微型计算机概述1
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第一章微型计算机基础
（2）反码表示法
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．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。
0⊕1＝1 读作0“异或”1等于1
1⊕0＝1 读作1“异或”0等于1
1⊕1＝0 读作1“异或”1等于0
例：
10101111
⊕11000010
01101101
1.2.2计算机中带符号数的表示方法
几个概念: 无符号数 机器数
带符号数 真值
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
（1）原码表示法
将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大 规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微 处理器(CPU),微型计算机是以微处理器为核心，再 配上存储器、接口电路等芯片构成的。
微处理器按照其功能可以分为两大部分：总线接口单元 （BIU）和执行单元（EU）。 按照计算机CPU、字长和功能划分，经历了5代的演变: ➢ 第一代（1971年～1973年）：4位和8位低档微处理器 ➢ 第二代（1974年～1978年）：8位中高档微处理器 ➢ 第三代（1978年～1980年）：16位微处理器 ➢ 第四代（1981年～1992年）：32位微处理器 ➢ 第五代（1993年以后）：全新高性能奔腾系列微处理
微型计算机原理第1章 基础知识
20 、21 、22 、23
…；
★小数点右边从左至右其各位的位权依次是： 2-1 、2-2 、2-3 ……。
例：1011.11B =
1×23 + 0×22 + 1×21 + 1×20 + 1×2-1 + 1×2-2
第1章 基础知识
(1)二进制数运算—加、减
加法规则：逢二进一。
0 + 0 = 0 ；0 + 1 = 1 ；1 + 0 = 1 ；1 + 1 = 10 ；
3.补码 x [x]补 = 2n + x 0 ≤ x < 2n-1 – 1 - 2n-1 ≤ x < 0
[+1]反 = 0000 0001
[-1]反 = 1111 1110
[+127]反 = 0111 1111
[-127]反 = 1000 0000
第1章 基础知识
字长为16时：
[+0]反 = 0000 0000 0000 0000,
[-0]反 = 1111 1111 1111 1111 [+1]反 = 0000 0000 0000 0001 [-1]反 = 1111 1111 1111 1110 [+32767]反 = 0111 1111 1111 1111
例： 把二进制数10110.1转换为十六进制数
10110.1B = 0001 0110.1000B = 16.8H
第1章 基础知识
6.十六进制数转换为二进制数
方法：把每位十六进制数用4位二进制数表示。
例：把十六进制数5A.7转换为二进制数 5 A. 7H = 0101 1010.0111B = 1011010.0111B
微机原理及接口技术第一章概述
三、微型计算机的分类
按处理器同时处理数据的位数或字长分：
8位机
按其结构分：
16位机
32位机
64位机
PC机、
单片微型机、 单板微型机
1.2
微型计算机组成
现代计算机结构仍然是在冯· 诺依曼提出 的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建 立起来的。
一、微型计算机的硬件结构
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输 出接口构成，它们之间由系统总线连接。
地址总线 (AB)
只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
I/O接口
I/O设备 数据总线 (DB) 控制总线 (CB)
CPU
1. 微处理器
整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也 称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组 及控制部件。
