第1次课：绪论
内容：微机发展概况、数和字符的表示、计算机系统概论 重点：数和字符的表示
难点：补码及运算规则、浮点数表示 作业：1.2、1.3、1.4
第1章 绪 论
1.1 微型计算机发展概况
? 电子计算机发展历史简介；
? 微型计算机（简称微机）发展历史。
? 微处理器MPU（Microprocessor），也叫中央处理器或中央处理单元CPU（Central
Processing Unit）。微型计算机各代的划分通常是以其微处理器字长、位数和功能为主要依据。
? 第一代（1971～1973年）是4位和低档8位微机。 ? 第二代（1973年～1978年）是中高档8位微机。 ? 第三代（1978～1984年）是I6位微机。
? 第四代（1984～1992年）是32位微型计算机的大发展时期。 ? 第五代（1993年以后）是64位微机发展时期。
? 光学技术、超导技术、仿生技术的相互结合，必然产生一种全新的计算机，而人
工智能的研究正在促进计算机面临一场新的革命。人工智能计算机，人工神经网络计算机
1.2 计算机中数和字符的表示
1.2.1 无符号数表示
无符号数，机器字长的所有位都参与表示数值。
若计算机的字长为n位，则n位无符号数可表示的数X的范围是 0≤X≤2 n－1
当n=8时，可表示的无符号数的范围为0～255，当n=16时，可表示的无符号数的范围为 0～65535。
在计算机中最常用的无符号整数是表示地址的数。此外，如双精度数的低位字也是无符号整数等。
1.2.2 有符号数的表示方法 1．机器数与真值
数的最高位为符号位，为0表示正数，为1表示负数。
例如字长为8位的计算机，则D7为符号位，D6～D0为数值位，如下所示。
这种符号数码化的数称为机器数。机器数所代表的实际数值称为真值。 机器数可以用不同的码制来表示，常用的有原码和补码表示法。
2．原码表示法
最高位为符号位，正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，其余各位为数值位，这种表示法称为原码表示法。 n位原码可表示的数X的范围是：
n-1n-1－2+1≤X≤＋2-1
当n=8时，8位二进制原码所能表示的数值范围为 －127～＋127。
3．补码表示法 补码表示法中，正数的补码和原码相同，负数的补码可由其原码除符号位保持不变外，其余各位按位取反，再在最末位加1而形成。
补码具有以下特点：
① [＋0]补=[－0]补=00000000
②n位二进制补码所能表示的数值范围为：
n-1n-1
－2≤X≤＋2－1
若n=8，则8位二进制补码所能表示的数值范围为－128～＋127。
③一个用补码表示的负数，如将[X]补再求一次补，即将[X]补除符号位外取反并在最末位加1就可得到[X]原。用下式表示为：
［［X］补］补=[X]原
举例说明
4. 补码的加减运算 补码的加法运算规则是：
[X＋Y]补= [X ]补＋[Y]补
补码的减法运算规则是：
[X－Y]补=[X]补＋[－Y]补
引入补码后，将减法运算转化为易于实现的加法运算，且符号位也当作数据相加，从而可简化运算器的结构，提高运算速度。因此，在微型计算机中，有符号数通常都用补码表示，得到的是补码表示的结果。 举例说明
当字长由8位扩展到16位时，对于用补码表示的数，正数的符号扩展应该在前面补0，而负数的符号扩展应该在前面补1。
5．有符号数运算时的溢出问题
当两个有符号数进行加减运算时，如果运算结果超出可表示的有符号数的范围时，就会发生溢出，使计算结果出错。显然，只有两个同符号数相加或两个异号数相减时，才会产生溢出。
举例说明
1.2.3 定点数和浮点数 1．定点数
定点数是指小数点在数中的位置是固定不变的，常用的定点数有纯小数和纯整数两种。
（l）纯小数：小数点固定在符号位之后，如 1.1100111，此时机器中所有数均为小数。 (2) 纯整数；小数点固定在最低位之后，如 111001l1.，此时机器中所有数均为整数。
例机器字长为8位的有符号纯整数与纯小数表示范围如图所示。
从图中可以看出，小数点在计算机中是不表示出来的，采用哪一种表示方法，由人们事先约定。
2．浮点数
浮点数由阶码和尾数两部分组成。对任意一个有符号的二进制数N的普遍形式可表示为 N= 2E×M
式中E称为阶码，它是一个有符号的可变整数。设 E＝ejek－1……e0
