第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

1、微機(jī)原理微機(jī)原理課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)： 54+18 總學(xué)分：總學(xué)分： 3.5 必修必修 考試考試 微型計(jì)算機(jī)原理是介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（軟、硬件）的課程，是各使用計(jì)算機(jī)課程的基礎(chǔ)，也是各專業(yè)的計(jì)算機(jī)控制方向研究生招考中的考試課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理、組成結(jié)構(gòu)，了解典型接口芯片的使用，弄懂8086指令系統(tǒng)，掌握匯編語(yǔ)言編程的基本方法，為以后從事數(shù)字信息處理和計(jì)算機(jī)控制類工作或繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。 本課程的特點(diǎn)是不易借助于過(guò)去所學(xué)過(guò)的知識(shí)快速掌握，知識(shí)點(diǎn)多，過(guò)去未接觸過(guò)的新內(nèi)容多。第第1 1章章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 1.1計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與

2、碼制 1.1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制 1.1.2 計(jì)算機(jī)中的碼制及補(bǔ)碼運(yùn)算 1.1.4 計(jì)算機(jī)中信息的編碼教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1 掌握二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的使用。 2 掌握補(bǔ)碼概念及運(yùn)算規(guī)則。 3 掌握BCD碼和ASCII碼的使用。學(xué)時(shí)數(shù) 2學(xué)時(shí)1.1 1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與碼制計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與碼制 1.1.1 1.1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制計(jì)算機(jī)中的數(shù)制 1、數(shù)的位置表示法 設(shè)待表示的數(shù)為N。 則 式中X為基數(shù) ai 為系數(shù)（0aiXl） m為小數(shù)位數(shù) n為整數(shù)位數(shù) 為什么要采用二進(jìn)制數(shù)簡(jiǎn)化運(yùn)算規(guī)則。 在計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制有二進(jìn)制（后綴為B）、八進(jìn)制（后綴為Q）、十六進(jìn)制（后綴為H）、十進(jìn)制（后綴為D

3、或省略后綴）。11xaN1nmiii 例1-1 （1） 二進(jìn)制數(shù) （2） 八進(jìn)制數(shù) （3） 十六進(jìn)制 2、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 （1）任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 對(duì)二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制以及任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)可采用表達(dá)式（1.1）展開(kāi)求和實(shí)現(xiàn)。 75.192121212120202111.100112101234B75.58138685848387Q6 .7345101231914216616121610164H6AC40123 （2）二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換 一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于三位二進(jìn)制教；一位十六進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于四位二進(jìn)制數(shù)。它們之間的轉(zhuǎn)換十分方便。 例1-2 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制和十

4、六進(jìn)制數(shù) 1101100101100011B=154543Q= D963H （3）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 當(dāng)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，須將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開(kāi)。整數(shù)常采用“除2取余法”，而小數(shù)則采用“乘2取整法”。 1)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù) 轉(zhuǎn)換方法是除2取余，直到商等于零為止，逆序排列余數(shù)即可。對(duì)數(shù)值比較大的十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，可采用先將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)，然后再將十六進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)的方法是除16取余，直到商等于零為止，逆序排列余數(shù)。 2)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù) 轉(zhuǎn)換方法是將小數(shù)部分乘以2取整，直到乘的小數(shù)部分等于零為止（若永不為

5、零則根據(jù)精度要求截取一定的位數(shù)），順序排列每次乘積的整數(shù)部分即可。 例1-3 將十進(jìn)制數(shù)19、3910分別轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。 轉(zhuǎn)換結(jié)束分別為19D=10011B；3910D=F46H=111101000110B 例1-4 將十進(jìn)制數(shù)19.8125轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。 解： 19D=10011B 0.8125D2=1.625 1 0.625D2=1.25 1 0.25D2=0.5 0 0.5D2=1.0 1 轉(zhuǎn)換結(jié)果為：19.8125D=10011.1101B 1.1.2 1.1.2 計(jì)算機(jī)中的碼制及補(bǔ)碼運(yùn)算計(jì)算機(jī)中的碼制及補(bǔ)碼運(yùn)算 一個(gè)數(shù)除了有大小之分外還有正負(fù)的區(qū)別，為了處理數(shù)的符

6、號(hào)問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)中引進(jìn)了碼制的概念。通常用二進(jìn)制數(shù)的最高位來(lái)表示數(shù)的符號(hào)。常用的碼制有原碼、補(bǔ)反碼及偏移碼。 1、原碼 用二進(jìn)制數(shù)的最高位表示數(shù)的符號(hào)，通常規(guī)定以0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，其余各位表示數(shù)值本身，則稱該二進(jìn)制數(shù)為原碼表示法。設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n，數(shù)X的原碼為X原，則原碼的定義如下： 310X12X212X0XX1n1n1n原 例1-5 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n=8時(shí)，試求+0、+6、+127、-0、-6、-127的原碼 解： +0原=00000000 -0原=10000000 +6原=00000110 -6原=10000110 +127原=01111111 -127原=11111111 正數(shù)：原碼

