第1章-微型計算機基礎知識(last)課件

1、微型計算機原理主講教師：宋雪麗教材及主要參考書教材：微機原理與接口技術，馮博琴主編，清華大學出版社，2002.2主要參考書：微型計算機原理，姚燕南、薛鈞義主編 姚向華、歐文編著，高等教育出版社硬件技術基礎，馮博琴主編，郵電出版社微機原理及應用，李伯成等編，西安電子科技大學出版社考核方式平時及實驗30% 期末考試 70%機械07-1.2.3.4.5班 星期二第3.4節(jié) 機電樓B231 星期五第3.4節(jié)（單周）機電樓B231歡迎大家按時來上課!（高職）機械07-1、2班 星期二第1.2節(jié) 機電樓A511 星期五第1.2節(jié)（單周）機電樓A511 歡迎大家按時來上課!課程目標掌握：微型計算機的基本工作

2、原理匯編語言程序設計方法微型計算機接口技術建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力課程主要內容微型計算機的基礎知識 ；微處理器結構及組成，引腳及時序，尋址方式、指令系統(tǒng)與匯編語言程序設計 ；半導體存儲器及存儲器管理技術 中斷、異常及輸入輸出接口技術 基 礎 知 識第 1 章主要內容：計算機中的常用計數制、編碼及它們 相互間的轉換二進制數的算術運算和邏輯運算符號數的表示及補碼運算二進制數運算中的溢出問題1.1 電子計算機的發(fā)展概述1.1.1 電子計算機的問世及其經典結構1946年2月15日，第一臺電子數字計算機問世，這標志著計算機時代的到來。（CALCULATOR）ENIA

3、C（“埃尼阿克”）與現代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機科學技術的新紀元，對人類的生產和生活方式產生了巨大的影響 。ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內完成5000次加法運算。 匈牙利籍數學家馮諾依曼在方案的設計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成這一計算機的經典結構。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）電子計算機技術的發(fā)展，相繼經歷了五個時代：電子管計算機

4、；晶體管計算機；集成電路計算機；大規(guī)模集成電路計算機；超大規(guī)模集成電路計算機。計算機的結構仍然沒有突破馮諾依曼提出的計算機的經典結構框架。PC機的選購品牌機兼容機（DIY）總線和接口計算機的各種硬件設備通過總線互連外部設備通過接口與主機相連計算機公司Microsoft:windows操作系統(tǒng)、office辦公軟件、Visual C+、ExplorerIntel:CPU的主要生產廠商IBMDell第一章 微型計算機基礎知識 1.2.1計算機中的數制了解：各種計數制的特點及表示方 法掌握：各種計數制之間的相互轉換1.2 計算機中的數制一、常用計數法 數制：數的表示方法基數：一種數制中包含數碼的個數

5、 權：數碼在不同位置所代表的數的大小十進制：以十為基數二進制：以二為基數計算機中常用的其他進制：八進制、十六進制數的位置表示法設待表示的數為N則 式中 X為基數ai為系數（0aiXl） m為小數位數n為整數位數1. 十進制特點：以十為底，逢十進一； 共有09十個數字符號。用D代表。表示：2. 二進制特點：以2為底，逢二進一； 只有0和1兩個符號。用B表示。表示：3. 十六進制特點：有0-9及A-F共16個數字符號， 逢16進位。用H表示。表示：例1：234.98D或（234.98）101101.11B或（1101.11）2ABCD . BFH或（ABCD . BF） 16 （1） 二進制數 1

6、0011.11B=124023022121 12012-112-2=19.75（2） 八進制數 7345.6Q=783382481580 68-1=3813.75（3） 十六進制 4AC6H=41631016212161 6160=19142例2表1-1 計算機中不同計數制的基數、數碼、 進（借）位關系和表示方法計數制形式基數計數制采用的數碼計數制的進位及借位關系計數制表示方法舉例二進制20、1逢二進一、借一當二1110B或(1110)2八進制80、1、2、3、4、5、6、7逢八進一、借一當八73Q或73O或(73)8十進制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十進一、借一當十95D或(

