微型计算机应用基础PPT课件.ppt

思考题 人类采用十进制 而计算机为什么采用二进制 人类用不同的符号来表示数字 数的正负和字符 以示区分 计算机中将如何表示和区分 第二章微型计算机应用基础 信息及其数字化信息在计算机中的表示数值信息的编码及其运算微型计算机的组成与工作原理 第1节信息及其数字化 数字化信息采用一串数字表示的信息数值信息在科学计算中 用于计量和运算的信息非数值信息文字 语音 图像等 第2节信息在计算机中的表示 数值信息 数制及其转换非数值信息 常用信息编码 一 数制及其转换 正整数的表示 数制之间转换 10 2 整数部分 除2取余 直到商为0 小数部分 乘2取整 直到要求精度 2 10 用公式展开 2 16 以小数点为界 整数向左 小数向右 四位一段 不够4位补0 四位2进制数转一位16进制数 16 2 一位十六进制数用四位二进制数等价表示 二 常用信息编码 非数值的表示 在日常生活中 编码问题是经常会遇到的 例如 电话号码 房间编码 班级号和学号等 这些编码问题的共同特点是采用十进制数字来为用户 房间 班级和学生等编号的 由于计算机只能识别二进制数 因此键盘上所有的数字 字母和符号也必须事先为它们进行二进制编码 以便机器对它们加以识别 存储 处理和传送 1 BCD码 BinaryCodedDecimal BCD码是十进制数的一种二进制表示形式 为了方便十进制与机器数的变换 用4位二进制数来表示1位十进制数 4位二进制数共有16种组合 其中0000 1001作为BCD码 1010 1111未被使用 称为非法码或冗余码 2 ASCII码AmericanStandardCodeforInformationInterchange 现代微型计算机不仅要处理数字信息而且还需要处理大量文字信息 这就需要人们对这些文字符号进行二进制编码 以供微型计算机识别 存储和处理 ASCII码是 美国信息交换标准代码 的简称 诞生于1963年 已成为国际通用的标准编码 广泛用于微型计算机中 计算机中 键盘输入信息和显示器输出的信息均采用ASCII码 串行通信中也常采用ASCII码来传送信息 ASCII码由7位二进制数构成 可为128个字符编码 这128个字符共分两类 32个控制字符和96个图形字符 96个图形字符包括十进制数符10个 大小写英文字母52个和标点符号等34个 例如 数字0 9的ASCII码为30H 39H 大写字母A Z的ASCII码为41H 5AH 图形字符有特定形状 可以显示在CRT上和打印在纸上 其编码可以存储 传送和处理 32个控制字符包括回车符 换行符 退格符 设备控制符和信息分隔符等 这类字符没有特定形状 其编码虽然可以存储 传送和起某种控制作用 但字符本身是不能在CRT上显示和打印机上打印的 3 汉字编码 目前计算机中最常用的是GB2312 1980国标码 该标准编码集共收录汉字和图形符号7445个 GB2312标准规定 每个图形字符采用两个字节表示 每个字节的最高位为0 其余7位为有效编码 第一个字节标识区号 第二字节标识位号 这种编码方式称为区位码 例如 国 字处于代码表的25区90位 区位码则为2590 用二进制表示为195AH 由于01H 20H与标准ASCII码中的控制符容易产生冲突 因此 需要在区号和位号上分别加上20H 这样形成的编码 称之为国标码 国标码是信息交换中使用的标准编码 它与区位码一一对应 比如 国 的区位码为195AH 其国标码为397AH 注意到国标码两个字节的最高位均为0 为了区别于标准ASCII码 通常汉字编码的存储和传送不能直接采用国标码 而是采用内码的编码形式进行 所谓汉字的内码 是将国标码的两个字节最高位上的 0 变成 1 或者说 将国标码的高位和低位字节分别加上80H即可得到 例如 汉字 国 的国标码为397AH 内码为B9FAH汉字三种编码之间的关系如下 4 奇偶校验码 在计算机串行通信中 常利用传送信息字节的奇偶性 字节中1的个数是奇数 偶数 来检测通信过程中是否出错 这种信息编码成为奇偶校验码 关于奇偶校验的编码方法 将在串行通信一节中介绍 一 真值与机器数真值 以人们习惯的自然方式表示的十进制数 称为该数的真值 譬如 123 86 12 3 机器数 在计算机中 将一个数连同其符号用二进制数来表示 这样的二进制数称为机器数 譬如 10111101 0101101011010011 如何确定一个机器数的真值 如何分辨一个机器数的正负 如何分辨一个机器数的小数位置 这些问题都取决于机器数的编码规则 第3节数值信息的编码与运算 符号位 0 正 1 负 正数取其本身 负数按位取反 符号位 0 正 1 负 符号 0 正 1 负 正数取其本身 负数求补 按位取反加1 在表示范围内 数值运算是连续和统一的 