第一章计算机基本知识

第一章微型计算机系统概述本章学习目标•了解微型计算机的发展、应用及其分类•掌握计算机数据的表示•掌握计算机的组成结构•理解微型计算机的工作过程1、1微型计算机的发展、应用及其分类1、1、1微机计算机的发展1971年，美国Intel公司研究并制造了I4004微处理器芯片。该芯片能同时处理4位二进制数，集成了2300个晶体管，每秒可进行6万次运算，成本约为200美元。它是世界上第一个微处理器芯片，以它为核心组成的MCS-4计算机，标志了世界第一台微型计算机的诞生。微机概念：以大规模、超大规模构成的微处理器作为核心，配以存储器、输入/输出接口电路及系统总路线所制造出的计算机。划分阶段的标志：以字长和微处理器型号。第一代4位和低档8位机Intel4004第二代中高档8位机8080/8085、Z80、MC6800第三代16位机Intel8086、Z8000、MC6800第四代32位机80386、80486第五代64位机IntelPentium（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1981-1992）（1993后）特点：1、速度越来越快。2、容量越来越大。3、功能越来越强。1、1、2微型计算机的应用1、科学计算和科学研究计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。2、数据处理（信息处理）主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字信息进行加工。3、工业控制用单板微型计算机实现DDC级控制，用卫星计算机实现SCC级监督管理控制，用高档微型计算机实现SCC或低层MIS管理已屡见不鲜。4、计算机辅助系统计算机辅助系统主要有计算机辅助教（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。5、人工智能人工智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的思维过程，计算机学习等等。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。1、1、3微型计算机的分类按应用对象分为：1、单片机：又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：它主要是将微处理器、部分存储器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上，一块芯片就成了一台计算机2、单板机：将计算机的各个部分都组装在一块印制电路板上，包括微处理器/存储器/输入输出接口，还有简单的七段发光二极管显示器、小键盘、插座等。功能比单片机强，适于进行生产过程的控制。可以直接在实验板上操作，适用于教学。3、PC机（PersonalComputer）:面向个人单独使用的一类微机，实现各种计算、数据处理及信息管理等。1、2计算机中数据的表示和编码计算机中的数据都是采用二进制形式存储和处理的，二进制数只有两个数字0和1，这与我们日常生活中所使用的十进制数是不同的。1、2、1计算机中常用的进制数人们最常用的数是十进制数，计算机中采用的是二进制数，同时有的时候为了简化二进制数据的书写，也采用八进制和十六进制表示方法。下面将分别介绍这几种常用的进制。1、十进制数十进制数是大家熟悉的，用0，1，2，…，8，9十个不同的符号来表示数值，它采用的是“逢十进一，借一当十”的原则。2、二进制表示法基数为10的记数制叫十进制；基数为2的记数制叫做二进制。二进制数的计算规则是“逢二进一，借一当二”。二进制表示数值方法如下：NB=±Ki*2i其中：Ki=0或1ni=-m例：二进制数1011.1表示如下：(1011.1)B=1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1运算规则：加法运算：0+0=00+1=11+0=11+1=10（逢二进一）减法运算：0-0=00-1=1（借位）1-0=11-1=0乘法运算：0*0=00*1=01*0=01*1=1除法运算0/1=01/1=13、八进制表示法八进制数是基数为八的计数制。八进制数主要采用0，1，2，…，7这八个阿拉伯数字。八进制数的运算规则为“逢八进一，借一当八”。八进制表示数值方法如下：NO=±Ki*8i其中：Ki=0、1、2、3、4、5、6、7ni=-m例：（467.6)O=4*82+6*81+7*80+6*8-14、十六进制表示法基数为16，用0-9、A-F十五个字符来数值，逢十六进一。各位的权值为16i。二进制表示数值方法如下：NH=±Ki*16i其中：Ki=0-9、A-Fni=-m例：（56D.3)H=5*162+6*161+13*160+3*16-1十进制（D）二进制（B）二—十进制（BCD）十六进制（H）0000000000100010001120010001023001100113401000100450101010156011001106701110111781000100089100110019101010×A111011×B121100×C131101×D141110×E151111×F1、2、2各进制间的转换1、二进制数和十进制数之间的转换（1）、二进制数转换为十进制数方法：按二进制数的位权进行展开相加求和即可。例:11101.101=1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125=29.875（2）、十进制数转换为二进制数方法：A、将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把转换结果进行相加。B、整数转换采用除2取余法：用2不断地去除要转换的数，直到商为0。再将每一步所得的余数，按逆序排列，便可得转换结果。C、小数转换采用乘2取整法：每次用2与小数部分相乘，取乘积的整数部分，再取其小数部分乘2直到小部分为0。将所取整数顺序放在小数点后即为转换结果。