第1章微型計算機基礎(chǔ)

1、微機原理微機原理課程簡介課程簡介 總學(xué)時：總學(xué)時： 54+18 總學(xué)分：總學(xué)分： 3.5 必修必修 考試考試 微型計算機原理是介紹計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（軟、硬件）的課程，是各使用計算機課程的基礎(chǔ)，也是各專業(yè)的計算機控制方向研究生招考中的考試課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計算機系統(tǒng)的原理、組成結(jié)構(gòu)，了解典型接口芯片的使用，弄懂8086指令系統(tǒng)，掌握匯編語言編程的基本方法，為以后從事數(shù)字信息處理和計算機控制類工作或繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。 本課程的特點是不易借助于過去所學(xué)過的知識快速掌握，知識點多，過去未接觸過的新內(nèi)容多。第第1 1章章 微型計算機基礎(chǔ)微型計算機基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 1.1計算機中的數(shù)制與

2、碼制 1.1.1 計算機中的數(shù)制 1.1.2 計算機中的碼制及補碼運算 1.1.4 計算機中信息的編碼教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1 掌握二進制、十六進制數(shù)的使用。 2 掌握補碼概念及運算規(guī)則。 3 掌握BCD碼和ASCII碼的使用。學(xué)時數(shù) 2學(xué)時1.1 1.1 計算機中的數(shù)制與碼制計算機中的數(shù)制與碼制 1.1.1 1.1.1 計算機中的數(shù)制計算機中的數(shù)制 1、數(shù)的位置表示法 設(shè)待表示的數(shù)為N。 則 式中X為基數(shù) ai 為系數(shù)（0aiXl） m為小數(shù)位數(shù) n為整數(shù)位數(shù) 為什么要采用二進制數(shù)簡化運算規(guī)則。 在計算機中常用的數(shù)制有二進制（后綴為B）、八進制（后綴為Q）、十六進制（后綴為H）、十進制（后綴為D

3、或省略后綴）。11xaN1nmiii 例1-1 （1） 二進制數(shù) （2） 八進制數(shù) （3） 十六進制 2、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 （1）任意進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 對二進制、八進制和十六進制以及任意進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)可采用表達式（1.1）展開求和實現(xiàn)。 75.192121212120202111.100112101234B75.58138685848387Q6 .7345101231914216616121610164H6AC40123 （2）二進制、八進制和十六進制數(shù)之間轉(zhuǎn)換 一位八進制數(shù)相當(dāng)于三位二進制教；一位十六進制數(shù)相當(dāng)于四位二進制數(shù)。它們之間的轉(zhuǎn)換十分方便。 例1-2 二進制轉(zhuǎn)換成八進制和十

4、六進制數(shù) 1101100101100011B=154543Q= D963H （3）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) 當(dāng)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時，須將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開。整數(shù)常采用“除2取余法”，而小數(shù)則采用“乘2取整法”。 1)十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù) 轉(zhuǎn)換方法是除2取余，直到商等于零為止，逆序排列余數(shù)即可。對數(shù)值比較大的十進制數(shù)進行轉(zhuǎn)換時，可采用先將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制整數(shù)，然后再將十六進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)。十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制整數(shù)的方法是除16取余，直到商等于零為止，逆序排列余數(shù)。 2)十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù) 轉(zhuǎn)換方法是將小數(shù)部分乘以2取整，直到乘的小數(shù)部分等于零為止（若永不為

5、零則根據(jù)精度要求截取一定的位數(shù)），順序排列每次乘積的整數(shù)部分即可。 例1-3 將十進制數(shù)19、3910分別轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的二進制數(shù)。 轉(zhuǎn)換結(jié)束分別為19D=10011B；3910D=F46H=111101000110B 例1-4 將十進制數(shù)19.8125轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的二進制數(shù)。 解： 19D=10011B 0.8125D2=1.625 1 0.625D2=1.25 1 0.25D2=0.5 0 0.5D2=1.0 1 轉(zhuǎn)換結(jié)果為：19.8125D=10011.1101B 1.1.2 1.1.2 計算機中的碼制及補碼運算計算機中的碼制及補碼運算 一個數(shù)除了有大小之分外還有正負的區(qū)別，為了處理數(shù)的符

