微機原理與接口技術第1章 概述

第1章概述1.1計算機的數(shù)制及其轉換

1.2

計算機中數(shù)與字符的編碼

1.3微型計算機系統(tǒng)組成1.4微型計算機的性能指標及分類1.5多媒體計算機1.1計算機中的數(shù)制及其轉換

計算機內部的信息分為兩大類：控制與狀態(tài)信息數(shù)據信息

控制與狀態(tài)信息：是一系列的控制命令，用于指揮計算機如何操作，也可能是一種檢測信息；

數(shù)據信息：是計算機操作的對象，一般又可分為數(shù)值數(shù)據和非數(shù)值數(shù)據。數(shù)值數(shù)據用于表示數(shù)量的大?。赫麛?shù)，小數(shù)等非數(shù)值數(shù)據沒有確定的數(shù)值：字符、漢字、邏輯數(shù)據。

信息的表示：基2碼，即2進制形式

(1)基2碼在物理上最容易實現(xiàn)。

(2)基2碼用來表示二進制數(shù)，其編碼、加減運算規(guī)則簡單。

(3)基2碼的兩個符號“1”和“0”正好與邏輯數(shù)據“真”與“假”相對應，為計算機實現(xiàn)邏輯運算帶來了方便。

1.1.1數(shù)與數(shù)制位置計數(shù)法（進位計數(shù)制）：是一種計數(shù)的方法。同一個數(shù)字在不同的數(shù)位代表的數(shù)值不同，這種記數(shù)方法稱為位置記數(shù)法。對每一個數(shù)位賦以不同的位值，稱為“權”?；鶖?shù)：各種數(shù)制中數(shù)字符號的個數(shù)稱為該數(shù)制的基數(shù)。數(shù)制：二進制、八進制、十進制、十六進制

表示方法：*二進制數(shù)(Binary)后綴加“B”,如：11010001B。*八進制數(shù)(Octonary)后綴加“O”或“Q ”,如：76Q。*十進制數(shù)(Decimal)后綴加“D”,如：25D或25。*十六進制數(shù)(Hexadecimal)后綴加“H”,如：9AH。

*十六進制數(shù)(Hexadecimal)后綴加“H”,如：0F6H

數(shù)的位權表示：十進制：(234.13)10=2×102+3×101+4×100+1×10-1+3×10-2

二進制：(101.11)2=1×22+0×21+1×20+1×2－1+1×2－2八進制：(124.36)8=1×82+2×81+4×80+3×8－1+6×8－2十六進制：(AC.B5)16=A×161+C×160+B×16－1+5×16－2其中為整數(shù)部分，為小數(shù)部分，r為基數(shù)。每一項的數(shù)字可用0～r－1數(shù)字中的一個數(shù)字來表示。位置計數(shù)通式：1.1.2不同數(shù)制之間的轉換

1.十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉換

1)十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)

方法：除2取余數(shù)，結果倒序排列。

2)十進制小數(shù)轉換成二進制小數(shù)

方法：乘2取整數(shù)，結果順序排列。

【例1-1】將十進制數(shù)97轉換成二進制數(shù)。其過程如下：最后結果為(97)10=(A6A5A4A3A2A1A0)2=(1100001)22972482242122623210余數(shù)為1,余數(shù)為0,余數(shù)為0,余數(shù)為0,余數(shù)為0,余數(shù)為1,余數(shù)為1,商為0,

即A0=1即A1=0即A2=0即A3=0即A4=0即A5=1即A6=1結束【例1-2】將十進制小數(shù)0.6875轉換成二進制小數(shù)。其過程如下：0.6875× ?21.3750 整數(shù)部分為1，即A－1=10.3750 余下的小數(shù)部分×20.7500 整數(shù)部分為0，即A－2=00.7500 余下的小數(shù)部分×?21.5000 整數(shù)部分為1，即A－3=10.5000 余下的小數(shù)部分×?21.0000 整數(shù)部分為1，即A－4=10.0000 余下的小數(shù)部分為0，結束最后結果為(0.6875)10=(0.A－1A－2A－3A－4)2=(0.1011)2

