第1章-微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

第1章-微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程地位微機(jī)原理及應(yīng)用是電氣類本科生非常重要的學(xué)科基礎(chǔ)課之一，是以應(yīng)用為主的工程技術(shù)基礎(chǔ)類課程。先修課程：計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。后續(xù)課程：單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、DSP原理及應(yīng)用。在整個(gè)課程體系設(shè)計(jì)和學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，處于承上啟下的重要地位。學(xué)時(shí)：72(56)/16課程特點(diǎn)軟(件)硬(件)兼施：是指微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，要求統(tǒng)籌軟件和硬件，構(gòu)成完整的系統(tǒng)。強(qiáng)(電)弱(電)結(jié)合：是指不僅要對(duì)計(jì)算機(jī)本身，還必須對(duì)檢測控制對(duì)象及其輸入、輸出信號(hào)的特點(diǎn)、轉(zhuǎn)換、調(diào)理和傳輸方式有深入的理解，以求達(dá)到理想的效果。教學(xué)目的和教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目的：使學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)工作的基本原理、程序設(shè)計(jì)方法及微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用擴(kuò)展的基本原理和方法，初步掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決一些典型實(shí)際問題，能夠獨(dú)立從事這方面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。教學(xué)目標(biāo)：就知識(shí)體系而言：使學(xué)生建立針對(duì)微處理器的從原理到應(yīng)用的系統(tǒng)化認(rèn)識(shí)：了解微處理的發(fā)展歷程、掌握微處理的基本架構(gòu)和原理、掌握匯編語言特點(diǎn)及其編程原則、熟悉微處理典型接口技術(shù)和控制手段。就能力培養(yǎng)而言：要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生勤思考、能動(dòng)手、敢創(chuàng)新。課程基本要求通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生應(yīng)達(dá)到：1.了解微型計(jì)算機(jī)的組成及基本工作原理，初步建立微機(jī)系統(tǒng)的概念。2.掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本方法。3.掌握微機(jī)中存儲(chǔ)器系統(tǒng)及存儲(chǔ)芯片與CPU的連接方法。4.掌握中斷概念及中斷處理過程。5.掌握I/O接口的基本功能和基本結(jié)構(gòu)，掌握可編程接口芯片的設(shè)定方法及應(yīng)用。6.了解微處理器及微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及技術(shù)特色。7.掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用擴(kuò)展的基本原理和方法。實(shí)驗(yàn)基本要求掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本方法，熟悉上機(jī)調(diào)試程序的過程與方法。掌握常用接口芯片(8255、8253、DAC0832、ADC0809)的工作原理與編程方法。教材與參考書目江蘇省計(jì)算機(jī)等級(jí)考試(三級(jí)偏硬)作者：江正戰(zhàn)主編出版社：東南大學(xué)出版社本書按照江蘇省高等學(xué)校計(jì)算機(jī)等級(jí)考試三級(jí)偏硬考試大綱的要求編寫，內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，微機(jī)系統(tǒng)分析和應(yīng)用-微處理器、存儲(chǔ)器、輸入（I/O）及接口、微機(jī)系統(tǒng)組成及應(yīng)用、匯編語言程序設(shè)計(jì)，軟件應(yīng)用基礎(chǔ)-軟件概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程等。本書是以知識(shí)模塊分章，各章列出所含知識(shí)點(diǎn)，敘述其主要內(nèi)容并輔以例題（歷年考題）分析，以便讀者掌握內(nèi)容要點(diǎn)與解題要領(lǐng)，是參加三級(jí)偏硬考試學(xué)生必備的參考書，也可作為相關(guān)專業(yè)的教程使用。三級(jí)試卷匯編三級(jí)考試試卷匯編2002-2005三級(jí)考試試卷匯編2004-2007江蘇省計(jì)算機(jī)等級(jí)考試中心編蘇州大學(xué)出版社全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試三級(jí)教程

