1、计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第1页硬件技术是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言硬件技术是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程：程序设计的入门课程：F 微型计算机的基本工作原理微型计算机的基本工作原理F 汇编语言程序设计汇编语言程序设计F 微型计算机接口技术微型计算机接口技术目的：建立微型计算机系统的整体概念，形成微目的：建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力。机系统软硬件开发的初步能力。课程目标课程目标计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第2页第第1 1章章 微型计算机基础知识微型计算机基础知识第第2 2章章
2、微处理器结构和总线操作时序微处理器结构和总线操作时序第第3 3章章 80868086指令系统指令系统第第4 4章章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计第第5 5章章 半导体存储器半导体存储器第第6 6章章 输入输入/输出接口技术输出接口技术第第7 7章章 中断中断第第8 8章章 常用输入输出接口常用输入输出接口课程内容课程内容计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第3页复习并掌握先修课的有关内容复习并掌握先修课的有关内容课前：课前：预习内容，记下问题与难点预习内容，记下问题与难点课堂：课堂：听讲与理解、适当笔记听讲与理解、适当笔记课后：课后：认真读书、完成作业认真读书、完成作业
3、实验：实验：充分准备、勇于实践充分准备、勇于实践总成绩总成绩考试成绩实验成绩平时成绩考试成绩实验成绩平时成绩学习方法学习方法计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第4页参考书目参考书目微型计算机技术及其应用微型计算机技术及其应用（第二版）（第二版）戴梅萼主编戴梅萼主编 清华大学出版社清华大学出版社1微机原理及其应用微机原理及其应用 丁新民主编丁新民主编 高等教育出版社高等教育出版社23全国计算机等级考试三级教程全国计算机等级考试三级教程 PC PC技术技术 高等教育出版社高等教育出版社Intel Intel 微处理器微处理器（第七版）（第七版）Barry B.Brey Bar
4、ry B.Brey 机械工业出版社机械工业出版社4计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第5页第一章第一章 微型计算机基础知识微型计算机基础知识微机的发展概况微机的发展概况微机结构及工作原理微机结构及工作原理计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码教学内容教学内容 计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第6页第一章第一章 微型计算机基础知识微型计算机基础知识教学目标教学目标 1、计算机系统的组成和特点。、计算机系统的组成和特点。2、冯诺依曼型计算机的体系结构、模块功能和工作原理。、冯诺依曼型计算机的体系结构、模块功能和工作原理。3、微处理器、微型计算机和微型
5、计算机系统的概念。、微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念。4、数制及其转换，有符号数的表示及运算。、数制及其转换，有符号数的表示及运算。计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第7页 计算机：计算机：第一代第一代 电子管电子管 第二代第二代 晶体管晶体管 第三代第三代 集成电路集成电路 第四代第四代 大规模、超大规模集成电路大规模、超大规模集成电路1.1 微型计算机的发展和应用微型计算机的发展和应用计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第8页1.1.1计算机发展概况计算机发展概况即电子数值积分计算机即电子数值积分计算机计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础
6、2024年3月20日第9页 1954美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路计算机线路计算机TRADIC。图为。图为1959年生产年生产IBM7090型全型全晶体管电子计算机（第二代）。晶体管电子计算机（第二代）。1.1.1计算机发展概况计算机发展概况计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第10页 1964年美国第一个采用集成电路，通用计算机系统年美国第一个采用集成电路，通用计算机系统IBM360系统研制成功（第三代）。系统研制成功（第三代）。1.1.1计算机发展概况计算机发展概况计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日
7、第11页 1970 1970年以来出现大规模集成电路（第四代）。年以来出现大规模集成电路（第四代）。19831983年中国研制成功巨型年中国研制成功巨型“银河银河”电子计算机，运算速度每电子计算机，运算速度每秒为秒为1 1亿次。亿次。1.1.1计算机发展概况计算机发展概况计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第12页 作为第四代计算机的重要分支，微型计算机诞生于作为第四代计算机的重要分支，微型计算机诞生于70年年代初，以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成代初，以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以集成了计算机主要部件了计算机主要部件控制器和运算器的微处理器为核心控制
