第一章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1of2_69105442

1、 1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用(第3版) 2009年4月 楊素行 等 編著 清華大學(xué)出版社 內(nèi)容共分為6章 計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用-習(xí)題實(shí)驗(yàn) 清華大學(xué)自動(dòng)化系，2013年2月版 （4.5元） 2014年2月版 （5.0元） 2 1.內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)基本原理及系統(tǒng)構(gòu)成 指令系統(tǒng)， 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能調(diào)用， 通用可編程接口電路及應(yīng)用。 成績(jī)構(gòu)成 ：作業(yè)10%+實(shí)驗(yàn)10%+期末考試80% 2.特點(diǎn)： 硬件和軟件知識(shí)相結(jié)合、 多動(dòng)手做題、做實(shí)驗(yàn) 。 3 1.授課： 星期一 單周 星期三 全周 2.實(shí)驗(yàn)： 共五次，分別在 第 4, 6, 8, 12, 14 周 進(jìn)行 詳請(qǐng)見(jiàn)（網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂下載）詳請(qǐng)見(jiàn)（網(wǎng)絡(luò)學(xué)

2、堂下載） ： 教學(xué)參考計(jì)劃、教學(xué)組成員信息及分工教學(xué)參考計(jì)劃、教學(xué)組成員信息及分工 4 要點(diǎn)：要點(diǎn)： u數(shù)制和編碼數(shù)制和編碼 u功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu) u存儲(chǔ)器的分段管理存儲(chǔ)器的分段管理 5 數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展與分代 按器件分代： 電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956） 晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964） 中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970） 超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971- 6 名稱(chēng)：電子數(shù)字積分器及計(jì)算器 (Electronic Numerical Integrator Calculator, ENIAC) 時(shí)間：1946年 用途：彈道設(shè)計(jì) 制造者：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué) 運(yùn)算速度：每秒5,

3、000次加法運(yùn)算 其它：使用了18,800個(gè)電子管和1,500個(gè)繼電器， 占地150平米，重30,000kg，造價(jià)超$1,000,000 7 . 微型計(jì)算機(jī) 是第四代計(jì)算機(jī)的典型代表。它的特點(diǎn)是 將中央處理器、主存儲(chǔ)器和輸入輸出接口 集中在一小塊硅片上。 按字長(zhǎng)分代：按字長(zhǎng)分代： 位、位、位、位、1位、位、位位、位、位 8 基：數(shù)制所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù) 權(quán)：數(shù)制每一位所具有的值 位(n)： (3)(2)(1)(0).(-1)(-2)(-3) 一無(wú)符號(hào)數(shù) 1、無(wú)符號(hào)數(shù)的表示 1）十進(jìn)制D: 數(shù)符，10 n位權(quán) （基為“10”，權(quán)為以10為底的冪） 2）二進(jìn)制B: 、數(shù)符，n位權(quán) 3）十六進(jìn)制H：，

4、A、B、C、D、 E、F數(shù)符，n位權(quán) 9 （1）二進(jìn)制十進(jìn)制： 按n冪展開(kāi)求和 3 2 1 0 .-1 -2 -3 -4 Ex. 101011.101B =15+0 4+13+02+ =32+0+8+0+2+1+0.5+0+0.125 =43.625D 10 (2)十進(jìn)制二進(jìn)制： 整數(shù)和小數(shù)方法不同 整數(shù)：連續(xù)除以，取余數(shù)，先 得低位，后得高位，直至商零為止 例：13D1101B 小數(shù)：連續(xù)乘以，取向整數(shù)的進(jìn)位， 先得高位，后得低位，直至足夠位數(shù) 即可：例 0.625D=0.101B 整數(shù)帶小數(shù)時(shí)分別轉(zhuǎn)換,然后合并結(jié)果 11 （3）二進(jìn)制十六進(jìn)制： 每位二進(jìn)制一段，對(duì)應(yīng)位十 六進(jìn)制。 例：01