7、95)10十六進制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢十六進一、借一當十六2A3BH或(2A3B)161.2.2 各種數制間的轉換1. 非十進制數到十進制數的轉換按相應的權表達式展開( 101101.1 ) 2 或 101101.1 B =125+024+123+122 +021+120+12-1= 45.5D 2. 十進制到非十進制數的轉換對二進制的轉換： 對整數：除2取余倒著寫； 對小數：乘2取整順著寫。對十六進制的轉換： 對整數：除16取余倒著寫； 對小數：乘16取整順著寫?！纠?.1】將十進制整數(213)10轉換為 二進制整數。轉換過程如下： 取余數2

8、 213 1 2 106 02 53 12 26 02 13 12 6 02 3 12 1 1 0 所以，(213)10(11010101)2【例1.2】將十進制小數(0.8125)10轉換為 二進制小數0.812521.625 取整數位10.62521.25 取整數位1 0.2520.5 取整數位00.521.0 取整數位1所以，(0.8125)10(0.1101)23. 二進制與十六進制間的轉換用4位二進制數表示1位十六進制數11110. 01B = 0001 1110. 0100 B = 1 E . 4 H1111101. 001B = 0111 1101. 0010 B = 7 D .

9、 2 H十六進制數二進制數將每位十六進制數用其對應的4位二進制數代替即可。例 ：1E. 4H = 0001 1110. 0100B = 11110. 01B7D. 2H = 0111 1101. 0010B = 111 1101. 001B本節(jié)習題（1）124.625= B= H（2）35.5= B= H（3）110101101B= H= Q（4）9AF1H = B答案：（1）1111100.101B 7C.AH （2）100011.1B 23.8H （3）1ADH 655Q （4） 1001 1010 1111 0001B 1.3 無符號二進制數的算術運算、 邏輯運算1.3.1 二進制的算術

10、運算 包括： 加法運算 減法運算 乘法運算 除法運算 加法 逢2進1減法 借1為2 1 0 1 1 0 1 0 1 + 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0對二進制數，乘2相當于左移一位，乘2n相當于左移n位；除以2則相當于右移1位，除以2n相當于右移n位。000010110100=00101100B 000010110100=00000010B 即：商=00000010B 余數=11B1.3.2 無符號數的表示范圍1.無符號二進制數的表示范圍對8位二進制數，所能表示的數的范圍為： 0255 （00HFFH）對16位二進制數，所能表示的數的范圍為：065535 （

11、0000HFFFFH）一個n位的無符號二進制數X，它可表示的數的范圍為：0 X 2n-1 2.無符號二進制數的溢出判斷若運算結果超出數的可表示范圍，則會產生溢出。無符號二進制數的溢出判斷 令無符號二進制數加法（或減法）中最高有效位Di的進（借）位為Ci， 則Ci=1， 產生溢出。1.3.3 二進制數的邏輯運算 與 或 非 異或1.4 帶符號數在計算機中的表示及運算無符號數：每一位都表示數值帶符號數：最高位為符號位 “0” 表示正 “1” 表示負機器數與真值機器數：符號數值化了的數真值： 機器數所代表的真實數值 +52 = +0110100 = 0 0110100 符號位 數值 -52 = -0

12、110100 = 1 0110100 符號位 數值1.4.1 帶符號數的表示方法計算機中的一個帶符號數有3種表示方法原碼 X原 反碼 X反補碼 X補1. 原碼 X原 不論數的正負，數值部分均保持原真值不變。舉例已知真值X=+42，Y= -42，求X原和Y原解：因為（+42）10=+0101010B （-42）10= -0101010B 所以X原=+42原=0 0101010 符號位 數值部分 Y原=-42原=1 0101010 符號位 數值部分 8位數0的原碼： +0原=0 0000000 -0原=1 0000000 即：數0的原碼不惟一2. 反碼 X反正數： X反= X原負數：符號位保持不變

