微機(jī)原理-第1章 計算機(jī)基礎(chǔ)知識

微型計算機(jī)原理及應(yīng)用

(第四版)總目錄第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識第2章微型計算機(jī)的基本組成電路第3章微型計算機(jī)的基本工作原理第4章16位微處理器第5章86系列微型計算機(jī)的指令系統(tǒng)第6章微型計算機(jī)的程序設(shè)計第7章微型計算機(jī)匯編語言及匯編程序第8章輸入/輸出接口第9章中斷控制器、計數(shù)/定時控制器及DMA控制器第10章A/D及D/A轉(zhuǎn)換器第11章32位微處理器第12章PC總線及整機(jī)結(jié)構(gòu)第13章MCS-51單片計算機(jī)第14章微型計算機(jī)在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識1.1數(shù)制1.2邏輯電路1.3布爾代數(shù)1.4二進(jìn)制數(shù)的運算及其加法電路習(xí)題1.1數(shù)制

數(shù)制:是人們利用符號來記數(shù)的科學(xué)方法。通俗地說就是數(shù)的構(gòu)成方法。在計算機(jī)的設(shè)計與使用上常用的數(shù)制則為十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。1.1.1數(shù)制的基與權(quán)

概念：1、數(shù)制的基（進(jìn)位基數(shù)）：每一數(shù)位所能使用的數(shù)碼的個數(shù)稱為數(shù)制的基；2、數(shù)制的權(quán)：數(shù)制每一數(shù)位取值為1時所具有的值的大小，稱為權(quán)。十進(jìn)制(decimalsystem)：進(jìn)位基數(shù)為“10”，即它所使用的數(shù)碼為0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共有10個。代表字母：D二進(jìn)制(binarysystem):

進(jìn)位基數(shù)為為“2”，即其使用的數(shù)碼為0，1，共兩個。二進(jìn)制各位的權(quán)是以2為底的冪，代表字母：B八進(jìn)制(octavesystem):進(jìn)位基數(shù)為“8”，即其數(shù)碼共有8個：0，1，2，3，4，5，6，7。代表字母：O十六進(jìn)制(hexadecimalsystem):進(jìn)位基數(shù)為“16”，即其數(shù)碼共有16個：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)。代表字母：H在微型計算機(jī)中這些數(shù)制都是經(jīng)常用到的，但在本書后面的內(nèi)容中，二進(jìn)制和十六進(jìn)制更為常用，希望初學(xué)者注意。1.1.2為什么要用二進(jìn)制?

電路通常只有兩種穩(wěn)態(tài)：導(dǎo)通與阻塞、飽和與截止、高電位與低電位等。具有兩個穩(wěn)態(tài)的電路稱為二值電路。因此，用二值電路來計數(shù)時，只能代表兩個數(shù)碼：0和1。如以1代表高電位，則0代表低電位，所以，采用二進(jìn)制，可以利用電路進(jìn)行計數(shù)工作。而用電路來組成計算機(jī)，則有運算迅速、電路簡便、成本低廉等優(yōu)點。1.1.3為什么要用十六進(jìn)制？

用十六進(jìn)制既可簡化書寫，又便于記憶。如下列一些等值的數(shù)：1000(2)=8(16)(即8(10))1111(2)=F(16)(即15(10))110000(2)=30(16)(即48(10))1.1.4數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法整數(shù)部分：采用基數(shù)連除的方法；小數(shù)部分：采用基數(shù)連乘的方法；2.二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法由二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)乘以各位的數(shù)(0或1)，展開成多項式的形式，再加起來就得到十進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八及十六進(jìn)制數(shù)的方法轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)：以小數(shù)點為基準(zhǔn)分組，小數(shù)點左邊按照從右到左的順序每三位一組并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)，最高位不足三位加零補(bǔ)齊；小數(shù)點右邊按照從左到右的順序每三位一組并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)，最低位不足三位加零補(bǔ)齊。轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)：不同之處分組的位數(shù)為四位一組。八及十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法兩點注意事項：(1)一個二進(jìn)制數(shù)可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，而一個帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)不一定能夠準(zhǔn)確地用二進(jìn)制數(shù)來表示。(2)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時，以小數(shù)點為界，整數(shù)和小數(shù)要分別轉(zhuǎn)換。1.2邏輯電路

邏輯電路由其3種基本門電路(或稱判定元素)組成。圖1.1是基本門電路的名稱、符號及表達(dá)式。圖1.1在這3個基本門電路的基礎(chǔ)上，還可發(fā)展成如圖1.2那樣更復(fù)雜的邏輯電路。其中，最后一個叫作緩沖器(buffer)，為兩個非門串聯(lián)以達(dá)到改變輸出電阻的目的。如果A點左邊電路的輸出電阻很高，則經(jīng)過這個緩沖器之后，在Y點處的輸出電阻就可以變得低許多倍，這樣就能夠提高帶負(fù)載的能力。圖1.2

