大連理工823機(jī)械復(fù)試微機(jī)原理

1、大連理工大學(xué)自動(dòng)化系微機(jī)原理2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義2課程的性質(zhì)、任務(wù)和目的：是計(jì)算機(jī)類的一門基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件和匯編語言的入門課程。了解、掌握微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、輸入輸出(I/O)接口、硬件連接及匯編語言程序設(shè)計(jì)的方法。建立起微機(jī)系統(tǒng)的整體概念，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義3戴梅萼，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用， 清華大學(xué)出版社沈美明、溫冬嬋， IBM-PC匯編語言程序設(shè)計(jì)， 清華大學(xué)出版社課程參考書目姓 名：劉文琦單 位：控制科學(xué)與工程學(xué)院電 話：84706002-3713辦 公 室：創(chuàng)新園大廈B

2、713Email： 任課教師2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義5第一章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第二章 8086/8088微處理器第三章 8086微處理器的指令系統(tǒng)第四章 匯編語言程序設(shè)計(jì)第五章 存儲(chǔ)器系統(tǒng)第六章 輸入/輸出接口第七章 中斷與中斷控制第八章 I/O接口技術(shù)第九章 串行通訊技術(shù) 課程目錄2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義6第一章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1 微型計(jì)算機(jī)概述1.2 微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工 作原理1.3 微型計(jì)算機(jī)內(nèi)信息的表示1.4 硬件知識(shí)回顧2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義7 1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語 1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

3、1.1.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.1.4 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.1 微型計(jì)算機(jī)概述2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義81位和字節(jié)位(bit)是計(jì)算機(jī)所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位; 取值只能為0或1的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)值位。位作為單位時(shí)記作b。字節(jié)(byte)由8位二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)算存儲(chǔ)容量的單位；字節(jié)作為單位時(shí)記作B。 K 是kelo的縮寫，1K=1024B=210； M是mega的縮寫，1M=1024K=220； G 是giga的縮寫，1G=1024M=230； T 是tera的縮寫，1T=1024G=240。1.1.1 微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義

4、92字長字長是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù); 通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字長有4位、8位、16位和32位等等。 8086稱為16位處理器，8088稱為準(zhǔn)16位微處理器，而80386SX稱為準(zhǔn)32位微處理器。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義10 3主頻主頻（時(shí)鐘頻率） 表示微處理器的運(yùn)行速度; 主頻越高表明微處理器運(yùn)行越快，單位MHz。 早期微處理器：主頻 = 外頻 80486DX2開始：主頻 = 外頻倍頻系數(shù)外頻 外部總線頻率; 外頻越高說明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越快，單位MHz 。倍頻系

5、數(shù) 微處理器的主頻與外頻之間的相對(duì)比例系數(shù)。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義114MIPS (Millions of Instruction Per Second)表示微處理器的性能，即每秒鐘能執(zhí)行多少百萬條指令。執(zhí)行不同類型的指令所需時(shí)間長度不同，MIPS = AVG(不同指令出現(xiàn)的頻度*系數(shù)) 。 主頻為25MHz的80486其性能大約是20MIPS； 主頻為400MHz的Pentium II的性能為832MIPS。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義12世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的電子計(jì)算機(jī)是1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)制造的ENIAC 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：電子管計(jì)算機(jī)晶體管

6、計(jì)算機(jī)中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義13ENIAC(1946, 18000電子管，150千瓦，重30噸，5000次/秒，.)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義14微型計(jì)算機(jī)：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件集成的微處理器為核心而構(gòu)造的計(jì)算機(jī)。采用字長和典型的微處理器芯片作為各階段標(biāo)志：第一代：1971年1972年 4位和低檔8位微機(jī) 400440408008 MCS-8微型計(jì)算機(jī) 字長為4位或8位，集成度約為3500晶體管/片，微處理器的主頻為0.5MHz。 基本指令48條。2022/8/14 4:

7、33計(jì)算機(jī)原理講義15第二代：1973年1977年 中高檔8位微機(jī) Zilog Z80、Inter 8085、Motorola 6800，Apple-II微機(jī)(MC6502) 字長為8位，集成度約為6000晶體管/片，微處理器的主頻為1MHz。 基本指令70多條。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義16Apple微型計(jì)算機(jī)Apple-IApple-II返回2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義17 第三代：1978年-1984年 16位微機(jī) 8086808880286、M68000、Z8000，IBM PC系列機(jī) 字長16位，地址總線為2024位，從而使尋址空間達(dá)116MB。 采用了

8、31.5 m工藝，集成了29,000 134,000個(gè)晶體管，工作頻率為4.776 MHz。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義18 第四代：1985年- 32位微機(jī) 8038680486PentiumPentium II / III / 4, 32位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī)80386，第一個(gè)實(shí)用的32位微處理器，采用了1.5m工藝，集成了275,000個(gè)晶體管，工作頻率達(dá)到16MHz。 80386的內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)總線和地址總線都是32位的。通過32位的地址總線，80386的可尋址空間達(dá)到4GB。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義1980486，采用1m工藝，集

9、成了120萬個(gè)晶體管，工作頻率為25MHz。80486微處理器由三個(gè)部件組成： 80386體系結(jié)構(gòu)的主處理器 與80387相兼容的數(shù)學(xué)協(xié)處理器 8KB容量的高速緩沖存儲(chǔ)器。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義20Pentium、 Pentium MMX 、Pentium Pro、Pentium II、Pentium III、 Pentium IV 0.8m -0.18m工藝技術(shù)，集成了310萬-4200萬個(gè)晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz-3GHz。采用二級(jí)高速緩存，2級(jí)超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行3條指令。 體系結(jié)構(gòu)上， Pentium在內(nèi)核中采用了RISC技術(shù)，可以

10、說它是CISC和RISC技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 指令采用IA-32指令架構(gòu)，逐步增加了面向多媒體數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴(kuò)展指令集。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義21 第五代：2000年 64位微機(jī) Itanium、64位RISC微處理器芯片 微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站采用顯式并行指令計(jì)算的全新指令架構(gòu)，IA-64架構(gòu)。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義22 發(fā)展趨勢(shì)： 從單處理器向多處理器發(fā)展 80486有一個(gè)定點(diǎn)處理器，一個(gè)浮點(diǎn)處理器 Pentium有二個(gè)定點(diǎn)處理器，一個(gè)浮點(diǎn)處理器； Pentium Pro有四個(gè)定點(diǎn)處理器，二個(gè)浮點(diǎn)處理器，支持多CPU; Pentium

11、 II片內(nèi)集成了二級(jí)Cache。 2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義23 指令系統(tǒng)由復(fù)雜指令系統(tǒng)向精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)發(fā)展 復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC） 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（RISC） MIPS R2000/R3000 Motorola 88000 INTEL 80860 Intel486以上計(jì)算機(jī)支持精簡(jiǎn)指令2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義241.1.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器 微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 定義：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MCS puter System）是以微型計(jì)算機(jī)（主機(jī)）為核心，配上外圍設(shè)備、電源和軟件等，能獨(dú)立工作的完整計(jì)算機(jī)。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義25 微

12、處理器（嚴(yán)格講，微處理器 CPU）CPU 計(jì)算機(jī)中執(zhí)行運(yùn)算和控制功能的區(qū)域，由算術(shù)邏輯部件(ALU)和控制部件(CU)兩大主要部分組成微處理器 把CPU和一組稱為寄存器（Registers）的特殊存儲(chǔ)器集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義26微處理器實(shí)例一4004微處理器，1971，2300晶體管8008微處理器，1973，3500晶體管8086微處理器，1978，2.9萬晶體管80286微處理器，1982，13.5萬晶體管2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義2780386微處理器，1985，32萬晶體管微處理器實(shí)例二80486微處