--PC技術(shù)（2009年版）作者：教育部考試中心出版社：高等教育出版社本書是在教育部考試中心的組織下，依據(jù)新推出的《全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試三級(jí)PC技術(shù)考試大綱（2007年版）》編寫的，內(nèi)容做到了既不超綱，又不降低水平；講解簡明扼要，理論聯(lián)系實(shí)際。在每一章的后面均附有習(xí)題并在全書的最后附有各章習(xí)題參考答案以及“2008年4月全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試三級(jí)筆試試卷（PC技術(shù)）和答案及評(píng)分參考。全書共5章，主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)、80x86微處理器與匯編語言程序設(shè)計(jì)、PC組成原理與接口技術(shù)、windows基本原理以及PC常用外圍設(shè)備。本書是全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試三級(jí)（PC技術(shù)）指定培訓(xùn)教材，也可以作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信等電類專業(yè)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的教材。聯(lián)絡(luò)方式辦公室：N537課件：第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

微型計(jì)算機(jī)發(fā)展1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.2微型計(jì)算機(jī)中常用數(shù)制和編碼1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.4作業(yè)1.1微型計(jì)算機(jī)發(fā)展微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.1.1微型計(jì)算機(jī)的分類及其應(yīng)用1.1.2概述概述馮·諾依曼★ENIAC★計(jì)算機(jī)的發(fā)展★ENIAC1946午2月，在美國賓夕法尼業(yè)大學(xué)的莫爾學(xué)院，由物理學(xué)博士莫克利(J.W.Mauchly)和電氣工程師?？颂?J.P.Eckert)領(lǐng)導(dǎo)的小組研制成了世界上第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)。莫克利博士ENIAC圖片1ENIAC圖片2馮·諾依曼1944年夏，著名數(shù)學(xué)家馮·諾依曼偶然獲知ENIAC的研制。在以后的十個(gè)月里，他研究了新型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了采用二進(jìn)制計(jì)算、存儲(chǔ)程序并在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行的思想。按照這一思想，新機(jī)器將由五個(gè)部件構(gòu)成，即運(yùn)算、控制、存儲(chǔ)、輸入和輸出。（101頁報(bào)告）1949年，這一新思想首先由英國劍橋大學(xué)的威爾克斯(M.V.Wilkes)等在EDSAC(ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator）機(jī)上實(shí)現(xiàn)。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子管計(jì)算機(jī)晶體管計(jì)算機(jī)集成電路計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1.1.1微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

中央處理器(CPU)：由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成。微處理器(Microprocessor)：運(yùn)算器和控制器集成于一個(gè)芯片中。1971年首先由Intel公司研制出Intel4004。微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)

：是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器以及輸入/輸出接口電路和相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。

微處理器的發(fā)展第一代：1971年開始，典型產(chǎn)品：Intel4004/8008，字長：4位或8位。第二代：1973年開始，典型產(chǎn)品：Intel8080、Intel8085、MotorolaMC6800、ZilogZ80，字長：8位。第三代：1978年開始，典型產(chǎn)品：Intel8086、Intel80286、MotorolaMC68000、ZilogZ8000，字長：16位。第四代：1983年開始，典型產(chǎn)品：Intel80386、Intel80486、MotorolaMC68020、ZilogZ80000，字長：32位。第五代：1993年開始，典型產(chǎn)品：Intel的Pentium586、Pentiumpro、PentiumMMX、PentiumⅡ、PentiumⅢ、PentiumⅣ等，高檔的32位微處理器。Intel公司2000年11月推出了第一代的64位微處理器Itanium，標(biāo)志著Intel微處理器進(jìn)入64位時(shí)代。1.1.2微型計(jì)算機(jī)的分類及其應(yīng)用

微型計(jì)算機(jī)的分類1微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2按微處理器的位數(shù)劃分：

