南京邮电大学微型计算机原理与接口技术11章.ppt

1,微型计算机系统 与接口技术,2,基础知识 Ch. 1 计算机基础 1.1计算机中的数制 1.2计算机中数据的编码（一） 1.2计算机中数据的码制（二） 1.4计算机系统的基本组成(一) 1.4计算机系统的基本组成(二) Ch. 7 存储器系统 7.1 概述,3,第1章 计算机基础,4,IBM PC系列微机中微处理器简介,5,Intel 微处理器,1971年，第一款4位微处理器4004 1974年，8位微处理器8080 1978年，16位微处理器8086 1979年，又开发出了8088 1981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机 1982年，研制出了80286微处理器 1985年 10月17日，32位微处理器80386 DX正式发布 1989年，80486芯片 1993年， Pentium CPU问世 1996年底，多能Pentium MMX 1998年，Pentium II 、至强Xeon、赛扬Celeron 1999年春，Pentium III 2000年，Pentium 4 2002年，超线程技术（HT，Hyper-Threading） 2005年 4月18日，全球同步首发双核处理器奔腾D 2006年 11月，推出4核处理器,6,80核处理器,7,80核处理器,2007-02-11 核心面积275平方毫米 主频3.16GHz 电压0.95V 数据带宽1.62Tb/s 浮点运算能力1.01TFlops 相当于1万颗10年前的Pentium Pro 功耗不过62W 比core 2 duo还低,8,1.1 计算机中的数制,1.1.1 数值数据的表示,（1） 基r进位数制 S = N =,其中，Ki0，1，r-1；n，m是正整数。 特点：只用r个符号表示数值；逢r进一。,9,（2） 十进制数 S10 = N =,（3） 二进制数 S2 = N =,其中，Di0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；n，m是正整数。 特点：只用10个符号表示数值；逢十进一。,其中，Bi0，1；n，m是正整数。 特点：只用2个符号表示数值；逢二进一。,10,（5） 十六进制数 S16 = N = 其中，Hi0，1，15；n，m是正整数。 特点：只用16个符号表示数值；逢十六进一。,（4） 八进制数 S8 = N = 其中，Qi0，1，7；n，m是正整数。 特点：只用8个符号表示数值；逢八进一。,11,12,（）二进制数与八、十六进制数之间的关系及转换,1.1.2 r进制数之间的关系及转换,因为 28=3，所以1位八进制数可以由3位二进制数表示；,因为 216=4，所以1位十六进制数可以由4位二进制数表示。,例1 （1100101.1001）2 =（ ）8,例2 (324.66)8 = ( )2,(324.66)8 = ( 11010100.11011 )2,（1100101.1001）2 =（ 145.44 ）8,13,例4 (17E.58)16( )2,例3 (101011.11)2 = ( )16,(101011.11)2 = ( 2B.C )16,(17E.58)16（1,0111,1110.0101,1)2,14,（2）十进制数与二进制数之间的转换, 十进制整数二进制数 算法：除取余，直到商为零为止.,所以，(11)10=(1011)2,15,十进制数纯小数二进制数 算法:乘2取整,直到乘积的小数部分为0或达到一定的精度时止。, (0.8125)10=(0.1101)2,0. 8125,16,十进制带小数 二进制数 整数、纯小数分别计算,再合并 (11.8125)10=(1011.1101)2,17,1.1.3 二十进制数(BCD码数) 用四位二进制数代表一位十进制数，又称BCD码数.,18,19,例:设 X=(01010110)2 Y=(01010110)BCD Z=(5 A)16 问: X,Y,Z中哪个最大?,解: X=(01010110)2=26242221=(86)10,不同数制的数比较大小,要把它们化为同一的数制，才好比较。,Y=(01010110)BCD =(56) 10,Z=(5A) 16= 516110160=(90) 10, Z最大.,20,1.2 计算机中数值数据的编码,1.2.1 数值数据在计算机中的表示 1. 定点数的表示方法 所谓定点，即数据的小数点的位置不变。,若用n+1位二进制数表示一个定点数X，即 X = x0 x1 x2 xn,就可以在计算机中表示为：,21,其数值范围：0 |X| 12-n；,其数值范围：0 |X| 2n 1 。,22,2. 浮点数的表示方法 小数点在数据中的位置可以左右移动的数称作浮点数。 浮点数一般表示为 N = M RE M（Mantissa）：尾数； R（Radix）：阶的基数；在计算机中为2、8、16； E（Exponent）：阶的阶码。,例：5678 = 5.678 103,例：(11.01)2 = 1.101 21,= 0.1101 22,= 11.01 20,= 110.1 2-1,= 56.78 102,= 567. 8 101,23,浮点数的小数点的位置形式固定在MS与M1之间，小数点的左右“移动” 由E决定，因此尾数必为小数。,24, 真值：实际的数值数据。 如：101 101, 字长：包括符号位在内，一个机器数具有的位数。 如：字长n=8的机器数，除了符号位，数值部分 为7位, 机器数（机器码）：机器内表示的数值数据。,1.2.2 二进制数的编码,下面介绍机器数的表示方法（原码，补码，反码）。,25,1. 原码表示法,定义: 若定点整数 X 的原码形式为 x0x1x2 xn ,则有,设 x=+101 字长为4位的原码为x原=0 101,设 x=101 字长为8位的原码为x原=1 0000101 x=+0 字长为8位的原码为x原=0 0000000 x=0 字长为8位的原码为x原=1 0000000,字长为8位的原码为x原=0 0000101,26,2. 