8、器和运算器的微处理器为核心所构造出的计算机系统。其核心器件所构造出的计算机系统。其核心器件CPU集成在一片芯片集成在一片芯片上，称之为微处理器上，称之为微处理器MPU(Microprocessor)。1.1.2 微型计算机计算机计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础131、CPU的芯路历程的芯路历程13计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础14v 1971年11月，世界上第一款CPU Intel4004问世！工作时钟频率是108KHz，包含2300个晶体管，用10m工艺加工。每次传输的数据是4位，可寻址的存储器只有640字节。1 1）、悄悄诞生）、悄悄诞生 震撼世界震撼世界特德霍夫（Ted Hof
9、f）14计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础15v1972年4月，Intel发布了8008处理器,工作时钟频率为200KHz。8位的数据总线，可对16KB的存储器进行寻址，性能是4004的2倍。v1974年4月，8080发布。时钟频率为2MHz，包含有6000个晶体管，采用6m工艺制造，8080有8位数据总线，可寻址64KB存储器，具有10倍于8008的性能。8008808015Altair 8800计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础1619831983年年1 1月月3 3日出版的日出版的时代时代周刊周刊破天荒地将破天荒地将PCPC列为列为“年度风云人物年度风云人物”，时代周时代周刊刊写道：
10、写道：“有时候，在一有时候，在一年中最有影响力的不是一个年中最有影响力的不是一个人而是一个过程，而且整个人而是一个过程，而且整个社会都普遍认定，这一过程社会都普遍认定，这一过程将改变所有其它的进程。将改变所有其它的进程。”2 2、80X8680X86时代时代计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础17172 2）、）、80X8680X86时代时代计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础18v1978年英特尔公司生产的8086是第一个16位的微处理器。8MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29,000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB，指令扩充到2万多条。v1981年，美国IBM公司将808
11、8芯片用于其研制的PC机中，从而开创了全新的微机时代。2 2）、）、80X8680X86时代时代v 1982年，Intel80286的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为16MB。工作方式有实模式和保护模式，是英特尔的首个具有完全兼容性的处理器。IBM PC ATIBM 515018计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础1919 Intel 8088 CPU 128Kb RAM 3.5 360kb 或者或者 720kb 软驱软驱 5MB 硬盘硬盘 计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础20v 1985年，32位核心的80386。首个80386内
12、含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz。内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址高达4GB内存。它除具有实模式和保护模式外，还增加了虚拟模式。v 三个技术要点：使用“类286”结构，开发80387微处理器增强浮点运算能力，开发高速缓存解决内存速度瓶颈。v 386处理器是第一款具有“多任务”功能的处理器。所谓所谓“多任务多任务”就是说它可以同时处就是说它可以同时处理多个程序的指令，这对微软的操作理多个程序的指令，这对微软的操作系统发展有着重要的影响。系统发展有着重要的影响。Deskpro 38620计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础21v 1989年，英特尔推出8048
13、6芯片。将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。内含120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。v 在80X86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。v 用户进入“选中并点击”（point-and-click)的计算时代。21计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础22v 1993年，Intel Pentium 的内部含有的晶体管数量高达310万个，时钟频率由最初推出的60MHZ和66MHZ，
