微机原理第1次课讲义.docx
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微机原理第1次课讲义
微机原理第1次课讲义
第1次课：
绪论 内容：
微机发展概况、数和字符的表示、计算机系统概论重点：
数和字符的表示 难点：
补码及运算规则、浮点数表示作业：
、、 第1章绪论 微型计算机发展概况 ?
电子计算机发展历史简介； ?
微型计算机发展历史。
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微处理器MPU，也叫中央处理器或中央处理单元CPU。
微型计算机各代的划分通常是以其微处理器字长、位数和功能为主要依据。
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第一代是4位和低档8位微机。
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第二代是中高档8位微机。
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第三代是I6位微机。
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第四代是32位微型计算机的大发展时期。
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第五代是64位微机发展时期。
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光学技术、超导技术、仿生技术的相互结合，必然产生一种全新的计算机，而人 工智能的研究正在促进计算机面临一场新的革命。
人工智能计算机，人工神经网络计算机 计算机中数和字符的表示 无符号数表示 无符号数，机器字长的所有位都参与表示数值。
若计算机的字长为n位，则n位无符号数可表示的数X的范围是 0≤X≤2n－1 当n=8时，可表示的无符号数的范围为0～255，当n=16时，可表示的无符号数的范围为0～65535。
在计算机中最常用的无符号整数是表示地址的数。
此外，如双精度数的低位字也是无符号整数等。
有符号数的表示方法 1．机器数与真值 数的最高位为符号位，为0表示正数，为1表示负数。
例如字长为8位的计算机，则D7为符号位，D6～D0为数值位，如下所示。
这种符号数码化的数称为机器数。
机器数所代表的实际数值称为真值。
机器数可以用不同的码制来表示，常用的有原码和补码表示法。
2．原码表示法 最高位为符号位，正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，其余各位为数值位，这种表示法称为原码表示法。
n位原码可表示的数X的范围是：
n-1n-1－2+1≤X≤＋2-1 当n=8时，8位二进制原码所能表示的数值范围为－127～＋127。
3．补码表示法 补码表示法中，正数的补码和原码相同，负数的补码可其原码除符号位保持不变外，其余各位按位取反，再在最末位加1而形成。
补码具有以下特点：
①[＋0]补=[－0]补=00000000 ②n位二进制补码所能表示的数值范围为：
n-1n-1 －2≤X≤＋2－1 若n=8，则8位二进制补码所能表示的数值范围为－128～＋127。
③一个用补码表示的负数，如将[X]补再求一次补，即将[X]补除符号位外取反并在最末位加1就可得到[X]原。
用下式表示为：
［［X］补］补=[X]原 举例说明 4.补码的加减运算 补码的加法运算规则是：
[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补 补码的减法运算规则是：
[X－Y]补=[X]补＋[－Y]补 引入补码后，将减法运算转化为易于实现的加法运算，且符号位也当作数据相加，从而可简化运算器的结构，提高运算速度。
因此，在微型计算机中，有符号数通常都用补码表示，得到的是补码表示的结果。
举例说明 当字长8位扩展到16位时，对于用补码表示的数，正数的符号扩展应该在前面补0，而负数的符号扩展应该在前面补1。
5．有符号数运算时的溢出问题 当两个有符号数进行加减运算时，如果运算结果超出可表示的有符号数的范围时，就会发生溢出，使计算结果出错。
显然，只有两个同符号数相加或两个异号数相减时，才会产生溢出。
举例说明 定点数和浮点数 1．定点数 定点数是指小数点在数中的位置是固定不变的，常用的定点数有纯小数和纯整数两种。
纯小数：
小数点固定在符号位之后，如，此时机器中所有数均为小数。
（2）纯整数；小数点固定在最低位之后，如111001l1.，此时机器中所有数均为整数。
例机器字长为8位的有符号纯整数与纯小数表示范围如图所示。
从图中可以看出，小数点在计算机中是不表示出来的，采用哪一种表示方法，人们事先约定。
2．浮点数 浮点数阶码和尾数两部分组成。
对任意一个有符号的二进制数N的普遍形式可表示为 N=2E×M 式中E称为阶码，它是一个有符号的可变整数。
设 E＝ejek－1……e0 ej为阶符：
若ej=0，则E是正数；若ej=1，则E为负数。
ek-1…e0是阶值。
M称为N的尾数，它是一个有符号的纯小数。
设 M=mjm1…mn mj为尾符：
若mj=0，则M为正数；若mj=1，则M为负数。
尾数M的符号就是浮点数N的符号。
m1…mn是尾值。
浮点数N在计算机内的表示形式如下所示。
ejek?
1ek?
2?
?
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e0mjm1m2?
?
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mn 阶符 阶值 尾符 尾值 3．规格化数与溢出 尾数规格化：
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定义：
若mj≠m1，则称尾数M为规格化数；若mj=m1，则称尾数M为非规格 化数。
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如果尾数不是规格化数，那么要用移位手段把它变为规格化数。
尾数每左移一位， 阶码就减1，尾数每右移一位，阶码就加1，直至mj≠m1为止。
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存储在计算机中的数一定是规格化数。
两数的运算结果也应为规格化数，如果不 是，那么必须通过移位方式把它变为规格化数。
若是规格化数，则1/2≤|M|＜1。
溢出：
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浮点数超出机器所能表示数的范围 ?