ALU ： 算术运算、逻辑运算
寄 存 器：存放操作数、中间结果、地址、标 志等信息 控制部件：整个机器控制中心，包括程序计 数器IP、指令寄存器IR、指令译 码器ID、控制信息产生电路。
外部设备
I/O接口电路
存储器 RAM ROM 总线
控制部件
算术逻辑部件
寄存器组
MPU
2. 存储器 微机的存储器分为：主存和辅存 主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正 待处理数据。(CPU内部cache，主 板上的内存, 造价高，速度快，存 储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的 数据，(主机箱内或主机箱外，造 价低，容量大，可长期保存，但 速度慢)
办公自动化
信息高速公路
仪器仪表
将传感器与计算机集 成于同一芯片上，智能
传感器不仅具有信号检
测、转换功能，同时还 具有记忆、存储、解析、 统计、处理及自诊断、 自校准、自适应等功能。
1-1 微型计算机系统概论
4位 8位 16位 32位
8次 4次 2次 1次
4. 位编号 为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。 从低位开始，从右到左依次为 0、1、2．．． 7 字节 1 6 0 5 1 4 0 3 0 2 0 1 1 0 0 数据Data 地址Address
← 编号
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
计算机组成技术
主讲教师：吴 锐 哈工大计算机学院
1
关于课程
1.课程性质
是计算机基础教育系列课程的核心课程之一 是电类专业主干必修课
2
关于课程
2.课程任务
获得硬件方面的基本理论、基本知识、基
本技能；
培养从硬件和软件的结合上思考、分析、
解决问题的初步能力；
为进一步学习、应用相关新知识、新技术
13
世界上第一台计算机ENIAC
1946年2月，美国研制成功 ENIAC (Electronic Numberical Intergrator And Caculator，爱尼 克)。它由18000多个电子管、1500多个继电器 等组成，重30吨，耗电150千瓦，占地170平方 米，运算速度为每秒5000次。 从计算能力来看，不如现在的小计算器。
微型计算机系统是以微型 微型计算机是以微处理器 微处理器本身不是计算机， 计算机为核心，再配以相 为核心，加上由大规模集 不能独立工作,它是微型 应的外围设备、电源、辅 成电路制作的存储器（ROM 计算机的核心部件,包括 助电路和控制微型计算机 和RAM）、输入/输出接口 算术逻辑部件ALU,控制部 工作的软件而构成的完整 和系统总线组成的。它不 件和寄存器组三个基本部 计算系统。它可以独立工 是完整的计算系统，也不 分。 作，有实用意义。 能独立工作。
第1章dsadsa
特点：
工艺 ：CHMOS 集成度： 15万-50万只晶体管／片 15万 50万只晶体管／片 时钟频率：16时钟频率：16-40MHz 平均指令执行时间：<0.1µs 平均指令执行时间：<0.1µs 其中，80386CPU数据总线和地址总线均为32位，寻址能力高达4G字节， 80386CPU数据总线和地址总线均为32位，寻址能力高达4G字节， 采用段页式存储器管理机制，提供带有存储器保护的虚拟存储。采用6 采用段页式存储器管理机制，提供带有存储器保护的虚拟存储。采用6级流 水线，即取指令，译码，内存管理，执行指令和总线访问并行操作。有快速 局部总线，有一套支持的配件。
01:22
11
§1-1 微型计算机的发展概况 ——微型计算机的发展
第三代微处理器：1978年 第三代微处理器：1978年 （16位微处理器） 16位微处理器）
典型产品：
Intel 8086（78年） 8086（78年） Motorola 68000（79年） 68000（79年） Motorola 68010（83年） 68010（83年） Zilog Z8000（79年） Z8000（79年） Intel 80286（83年） 80286（83年）
特点：