14、后提高到200MHZ。所有的奔腾 CPU里面都已经内置了16K的一级缓存，这样使它的处理性能更加强大。v具有超标量体系结构；分支预测技术。3 3）、奔腾年代）、奔腾年代22静态转移预测策略，不取决于条件转移静态转移预测策略，不取决于条件转移指令的过去执行历史，如预测绝不发生、指令的过去执行历史，如预测绝不发生、预测总是发生、依操作码预测。预测总是发生、依操作码预测。计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础23v1996年，奔腾 Pro。Pentimu Pro的内部含有高达550万个的晶体管，内部时钟频率为133MHZ，处理速度几乎是100MHZ奔腾的2倍，具有了256KB二级缓存。n Pentim
15、u Pro具有一项称为“动态执行”的创新技术。v1996年底，奔腾 MMX（多能奔腾）。采用MMX技术去增强性能，还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB（16K指令+16K数据）。n MMX技术“多媒体扩展指令集”23动态转移预测策略，试图通过记录条件动态转移预测策略，试图通过记录条件转移指令在程序中的历史来改善预测的转移指令在程序中的历史来改善预测的准确度。准确度。转移历史表转移历史表计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础24v 1997年5月，奔腾 出现。0.28微米工艺，内部集成了750万个晶体管，并整合了MMX指令集技术，可以更快更流畅的播放影音Video，Audio以
16、及图像等多媒体数据。v 配备了可重命名的段寄存器，可以猜测的执行写操作寄存器重命名（Register Renaming）v 多媒体及互联网方面的应用24多个指令为使用同一寄存器位置而竞多个指令为使用同一寄存器位置而竞争，产生了妨碍性能的流水限制。争，产生了妨碍性能的流水限制。（寄存器存储冲突）（寄存器存储冲突）计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础25v 1999年，Celeron（赛扬）处理器。简单的说，Celeron与Pentium II并没有本质上的不同，因为它们的内核是一样的，最大的区别在于高速缓存上。既有合理的效能，又有相对低廉的售价，这样的策略一直延续到今天。v 1998年英特尔发布
17、了Pentium II Xeon（至强）处理器，面向中高端企业级服务器、工作站市场。25计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础26v1999年春季，英特尔推出了奔腾处理器，使用0.25微米技术，它带来的最重要的技术创新之一是互联网SSE指令集（Streaming SIMD Extensions，数据流、单指令多数据、扩展指令集）P III（旧）新封装 P III26计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础27v2000-2002年：Pentium 4处理器 最初的Pentium 4处理器集成了4200万个晶体管，到了改进版的Pentium 4（Northwood）更是集成了5千5百万个晶体管；并且开
18、始采用0.18微米进行制造。v Pentium 4提供SSE2指令集。27计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础28高主频高主频=高速度高速度=高性能？高性能？4 4）、多核时代来临）、多核时代来临频率、性能频率、性能功耗、热量功耗、热量28计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础29v 2005，Intel Pentium D 处理器正式揭开了x86处理器多核心时代。v Pentium D 处理器是用于台式机的双内核处理器，架构了90纳米技术。它在一个物理处理器内包含两个完整的执行内核，这2个内核以相同的频率运行。2个内核共享相同的封装和芯片组/内存接口。294 4）、多核时代来临）、多核时代来临
19、计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础30v 2006年，Intel Core 及Core2 Duo处理器 首款 Core 2 Duo处理器拥有1.67亿个晶体管，基于的是65nm工艺，拥有4M L2缓存，前端总线频率为1,066MHz。E6700 2.6GHz型号比先前推出之最强的Intel Pentium D 960(3.6GHz)处理器，在性能方面提升了40%，省电效率也增加40%v 2008年，Core i7处理器推出，通过QuickPath互连技术可以让CPU能够更快速的与系统其它部分进行互连。304 4）、多核时代来临）、多核时代来临计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础31v 201
20、0年1月8日，英特尔公司发布了第二代酷睿i7、i5、i3处理器。这是英特尔的首批32纳米处理器。部分处理器直接集成显卡。314 4）、多核时代来临）、多核时代来临计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第32页Apple微型计算机Apple-IApple-II计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第33页IBM PC 系列微型计算机8088CPUIBM PC机机计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础表表1 80 x86系列微处理器概况系列微处理器概况 计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础表表1续续 80 x86系列微处理器概况系列微处理器概况 型 号发布年份字长