6、號問題，在計算機中引進了碼制的概念。通常用二進制數(shù)的最高位來表示數(shù)的符號。常用的碼制有原碼、補反碼及偏移碼。 1、原碼 用二進制數(shù)的最高位表示數(shù)的符號，通常規(guī)定以0表示正數(shù)，1表示負數(shù)，其余各位表示數(shù)值本身，則稱該二進制數(shù)為原碼表示法。設(shè)機器字長為n，數(shù)X的原碼為X原，則原碼的定義如下： 310X12X212X0XX1n1n1n原 例1-5 設(shè)機器字長為n=8時，試求+0、+6、+127、-0、-6、-127的原碼 解： +0原=00000000 -0原=10000000 +6原=00000110 -6原=10000110 +127原=01111111 -127原=11111111 正數(shù)：原碼

7、與相應(yīng)的二進制數(shù)完全相同； 負數(shù)：二進制數(shù)的最高位一定是“1”，其余各位是該數(shù)的絕對值。 零：有正零和負零之分。 當(dāng)字長為8位時，原碼可表示數(shù)的范圍是-127+127。 原碼表示法最大優(yōu)點：簡單直觀，但不便于加減運算。 2、反碼 設(shè)機器字長為n，數(shù)X的反碼為X反 +0反=00000000 -0反=11111111 +6反=00000110 -6反=11111001 +127反=01111111 -127反=10000000 正數(shù)：反碼與相應(yīng)的二進制數(shù)完全相同； 負數(shù)：反碼將原碼除符號位外的其余各位按位求反； 零：有正零和負零之分。 當(dāng)字長為8位時，反碼可表示數(shù)的范圍是-127+127 。 反碼

8、很少使用。 310X12X1212X0XX1n1n1n反 3、補碼 設(shè)機器字長為n，數(shù)X的補碼為X補 +0補=00000000 -0補=00000000 +6補=00000110 -6補=11111010 +127補=01111111 -127補=10000001 -128補=10000000 正數(shù)：補碼與相應(yīng)的二進制數(shù)完全相同； 負數(shù)：各位取反加1； 零：仍然是零。 當(dāng)字長為8位時，補碼可表示數(shù)的范圍是-128+127。 410X2X212X0XX1nn1n補 4、偏移碼 偏移碼主要用于模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，若被轉(zhuǎn)換數(shù)需參加運算，則仍要轉(zhuǎn)換為補碼。 偏移碼比與相應(yīng)的的補碼相比增加了 ，從而彌補了補

9、碼不直觀的缺點。 設(shè)機器字長為n，數(shù)x的移碼為x移，則移碼的定義如下： 例1-8 設(shè)機器字長為n=8時，試求-128、0、+127的移碼。 解： -128移=00000000 0移=10000000 +127移=11111111 51X2X1n移1n2 5、補碼運算 在計算機中帶符號二進制數(shù)通常采用補碼形式表示。補碼有兩個主要特點：一是可以使符號位與數(shù)一起參加運算；二是將兩數(shù)相減變?yōu)闇p數(shù)變補后再與被減數(shù)相加來實現(xiàn)。 加法規(guī)則： X+Y補=X補Y補 減法規(guī)則： X-Y補=X補-Y補其中，-Y補稱作變補運算，可以用Y補再作一次求補運算即可得到。 例1-9 X=64-12=52 （字長為8位） X補

10、=64補十-12補 64補=01000000B -12補=11110100B 因字長為8位，最高有效位的進位自然丟失。其結(jié)果為（52）10的補碼 補碼可以使減法運算變成加法運算。 6、溢出判別 X=-34-98=-132 （字長為8位） X補=-34補+-98補 -34補=11011110B -98補=10011110B 微型機中常用的溢出判別法：雙進位判別法 Cs：如最高位（符號位）有進位，Cs=1，否則，Cs=0。 Cp：如次高位有進位，Cp=1，否則，Cp=0。 判別法則： 當(dāng)CsCp=0時，無溢出產(chǎn)生。 當(dāng)CsCp=1時，有溢出產(chǎn)生。 正溢出： CS=0，CP=1。 34+98=132