為了將一個既有整數(shù)又有小數(shù)部分的十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，可以將其整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉換，然后再組合起來。例如：(97)10=(1100001)2(0.6875)10=(0.1011)2由此可得:(97.6875)10=(1100001.1011)23)二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：按位權展開后相加?！纠?-3】將二進制數(shù)111.11轉換成十進制數(shù)。其過程如下：(111.11)2=1×22+1×21+1×20+1×2－1+1×2－2 =4+2+1+0.5+0.25=(7.75)10

2.十進制與八進制之間的轉換

1)十進制整數(shù)轉換成八進制整數(shù)

方法：除8取余數(shù)，余數(shù)按倒序排列。

2)十進制小數(shù)轉換成八進制小數(shù)方法：乘8取整法，所得整數(shù)按順序排列。

3)八進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：按位權展開后相加

【例1-4】將十進制數(shù)97轉換成八進制數(shù)。其過程如下：最后結果為(97)10=(A2A1A0)8=(141)8余數(shù)為1,余數(shù)為4,余數(shù)為1,即A0=1即A1=4即A2=1結束

89781281商為0商為0,

【例1-5】將十進制小數(shù)0.6875轉換成八進制小數(shù)。其過程如下：

0.6875 ×8 5.5000 整數(shù)部分為5，即A－1=5 0.5000 余下的小數(shù)部分

×8 4.0000 整數(shù)部分為4，即A－2=4 0.0000 余下的小數(shù)部分為0，結束最后結果為(0.6875)10=(0.A－1A－2)8=(0.54)8同理，一個八進制數(shù)可分解成整數(shù)和小數(shù)部分，分別轉換后合成即可?！纠?-6】

將八進制數(shù)141.54轉換成十進制數(shù)。其過程如下：

(141.54)8=1×82+4×81+1×80+5×8－1+4×8－2 =64+32+1+0.625+0.0625 =97.6875最后結果為

(141.54)8=(97.6875)103.十進制與十六進制之間的轉換

1)十進制整數(shù)轉換成十六進制整數(shù)

方法：除16取余數(shù)，余數(shù)按倒序排列。

2)十進制小數(shù)轉換成十六進制小數(shù)

方法：乘16取整法，所得整數(shù)按順序排列。

3)十六進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：按位權展開后相加。

【例1-7】將十進制數(shù)97轉換成十六進制數(shù)。其過程如下：最后結果為(97)10=(A2A1A0)16=(61)16余數(shù)為1,余數(shù)為6,即A0=1即A1=6結束1697166商為0商為0,【例1-8】將十進制小數(shù)0.6875轉換成十六進制小數(shù)。其過程如下：0.68751611.00000.0000整數(shù)部分為11，即A－1=B余下的小數(shù)部分為0，結束最后結果為(0.6875)10=(0.A－1)16=(0.B)16【例1-9】

將十六進制數(shù)61.B轉換成十進制數(shù)。其過程如下：

(61.B)16 =6×161+1×160+B×16－1 =96+1+11×16－1 =97+0.6875 =97.6875最后結果為

(61.B)16=(97.6875)104.二進制與八進制、十六進制數(shù)之間的轉換1)二進制數(shù)轉換成八進制數(shù)

方法：以小數(shù)點為中心分別向左向右每三位一組進行劃分，末尾不夠3位補0，將每組變?yōu)榘诉M制數(shù)即可。2)八進制數(shù)轉換二進制數(shù)方法：將每一位八進制數(shù)分解成對應的三位二進制數(shù)。3)二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)

方法：以小數(shù)點為中心分別向左向右每四位一組進行劃分。末尾不夠4位補0，將每組變?yōu)槭M制數(shù)。4)十六進制數(shù)轉換二進制數(shù)