补码表示法,定义: 若定点整数 X 的补码形式为 x0x1x2 xn ,则有,例 x=+101, 字长为8位的补码为x补=0 0000101,x=101, 字长为8位的补码为x补=1 1111011,x=+0， 字长为8位的补码为x补=0 0000000,27,3. 反码表示法,定义: 若定点整数 X 的反码形式为 x0x1x2 xn ,则有,例 x=+101 字长为8位的反码为x反=0 0000101,x=101 字长为8位的反码为x反=1 1111010,x=+0 字长为8位的反码为x反=0 0000000 x=0 字长为8位的反码为x反=1 1111111,28,4.小结： 正数的原、反、补码与真值数相同；, 求负数补码可先求反码再在末位加1。, 零补码唯一；,计算机系统中一律用补码进行运算。,29,1.2.3 补码到真值的转换,设 X补= x0x1x2 xn 。,当 x0=0，X= X补；,当 x0=1，X= -(2n - x1x2 xn) 。,整数的补码转换为真值可按如下方式进行.,30,例1 设X补=(96)16,则x=( ? )10 解: x补=(96)16=10010110 则 x=1101010=( 106)10,例2 设x=(120)10,则x补=( ? )16 解：x=(120)10=(1111000)2 则 x补=(10001000) =(88)16,例3 设x=(100)10,则x补=( ? )16 解: x=(100)10=(+1100100)2 则 x补=(01101100) =(64)16,例(设字长n=8),31,1.2.4 n位二进制整数补码的加减运算 补码的加减运算 补补补 补补 补 条件： (1) 符号位参加运算 (2) 以2n为模 (3)当真值满足下列条件时，结果是正确的， 否则结果错误 2n-1 x, y, x+y ,xy +2n-1,32,x补= 01000010 y补= 00110011, x+y=+117，进位=0,被运算器丢失，保存 在进位标志寄存器中,被运算器丢失，保存 在进位标志寄存器中,x+y补=001110101,x-y补=100001111,x补= 01000010 -y补= 11001101,例1.设x=(66)10，y=(51)10,以28 为模，补码运算x+y,解：x=(66)10= +1000010， y=(51)10= +0110011, x-y=+15，进位=1,33, 66+99=1011011=91 6699=+01011011=+91,结果都是错的,被运算器丢失，保存 在进位标志寄存器中,被运算器丢失，保存 在进位标志寄存器中,66+99补=0 10100101,-66-99补=1 01011011,-66补= 10111110 -99补= 10011101,例2以28为模，补码运算, 求66+99， 6699,解：66补= 01000010 99补= 01100011,34,错误原因： 因为字长n=8，8位字长的补码数， 其真值 范围是： 128127 而66+99 165， 真值超过127， 6699 165，真值小于128,应等于,应等于,总之，运算器位数不够，不能表示165和165， 出错。,35,2. 溢出与检测方法 溢出：运算结果超出了运算器所能表示的范围。,例： 8位加法器，运算无符号数，结果 256 8位加法器，运算有符号数，结果 +127， 2151,215,(1) 双符号位判断法,36,(2) 计算机怎样表示进位和溢出,37,a 运算器一律把操作数看成是有符号的数 b 最高位的进位值保存在“进位标志寄存器”中 c 加数，被加数的最高位相同，且和结果的最高 位相异，并溢出标志为1,如果参与运算的数是无符号数，则判进位标志， 进位标志=1，表示溢出。,如果参与运算的数是有符号数，则判溢出标志， 溢出标志=1，表示溢出。,(3) 程序员如何判断溢出,38,例： 加数= 01000010 被加数= 01100011,再如：加数= 10111110 被加数= 10011101,若加数、被加数为无符号数，则结果=10100101=165 若加数、被加数有符号数，则结果=91,若它们是无符号数，结果=+91 (CF=1) 它们是有符号数，结果=+91 (OF=1),CF=0，OF=1,和 = 010100101,和= 101011011,CF=1，OF=1,结果都错,39,1.2.5 无符号数的概念 计算机处理的数值数据，包括有符号数和无符号数两类。 有符号数用补码表示，其最高位代表符号。,什么是无符号数？ 即数的最高位不代表符号，而是数值的一部分。,某数是无符号数，还是有符号数，其意义是由程序员定义的。,40,如：编程统计某班级单科的及格人数。 学生成绩没有负数，所以成绩应视为无符号数。 如：编程统计某科室工资总额 工资是无符号数 如：数N=（1111，1111）2 若它是有符号补码数，则其值=1 若它是无符号数，则其值=255,41,1字符的标准ASC码 计算机常用的输入输出设备有键盘、显示器、打印机。 数字、字母、符号的输入输出均采用标准ASC码。,标准ASCII码字符表详见书P7。,1.3 计算机中符号数据的编码（数字化信息）,42,如：键入“”，实际写入键盘存储区的是(31) 即(0011,0001) 键入“A”， 实际写入键盘存储区的是(41) 即(0100,0001),又如：欲显示“”，应把(30)16 即(0011,0000)2显示存储区 欲显示“F ”，应把(46)16 即(0100,0110)显示存储区,欲使光标返回下一行的始格，应键入： (0 D) 即(0000，1101)显示存储区 (0 A) 即(0000，1010)显示存储区,43,要求同学们要牢记以下