《微型計算機原理與接口技術(shù)》第1章-2013

1、第1章計算機基礎(chǔ)1.1 計算機中的數(shù)制1.2計算機中數(shù)據(jù)的編碼1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成 解決微型機領(lǐng)域中數(shù)的不同表示方法一常用計數(shù)制 1. 十進制數(shù)：編程時使用（D） 2. 二進制數(shù)：計算機內(nèi)部信息存儲，運算， 輸入/ 輸出都是二進制數(shù)（B） 1.1 計算機中的數(shù)制3.十六進制數(shù)（H）：人們最常用的是十進制，計算機中為了物理實現(xiàn)的方便，采用的是二進制，為了書寫閱讀方便，又常常采用十六進制數(shù)來表示二進制數(shù)。進位制 二進制 八進制 十進制 十六進制規(guī)則 逢二進一 逢八進一 逢十進一 逢十六進一基數(shù) R=2 R=8 R=10 R=16數(shù)碼 0,1 0,1,2.,7 0,1,2.,9 0,1,2,

2、.9, A,B,C,D,E,F 權(quán) 2i 8i 10i 16i 形式表示 B Q D H計算機中常用的各種進位計數(shù)制在數(shù)位上,每個數(shù)位被賦予一定的位值。例如: 在十進制數(shù)中,個、十、百、千各位的權(quán)分別為100 , 101 , 102 , 103 位二進制數(shù) 等值的一位 十六進制數(shù) 位二進制數(shù) 等值的一位 十六進制數(shù)00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F十六進制數(shù) 與二進制的關(guān)系：每4位二進制數(shù)用1位十六進制數(shù)來表示1.1 計算機中的數(shù)制二進制與十六進制運算1 0 11 1

3、11 1 0 11 0 1 01.1 計算機中的數(shù)制( 3 9 )16( 7 A )16( B 3 )16( 4 5 )16( 2 6 )16( 1 F )16二數(shù)制轉(zhuǎn)換 二、八、十六進制數(shù) 十進制數(shù) 算法: 每位的代碼和該位的權(quán)值相乘，再求累加和 如：（）（？） 解： 123122 021 120121122 = 8 4 0 1 0.5 0.25 = (13.75 ) 10如： （29A F）16 = ( ? )10解： 21639162 10161 15160 = 8192 2304 160 15 = (10671)101.1 計算機中的數(shù)制. 二進制數(shù)十六進制數(shù) 算法：四位二進制數(shù)為一組

4、，每組用等值的十六進制代換 如：(101011.11)(10,1011.1100)2=(2B.C)163十六進制數(shù)二進制數(shù)算法：一位十六進制數(shù)用等值的四位二進制數(shù)代換如: (17E.58)16（0001,0111,1110.0101,1000)24 . 十進制數(shù)二進制數(shù) 十進制整數(shù)二進制數(shù) 算法：除取整，直到商為零為止 ，倒排1.1 計算機中的數(shù)制 1 1222120所以，(11)10=(1011)25 2 1.1 計算機中的數(shù)制十進制數(shù)純小數(shù)二進制數(shù) 算法:乘2取整,直到乘積的小數(shù)部分為0時止，順排 (0.8125)10=(0.1101)20. 8125 1 . 625 22 1. 250

5、2 1. 020. 51.1 計算機中的數(shù)制十進制帶小數(shù) 二進制數(shù) 算法：整數(shù)、純小數(shù)分別計算,再合并 (11.8125)10=(1011.1101)2 1.2計算機中數(shù)據(jù)的編碼一十進制數(shù)的二進制編碼BCD碼二字符的編碼ASCII碼三有符號數(shù)的編碼（碼制）原反補碼解決不同信息在計算機中的具體表示 一十進制數(shù)的二進制編碼BCD碼采用二進制數(shù)對每一位十進制數(shù)字進行編碼所得到的數(shù)叫做BCD碼。BCD碼有多種形式，最常用的是8421BCD碼，它是用4位二進制數(shù)對一個十進制數(shù)進行編碼，這4位二進制碼的值就是被編碼的一位十進制數(shù)的值。1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼40100010030011001120010

6、0010100010001000000000等值的一位十進制數(shù) 等值的一位BCD碼數(shù) 四位二進制數(shù) 1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼0101010150110011060111011171000100081001100191010非法BCD碼101111001101111011111.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼BCD碼在計算機中的存儲分為緊湊型和非緊湊型兩種：緊湊型BCD碼： （37）D = 0011，0111B非緊湊型BCD碼： （37）D = 0000，0011B 0000，0111B1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 二字符的編碼ASCII碼計算機常用的輸入輸出設(shè)備（鍵盤、顯示器、打印機）處理的數(shù)都是字符