方法：將每位十六進制數(shù)轉換成對應的四位二進制數(shù)。【例1-10】直接將二進制數(shù)11110.11轉換成八進制數(shù)。

011 110 . 1103 6 . 6(11110.11)2=(36.6)8【例1-11】直接將八進制數(shù)35.6轉換成二進制數(shù)。

3 5 . 6011 101 . 110(35.6)8=(11101.11)2【例1-12】直接將二進制11110.11轉換成十六進制數(shù)。0001 1110 . 11001 E . C(11110.11)2=(1E.C)16【例1-13】直接將十六進制數(shù)0EF.CH轉換成二進制數(shù)。

E F . C1110 1111 . 1100(EF.C)16=(11101111.11)21.2計算機中數(shù)與字符的編碼1.2.1數(shù)值數(shù)據的編碼及其運算

1.二進制數(shù)的編碼及運算機器數(shù)：帶符號的二進制數(shù)值數(shù)據在計算機內部的編碼。

真值：機器數(shù)所代表的實際值。二進制數(shù)據的正負的表示+（0）-（1）

常用編碼：原碼、反碼、補碼

1)二進制數(shù)原碼編碼方法2n－1＞X≥00≥X＞－2n－1(1)二進制正、負數(shù)的原碼就是符號化的機器數(shù)真值本身

(2)原碼表示數(shù)的范圍:[-(2n-1-1),(2n-1-1)](3)真值0的原碼可表示為兩種不同的形式

+0[+0]原=00000000B-0[-0]原=10000000B2)二進制數(shù)反碼編碼方法2n－1＞X≥00≥X＞－2n－1二進制正數(shù)的反碼就是其原碼。二進制負數(shù)的反碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余按位取反。反碼表示數(shù)的范圍:[-(2n-1-1),(2n-1-1)](3)零的反碼有兩種表示法

[0]反=000…0n-1個0[0]反=111…1n-1個1

3)二進制數(shù)補碼編碼方法結論：二進制正數(shù)的補碼就是其原碼。二進制負數(shù)的補碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余位取反碼后末位加1。0≤X＜2n－1－2n－1≤X＜0正數(shù)的補碼就是其原碼。負數(shù)的補碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余位取反碼后末位加1,即：[x]補=[x]反

+1補碼表示數(shù)的范圍:[-2n-1,(2n-1-1)][0]補=000。。。。0n個0補碼的性質1.補碼表示數(shù)時，減運算可以用加上減數(shù)的補碼來代替。即

A-B=（A+[-B]補）（MOD2n）2.用補碼表示的數(shù)相加時，如果兩數(shù)和的絕對值不產生溢出，并按下面的規(guī)則作兩數(shù)的補碼運算，則得到的結果仍然是和的補碼。第一要把符號位當作數(shù)一樣參加運算。第二符號位相加后，如有進位出現(xiàn)，則將其舍去。[X+Y]補=[X]補+[Y]補[X-Y]補=[X]補+[-Y]補3.[[x]補]補=[x]原有符號數(shù)運算時的溢出問題

計算機運算時由于位數(shù)的限制，會產生溢出。有符號數(shù)加減運算采用雙高位法判別是否溢出。

CS：最高位進位

CP：次高位進位

P=CSXORCP=1且CS=0正溢出

=1且CS=1負溢出

=0不溢出【例1-15】機器字長n=8位，X=-48D，求[X]補。（1）將－48D轉換為二進制數(shù)：－00110000B。（2）變?yōu)榉创a，11001111B，（3）末位加1后為，[－48]補

=11010000B=0D0H

字長=16時，對[－48]補進行擴展

[－48]補=1111111111010000B=0FFD0H

2.無符號整數(shù)的編碼及運算規(guī)則在某些情況下，計算機要處理的數(shù)據全是正數(shù)，此時機器數(shù)再保留符號位就沒有意義了。這時，將機器數(shù)最高有效位也作為數(shù)值位處理，也就是說，假設機器字長為n位，則有符號整數(shù)的編碼可表示為符號位數(shù)值位

