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微机原理及应用 主讲人： 赵宏伟 教授 总学时： 64 吉林大学计算机科学与技术学院 第1章 绪论 1.1 概述 计算机诞生背景：第二次世界大战 计算机诞生时间：1946年2月15日 第一台计算机的名字： ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer （电子数字积分计算机 ） ENIAC描述 18000多个电子管 1500个继电器 10000只电容和7000个电阻 重量30吨 占地面积170平方米 耗电150千瓦 运算速度每秒5万次 当时价值48万美元 按性能、价格、体积的不同 计算机分为六大类： 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 单片机 计算机发展年代划分依据 第一台电子计算机的诞生揭开了现代计算机发展历史的序幕。半个多世纪以来，计算机技术以“万马奔腾”之势，一日千里，迅猛发展 计算机发展的年代划分依据其硬件特征和软件特征： 硬件特征是指电子计算机采用的物理器件 软件特征是指计算机使用的软件环境 计算机已发展了四代 计算机的发展已更新了四代 ： 第一代: 电子管计算机时代 第二代: 晶体管计算机时代 第三代: 集成电路计算机时代 第四代: 大规模集成电路计算机时代 计算机走向新时代 计算机的发展方向 ： 第五代: “非冯.诺伊曼”计算机时代 第六代: 神经计算机时代 光计算机时代 生物计算机时代 微型计算机诞生 微型计算机诞生于20世纪 70年代 微型计算机特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富 微型计算机的核心是微处理器（CPU） 每出现一个新的微处理器，就会产生新一代的微型计算机 微型计算机发展大致分为五代 第一代：4位机发展和8位机萌芽阶段 从1971年到1973年 代表产品：Intel 4004和MCS-4微型机 Intel 8008和MCS-8微型机 字长：4位或8位 特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格低廉 应用：面向家电、计算器和二次仪表 微型计算机发展大致分为五代 第二代：８位机发展阶段 从1973年到1977年 代表产品： Intel 8080/8085、MC 6800、 Z 80、R 6502 字长：8位 特点：指令系统比较完善，运算速度提高一个数量级，寻址能力有所增强 应用：面向家电、智能仪表、工业控制 微型计算机发展大致分为五代 第三代：16位机发展阶段 从1978年到1985年 代表产品：Intel 8086/8088、80186、 80286，MC 68000、Z 8000 字长：16位 特点：指令系统丰富，采用多级中断，多种寻址方式，段式存储结构，配有功能强大的系统软件 应用：工业控制 微型计算机发展大致分为五代 第四代：32位机发展阶段 从1985年到1992年 代表产品：Intel 80386 、80486 字长：32位 特点：内存容量已达1MB以上，硬盘技术不断提高，发展了32位的总线结构，各种品牌机涌向市场，如COMPAQ、DELL等，这些微型机在性能上已赶上传统的超级小型机，可执行多任务、多用户操作。 应用：办公自动化、网络环境 微型计算机发展大致分为五代 第五代：64位机产生及发展阶段 从1992年到现在 代表产品：Intel Pentium、Itanium 字长：64位 特点：外部数据线64位字长，32位以上地址总线，增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用。 应用：办公自动化、网络服务器 微型计算机发展趋势 1．中央处理器 更小的布线宽度和更多的晶体管 。目前，大部分CPU都已经采用了0.18微米技术，减小布线宽度是提升CPU速度的关键。几年之内，0.13微米技术、甚至0.07微米技术将可以普遍应用于CPU，届时CPU主频将达到5GHz，晶体管数量达到2亿个 64位CPU成为主流 更高的总线速度 ，有希望达到1GHz 微型计算机发展趋势 2．系统存储器 CPU集成更大的高速二级缓存 内存容量更大，速度更快 硬盘容量也更大，速度更快 DVD-RAM普及 微型计算机发展趋势 3．多媒体系统 显卡的性能更高 图形技术进一步发展 大尺寸显示器成为主流 数字式音箱占领市场 微型计算机发展趋势 4．网络 利用有线电视线路的Cable Modem或利用电话线路的ADSL将会完全替代现在的56K Modem，成为主要的接入方式，将得到近8M的下行带宽 5．整机 更加趋于个性化。利用红外无线技术将减少机箱背后的连线，使主机与外设进行无线通信 Intel主要CPU芯片 1.2 计算机中的数制 计数制：一种计数的方法，用不同的代码来表示任意数 计算机使用二进制数（B） 为方便二进制数的记忆，使用十六进制数（H） 为与人们良好沟通，使用十进制数（D） 十进制数的特点 1. 代码个数：具有10个不同的代码，分别是 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 2. 进位规则：逢10进1 3. 权：以10为底的幂 “权”是一种位置系数 二进制数的特点 1. 代码个数：只有2个不同的代码，分别是 0和1 2. 进位规则：逢2进1 3. 权：以2为底的幂 十六进制数的特点 1. 代码个数：具有2个不同的代码，分别是 0，1，…，9，A，B，C，D，E，F 2. 