工艺 ：NMOS 集成度： 9000只晶体管／片 9000只晶体管／片 时钟频率：l 时钟频率：l-4MHz 平均指令执行时间：1 平均指令执行时间：1-2µs 有中断和DMA等功能，指令系统相对完善，并具有汇编语言和高级语 有中断和DMA等功能，指令系统相对完善，并具有汇编语言和高级语 言（BASIC、FORTRAN语言）的操作系统。 言（BASIC、FORTRAN语言）的操作系统。
01:22
8
§1-1 微型计算机的发展概况 ——微型计算机的发展 二、微型计算机的发展 计算机发展经历五 计算机发展经历五代。
计算机组装与维护教程 第8版教学课件1-4
第1章 微型计算机概述
计算机组装与维护教程(第8版)
7．机箱和电源
机箱由金属箱体和塑料面板组成，机箱根据主板的规格分为加 大型、标准型、紧凑型、迷你型等机箱。
电源是安装在一个金属壳体内的独立部件，它的作用是为主机 中的各种部件提供工作所需的电源。
第1章 微型计算机概述
计算机组装与维护教程(第8版)
8．显示器（也称监视器）
显示器是微机常用的输出设备，用户用键盘操作的情况、程序的运行状况等 信息都可以显示在屏幕上，显示器可以显示文本和图形。
第1章 微型计算机概述
计算机组装与维护教程(第8版)
9．键盘和鼠标
键盘是微机的基本输入设备，键盘主要用于向计算机键入文本。鼠标是一个指向 并选择计算机屏幕上项目的小型设备。
第1章 微型计算机概述
计算机组装与维护教程(第8版)
10．打印机
打印机是微机系统中常用的输出设备之一，打印机在微机系统中是可选件，利用 打印机可以打印出各种资料、文书、图形及图像等。
谢谢！
1．CPU（Central Processing Unit，中央处理器） CPU是微机的“大脑”，由运算器和控制器组成。
第1章 微型计算机概述
2．内存 内存储器由半导体大规模集成电路芯片组成。
计算机组装与维护教程(第8版)
第1章 微型计算机概述
计算机组装与维护教程(第8版)
3．主板
主板是一块多层印制电路板。主板上有CPU、内存条、扩展槽、键盘、鼠标接口以 及一些外部设备的接口和控制开关等。
教育部“十一五”国家规划教材 教育部“十二五”职业教育国家规划教材 北京市教育委员会“北京市高等教育精品教材” 获全国优秀畅销书奖 国内销量最多的、最受欢迎的组装与维修类书
第1章 微型计算机和单片机基础
机器数通常有原码、反码和补码三种形式 3.1 原码 最高位为符号位,其余为数值位(数的绝对值)
例：【+38】原=00100110B 【－6】原=10000110B 0的原码有两种形式：00000000B和10000000B 8位微机中原码表示数的范围为-127～+127
3 计算机中的编码 3.1 ASCII码 是美国信息交换标准代码的简称。 通常由7位二进制代码组成，可为128个字符编码
3.2 BCD码 是一种具有十进制位权的二进制编码，也就是用二进 制编码表示的十进制数。 将一个十进制数的每一位用等值的四位二进制数表示， 即得到该十进制数的BCD码。 例：十进制数76的BCD码为01110110B即76H 而它的等值二进制数为：01001100B即4CH 【45D】BCD =01000101B
1 B E 3 9 4 1101111100011.10010100B=1BE3.94H
1.2 十六进制数转换成二进制数 把十六进制数的每位分别用四位二进制数码表示，然 后把它们连成一体。
二、微型计算机码制和编码
1、无符号数和有符号数 无符号数：没有符号位的数。 01010101代表64+16+4+1=85 10101010代表128+32+8+2=170 有符号数：有符号位的数：一般最高位为符号位，负数的符 号位为“1”，正数的符号位为“0”。 01010101代表64+16+4+1=+85 10101010代表32+8+2=-42
2 机器数和真值 机器数：机器能识别的数（二进制 ） 为表示符号数，通常规定数的最高位为符号 位。符号位通常用“0”表示正，用“1”表示负。 连同符号位一起作为能被计算机识别的一个 数称为机器数，而它所代表的真实值称为机器数 的真值。 例：01001100B为机器数，真值为+76 （机器数和真值的差别：机器数的正负号用0或1 表示，然后加数的绝对值；真值的正负号用“+” 或“-”加数的绝对值））
例：【+38】原=00100110B 【－6】原=10000110B 0的原码有两种形式：00000000B和10000000B 8位微机中原码表示数的范围为-127～+127
