南京邮电大学微型计算机原理与接口技术1-1章课件.ppt

1、1微型计算机系统微型计算机系统与接口技术与接口技术2基础知识基础知识Ch.1 计算机基础计算机基础1.1计算机中的数制1.2计算机中数据的编码（一）1.2计算机中数据的码制（二）1.4计算机系统的基本组成(一)1.4计算机系统的基本组成(二)Ch.7 存储器系统存储器系统7.1 概述3第第1 1章章 计算机基础计算机基础4IBM PCIBM PC系列微机中微处理器简介系列微机中微处理器简介64G233333M366464750321997奔腾21.2-3G64642300322000奔腾4233333M646475032奔腾3512K16K8K有无无无高速高速缓存缓存150200M60166M

2、25100M1233M620M4.77M4.77M主频主频6464323216816外部总外部总线宽度线宽度55031012027.513.42.92.9晶体管晶体管(万个万个)1995199319891986198219791978发布发布年分年分1M20161680864G326432奔腾4G3232323861M201616808864G366432P64G32323248616M241616286寻址寻址空间空间地址总地址总线宽度线宽度数据总数据总线宽度线宽度字长字长(位位)型号型号5Intel 微处理器 1971年，第一款年，第一款4位微处理器位微处理器4004 1974年，年，8位

3、微处理器位微处理器8080 1978年，年，16位微处理器位微处理器8086 1979年，又开发出了年，又开发出了8088 1981年，美国年，美国IBM公司将公司将8088芯片用于其研制的芯片用于其研制的PC机机 1982年，研制出了年，研制出了80286微处理器微处理器 1985年年 10月月17日，日，32位微处理器位微处理器80386 DX正式发布正式发布 1989年，年，80486芯片芯片 1993年，年，Pentium CPU问世问世 1996年底，多能年底，多能Pentium MMX 1998年，年，Pentium II、至强、至强Xeon、赛扬、赛扬Celeron 1999年春

4、，年春，Pentium III 2000年，年，Pentium 4 2002年，超线程技术（年，超线程技术（HT，Hyper-Threading）2005年年 4月月18日，全球同步首发双核处理器奔腾日，全球同步首发双核处理器奔腾D 2006年年 11月，推出月，推出4核处理器核处理器680核处理器780核处理器核处理器 2007-02-11 核心面积核心面积275平方毫米平方毫米 主频主频3.16GHz 电压电压0.95V 数据带宽数据带宽1.62Tb/s 浮点运算能力浮点运算能力1.01TFlops 相当于相当于1万颗万颗10年前的年前的Pentium Pro 功耗不过功耗不过62W 比比

5、core 2 duo还低还低81.1 1.1 计算机中的数制计算机中的数制1.1.1 1.1.1 数值数据的表示数值数据的表示 （1）基基r进位数制进位数制 S S =N=N=rKimnii其中，其中，K Ki i 00，1 1，r-1r-1；n n，m m是正整数。是正整数。特点：只用特点：只用r r个符号表示数值；逢个符号表示数值；逢r r进一。进一。9（2 2）十进制数十进制数 S S 10 10=N=N=01Dimnii（3 3）二进制数二进制数 S S 2 2=N=N=2Bimnii其中，其中，D Di i 00，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，99；

6、n n，m m是正整数。是正整数。特点：只用特点：只用1010个符号表示数值；逢十进一。个符号表示数值；逢十进一。其中，其中，B Bi i 00，11；n n，m m是正整数。是正整数。特点：只用特点：只用2 2个符号表示数值；逢二进一。个符号表示数值；逢二进一。10 （5 5）十六进制数十六进制数 S S 16 16=N=N=其中，其中，H Hi i 00，1 1，1515；n n，m m是正整数。是正整数。特点：只用特点：只用1616个符号表示数值；逢十六进一。个符号表示数值；逢十六进一。16Himnii （4 4）八进制数八进制数 S S 8 8=N=N=其中，其中，Q Qi i 00，

