微机原理第章基础知识ppt课件.ppt

1 微型计算机原理与接口技术 2008年9月 主讲教师 2 课程目标 在总整体上建立起微机系统的整体概念 掌握微型机硬件系统各部分的构成及工作原理 掌握Intel8086基本指令系统 并了解80X86部分主要扩展指令 掌握微型机的输入输出技术及常用接口电路 3 第1章基础知识 主要内容 计算机的发展历史计算机中的常用记数制 编码及其相互间的转换 二进制数的算术运算和逻辑运算 基本逻辑门及译码器 带符号数的表示及补码运算 二进制数运算中的溢出问题 4 本章重点及难点 计算机中的数制与编码带符号数的表示补码的运算 5 1 1概述 了解 计算机的发展历史了解 计算机的应用了解 计算机的未来 6 计算机的发展历史 1946年 世界上第一台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院 电子计算机的发展 电子管计算机 1946 1956 晶体管计算机 1957 1964 中小规模集成电路计算机 1965 1970 超大规模集成电路计算机 1971 今 电子计算机按其性能分类 大中型计算机 巨型计算机 MainframeComputer 小型计算机 Minicomputer 微型计算机 Microcomputer 单片计算机 Single ChipMicrocomputer 微型计算机的核心 微处理器 中央处理器CPU IntelCPU的发展见下页表 7 Intel微处理器的发展简况 8 计算机的应用 科学计算天气预报 石油勘探 数据处理统计 管理 银行 计算机控制 自动控制 工业控制 遥控遥测 机器人 人工智能思维 行为 推理 计算机辅助系统 设计 制造 教学 9 计算机的未来 想象一下未来的计算机是什么样 10 1 2计算机中的数制 了解 3种常用记数制的特点及表示方法 BCD码 ASCII码和GB码 掌握 3种常用记数制之间的相互转换 以及BCD码与各种记数制之间的转换 11 一 常用记数制 十进制 符合人们的习惯二进制 符合计算机的识别机制十六进制 便于识别 书写 12 数的书写表达 加下标 1010 10 1010 2 1010 16加修饰符1010D 1010 101010B 1010 21010H 1010 16注 十六进制数当首字符为A F时 应在其之前添加 0 13 任意K进制数的表示 一般地 对任意一个K进制数S都可表示为 其中 Si S的第i位数码 可以是K个符号中任何一个 n m 整数和小数的位数 K 基数 Ki K进制数的权 14 例 234 98或 234 98 101101 11B或 1101 11 20ABCD BFH或 ABCD BF 16 15 二 各数制间的转换 非十进制数 十进制数 按相应的权表达式展开 再按十进制求和 例 24 AH 2 161 4 160 A 16 1 36 625注 A F分别用10 15代入 16 十进制 非十进制数 十进制 二进制 转换原则1 整数部分除2取余 所得余数倒序排列 小数部分乘2取整 所得整数正序排列 十进制 十六进制 转换原则2 整数部分除16取余 所得余数倒序排列 小数部分乘16取整 所得整数正序排列 注 十进制转换成任意K进制数与上类似 整 除K取余 小数 乘K取整 17 例一 112 25 B112 2 56 余数 056 2 28 余数 028 2 14 余数 014 2 7 余数 07 2 3 余数 13 2 1 余数 11 2 0 余数 10 25 2 0 5 整数 00 5 2 1 0 整数 1即 112 25 1110000 01 2 18 例二 400 25 H400 16 25 余数 025 16 1 余数 91 16 0 余数 10 25 16 4 0 整数 4即 400 25 190 4H 19 二进制 十六进制 转换原则3 用4位二进制数表示1位十六进制数 由小数点开始向左向右四位一组 整数部分不够四位的高位补零 小数部分不够四位的末尾补零 0000 0H 1001 9H1010 AH1011 BH1100 CH1101 DH1110 EH1111 FH 20 例三 例 10110001001 110 H010110001001 1100589 CH注意 位数不够时要补0 21 十六进制 二进制 转换原则4 将构成十六进制数的每一位数字用四位二进制数表示 例四2A8F 6D B2A8F 6D0010101010001111 01101101 22 1 3无符号二进制数的运算 二进制数 算术运算逻辑运算 无符号数有符号数 算术运算 23 一 无符号数的算术运算 加法运算减法运算乘法运算除法运算 24 注意点 对加法 1 1 0 有进位 对减法 0 1 1 有借位 对乘法 仅有1 1 1 其余皆为0 对二进制数乘以2相当于左移一位 对除法 对二进制数除以2则相当于右移1位 25 例 00001011 0100 00101100B00001011 0100 00000010B即 商 00000010B余数 11B 26 二 无符号数的表示范围 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 27 例 最高位向前有进位 产生溢出 本例中 运算结果为256 超出 位二进制数所能表示的范围255 28 三 逻辑运算 与 或 非 异或 掌握 逻辑关系 真值表 和逻辑门 特点 按位运算 无进位 借位 29 与 或 运算 任何数和 0 相 与 结果为0任何数和 1 相 或 结果为1 B A C A B C 1 A B C A B C 30 非 异或 运算 非 运算即按位求反两个二进制数相 异或 相同则为0 相异则为1 A A B C 1 B A AB C B 31 与非 或非 运算 A B CA B C B A C A B C 1 32 四 译码器 74LS138译码器 G1 G2A G2B C B A Y0 Y7 3 8译码器原理 译码使能端 译码输入端 