二進(jìn)制 八進(jìn)制 十進(jìn)制 bcd碼 十六進(jìn)制 相互轉(zhuǎn)化 及計(jì)算機(jī)中的補(bǔ)碼反碼原碼課件

1、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)第一章 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)信息的表示及運(yùn)算1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼和表示1.3 數(shù)字化信息的編碼和表示1.4 數(shù)值的運(yùn)算1.5 微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)概述1.1 數(shù)制1.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.1.2 進(jìn)位計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制1、十進(jìn)制數(shù)：基數(shù)是10，有10個(gè)不同的數(shù)學(xué)符號，即092、二進(jìn)制數(shù)：基數(shù)是2，有2個(gè)不同的數(shù)學(xué)符號，即0和1 3、八進(jìn)制：基數(shù)是8，有8個(gè)不同的數(shù)學(xué)符號4、十六進(jìn)制：基數(shù)是16，有16個(gè)不同的數(shù)學(xué)符號，即：0，1，29，A，B，C，D，E，F(xiàn)某一進(jìn)制數(shù)的大小由系數(shù)項(xiàng)和權(quán)的乘積決定。例：（123.45）10 = 1102+21

2、01+3100+410-1+510-2（10101.11）2 = 124+1 22+1 20+1 2-1+1 2-2（375.4）8= 3 82+7 81+5 80+4 8-11.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)采用乘法例：0.625 0.25 0.50 2 2 2 1.250 0.50 1.00整數(shù)部分為1 0 1最高位 最低位即得到（0.625）10=（0.101）21.1.2 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換3、八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 因?yàn)?3=8，所以每一位八進(jìn)制數(shù)可以用一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)表示。07之間的數(shù)表示成3位二進(jìn)制數(shù)為： 000，001，010，011 ，111；1.1.2

3、不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換例：（10100111000001.0110）2=（24701.3）8=（29C1.6）16（ 2 A C . 7 B ）16 =（0010 1010 1100 . 0111 1011）2機(jī)器數(shù)與真值 實(shí)際運(yùn)算中，數(shù)是有正負(fù)的，計(jì)算機(jī)中數(shù)也有正負(fù)，通常用一個(gè)數(shù)的最高位表示符號，如果字長為8位，分別為D7 D0，那么D7為符號位， 0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)；D6 D0為數(shù)值位。如： 11010111B=-87 這樣，在計(jì)算機(jī)中，連同符號一起數(shù)碼化的數(shù)，就稱為機(jī)器數(shù)，如上例中的11010111；而使用正負(fù)號加其絕對值的表示方法，稱為該數(shù)的真值，如上例中的-87和-1010111B

4、。1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼和表示（1）原碼X原=0X1X2 Xn-1 ( X0)1X1X2 Xn-1 ( X0)0表示正，1表示負(fù)，與真值轉(zhuǎn)換方便n位原碼的表示范圍： -(2n-1-1) +(2n-1-1) n=8時(shí)，范圍為-127+127存在問題：兩個(gè)異號數(shù)相加或兩個(gè)同號數(shù)相減時(shí) 需要作減法，計(jì)算不方便。1.2.1 帶符號數(shù)的編碼(3)補(bǔ)碼0表示正，1表示負(fù)，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示為它的反碼在最后位加1。在計(jì)算機(jī)里把負(fù)數(shù)變?yōu)檠a(bǔ)碼，是為了把減法變成加補(bǔ)碼來進(jìn)行。（-87）10=11010111 原碼表示（-87）10=10101000 反碼表示（-87）10=10101001 補(bǔ)碼表示n位補(bǔ)碼的

5、表示范圍： -2n-1 +(2n-1-1) n=8時(shí)，范圍為-128+127，-128補(bǔ)=10000000X補(bǔ)=0X1X2 Xn-1 ( X0)1X1X2 Xn-1 +1 ( X0)1.2.1 帶符號數(shù)的編碼幾點(diǎn)結(jié)論：原碼、反碼、補(bǔ)碼最高位都是符號位正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼相同原碼、反碼、補(bǔ)碼的表示范圍不同編程時(shí)不涉及碼制，由硬件自動(dòng)完成采用不同的碼制，運(yùn)算器和控制器的結(jié)構(gòu)不同1.2.1 帶符號數(shù)的編碼微機(jī)中所能表示的數(shù)值類型 （1）無符號二進(jìn)制數(shù)字節(jié)、字、雙字（2）帶符號的二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)整數(shù)、短整數(shù)、長整數(shù) （3）帶符號的二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)單精度、雙精度、擴(kuò)展精度1.2.2 數(shù)的表示形式1.3 數(shù)字

6、化信息的編碼和表示1.3.1 信息的數(shù)字化數(shù)字計(jì)算機(jī)是指在計(jì)算機(jī)中各種信息用數(shù)字代碼表示。在物理機(jī)制上，數(shù)字代碼以數(shù)字型信號表示。數(shù)字信號是一種在時(shí)間上或空間上離散的信號，目前常用二位邏輯值0、1表示。多位信號的組合可表示廣泛的信息，處理時(shí)可進(jìn)行逐位處理。數(shù)字代碼字符圖像聲音命令和狀態(tài)1.3 數(shù)字化信息的編碼和表示1.3.2 十進(jìn)制數(shù)的編碼多位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)，這種表示方法稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，也稱BCD碼。1.3 數(shù)字化信息的編碼和表示1.3.3 西文信息的表示字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號及特殊符號組成的字符集，通常使用ASCII碼表示。每一個(gè)ASCII碼占用一個(gè)字節(jié)，其中最高位為0，余

