南京邮电大学 微型计算机原理与接口技术 1_1章

1微型计算机系统与接口技术2基础知识Ch.1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7.1概述3第1章计算机基础4IBMPC系列微机中微处理器简介64G233~333M366464750321997奔腾21.2-3G64642300322000奔腾4233~333M646475032奔腾3512K16K8K有无无无高速缓存150~200M60~166M25~100M12~33M6~20M4.77M4.77M主频6464323216816外部总线宽度55031012027.513.42.92.9晶体管(万个)1995199319891986198219791978发布年分1M20161680864G326432奔腾4G3232323861M201616808864G366432P64G32323248616M241616286寻址空间地址总线宽度数据总线宽度字长(位)型号5Intel微处理器•1971年，第一款4位微处理器4004•1974年，8位微处理器8080•1978年，16位微处理器8086•1979年，又开发出了8088•1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机•1982年，研制出了80286微处理器•1985年10月17日，32位微处理器80386DX正式发布•1989年，80486芯片•1993年，PentiumCPU问世•1996年底，多能PentiumMMX•1998年，PentiumII、至强Xeon、赛扬Celeron•1999年春，PentiumIII•2000年，Pentium4•2002年，超线程技术（HT，Hyper-Threading）•2005年4月18日，全球同步首发双核处理器奔腾D•2006年11月，推出4核处理器680核处理器780核处理器•2007-02-11•核心面积275平方毫米•主频3.16GHz•电压0.95V•数据带宽1.62Tb/s•浮点运算能力1.01TFlops–相当于1万颗10年前的PentiumPro•功耗不过62W–比core2duo还低81.1计算机中的数制1.1.1数值数据的表示（1）基r进位数制S=N=rKimnii其中，Ki{0，1，…，r-1}；n，m是正整数。特点：只用r个符号表示数值；逢r进一。9（2）十进制数S10=N=01Dimnii（3）二进制数S2=N=2Bimnii其中，Di{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}；n，m是正整数。特点：只用10个符号表示数值；逢十进一。其中，Bi{0，1}；n，m是正整数。特点：只用2个符号表示数值；逢二进一。10（5）十六进制数S16=N=其中，Hi{0，1，…，15}；n，m是正整数。特点：只用16个符号表示数值；逢十六进一。（4）八进制数S8=N=其中，Qi{0，1，…，7}；n，m是正整数。特点：只用8个符号表示数值；逢八进一。11F1577E1466D1355C1244B1133A102299118800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（１）二进制数与八、十六进制数之间的关系及转换1.1.2r进制数之间的关系及转换因为㏒28=3，所以1位八进制数可以由3位二进制数表示；因为㏒216=4，所以1位十六进制数可以由4位二进制数表示。例1（1100101.1001）2=（）8例2(324.66)8=()2(324.66)8=(11010100.11011)2（1100101.1001）2=（145.44）813例4(17E.58)16＝()2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①十进制整数→二进制数算法：除２取余，直到商为零为止.1......余220......余211......余20所以，(11)10=(1011)21151......余2H15②十进制数纯小数→二进制数算法:乘2取整,直到乘积的小数部分为0或达到一定的精度时止。∴(0.8125)10=(0.1101)20.812521.25020.521.01.6252H16③十进制带小数→二进制数整数、纯小数分别计算,再合并∴(11.8125)10=(1011.1101)2171.1.3二～十进制数(BCD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等值的一位十进制数等值的一位BCD码数四位二进制数19例:设X=(01010110)2Y=(01010110)BCDZ=(5A)16问:X,Y,Z中哪个最大?解:∵X=(01010110)2=26＋24＋22＋21=(86)10不同数制的数比较大小,要把它们化为同一的数制，才好比较。Y=(01010110)BCD=(56)10Z=(5A)16=5×161＋10×160=(90)10∴Z最大.201.2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1.