13、，其數值部分為真值的各位按位取反。 8位數0的反碼： +0反=00000000 -0反 =11111111即：數0的反碼也不惟一舉例已知：X= -52 ，求x原和X反解： X= -52 = -0110100B X原=1 0110100 X反=1 10010113. 補碼X補計算機中用補碼表示帶符號數正數的補碼：最高位為 0，與原碼及反碼相同，即X補=X反=X原 負數的補碼：最高位為1，反碼加1 即X補=X反+1 +0補= +0原=00000000-0補= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 對8位字長，進位被舍掉即：數0的補碼表示惟一 X= 52= 0110100 X原=

14、10110100 X反=11001011 X補= X反+1=11001100舉例正數 原碼、反碼、補碼相同負數 原碼：機器數本身 反碼：符號位保持不變，其余位 按位求反 補碼：反碼加一總結舉例已知真值X=+0110100，Y=-0110100 求X補和Y補解：X0，所以X補=00110100 Y0，所以 Y補=Y反+1 =11001011+1 =11001100補碼的求法 根據定義求（一般不用）利用原碼求簡便的直接求補法例：對 8 位二進制數 11110001B進行求補運算解：1.判斷數的正負 2.按位取反，最低位加1 1111 0001B反= 1000 1110B 1111 0001B補=

15、1000 1110B+1 = 1000 1111B簡便的直接求補法對負數而言直接從原碼求補碼： 從最低位起，到出現第一個1以前（包括第一個1）原碼中的數字不變，以后逐位取反，但符號位不變。 例 ：試用直接求補法求X1= -101 0111B的補碼 解： X1 = -101 0111B X1原= 1101 0111B由原碼求補碼： X1補 = 1010 1001B符號位不變取反第一個1不變補碼的求法例：試用直接求補法求X2=-111 0000B的補碼解：X2 = -111 0000B X2原 = 1111 0000B 由原碼求補碼： X2補 =1001 0000B符號位不變取反第一個1及其后邊各

16、位不變 1.4.2 真值與補碼之間的轉換 對用補碼表示的二進制數轉換為帶符號的十進制數： 1）求出真值 2）進行轉換 先判斷是正數，還是負數。 由最高位判斷：0 正數 1 負數 再求真值大小 對正數，補碼的真值等于該二進制數值。 對負數，先對該數進行求補運算，再求真值大小。 X原= X補補 = X補反+1求補碼真值的方法將一個用補碼表示的二進制數轉換為十進制數X補=0 0101110B 真值為：+010 1110B 正數 所以：X=+46X補=1 1010010B 真值為：-010 1110B 負數 從而有：X= - 46舉例已知X補=01101101B，試求其真值 解：因為X補的最高位為0，

17、即它是一個正數，它的數值部分就是它的真值。 即 X=+1101101=109 已知X補=10110111B，試求其真值方法1： X原= X補補 =X補反+1 =11001000+1 =11001001B 所以X=-1001001B=-73方法2：利用直接求補法引進補碼的意義計算機中，減法實現過程（補碼減法） 先對減數進行求補運算； 再將求補后的數與被減數相加； 相加的結果即為用補碼表示的兩數相減結果 通過引進補碼，可將減法運算轉換為加法運算， 將減法用加法實現，省去減法器，簡化硬件1.4.3 帶符號數的算術運算原碼： 運算完全類同于正負數的筆算。 補碼： 使符號位與數一起參加運算； 將減數變補