7、。 有：英文的大小寫字母，數(shù)字符號（0，1，9）以及其他常用符號（如：%、+等）。采用美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（ASCII）對字符進行編碼。 使用七位二進制編碼來表示一個字符。該編碼方案中共有128個字符（27=128）。1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼ASCII字符編碼高 位 低 位 000 001 010 011 100 101 110 1110000 NUL DLE SP 0 P p0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q0010 STX DC2 “ 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NA

8、K % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K k 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o DEL如：鍵入“”，實際寫入鍵盤存儲區(qū)的是31H 即 00110001B鍵入“A”， 實際寫入鍵盤存儲區(qū)的是41H 即 01000001B又如：欲顯示“0”，應(yīng)把 30H 即 00110000B 顯示存儲區(qū) 欲顯示“F

9、 ”，應(yīng)把 46H 即 01000110B 顯示存儲區(qū) 1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼輸入/ 輸出用字符要求牢記以下18個字符的ASC碼：09的ASC碼為 30H 39HAF的ASC碼為 41H 46H回車符的ASC碼為 0DH換行符的ASC碼為 0AH1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼100001011.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 表示的數(shù) 是多少？ 三. 碼制 解決在微型機領(lǐng)域中如何表示有符號數(shù)（一） 真值和機器數(shù)的概念計算機只能識別0和1組成的數(shù)或代碼，所以有符號數(shù)的符號也只能用0和1來表示1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 1真值：一個數(shù)的數(shù)值 用“”表示正數(shù)，用“”表示負(fù)數(shù) 把符號數(shù)值化，用0表示“+”，用

10、1表示“-”，這 樣，連同符號位在一起作為一個數(shù)，稱為機器數(shù)。 正數(shù) 負(fù)數(shù) 0 XXXXXXX 1 XXXXXXX2機器數(shù)：在計算機中如何表示正負(fù)?1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼由于數(shù)值部分的表示方法不同，有符號數(shù)可有三種表示方法（即機器數(shù)有三種形式），分別叫做： 原碼、 反碼、 補碼3字長：包括符號位在內(nèi)，一個二進制數(shù)占有的位數(shù) 1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 1. 原碼：最高位為符號位，數(shù)值位部分就是該數(shù)的絕對值。 例如：假設(shè)某機器的字長為8位，則：+23(17H)的原碼機器數(shù)為：- 23(-17H)的原碼機器數(shù)為： 其中最高位是符號位，后7位是數(shù)值位。00010111100101111.2 計算

11、機中數(shù)據(jù)的編碼 2. 反碼：把最高位規(guī)定為符號位，數(shù)值部分對正數(shù)是其絕對值，對于負(fù)數(shù)則是其絕對值按位取反（即1變0，0變1）。例如：+23的反碼機器數(shù)為 - 23的反碼機器數(shù)為數(shù)字0的反碼有2種表示： (+0)10=(00000000)2 (- 0)10=(11111111)200010111111010001.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 3. 補碼：對于正數(shù)的補碼同原碼、反碼，負(fù)數(shù)的數(shù)值位部分為其絕對值按位取反后末位加1所得。 例如：+23的反碼為 -23的反碼為 - 23的補碼為0001011111101000111010011.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼小結(jié)： 機器數(shù)比真值數(shù)多一個符號位。 正數(shù)

12、的原、反、補碼與真值數(shù)相同。 負(fù)數(shù)原碼的數(shù)值部分與真值相同；負(fù)數(shù)反碼的數(shù)值部分為真值數(shù)按位取反;負(fù)數(shù)補碼的數(shù)值部分為真值數(shù)按位取反末位加1。 沒有負(fù)零的補碼，或者說負(fù)零的補碼與正零的補碼相同。 1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 補碼機器數(shù)的數(shù)值范圍 設(shè)機器數(shù)字長=n位,用來表示整數(shù),則n位補碼數(shù),其真值范 圍為: -2n-1 +2n-1 - 1由于補碼表示的機器數(shù)更適合運算，為此，計算機系統(tǒng)中 負(fù)數(shù)一律用補碼表示。設(shè)：8位補碼數(shù)為 1000,0000 0111,1111 則：十進制真值數(shù)為 - 128 +127設(shè)：16位補碼數(shù)為 1000,0000,0000,00000111,1111,1111,1

