第一章基礎(chǔ)知識(shí)

1、12005.92課程目標(biāo)課程目標(biāo)微機(jī)原理是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的入門(mén)課程：F微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理F匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)F微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的初步能力3教學(xué)大綱教學(xué)大綱一一 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)二二 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)三三 8086/8088 CPU的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)四四 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)五五 存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)六六 I/O接口與中斷、計(jì)數(shù)器接口與中斷、計(jì)數(shù)器七七 A/D及及D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器八八 常用數(shù)字接口常用數(shù)字接口4第第1章章 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展l各

2、種常用記數(shù)制和編碼各種常用記數(shù)制和編碼51.1 概 述世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)是1943-1946年美國(guó)賓夕法尼年美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的”ENIAC”占地上百平方米重量幾千噸功耗幾十千瓦 5000次加法/秒6(1)(1)存儲(chǔ)容量太小存儲(chǔ)容量太小, ,只能存只能存2020個(gè)字長(zhǎng)為個(gè)字長(zhǎng)為1010位的十進(jìn)制數(shù)位的十進(jìn)制數(shù)(2)(2)采用線路連接的方法來(lái)編排程序采用線路連接的方法來(lái)編排程序, ,每次解題都要靠每次解題都要靠人工改接連線人工改接連線, ,準(zhǔn)備時(shí)間大大超過(guò)實(shí)際運(yùn)算時(shí)間準(zhǔn)備時(shí)間大大超過(guò)實(shí)際運(yùn)算時(shí)間 7馮馮諾伊曼計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)諾伊曼計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(馮氏結(jié)構(gòu)

3、馮氏結(jié)構(gòu))l1.“存儲(chǔ)程序存儲(chǔ)程序”概念的產(chǎn)生及其重要意義。概念的產(chǎn)生及其重要意義。lENIAC（Electronic Numerrical Integrator And Computer）不具備“存儲(chǔ)程序”的功能lEDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）采用“存儲(chǔ)程序”的概念，并付諸實(shí)現(xiàn)， “開(kāi)創(chuàng)了整個(gè)程序設(shè)計(jì)時(shí)代的到來(lái)”l2.馮氏計(jì)算機(jī)馮氏計(jì)算機(jī)5個(gè)基本部件：輸入器個(gè)基本部件：輸入器,輸出器輸出器,運(yùn)算器運(yùn)算器,存存儲(chǔ)器和控制器儲(chǔ)器和控制器l數(shù)據(jù)和程序存放在存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)和程序存放在存儲(chǔ)器中,采用了二進(jìn)制采用了二進(jìn)制8計(jì)算機(jī)

4、的發(fā)展及分類計(jì)算機(jī)的發(fā)展及分類l電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：l電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）l晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）l中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）l超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-今）9微處理器的發(fā)展歷程微處理器的發(fā)展歷程l第一代:4位及低檔位及低檔8位微處理器位微處理器 (1971-1973)l第二代:中、低檔中、低檔8位微處理器位微處理器 (1974-1978) l第三代:高、中檔高、中檔8位微處理器位微處理器 (1978-1981)l第四代:16及及低檔低檔32位位微處理器微處理器 (1981-1992)l第五代:高檔高檔32位微處理器位微處理器 (1992年以后

5、)10代發(fā)表年份字長(zhǎng)(bits)微處理器型號(hào)線寬(m)晶體管數(shù)(萬(wàn)個(gè))時(shí)鐘頻率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.913.44.77-108-16300七2002？64Itanium0.13CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時(shí)鐘周期)300011微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)向微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展動(dòng)向l低檔微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展低檔微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展 l應(yīng)用在家用電器,儀器儀表和過(guò)程控制等領(lǐng)域l功能強(qiáng),價(jià)格低,精巧靈活l32位和位和64位微型計(jì)