例：将（136）D转换为二进制数。2136余数（结果）低位268----------0234----------0217----------028----------124----------022----------021----------00----------1高位转换结果：（136）D=（10001000）B例：将（0.625)D转换为二进制数。0.625*21.25*20.5*21.0取整：高位低位转换结果：(0.625)D=(0.101)B2、二进制数和八进制数、十六进制数间的转换（1）、二进制数到八进制数、十六进制数的转换A、二进制数到八进制数转换采用“三位化一位”的方法。从小数点开始向两边分别进行每三位分一组，向左不足三位的，从左边补0；向右不足三位的，从右边补0。B、二进制数到十六进制数的转换采用“四位化一位”的方法。从小数点开始向两边分别进行每四位分一组，向左不足四位的，从左边补0；向右不足四位的，从右边补0。例：将(1000110.01)B转换为八进制数和十六进制数。1000110.01001000110.010(106.2)O二进制数到十六进制数的转换：（1000110.01）B=1000110.0101000110.0100(46.4)H（2）、八进制、十六进制数到二进制数的转换方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。按顺序写出每位八进制（十六进制）数对应的二进制数，所得结果即为相应的二进制数。例：将(352.6)o转换为二进制数。352.6011101010110=(11101010.11)B1、2、3数的定点与浮点表示对R进制数NR=±S*R±E，可以有很多表示方法。如：十进制数：265.78可以有：265.78、2657.8*10-1、0.26578*103、2.6578*102等。1、定点数表示法一般采用两种简单的约定：定点整数和定点小数。（1）、定点整数A、带符号整数：某个N位二进制数，其最高位为符号位，其它N-1位为数值部分：NfNn-2Nn-3……N2N1N0(如：－1234）符号位数值部分小数点B、无符号整数：所有的数位都用来表示数值。Nn-1Nn-2Nn-3……N3N2N1N0（常指正数：1234）数值部分小数点（2）、定点小数用最高位表示符号，其它N-1位表示数值部分，将小数点定在数值部分的最高位左边。NfNn-2Nn-1……N2N1N0（如：＋0.123)符号位数值部分小数点2、浮点数表示浮点数：小数点在数据中的位置可以左右移动。N=±S*R±E在计算机内，存储的格式：如：1234=123.4*101=12.34*102=1.234*103EfE(m位)SfS(n位)阶码部分尾数部分其中：Ef：阶码，表示阶码的符号E：阶码，指出小数点的位置Sf：数码，数值的符号位S：尾数，决定数值的精度1、2、4带符号二进制数的表示与运算常用的编码方案：原码、反码、补码。1、原码表示码原码：用最高位表示符号，其中：0----正、1----负，其它位表示数值的绝对值。一个8位的二进制表示一个带符号数，最高有效位D7位为符号位。如：＋1表示为：00000001B＋127表示为：01111111B－1表示为：10000001B－127表示为：11111111B例：求X1=0.1011，X2=-0.1011的原码表示。（8位）[X1]原=X1=01011000[X2]原=10000000+X2=11011000小数点位置例：求X1=1011，X2=-1011的原码。（8位）[X1]原=00001011[X2]原=10001011小数点位置0的表示形式（8位）[+0]原=00000000[-0]原=10000000特点A、原码与真值的对应关系简单。B、0的编码不唯一，处理运算不方便。2、反码表示法反码：最高位表示符号，数值位是对各位取反。[+0]反=00000000[-0]反=11111111[+1100111]反=01100111[-1100111]反=100110003、补码表示法正数的补码和原码相同（正数的三码相同）。负数的补码=反码+1。例：求0.1011和-0.1011的补码（8位）[0.1011]补=[0.1011]原=01011000[-0.1011]补=[11011000]反+1=10100111+1=10101000[0]补=[+0]补=[-0]补=00000000小窍门：真值＋补码＝模数如：十进制数0～9的模数是108位二进制数的模数是100H（256＝28）例：若模数为100H，则真值－3的补码是100H–3=FDH例：[phone]每位求反11111110加1＋1－111111111对于正的二进制数的每位求反再加1，即可得在机器中表示的该数的负数，称2的补码表示法。在这种编码方式中，正数的补码就是该正数。以8位二进制为例，求－1的补码。真值补码带符号数的补码值表（8位）十进制十六进制（H）补码值（B）＋1277F01111111＋1006401100100＋3300000011＋2200000010＋11000000010000000000－1FF11111111－2FE11111110－1009C10011100－12880100000001、2、5计算机中常用的编码1、ASCII码常用的编码方式为美国标准信息交换（AmericanStandardCardforInformationInterchange，ASCII码）。2、BCD码BCD码是一种用4位二进制数字来表示一位十进制数字的编码，也成为二进制编码表示的十进制数（BinaryCodeDecimal），简称BCD码。表1-2示出了十进制数0-15的BCD码。BCD码有两种格式：（1）压缩BCD码格式（PackedBCDFormat）用4个二进制位表示一个十进制位，就是用0000B-1001B来表示十进制数0-9。例如：十进制数4256的压缩BCD码表示为：0100001001010110B（2）非压缩BCD码格式（UnpackedBCDFormat）用8个二进制位表示一个十进制位，其中，高四位无意义，我们一般用xxxx表示，低四位和压缩BCD码相同。例如：十进制数