4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)。按組裝形式和系統(tǒng)規(guī)模劃分：單片機(jī)★單板機(jī)★個(gè)人計(jì)算機(jī)★單片機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)(簡稱單片機(jī))：將微處理器、RAM、ROM及I/O接口電路等集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)體積小、功耗低、可靠性高，在智能儀器儀表和控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。典型的有Intel8051、Intel8096等產(chǎn)品。單板機(jī)單板微型計(jì)算機(jī)(簡稱單板機(jī))：將微處理器、RAM、ROM、I/O接口電路及少量的輸入/輸出設(shè)備裝配在一塊印刷線路板上的計(jì)算機(jī)。單板機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、具有獨(dú)立的微型機(jī)操作功能，但輸入/輸出設(shè)備簡單，一般為小鍵盤、數(shù)碼顯示器等，通常用在簡單的控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)。典型的有以Z80為CPU的TP-801等。個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)(簡稱PC機(jī))：由微處理器組裝而成，供單個(gè)用戶使用。通常說的微型計(jì)算機(jī)或家用電腦就屬于個(gè)人計(jì)算機(jī)。典型的有IBM公司推出的IBM-PC系列計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在，個(gè)人計(jì)算機(jī)在商用、家用、科學(xué)研究、教育等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用?？茖W(xué)計(jì)算★信息處理★計(jì)算機(jī)控制★智能儀器★計(jì)算機(jī)通信★科學(xué)計(jì)算現(xiàn)在微型計(jì)算機(jī)的性能已超過原來的小型機(jī)，具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力。由多個(gè)微處理器或多個(gè)微型計(jì)算機(jī)組成多處理器或多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，已成為搭建大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主流。信息處理微型計(jì)算機(jī)配上適當(dāng)?shù)墓芾碥浖?，?shí)現(xiàn)諸如辦公自動(dòng)化、銀行管理、航空管理、企業(yè)資源管理等。采用多媒體技術(shù)已可以方便處理圖、文、聲、像等各種信息。計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程采用實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制及自動(dòng)化生產(chǎn)線，可以大大提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，節(jié)約能源，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。智能儀器配備微處理器的儀器儀表，可以極大提高儀器的精度和水平。工業(yè)過程中的檢測儀器、大型醫(yī)療器械等都廣泛使用了微處理器。計(jì)算機(jī)通信計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合使得通信事業(yè)得到了迅速的發(fā)展。微機(jī)控制的通訊設(shè)備廣泛部署，通信工具越來越先進(jìn)和智能化，特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展已徹底改變了人們的生活。1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

微型計(jì)算機(jī)硬件1.2.1微型計(jì)算機(jī)軟件1.2.2微型計(jì)算機(jī)的工作過程1.2.3軟硬兼施1.2.1微型計(jì)算機(jī)硬件微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和一些必不可少的外部設(shè)備組成，并通過系統(tǒng)總線連接成有機(jī)整體。微處理器

算術(shù)邏輯部件(ALU)：主要實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算(加、減、乘、除等操作)和邏輯運(yùn)算(與、或、非、異或等操作)，是運(yùn)算器的核心；通用寄存器：用來存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果等；程序計(jì)數(shù)器(PC)：指向?qū)⒁獔?zhí)行的下一條指令的位置，具有自動(dòng)增1功能，以決定程序的執(zhí)行順序；時(shí)序與控制邏輯部件：主要負(fù)責(zé)對(duì)整機(jī)的控制，包括對(duì)指令的取出、譯碼、分析，確定指令的操作，使CPU內(nèi)部和外部各部件協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器這里指的是內(nèi)存儲(chǔ)器或主存儲(chǔ)器，主要用來存放程序和數(shù)據(jù)，分為：隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)單元的位數(shù)可以是1位、4位、8位、16位等，其中8位為一個(gè)字節(jié)(Byte)。存儲(chǔ)器的容量是指存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制位數(shù)，通常用能存儲(chǔ)的字節(jié)數(shù)來衡量，單位有KB、MB、GB等。存儲(chǔ)器(續(xù))每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)，稱為地址。微處理器就是按照存儲(chǔ)單元的地址來訪問內(nèi)存。對(duì)存儲(chǔ)器的訪問操作有：讀操作：從存儲(chǔ)器中讀出信息寫操作：把信息寫入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(續(xù))每當(dāng)需訪問存儲(chǔ)器時(shí)：(1)由微處理器給出地址；(2)通過地址譯碼器選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)單元；(3)微處理器發(fā)出讀或?qū)懣刂菩盘?hào)，從而從指定地址的單元讀出數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入指定地址的存儲(chǔ)單元。