18、與被減數相加來實現減法 XY補 = X補 + Y補 即：X+Y補=X補+Y補 X-Y補=X補+-Y補運算規(guī)則： 1）和的補碼等于補碼之和 X+Y補=X補+Y補 2）差的補碼等于補碼之差 X-Y補=X補- Y補 3）X-Y補=X補+-Y補 -Y補稱為對補碼數Y補變補， 變補規(guī)則：對Y補的每一位（包括符號位）按位取反加 1，則結果就是-Y補。例： 用補碼進行下列運算(設n = 8)： （+18）+（-15） （-18）+（-11） 解： 0001 0010B +18補 + 1111 0001B -15補 1 0000 0011B + 3 補 最高位（符號位）為0，結果為正 符號位的進位，丟掉。 1

19、110 1110B -18補 + 1111 0101B -11補 1 1110 0011B - 29 補 最高位（符號位）為1，結果為負 符號位的進位，丟掉。 例：用補碼進行下列運算（設n = 8）： 96-19； （-56）-（-17）解： X = 96 ，Y = 19 ，則 X補 = X原 = 0110 0000B Y補 = Y原 = 0001 0011B -Y補 = 1110 1101B 0110 0000B X補 + 1110 1101B -Y補 0100 1101B X-Y補 =X-Y原 = +77 符號位為0，結果為正。 X =-56， Y =-17， 則 X原 = 1011 10

20、00B X補 = 1100 1000B Y原 = 1001 0001B Y補 = 1110 1111B -Y補= 0001 0001B 1100 1000B X補 + 0001 0001B -Y補 1101 1001 符號位為1，結果為負數的補碼，可對X-Y補再求補，得X-Y原 =10100111B。 例：已知X=+0110100，Y=+1110100，用補碼求Y-X=？解： -X原=10110100 -X補= X反+1=11001100 Y補= Y原=01110100所以： Y-X補= Y補+ -X補 =01110100+11001100 =01000000 則 Y-X =010000001

21、.4.4帶符號數的表示范圍 對8位二進制數，原碼、反碼和補碼所能表示的數的范圍為：原碼： -127 +127 （FFH 7FH）反碼： -127 +127 （80H 7FH）補碼： -128 +127 （80H 7FH） 對16位二進制數，原碼、反碼和補碼所能表示的數的范圍為：原碼： -32767 +32767 （FFFFH 7FFFH）反碼： -32767 +32767 （8000H7FFFH）補碼： -32768 +32767 （8000H7FFFH）一個n位的有符號二進制數X，它可表示的數的范圍為：原碼：-2n-1+1 X 2n-1-1反碼：-2n-1+1 X 2n-1-1補碼： -2n

22、-1 X 2n-1-1有符號數運算中的溢出問題溢出只能出現在兩個同號相加或異號相減的情況下。 雙高位判別法 Cs：它表征最高位（符號位）的進位或借位情況。Cp：它表征數值部分最高位的進位或借位情況。 Cs Cp 1，結果產生溢出。即：Cs和Cp同為0或同為1，無溢出發(fā)生，只有當Cs和Cp為10或01狀態(tài)時才會發(fā)生溢出。 0111 1000B + 0110 1001B 1110 0001B 則：X+Y=11100001，符號位為1，結果為負。 在此例中， Cs=0，Cp=1， Cs Cp 1，結果產生溢出。 即：次高位向最高位有進位，而最高位向前無進位，產生溢出。（事實上，兩正數相加得出負數，結

23、果出錯）例1：X=01111000， Y=01101001，計算X+Y=？解：采用公式X-Y補=X補-Y補進行減法運算，并判斷溢出情況。 1001 0010B -110補 - 0010 0000B 32補 0111 0010B -110-32補在此例中， Cs=0，Cp=1， Cs Cp 1，結果產生溢出。 即：次高位向最高位有借位，而最高位向前無借位，產生溢出。（事實上，負數減正數得出正數，結果出錯）例2：設X=-110， Y=32，試對減法操作“X-Y”進行溢出判別。1.5 二進制編碼計算機處理的信息：數值、字符(字母、漢字等)。 各字符在計算機中由若干位的二進制數表示。 二進制數與字符之