21、/位集成度/(万/片)主频/MHz内数据总线宽度/位外数据总线宽度/位地址总线宽度/位寻址空间高速缓冲存储器(Cache)Pentium(586)199332310330601663264324 GB8 KB数据8 KB指令Pentium 19973275023333332643664 GB32 KB和512 KB二级高速缓存Pentium19993295045032643664 GB32 KB一级缓存和512 KB二级缓存Pentium 42000324200150032643664 GB32 KB一级缓存和512 KB二级缓存Pentium 4 6XX2005643000380064643
22、664 GB32 KB一级缓存和1/2 MB二级缓存Pentium D(双核)2005642660360064643664 GB32 KB一级缓存和2/4 MB二级缓存Core 2 Duo2006642.9亿64643664GB计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第36页Intel 微处理器芯片80386PentiumPentium 4英特尔酷睿2双核处理器计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2、特点与分类特点与分类 1）、特点体积小、重量轻、功耗低速度快、功能强成本低、价格便宜品种多、适应性强2）、分类按字长分：4位、8位、16位、32位、64位。按形态分：单片机、单板机
23、、PC机、笔记本电脑计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第38页1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理1.2.1 微机的基本结构微机的基本结构 1945年冯诺依曼起草了“关于EDVAC的报告草案”，EDVAC(Electronic Discrete variable Automatic Computer)即离散变量自动电子计算机。具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。EDVAC方案明确计算机由运算器、逻辑运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备控制装置、存储器、输入和输出设备五个部分组成，并描述了这五部分的职能和相互关系。EDVAC报告中体现了两大设计思想
24、：一是采用二进制，他根据电子元件双稳工作的特点，建议在电子计算机中采用二进制。二是采用“存储程序”方法，即程序与数据一起放在存储器中，由机器依次一条条执行。依次思想设计制造的计算机称为“诺依曼机”计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第39页运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器指令流控制命令数据流冯诺依曼结构指令指令驱动驱动计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第40页1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理冯冯诺依曼结构计算机工作原理核心是：诺依曼结构计算机工作原理核心是：（1）计算机的任务由事先编好的程序完成。）计算机
25、的任务由事先编好的程序完成。（2）计算机的程序被事先输入的存储器中，程序运算的）计算机的程序被事先输入的存储器中，程序运算的结果也存放在存储器中。结果也存放在存储器中。（3）计算机能连续自动的完成程序运行）计算机能连续自动的完成程序运行.（4）程序运行所需的信息和结果可以通过输入、输出设）程序运行所需的信息和结果可以通过输入、输出设备完成。备完成。（5）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。出设备组成。“存储程序存储程序”和和“程序控制程序控制”计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第41页1.2.2 微机的总线
26、结构和工作原理微机的总线结构和工作原理 由于半导体集成电路的发展，将运算器、控制器集成在一块集成电路中便是现在的微处理器，又称为中央处理单元CPU。微型计算机的基本结构是CPU、存储器、输入/输出接口采用总线结构联系起来。而输入、输出设备通过接口与计算机相连接。1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第42页AB:Address Bus，DB:Data Bus，CB:Control Bus存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线地址总线 ABAB输出设备CPU数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线 CBCBI/O接口1.2.2
27、微机的总线结构和工作原理微机的总线结构和工作原理 1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第43页v 地址总线地址总线AB 输出将要访问的内存单元或输出将要访问的内存单元或I/O端口的地址端口的地址 地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围地址线的多少决定了系统直接寻址存储器的范围v 数据总线数据总线DB CPU读操作时，外部数据通过数据总线送往读操作时，外部数据通过数据总线送往CPU CPU写操作时，写操作时，CPU数据通过数据总线送往外部数据通过数据总线送往外部 数据线的多少决定了一次能够传送数据的位数数据线的多少决定了一次能够