內(nèi)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)輸入/輸出接口電路輸入/輸出接口電路也稱I/O接口，用來連接輸入/輸出設(shè)備(外部設(shè)備)。輸入/輸出設(shè)備用來實(shí)現(xiàn)信息的輸入/輸出，包括外部存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示器等。系統(tǒng)總線總線是CPU向存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的公共通路。包括：地址總線(AB)數(shù)據(jù)總線(DB)控制總線(CB)1.2.2微型計(jì)算機(jī)軟件軟件(software)是指在硬件上運(yùn)行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔，包括：計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行所需的系統(tǒng)軟件用戶完成特定任務(wù)所需的應(yīng)用軟件

1.2.3微型計(jì)算機(jī)的工作過程微型計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行存放在存儲(chǔ)器中程序的過程，就是逐條執(zhí)行指令序列的過程，就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。工作過程詳解模型計(jì)算機(jī)CPU的組成結(jié)構(gòu)舉例工作過程詳解假定程序已由輸入設(shè)備存放到內(nèi)存中。那么，微型計(jì)算機(jī)的工作過程包括的基本步驟有：(1)將第一條指令由內(nèi)存中取出(即取指令)；(2)將取出的指令送指令譯碼器譯碼，以確定要進(jìn)行的操作；(3)讀取操作數(shù)(或操作對(duì)象)；(4)對(duì)操作數(shù)進(jìn)行指令規(guī)定的操作，并存放結(jié)果(即執(zhí)行指令)；(5)一條指令執(zhí)行完后，轉(zhuǎn)入下一條指令的取指令階段。如此周而復(fù)始地循環(huán)，直到程序中的指令執(zhí)行完。圖1.2典型的模型計(jì)算機(jī)CPU的組成結(jié)構(gòu)模型計(jì)算機(jī)CPU的組成結(jié)構(gòu)要執(zhí)行指令的地址由程序計(jì)數(shù)器PC提供，地址寄存器AR將要尋址的單元的地址通過地址總線AB送至存儲(chǔ)器；從存儲(chǔ)器中取出指令后，由數(shù)據(jù)寄存器DR送至指令寄存器IR，再通過指令譯碼器ID譯碼，并通過可編程邏輯陣列PLA控制電路發(fā)出執(zhí)行一條指令所需要的各種控制信息。在控制信號(hào)的控制下，準(zhǔn)備好參加運(yùn)算的操作數(shù)，并由ALU完成對(duì)操作數(shù)的運(yùn)算處理，同時(shí)把運(yùn)算過程中的狀態(tài)標(biāo)志信息存放在標(biāo)志寄存器F。以簡單的加法運(yùn)算為例假定要運(yùn)算的數(shù)已存放在存儲(chǔ)器中，加法運(yùn)算程序至少包括兩條指令：(1)把第一個(gè)數(shù)從它所在的存儲(chǔ)單元取出送至運(yùn)算器中的累加器，如：MOVAL，[addrx]。(2)把累加器的內(nèi)容和存放在指定存儲(chǔ)單元的第二個(gè)數(shù)相加，并將結(jié)果存放累加器，如：ADDAL，[addry]。以簡單的加法運(yùn)算為例(續(xù))在模型計(jì)算機(jī)下，該加法運(yùn)算程序的執(zhí)行過程(假定程序計(jì)數(shù)器PC中已存放第一條指令在存儲(chǔ)器中的地址)包括：