5、011010B5AH 十六進(jìn)制是二進(jìn)制的縮寫(xiě)形式 (簡(jiǎn)化書(shū)寫(xiě)、便于記憶） 12 位(bit)：一個(gè)二進(jìn)制位，是計(jì)算機(jī)中信息 表示的最小單位 字節(jié)（Byte）：8個(gè)二進(jìn)制位， 一個(gè)存儲(chǔ)器單元的容量 DDDDDDDD 字（Word）2B16b 雙字（DW）4B32b 多位二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算是從低位往高位順 序計(jì)算(與十進(jìn)制同)，考慮進(jìn)位（二進(jìn)制）。 1+1=0(進(jìn)位1)；0-1=1(有借位) 13 拆開(kāi)成一位對(duì)一位運(yùn)算，沒(méi)有進(jìn)位。 與運(yùn)算(AND)：11=1，0 x=0 例 AB BB ABB 該例運(yùn)算結(jié)果描述： 保留A中DD位，其余位清零 14 或運(yùn)算（OR)： 00=0，1x=1 例 AB B

6、B ABB 該例運(yùn)算結(jié)果描述： 保證A中D1D0位為，其余位不變。 非(NOT)： 0 B 運(yùn)算結(jié)果描述：A中各位取反 15 1 1=0，0 0=0，1 0=1，0 1=1 例： AB BB A BB 該例運(yùn)算結(jié)果描述： A中D1D0取反，其余位不變。 故當(dāng)B=11111111B， AB的運(yùn)算結(jié)果為對(duì)A 各位取反，也與11111111(=28-1)-A的算術(shù)運(yùn) 算結(jié)果同 16 （一）帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示方法 、原碼：最高位表示正負(fù)， 后續(xù)位表示數(shù)值（以位為例） D7D6D5D4D3D2D1D0 符號(hào)位：正為0， 負(fù)為1 數(shù)值部分：原數(shù)絕對(duì)值的二進(jìn)制形式。 Ex. 4位帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的 +2=0

7、010B，-3=1011B 優(yōu)點(diǎn)：直觀 缺點(diǎn)：減法運(yùn)算復(fù)雜 17 對(duì)一位的十進(jìn)制（基為10=M）數(shù)有： 3-4 =9= 3+？=3+(10-4)，3-2=3+(10-2)=1 故如對(duì)負(fù)數(shù)編碼為 M-|x|，即： 對(duì) 0(x0),1(x1),2(x3),.,9(x9)的10個(gè)狀態(tài)資源編 碼為 0 x0(0)，1x1(1)， 2x2(2)，3x3(3)，4x4(4) -5x5(5)，-4x6(6)， -3x7(7), -2x8(8), -1x9(9) 則對(duì)操作數(shù)及結(jié)果均在可表示范圍內(nèi)（-54） 時(shí)，總有：A-B=A+(M-B) (上例 9=-1) 18 2、補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同， 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼

8、為2n_|x| (即對(duì)其絕對(duì)值做求補(bǔ)運(yùn)算）。 對(duì)于位二進(jìn)制數(shù)n=8（即M=2n）, x表示原數(shù)。 2n-1=111B，則2n-1-|x|為|x|的取反 計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)默認(rèn)用補(bǔ)碼形式。 19 3、反碼：正數(shù)與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼 為2n-1-|x|， 對(duì)于位二進(jìn)制數(shù)n=8,x 表示原數(shù)。 從而有：負(fù)數(shù)的反碼加1得該負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼 （一般都正確） 20 例：位二進(jìn)制帶符號(hào)數(shù) +2的原,反,補(bǔ)碼是0010B -2的原碼： 1010B -2的反碼： 1101B -2的補(bǔ)碼： 1110B 該三種編碼的最高位均起到符號(hào)位的作用， 即當(dāng)為0時(shí)得正數(shù)，為1時(shí)得負(fù)數(shù)。 思考：原碼及補(bǔ)碼編碼下的 1-(-2) 補(bǔ)碼

9、編碼下直接有：0001B-1110B=0011B 21 位二進(jìn)制數(shù)值有256種形式， 用來(lái)表示無(wú)符號(hào)數(shù)時(shí)，數(shù)值為 255。 當(dāng)表示帶符號(hào)數(shù)時(shí)，表的上面一半是正 數(shù)，三種碼相同； 下面一半是負(fù)數(shù)，原、反、補(bǔ)碼不同。 原碼和反碼各有負(fù)零，補(bǔ)碼沒(méi)有負(fù)零，且 多出-128。 22 、原碼反、補(bǔ)碼： 按定義進(jìn)行，先區(qū)分正負(fù)數(shù)， 正數(shù)不變，負(fù)數(shù)才變 、反、補(bǔ)碼原碼： 正數(shù)不變，負(fù)數(shù)才變 對(duì)負(fù)數(shù)反碼求反，置符號(hào)位為。 Ex: 對(duì)-2，11010010(絕對(duì)值)1010 對(duì)負(fù)數(shù)補(bǔ)碼求補(bǔ)(求反加1),置符號(hào)位為。 Ex: 對(duì)-2，111000010010(絕對(duì)值)1010 23 真值：寫(xiě)帶符號(hào)的數(shù)值，常用十進(jìn)制