7、與相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)完全相同； 負(fù)數(shù)：二進(jìn)制數(shù)的最高位一定是“1”，其余各位是該數(shù)的絕對(duì)值。 零：有正零和負(fù)零之分。 當(dāng)字長(zhǎng)為8位時(shí)，原碼可表示數(shù)的范圍是-127+127。 原碼表示法最大優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀，但不便于加減運(yùn)算。 2、反碼 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n，數(shù)X的反碼為X反 +0反=00000000 -0反=11111111 +6反=00000110 -6反=11111001 +127反=01111111 -127反=10000000 正數(shù)：反碼與相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)完全相同； 負(fù)數(shù)：反碼將原碼除符號(hào)位外的其余各位按位求反； 零：有正零和負(fù)零之分。 當(dāng)字長(zhǎng)為8位時(shí)，反碼可表示數(shù)的范圍是-127+127 。 反碼

8、很少使用。 310X12X1212X0XX1n1n1n反 3、補(bǔ)碼 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n，數(shù)X的補(bǔ)碼為X補(bǔ) +0補(bǔ)=00000000 -0補(bǔ)=00000000 +6補(bǔ)=00000110 -6補(bǔ)=11111010 +127補(bǔ)=01111111 -127補(bǔ)=10000001 -128補(bǔ)=10000000 正數(shù)：補(bǔ)碼與相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)完全相同； 負(fù)數(shù)：各位取反加1； 零：仍然是零。 當(dāng)字長(zhǎng)為8位時(shí)，補(bǔ)碼可表示數(shù)的范圍是-128+127。 410X2X212X0XX1nn1n補(bǔ) 4、偏移碼 偏移碼主要用于模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，若被轉(zhuǎn)換數(shù)需參加運(yùn)算，則仍要轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼。 偏移碼比與相應(yīng)的的補(bǔ)碼相比增加了 ，從而彌補(bǔ)了補(bǔ)

9、碼不直觀的缺點(diǎn)。 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n，數(shù)x的移碼為x移，則移碼的定義如下： 例1-8 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為n=8時(shí)，試求-128、0、+127的移碼。 解： -128移=00000000 0移=10000000 +127移=11111111 51X2X1n移1n2 5、補(bǔ)碼運(yùn)算 在計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)通常采用補(bǔ)碼形式表示。補(bǔ)碼有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是可以使符號(hào)位與數(shù)一起參加運(yùn)算；二是將兩數(shù)相減變?yōu)闇p數(shù)變補(bǔ)后再與被減數(shù)相加來(lái)實(shí)現(xiàn)。 加法規(guī)則： X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)Y補(bǔ) 減法規(guī)則： X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)-Y補(bǔ)其中，-Y補(bǔ)稱作變補(bǔ)運(yùn)算，可以用Y補(bǔ)再作一次求補(bǔ)運(yùn)算即可得到。 例1-9 X=64-12=52 （字長(zhǎng)為8位） X補(bǔ)

10、=64補(bǔ)十-12補(bǔ) 64補(bǔ)=01000000B -12補(bǔ)=11110100B 因字長(zhǎng)為8位，最高有效位的進(jìn)位自然丟失。其結(jié)果為（52）10的補(bǔ)碼 補(bǔ)碼可以使減法運(yùn)算變成加法運(yùn)算。 6、溢出判別 X=-34-98=-132 （字長(zhǎng)為8位） X補(bǔ)=-34補(bǔ)+-98補(bǔ) -34補(bǔ)=11011110B -98補(bǔ)=10011110B 微型機(jī)中常用的溢出判別法：雙進(jìn)位判別法 Cs：如最高位（符號(hào)位）有進(jìn)位，Cs=1，否則，Cs=0。 Cp：如次高位有進(jìn)位，Cp=1，否則，Cp=0。 判別法則： 當(dāng)CsCp=0時(shí)，無(wú)溢出產(chǎn)生。 當(dāng)CsCp=1時(shí)，有溢出產(chǎn)生。 正溢出： CS=0，CP=1。 34+98=132