(1)取第一條指令，即程序計(jì)數(shù)器PC送到地址寄存器AR，并送至內(nèi)存儲(chǔ)器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)的單元；讀存儲(chǔ)器，把第一條指令取出來，經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器DR，送指令寄存器IR。同時(shí)PC自動(dòng)加1，指向下一條指令的位置(地址)；(2)通過指令譯碼分析，確定該指令是完成從內(nèi)存addrx單元中取數(shù)的功能，即把第一個(gè)數(shù)的地址addrx部分送地址寄存器AR，并送至內(nèi)存儲(chǔ)器，通過讀存儲(chǔ)器，取出第一個(gè)數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器DR送累加器AL。(3)取第二條指令，其讀取過程與第一條指令是完全一樣的；(4)通過指令譯碼分析，確定該指令是完成把AL和存放在addry單元的第二個(gè)數(shù)相加的功能，即把第二個(gè)數(shù)的地址addry部分送地址寄存器AR，并送至內(nèi)存儲(chǔ)器，通過讀存儲(chǔ)器，取第二個(gè)數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器DR送ALU，同時(shí)暫存在AL中的第一個(gè)數(shù)也送ALU，然后ALU進(jìn)行加運(yùn)算，并把結(jié)果輸出到AL。1.3微型計(jì)算機(jī)中常用數(shù)制和編碼

常用數(shù)制及轉(zhuǎn)換1.3.1數(shù)的表示與運(yùn)算1.3.2常用編碼1.3.31.3.1常用數(shù)制及轉(zhuǎn)換

數(shù)制是數(shù)的表示方法?？梢杂酶鞣N進(jìn)位計(jì)數(shù)制來表示數(shù)。常用數(shù)制1數(shù)制轉(zhuǎn)換2基數(shù)：數(shù)制中所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù)。位權(quán)：數(shù)制每一位所具有的權(quán)值，每一位的值等于該位數(shù)字和該位位權(quán)的乘積。常用數(shù)制十進(jìn)制：人們最熟悉、最常用二進(jìn)制：計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示十六進(jìn)制：為方便書寫計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)常用進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系1)十進(jìn)制十進(jìn)制由0~9這十個(gè)不同的數(shù)字組成，其基數(shù)為10，每位的位權(quán)是以10為底的冪，即第i位的權(quán)為10i。十進(jìn)制數(shù)可在數(shù)字后加后綴D表示，但常省略不寫。例如：123.45=1×102+2×101+3×100

+4×10-1+5×10-22)二進(jìn)制二進(jìn)制由0、1這二個(gè)不同的數(shù)字組成，其基數(shù)為2，每位的位權(quán)是以2為底的冪，即第i位的權(quán)為2i。二進(jìn)制數(shù)可在數(shù)字后加后綴B表示。例如：101.01B=1×22+0×21+1×20

+0×2-1+1×2-2

3)十六進(jìn)制十六進(jìn)制由0~9、A、B、C、D、E、F這十六個(gè)不同的數(shù)字組成，其基數(shù)為16，每位的位權(quán)是以16為底的冪，即第i位的權(quán)為16i。十六進(jìn)制數(shù)可在數(shù)字后加后綴H表示。例如：1F3.9AH=1×162+15×161+3×160

+9×16-1+10×16-2

常用進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F

二進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制★十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制★二進(jìn)制和十六進(jìn)制間的互換★1)二進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制多項(xiàng)式展開法：把每個(gè)數(shù)位上的數(shù)字和該位的位權(quán)相乘再累加即可得到等值的十進(jìn)制數(shù)。2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制需要對(duì)數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行處理，再合并得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。(1)十進(jìn)制整數(shù)：采用除2取余法，即用基數(shù)2不斷去除要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，直至商為0。每次的余數(shù)即為二進(jìn)制位數(shù)，先得到的是二進(jìn)制低位，后得到的是二進(jìn)制高位。(2)十進(jìn)制小數(shù)：采用乘2取整法，即用基數(shù)2不斷去乘要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)。每次得到積的整數(shù)部分即為二進(jìn)制位數(shù)，先得到的是二進(jìn)制小數(shù)的高位，后得到的是二進(jìn)制小數(shù)的低位。將十進(jìn)制數(shù)135.8125轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