6、算機(jī)的發(fā)展位微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展l做成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)l運(yùn)算速度快,主存容量大和有豐富的軟件l多微處理器系統(tǒng)的發(fā)展多微處理器系統(tǒng)的發(fā)展 12計(jì)算機(jī)的特征計(jì)算機(jī)的特征l運(yùn)算速度快運(yùn)算速度快l計(jì)算精度高計(jì)算精度高l超強(qiáng)的記憶能力超強(qiáng)的記憶能力l具有邏輯判斷功能具有邏輯判斷功能l實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制13計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類l巨型計(jì)算機(jī)（Mainframe Computer）l大、中型計(jì)算機(jī)l小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）l微型計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）l工作站工作站141.2.微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microproc

7、essor,Microcomputer,Microcomputer System）1.微處理器微處理器: 集成在同一塊芯片上的具有運(yùn)算和控制集成在同一塊芯片上的具有運(yùn)算和控制功能的中央處理器功能的中央處理器2.微型計(jì)算機(jī)：由微型計(jì)算機(jī)：由CPU，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，I/O接口和中接口和中斷系統(tǒng)集中裝在同一塊或數(shù)塊印刷電路板上所構(gòu)成斷系統(tǒng)集中裝在同一塊或數(shù)塊印刷電路板上所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。的計(jì)算機(jī)。l單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）l單板微型計(jì)算機(jī)（Single Board Microcomputer）l多板微型計(jì)算機(jī)（Multi-Board Microc

8、omputer）3.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng):在多板機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的在多板機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,是高是高層次的微型計(jì)算機(jī)層次的微型計(jì)算機(jī),有齊全的硬件和豐富的軟件有齊全的硬件和豐富的軟件15微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1微處理器微處理器存儲(chǔ)器I/O接口總線 硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)( (主機(jī)主機(jī)) )外 設(shè)ALU寄存器控制器鍵盤(pán)、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤(pán)、光驅(qū) 打印機(jī)、掃描儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件16核心級(jí)核心級(jí)微處理器l微處理器簡(jiǎn)稱微處理器簡(jiǎn)稱CPU，是計(jì)算機(jī)的核心，是計(jì)算機(jī)的核心，主要包括：主要包括： 運(yùn)算器運(yùn)算器ALU 控制器控制器CU

9、 寄存器組寄存器組Registersl實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能和控制功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能和控制功能17硬件系統(tǒng)級(jí)硬件系統(tǒng)級(jí)微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)l以微處理器為核心，配上只讀存儲(chǔ)器以微處理器為核心，配上只讀存儲(chǔ)器(ROM)、讀寫(xiě)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM)、輸入、輸入/輸出輸出(I/O)接口電路及接口電路及系統(tǒng)總線等部件，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)總線等部件，就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)。l將將CPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/O接口、總線等集成在一接口、總線等集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計(jì)片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。18系統(tǒng)級(jí)系統(tǒng)級(jí)l以以微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)為中心，

10、配以相應(yīng)的為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備外圍設(shè)備以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件軟件，就構(gòu)成了，就構(gòu)成了完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。l微型計(jì)算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)微型計(jì)算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)l軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。19系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件:為使用和管理計(jì)算機(jī)有機(jī)器的設(shè)計(jì)者提為使用和管理計(jì)算機(jī)有機(jī)器的設(shè)計(jì)者提供的軟件供的軟件.(1)各種語(yǔ)言和它們的匯編后解釋各種語(yǔ)言和它們的匯編后解釋,編譯程序編譯程序(2)機(jī)器的監(jiān)控管理程序機(jī)器的監(jiān)控管理程序(Montitor),調(diào)試程序調(diào)試程序(Debug),故障檢查

11、和診斷程序故障檢查和診斷程序(3)程序庫(kù)程序庫(kù):為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能,機(jī)器中設(shè)置了各機(jī)器中設(shè)置了各種標(biāo)準(zhǔn)子程序種標(biāo)準(zhǔn)子程序,子程序的總和就形成了程序庫(kù)子程序的總和就形成了程序庫(kù).(4)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件:用戶利用計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)所提供的各用戶利用計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)所提供的各種系統(tǒng)軟件種系統(tǒng)軟件,編制解決用戶各種實(shí)際問(wèn)題的程序編制解決用戶各種實(shí)際問(wèn)題的程序.20微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī)主機(jī))的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) “CPU+存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器+I/O接口接口+系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線”。微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線地址總線 ABAB輸出設(shè)備