24、間一一對應的關系，稱字符的二進制編碼。1. 二進制編碼的十進制數 用二進制編碼表示的十進制數，稱為二十進制碼 ，簡稱BCD碼(Binary Coded Decimal)。它的特點是保留了十進制的權，而數字則用0和1的組合編碼來表示。十進制數只有09這10種狀態(tài)，而4位二進制數可表示16種狀態(tài)（00001111），所以BCD碼只使用了00001001這10種狀態(tài)來表示十進制數的09，剩余的6種狀態(tài)10101111在BCD碼中是非法編碼。BCD碼與十進制數、二進制數之間的轉換一個十進制數用BCD碼表示，只要對十進制數的每一位按對應關系單獨進行轉換即可。BCD碼與二進制數之間的轉換，一般需要借助于十

25、進制數作為中間橋梁進行轉換。即先轉換為十進制數，再轉換成二進制數；反之同樣。例：（0001 0001 . 0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01）2 計算機中BCD碼的存儲方式壓縮BCD碼 用4位二進制數表示一位十進制數，即用一個字節(jié)表示2位BCD碼。例如，壓縮BCD碼0101 0100B=54H，其十進制值為54。非壓縮BCD碼 用8位二進制數表示一位十進制數，即高四位為0，低四位表示BCD碼。例如，非壓縮BCD碼0000 0101B=05H，其十進制值為5。而同樣是十進制數54，用非壓縮BCD碼表示為00000101 00000100。 二、字母與字符的二進制編碼

26、表示1.ASCII碼（american standard code for information interchange）：美國國家標準信息交換碼，微機中普遍采用的字符編碼。2.表示方法：用7位二進制數表示一個字符，最高位為0。常見數字、字母和控制字符的ASCII碼奇偶校驗位在通信過程中，將最高位用作奇偶校驗位，以校驗數據傳送中是否有一位出現錯誤。奇校驗 加上校驗位后編碼中“1”的個數為奇數。例：A的ASCII碼是41H（100 0001B），具有偶校驗的A的ASCII碼為41H（0100 0001B）具有奇校驗的A的ASCII碼為C1H（1100 0001B）偶校驗 加上校驗位后編碼中“1

27、”的個數為偶數。 上例若以偶校驗傳送，則為41H。見課后習題1.10 1.111.6 常用術語解釋1.位；bit 計算機中的最小存儲單位 1Mb=10241024bit=220bit 1Gb=230bit=1024Mb 1Tb=240bit=1024Gb2.字節(jié)：Byte 1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte 8位二進制數稱為一個字節(jié)，數據在內存中常以 Byte為單位進行存儲。3.字（word）： 2個字節(jié)為1個字。4.雙字（double word）：4個字節(jié)為1雙字。第一章 習題1.1計算機中常用的計數制有哪些？1.2什么是機器碼？什么是真值？1.3完成下列數制的轉換。(1)1

28、0100110B=( )D=( )H(2)0.11B=( )D(3)253.25=( )B=( )H(4)1011011.101B=( )H=( )BCD 1.4 8位和16位二進制數的原碼、補碼和反碼可表示的數的范圍分別是多少？1.5寫出下列真值對應的原碼和補碼的形式。(1)X= -1110011B(2)X=-71D (3)X=+1001001B1.6符號數10110101B的反碼=？補碼=？1.7已知X和Y的真值，求X+Y的補碼(1)X=-1110111B Y=+1011010B(2) X=56D Y=-21D1.8已知X=-1101001B，Y=-1010110B，用補碼求X-Y。1.9請寫出下列字符的ASCII碼。 4A3=！1.10若給字符4和9的ASCII碼加奇校驗，應是多少？1.11上題中若加偶校驗，結果如何？1.12 計算下列表達式 (1) (4EH+10110101B)*(0.0101)BCD=（ ）D (2)4EH-(24/08H+B/2H)=（ ）B?第一章習題答案1.3(1)166，A6H (2)0.75 (3)11111101.01B，FD.4H