2012-2013第1章微型计算机基础知识

目录上页下页结束微机原理与接口技术主讲：乔桂芳老师二0一二年八月制作目录上页下页结束第1章基础知识§1.1概述§1.2微机中的数制和数的表示§1.3微机中常见的编码§1.4二进制数的运算及其电路目录上页下页结束1.1概述§1.1.1微型计算机的发展1.基本概念（1）微处理器（MPU）将中央处理单元（CPU）——控制器和运算器集成在一片半导体芯片上。（2）微型计算机以微处理器MPU为核心，再配以相应的半导体存储器（ROM、RAM等）、I/O接口和中断系统等，并由系统总线连接起来组装在一块或数块印刷电路版上构成的计算机。目录上页下页结束第二代8086/8088—16位机8086数据线16位8088数据线8位（准16位机）第四代80386/80486—32位机段页式管理第三代80286—加强型16位机虚拟存储器描述符2.微型计算机的发展第一代—8位机：Intel4004Intel8008（8位）第五代80586—32位机93年Pentium“奔腾”废弃了传统的三总线结构，采用南北桥芯片组，PCI总线多媒体信息处理Pro-P6—32位机96年PIIPIII加强型的“奔腾机”目录上页下页结束微型计算机系统的主要性能指标⑴字长⑵内存容量⑶运算速度⑷系统配置⑸性能价格比目录上页下页结束1.1.2微型计算机系统组成微型计算机系统由硬件和软件组成计算机系统硬件软件主机外部输入输出设备CPU总线存储器I/O接口运算器控制器寄存器ROMRAM系统软件应用软件目录上页下页结束总线结构，系统中各部件“挂”在总线上主机结构突出特点是模块化结构CPU地址译码电路I/O设备RAMROM地址信息片选信号I/O接口DBABCB微机的三总线结构目录上页下页结束1.数制与进位记数法十进制:0,1,…,9,10二进制:逢二进一0,1,10八进制:0,1,…,7,10十六进制0,1,…,9,A,B,C,D,E,F,10例:(892)10(892)D例:(10010)2(10010)B例:(71)8(71)Q例:(3A)16(3A)H1.2微机中的数制和数的表示目录上页下页结束(1101.1)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1=(13.5)10(371.2)8=3×82+7×81+1×80+2×8-1=192+56+1+0.25=(249.25)10(4E.8)16=4×161+14×160+8×16-1=64+14+0.5=(78.5)102、制数转换1)非十进制数到十进制数的转换按该数制的权表达式展开，再按十进制求和例：目录上页下页结束2).十进制到非十进制数的转换•十进制→二进制的转换：整数部分：除2取余；小数部分：乘2取整。•十进制→十六进制的转换：整数部分：除16取余；小数部分：乘16取整。目录上页下页结束770.25×20.50×21.001001101.01(77.25)10=()2余数238(1192(029(124(122(021(020(1目录上页下页结束3).二进制与十六进制间的转换•用4位二进制数表示1位十六进制数以小数点为起点分别向左(整数)、向右(小数)进行四位分组例：10110001001.110B=(?)H010110001001.1100589.C左补0右补0目录上页下页结束八进制:3位二进制合并成1位十六进制:4位二进制合并成1位例:(1001101.01)25112(1001101.01)2D44=()8115.2=()164D.4目录上页下页结束例:八进制十六进制→二进制1位拆分为3位1位拆分为4位(115.2)8=()21001101.010(4D.4)16=()21001101.0100(4).目录上页下页结束1.基本概念1）机器数：数值在计算机中的表示形式(机器数)。种类：2）无符号数:00000000——11111111（0~255）真值3）有符号数:11111111——01111111（-127~+127）4）定点小数:小数点的位置固定不变5）浮点小数:小数点的位置允许浮动。10011100(8位、16位、32位）§1.2.3二进制数的表示目录上页下页结束机器数的特点：•表示的数的范围受计算机字长的限制；•符号位被数字化（正号：0负号：1）•小数点处于约定的位置（看不见）2、带符号机器数的原码、反码、补码三种表示1.无符号数的表示法12nmiiiBBN例如：1101.1B=1×23+1×22+0×20+1×2-1。目录上页下页结束原码•表示方法符号位用0或1表示，数值部分不变例:(设机器字长为8位)13的原码为00001101-13的原码为10001101•0的原码表示(两种方法)[+0]原=00000000[-0]原=10000000X0时，[X]原=本身（机器数=真值）X0时，[X]原=除符号位取反，其余各位不变•原码表示的数的范围：？•计算结果正确？目录上页下页结束反码•表示方法•0的反码表示(两种方法)X0时，[X]反=[X]原X0时，[X]反=将原码除符号位外逐位取反[+0]反=00000000[-0]反=11111111•反码表示的数的范围：？•计算结果正确？目录上页下页结束补码•表示方法•0的补码表示(一种方法)X0时，[X]补=[X]原X0时，[X]补=[X]反+1[+0]补=00000000[-0]补=11111111+1=00000000•计算结果正确？•补码表示的数的范围：？