3 计算机中的编码 3.1 ASCII码 是美国信息交换标准代码的简称。 通常由7位二进制代码组成，可为128个字符编码
3.2 BCD码 是一种具有十进制位权的二进制编码，也就是用二进 制编码表示的十进制数。 将一个十进制数的每一位用等值的四位二进制数表示， 即得到该十进制数的BCD码。 例：十进制数76的BCD码为01110110B即76H 而它的等值二进制数为：01001100B即4CH 【45D】BCD =01000101B
1 B E 3 9 4 1101111100011.10010100B=1BE3.94H
1.2 十六进制数转换成二进制数 把十六进制数的每位分别用四位二进制数码表示，然 后把它们连成一体。
二、微型计算机码制和编码
1、无符号数和有符号数 无符号数：没有符号位的数。 01010101代表64+16+4+1=85 10101010代表128+32+8+2=170 有符号数：有符号位的数：一般最高位为符号位，负数的符 号位为“1”，正数的符号位为“0”。 01010101代表64+16+4+1=+85 10101010代表32+8+2=-42
2 机器数和真值 机器数：机器能识别的数（二进制 ） 为表示符号数，通常规定数的最高位为符号 位。符号位通常用“0”表示正，用“1”表示负。 连同符号位一起作为能被计算机识别的一个 数称为机器数，而它所代表的真实值称为机器数 的真值。 例：01001100B为机器数，真值为+76 （机器数和真值的差别：机器数的正负号用0或1 表示，然后加数的绝对值；真值的正负号用“+” 或“-”加数的绝对值））
第一讲 微型计算机基础知识
微型计算机系统
微处理器
微型计算机
区别
运算器
控制器
寄存器组 内存储器 输入输出 接口电路 外部设备 总线 软件
通常我们所说的微型计算机是指主板上哪些看得见摸得着的 物理实体：微处理器、内存储器、I/O接口电路以及连接这些 部件的系统总线。 主板简介：
主板中的各种接口：
2、软件：无物理形态的各种程序的集合。 监控程序（Monitor） 操作系统（Operating System） 系统软件 编辑程序：EDIT，EDLINE，WS
计算机层次结构示意图
1.1.3 微型计算机的典型结构及工作原理 1、微机硬件系统的连接 存储器 存储器 数据总线DB
总线
CPU 内总线 接口电路 外总线 时钟 外围设备 外围设备 接口电路 并行口 串行口
地址总线AB
控制总线CB
地址总线的宽度反映了CPU的寻址空间的范围。 数据总线的宽度反映了CPU处理数据的能力。 控制总线产生数据传送控制信号。如：读/写信号,访问请求信号。
例：X =+67=+1000011B [X ] =01000011B 1 1 原 X1= - 67=-100001lB [X1]原=11000011B 性质： 0的表示不唯一。 (-0)原=10000000B= (+0)原=00000000B 。 与真值转换方便。 运算时符号位要单独处理。 数值范围： +（2n –1-1）≤[X]原≤-（2n-1-1） 。 如n = 8，原码范围01111111～11111111，数值范围为+127～-127 2.反码： 正数的反码就是它的原码，负数的反码就是它的原码 除符号位外各位取反。 [X］反= 或： [X］反= 0 Xn-2Xn-3Xn-4…X1 X0 (X≥0) 1 Xn-2Xn-3Xn-4…X1 X0 (X≤0)
微处理器
微型计算机
区别
运算器
控制器
寄存器组 内存储器 输入输出 接口电路 外部设备 总线 软件
通常我们所说的微型计算机是指主板上哪些看得见摸得着的 物理实体：微处理器、内存储器、I/O接口电路以及连接这些 部件的系统总线。 主板简介：
主板中的各种接口：
2、软件：无物理形态的各种程序的集合。 监控程序（Monitor） 操作系统（Operating System） 系统软件 编辑程序：EDIT，EDLINE，WS
计算机层次结构示意图
1.1.3 微型计算机的典型结构及工作原理 1、微机硬件系统的连接 存储器 存储器 数据总线DB
总线
CPU 内总线 接口电路 外总线 时钟 外围设备 外围设备 接口电路 并行口 串行口
地址总线AB
控制总线CB
地址总线的宽度反映了CPU的寻址空间的范围。 数据总线的宽度反映了CPU处理数据的能力。 控制总线产生数据传送控制信号。如：读/写信号,访问请求信号。
