微机原理 数值编码值与微机组成.ppt

2020 2 7 1 第2章微型计算机组成基础 2 1微机数字电路基础2 2几种数制之间的相互转换2 3微型计算机运算基础2 4微型计算机组成2 5微型计算机的工作过程 DigitalCircuitBasis数字电路基础Numerical CharacterRepresentation数制转换运算MicrocomputerWorkflowforComputation微机运算过程 2020 2 7 2 2 1微机数字电路基础 门电路 GateCircuit 用以实现逻辑关系的电子电路 单器件门电路集成门电路 TTL MOS管等门电路的电平状态 LogicLevel 正逻辑 PositiveLogic用高电平表示逻辑1 用低电平表示逻辑0 默认 Logichigh binary1 Logiclow binary0 default 负逻辑 用低电平表示逻辑1 用高电平表示逻辑0 TechnologyLvoltageHvoltageNotesCMOS0VtoVcc 2Vcc 2toVccVcc supplyvoltageTTL0Vto0 8V2VtoVccVcc 5V 10 2020 2 7 3 GateCircuit TruthTable 2 1微机数字电路基础 2020 2 7 4 2 1微机数字电路基础 常用门电路芯片 74LS系列 2020 2 7 5 2 1微机数字电路基础 三态门 Three stateGate 三态门 在普通门电路的基础上附加控制电路而构成低使能同向三态门低使能反向三态门高电平 低电平 高阻态 logic1 logic0 highimpedance 2020 2 7 6 2 1微机数字电路基础 三态门控制模式 高电平有效 低电平有效 2020 2 7 7 2 1微机数字电路基础 三态门应用 数据总线结构只要控制各个门的EN端轮流为1 且任何时刻仅有一个为1 就可以实现各个门分时地向总线传输 实现数据双向传输EN 1 G1工作 G2高阻 A经G1反相送至总线 EN 0 G1高阻 G2工作 总线数据经G2反相从Y端送出 2020 2 7 8 2 1微机数字电路基础 组合逻辑电路 译码器 Decoder 二进制译码器 binarydecoder 设二进制译码器的输入端为n个 则输出端为2n个 且对应于输入代码的每一种状态 2n个输出中只有一个有效 为1或为0 其余全无效 为0或为1 2020 2 7 9 2 1微机数字电路基础 译码芯片及应用3 8译码器74LS138 G1 G2A G2B C B A Y0 Y7 译码使能端 译码输入端 译码输出端 2020 2 7 10 2 1微机数字电路基础 2020 2 7 11 2 1微机数字电路基础 译码器应用在微机中 对内存 I O端口的访问需要地址 而地址信息是通过译码器实现的 译码器级联 扩展 是通过使能端实现的 片上地址接地址总线低端 片上使能端透过译码器接地址总线高端 2020 2 7 12 2 1微机数字电路基础 思考 试用两片3线 8线译码器74LS138组成4线 16线译码器 将输入的4位二进制代码D3D2D1D0译成16个独立的低电平信号Y0 Y15 其它数字逻辑器件 加法器触发器同步时序电路 2020 2 7 13 2 1微机数字电路基础 译码器应用 2020 2 7 14 2 2几种数制之间的转换 1 几种常用的计数体制 NumericalSystem 十进制 Decimal 符合人们的习惯0 1 2 3 4 5 6 7 8 9123 45 6二进制 Binary 便于物理实现0 11001B 1001b 100B 11b十六进制 Hexadecimal 便于识别 书写0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f12h 12H 0a5h 0A5H 0E52CH 0e52ch 2020 2 7 15 2 2几种数制之间的转换 2 不同数制之间的转换二进制 十六进制转换为十进制对R进制数N 其按权展开多项式为 N DnRn Dn 1Rn 1 Dn 2Rn 2 D0R0R 基数 D 数制权二进制R 2 D 0 1 十六进制R 16 D 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F