7、1 1，77；n n，m m是正整数。是正整数。特点：只用特点：只用8 8个符号表示数值；逢八进一。个符号表示数值；逢八进一。8imniQi11F F151577E E141466D D131355C C121244B B111133A A10102299118800 等值的一位 十六进制数 十进制数 等值的一位 十六进制数 十进制数 12（）二进制数与八、十六进制数之间的关系及转换）二进制数与八、十六进制数之间的关系及转换 1.1.2 r进制数之间的关系及转换进制数之间的关系及转换 因为因为 28=3，所以所以1位八进制数可以由位八进制数可以由3位二进制数表示；位二进制数表示；因为因为 21

8、6=4，所以所以1位十六进制数可以由位十六进制数可以由4位二进制数表示。位二进制数表示。例例1 （1100101.1001）2=（）8例例2 (324.66)8=()2 (324.66)8=(11010100.11011)2 （1100101.1001）2=（145.44）813 例例4 (17E.58)16()2例例3 (101011.11)2=()16 (101011.11)2=(2B.C)16(17E.58)16（1,0111,1110.0101,1)214（2）十进制数与二进制数之间的转换）十进制数与二进制数之间的转换 十进制整数十进制整数二进制数二进制数 算法：除取余，直到商为零为止

9、算法：除取余，直到商为零为止.1.余220.余211.余20所以，所以，(11)(11)1010=(1011)=(1011)2 2 1 151.余 2 H15十进制数纯小数十进制数纯小数二进制数二进制数 算法算法:乘乘2 2取整取整,直到乘积的小数部分为直到乘积的小数部分为0 0或达到一或达到一定的精度时止。定的精度时止。(0.8125)(0.8125)1010=(0.1101)=(0.1101)2 20.8125 2 1.25020.5 2 1.01.625 2H16 十进制带小数十进制带小数 二进制数二进制数 整数、纯小数分别计算整数、纯小数分别计算,再合并再合并 (11.8125)(11

10、.8125)1010=(1011.1101)=(1011.1101)2 2 17 1.1.3 1.1.3 二十进制数二十进制数(BCD(BCD码数码数)用四位二进制数代表一位十进制数，又称BCD码数.401000100300110011200100010100010001000000000等值的一位十进制数 等值的一位BCD码数 四位二进制数 1811111110110111001011非法BCD码1010910011001810001000701110111601100110501010101401000100300110011200100010100010001000000000等值的一位

11、十进制数 等值的一位BCD码数 四位二进制数 19例:设 X=(01010110)2 Y=(01010110)BCD Z=(5 A)16 问:X,Y,Z中哪个最大?解:X=(01010110)2=26242221=(86)10 不同数制的数比较大小不同数制的数比较大小,要把它们化为同一的数要把它们化为同一的数制，才好比较。制，才好比较。Y=(01010110)BCD=(56)10 Z=(5A)16=516110160=(90)10 Z最大.20 1.2 1.2 计算机中数值数据的编码计算机中数值数据的编码 1.2.1 数值数据在计算机中的表示数值数据在计算机中的表示 1.1.定点数的表示方法定

12、点数的表示方法 所谓定点，即数据的小数点的位置不变。所谓定点，即数据的小数点的位置不变。若用n+1位二进制数表示一个定点数X，即X=x0 x1 x2 xn 就可以在计算机中表示为：就可以在计算机中表示为：x0 x1 x2 xn 0：正数：正数x0=1：负数：负数符号符号尾数尾数21若若X为纯小数，则小数点位于为纯小数，则小数点位于x0和和x1之间：之间：x0 x1 x2 xn若若X为整数，则小数点位于为整数，则小数点位于xn的右边：的右边：x0 x1 x2 xn其数值范围：其数值范围：0|X|12-n；其数值范围：其数值范围：0|X|2n 1。222.浮点数浮点数的表示方法的表示方法小数点在数

13、据中的位置可以左右移动的数称作浮点数。小数点在数据中的位置可以左右移动的数称作浮点数。浮点数一般表示为浮点数一般表示为N=M REM（Mantissa）：尾数；）：尾数；R（Radix）：阶的基数；在计算机中为）：阶的基数；在计算机中为2、8、16；E（Exponent）：阶的阶码。）：阶的阶码。例：例：5678=5.678 103例：例：(11.01)2=1.101 21=0.1101 22=11.01 20=110.1 2-1=56.78 102=567.8 10123浮点数格式如下浮点数格式如下:ES E1 E2 Em MS M1 M2 MnEM阶符阶符尾符尾符 浮点数的小数点的位置形式