所以，(135.8125)10=(10000111.1101)2

3)二進(jìn)制和十六進(jìn)制間的互換4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，以二進(jìn)制數(shù)的小數(shù)點(diǎn)分界，分別進(jìn)行分組處理，不足的位用0補(bǔ)足，整數(shù)部分在高位補(bǔ)0，小數(shù)部分在低位補(bǔ)0。例1.2將二進(jìn)制數(shù)10000111.1101轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制數(shù)。(10000111.1101)2=(1000

0111.1101)2=(87.D)16

1.3.2數(shù)的表示與運(yùn)算

原碼、反碼和補(bǔ)碼表示1補(bǔ)碼的加減運(yùn)算2定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)表示3基本概念0基本概念真值：日常的表示方式，正負(fù)號(hào)加絕對(duì)值。機(jī)器數(shù)：計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表示方式，正負(fù)號(hào)分別用0、1表示。計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)。無符號(hào)數(shù)值數(shù)據(jù)的表示形式：全部數(shù)位都表示數(shù)值大小帶符號(hào)數(shù)值數(shù)據(jù)的表示形式：常用的表示方法有：原碼、反碼和補(bǔ)碼。原碼若X=+99，則[X]原＝01100011B

若X=-99，則[X]原＝11100011B[+0]原=00000000B

[-0]原=10000000B8位原碼表示的整數(shù)的范圍為：

11111111~01111111，即-127~+127；

8位原碼表示的小數(shù)的范圍為：

1.1111111~0.1111111，即-(1-2-7)~+(1-2-7)。原碼表示簡單易懂，且與真值轉(zhuǎn)換方便，但內(nèi)部運(yùn)算復(fù)雜，為簡化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了反碼和補(bǔ)碼。反碼正數(shù)的反碼表示與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼則是原碼的數(shù)值位按位取反。若X=+99，則[X]反＝01100011B

若X=-99，則[X]反＝10011100B[+0]反=00000000B

[-0]反=11111111B字長為n位的反碼的表數(shù)范圍和其原碼相同補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼則是原碼的數(shù)值位按位取反，再末位加1。若X=+99，則[X]補(bǔ)＝01100011

若X=-99，則[X]補(bǔ)＝10011101注意：若X=-128，則[X]補(bǔ)＝10000000[+0]補(bǔ)＝[-0]補(bǔ)=000000008位補(bǔ)碼表示的整數(shù)的范圍為：

-128~+127

8位補(bǔ)碼表示的小數(shù)的范圍為：

-1~+(1-2-7)。機(jī)器字長為16位的數(shù)-128，其補(bǔ)碼是多少？

思考題在計(jì)算機(jī)中，若[X]反＝10000000B，則X的真值為

。A.+0B.-0C.-127D.-128答案：C思考題設(shè)10000010B分別以原碼、補(bǔ)碼及反碼表示時(shí)，則對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)依次為

。A.-82,-126,-2B.-2,-125,126C.-2,-126,-125D.-82,-125,125答案：C思考題用8位二進(jìn)制數(shù)表示整數(shù)時(shí)，-128的

。A.補(bǔ)碼為80H，原碼、反碼不存在B.補(bǔ)碼為FFH，原碼、反碼不存在C.反碼為FFH，原碼、補(bǔ)碼不存在D.補(bǔ)碼、原碼及反碼都不存在答案：A思考題已知[X]原＝10101100B，則[(-1/2)X]補(bǔ)為

。

A.11101010BB.00010110B答案：B思考題已知[X]補(bǔ)=B5H，將其擴(kuò)展為16位補(bǔ)碼，其形式應(yīng)該是

。C.FF4BHD.FFB5H答案：D

在進(jìn)行補(bǔ)碼加減運(yùn)算時(shí)，符號(hào)位和數(shù)值位一起參加運(yùn)算，并且可以把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的加法運(yùn)算。補(bǔ)碼的加減運(yùn)算規(guī)則：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)；