目录上页下页结束3、数补码的运算和溢出判断•①补码加法[X+Y]补=[X]补+[Y]补②补码减法[X-Y]补=[X]补+[-Y]补(33-15)=(33)补+(-15)补15-33=(15)补+(-33)补；33+123=(33)补+(123)补；(-15-33)=(-15)补+(-33)补+123=01111011B，[-123]补=10000101+33=00100001B，[-33]补=11011111+15=00001111B，[-15]补=11110001目录上页下页结束00100001[+33]补11110001[-15]补+01111011[+123][phone][-33]补10011100[溢出不要][1]11010000[-48]补00100001[+33]补11011111[-33]补+11110001[-15]补+00001111[+15]补[1]00010010[+18]补11101110[-18]补33+123(33-15)=(33)补+(-15)补-15-33=(-15)补+(-33)补15-33目录上页下页结束64+64-64-650100000001000000=10111111+0100000001000001=[phone]=10000000=(1)01011111总结补码的运算的规则：（1）[X+Y]补=[X]补+[Y]补（2）[X-Y]补=[X]补+[-Y]补（3）有进位把进位舍掉（4）有溢出结果不要（5）运算后符号为0，结果为其本身得值符号为1，将计算结果取反加1得其绝对值目录上页下页结束符号数运算中的溢出问题进(借)位：在加法过程中，符号位向更高位产生进位；在减法过程中，符号位向更高位产生借位。•溢出：运算结果超出运算器所能表示的符号数范围。溢出的判断方法：同号相减或异号相加——不会溢出。同号相加或异号相减——可能溢出：两个带符号二进制数相加或相减时，若C7C6＝1，则结果产生溢出。C7为最高位的进(借)位；C６为次高位的进(借)位。目录上页下页结束真值与补码之间的转换（1）真值转换为补码根据补码的定义可以完成真值到补码的转换。（2）补码转换为真值正数补码转换为真值比较简单，由于正数的补码是其本身，因此，正数补码的真值x=[x]补()1201nx负数补码与其对应的正数之间存在如下关系：[x]补——————→[-x]补——————→[x]补求补运算求补运算目录上页下页结束1)定点纯整数：小数点的位置在所有数字之后2)定点纯小数：小数点的位置在所有数字之前4、定点数与浮点数表示（1）定点数【例】定点表示－101110.1010111表示为：10101110和11010111＋11010.1010111表示为：00011010和01010111符号位数值位目录上页下页结束阶符阶码数符尾数定点纯整数定点纯小数0或1(2).浮点数例：1011.101B＝2100B×0.1011101B＝11.625的浮点表示：阶码P尾数S010001011101目录上页下页结束1.3非数值数据的二进制编码西文字符在计算机内的二进制表示7位版本：用7个二进制位代表一个字符(128个)8位版本：最高位为奇偶校验便于远距离传输控制字符＜空格＜数字‘0’~‘9’＜大写字母‘A’~’Z’＜小写字母‘a’~’z’1.ASCII字符代码目录上页下页结束ASCII码—美国标准信息交换代码ASCII字符表0000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC22BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENGNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB'7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.Nn~1111SIUS/?OoDEL注：H表示高3位，L表示低4位。HL目录上页下页结束2.二—十进制码(BCD码)是一种用二进制编码表示十进制数的编码方法最常用的BCD码是8421码.用4位二进制编码表示1位十进制数.例如:(529)10=(010100101001)BCD目录上页下页结束用4位二进制数表示一位十进制数。有两种表示法：压缩BCD码和非压缩BCD码。•压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，0000~1001表示0~9，一个字节表示两位十进制数。•非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的0000~1001表示0~9。BCD码运算：计算机自动按照二进制运算，须编程对结果进行十进制调整。BCD码加法调整方法：当低（或高）4位数值超过9或向前有进位（或借位）时，该4位数值补（加）6目录上页下页结束小结(1)引进原码、反码和补码实质上是为了解决负数在微机中有3种不同的编码表示方法。有符号数以补码的形式参加运算时，具有和无符号数相同的进(借)位规律。(2)补码运算的特征是将符号位视同数值位一样相加和进位，从而可以把减法转换为加法。为此微机中存放和参加运算的有符号数以及运算结果都以补码的形式出现。(3)无符号数有进位问题；有符号数有溢出问题。溢出的判断方法目录上页下页结束(4)由BCD码和ASCII码字符(5)微机系统由硬件和软件两部分组成。(6)微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口和系统总线四部分组成。(7)微处理器由运算器、控制器和内部寄存器阵列三部分组成。(8)微型计算机采用五大逻辑部件(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备)构成的三总线(地址总线、数据总线、控制总线)结构。目录上页下页结束习题与思考题1.1完成下列各种数运算：(1)01H＋1BH＝H；(2)4A6.CH＋79.BH＝H；(3)1101.11B－110.1B＝B；(4)19H－ACH＝H；目录上页下页结束1.1选取字长为8位，求下列十进制数的原码、反码和补码：(1)X＝－98；(2)Y＝＋89；(3)Z＝－11。1.2已知各数的补码，求其原码、反码和真值：(1)[X]补＝03H；(2)[Y]补＝0B3H；(3)[Z]补＝0E6H；(4)[N]补＝0E649H。1.3判断下列二进制数补码运算有无溢出，如果有溢出，（1）52H＋1BH；(2)39H＋46H；(3)29H＋57H；(4)0A5H＋2CH；(5