《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》第1章-2013

1、第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 解決微型機(jī)領(lǐng)域中數(shù)的不同表示方法一常用計(jì)數(shù)制 1. 十進(jìn)制數(shù)：編程時(shí)使用（D） 2. 二進(jìn)制數(shù)：計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息存儲(chǔ)，運(yùn)算， 輸入/ 輸出都是二進(jìn)制數(shù)（B） 1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制3.十六進(jìn)制數(shù)（H）：人們最常用的是十進(jìn)制，計(jì)算機(jī)中為了物理實(shí)現(xiàn)的方便，采用的是二進(jìn)制，為了書(shū)寫(xiě)閱讀方便，又常常采用十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)。進(jìn)位制 二進(jìn)制 八進(jìn)制 十進(jìn)制 十六進(jìn)制規(guī)則 逢二進(jìn)一 逢八進(jìn)一 逢十進(jìn)一 逢十六進(jìn)一基數(shù) R=2 R=8 R=10 R=16數(shù)碼 0,1 0,1,2.,7 0,1,2.,9 0,1,2,

2、.9, A,B,C,D,E,F 權(quán) 2i 8i 10i 16i 形式表示 B Q D H計(jì)算機(jī)中常用的各種進(jìn)位計(jì)數(shù)制在數(shù)位上,每個(gè)數(shù)位被賦予一定的位值。例如: 在十進(jìn)制數(shù)中,個(gè)、十、百、千各位的權(quán)分別為100 , 101 , 102 , 103 位二進(jìn)制數(shù) 等值的一位 十六進(jìn)制數(shù) 位二進(jìn)制數(shù) 等值的一位 十六進(jìn)制數(shù)00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F十六進(jìn)制數(shù) 與二進(jìn)制的關(guān)系：每4位二進(jìn)制數(shù)用1位十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表示1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制二進(jìn)制與十六進(jìn)制運(yùn)算1 0 11 1

3、11 1 0 11 0 1 01.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制( 3 9 )16( 7 A )16( B 3 )16( 4 5 )16( 2 6 )16( 1 F )16二數(shù)制轉(zhuǎn)換 二、八、十六進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù) 算法: 每位的代碼和該位的權(quán)值相乘，再求累加和 如：（）（？） 解： 123122 021 120121122 = 8 4 0 1 0.5 0.25 = (13.75 ) 10如： （29A F）16 = ( ? )10解： 21639162 10161 15160 = 8192 2304 160 15 = (10671)101.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制. 二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù) 算法：四位二進(jìn)制數(shù)為一組

4、，每組用等值的十六進(jìn)制代換 如：(101011.11)(10,1011.1100)2=(2B.C)163十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)算法：一位十六進(jìn)制數(shù)用等值的四位二進(jìn)制數(shù)代換如: (17E.58)16（0001,0111,1110.0101,1000)24 . 十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制整數(shù)二進(jìn)制數(shù) 算法：除取整，直到商為零為止 ，倒排1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制 1 1222120所以，(11)10=(1011)25 2 1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制十進(jìn)制數(shù)純小數(shù)二進(jìn)制數(shù) 算法:乘2取整,直到乘積的小數(shù)部分為0時(shí)止，順排 (0.8125)10=(0.1101)20. 8125 1 . 625 22 1. 250

5、2 1. 020. 51.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制十進(jìn)制帶小數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 算法：整數(shù)、純小數(shù)分別計(jì)算,再合并 (11.8125)10=(1011.1101)2 1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼一十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼BCD碼二字符的編碼ASCII碼三有符號(hào)數(shù)的編碼（碼制）原反補(bǔ)碼解決不同信息在計(jì)算機(jī)中的具體表示 一十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼BCD碼采用二進(jìn)制數(shù)對(duì)每一位十進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行編碼所得到的數(shù)叫做BCD碼。BCD碼有多種形式，最常用的是8421BCD碼，它是用4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)一個(gè)十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼，這4位二進(jìn)制碼的值就是被編碼的一位十進(jìn)制數(shù)的值。1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼40100010030011001120010

6、0010100010001000000000等值的一位十進(jìn)制數(shù) 等值的一位BCD碼數(shù) 四位二進(jìn)制數(shù) 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼0101010150110011060111011171000100081001100191010非法BCD碼101111001101111011111.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼BCD碼在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)分為緊湊型和非緊湊型兩種：緊湊型BCD碼： （37）D = 0011，0111B非緊湊型BCD碼： （37）D = 0000，0011B 0000，0111B1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 二字符的編碼ASCII碼計(jì)算機(jī)常用的輸入輸出設(shè)備（鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)）處理的數(shù)都是字符

7、。 有：英文的大小寫(xiě)字母，數(shù)字符號(hào)（0，1，9）以及其他常用符號(hào)（如：%、+等）。采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（ASCII）對(duì)字符進(jìn)行編碼。 使用七位二進(jìn)制編碼來(lái)表示一個(gè)字符。該編碼方案中共有128個(gè)字符（27=128）。1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼ASCII字符編碼高 位 低 位 000 001 010 011 100 101 110 1110000 NUL DLE SP 0 P p0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q0010 STX DC2 “ 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NA