10、形式 （）原碼求真值 先寫(xiě)符號(hào)，再將數(shù)值變十進(jìn)制。 （）反、補(bǔ)碼求真值 先變成原碼，再求真值。 例：求補(bǔ)碼11110111B的十進(jìn)制真值： 先確定是負(fù)數(shù)，變?yōu)樵a10001001B， 再變成十進(jìn)制 - 9D。 24 、補(bǔ)碼相加減 補(bǔ)碼的符號(hào)位和數(shù)值位一樣運(yùn)算 例:-3+5=2 -3-6=-9 11111101 11111101 +）00000101 -）00000110 00000010 11110111 25 例 3-2=1 3+（-2）補(bǔ) 0011 0011 -) 0010 +）1110 0001 10001 進(jìn)位 帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算不關(guān)心最高位產(chǎn)生的進(jìn)位， 因此認(rèn)為結(jié)果正確 26 （）溢出：補(bǔ)

11、碼運(yùn)算結(jié)果超出當(dāng)前表 示范圍造成的錯(cuò)誤 例如位補(bǔ)碼表示范圍 128 +127 +126+2=+128 -127+(-2)=-129 01111110 10000001 +)00000010 +)11111110 10000000 01111111 讀出負(fù)128 讀出正127 27 異號(hào)相加（同號(hào)相減）不可能溢出，其它情 況下須判斷是否溢出： 用二進(jìn)制計(jì)算檢查結(jié)果的符號(hào)位是否變反 用十進(jìn)制計(jì)算，檢查結(jié)果是否超范圍 不能超范圍！ 因?yàn)橥?hào)相加不能變號(hào)! 28 用二進(jìn)制計(jì)算檢查進(jìn)位： 以字節(jié)的加減為例，則有， 溢出標(biāo)志OFCY CY6 （最高進(jìn)位異或次高進(jìn)位） 最高位有進(jìn)位而次高位沒(méi)有進(jìn)位，或次高位

12、 有進(jìn)位而最高位沒(méi)有進(jìn)位時(shí)則一定變號(hào)！ 不難看出：當(dāng)異號(hào)相加（同號(hào)相減）時(shí)， 如次高位有進(jìn)位時(shí)，最高位必有進(jìn)位 以異號(hào)相加為例，如次高位有進(jìn)位時(shí)，則表明正數(shù)大于 或等于負(fù)數(shù)絕對(duì)值，其最后結(jié)果為正。 29 計(jì)算機(jī)內(nèi)的二進(jìn)制碼除了直接表示數(shù)值，還 可以表示其它信息 （一） 壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼 （P12表1.2） 壓縮BCD碼也是4位二進(jìn)制一段,這一點(diǎn) 和十六進(jìn)制類(lèi)似,但是每段內(nèi)只有十種編碼, 段與段之間是十進(jìn)位. 非壓縮BCD碼以一字節(jié)（8位二進(jìn)制）為 一段，高4位總為0. 30 例. 對(duì)于壓縮BCD碼數(shù)的運(yùn)算， 20-1=19： (0010 0000)BCD - 1 = ( 0001 1001 ) BCD 對(duì)于十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算， 20H - 1=1FH （ 二）ASCII碼 標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼有5位和7位兩種，IBM 的8位ASCII碼表見(jiàn)P362,附錄1 31 32 鍵盤(pán)輸入的都是ASCII碼, 十六進(jìn)制數(shù)計(jì) 算前應(yīng)轉(zhuǎn)變成其對(duì)應(yīng)數(shù)值,例如: 0 =48=30H, 30H-30H=0 1 =49=31H, 31H-30H=1 9 =57=39H, 39H-30H=9 以上規(guī)律可用于數(shù)字09的