28、传送数据的位数v 控制总线控制总线CB 协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态、协调系统中各部件的操作，有输出控制、输入状态、握手联络等信号握手联络等信号 控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等性等总线信号1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第44页1.2.2 微机的总线结构和工作原理微机的总线结构和工作原理 1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理按照总线在微机结构中所处的位置不同，可分为：按照总线在微机结构中所处的位置不同，可分为：（1）片内总线：芯片内部总线，连
29、接CPU内部寄存器，控制器，运算器的总线。（2）片级总线：又称内部总线，是计算机内CPU与各外围芯片之间连接的总线。如I2C（Inter-IC）总线、SPI（Serial Peripheral Interface）总线、SCI（Serial Communication Interface）总线。（3）系统总线：又称板级总线，微机中主板与各插件板之间的连接线。如ISA（Industrial Standard Architecture）总线、EISA（Extended ISA）总线、MCA（Micro Channel Architecture）总线、PCI（Peripheral Component
30、 Interconnecter）总线、AGP（Accelerated Graphics Port）总线等。（4）外部总线：又称通信总线，使系统之间或微机与其他电子设备之间的一组通信线路，用于设备一级的互联。如RS-232总线、USB（Universal Serial Bus）总线等。计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第45页 主机的硬件系统主机的硬件系统微处理器微处理器总线总线存储器存储器I/O接口接口计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第46页运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部
31、设备外部设备 软件软件微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第47页硬件基本组成 16位和位和32位位PC机的机的基本部件相同基本部件相同计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第48页IBM PC 主机板组成8088微处理器8087协处理器8288总线控制器I/O通道8259中断控制器随机存储器RAM只读存储器ROM8253定时控制器8237DMA控制器8255并行接口控制总线数据总线地址总线地址锁存器数据收发器扬声器接口8284时钟发生器键盘接口系统配置开关计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础
32、2024年3月20日第49页现代微机硬件系统组成CPU北桥北桥南桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端总线/CPU总线接口卡外设总线扩展槽北桥北桥南桥南桥计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第50页v CPU插座插座v 芯片组芯片组v 内存插槽内存插槽v 高速缓存（高速缓存（Cache）v CMOS存放硬件系统参数存放硬件系统参数v 系统系统BIOSv 总线扩展槽总线扩展槽v 串串/并行接口并行接口 主板计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第51页主板Intel
33、845GE华硕P5Q（Intel P45 芯片组）计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第52页地址寄存器AR累加器A加法器加法器数据寄存器DR指令寄存器IR指令译码器ID时序逻辑电路时序控制信号（控制命令）1011 00000000 01010000 01000000 10001111 0100内部总线存储器01234程序计数器PC地址地址总线+1地址译码器读写控制电路输出地址输出地址1011 0000锁存指令锁存指令锁存数据锁存数据置初值置初值输出指输出指令地址令地址锁存地址锁存地址读写命令读写命令指令译码指令译码锁存输出MOV A,5ADD A,8HLT1.2.3 微处
34、理器结构及工作原理微处理器结构及工作原理 计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第53页程序指令1指令2指令3指令4指令n 取指令指令译码取操作数执行指令存结果指令周期操作码 操作数执行程序的执行过程计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第54页1.2 微机结构及工作原理微机结构及工作原理微处理器微处理器存储器存储器I/OI/O接口接口总线总线 硬件系统硬件系统软件系统软件系统微微 型型计算机计算机系系 统统微微 型型计算机计算机(主机主机)外外 设设ALU寄存器寄存器控制器控制器键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描
35、仪打印机、扫描仪系统软件系统软件应用软件应用软件计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2024年3月20日第55页常用基本概念1.位（位（bit）：二进制数据单位。）：二进制数据单位。2.字（字（word）和字长：字是计算机内部一次可以处理的二进制数码的）和字长：字是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。一般为位数。一般为16位。位。3.存储器容量：存储二进制信息量的大小。以存储器容量：存储二进制信息量的大小。以字节字节B(Byte)为单位，为单位，更大的单位有：更大的单位有：KB=210B、MB=220B、GB=230B、TB=240B等等。4.MIPS：运算速度单位（：运算速度单位（Mi