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)；其中：[-Y]補(bǔ)=[Y]補(bǔ)各位取反+末位1。溢出及其判定設(shè)字長為8位，X=+65，Y=+48，計(jì)算[X+Y]補(bǔ)、[X-Y]補(bǔ)。X=+65=+1000001B，[X]補(bǔ)=01000001B，

Y=+48=+110000B，[Y]補(bǔ)=00110000B，

[-Y]補(bǔ)=11001111B+1=11010000B[X]補(bǔ)

01000001B[X]補(bǔ)

01000001B+[Y]補(bǔ)

00110000B+[-Y]補(bǔ)

11010000B[X+Y]補(bǔ)

01110001B[X-Y]補(bǔ)100010001B

丟失所以，[X+Y]補(bǔ)=01110001B，X+Y=+113[X-Y]補(bǔ)=00010001B，X-Y=+17溢出及其判定溢出：補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果超出了其表數(shù)范圍就發(fā)生了溢出，造成運(yùn)算結(jié)果錯(cuò)誤。例如，字長n=8時(shí)，X=+99，Y=+98，X+Y=+197>+127，肯定發(fā)生溢出。溢出的判定方法：由于溢出只可能出現(xiàn)在同號(hào)相加或異號(hào)相減運(yùn)算時(shí)，且采用補(bǔ)碼減法可轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃?，最直觀、最易于理解的溢出判定方法是：若正數(shù)加正數(shù)，結(jié)果為負(fù)數(shù)或負(fù)數(shù)加負(fù)數(shù)，結(jié)果為正數(shù)，則發(fā)生溢出。溢出的判斷舉例例：（+120）+（+105）=？

01111000+120+01101001+10511100001-31兩個(gè)正數(shù)相加的結(jié)果為負(fù)數(shù)，表明發(fā)生溢出，但沒有進(jìn)位。OF=1，CF=0。結(jié)論：有溢出時(shí)不一定有進(jìn)位，而有進(jìn)位時(shí)不一定有溢出。溢出和進(jìn)位是兩個(gè)不同的概念。思考題二進(jìn)制數(shù)10110011B和10011011B相加后，其結(jié)果和溢出標(biāo)志分別為

。A.4AH，0B.4EH，0C.4AH，1D.4EH，1答案：D思考題在計(jì)算機(jī)中，若用補(bǔ)碼表示，現(xiàn)有符號(hào)數(shù)10111010B與C5AAH相加，其結(jié)果是

。A.C664H，不溢出B.BA9CH，不溢出C.C564H，溢出D.C564H，不溢出答案：D

對(duì)于數(shù)值數(shù)據(jù)除了需要表示符號(hào)外，通常還包含小數(shù)點(diǎn)，而計(jì)算機(jī)是無法識(shí)別的。根據(jù)數(shù)中小數(shù)點(diǎn)的位置是固定還是浮動(dòng)，分為：定點(diǎn)數(shù)★浮點(diǎn)數(shù)★1)定點(diǎn)數(shù)分為定點(diǎn)整數(shù)(純整數(shù)，簡稱整數(shù))和定點(diǎn)小數(shù)(純小數(shù)，簡稱小數(shù))。定點(diǎn)整數(shù)：小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的最右邊

定點(diǎn)小數(shù)：小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)據(jù)數(shù)值部分的最左邊由于這兩種形式下小數(shù)點(diǎn)的位置是固定的，所以在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示中實(shí)際上并不需要表示小數(shù)點(diǎn)，小數(shù)點(diǎn)采取隱含表示。而在書寫時(shí)，為了直觀起見，在符號(hào)位之后加小數(shù)點(diǎn)表示定點(diǎn)小數(shù)。1)定點(diǎn)數(shù)(續(xù))字長為n位的定點(diǎn)整數(shù)形式為：

XXXXXX···XX.1位符號(hào)n-1位數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)(隱含)字長為n位的定點(diǎn)小數(shù)形式為：

X.XXXXX···XX

1位符號(hào)小數(shù)點(diǎn)(隱含)n-1位數(shù)值部分例如：字長n=8時(shí)，X=+99=+1100011B→01100011B；