N 10001011BN 0F12CH 2020 2 7 16 2 不同数制之间的转换十进制转换为二进制 十六进制 2020 2 7 17 2 2几种数制之间的转换 2 不同数制之间的转换十六进制与二进制转换 用4位二进制数表示1位十六进制数0000 0H 1001 9H1010 0AH1011 0BH1100 0CH1101 0DH1110 0EH1111 0FH 2020 2 7 18 2 3微型计算机运算基础 1 计算机中的编码 符号编码 非数值型数据 8421BCD编码 Binary codeddecimalnotation 用二进制数编码十进制数紧凑BCD码 4位 压缩BCD码用4位二进制码表示一位十进制数 一个字节可放2位十进制数 25BCD码可表示为 00100101 BCD非紧凑的BCD码 8位 非压缩BCD码用8位二进制码表示一位十进制数 高4位总为0 25BCD码可表示为 0000001000000101 BCD 2020 2 7 19 2 3微型计算机运算基础 1 计算机中的编码 符号编码 非数值型数据 ASCII美国国家信息交换标准码 AmericannationalStandardCodeforInformationInterchange 字符的编码 一般用7位二进制码表示用8位二进制数表示时 最高位总为0用一个字节 8位 表示一个ASC 字符 0 9 30H 39H A Z 41H 46H a z 61H 66H 2020 2 7 20 2 3微型计算机运算基础 2 计算机中二进制数的表示方法定点数 小数点位置固定 例如纯整数和纯小数 浮点数 小数点位置不固定 充分利用有限位数 扩大数的表示范围和精度 关于数的表示 以定点数为主 定点数中 以整数为主 二进制数 算术运算 加 减 乘 除逻辑运算 与 或 非 异或 无符号数有符号数 算术运算 2020 2 7 21 2 3微型计算机运算基础 3 计算机中机器数的种类 数的编码 无符号数 正整数 正整数 8位机器 0 255 16位机器 一个n位的无符号二进制数X 其表示范围为 0 X 2n 1 若运算结果超出这个范围 则产生溢出 溢出的判别方法运算时 当最高位向更高位有进位 或借位 时则产生溢出 2020 2 7 22 2 3微型计算机运算基础 4 计算机中机器数的种类 数的编码 有符号数的表示通常数的最高位为符号位 对于字长8位机器数 D7为符号位 0表示正 1表示负 D6 D0为数字位 连同符号位在一起作为一个数称为机器数 机器数的数值部分称为机器数的真值 带 或 号 91 N1 101101101011011 91 N2 101101111011011真值机器数对于有符号数 机器数常用原码 反码 补码表示数X的原码记作 X 原 反码记作 X 反 补码记作 X 补 2020 2 7 23 2 3微型计算机运算基础 X 原 最高位为符号位 0 表示正号 1 表示符号 其余数字位表示数值 表示简单 但做减法不方便X 105 X 原 01101001X 105 X 原 11101001X 52 X 原 10110100X 52 X 原 001101000的原码有两种表示 0 原 00000000 0 原 10000000n位有符号数原码表示数值的范围是 2n 1 1 2n 1 1 思考 机器数为110110如何用原码表示 8位机器 8位二进制数原码的范围 2020 2 7 24 2 3微型计算机运算基础 X 反 若X 0 则 X 反 X 原 若X 0 则 X 反 对应原码的符号位不变 数值部分按位求反 4 反 4 原 00000100 4 反 11111011 127 反 127 原 01111111 127 反 100000000的反码有两种表示 0 反 00000000 0 反 11111111n位反码表示数值的范围是 2n 1 1 2n 1 1 负数的反码数值位并不表示此负数的数值 必须按位取反后 才得到表示这7位的二进制数值 思考 8位二进制数反码的范围 2020 2 7 25 2 3微型计算机运算基础 X 补 正数的补码表示与原码相同 最高位用 0 表示正 其余位为数值位 负数的补码表示为它的反码 1 127 补 127 原 01111111 127 补 