8、K % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K k 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o DEL如：鍵入“”，實(shí)際寫(xiě)入鍵盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)的是31H 即 00110001B鍵入“A”， 實(shí)際寫(xiě)入鍵盤(pán)存儲(chǔ)區(qū)的是41H 即 01000001B又如：欲顯示“0”，應(yīng)把 30H 即 00110000B 顯示存儲(chǔ)區(qū) 欲顯示“F

9、 ”，應(yīng)把 46H 即 01000110B 顯示存儲(chǔ)區(qū) 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼輸入/ 輸出用字符要求牢記以下18個(gè)字符的ASC碼：09的ASC碼為 30H 39HAF的ASC碼為 41H 46H回車符的ASC碼為 0DH換行符的ASC碼為 0AH1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼100001011.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 表示的數(shù) 是多少？ 三. 碼制 解決在微型機(jī)領(lǐng)域中如何表示有符號(hào)數(shù)（一） 真值和機(jī)器數(shù)的概念計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0和1組成的數(shù)或代碼，所以有符號(hào)數(shù)的符號(hào)也只能用0和1來(lái)表示1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 1真值：一個(gè)數(shù)的數(shù)值 用“”表示正數(shù)，用“”表示負(fù)數(shù) 把符號(hào)數(shù)值化，用0表示“+”，用

10、1表示“-”，這 樣，連同符號(hào)位在一起作為一個(gè)數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。 正數(shù) 負(fù)數(shù) 0 XXXXXXX 1 XXXXXXX2機(jī)器數(shù)：在計(jì)算機(jī)中如何表示正負(fù)?1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼由于數(shù)值部分的表示方法不同，有符號(hào)數(shù)可有三種表示方法（即機(jī)器數(shù)有三種形式），分別叫做： 原碼、 反碼、 補(bǔ)碼3字長(zhǎng)：包括符號(hào)位在內(nèi)，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)占有的位數(shù) 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 1. 原碼：最高位為符號(hào)位，數(shù)值位部分就是該數(shù)的絕對(duì)值。 例如：假設(shè)某機(jī)器的字長(zhǎng)為8位，則：+23(17H)的原碼機(jī)器數(shù)為：- 23(-17H)的原碼機(jī)器數(shù)為： 其中最高位是符號(hào)位，后7位是數(shù)值位。00010111100101111.2 計(jì)算

11、機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 2. 反碼：把最高位規(guī)定為符號(hào)位，數(shù)值部分對(duì)正數(shù)是其絕對(duì)值，對(duì)于負(fù)數(shù)則是其絕對(duì)值按位取反（即1變0，0變1）。例如：+23的反碼機(jī)器數(shù)為 - 23的反碼機(jī)器數(shù)為數(shù)字0的反碼有2種表示： (+0)10=(00000000)2 (- 0)10=(11111111)200010111111010001.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 3. 補(bǔ)碼：對(duì)于正數(shù)的補(bǔ)碼同原碼、反碼，負(fù)數(shù)的數(shù)值位部分為其絕對(duì)值按位取反后末位加1所得。 例如：+23的反碼為 -23的反碼為 - 23的補(bǔ)碼為0001011111101000111010011.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼小結(jié)： 機(jī)器數(shù)比真值數(shù)多一個(gè)符號(hào)位。 正數(shù)

12、的原、反、補(bǔ)碼與真值數(shù)相同。 負(fù)數(shù)原碼的數(shù)值部分與真值相同；負(fù)數(shù)反碼的數(shù)值部分為真值數(shù)按位取反;負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值部分為真值數(shù)按位取反末位加1。 沒(méi)有負(fù)零的補(bǔ)碼，或者說(shuō)負(fù)零的補(bǔ)碼與正零的補(bǔ)碼相同。 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)的數(shù)值范圍 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)=n位,用來(lái)表示整數(shù),則n位補(bǔ)碼數(shù),其真值范 圍為: -2n-1 +2n-1 - 1由于補(bǔ)碼表示的機(jī)器數(shù)更適合運(yùn)算，為此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 負(fù)數(shù)一律用補(bǔ)碼表示。設(shè)：8位補(bǔ)碼數(shù)為 1000,0000 0111,1111 則：十進(jìn)制真值數(shù)為 - 128 +127設(shè)：16位補(bǔ)碼數(shù)為 1000,0000,0000,00000111,1111,1111,1

13、111則：十進(jìn)制真值數(shù)為 -32768 +327671.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 （2）設(shè)X補(bǔ) =(96)16,則x =( ? )10 解: x補(bǔ) =(96)16 = （ 10010110 ）2 則 x = -（1101010）2 =(-106)10 （1）設(shè)x =(-120)10,則x補(bǔ) =( ? )16 解：x =(-120)10 =(-1111000)2 則 x補(bǔ) =(1000,1000)2 =(88)16 真值與機(jī)器數(shù)的轉(zhuǎn)換(設(shè)字長(zhǎng)n=8) 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 （二）整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算 關(guān)于“模”的概念 一個(gè)計(jì)量器的最大容量稱為該計(jì)量器的“?！彼奈挥?jì)數(shù)器能存00001111共十六個(gè)數(shù)