13、理器，1990，120萬晶體管Pentium微處理器，1993，320萬晶體管Pentium4微處理器，2000，4200萬晶體管2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義28微處理器實(shí)例三處理器新革命ITANIUM（安騰）IA-64架構(gòu)處理器ITANIUM 2 (2.14億晶體管，1GHZ主頻，0.18微米線寬，328個(gè)寄存器，.）2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義29 微型計(jì)算機(jī)以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的只讀存儲(chǔ)器（ROM）、讀寫存儲(chǔ)器（RAM）、輸入輸出接口電路及系統(tǒng)總線（計(jì)算機(jī)中連接各部件的一組公共通訊線）等所組成的計(jì)算機(jī)，稱為微型計(jì)算機(jī)。將這些組成部分集成在

14、一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義30 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 以微型計(jì)算機(jī)為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件（軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類）構(gòu)成的。微型計(jì)算機(jī)如果不配有軟件，通常稱為裸機(jī)。單板機(jī) 將微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分都集成在一塊印制電路板上，并配以簡(jiǎn)單的外設(shè)（如鍵盤）等，構(gòu)成的一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義31算術(shù)邏輯單元(ALU)控制器內(nèi)部總線微處理器存儲(chǔ)器（RAM、ROM）I/O接口系統(tǒng)總線外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫等微 型 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng)微型

15、計(jì)算機(jī)寄存器組2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義32MCS硬件軟件主機(jī)外設(shè) CPUMemory RAM，ROM I/O接口I/O設(shè)備 輸入設(shè)備，輸出設(shè)備數(shù)據(jù)通道 軟盤，硬盤，光盤外部電路 ADC，DAC系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件 Office，MSN，Protel 等 數(shù)據(jù)庫 Oracle，Sybase，SQL Server，F(xiàn)oxpro 等操作系統(tǒng)內(nèi)存管理, 進(jìn)程管理, 文件管理, 外設(shè)管理; 如: Windows，Unix監(jiān)控管理程序ROMBIOS語言編譯程序區(qū)別3個(gè)概念2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義33明確3個(gè)概念的區(qū)別微處理器（Microprocessor）一個(gè)大規(guī)模集成電路

16、芯片內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等微機(jī)中的核心芯片微型計(jì)算機(jī)（ puter）通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：微機(jī)、微型機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（ puter system）指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)返回2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義34可以分為兩個(gè)主要應(yīng)用方向用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機(jī)，例如：PC微機(jī)功能越強(qiáng)越好、使用越方便越好用于過程控制及智能化儀器儀表方向?qū)Ｓ梦C(jī)，例如：工控機(jī)、單片機(jī)可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)程序相對(duì)簡(jiǎn)單、處理數(shù)據(jù)量小 將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一個(gè)微處理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-9

17、61.1.4 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義35 1.2.1微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.2.2微型計(jì)算機(jī)的工作過程1.2 微型計(jì)算機(jī)的系硬件統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義36馮諾依曼結(jié)構(gòu)1.2.1 微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼的形式表示數(shù)據(jù)和程序存放在存儲(chǔ)器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進(jìn)制形式計(jì)算機(jī)在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行，具體來說，即控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列（即程序）工作，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器（PC）控制指令的執(zhí)行。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義37馮諾依曼計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入

18、部件和輸出部件五大部分組成 控制器 輸入部件 存儲(chǔ)器 輸出部件 運(yùn)算器 2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義38CPU (中央處理單元)Central Processing UnitALU (算術(shù)邏輯單元)Arithmetic Logic Unit控制器Memory(存儲(chǔ)器)RAM (讀寫存儲(chǔ)器)ROM (只讀存儲(chǔ)器)I/O接口 主機(jī)與外設(shè)的匹配連接BUS (總線)AB (地址總線)DB (數(shù)據(jù)總線)CB (控制總線)微型計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義39微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成中央處理單元CPUI/O設(shè)備I/O接口