1位n－1位無符號整數(shù)的編碼可表示為數(shù)值位n位

無符號整數(shù)的表示范圍是：0≤N≤2n－1。例如，當n=8位時，表示范圍是：0≤N≤255；當n=16位時，表示范圍是：0≤N≤65535。計算機中最常見的無符號整數(shù)是地址，另外，雙字長數(shù)據的低位字也是無符號整數(shù)。要注意的是，計算機本身不論是對有符號數(shù)還是無符號數(shù)，總是按照補碼的運算規(guī)則做運算。

3.十進制數(shù)的編碼及運算人們在日常生活中習慣使用十進制數(shù)，而在計算機內，采用二進制表示和處理數(shù)據更方便。因此，計算機在輸入和輸出數(shù)據時，要進行十→二和二→十的進制數(shù)轉換。但是，在某些特定的應用領域中(如商業(yè)統(tǒng)計)，數(shù)據的運算很簡單，但數(shù)據的輸入和輸出量很大，這樣，進制轉換所占的時間比例就會很大。從提高計算機的運行效率考慮，可以采用在計算機內部直接用十進制表示和處理數(shù)據的方法。以下介紹在計算機內部的十進制數(shù)的編碼方法及運算方法。

十進制數(shù)的每一個數(shù)位的基為10，但到了計算機內部，必須用基2碼對每個十進制數(shù)位進行編碼，所需要的最少的基碼的位數(shù)為lb10(即log210)，取整數(shù)為4。4位基2碼有16種不同的組合，怎樣從中選擇出10個組合來表示十進制數(shù)位的0～9，有非常多的方案，最常見的是8421碼。8421碼是指4個基2碼的位權從高到低分別為8、4、2、1，選擇的是0000，0001，0010，…，1001這10種組合，用來表示0～9這10個數(shù)位，如表1-3所示。表1-3BCD碼表

這種編碼的特點是：這4個基2碼之間滿足二進制規(guī)則，而十進制數(shù)位之間是十進制計數(shù)規(guī)則。因此，這種編碼實質上是二進制編碼的十進制數(shù)(BinaryCodedDecimal)，因此，簡稱BCD碼或二一十進制碼。十進制數(shù)碼01234567898421碼0000000100100011010001010110011110001001【例1-19】將十進制數(shù)67.9轉換成BCD碼。其過程如下：

6 7 . 90110 0111 . 1001所以(67.9)10=(01100111.0111)BCD【例1-20】將BCD碼10010110.0110轉換成十進制數(shù)，其過程如下：10010110 . 01109 6 . 6所以(10010110.0110)BCD=(96.6)10

BCD碼的運算規(guī)則：BCD碼是十進制數(shù)，而運算器對數(shù)據做加減運算時，都是按二進制運算規(guī)則進行處理的。這樣，當將BCD碼傳送給運算器進行運算時，其結果需要修正。

修正的規(guī)則是：當兩個BCD碼相加，如果和等于或小于1001(即9H)，不需要修正；如果相加之和在1010到1111(即0AH～0FH)之間，則需加6H進行修正；如果相加時本位產生了進位，也需加6H進行修正。

這樣做的原因是，機器按二進制相加，所以4位二進制數(shù)相加時，是按“逢十六進一”的原則進行運算的，而實質上是2個十進制數(shù)相加，應該按“逢十進一”的原則相加，16與10相差6，所以當和超過9或有進位時，都要加6進行修正。下面舉例說明?！纠?-21】計算1+8的值如果將1和8送給機器進行加法運算，其運算過程如下：0001+)10001001結果是1001，即十進制數(shù)9，1+8=9正確。【例1-22】需要修正BCD碼運算值的舉例。①計算5+7的值。0101+)01111100結果大于9+)0110加6修正

10010結果是0010，即十進制數(shù)2，還產生了進位。5+7=12，結論正確。12②計算9+9的值。1001+)100110010+)011011000