定点数的表示方法所谓定点，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=x0x1x2xn就可以在计算机中表示为：x0x1x2xn0：正数x0=1：负数符号尾数21若X为纯小数，则小数点位于x0和x1之间：x0x1x2xn若X为整数，则小数点位于xn的右边：x0x1x2xn其数值范围：0|X|1–2-n；其数值范围：0|X|2n–1。222.浮点数的表示方法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N=±M·REM（Mantissa）：尾数；R（Radix）：阶的基数；在计算机中为2、8、16；E（Exponent）：阶的阶码。例：–5678=–5.678103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:ESE1E2EmMSM1M2MnEM阶符尾符浮点数的小数点的位置形式固定在MS与M1之间，小数点的左右“移动”由E决定，因此尾数必为小数。例：(11.01)2的浮点数表示为:0100110124•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。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。1.2.2二进制数的编码下面介绍机器数的表示方法（原码，补码，反码）。正数负数00xxxxxxx01xxxxxxx251.原码表示法定义:若定点整数X的原码形式为x0x1x2…xn,则有022220XXXXXXnnnn原设x=+101字长为4位的原码为[x]原=0101设x=－101字长为8位的原码为[x]原=10000101x=+0字长为8位的原码为[x]原=00000000x=－0字长为8位的原码为[x]原=10000000字长为8位的原码为[x]原=00000101262.补码表示法定义:若定点整数X的补码形式为x0x1x2…xn,则有)2(mod022220111nnnnnXXXXXX补例x=+101,字长为8位的补码为[x]补=00000101x=－101,字长为8位的补码为[x]补=11111011x=+0，字长为8位的补码为[x]补=00000000273.反码表示法定义:若定点整数X的反码形式为x0x1x2…xn,则有0212201XXXXXnnn）（反例x=+101字长为8位的反码为[x]反=00000101x=－101字长为8位的反码为[x]反=11111010x=+0字长为8位的反码为[x]反=00000000x=－0字长为8位的反码为[x]反=1111111128022220XXXXXXnnnn〈〈原0212201XXXXXnnn）（反)2(mod022220111nnnnnXXXXXX补4.小结：①正数的原、反、补码与真值数相同；③求负数补码可先求反码再在末位加1。②零补码唯一；计算机系统中一律用补码进行运算。291.2.3补码到真值的转换设[X]补=x0x1x2…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=([phone]则[x]补=(01101100)=(64)16例(设字长n=8)311.2.4n位二进制整数补码的加减运算1.补码的加减运算〔ｘ＋ｙ〕补＝〔ｘ〕补＋〔ｙ〕补〔ｘ－ｙ〕补＝〔ｘ〕补＋〔－ｙ〕补条件：(1)符号位参加运算(2)以2n为模(3)当真值满足下列条件时，结果是正确的，否则结果错误－2n-1≤x,y,x+y,x－y+2n-132[x]补=01000010[y]补=00110011∴x+y=+117，进位=0被运算器丢失，保存在进位标志寄存器中被运算器丢失，保存在进位标志寄存器中[x+y]补=001110101[x-y]补=100001111[x]补=01000010[-y]补=11001101例1.设x=(66)10，y=(51)10,以28为模，补码运算x+y解：x=(66)10=+1000010，y=(51)10=+0110011∴x-y=+15，进位=133∴66+99=－1011011=－91－66－99=+01011011=+91结果都是错的被运算器丢失，保存在进位标志寄存器中被运算器丢失，保存在进位标志寄存器中[66+99]补=010100101[-66-99]补=101011011[-66]补=10111110[-99]补=10011101例2．以28为模，补码运算,求66+99，－66－99解：[66]补=01000010[99]补=0110001134错误原因：因为字长n=8，8位字长的补码数，其真值范围是：－128～＋127而66+99165，真值超过127，－66－99－165，真值小于－128应等于应等于总之，∵运算器位数不够，不能表示165和－165，∴出错。352.溢出与检测方法溢出：运算结果超出了运算器所能表示的范围。例：8位加法器，运算无符号数，结果≥2568位加法器，运算有符号数，结果+127，－12816位加法器，运算无符号数，结果≥6553616位加法器，运算有符号数，结果215－1,－215(1)双符号位判断法36(2)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的和CF进位标志OF溢出标志37a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，