19、存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線BUS微處理器存儲(chǔ)器I/O接口系統(tǒng)總線主機(jī)輸入設(shè)備輸出設(shè)備2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義40 系統(tǒng)總線定義：總線是指?jìng)鬟f信息的一組公共通信線；作為傳送信息的公共通道，微機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件。總線信號(hào)可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線DB ：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線CB ：傳送控制信息總線還有電源、地線等其他輔助信號(hào)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義41地址總線AB 用于傳遞地址信息的通信線單向，成組使用指定尋址的存儲(chǔ)器單元或I/O端口的地址地址線的多少?zèng)Q定了系統(tǒng)直接尋址存儲(chǔ)器的范圍數(shù)據(jù)總線DB 用來傳遞數(shù)據(jù)信息的通信線雙向，成組使用CPU讀

20、操作時(shí)，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPU CPU寫操作時(shí)，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少?zèng)Q定了一次能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義42控制總線CB 用來傳輸控制信號(hào)的通信線，以便控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作有輸入，也有輸出，獨(dú)立使用協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點(diǎn)，例如功能、適應(yīng)性等2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義438086微處理器8288總線控制器I/O通道8259中斷控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器ROM8253定時(shí)控制器8237DMA控制器8255并行接口控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚(yáng)聲

21、器接口8284A時(shí)鐘發(fā)生器鍵盤接口系統(tǒng)配置開關(guān) 微處理器子系統(tǒng)8086CPU：16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、16位數(shù)據(jù)總線、20 位地址總線、4.77MHz主頻 存儲(chǔ)器ROM-BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）、主體為RAM I/O接口控制電路8259A、8253、8237A、8255等 I/O通道62線的IBM PC總線主機(jī)板結(jié)構(gòu)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義44 馮諾依曼機(jī)存儲(chǔ)程序工作原理存儲(chǔ)程序工作原理：把程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，使計(jì)算機(jī)能像快速存取數(shù)據(jù)一樣地快速存取組成程序的指令。為實(shí)現(xiàn)控制器自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行程序，必須 先把程序和數(shù)據(jù)送到存儲(chǔ)器中保存； 然后給出程序中第一條指令的地址； 控制器依據(jù)存

22、儲(chǔ)程序中的指令順序周而復(fù)始地取指令、譯碼、執(zhí)行，直到完成全部指令操作為止，即控制器通過指令流的串行順序驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序控制。1. 2.3 微型計(jì)算機(jī)的工作過程2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義45微型計(jì)算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程。程序由指令序列組成，執(zhí)行程序的過程就是執(zhí)行指令序列的過程，即逐條地從存儲(chǔ)器中取出指令并完成指令所指定的操作。執(zhí)行每一條指令，都包括取指、譯碼和執(zhí)行三個(gè)基本步驟。微型計(jì)算機(jī)的工作過程，就是不斷地取指令、譯碼和執(zhí)行的過程，直到遇到停機(jī)指令時(shí)才結(jié)束機(jī)器的運(yùn)行。 微型計(jì)算機(jī)工作過程2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義462022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講

23、義47計(jì)算1+2=?匯編語言程序?qū)?yīng)的機(jī)器指令 對(duì)應(yīng)的操作MOV AL, 1 10110000 將立即數(shù)1傳送到 00000001 累加寄存器AL中ADD AL, 2 00000100 計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和， 00000010 結(jié)果存放到AL中MOV 0008, AL 10100010 將AL中的數(shù)傳送到 00001001 地址單元 HLT 11110100 停機(jī)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義482022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義49 1.3.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換 1.3.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 1.3.3 非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.3 微型計(jì)算機(jī)內(nèi)信息的表示2022/8/14 4:

24、33計(jì)算機(jī)原理講義501、進(jìn)位計(jì)數(shù)值 十進(jìn)制符合人們的習(xí)慣 二進(jìn)制便于物理實(shí)現(xiàn) 十六進(jìn)制便于識(shí)別、書寫 八進(jìn)制均采用的都是進(jìn)位計(jì)數(shù)制；進(jìn)位計(jì)數(shù)制中用少量數(shù)碼按次序排列成數(shù)位，并按由低到高的進(jìn)位方式進(jìn)行計(jì)數(shù)。1.3.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義51基數(shù)和權(quán)是進(jìn)位計(jì)數(shù)制的兩個(gè)基本要素?；鶖?shù)：進(jìn)位計(jì)數(shù)制中所用數(shù)碼的個(gè)數(shù)；基數(shù)為r的進(jìn)位計(jì)數(shù)制中需要r個(gè)數(shù)碼，每個(gè)數(shù)位計(jì)滿r就向高位進(jìn)一，即逢r進(jìn)一。進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示的數(shù)中，同一數(shù)字處在不同位置表示不同的值；權(quán)：不同位置的同一數(shù)字所表示的值等于該數(shù)字乘以一個(gè)所在數(shù)位對(duì)應(yīng)的常數(shù)，這一常數(shù)就是該數(shù)位所具有的權(quán)。r進(jìn)制數(shù)各位

25、的權(quán)是以r為底的冪。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義52任何一個(gè)r進(jìn)制數(shù)N可以表示為：若r=10，十進(jìn)制數(shù)，各位的權(quán)是以10為底的冪，(D) ；若r=2，二進(jìn)制數(shù)，各位的權(quán)是以2為底的冪，(B) ；若r=8，八進(jìn)制數(shù)，各位的權(quán)是以8為底的冪， (O) ；若r=16，十六進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以16為底的冪， (H)， 十六進(jìn)制中共有16個(gè)數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義532、進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)按照公式展開求和例1. 分別把二進(jìn)制數(shù)1011.01和十六進(jìn)制數(shù)F0.C用十進(jìn)制表示2022/8/

26、14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義54 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換整數(shù)部分N的轉(zhuǎn)換步驟：把r寫成十進(jìn)制數(shù)；將N除以r，記錄商和余數(shù)，用r進(jìn)制表示的余數(shù)便是r進(jìn)制表示數(shù)的最低位數(shù)字；把商重復(fù)中的運(yùn)算直到商為0，最后得到的余數(shù)即為十進(jìn)制數(shù)N用r進(jìn)制表示時(shí)的最高位數(shù)字。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義55例2. 把十進(jìn)制數(shù)103用二進(jìn)制表示例3. 把十進(jìn)制數(shù)506用十六進(jìn)制表示（1100111B）（1FAH）2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義56小數(shù)部分M的轉(zhuǎn)換步驟： 把r寫成十進(jìn)制數(shù)； 將M乘以r，記錄積的整數(shù)部分和小數(shù)部分，r進(jìn)制表示的整數(shù)部分即為轉(zhuǎn)換后r進(jìn)

27、制小數(shù)的最高位； 把上次積的小數(shù)部分進(jìn)行中所述乘以r取整的運(yùn)算；重復(fù)這種運(yùn)算直到積的小數(shù)部分為0，或者達(dá)到所要求的位數(shù)，這時(shí)的整數(shù)部分即為十進(jìn)制數(shù)N轉(zhuǎn)換成r進(jìn)制小數(shù)的最低位。例4. 把十進(jìn)制0.8125用八進(jìn)制表示（0.64O）2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義57 二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制十六進(jìn)制：從小數(shù)點(diǎn)位置開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每四位二進(jìn)制數(shù)為一組用一位十六進(jìn)制的數(shù)字來表示，不足四位的用0補(bǔ)足。例5. 二進(jìn)制1011011010111.11101用十六進(jìn)制表示16D7.E8H2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義58二進(jìn)制八進(jìn)制：從小數(shù)點(diǎn)位置開始，