結果是1000，即十進制的8，還產生進位，故加6修正。9+9=18，結論正確。18

若做減法運算，其修正規(guī)則為：當兩個BCD碼相減，如果差等于或小于1001，不需要修正；如果相減時本位產生了借位，則應減6H加以修正。

原因是：如果有借位，機器將這個借位當十六看待，而實際上應該當十看待，因此，應該將差值再減6H才是BCD碼的正確結果值。下面舉兩個例子進行說明?！纠?-23】

需要修正BCD碼運算值的舉例。①計算9-7的值。1001－)01110010結果值是0010，即十進制數(shù)2。9－7=2，結論正確。2②計算7-9的值?！l(fā)生借位10111－)10011110－)0110減6修正

1000

結果值是1000，即十進制數(shù)8，有借位。7－9=8，結論正確。(8是－2以10為模的補碼，在機器中，負數(shù)都以補碼形式表示)8

在計算機中BCD碼有兩種格式：壓縮BCD碼非壓縮BCD碼

(1)非壓縮BCD碼：1字節(jié)(8位二進制)中僅表示一位BCD數(shù)，例如：(00000110)BCD=6。

(2)壓縮BCD碼：1字節(jié)中僅表示兩位BCD數(shù)，例如：(01100110)BCD=66。另外，BCD碼除了采用上述方法調整以外，也可以在交付計算機運算之前，先將BCD碼轉換為二進制數(shù)，然后交付計算機運算，運算以后再將二進制結果轉換為BCD碼。1.2.2非數(shù)值數(shù)據的二進制編碼現(xiàn)代計算機不僅要處理數(shù)值數(shù)據，而且還要處理大量的非數(shù)值數(shù)據，像英文字母、標點符號、專用符號、漢字等等。前面已說過，不論什么數(shù)據，都必須用基2碼編碼后才能存儲、傳送及處理，非數(shù)值數(shù)據也不例外。下面分別討論常見的非數(shù)值數(shù)據的二進制編碼方法。

1.字符編碼使用最多、最普遍的是ASCII字符編碼，即美國標準信息交換代碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)，具體見表1-4。表1-4ASCII字符編碼B6B5B4

B3B2B1B0000(0)001(1)010(2)011(3)100(4)101(5)110(6)111(7)0000(0)NULDLESP0@P`p0001(1)SOHDC1!1AQaq0010(2)STXDC2″2BRbr0011(3)ETXDC3#3CScs0100(4)EOTDC4$4DTdt0101(5)ENQNAK%5EUeu0110(6)ACKSYN&6FVfv0111(7)BELETB?7GWgw1000(8)BSCAN(8HXhx1001(9)HTEM)9IYiy1010(A)LFSUB*:JZjz1011(B)VTESC+;K[k{1100(C)FFFS,<L\l|1101(D)CRGS－=M]m}1110(E)SORS.>N^n～1111(F)SIUS/?O_oDEL

ASCII碼表有以下幾個特點：

(1)每個字符用7位基2碼表示，其排列次序為B6B5B4B3B2B1B0。實際上，在計算機內部，每個字符是用8位(即一個字節(jié))表示的。一般情況下，將最高位置為“0”，即B7為“0”。需要奇偶校驗時，最高位用做校驗位。(2)ASCII碼共編碼了128個字符，它們分別是：*32個控制字符，主要用于通信中的通信控制或對計算機設備的功能控制，編碼值為0～31(十進制)。*間隔字符(也稱空格字符)SP，編碼值為20H。*刪除控制碼DEL，編碼值為7FH。*94個可印刷字符(或稱有形字符)。這94個可印刷字符編碼有如下兩個規(guī)律：①字符0～9這10個數(shù)字符的高3位編碼都為011，低4位為0000～1001，屏蔽掉高3位的值，低4位正好是數(shù)據0～9的二進制形式。這樣編碼的好處是既滿足正常的數(shù)值排序關系，又有利于ASCII碼與二進制碼之間的轉換。②英文字母的編碼值滿足A