超出范围 数值溢出 三种码制之间的关系 特点 正数 原 反 补相同 负数 原 反 补不同 但最高位均为1 负数的变换关系 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 正数补负数补 连符号位一起求反加1 用0减 二 二进制数的运算 1 运算特点为了提高计算速度 合理分配内存和使用寄存器 参与运算的所有数 变量 都必须事先规定字长和类型 而且 参与运算的两个数必须具有相同的字长和类型 字长 字节 字 双字 四字字长一定 数的范围就有限 如果运算结果超出这个范围 就会产生溢出 造成结果错误 类型 自然数 整数 实数 以C语言程序为例 例1 字长不够 Main unsignedcharx y z x 123 y 67 z x y Printf d z 运算结果 49 运算结果的来历 123 0111 1011B67 0100 0011B123 67 8241 2031H即123 67 0010 0000 0011 0001B而0011 0001B 49 以C语言程序为例 例2 类型不符 Main unsignedcharx y z x 12 y 7 z x y Printf d z 运算结果 172 运算结果的来历 12 1111 0100B7 0000 0111B 12 7 84如果将1111 0100B看作无符号数 则1111 0100B 244244 7 1708 06ACH 0000 0110 1010 1100B而1010 1100B 172 2 运算标志 进位 借位 两个二进制数加 减 法运算 最高位出现的进位 借位 现象 在多字节数加 减 法中 低位字节向高位字节的进 借 位是必须考虑的 因此 在计算机中 都设有一个位存储单元来保留进 借 位 称作进位标志 CF CarryFlag 溢出 溢出是针对有限字长的补码运算而言的 当两个补码数的运算结果超出字长所能表示的范围时 运算结果将出错 不仅数值不对 而且性质 正 负 也不对 在计算机中 也设有一个位存储单元来保留溢出位 称作溢出标志 OF OverFlag 3 补码运算 在计算机中 自然数的运算规则与十进制数是相同的 对于整数 只要采用补码 也具有类似的规则 X Y 补 X 补 Y 补 X Y 补 X 补 Y 补采用补码运算后 利用一个加法器既可以实现自然数和整数的加法运算 也可以实现减法运算 从而使微处理器的逻辑结构大为简化 采用补码做加法时 应注意 1 把符号位当作数据 一同参与运算 2 符号位相加后 若有进位 则把进位舍去 例如 已知X 33 Y 15 求X Y 解 X 补 00100001B Y 补 11110001B00100001 X 补 11110001 Y 补自然丢失 1 00010010 X Y 补 X Y X Y 补 00010010B 18例如 已知X 33 Y 15 求X Y 解 X 补 11011111B Y 补 11110001B11011111 X 补 11110001 Y 补自然丢失 1 11010000 X Y 补 X Y X Y 补 11010000B 48 4 溢出判别 溢出意味着计算结果是错误的 是由于字长限制所致 因此 计算结束后 判断是否发生溢出是非常重要的 计算机运行中会自动判别是否溢出 并给出相应标志 溢出标志OF 计算机采用双高位判别法 请大家参照教材 人可以根据自然结果来判别 譬如 8位数计算 120 30 其结果显然会溢出 因为其结果150已超出8位补码数的范围 128 127 16位数计算 123 12345 其结果不会溢出 因为其结果 12222 没有超出16位补码数的范围 32768 32767 三 定点数与浮点数 小数的表示 在计算机中 用二进制表示实数的方法有两种 即定点法和浮点法 定点法 即小数点在数中的位置是固定不变的 以定点法表示的实数称作定点数 浮点法 类似于十进制数的科学表示法 小数点的位置是浮动的 且由阶数来指示 以浮点法表示的实数称作浮点数 1 定点数 设有一个8位定点补码数 小数点隐含地固定在第4位 如1101 1101B代表 2 1875 特例1 定点小数 特例2 定点整数 优缺点 简单直观 但精度低 不便标准化处理 小数 整数 2 浮点数 任意一个二进制数N总可以写成下面的形式 N d 2pd称为尾数 是二进制补码定点小数 指明数的全部有效数字 p称为阶码 是二进制补码定点整数 指明小数点的位置 它的符号称作阶符 表明小数点的移动方向 小数点随着p的符号和大小而浮动 故称为浮点数 阶码p尾数d 浮点数具有范围大 精度高的优点 譬如 16位实数 为了保证计算精度 保留最多有效位数 通常采用规格化浮点数 即在运算中 通过修改阶码 使尾数的绝对值始终大于等于0 5 即