13、111則：十進制真值數(shù)為 -32768 +327671.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 （2）設(shè)X補 =(96)16,則x =( ? )10 解: x補 =(96)16 = （ 10010110 ）2 則 x = -（1101010）2 =(-106)10 （1）設(shè)x =(-120)10,則x補 =( ? )16 解：x =(-120)10 =(-1111000)2 則 x補 =(1000,1000)2 =(88)16 真值與機器數(shù)的轉(zhuǎn)換(設(shè)字長n=8) 1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 （二）整數(shù)補碼的運算 關(guān)于“?！钡母拍?一個計量器的最大容量稱為該計量器的“?！彼奈挥嫈?shù)器能存00001111共十六個數(shù)

14、, 模24八位計數(shù)器能存0000,00001111,1111共256個數(shù)， 模 28 十六位計數(shù)器能存0000,0000,0000,00001111,1111,1111,1111共65536個數(shù)， 模 216 1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 2 四位的加法器（由四個全加器組成）模 2416一位全加器有3個輸入端(加數(shù),被加數(shù),低位向本位的進位) 2個輸出端(本位和,本位向高位的進位) 在上述加法器上進行: 7+6=13,進位為0 8+8=0,進位為1 進位為“1”，其值為16，就是四位加法器的“?！保?它被運算器“丟失”了。 0111110011101.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 3.整數(shù)補碼的加減運

15、算 補補補補補 補 條件：(1) 符號位參加運算 (2) 以2n為模（為字長） (3) 當(dāng)真值滿足下列條件時，結(jié)果是正確的，否則結(jié)果錯誤 2n-1 x, y, x+y ,xy +127， 215-1,-2152計算機怎樣表示進位和溢出CFOF溢出判斷電路 來自低位的進位值1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼 運算器對有符號數(shù)和無符號數(shù)同樣對待 最高位的進位值保存在“進位標(biāo)志寄存器”中 如加數(shù)與被加數(shù)的最高位相同，卻與結(jié)果的 最高位相異，則將“溢出標(biāo)志寄存器”置為1 如果參與運算的數(shù)是無符號數(shù)，則判進位標(biāo)志， 進位標(biāo)志=1，表示溢出錯。 如果參與運算的數(shù)是有符號數(shù)，則判溢出標(biāo)志，溢出標(biāo)志=1，表示溢出錯。

16、 3程序員如何判斷溢出錯？1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼例： 加數(shù)= 01000010 被加數(shù)= 01100011再如：加數(shù)= 10111110 被加數(shù)= 10011101結(jié)果正確否？CF=0，OF=1和 = 010100101 和= 101011011 CF=1，OF=1結(jié)果正確否？（+（+1.2 計算機中數(shù)據(jù)的編碼一. 計算機系統(tǒng)組成：硬件：泛指設(shè)備而言 軟件：泛指程序而言 1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成硬件： 中央處理器CPU （運算器、控制器） 存儲器系統(tǒng) I/O接口 電源系統(tǒng) I/O設(shè)備 主機箱軟件： 系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)，程序設(shè)計語言及其編輯、編譯軟件）應(yīng)用軟件：為解決某一實際問題而編制的

17、軟件二.微型機硬件結(jié)構(gòu)1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成 C P U 存儲器 AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲器I/O接口I/O設(shè)備微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成 存儲器CPU:即微處理器，是超大規(guī)模集成電路，內(nèi)部集成了運算器、控制器、存儲器管理部件 C P U AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲器I/O接口I/O設(shè)備微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成存儲器:指系統(tǒng)的主存儲器，簡稱為內(nèi)存。 用來存放程序、數(shù)據(jù) 存儲器存儲器 C P U AB地址總線

18、 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 I/O接口I/O設(shè)備微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口 1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成存 儲 器 是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)存 儲 元 存儲器的最小組成單位，用以存儲1位二進制代碼。存儲單元 是CPU訪問存儲器基本單位，由若干個具有相同操 作屬性的存儲元組成。單元地址 在存儲器中用以表識存儲單元的唯一編號，CPU通過該編號訪問相應(yīng)的存儲單元。存 儲 體 存儲單元的集合，是存放二進制信息的地方幾個基本術(shù)語1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成存儲器各個概念之間的關(guān)系單元地址00000001.XXXX存儲單元存儲元存儲體1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成I/O接口:是CPU和外部設(shè)備交換信息的“中轉(zhuǎn)站” I/O接口 存儲器 C P U AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲器I/O設(shè)備微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過3條總線連接存儲器、I/O接口 1.3 計算機系統(tǒng)的基本組成I/O設(shè)備:如鍵盤、顯示器、打印機 I/O設(shè)備 存儲器 C P U AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲器I/O接口微機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過3條