14、, 模24八位計(jì)數(shù)器能存0000,00001111,1111共256個(gè)數(shù)， 模 28 十六位計(jì)數(shù)器能存0000,0000,0000,00001111,1111,1111,1111共65536個(gè)數(shù)， 模 216 1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 2 四位的加法器（由四個(gè)全加器組成）模 2416一位全加器有3個(gè)輸入端(加數(shù),被加數(shù),低位向本位的進(jìn)位) 2個(gè)輸出端(本位和,本位向高位的進(jìn)位) 在上述加法器上進(jìn)行: 7+6=13,進(jìn)位為0 8+8=0,進(jìn)位為1 進(jìn)位為“1”，其值為16，就是四位加法器的“?！保?它被運(yùn)算器“丟失”了。 0111110011101.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 3.整數(shù)補(bǔ)碼的加減運(yùn)

15、算 補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) 補(bǔ) 條件：(1) 符號(hào)位參加運(yùn)算 (2) 以2n為模（為字長(zhǎng)） (3) 當(dāng)真值滿足下列條件時(shí)，結(jié)果是正確的，否則結(jié)果錯(cuò)誤 2n-1 x, y, x+y ,xy +127， 215-1,-2152計(jì)算機(jī)怎樣表示進(jìn)位和溢出CFOF溢出判斷電路 來(lái)自低位的進(jìn)位值1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼 運(yùn)算器對(duì)有符號(hào)數(shù)和無(wú)符號(hào)數(shù)同樣對(duì)待 最高位的進(jìn)位值保存在“進(jìn)位標(biāo)志寄存器”中 如加數(shù)與被加數(shù)的最高位相同，卻與結(jié)果的 最高位相異，則將“溢出標(biāo)志寄存器”置為1 如果參與運(yùn)算的數(shù)是無(wú)符號(hào)數(shù)，則判進(jìn)位標(biāo)志， 進(jìn)位標(biāo)志=1，表示溢出錯(cuò)。 如果參與運(yùn)算的數(shù)是有符號(hào)數(shù)，則判溢出標(biāo)志，溢出標(biāo)志=1，表示溢出錯(cuò)。

16、 3程序員如何判斷溢出錯(cuò)？1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼例： 加數(shù)= 01000010 被加數(shù)= 01100011再如：加數(shù)= 10111110 被加數(shù)= 10011101結(jié)果正確否？CF=0，OF=1和 = 010100101 和= 101011011 CF=1，OF=1結(jié)果正確否？（+（+1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的編碼一. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：硬件：泛指設(shè)備而言 軟件：泛指程序而言 1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成硬件： 中央處理器CPU （運(yùn)算器、控制器） 存儲(chǔ)器系統(tǒng) I/O接口 電源系統(tǒng) I/O設(shè)備 主機(jī)箱軟件： 系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及其編輯、編譯軟件）應(yīng)用軟件：為解決某一實(shí)際問(wèn)題而編制的

17、軟件二.微型機(jī)硬件結(jié)構(gòu)1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 C P U 存儲(chǔ)器 AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過(guò)3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 存儲(chǔ)器CPU:即微處理器，是超大規(guī)模集成電路，內(nèi)部集成了運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器管理部件 C P U AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲(chǔ)器I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過(guò)3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成存儲(chǔ)器:指系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為內(nèi)存。 用來(lái)存放程序、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 C P U AB地址總線

18、 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 I/O接口I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過(guò)3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口 1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成存 儲(chǔ) 器 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)存 儲(chǔ) 元 存儲(chǔ)器的最小組成單位，用以存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼。存儲(chǔ)單元 是CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器基本單位，由若干個(gè)具有相同操 作屬性的存儲(chǔ)元組成。單元地址 在存儲(chǔ)器中用以表識(shí)存儲(chǔ)單元的唯一編號(hào)，CPU通過(guò)該編號(hào)訪問(wèn)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。存 儲(chǔ) 體 存儲(chǔ)單元的集合，是存放二進(jìn)制信息的地方幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成存儲(chǔ)器各個(gè)概念之間的關(guān)系單元地址00000001.XXXX存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)元存儲(chǔ)體1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成I/O接口:是CPU和外部設(shè)備交換信息的“中轉(zhuǎn)站” I/O接口 存儲(chǔ)器 C P U AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲(chǔ)器I/O設(shè)備微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過(guò)3條總線連接存儲(chǔ)器、I/O接口 1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成I/O設(shè)備:如鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī) I/O設(shè)備 存儲(chǔ)器 C P U AB地址總線 DB數(shù)據(jù)總線 CB控制總線 存儲(chǔ)器I/O接口微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 以CPU為核心通過(guò)3條