12、CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB控制總線控制總線 CBCBI/O接口21主機(jī)硬件系統(tǒng)CPUl計(jì)算機(jī)的控制中心，提供運(yùn)算、判斷能力計(jì)算機(jī)的控制中心，提供運(yùn)算、判斷能力l構(gòu)成：構(gòu)成：ALU、CU、Registers例：Intel 8088、PIII、P4 CPU的位數(shù)：4位、 8位、 16位、 32位是指一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)22主機(jī)硬件系統(tǒng)存儲(chǔ)器l存放程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置存放程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置l用途：存放程序和要操作的各類信息用途：存放程序和要操作的各類信息（數(shù)據(jù)、文字、圖像、。）（數(shù)據(jù)、文字、圖像、。）l內(nèi)存：內(nèi)存：ROM、RAMl特點(diǎn)：隨機(jī)存取，速度快，容量小l外存：磁盤(pán)、光盤(pán)、半導(dǎo)體盤(pán)、

13、外存：磁盤(pán)、光盤(pán)、半導(dǎo)體盤(pán)、l特點(diǎn)：順序存取/塊存取，速度慢，容量大23有關(guān)內(nèi)存儲(chǔ)器的幾個(gè)概念l內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容l內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量24內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容l內(nèi)存包含有很多存儲(chǔ)單元內(nèi)存包含有很多存儲(chǔ)單元(每個(gè)內(nèi)存單元包含每個(gè)內(nèi)存單元包含8bit)，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)內(nèi)存單元進(jìn)為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)內(nèi)存單元進(jìn)行編號(hào)，行編號(hào)，內(nèi)存單元的編號(hào)就稱為內(nèi)存單元的地址內(nèi)存單元的編號(hào)就稱為內(nèi)存單元的地址1 0 1 1 0 1 1 038F04H內(nèi)存單內(nèi)存單元地址元地址內(nèi)存單內(nèi)存單元內(nèi)容元內(nèi)容.7 6 5 4 3 2 1 025內(nèi)存容量和內(nèi)存空間l內(nèi)存單元的個(gè)

14、數(shù)，以字節(jié)為單位。內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位。l注意：注意：內(nèi)存空間內(nèi)存空間與與內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量的區(qū)別的區(qū)別 內(nèi)存容量：某微機(jī)配置內(nèi)存容量：某微機(jī)配置2條條128MB的的SDRAM內(nèi)存內(nèi)存條，內(nèi)存容量為條，內(nèi)存容量為256MB 內(nèi)存空間：又稱為存儲(chǔ)空間、尋址范圍，是指微機(jī)內(nèi)存空間：又稱為存儲(chǔ)空間、尋址范圍，是指微機(jī)的尋址能力，與的尋址能力，與CPU的地址總線寬度有關(guān)的地址總線寬度有關(guān) 26主機(jī)硬件系統(tǒng)輸入/輸出接口l簡(jiǎn)寫(xiě)為簡(jiǎn)寫(xiě)為I/O接口，是接口，是CPUCPU與外部設(shè)備間的橋梁與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/O接口接口外設(shè)外設(shè)27微機(jī)的總線結(jié)構(gòu)微機(jī)的總線結(jié)構(gòu)BUSl微機(jī)的各個(gè)部件之間微機(jī)的各個(gè)

15、部件之間的信息傳送和處理器內(nèi)的信息傳送和處理器內(nèi)部信息的傳送，部信息的傳送，通過(guò)三組不同的總線通過(guò)三組不同的總線進(jìn)行的。進(jìn)行的。l總線：是連接多個(gè)功能部件或多個(gè)裝置的一總線：是連接多個(gè)功能部件或多個(gè)裝置的一組公共信號(hào)線。組公共信號(hào)線。l內(nèi)部總線是CPU內(nèi)部各功能部件和寄存器之間的連線；l外部總線是連接系統(tǒng)的總線，即連接CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口的總線，又稱為系統(tǒng)總線。l總線包括與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的控制邏輯。在計(jì)總線包括與數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的控制邏輯。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線應(yīng)被看成一個(gè)獨(dú)立的部件。算機(jī)系統(tǒng)中，總線應(yīng)被看成一個(gè)獨(dú)立的部件。28三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu) l它們是：它們是： 數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（Dat