11、 負(fù)溢出： CS=1， CP=0。 -34-98=-132 1.1.3 計(jì)算機(jī)中的小數(shù)點(diǎn)問(wèn)題 1、定點(diǎn)表示法 小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的，通常有兩種，即定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)。 2、浮點(diǎn)表示法 將二進(jìn)制數(shù)N表示成如下形式： 該表達(dá)式在計(jì)算機(jī)中表示為： S： 稱作尾數(shù)，表示全部的有效數(shù)字，一般以純小數(shù)表示； Sf： 尾符，即浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)； J： 階數(shù)，它與階符一起來(lái)決定小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置； Jf： 階符，即階數(shù)符號(hào)； 612SNJ 例1-12 若用一個(gè)16位二進(jìn)制表示浮點(diǎn)數(shù)，其中階符尾符各占一位，階數(shù)占5位，尾數(shù)占9位，試寫出10110.101B的具體格式。解：設(shè)尾數(shù)以純小數(shù)表示，則 可得 S =

12、 101101010 Sf=0 J=00101 Jf=0 在計(jì)算機(jī)中的表示形式為 浮點(diǎn)數(shù)應(yīng)用中必須注意兩個(gè)問(wèn)題： 浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化 規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)可以保留最多的有效數(shù)字。浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格表示結(jié)果如下： 對(duì)浮點(diǎn)二進(jìn)制正數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是1。 對(duì)浮點(diǎn)二進(jìn)制負(fù)數(shù)，其尾數(shù)數(shù)字部分的最高位必須是0。5210110101. 0101.10110B 浮點(diǎn)數(shù)的對(duì)階原則 在運(yùn)用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行加減時(shí)，兩數(shù)的階碼必須取得一致，否則不能進(jìn)行加減運(yùn)算，對(duì)階原則如下： a.以大的階碼為準(zhǔn)對(duì)階。 b.對(duì)階后數(shù)的大小不變（在精度允許范圍內(nèi)），對(duì)階規(guī)則是：階碼每減少1，尾數(shù)向左移一位，階碼每增加1，尾數(shù)向右移一位。 1.1.

13、4 計(jì)算機(jī)中信息的編碼 信息編碼：十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼、字符信息的編碼和漢字編碼。 1、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼 由四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一位十進(jìn)制數(shù)。稱作BCD碼 （1）8421碼：四位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別為8、4、2、1。例如： 324.6 對(duì)應(yīng)的8421BCD碼是 0011 0010 0100. 0110 （2）2421碼：四位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別為2、4、2、1。例如： 724.6 對(duì)應(yīng)的2421BCD碼是 1101 0010 0100. 1100 （3）余 3碼：將 8421碼加上 0011。余3碼也是一種自補(bǔ)碼，對(duì)各位取反就得到它的9補(bǔ)碼。 825.7 對(duì)應(yīng)的余 3碼是 1011 0101 100

14、0. 1010 2、字符信息的編碼字母、數(shù)字和符號(hào)等各種字符按特定的規(guī)則用二進(jìn)制編碼在計(jì)算機(jī)中的表示。在微型機(jī)中表示字符的常用碼制是ASCII碼，它是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼（American Standard Code for Information Interchange）它能用6位、7位或8位二進(jìn)制數(shù)對(duì)字符編碼。7位ASCII碼可表示128種字符，它包括52個(gè)大、小寫字母、09十個(gè)數(shù)字和控制符號(hào)。8位ASCII碼是在7位ASCII碼基礎(chǔ)上加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位而構(gòu)成。奇偶校驗(yàn)碼，是對(duì)每一組二進(jìn)制編碼配置一個(gè)二進(jìn)制位（稱為奇偶校驗(yàn)位），通過(guò)將該位置“0”或置“1”而使每組二進(jìn)制編碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)

15、（即形成奇校驗(yàn)碼）或偶數(shù)（即形成偶校驗(yàn)碼）。奇偶校驗(yàn)碼中，校驗(yàn)位只用來(lái)使每組二進(jìn)制編碼“1”的個(gè)數(shù)具有奇偶性。 要求熟練掌握0 9、AF、af的ASCII碼。 3、漢字編碼 漢字編碼的類型有四種：外部碼、內(nèi)部碼、交換碼和輸出碼。 （1） 外部碼每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)一個(gè)外部碼。對(duì)同一個(gè)漢字不同的輸入方法其外部碼也不相同。目前外部碼大致可分為四種類型：數(shù)字碼、音碼、形碼和音形碼。 （2）內(nèi)部碼每個(gè)漢字對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)部碼。同一漢字的內(nèi)部碼是唯一的。內(nèi)部碼通常反映了漢字在字庫(kù)中的位置。 （3）交換碼 用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端之間交換信息。該標(biāo)準(zhǔn)編碼字符集共收錄漢字和圖形符號(hào)7445個(gè)。 （4）輸出碼 同一漢字的