28、整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每三位二進(jìn)制數(shù)為一組用一位八進(jìn)制的數(shù)字來表示，不足三位的用0補(bǔ)足。例6. 把八進(jìn)制數(shù)62.31用二進(jìn)制表示（110010.011001B）2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義59 幾個(gè)概念真值：數(shù)的原始表示形式。機(jī)器數(shù)：在計(jì)算機(jī)中使用的數(shù)據(jù)的實(shí)際表示形式稱為機(jī)器數(shù)。定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)的位置默認(rèn)并固定的機(jī)器數(shù)。如果小數(shù)點(diǎn)的位置固定在機(jī)器數(shù)的最右側(cè)，則為定點(diǎn)整數(shù)。無符號(hào)定點(diǎn)整數(shù)（無符號(hào)數(shù)）：此類機(jī)器數(shù)的表示范圍為正數(shù)和零，不含負(fù)數(shù)。有符號(hào)定點(diǎn)整數(shù)（有符號(hào)數(shù)）：機(jī)器數(shù)的表示范圍包括正數(shù)、負(fù)數(shù)和零。1.3.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義60

29、1、有符號(hào)數(shù)的表示 表示方法把二進(jìn)制數(shù)的最高一位定義為符號(hào)位，符號(hào)位為0表示正數(shù)，符號(hào)位為1表示負(fù)數(shù)此時(shí)機(jī)器數(shù)是指在計(jì)算機(jī)中使用的、連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)。真值即機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值。對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼X原、反碼X反和補(bǔ)碼X補(bǔ)三種。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義61原碼表示法：最高位表示符號(hào)，數(shù)值位用二進(jìn)制絕對(duì)值表示的方法。反碼表示法：一個(gè)負(fù)數(shù)的原碼符號(hào)位保持不變，其余位取反就是機(jī)器數(shù)。正數(shù)的反碼與原碼相同。補(bǔ)碼表示法：將負(fù)數(shù)的反碼加1，則得到機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼表示。正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同。即：一個(gè)正數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼相同，而一個(gè)負(fù)數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼不同。2

30、022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義62 補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則XY補(bǔ)=X補(bǔ)+Y 補(bǔ)其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。計(jì)算機(jī)內(nèi)有符號(hào)數(shù)默認(rèn)用補(bǔ)碼表示。一個(gè)字節(jié)表示有符號(hào)數(shù)的范圍：原碼表示：-127+127；有+0和-0； 01111111B+127D; 11111111B-127D;00000000B +0D; 10000000B -0D 反碼表示：-127+127；有+0和-0；11111111B-0D; 10000000B -127D 補(bǔ)碼表示：-128+127；0的表示唯一，不分+0和-0； 10000000B定義為-128D。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義63 如何

31、從反碼得到原碼，如何從補(bǔ)碼得到原碼？如果一個(gè)有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的最高位為0，表明這是一個(gè)正數(shù)，那么此時(shí)原碼、反碼、補(bǔ)碼三者相等。如果一個(gè)有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的最高位為1，表明這是一個(gè)負(fù)數(shù)，那么此時(shí)反碼按位取反（符號(hào)位除外）便得到了原碼；補(bǔ)碼則是按位取反（符號(hào)位除外）后再加1，便得到原碼。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義64例7. 設(shè)X = 23，Y = 42，計(jì)算機(jī)字長為8位（以下各例同），用補(bǔ)碼運(yùn)算求X - Y。如果處理器進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算產(chǎn)生了溢出，處理器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出標(biāo)志，用O標(biāo)識(shí)。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出補(bǔ)碼表示的數(shù)值范圍時(shí)，補(bǔ)碼運(yùn)算就不正確了。這種現(xiàn)象稱為溢出。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理

32、講義65例8：127+127=？ 0111 1111 B (127補(bǔ)碼) + 0111 1111 B (127補(bǔ)碼) 1111 1110 B = -2 (結(jié)果錯(cuò)誤，產(chǎn)生溢出)。例9：-100100=？ 1001 1100 B (-100補(bǔ)碼) + 1001 1100 B (-100補(bǔ)碼) 1 0011 1000 B =+56 (結(jié)果錯(cuò)誤，產(chǎn)生溢出)。處理器采用雙高位的判別方法來產(chǎn)生溢出標(biāo)志： 最高位（符號(hào)位）是否有進(jìn)位Cs異或 次高位（數(shù)值的最高位）是否有進(jìn)位Cp。 OF = Cs XOR Cp2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義662、無符號(hào)數(shù)的表示 二進(jìn)制無符號(hào)數(shù) 碼值和數(shù)值相等。n