16、a Bus -DB）-雙向雙向 地址總線（地址總線（Address Bus-AB）-單向單向 控制總線（控制總線（Control BusCB）-雙向雙向 總線是計(jì)算機(jī)的部件與部件之間傳輸信息的總線是計(jì)算機(jī)的部件與部件之間傳輸信息的公共通路，它能分時(shí)地發(fā)送和接收各部件的信公共通路，它能分時(shí)地發(fā)送和接收各部件的信息。息。29數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路.是雙向是雙向,三態(tài)的信號(hào)線三態(tài)的信號(hào)線數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和處理器的位數(shù)相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和處理器的位數(shù)相對(duì)應(yīng).數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度。30地址總線地址總線l用來(lái)傳送用來(lái)傳送CPU輸出的地

17、址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的輸出的地址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)單元、I/O端口。端口。地址線的根數(shù)地址線的根數(shù)決定了決定了CPU的尋址范圍的尋址范圍。 CPU的尋址范圍的尋址范圍 = 2n， n-地址線根數(shù)地址線根數(shù)l是單向的,三態(tài)信號(hào)線 31控制總線控制總線用來(lái)傳送各種控制信號(hào)是雙向是雙向,三態(tài)的信號(hào)線三態(tài)的信號(hào)線,但有的為單向但有的為單向,有的為非三態(tài)有的為非三態(tài),取決于具體的信號(hào)線取決于具體的信號(hào)線.實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)存儲(chǔ)器對(duì)存儲(chǔ)器,I/O接口的控制及接收外部傳送接口的控制及接收外部傳送給給CPU的狀態(tài)信號(hào)的狀態(tài)信號(hào)32微型計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) (1)字長(zhǎng)字長(zhǎng):參與

18、運(yùn)算的數(shù)的位數(shù)參與運(yùn)算的數(shù)的位數(shù).它決定著計(jì)算機(jī)的內(nèi)部它決定著計(jì)算機(jī)的內(nèi)部寄存器、加法器及數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)通路）的位數(shù)。寄存器、加法器及數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)通路）的位數(shù)。有有4位，位，8位，位，16位，位，32位，位，64位等。位等。 (2)主存容量主存容量:主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)信息的總量。通常以主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)信息的總量。通常以字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)(Byte)來(lái)表示。例：內(nèi)存來(lái)表示。例：內(nèi)存128MB。 (3)運(yùn)算速度運(yùn)算速度:有不同的計(jì)量方法和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。有不同的計(jì)量方法和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。 MIPS(Million Instruction Per Second) (4)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間(可靠性可靠

19、性) MTBF(Mean Time Between Failures),平均無(wú)故平均無(wú)故障間隔時(shí)間障間隔時(shí)間 (5)性能性能/價(jià)格比價(jià)格比33微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與基本功能微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與基本功能 包括以下幾個(gè)重要部分包括以下幾個(gè)重要部分：累加器累加器算術(shù)邏輯運(yùn)算單元算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)狀態(tài)標(biāo)志寄存器狀態(tài)標(biāo)志寄存器寄存器陣列寄存器陣列指令寄存器指令寄存器指令譯碼器指令譯碼器定時(shí)及各種控制信號(hào)的產(chǎn)生電路。定時(shí)及各種控制信號(hào)的產(chǎn)生電路。3435習(xí)題與思考：習(xí)題與思考：1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有哪些功能部件組成？它們微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有哪些功能部件組成？它們各自具有什么結(jié)構(gòu)？采用什么樣的結(jié)構(gòu)？各自具有什

