微型计算机基础知识.ppt

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,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,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。,第二代 8086/808816位机 8086数据线16位 8088数据线8位（准16位机）,第四代 80386/8048632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 ：Intel 4004 Intel 8008（8位）,第五代 8058632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-P632位机 96年PII PIII 加强型的“奔腾机”,微型计算机系统的主要性能指标, 字长 内存容量 运算速度 系统配置 性能价格比,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,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,微机的三总线结构,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)H,1.2 微机中的数制和数的表示,(1101.1)2 =,123+122+021+120+12-1,= (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)10,2、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：,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。,7 7,0 . 2 5 2,1001101.,01,余数,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： 10110001001.110 B= (?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 . C,左补0,右补0,例:,(1 0 0 1 1 0 1 . 0 1 )2,(1 0 0 1 1 0 1 . 0 1 )2,115.2,4D.4,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,1 001 101.010,100 1101.0100,(4).,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:0000 00001111 1111 （0255）真值 3）有符号数:1 111 11110 111 1111（-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。,1001 1100 (8位、16位、32位）,1.2.3 二进制数的表示,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,例如：1101.1 B=123+122+020+12-1。,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 0 0001101 -13的原码为 1 0001101,0的原码表示(两种方法),+0原=00000000 -0 原=10000000,X0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？,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？,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：？,3、数补码的运算和溢出判断, 补码加法 X+Y补 = X补 + Y补 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 = 11110001,00100001 +33补 11110001 -15补 + 01111011 +123 + 11011111 -33补 10011100 溢出不要 1 11010000 -48补,0 0100001 +33补 1 1011111 -33补 + 1 1110001 -15补 + 0 0001111 +15补 1 0 0010010 +18补 1 1101110 -18补,33+123,(33-15)=(33)补+(-15)补,-15-33=(-15)补+(-33)补,15-33,64+64 -64-65 01000000 01000000= 10111111 +01000000 01000001= + 10100000 =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,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 C7C61， 则结果产生溢出。 C7为最高位的进(借)位；C为次高位的进(借)位。,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( ),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,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：1 0101110 和 1 1010111 11010.1010111 表示为：0 0011010 和 0 1010111 符号位 数值位,(2). 浮点数,例： 1011.101B2100B0.1011101B11.625的浮点表示：,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09 大写字母AZ小写字母az,1. ASCII字符代码,ASCII码美国标准信息交换代码,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: (5 2 9)10=(0101 0010 1001)BCD,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，00001001表示09，一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00001001表示09。,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,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,(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。,习题与思考题,1.1 完成下列各种数运算： (1) 01H1BH H； (2) 4A6.CH79.BH H； (3) 1101.11B110.1B B； (4)19HACH H；,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) X98；(2) Y89；(3) Z11。 1.2 已知各数的补码，求其原码、反码和真值： (