例：X =+67=+1000011B [X ] =01000011B 1 1 原 X1= - 67=-100001lB [X1]原=11000011B 性质： 0的表示不唯一。 (-0)原=10000000B= (+0)原=00000000B 。 与真值转换方便。 运算时符号位要单独处理。 数值范围： +（2n –1-1）≤[X]原≤-（2n-1-1） 。 如n = 8，原码范围01111111～11111111，数值范围为+127～-127 2.反码： 正数的反码就是它的原码，负数的反码就是它的原码 除符号位外各位取反。 [X］反= 或： [X］反= 0 Xn-2Xn-3Xn-4…X1 X0 (X≥0) 1 Xn-2Xn-3Xn-4…X1 X0 (X≤0)
微机原理1-1概述
指令译码器ID（Instruction Decoder）
2 时序部件 由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微 操作控制部件所需的定时脉冲信号。
3 微操作控制部件 为指令译码器ID的输出信号配上节拍 电位和节拍脉冲，也可和外部进来的控制信号组合，共同 形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。
•寄存器组
控制器
指令 驱动
输入设备
运算器
输出设备
指令流
存储器
控制命令 数据流
冯．诺依曼结构的特点
由运算器、控制器、存储器、输入设备和 输出设备五大部分通过总线组成； 数据和程序以二进制代码形式不加区别地 存放在存储器中，存放位置由地址指定， 地址码也为二进制形式； 控制器是根据存放在存储器中的指令序列 即程序来工作的，并由一个程序计数器 （即指令地址计数器）控制指令的执行。 控制器具有判断能力，能根据计算结果选 择不同的动作流程。
代表机型是：ENIAC，是美国1946年出 现的第一台计算机，使用了18000各电 子管，占地面积达150平方米，重30吨， 耗电量150千瓦，价值40万美元，主存 储器容量17K位，字长12位，加法运算 速度位5000次/秒。
第二代：1957-1964年
特点是：逻辑元件采用晶体管；主存采用磁 芯存储器，外存开始使用磁盘；软件方面习 惯使用高级程序设计语言FORTRAN、 ALGOL、COBOL、PL/1等，还提出了操作系 统。这一代计算机在各种事务处理方面获得 了广泛的应用，并开始用于过程控制。速度 10万~几十万。
ROM
ROM中的信息只能被CPU随机读取，而不 能由CPU任意随机写入。机器断电后，信息 并不丢失，显然ROM应属于非易失性存储器。 所以，这种存储器主要用来存放各种程序， 如汇编程序、各种高级语言解释或编译程序、 监控程序、基本I/O程序等标准子程序，也 用来存放各种常用数据和表格等。ROM中的 内容一般是由生产厂家或用户使用专用设备 写入固化的。
《微机原理》教学课件 第1章 计算机系统概述
0.09μm / 315万
执行速度 (MIPS)
0.06 0.75
1. 5
112
时钟频率 (MHz)
代表产品
<1
MCS-4,MCS-8 4004，8008
<4
Intel8080,8085 M6800,Z80
4~10
Intel8086,80286 M68000,Z8000
16~3G
Intel8386,80486 Pentium ,Ⅱ, Ⅲ，4
（3）知识库管理功能。要求能完成知识获取、检 索和更新等功能。
第一章 计算机系统概论
1.1.2 微型计算机的发展
微型计算机指采用超大规模集成电路，形成体积 小、重量轻、功能强、耗电少的计算机系统。
电子计算机技术 微型计算机
超大规模集成电路工艺技术
结 晶
微型机的发展是以微处理器的发展为表征的，以 微处理器为中心的微型机是电子计算机的第四代产 品。微处理器自1971年诞生以来，发展迅猛，每 2～3年就更换一代。
第一章 计算机系统概论
第五代计算机设想：
1981年日本提出实现智能计算机，但没有取得预 期的结果。美国也有多家公司推出智能计算机。一 般要求智能计算机具有下列功能：
（1）智能接口功能。能自动识别自然语言、图形、 图象。即有语音识别、视觉、感知、理解功能。
（2）解题推理功能。根据自身存储的知识进行推 理，具有问题求解和学习的功能。
第一章 计算机系统概论
2. 电子数字计算机的发展的四个阶段
时间
46－5 8
器件
电子管
58－6 4
晶体管
64－7 1
集成电路
71－今
大规模集 成电路