×161＋5×160＋12×16-1＋2×16-2
2、十进制数→任意进制数
例：将十进制数25.625转换为二进制数。
任何进制的数可以写成按权展开的多项式和的形式
如
123.45=1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2
第一章 绪论
• 1.2.2 二进制 • 计算机内部,采用二进制,因为: • .容易实现 • .算术四则运算规则简单 • .可进行二值逻辑运算
1.2.3 各进制之间的转换举例
第一章 绪论
当作符号的数字0～9的ASCII码：30H～39H 字母A～Z的ASCII码：41H～5AH 字母a～z的ASCII码：61H～7AH
三、国标码（二进制编码的汉字）
1.2.7 基本逻辑电路
第一章 绪论
逻辑函数：Y=F（A，B）
（一）基本逻辑门电路（高电平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”）
A
&
Y
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
因此，计算机中只需要一个加法器就可完成运算。
第一章 绪论
五、补码运算
（１）补码加法规则：[X+Y]补=[X]补+[Y]补 当两个带符号数采用补码形式进行加法运算时，把符号和数值一起运算 （若有进位丢掉），结果为两数之和的补码 （２）补码减法规则：[X-Y]补=[X]补+[-Y]补
例：已知[X]补=11101011B，[Y]补=11001010B，求[X+Y]补和 [X-Y]补
第四阶段便是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理 器相继推出80386、80486。386、486微型计算机是初期产品。 1993 年， Intel公司推出了Pentium系列的微处理器。
第五阶段(64位机) 2003年9月，AMD公司发布了面向台式机的64位 处理器：Athlon 64和Athlon 64 FX，标志着64位机的到来。 。
1.2 运算基础
第一章 绪论
1.2.1 进位计数制
进位计数制:数制是以表示数值所用的数字符
号的个数来命名的（如：10011101B 1234/1234D 572Q 2F0AH）,凡是按进位方式计数的数制就被称 为进位计数制。
基数: 进制中允许选用的的基本数码的个数。
位权:就是在某个固定位置上的计数单位。
第一章 绪论
• 六、溢出及判断
• （１）运算结果不能超出机器数所 能表示的范围，否则运算结果不正 确，按溢出处理。
• （２）溢出的判断：
异号相加
不会出现溢出
同号相减
不会出现溢出
负加负和应该为负，若为正溢出
正加正和应该为正，若为负溢出
第一章 绪论
1.2.5 计算机中数的小数点表示方法
一个二进制数1010.01B可表示为: 1010.01B=24×0.101001B