20、么結(jié)構(gòu)？采用什么樣的結(jié)構(gòu)？2什么是微處理器？什么是微型計(jì)算機(jī)？什么什么是微處理器？什么是微型計(jì)算機(jī)？什么是微機(jī)系統(tǒng)？它們之間的關(guān)系如何？是微機(jī)系統(tǒng)？它們之間的關(guān)系如何？3. 3. 什么是總線什么是總線, ,總線的分類及它們之間的作用和總線的分類及它們之間的作用和關(guān)系關(guān)系? ?361.3 常用計(jì)數(shù)制常用計(jì)數(shù)制l了解了解l 特點(diǎn)；l 表示方法；l 相互間的轉(zhuǎn)換。37一、常用計(jì)數(shù)法一、常用計(jì)數(shù)法 l十進(jìn)制十進(jìn)制符合人們的習(xí)慣符合人們的習(xí)慣l二進(jìn)制二進(jìn)制便于物理實(shí)現(xiàn)便于物理實(shí)現(xiàn)l十六進(jìn)制十六進(jìn)制便于識(shí)別、書(shū)寫(xiě)便于識(shí)別、書(shū)寫(xiě)l八進(jìn)制八進(jìn)制38進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示一般地，對(duì)任意一個(gè)一般

21、地，對(duì)任意一個(gè)K進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)S都可表示為都可表示為120n 120111( ) nnknmmniiimSSKSKSKSKSKSK Si - S的第i位數(shù)碼，可以是K個(gè)符號(hào)中任何一個(gè)； K - 基數(shù)； Ki - K進(jìn)制數(shù)的權(quán)391. 十進(jìn)制十進(jìn)制特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一；特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一； 共共有有0 0- -9 9十個(gè)數(shù)字符號(hào)十個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：表示：120120111101010101010 nnnnmmniiimDDDDDDD402. 二進(jìn)制二進(jìn)制特點(diǎn)：以特點(diǎn)：以2為底，逢為底，逢2進(jìn)位；進(jìn)位； 只有只有0和和1兩個(gè)符號(hào)。兩個(gè)符號(hào)。表示：表示：1202n 120111( )2222

22、22nnnmmniiimBBBBBBB 413. 十六進(jìn)制十六進(jìn)制特點(diǎn)：以特點(diǎn)：以16為底，逢為底，逢16進(jìn)位；進(jìn)位； 有0-9及A-F共16個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：表示：1201n 20111( )16161616161616nnnmmniiimHHHHHHH 42二、各進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換二、各進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1. 非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 按相應(yīng)按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開(kāi)，進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開(kāi)，再按十進(jìn)制求和。再按十進(jìn)制求和。 例：例：10110010B10110010B = (?)= (?)1010 13FAH13FAH = (?)= (?)1010432. 十進(jìn)

23、制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換l十進(jìn)制十進(jìn)制 二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除2取余；取余； 小數(shù)部分：乘小數(shù)部分：乘2取整。取整。l十進(jìn)制十進(jìn)制 十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除16取余；取余； 小數(shù)部分：乘小數(shù)部分：乘16取整。取整。以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。443. 二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換l用用4位二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)位十六進(jìn)制數(shù) 例：例： 10110001001.110 = (?)H 0101 1000 1001.1100 5 8

24、9 . C451.3 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 無(wú)符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù) 算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算 有符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù) 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算46一、無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算一、無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算l算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算 包括：包括： 加法運(yùn)算加法運(yùn)算 減法運(yùn)算減法運(yùn)算 乘法運(yùn)算乘法運(yùn)算 除法運(yùn)算除法運(yùn)算471. 規(guī)則規(guī)則l加法：加法：1+1=0（有進(jìn)位）（有進(jìn)位）, l減法：減法：0-1=1（有借位）（有借位）, l乘法：乘法：, 乘以乘以2相當(dāng)于左移一位；相當(dāng)于左移一位； 除法：除法：, 除以除以2則相當(dāng)于右移則相當(dāng)于右移1位。位。例：例：001011100000010 = ? 00101110/ /00000010 = ? 4

25、8練習(xí)練習(xí)：l000010110100=? l000010110100=? 即：商即：商=? 余數(shù)余數(shù)=?492. 無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍 一個(gè)一個(gè)n位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范，其表示范圍為圍為 0 X 2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。判別方法：判別方法： 運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或 借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。50例例： 1111111111111111 + 00000001+ 00000001 1 1 00000000 00000000結(jié)果超出位（最高位有