对规格化的浮点数，当阶码小于机器所能表示的最小数时，称为下溢，此时机器 将把此数作0处理；若阶码大于机器所能表示的最大范围时，称为上溢。
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溢出发生时，机器就产生溢出中断，进入中断处理。
浮点表示法比定点表示法所表示的数的范围大，精度高，但运算规则比较复杂，成本较高。
计算机中的二进制编码 1．BCD码 BCD码是以四位二进制的不同组合表示十进制数十个数码的方法，又称二—十进制编码。
常用的BCD码为8421BCD码，即每位十进制数码用四位二进制数来表示。
BCD码又分为压缩型BCD码和非压缩型BCD码：
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压缩型BCD码是在一个字节中存放两个十进制数码；?
非压缩型BCD码每个字节只存放一个十进制数。
例如，将十进制数8762用压缩型BCD码表示，则为：
1000011101100010 在存储器中的存放格式为：
0110001010000111 而用非压缩型BCD码表示为：
00001000000001110000011000000010 在存储器中的存放格式为：
00000010000001100000011100001000 2．ASCII码 美国信息交换标准码，即ASCII码，采用7位二进制编码，总共有128个字符，包括 ?
52个英文大、小写字母，10个阿拉伯数字0～9，32个通用控制字符和34个专 用字符。
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控制字符使用的控制符号 ?
在标准ASCII码基础上，将7位ASCII码扩充到8位，可表示256个字符，称为 扩充的ASCII码。
微型计算机系统概论 微处理器、微型机、微机系统之间的关系 1．微处理器 微处理器是一个算术逻辑运算单元、控制器单元、寄存器组以及内部系统总线等组成的大规模集成电路芯片，它具有CPU的全部功能。
因此，微处理器通常又简称为CPU。
2.微型计算机 微型计算机是以微处理器芯片为核心，配上内存芯片、I／O接口电路以及相应的辅助电路构成的装置，它又简称为微型机。
3．微型计算机系统 微型计算机系统是以微型计算机为主体，配上输入设备、输出设备、外存储器设备、电源、机箱以及基本系统软件组成的系统，它又简称为微机系统。
微机硬件系统组成 1.微机硬件系统基本结构 微机硬件系统的基本结构中央处理器CPU、存储器、接口电路、外部设备以及系统总线等组成，如图所示。
外部设备 CPU包括运算器、控制器和寄存器组三个主要单元。
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运算器的功能是完成数据的算术运算和逻辑运算操作。
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控制器把指令从存储器中取出，译码后发出相应的控制信号，使各部件相互协调 工作，从而完成整个微机系统的控制。
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寄存器组则是用来存放CPU频繁使用的数据和地址信息，这样可加快CPU访问 的速度。
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存储器是微机存放和记忆程序和数据的装置。
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内存，也称为主存，位于主机内部的用于暂时存放程序和数据的存储器。
只读 存储器和随机存储器两部分组成。
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外存，位于主机外部的用于存放大量信息的存储器。
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外部设备一般包括I/O设备和外存储器，亦称为计算机的外设。
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I/O设备是指负责计算机与外界通信用的输入和输出设备；?
外存储器则是指机器外部可存储大量信息的存储器。
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接口电路是设置在外设与CPU之间的专门电路，又称I/O接口，用于协调CPU与外 设之间的信息传输。
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系统总线把CPU、存储器和接口电路连接起来，用来传送各部分之间的信息。
系统总 线包括数据总线、地址总线和控制总线，简称三总线。
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数据总统传送数据；?
地址总线上的信息指出数据的来源和目的地； ?
控制总线传送CPU对存储器或I/O设备的控制命令和I/O设备对CPU的请求信 号； ?
系统总线的工作总线控制逻辑负责指挥。
2、微机硬件系统的典型配置 微机硬件系统主机和外设组成。
主机包括主板、I/O接口卡以及电源、机箱等部件。
主板 ①微处理器 ②外部高速缓存 ③主存 ④ROMBIOS ⑤CMOSRAM ⑥外围接口集成芯片组 ⑦总线插槽 ⑧键盘、鼠标器、扬声器接口 I/O接口卡 微机软件系统 计算机真正能进行处理信息，还必须要有软件配合，两部分组成：
1．程序设计语言 程序设计语言通常分为机器语言，汇编语言和高级语言三类。
机器语言 机器语言是一种用二进制代码表示的、能够被计算机识别和执行的语言。
用机器语言编写程序，直观性差，容易出错，而且繁琐费时。
汇编语言 汇编语言是一种用助记符和符号地址等来表示的面向机器的程序设计语言。
与机器语言相比，汇编语言易于理解和记忆，所编写的源程序也容易阅读和调试。
高级语言 高级语言不是面向机器而是面向问题的，具有良好的可移植性。
2．系统软件和应用软件 计算机软件可分为系统软件和应用软件两大类。
系统软件是计算机厂家提供的用于使用、管理计算机的软件。
应用软件则是用户为解决各种实际问题，自行编制的各种程序。
系统软件:
1）操作系统。
2）I／O驱动程序3）文件管理程序4）文本编辑程序 5）翻译程序又称语言处理程序。
6）连接程序7）装入程序8）调试程序 9）系统程序库和应用程序库10）数据库管理系统 ．微型计算机的工作过程不作要求 微型计算机系统的主要性能指标 1．字长 2．存储器容量 3．运算速度 4．系统总线 5．外设扩展能力 6．软件配置情况
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