14、固定在浮点数的小数点的位置形式固定在MS与与M1之间，小数之间，小数点的左右点的左右“移动移动”由由E决定，因此尾数必为小数。决定，因此尾数必为小数。例例：(11.01)2的浮点数表示为的浮点数表示为:0 1 0 0 1 1 0 124 真值：实际的数值数据。真值：实际的数值数据。如：101 101 字长：包括符号位在内，一个机器数具有的位数。字长：包括符号位在内，一个机器数具有的位数。如：字长n=8的机器数，除了符号位，数值部分 为7位 机器数（机器码）：机器内表示的数值数据。机器数（机器码）：机器内表示的数值数据。1.2.2 二进制数的编码二进制数的编码下面介绍机器数的表示方法（原码，补码

15、，反码）。正数正数 负数负数 00 xxxxxxx01 xxxxxxx251.1.原码表示法原码表示法 定义定义:若定点整数若定点整数 X X 的原码形式为的原码形式为 x x0 0 x x1 1x x2 2 x xn n,则有则有 022220XXXXXXnnnn原设设 x=+101x=+101 字长为字长为4 4位的原码为位的原码为xx原原=0 0 101 101 设设 x=x=101 101 字长为字长为8 8位的原码为位的原码为xx原原=1 1 0000101 0000101 x=+0 x=+0 字长为字长为8 8位的原码为位的原码为xx原原=0 0 0000000 0000000 x

16、=x=0 0 字长为字长为8 8位的原码为位的原码为xx原原=1 1 0000000 0000000 字长为字长为8 8位的原码为位的原码为xx原原=0 0 0000101 0000101 26 2.2.补码表示法补码表示法 定义定义:若定点整数若定点整数 X X 的补码形式为的补码形式为 x x0 0 x x1 1x x2 2 x xn n,则有则有)2(mod022220111nnnnnXXXXXX补例例 x=+101,x=+101,字长为字长为8 8位的补码为位的补码为xx补补=0 0 0000101 0000101 x=x=101,101,字长为字长为8 8位的补码为位的补码为xx补补

17、=1 1 1111011 1111011 x=+0 x=+0，字长为字长为8 8位的补码为位的补码为xx补补=0 0 0000000 0000000273.3.反码表示法反码表示法 定义定义:若定点整数若定点整数 X X 的反码形式为的反码形式为 x x0 0 x x1 1x x2 2 x xn n,则有则有 0212201XXXXXnnn）（反 例例 x=+101 x=+101 字长为字长为8 8位的反码为位的反码为xx反反=0 0 0000101 0000101 x=x=101 101 字长为字长为8 8位的反码为位的反码为xx反反=1 1 1111010 1111010 x=+0 x=+

18、0 字长为字长为8 8位的反码为位的反码为xx反反=0 0 0000000 0000000 x=x=0 0 字长为字长为8 8位的反码为位的反码为xx反反=1 1 1111111 111111128 022220XXXXXXnnnn原 0212201XXXXXnnn）（反)2(mod022220111nnnnnXXXXXX补4.4.小结：小结：正数的原、反、补码与真值数相同；正数的原、反、补码与真值数相同；求负数补码可先求反码再在末位加求负数补码可先求反码再在末位加1 1。零补码唯一；零补码唯一；计算机系统中一律用补码进行运算。计算机系统中一律用补码进行运算。291.2.3 1.2.3 补码到

19、真值的转换补码到真值的转换 设 X补=x0 x1x2 xn。当 x0=0，X=X补；当 x0=1，X=-(2n-x1x2 xn)。整数的补码转换为真值可按如下方式进行.30 例1 设X补=(96)16,则x=(?)10 解:x补=(96)16=10010110 则 x=1101010=(106)10 例2 设x=(120)10,则x补=(?)16 解：x=(120)10=(1111000)2 则 x补=(10001000)=(88)16 例3 设x=(100)10,则x补=(?)16 解:x=(100)10=(+1100100)2 则 x补=(01101100)=(64)16例(设字长n=8)