復(fù)合邏輯門電路

1.3布爾代數(shù)

布爾代數(shù)也稱為開關(guān)代數(shù)或邏輯代數(shù)，和一般代數(shù)一樣，可以寫成下面的表達(dá)式：Y=f(A,B,C,D)1、布爾代數(shù)和普通代數(shù)的區(qū)別：2、布爾代數(shù)的三種基本邏輯運算：”與”、“或”、“非”；幾種復(fù)合邏輯運算：“與非”、“或非”、“異或”、“同或”、作用：利用摩根定理，可以解決與門、或門互換的問題。二變量的摩根定理為：

A+B=A·B

A·B=A+B推廣到多變量：

A+B+C+…=A·B·C…1.3.1布爾代數(shù)的基本運算規(guī)律1.3.2摩根定理A·B·C…=A+B+C+…至于多變量的摩根定理，用相同的方法同樣可以得到證明。這個定理可以用一句話來記憶：頭上切一刀，下面變個號?！纠?.10】A·B=A+B=A+BA+B+C=A·B·C1.3.3布爾代數(shù)的幾種表示方法：1、真值表2、邏輯式3、邏輯圖4、卡若圖1.4二進(jìn)制數(shù)的加法電路

眾所周知，算術(shù)的基本運算共有4種：加、減、乘和除。在微型計算機(jī)中常常只有加法電路，這是為了使硬件結(jié)構(gòu)簡單而成本較低。不過，只要有了加法電路，也能完成算術(shù)的4種基本運算。1.4.1二進(jìn)制數(shù)的相加（略過）1.4.2半加器電路1.4.3全加器電路圖1.61.4.4半加器及全加器符號

圖1.6(a)為半加器符號，圖1.6(b)為全加器符號。1.4.5二進(jìn)制數(shù)的加法電路：串行進(jìn)位加法器、超前進(jìn)位加法器設(shè)A=1010=10(10)B=1011=11(10)四位的加法電路：圖1.7A與B相加，寫成豎式算法如下：

A：1010

B：1011(+

S：10101即其相加結(jié)果為S=10101。從加法電路，可看到同樣的結(jié)果：

S=C4S3S2S1S0

=101011.4.6二進(jìn)制數(shù)的減法運算1、計算機(jī)中的減法如何實現(xiàn)？例：A-B=A+(-B)注意：如有進(jìn)位的話，則舍去進(jìn)位。2、數(shù)的分類？真值：一般書寫時表示的數(shù)。機(jī)器數(shù)：無符號數(shù)和有符號數(shù)3、概念：原碼、反碼、補(bǔ)碼注：此處的上述概念都是針對有符號數(shù)而言的。4、無符號數(shù)的補(bǔ)碼求法。各數(shù)位依次取反再加1即可。5、有符號數(shù)的補(bǔ)碼求法。正數(shù)的補(bǔ)碼：符號位為0，其余位為其數(shù)值。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：符號位為1，其余位為反碼+1。5、舉例說明如何運用補(bǔ)碼將二進(jìn)制的減法變成加法運算。例：1、求8-48=1000B4=0100B

4的補(bǔ)碼為：1100于是8-4=1000B+1100B=10100最前面的1為進(jìn)位，舍去

=0100B=4例：2、求0FH-0AH0FH=00001111B0AH=00001010B0AH=00001010B

其補(bǔ)碼為=11110110B于是0FH-0AH=00001111B+11110110B=100000101B

最前面的1為進(jìn)位，舍去

=00000101B=5補(bǔ)碼的概念：并非只有二進(jìn)制數(shù)才有。在十進(jìn)制、十六進(jìn)制等各種進(jìn)制中都是存在的。如在十進(jìn)制中原碼為6的補(bǔ)碼是4，原碼為64的補(bǔ)碼是36，原碼為642的補(bǔ)碼是358等。由此可見：原碼+補(bǔ)碼的結(jié)果如下：

6+4=10

64+36=100

642+358=1000即原碼與補(bǔ)碼互相補(bǔ)充而能得到一個進(jìn)位數(shù)：1位數(shù)的原碼加補(bǔ)碼得到的是2位數(shù)10；2位數(shù)的原碼加補(bǔ)碼得到的是3位數(shù)100；3位數(shù)的原碼加補(bǔ)碼得到的是4位數(shù)1000。1.7可控的反相器及加減法電路四位的加法器控制基理：0⊕A=A1⊕A=ASUB為控制端。－可控的加減法電路習(xí)題1.1將下列各二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。(1)1101(2)(2)11010(2)(3)110100(2)(4)10101001(2)1.2將1.1題的各二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。1.3簡述3個門電路的基本元素在電路中對電平高低的作用。1.4布爾代數(shù)有哪兩個特點?1.5布爾代數(shù)的“或運算”結(jié)果可用哪兩句話來歸納?其“與運算”結(jié)果又可歸納成哪兩句話?1.6什么叫原碼、反碼及補(bǔ)碼