ej为阶符：若ej=0，则E是正数；若ej=1，则E为负数。ek-1…e0是阶值。
M称为N的尾数，它是一个有符号的纯小数。设 M=mjm1…mn
mj为尾符：若mj=0，则M为正数；若mj=1，则M为负数。尾数M的符号就是浮点数N的符号。m1…mn是尾值。
浮点数N在计算机内的表示形式如下所示。
ej ek?1ek?2???e0 mj m1m2???mn 阶符 阶值 尾符 尾值
3．规格化数与溢出 尾数规格化：
? 定义： 若mj≠m1，则称尾数M为规格化数；若mj=m1，则称尾数M为非规格
化数。
? 如果尾数不是规格化数，那么要用移位手段把它变为规格化数。尾数每左移一位，
阶码就减1，尾数每右移一位，阶码就加1，直至mj≠m1为止。
? 存储在计算机中的数一定是规格化数。两数的运算结果也应为规格化数，如果不
是，那么必须通过移位方式把它变为规格化数。若是规格化数，则1/2≤|M|＜1。
溢出：
? 浮点数超出机器所能表示数的范围
? 对规格化的浮点数，当阶码小于机器所能表示的最小数时，称为下溢，此时机器
将把此数作0处理；若阶码大于机器所能表示的最大范围时，称为上溢。 ? 溢出发生时，机器就产生溢出中断，进入中断处理。
浮点表示法比定点表示法所表示的数的范围大，精度高，但运算规则比较复杂，成本较高。
1.2.4 计算机中的二进制编码
1．BCD码（Binary Coded Decimal）
BCD码是以四位二进制的不同组合表示十进制数十个数码的方法，又称二—十进制编码。
常用的BCD码为8421 BCD码，即每位十进制数码用四位二进制数来表示。
BCD码又分为压缩型BCD码和非压缩型BCD码：
? 压缩型BCD码是在一个字节中存放两个十进制数码； ? 非压缩型BCD码每个字节只存放一个十进制数。
例如，将十进制数8762用压缩型BCD码表示，则为：1000 0111 0110 0010
在存储器中的存放格式为：
01100010 10000111 而用非压缩型BCD码表示为：
0000 1000 0000 0111 0000 0110 0000 0010
在存储器中的存放格式为：
00000010 00000110 00000111 00001000
2．ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）
美国信息交换标准码，即ASCII码，采用7位二进制编码，总共有128个字符，包括
? 52个英文大、小写字母，10个阿拉伯数字0～9，32个通用控制字符和34个专
用字符。
? 控制字符使用的控制符号
? 在标准ASCII码基础上，将7位ASCII码扩充到8位，可表示256个字符，称为
扩充的ASCII码。
1.3 微型计算机系统概论
1.3.1 微处理器、微型机、微机系统之间的关系 1．微处理器
微处理器是一个由算术逻辑运算单元、控制器单元、寄存器组以及内部系统总线等组成的大规模集成电路芯片，它具有CPU的全部功能。因此，微处理器通常又简称为CPU。 2. 微型计算机
微型计算机是以微处理器芯片为核心，配上内存芯片、I／O接口电路以及相应的辅助电路构成的装置，它又简称为微型机。 3．微型计算机系统
微型计算机系统是以微型计算机为主体，配上输入设备、输出设备、外存储器设备、电源、机箱以及基本系统软件组成的系统，它又简称为微机系统。
1.3.2 微机硬件系统组成 1. 微机硬件系统基本结构
微机硬件系统的基本结构由中央处理器CPU、存储器、接口电路、外部设备以及系统总线等组成，如图所示。
外 部 设 备
CPU包括运算器、控制器和寄存器组三个主要单元。
? 运算器的功能是完成数据的算术运算和逻辑运算操作。
? 控制器把指令从存储器中取出，译码后发出相应的控制信号，使各部件相互协调
工作，从而完成整个微机系统的控制。
? 寄存器组则是用来存放CPU频繁使用的数据和地址信息，这样可加快CPU访问
的速度。
? 存储器是微机存放和记忆程序和数据的装置。
? 内存，也称为主存，位于主机内部的用于暂时存放程序和数据的存储器。由只读
存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两部分组成。 ? 外存，位于主机外部的用于存放大量信息的存储器。