20、311.2.4 n1.2.4 n位二进制整数补码的加减运算位二进制整数补码的加减运算 补码的加减运算补码的加减运算 补补补补补补补补补补 补补 条件：条件：(1)(1)符号位参加运算符号位参加运算 (2)(2)以以2 2n n为模为模 (3)(3)当真值满足下列条件时，结果是正确的，当真值满足下列条件时，结果是正确的，否则结果错误否则结果错误 2 2n-1 n-1 x,y,x+y,x x,y,x+y,xy +2y +127，2151,215(1)(1)双符号位判断法双符号位判断法36(2)计算机怎样表示进位和溢出计算机怎样表示进位和溢出 运算器最高位加数被加数来自低位的进位值溢出判断电路最高位

21、的和CF进位标志OF溢出标志37 a 运算器一律把操作数看成是有符号的数 b 最高位的进位值保存在“进位标志寄存器”中 c 加数，被加数的最高位相同，且和结果的最高位相异，并溢出标志为1 如果参与运算的数是无符号数，则判进位标志，进位标志=1，表示溢出。如果参与运算的数是有符号数，则判溢出标志，溢出标志=1，表示溢出。(3)程序员如何判断溢出程序员如何判断溢出38例：加数=01000010 被加数=01100011再如：加数=10111110 被加数=10011101若加数、被加数为无符号数，则结果=10100101=165 若加数、被加数有符号数，则结果=91 若它们是无符号数，结果=+91

22、 (CF=1)它们是有符号数，结果=+91 (OF=1)CF=0，OF=1和=010100101 和=101011011 CF=1，OF=1结果都错（+（+391.2.5 1.2.5 无符号数的概念无符号数的概念 计算机处理的数值数据，包括有符号数和无符号数计算机处理的数值数据，包括有符号数和无符号数两类。两类。有符号数用补码表示，其最高位代表符号。有符号数用补码表示，其最高位代表符号。什么是无符号数？什么是无符号数？即数的最高位不代表符号，而是数值的一部分。即数的最高位不代表符号，而是数值的一部分。某数是无符号数，还是有符号数，其意义是由程序某数是无符号数，还是有符号数，其意义是由程序员定义

23、的。员定义的。40如：编程统计某班级单科的及格人数。如：编程统计某班级单科的及格人数。学生成绩没有负数，所以成绩应视为无符学生成绩没有负数，所以成绩应视为无符号数。号数。如：编程统计某科室工资总额如：编程统计某科室工资总额 工资是无符号数工资是无符号数如：数如：数N=N=（11111111，11111111）2 2 若它是有符号补码数，则其值若它是有符号补码数，则其值=1 1 若它是无符号数，则其值若它是无符号数，则其值=255=25541 1 1字符的标准字符的标准ASCASC码码 计算机常用的输入输出设备有键盘、显示器、打印机。数字、字母、符号的输入输出均采用标准ASC码。标准ASCII码

24、字符表详见书P7。1.3 计算机中符号数据的编码（数字化信息）计算机中符号数据的编码（数字化信息）42如：键入“”，实际写入键盘存储区的是(31)即(0011,0001)键入“A”，实际写入键盘存储区的是(41)即(0100,0001)又如：欲显示“”，应把(30)16 即(0011,0000)2显示存储区 欲显示“F”，应把(46)16 即(0100,0110)显示存储区 欲使光标返回下一行的始格，应键入：(0 D)即(0000，1101)显示存储区 (0 A)即(0000，1010)显示存储区43要求同学们要牢记以下18个字符的ASC码：09的ASC码为 (30)(39)AF的ASC码为 (41)(46)回车符的ASC码为(0D)换行符的ASC码为(0A)2 汉字编码汉字编码（1）汉字字模码 字模码是用点阵表示的汉字字型代码，用于显示、打印等方面。一般有1616、24 24、32 32、48 48等等。44 0 7 8 150 7 8 1545（3）汉字输入码）汉字输入码例例 “英英”（5322）16=（01010011 00100010）2 GB5007-85：（11010011 10100010）2（2）汉字内码）汉字内码