36、llions of Instruction Per Second)，计算，计算机每秒执行百万条指令数。机每秒执行百万条指令数。5.指令、指令系统和程序：指令、指令系统和程序：指令（指令（Instruction）是计算机完成某种操是计算机完成某种操作的命令。作的命令。指令系统（指令系统（Instruction set）是计算机能够识别和处理的是计算机能够识别和处理的全部指令的集合。全部指令的集合。程序（程序（Program）是指用户为完成某种工作为计是指用户为完成某种工作为计算机编写的指令序列。算机编写的指令序列。计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础l 常用的数制及其转换常用的数制及其转换l B
37、CD BCD编码和编码和ASCIIASCII码码l 符号数的表示及运算符号数的表示及运算 l 补码及溢出的判别补码及溢出的判别l 浮点数的表示浮点数的表示1.2 计算机中的数制和编码计算机中的数制和编码计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础记数法（加权记数）记数法（加权记数）十进制十进制 二进制二进制 八进制八进制 十六进制十六进制 （D）（B）（O）（H）十进制记数法的特点：十进制记数法的特点：以以10为底，逢为底，逢10进进1 需需10个数字符号个数字符号0、1、9十六进制十六进制:09、A、B、C、D、E、F1.3.1 计算机中的数制计算机中的数制1、常用数制、常用数制计算机硬件技术基础计
38、算机硬件技术基础2、数制转换数制转换1）任意数制转换为十进制数）任意数制转换为十进制数方法：方法：将该进制数的每一位乘上它的权，然后累加即可。将该进制数的每一位乘上它的权，然后累加即可。N进制的进制的权就是以权就是以N为底的幂。如某为底的幂。如某N进制的数表示为：进制的数表示为：Xn-1Xn-2X1X0.Y1Y2Ym则转换为相应的十进制数为：则转换为相应的十进制数为：Xn-1 Nn-1+Xn-2 Nn-2 X1 N1+X0 N0+Y1 N-1+Y2 N-2+Ym N-m1.3.1 计算机中的数制计算机中的数制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础135.7D=1102+3101+5100+710
39、 11101.1B=123+122+021+120+121372.01O=382+781+280+08 1+18 2E5AD.BFH=14163+5162+10161+13160 +1116 1+1516 2 例：例：135.7D 1101.1B 372.01O E5AD.BFH1.3.1 计算机中的数制计算机中的数制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2）十进制数转换成二进制数）十进制数转换成二进制数（1）整数的转换）整数的转换 除除2 2取余取余 对十进制整数连续除以对十进制整数连续除以2，每次相除所得的余数，每次相除所得的余数 就就构成了要转换的二进制数，而每次所得的整数商继续被构成了要
40、转换的二进制数，而每次所得的整数商继续被2除，直到商为零为止。除，直到商为零为止。（2）小数的转换）小数的转换 乘乘2 2取整取整 将十进制小数连续乘将十进制小数连续乘2，每乘一次取出乘积的整数部，每乘一次取出乘积的整数部分上的分上的 0 或或 1，并将小数部分继续乘，并将小数部分继续乘2，直到相乘结果的，直到相乘结果的小数部分为零或达到一定的精度为止。小数部分为零或达到一定的精度为止。1.3.1 计算机中的数制计算机中的数制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2 44余数余数2 11 02 512 212 1001（44）D=101100B（125）D=1111101B02 2202 312
41、 125余数余数12 6212 1512 312 712 101计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础（0.8125）D=0.81252=1.625 10.6252=1.25 10.252=0.5 00.52=1.0 1(44.8125)D=101100.1101B 若一十进制数既有整数又有小数部分若一十进制数既有整数又有小数部分,则只需将则只需将两部分分别转换后两部分分别转换后,结合在一起即可。结合在一起即可。0.1101B计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础3）二进制数与八进制数、十六进制数间的转换）二进制数与八进制数、十六进制数间的转换 按按3位二进制数对应一位八进制数，位二进制数对应一位
42、八进制数，4位二进制数对应位二进制数对应一位十六进制数的关系转换。一位十六进制数的关系转换。以小数点为界，整数部分从右至左，小数部分从左至以小数点为界，整数部分从右至左，小数部分从左至右，右，3位或位或4位为一组，不足时补位为一组，不足时补0。10110.10111B010 110.101 110B26.56O10110.10111B0001 0110.1011 1000B16.D8H1.3.1 计算机中的数制计算机中的数制计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础1、BCD码（码（Binary-Coded Decimal）二进制编码表示的十进制数。二进制编码表示的十进制数。用用4位二进制编码来表示