26、進(jìn)位），發(fā)生溢結(jié)果超出位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為出。（結(jié)果為256256，超出位二進(jìn)制數(shù)所能，超出位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍表示的范圍255255） 513. 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算l與與()、或、或()、非、非() 、異或、異或()l特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無(wú)進(jìn)借位特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無(wú)進(jìn)借位l運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算規(guī)則.524. 邏輯門(mén)邏輯門(mén)掌握：掌握：l與、或、非門(mén)邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系與、或、非門(mén)邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系（真值表）；（真值表）；l與非門(mén)、或非門(mén)的應(yīng)用。與非門(mén)、或非門(mén)的應(yīng)用。53與門(mén)（與門(mén)（AND Gate）Y = ABABY000010100111&ABY54或門(mén)（或門(mén)（OR Gate）Y = A

27、BABY000011101111YAB1155非門(mén)（非門(mén)（NOT Gate）1AYY = AAY011056異或門(mén)（異或門(mén)（eXclusive OR Gate）Y = ABYABABY00001110111057二、有符號(hào)數(shù)二、有符號(hào)數(shù)l計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示l把二進(jìn)制數(shù)的把二進(jìn)制數(shù)的最高位最高位定義為符號(hào)位定義為符號(hào)位l符號(hào)位為符號(hào)位為 0 表示表示正數(shù)正數(shù)，符號(hào)位為，符號(hào)位為 1 表示表示負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)l連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)。l機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值真值。58例例： +52 =

28、 +0110100 = 0 0110100 符號(hào)位數(shù)值位符號(hào)位數(shù)值位 -52 = -0110100 = 1 0110100 真值真值機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)591. 符號(hào)數(shù)的表示符號(hào)數(shù)的表示l對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有方法有原碼原碼、反碼反碼和和補(bǔ)碼補(bǔ)碼三種。三種。數(shù)數(shù)X的原碼記作的原碼記作 X 原原，反碼記作，反碼記作 X 反反，補(bǔ)碼記作，補(bǔ)碼記作 X 補(bǔ)補(bǔ)。注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。 它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示。它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示。60原碼原碼X原l定定義義符號(hào)位：符號(hào)位：0表示正，表示正，1表示負(fù)；表示負(fù)； 數(shù)值位：真

29、值的絕對(duì)值。數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。61原碼的例子原碼的例子 =0 0010010 =1 0010010真值X=+18=+0010010X=-18=-0010010原碼X原X原符號(hào)符號(hào)位n位原碼表示數(shù)值的范圍是位原碼表示數(shù)值的范圍是對(duì)應(yīng)的原碼是對(duì)應(yīng)的原碼是1111 0111。() ()nn 11212162數(shù)數(shù)0的原碼的原碼l8位數(shù)位數(shù)0的原碼：的原碼：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：數(shù)即：數(shù)0的原碼不唯一。的原碼不唯一。63反碼反碼X反定義定義l 若若X0 ，則則 X反反=X原原l 若若X0， 則則X補(bǔ)補(bǔ)= X反反= X原原l若若X0， 則則X補(bǔ)補(bǔ)= X反反+

30、1-nnnXXXXX 11222 00 -68例例：lX= 52= 0110100 X原原 = 10110100 X反反 = 11001011 X補(bǔ)補(bǔ) = X反反+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是1000 0111。()11221nn690的補(bǔ)碼：的補(bǔ)碼：l+0補(bǔ)補(bǔ)= +0原原=00000000l-0補(bǔ)補(bǔ)= -0反反+1=11111111+1 =1 00000000 對(duì)對(duì)8 8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉l+0補(bǔ)補(bǔ)= -0補(bǔ)補(bǔ)= 0000000070特殊數(shù)特殊數(shù)10000000l該數(shù)在原碼中定義為：該數(shù)在原碼中定義為： -0l在

31、反碼中定義為：在反碼中定義為： -127l在補(bǔ)碼中定義為：在補(bǔ)碼中定義為： -128l對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：(10000000) = 128718位有符號(hào)數(shù)的表示范圍：位有符號(hào)數(shù)的表示范圍：l對(duì)對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：位二進(jìn)制數(shù)：l原碼： -127 +127l反碼： -127 +127l補(bǔ)碼： -128 +127l想一想：想一想：16位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？722. 有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)： 1）求出真值）求出真值 2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換）進(jìn)行轉(zhuǎn)換73例例：l將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