Y=-0.8125=-0.1101B→1.1101000B。定點(diǎn)數(shù)的表數(shù)范圍較小，設(shè)字長為n位的定點(diǎn)數(shù)(符號(hào)位1位，數(shù)值位n-1位)以補(bǔ)碼形式表示時(shí)，其范圍為：定點(diǎn)整數(shù)：-2n-1~2n-1-1

定點(diǎn)小數(shù)：-1~1-2-(n-1)2)浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)位置可浮動(dòng)的數(shù)據(jù)。把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)通過移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)位置可表示成整數(shù)的階碼和小數(shù)的尾數(shù)兩部分，這樣，就可采用定點(diǎn)數(shù)的表示形式來表示浮點(diǎn)數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式為：

XXXX···XXXXXX···XX

階碼符號(hào)(階符)階碼數(shù)值部分尾數(shù)符號(hào)尾數(shù)數(shù)值部分浮點(diǎn)數(shù)由整數(shù)的階碼和小數(shù)的尾數(shù)兩部分組成，其表示形式就由階碼的整數(shù)表示和尾數(shù)的小數(shù)表示組合而成。

例子例子數(shù)據(jù)N=-13×23=-1101B×23=-0.1101B×27

=-0.1101B×2+111B，所以表示成浮點(diǎn)數(shù)形式，其尾數(shù)M=-0.1101B，階碼E=+111B。若浮點(diǎn)數(shù)為10位，階碼4位，尾數(shù)6位，如果以原碼表示，則

[N]原=0

111

1

11010

階符階碼尾符尾數(shù)浮點(diǎn)數(shù)由于有階碼的存在，擴(kuò)大了浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)范圍，同時(shí)由于有尾數(shù)的存在，又保證了浮點(diǎn)數(shù)具有一定的表數(shù)精度。思考題規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)（用補(bǔ)碼表示），其中階符、階碼共4位，數(shù)符（尾符）、尾數(shù)共8位，其結(jié)果為

。C.0D.1答案：B思考題以2為底的浮點(diǎn)數(shù)格式如下：D15

D14～D8

D7

D6～D0階符階碼（補(bǔ)碼）數(shù)符尾數(shù)（補(bǔ)碼）設(shè)有一個(gè)規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)04BAH，其真值是

。C.-8.75×2120D.-7.25×2120

答案：A思考題已知某浮點(diǎn)數(shù)的階碼為5位（含階符1位，補(bǔ)碼表示），尾數(shù)為11位（含數(shù)符1位，補(bǔ)碼表示），則規(guī)格化后所能表示的最大正數(shù)是

。

A.(1-2-11)215B.(1-2-10)215C.(1-2-10)216D.(1-2-11)216

答案：B1.3.3常用編碼

字符的編碼1漢字的編碼2二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)31.字符的編碼(ASCII碼)在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，字母、數(shù)字符以及各種符號(hào)需要采取特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼來表示。目前，廣泛采用的是美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼，即ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)。標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼采用7位二進(jìn)制數(shù)作為字符的編碼，可以表示128個(gè)字符。由于計(jì)算機(jī)中一個(gè)字節(jié)為8位二進(jìn)制數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼為一個(gè)字節(jié)8位二進(jìn)制數(shù)，最高位(D7)為0。標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼表見附錄。字符ASCII碼(H)字符ASCII碼(H)0~930~39$24A~Z41~5A換行LF0Aa~z61~7A回車CR0DBlank20ASCII編碼表

GB-2312碼，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼，3755(一級(jí)漢字)+3008(二級(jí)漢字)+682(圖形符號(hào))，雙字節(jié)表示。為了使?jié)h字的編碼與ASCII碼相區(qū)別，在機(jī)器中，漢字是以內(nèi)碼形式存儲(chǔ)和傳輸?shù)?。通常就是用漢字的國標(biāo)碼的兩個(gè)字節(jié)的最高位都置“1”形成的。3.二進(jìn)制