33、位二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)所能表示的范圍是02n-1。 2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義67 BCD碼主要用于輸入/輸出這種編碼形式利用了四個(gè)位元來儲(chǔ)存一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)碼，使二進(jìn)制和十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換得以快捷的進(jìn)行。 壓縮BCD碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，00001001表示09，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位無效，一般總為0000，低4位的00001001表示09。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義68例： 0011 1001 b 壓縮格式： 39 非壓縮格式下：9 表面上看BCD碼是二進(jìn)制數(shù)據(jù)；本質(zhì)上是十進(jìn)制數(shù)據(jù)，各位的權(quán)重是8421 二進(jìn)制

34、關(guān)系，但相鄰的兩個(gè)BCD碼之間卻逢十進(jìn)一。四則運(yùn)算先按二進(jìn)制進(jìn)行，然后調(diào)整為BCD碼。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義69計(jì)算機(jī)內(nèi)一個(gè)字節(jié)為 81H 1000 0001B二進(jìn)制129 （二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)）BCD碼 81 （壓縮格式BCD碼）原碼 -1反碼 -126（1111 1110b 1000 0001b）補(bǔ)碼 -127（1111 1111b 1000 0000b 1000 0001b）一個(gè)代碼，賦予不同類型，其數(shù)值不一樣。而類型要由人指定。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義701、ASCII碼 美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼采用7位二進(jìn)制代碼對(duì)字符進(jìn)行編碼，包括字母、數(shù)字和命令符。第

35、032號(hào)、127號(hào)(共34個(gè))是控制字符或通訊專用字符，如控制符：LF（換行0AH）、CR（回車0DH）、FF（換頁0CH）、DEL（刪除7FH）、BEL（振鈴07H）、NUL(空操作00H)等；通訊專用字符：SOH（文頭01H）、EOT（文尾04H）、ACK（確認(rèn)06H）等； 1.3.3 非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義71數(shù)字09的編碼01100000111001，其高3位均是011,后4位與其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼相符（30H 39H）。英文字母AZ的ASCII碼從1000001（41H5AH）開始順序遞增，字母az的ASCII碼從1100001（61H7AH）開始順

36、序遞增，這樣的排列對(duì)信息檢索十分有利。 大寫字母 + 20H = 所對(duì)應(yīng)的小寫字母計(jì)算機(jī)與外設(shè)（字符顯示器、字符打印機(jī)）交換信息一般都用ASCII碼表示。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義72在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)單元中，一個(gè)ASCII碼值占一個(gè)字節(jié)(8個(gè)二進(jìn)制位)，其最高位(b7)用作奇偶校驗(yàn)位。 所謂奇偶校驗(yàn)，是指在代碼傳送過程中用來檢驗(yàn)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤的一種方法，一般分奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)兩種。奇校驗(yàn)規(guī)定：正確的代碼一個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)必須是奇數(shù)，若非奇數(shù)，則在最高位b7添1；偶校驗(yàn)規(guī)定：正確的代碼一個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)必須是偶數(shù)，若非偶數(shù)，則在最高位b7添1。 2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講

37、義732022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義742、漢字編碼漢字編碼包括輸入編碼、內(nèi)碼和字模編碼，分別用于輸入、內(nèi)部處理和輸出。漢字的輸入編碼 為了使用西文標(biāo)準(zhǔn)鍵盤把漢字輸入到計(jì)算機(jī)中，其編碼方法主要有數(shù)字編碼、拼音碼和字形編碼三類。 除了鍵盤輸入以外，利用語音或圖象識(shí)別技術(shù)自動(dòng)將漢字輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的方法也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義75漢字內(nèi)碼 是用于漢字信息的存儲(chǔ)、交換、檢索等操作的機(jī)內(nèi)代碼，它采用兩個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制形式表示一個(gè)漢字； 主要對(duì)6763個(gè)常用漢字、次常用漢字（其中一級(jí)字庫3755字，二級(jí)字庫3008字）和其他682個(gè)全角符號(hào)進(jìn)行了編碼； 為了能與AS