32、。將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 1) X補(bǔ)補(bǔ) = 0 0101110B 真值為：真值為：+0101110B 正數(shù)正數(shù) 所以：所以：X=+46 2) X補(bǔ)補(bǔ) = 1 1010010B 負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) X = X補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) = 11010010補(bǔ)補(bǔ) = - 0101110B 所以：所以：X = - 46743. 補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則l通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：X+Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)+Y補(bǔ)補(bǔ) X-Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)- Y補(bǔ)補(bǔ) 其中其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。75例

33、例：lX=-0110100，Y=+1110100，求求X+Y補(bǔ)補(bǔ)lX原原=10110100 lX補(bǔ)補(bǔ)= X反反+1=11001100lY補(bǔ)補(bǔ)= Y原原=01110100l所以：所以： X+Y補(bǔ)補(bǔ)= X補(bǔ)補(bǔ)+ Y補(bǔ)補(bǔ) =11001100+01110100 =01000000764. 符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題l進(jìn)(借)位l在加法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；l在減法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。l溢出l運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。77溢出的判斷方法溢出的判斷方法l方法方法：l同號(hào)相減或異號(hào)相加不會(huì)溢出。l同號(hào)相加或異號(hào)相減可能溢出：l兩種情況：兩種情況：同號(hào)相加時(shí)，結(jié)

34、果符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相反溢出；異號(hào)相減時(shí)，結(jié)果符號(hào)與減數(shù)符號(hào)相同溢出。78溢出的判斷方法溢出的判斷方法方法：方法：l兩個(gè)帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若 C7C61， 則結(jié)果產(chǎn)生溢出。 C7為最高位的進(jìn)(借)位；C為次高位的進(jìn)(借)位。79不帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算不帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算l加法：和的絕對(duì)值不超過(guò)整個(gè)字長(zhǎng)，不溢出。加法：和的絕對(duì)值不超過(guò)整個(gè)字長(zhǎng)，不溢出。l減法：減數(shù)變補(bǔ)，再與被減數(shù)相加來(lái)求得。減法：減數(shù)變補(bǔ)，再與被減數(shù)相加來(lái)求得。l兩個(gè)不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，最高位有進(jìn)位兩個(gè)不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，最高位有進(jìn)位C,則有溢出，但并不表示錯(cuò)，只是表明給定字則有溢出，但并不表示錯(cuò)，只是表明給定字長(zhǎng)無(wú)法表示，

35、向更高位有進(jìn)位而已。長(zhǎng)無(wú)法表示，向更高位有進(jìn)位而已。l有進(jìn)位，表示兩數(shù)原碼相減無(wú)借位，有進(jìn)位，表示兩數(shù)原碼相減無(wú)借位，結(jié)果為正；結(jié)果為正；l無(wú)進(jìn)位，表示兩數(shù)原碼相減有借位，無(wú)進(jìn)位，表示兩數(shù)原碼相減有借位，結(jié)果為負(fù)。結(jié)果為負(fù)。80數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示l定點(diǎn)法定點(diǎn)法l浮點(diǎn)法浮點(diǎn)法81十進(jìn)制數(shù)的表示十進(jìn)制數(shù)的表示BCD碼l用用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：壓縮壓縮BCD碼和非壓縮碼和非壓縮BCD碼。碼。l壓縮壓縮BCD碼的每一位用碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，位二進(jìn)制表示，00001001表示表示09，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。l非壓縮非壓縮BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總是位總是0000，低，低4位的位的00001001表示表示09。l十進(jìn)制與十進(jìn)制與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換是直接的。而其它進(jìn)制碼之間的轉(zhuǎn)換是直接的。而其它進(jìn)制與與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換應(yīng)首先將其它進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十碼之間的轉(zhuǎn)換應(yīng)首先將其它進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。進(jìn)制。82非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示非數(shù)值數(shù)