进位规则：逢16进1 3. 权：以16为底的幂 十进制、二进制、十六进制的对应关系 1.3 无符号二进制数的算术运算和逻辑运算 算术运算： 加法： 0＋0=0 0＋1=1 1＋0=1 1＋1=0 减法： 0－0=0 0－1=1 1－0=1 1－1=0 乘法： 0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1 除法： 乘法的逆运算，可以用减法和右移运算实现 1.3 无符号二进制数的算术运算和逻辑运算 无符号二进制数值范围： 一个n位的无符号二进制数X，其数值范围为： 0≤X≤2n-1 例如，n＝8，则X=28 –1=255 溢出：最高有效位产生进位 1.3 无符号二进制数的算术运算和逻辑运算 逻辑运算： “与”： 0∧0=0 0∧1=0 1∧0=0 1∧1=1 “或”： 0∨0=0 0∨1=1 1∨0=1 1∨1=1 “非”： 1=0 0=1 “异或”： 1.4 带符号二进制数的表示及运算 一个带符号的数在机器中的表示形式称为机器数，其数值称为真值 机器数有三种表示法：原码、反码和补码 计算机中带符号的数用补码表示 一、原码 正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，绝对值的编码与无符号数编码规则相同 例如， X＝＋1010011 [X]原 X＝－1010011 [X]原一、原码 对于8位二进制原码： 1．0有两种表示形式 [＋0]原正零 [－0]原负零 2．所能表示的数值范围是 一127～＋127 [＋127]原 [－127]原原码表示简单易懂，易于形成。但是，两个异号数相加或两个同号数相减，就要做减法操作 二、反码 正数的反码表示与原码相同，最高位为符号位，用“0”表示正，其余位为数值位 例如， [＋4]反 负数的反码，表示为该数对应的正数按位取反（包括符号位） 例如， [＋4]反 [－4]反二、反码 对于8位二进制反码： 1．0有两种表示形式 [＋0]反正零 [－0]反负零 2．所能表示的数值范围是 一127～＋127 [＋127]反 [－127]反 三、补码 正数的补码表示与原码相同，即最高位为符号位，用“0”表示正，其余位为数值位 例如 ， [＋4]补 负数的补码等于其相应的反码加1（在最低位加1） 例如， [- 4]补＝[- 4]反＋1 1 ＝1111 1100 三、补码 对于8位二进制补码： 1. 0的表示是唯一的： [＋0]补＝[－0]补 2. 所能表示的数值范围是 一128～＋127 [＋127]补 [－128]补 二进制数、原码、补码关系 1.5 二进制编码 一、二进制编码的十进制数（BCD编码） 用二进制编码表示的十进制数称为二-十进制码，简称BCD码 (Binary Coded Decimal) BCD码是十进制数，但用二进制数来表示 BCD码有多种表示方法，最常用的是8421 BCD码 8421 BCD码每一位用四位二进制数表示 8421 BCD 码的编码方案 1.5 二进制编码 二、ASCII字符编码 计算机既要处理数值数据，还要处理字母、数字和符号（简称字符），而计算机内部只能识别二进制代码，所以必须将字符进行编码 目前微型计算机普遍采用的是美国国家信息交换标准字符码-ASCII码（American Standard Code for Information Interchange） ASCII字符编码 ASCII码采用7位二进制代码对字符编码，故可表示128个字符，包括控制符号、阿拉伯数字、英文大小写字母及专用符号。如0～9的ASCII码为30H～39H，英文大写字母A～Z的ASCII码为41H～5AH 一个字节为8位，在用一个字节表示一个ASCII码时，通常认为最高位为0。有时根据需要也用最高位作为奇偶校验位。 ASCII 码字符表（7位码） 1.6 常用术语解释（1） 位（bit）：计算机处理的最小数据单位，只能为“0”或“1”，缩写b 千位（Kilobit）：代表210位，即1024位，缩写Kb 兆位（Megabit）：代表220位，即1024×1024位，缩写Mb 千兆位（Gigabit）：代表230位，即1024 Mb ，缩写Gb 兆兆位（Terabit）：代表240位，即1024 Gb ，缩写Tb 1.6 常用术语解释（2） 字节（byte）：计算机中存储器容量的基本单位，一个字节由8位二进制数据组成，byte通常缩写B，同样有KB、MB、GB、TB 字（Word）：不同的场合有不同的含义，软件上通常指2个字节，硬件上一般指处理器外部数据总线的宽度 字长：计算机运算部件直接能处理的二进制数据的位数。字长愈长，计算机的处理能力愈强，运算精度愈高，指令功能愈强，可寻址的存储空间也愈大 主频：主时钟的频率，主频愈高，微型计算机的速度愈快 第1章 结束 请同学们按教材后的习题 及时复习 电子板 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 吉林大学远程教育课件 学 时：64 (第三讲) 微机原理及应用 主讲人 : 赵宏伟 1.5 1.5 1.5 1.6 * * 吉林大学远程教育课件 学 时：64 (第一讲) 微机原理及应用 主讲人 : 赵宏伟 吉林大学远程教育学院 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 吉林大学远程教育课件 学 时：64 (第二讲) 微机原理及应用 主讲人 : 赵宏伟 1.2 1.2 1.2 1.2 1.4 *