38、CII碼兼容，又能相互區(qū)別，漢字機(jī)內(nèi)代碼中兩個(gè)字節(jié)的最高位均規(guī)定為l。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義76漢字字模編碼 是用來描述漢字字形的代碼，它是漢字的輸出形式。 漢字庫有點(diǎn)陣字庫、TrueType字庫、矢量字庫等類型2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義77計(jì)算機(jī)的硬件主要由邏輯門，觸發(fā)器（D觸發(fā)器）和三態(tài)門構(gòu)成，使用器件多為CMOS, TTL, NMOS。TTL和CMOS電平范圍如下表所示：1.4 硬件知識(shí)回顧單位(V)GNDVoLViLViHVoHVCC5V TTL00.40.822.453.3V CMOS00.40.822.43.35V CMOS00.41.53.54

39、.4452022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義781、三態(tài)緩沖器計(jì)算機(jī)中與總線相連的輸出部件均為三態(tài)緩沖器。 三態(tài)門OE為低電平，F(xiàn)=A OE為高電平，F(xiàn)浮空，可以由與F相連的其他輸出器件輸出2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義79 三態(tài)緩沖器 單向三態(tài)緩沖器 74LS24474LS244為TTL的單向三態(tài)緩沖器，有兩個(gè)三態(tài)控制使能引腳G1和G2，分別控制4個(gè)三態(tài)門。當(dāng)G1為低電平，1A輸出到1Y當(dāng)G2為低電平，2A輸出到2Y當(dāng)G1、G2為高電平時(shí)，輸出為三態(tài)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義80雙向三態(tài)緩沖器 74LS24574LS245為TTL雙向三態(tài)緩沖器，有控制引腳D

40、IR和EN當(dāng)EN為低電平，三態(tài)門導(dǎo)通:DIR為低電平，由B傳輸?shù)紸DIR為高電平，由A傳輸?shù)紹EN為高電平時(shí)，A、B均為三態(tài)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義812、緩沖輸出與非緩沖輸出緩沖輸出 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。如果一個(gè)芯片是緩沖輸出，那么輸出拉電流可達(dá)15mA，灌電流可達(dá)20mA。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義82非緩沖輸出非緩沖輸出驅(qū)動(dòng)能力較弱（拉電流能力很弱，灌電流能力較強(qiáng)）如果一個(gè)芯片是非緩沖輸出，那么輸出拉電流一般為幾百微安，灌電流可達(dá)8mA。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義83緩沖輸出的例子 緩沖輸出帶載能力輸入為1時(shí)，LED能被點(diǎn)亮緩沖輸出拉電流能力強(qiáng)輸

41、入為0時(shí)，LED能被點(diǎn)亮緩沖輸出灌電流能力強(qiáng)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義84非緩沖輸出的例子 非緩沖輸出帶載能力輸入為0時(shí)，LED不能被點(diǎn)亮非緩沖輸出拉電流能力弱輸入為1時(shí)，LED能被點(diǎn)亮非緩沖輸出灌電流能力較強(qiáng)2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義853、鎖存器 D觸發(fā)器1) 電平鎖存2) 上升沿鎖存3) 帶異步清0的 上升沿鎖存2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義86具有異步清零的TTL上升沿鎖存器74LS273當(dāng)CLK上升沿到來時(shí)，將輸入端的數(shù)據(jù)D0D7鎖存到輸出端Q0Q7，當(dāng)CLR為低電平時(shí)將鎖存器輸出清零。2022/8/14 4:33計(jì)算機(jī)原理講義87具有緩沖輸出的TTL低電平