11、 負溢出： CS=1， CP=0。 -34-98=-132 1.1.3 計算機中的小數(shù)點問題 1、定點表示法 小數(shù)點在數(shù)中的位置是固定不變的，通常有兩種，即定點整數(shù)和定點小數(shù)。 2、浮點表示法 將二進制數(shù)N表示成如下形式： 該表達式在計算機中表示為： S： 稱作尾數(shù)，表示全部的有效數(shù)字，一般以純小數(shù)表示； Sf： 尾符，即浮點數(shù)的符號； J： 階數(shù)，它與階符一起來決定小數(shù)點的實際位置； Jf： 階符，即階數(shù)符號； 612SNJ 例1-12 若用一個16位二進制表示浮點數(shù)，其中階符尾符各占一位，階數(shù)占5位，尾數(shù)占9位，試寫出10110.101B的具體格式。解：設(shè)尾數(shù)以純小數(shù)表示，則 可得 S =

12、 101101010 Sf=0 J=00101 Jf=0 在計算機中的表示形式為 浮點數(shù)應(yīng)用中必須注意兩個問題： 浮點數(shù)的規(guī)格化 規(guī)格化的浮點數(shù)可以保留最多的有效數(shù)字。浮點數(shù)規(guī)格表示結(jié)果如下： 對浮點二進制正數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是1。 對浮點二進制負數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是0。5210110101. 0101.10110B 浮點數(shù)的對階原則 在運用浮點數(shù)進行加減時，兩數(shù)的階碼必須取得一致，否則不能進行加減運算，對階原則如下： a.以大的階碼為準對階。 b.對階后數(shù)的大小不變（在精度允許范圍內(nèi)），對階規(guī)則是：階碼每減少1，尾數(shù)向左移一位，階碼每增加1，尾數(shù)向右移一位。 1.1.

13、4 計算機中信息的編碼 信息編碼：十進制數(shù)的二進制編碼、字符信息的編碼和漢字編碼。 1、十進制數(shù)的二進制編碼 由四位二進制數(shù)來表示一位十進制數(shù)。稱作BCD碼 （1）8421碼：四位二進制數(shù)的權(quán)分別為8、4、2、1。例如： 324.6 對應(yīng)的8421BCD碼是 0011 0010 0100. 0110 （2）2421碼：四位二進制數(shù)的權(quán)分別為2、4、2、1。例如： 724.6 對應(yīng)的2421BCD碼是 1101 0010 0100. 1100 （3）余 3碼：將 8421碼加上 0011。余3碼也是一種自補碼，對各位取反就得到它的9補碼。 825.7 對應(yīng)的余 3碼是 1011 0101 100

14、0. 1010 2、字符信息的編碼字母、數(shù)字和符號等各種字符按特定的規(guī)則用二進制編碼在計算機中的表示。在微型機中表示字符的常用碼制是ASCII碼，它是美國信息交換標(biāo)準碼（American Standard Code for Information Interchange）它能用6位、7位或8位二進制數(shù)對字符編碼。7位ASCII碼可表示128種字符，它包括52個大、小寫字母、09十個數(shù)字和控制符號。8位ASCII碼是在7位ASCII碼基礎(chǔ)上加一個奇偶校驗位而構(gòu)成。奇偶校驗碼，是對每一組二進制編碼配置一個二進制位（稱為奇偶校驗位），通過將該位置“0”或置“1”而使每組二進制編碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)

15、（即形成奇校驗碼）或偶數(shù)（即形成偶校驗碼）。奇偶校驗碼中，校驗位只用來使每組二進制編碼“1”的個數(shù)具有奇偶性。 要求熟練掌握0 9、AF、af的ASCII碼。 3、漢字編碼 漢字編碼的類型有四種：外部碼、內(nèi)部碼、交換碼和輸出碼。 （1） 外部碼每個漢字對應(yīng)一個外部碼。對同一個漢字不同的輸入方法其外部碼也不相同。目前外部碼大致可分為四種類型：數(shù)字碼、音碼、形碼和音形碼。 （2）內(nèi)部碼每個漢字對應(yīng)一個內(nèi)部碼。同一漢字的內(nèi)部碼是唯一的。內(nèi)部碼通常反映了漢字在字庫中的位置。 （3）交換碼 用于計算機之間或計算機與終端之間交換信息。該標(biāo)準編碼字符集共收錄漢字和圖形符號7445個。 （4）輸出碼 同一漢字的