7、下7位用來表示128個(gè)不同的字符、控制碼和狀態(tài)碼。1.3 數(shù)字化信息的編碼和表示1.3.4 中文信息的表示1、GB2312國標(biāo)碼漢字在計(jì)算機(jī)中通常采用GB2312標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，簡稱國標(biāo)碼。GB2312國際字符集由三部分組成：分別是各種符號、數(shù)字、字母及漢語拼音；一級常用漢字，按拼音排序；二級常用漢字，按部首排序。三部分共七千多個(gè)字符，因此國標(biāo)碼需用兩個(gè)字節(jié)來表示這些字符。1.3 數(shù)字化信息的編碼和表示 1.3.4 中文信息的表示3、漢字的輸出一套漢字的所有字符點(diǎn)陣形狀描述信息集合在一起成為字型庫，簡稱字庫。不同字體對應(yīng)不同的字庫。在輸出漢字時(shí)，計(jì)算機(jī)都要到相應(yīng)的字庫中找到字型描述信息，然后將字

8、型信息輸出。目前對字型的表述主要有兩種：點(diǎn)陣型和輪廓型。點(diǎn)陣型是指用1616、3232等形式排成方陣的二進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)漢字。1表示對應(yīng)位是黑點(diǎn)，0表示對應(yīng)位是空白。1.4.1 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算0 + 0=0 0 + 1=11 + 0=1 1 + 1=0（有進(jìn)位）0 0=00 1=01 0=01 1=11.4 數(shù)值的運(yùn)算方法1、常用的邏輯門電路 與門 或門 非門 異或門 與非門 或非門2、觸發(fā)器 RS觸發(fā)器 D觸發(fā)器 JK觸發(fā)器3、寄存器 鎖存器 移位寄存器 計(jì)數(shù)器 三態(tài)門 譯碼器1.4.2 微型計(jì)算機(jī)的基本組成電路 1、常用邏輯電路2、觸發(fā)器-RS觸發(fā)器2、觸發(fā)器-D觸發(fā)器 2、觸發(fā)器-JK觸

9、發(fā)器3、寄存器-鎖存器什么是鎖存器：由若干個(gè)鐘控D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲多位二進(jìn)制代碼的時(shí)序邏輯電路，叫鎖存器。應(yīng)用場合：數(shù)據(jù)有效遲后于時(shí)鐘信號有效。這意味著時(shí)鐘信號先到，數(shù)據(jù)信號后到。在某些運(yùn)算器電路中有時(shí)采用鎖存器作為數(shù)據(jù)暫存器。什么是寄存器：由若干個(gè)正沿D觸發(fā)器構(gòu)成的一次能存儲多位二進(jìn)制代碼的時(shí)序邏輯電路，叫寄存器。應(yīng)用場合：時(shí)鐘有效遲后于數(shù)據(jù)有效。這意味著數(shù)據(jù)信號先建立，時(shí)鐘信號后建立。在CP上升沿時(shí)刻打入到寄存器。鎖存器是用于存儲數(shù)據(jù) 來進(jìn)行交換，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來保持一段時(shí)間不變化，直到新的數(shù)據(jù)將其替換。寄存器與鎖存器都是用來暫存數(shù)據(jù)的器件，在本質(zhì)上沒有區(qū)別.3、寄存器-移位寄存器3、

10、寄存器-計(jì)數(shù)器3、寄存器-三態(tài)門 3、寄存器-譯碼器1.5 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.5.2微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)調(diào)制解調(diào)器內(nèi)存條電源箱 中央處理器主板光驅(qū)軟驅(qū)硬盤微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.5微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成邏輯圖存儲器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸入設(shè)備CPU1.5 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPU存儲器PIO(I/O接口電路)I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線I/O總線控制總線時(shí)鐘微機(jī)硬件組成示意圖CPU：運(yùn)行指令，計(jì)算數(shù)據(jù)存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)外設(shè)接口：在系統(tǒng)與外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)鐘：產(chǎn)生系統(tǒng)中各部件間相互協(xié)調(diào)工作所需的脈沖信號外圍設(shè)備：完成系統(tǒng)的輸入和輸出系統(tǒng)總線：為AB、DB

11、、CB的總稱。1.5 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線的位數(shù)（也稱為寬度）與微處理器的位數(shù)相對應(yīng)。數(shù)據(jù)總線是雙向的。地址總線（AB）：地址總線的位數(shù)決定了CPU可以直接尋址的內(nèi)存范圍。如：16位微型機(jī)的AB為20位，決定它的最大內(nèi)存容量為220=1M字節(jié)。地址總線是單向的。控制總線（CB）：控制總線用來傳輸控制信號，是雙向的。1.5 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)按結(jié)構(gòu)分類：單板機(jī)：將CPU，存儲器，接口電路，鍵盤，顯示屏等設(shè)計(jì)在一塊電路板上。例如：Z80單板機(jī)。單片機(jī)：將CPU，存儲器，接口電路等集成在一片芯片里。例如：MCS- 48 (Intel 8048) , MCS- 51 (Intel 8051)多板機(jī)：即臺式微機(jī)1.5 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.6 微處理器的組成1、字長：運(yùn)算部件直接能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長越長，計(jì)算機(jī)處理能力越強(qiáng)，精度越高，指令功能越強(qiáng)，可尋址的空間也越大。2、地址線：決定可以直接尋址的存儲空間范圍。3、速度：進(jìn)行數(shù)值計(jì)算或者處