127 反 1 10000001X 52 01101000的补码只有一种 0 补 0 原 00000000 0 补 0 反 1 11111111 1 100000000n位反码表示数值的范围是 2n 1 2n 1 1 负数的补码数值位并不表示此负数的数值 必须按位取反并加1后 才得到表示这7位的二进制数值 思考 8位二进制数补码的范围 2020 2 7 26 2 3微型计算机运算基础 特殊数的码值10000000B原码 0反码 127补码 128无符号数 128 8位机器数对照表 2020 2 7 27 2 3微型计算机运算基础 三种码制之间关系及特点正数 原 反 补相同负数 原 反 补不同 但最高位为1 负数 原 反 符号位不变 尾数按位求反原 补 符号位不变 尾数按位求反 1补 原 符号位不变 尾数求反 1反 原 符号位不变 尾数求反 x 补 补 x 原补码的加减法运算加法 两数补码的和等于两数和的补码 x 补 y 补 x y 补减法 两数补码的差等于两数差的补码 x 补 y 补 x y 补运算结果 正常 在数的有效范围内 不正常 溢出 双进位法判断溢出OF D7cD6c 2020 2 7 28 例 负数溢出的情况 X 11111111 127 10Y 10000010 2 1010000001 补码 11111110 补码 01111111 补码 结果 127 10 D7c 1 D6c 0 溢出 127 2 129 超出了 128 D 127范围 2 3微型计算机运算基础 2020 2 7 29 例 正数溢出的情况 X 01000000 64 10Y 01000001 65 1001000000 补码 01000001 补码 10000001 补码 结果 127 10 D7c 0 D6c 1 溢出64 65 129 超出了 128 D 127范围 2 3微型计算机运算基础 2020 2 7 30 2 4微型计算机系统的组成 1 基本概念 运算器控制器寄存器组 内存储器总线输入输出接口电路 外部设备软件 微处理器 微型计算机 微型计算机系统 2020 2 7 31 2 4微型计算机系统的组成 系统软件 DOS Windows95 98 2000 unix应用软件 WPS Word Photoshop应用软件 CAD MATLAB LABVIEW 微处理器CPU存储器 RAM ROM I O接口总线 硬件软件 微型计算机系统 微型计算机 主机 外设 键盘 鼠标显示器软驱 硬盘 光驱打印机 扫描仪 2020 2 7 32 2 4微型计算机系统的组成 2 微型计算机硬件 软件关系计算机语言系统程序编译系统机器源文件计算机硬件 用户应用程序 系统应用程序 操作系统 机器指令 微指令 硬件逻辑电路 原始数据和指令 计算结果 2020 2 7 33 2 4微型计算机系统的组成 3 微型计算机系统结构微机系统总线 地址总线 数据总线 控制总线 2020 2 7 34 2 4微型计算机系统的组成 4 微型计算机的总线结构 CPU M I O 总线 单总线 CPU M 存储器总线 I O I O总线 双总线 全局 I O 双重总线 CPU 局部I O 局部M 缓冲器 总线控制逻辑 局部总线 全局总线 2020 2 7 35 2 4微型计算机系统的组成 5 微处理器组成运算器 ALU 参加运算的两个操作数 1 累加器 2 内部DB 数据总线 DR 数据寄存器 RA 寄存器阵列 控制器 指令寄存器IR instructionregister IP指令译码器ID instructiondecoder 可编程逻辑阵列PLA programmablelogicarray 2020 2 7 36 2 4微型计算机系统的组成 5 微处理器组成内部寄存器 累加器A accumulator AX AH AL 数据寄存器DR dataregister BX CX DX程序计数器PC programcounter CS IP地址寄存器AR addressregister 标志寄存器F flagregister FLAG PSW 2020 2 7 37 2 4微型计算机系统的组成 6 微机存储器 内存 存放程序和数据的部件Bit bit位 每个二进制位Byte byte 字节 通常为8个bit bit7 bit0Wor