43、一位十进制数。位二进制编码来表示一位十进制数。8421码码 每位十进制数用每位十进制数用4位等值的位等值的二进制数来表示，从左到右二进制数来表示，从左到右各位二进制数的权为各位二进制数的权为8421.1.3.2 信息的编码信息的编码计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 BCD码只利用了码只利用了4位二进制编码中对应位二进制编码中对应 09 的的10种组合，其余的种组合，其余的6种是不可用的。种是不可用的。十十 BCD 二二2 0010 00107 0111 011110 0001 0000 101014 0001 0100 111065 0110 0101 1000001注意二进制代码与二进制
44、数的区别！注意二进制代码与二进制数的区别！计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础BCD数的运算数的运算 计算机进行十进制运算时，由于十进制数用计算机进行十进制运算时，由于十进制数用BCD码表示，一般要分两码表示，一般要分两步进行：第一步，将步进行：第一步，将BCD码按二进制规则运算；第二步，根据结果确定码按二进制规则运算；第二步，根据结果确定是否进行调整。是否进行调整。调整规则：调整规则：1、运算结果、运算结果X9，不调整。，不调整。2、运算结果、运算结果10 X 15或产生进位，要调整。或产生进位，要调整。0011+）01011000结果结果X9，不调整，不调整 1000+）01011101+
45、）01101，0011结果结果10 X 15，要调整，要调整 1000+）10011，0001+）01101，0111结果产生进位，要调整结果产生进位，要调整计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 (1024)10=(0001 0000 0010 0100)BCD (0.1001 0010)BCD =(0.92)10 (1000 0100)BCD=(84)10=(10010010)B(01011100)B=(92)10=(1001 0010)BCD压缩压缩BCD码码 4位二进制码表示一位十进制位二进制码表示一位十进制非压缩非压缩BCD码码 8位二进制码表示一位十进制数位二进制码表示一位十进制数(
46、92)10=(00001001 00000010)BCD计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础2、ASCII码码 美国标准信息交换码美国标准信息交换码 ASCII(America Standard Code for Information Interchange)码通常由码通常由7位二进制编码表示，用以表示位二进制编码表示，用以表示128种种不同的字符或功能：不同的字符或功能：十进制数字十进制数字09；大写和小写的；大写和小写的26个英文字母；个英文字母；标点符标点符号；特殊符号；特殊控制功能字符。号；特殊符号；特殊控制功能字符。构成格式：构成格式：65432101.3.2 信息的编码信息的编码
47、计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础例：例：A 3位组为位组为(100)2，4位组为位组为(0001)2，ASCII码为码为 1000001B 或或 41H a 3位组为位组为(110)2，4位组为位组为(0001)2，ASCII码为码为 1100001B 或或 61H 在在7位位ASCII码的基础上附加上一位码的基础上附加上一位奇偶校奇偶校验位验位 放在最高位，就形成了放在最高位，就形成了8位位ASCII码。码。奇偶校验位奇偶校验位 主要用来检测数据传送过程中是主要用来检测数据传送过程中是否有一位出错。否有一位出错。计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 奇校验奇校验:包括校验位在内，所有为包
48、括校验位在内，所有为1的位数之和的位数之和为奇数。为奇数。偶校验偶校验:包括校验位在内，所有为包括校验位在内，所有为1的位数之的位数之和为偶数。和为偶数。例如：字符例如：字符a 3位组为位组为(110)2，4位组为位组为(0001)2，ASCII码为码为 1100001B 或或 61H。奇校验奇校验:01100001B偶校验偶校验:11100001B 1.3.2 信息的编码信息的编码计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础3、汉字编码、汉字编码 计算机输入、处理和输出的汉字由若干位二进制编码表示。计算机输入、处理和输出的汉字由若干位二进制编码表示。（1）输入码：出入汉字的编码，又称外码。如：区位码
49、、形码、音码）输入码：出入汉字的编码，又称外码。如：区位码、形码、音码等种类众多。等种类众多。（2）交换码：信息处理系统或通信系统间使用的汉字编码，又称国标）交换码：信息处理系统或通信系统间使用的汉字编码，又称国标码（信息交换用汉字编码字符集码（信息交换用汉字编码字符集基本集基本集GB2312-1980），用两个字节），用两个字节编码，收录汉字和图形符号编码，收录汉字和图形符号7445个。个。（3）机内码：汉字处理系统内部存储、处理汉字的编码，又称内码。）机内码：汉字处理系统内部存储、处理汉字的编码，又称内码。（4）输出码：输出汉字时采用的图形点阵方式，又称为字形码。）输出码：输出汉字时采用的
50、图形点阵方式，又称为字形码。1.3.2 信息的编码信息的编码4、UNICODE：（统一码，万国码）：（统一码，万国码）一种涵盖了世界上几十种文字的统一编码，用四个字节编码。一种涵盖了世界上几十种文字的统一编码，用四个字节编码。计算机硬件技术基础计算机硬件技术基础 数的符号在计算机中也用二进制数表示（数的符号在计算机中也用二进制数表示（0表表示正，示正，1表示负），通常用二进制数的最高位表表示负），通常用二进制数的最高位表示数的符号，称之为机器数。示数的符号，称之为机器数。三种表示方法：原码法、反码法、补码法三种表示方法：原码法、反码法、补码法+0101100 01100110010110010