译码输出端 33 74LS138真值表 34 1 4符号数的表示及运算 计算机中的符号数的表示方法 把二进制数的最高位定义为符号位 符号位 0 表示正 1 表示负 把符号也数值化了的数 称为机器数 机器数所表示的真实的数值 称为真值 注 后面的讲述均以8位二进制数为例 35 例 52 0110100 0符号位数值位 52 0110100 1 真值 机器数 36 一 符号数的表示 对于符号数 机器数常用的表示方法有原码 反码和补码三种 数X的原码记作 X 原 反码记作 X 反 补码记作 X 补 注意 对正数 三种表示法均相同 它们的差别在于对负数的表示 37 原码 X 原 最高位为符号位 用 0 表示正 用 1 表示负 数值部分照原样写出即可 优点 真值和其原码表示之间的对应关系简单 容易理解 缺点 计算机中用原码进行加减运算比较困难 0的表示不唯一 正式定义为 38 数0的原码 0 00000000 0 10000000即 数0的原码不唯一 39 原码的例子 真值 X 18 0010010 X 18 0010010 原码 X 原 00010010 X 原 10010010 符号 符号位 n位原码表示数值的范围是 对应的原码是111 1 011 1 40 反码 X 反 对一个数X 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 正式定义为 41 反码例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 42 0的反码 0 反 00000000 0 反 11111111即 数0的反码也不是唯一的 n位反码表示数值的范围是对应的反码是100 0 011 1 43 补 补码 X 补 定义 若X 0 则 X 补 X 反 X 原若X 0 则 X 补 X 反 1正式定义为 44 例 X 52 0110100 X 原 10110100 X 反 11001011 X 补 X 反 1 11001100 45 0的补码 0 补 0 原 00000000 0 补 0 反 1 11111111 1 100000000 n位补码表示数值的范围是对应的补码是100 0 011 1 对8位字长 进位被舍掉 46 特殊数 该数在原码中定义为 0在反码中定义为 127在补码中定义为 128对无符号数 2 128 47 8 16位符号数的表示范围 对8位二进制数 原码 127 127反码 127 127补码 128 127对16位二进制数 原码 32767 32767反码 32767 32767补码 32768 32767 48 符号二进制数与十进制的转换 对用补码表示的二进制数 1 求出真值 以二进制表示 2 进行转换 49 例 将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数 X 补 00101110B真值为 0101110B正数所以 X 46 X 补 11010010B真值需要转换负数而是 X X 补 补 11010010 补 0101110 46 50 二 符号数的算术运算 通过引进补码 使符号位直接参与运算 从而将减法运算转换为加法运算 即 X Y 补 X 补 Y 补 X Y 补 X Y 补 X 补 Y 补其中X Y为正负数均可 符号位参与运算 51 补码的运算是基于模的运算 模 module 就是一个计数系统的最大记数容量 例如钟表的模为12 8位二进制数的模为28 等等 凡是用器件进行的运算都是有模运算 运算结果超过模的部分会被运算器自动丢弃 因此 当器件为n位时 有X 2n X mod2n 根据定义 X 补 2n X mod2n 因此可得 X Y 补 2n 2n X Y mod2n 2n X 2n Y mod2n X 补 Y 补 52 例 X 0110100 Y 1110100 求X Y X 原 10110100 X 补 X 反 1 11001100 Y 补 Y 原 01110100所以 X Y 补 X 补 Y 补 11001100 01110100 01000000X Y 1000000 53 符号数运算中的溢出问题 两个8位带符号二进制数相加或相减时 若C7 C6 1则结果产生溢出 其中 C7为最高位的进 借 位 C6为次高位的进 借 位 对16位或32位的运算 也有类似结论 54 观察以下四种情况哪个溢出 10110101 10001111101000100 01000010 0110001110100101 01000010 11001101100001111 CASE1 CASE2 CASE3 假定以下运算都是有符号数的运算 00100010 1100110111101111 CASE4 55 例 若 X 01111000 Y 01101001则 X Y 即 次高位向最高位有进位 而最高位向前无进位 产生溢出 事实上 两正数相加得出负数 结果出错 56 1 5二进制编码 编码的目的二进制编码是人与计算机之间进行数据通信的最基本的协议 起到了翻译的作用 编码的分类数值型数据的编码和非数值型数据的编码 非数值型数据包括字符 文字 语音和图像等信息 前者主要是指BCD码 用二进制编码的十进制数 后者包括ASCII码 美国标准信息交换代码 和GB码 57 BCD码和8421码 BCD码又称二 十进制码 用二进制编码表示的十进制数 特点 二进制的数字字符 十进制的权8421码十进制的基本数字分别用四位二进制数表示 4位二进制编码的权 从左到右分别为8 4 2 1 58 BCD码的存储方式 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 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 59 BCD码与二进制数之间的转换 先转换为十进制数 再转换二进制数 反之亦然 例 00010001 00100101 BCD 11 25 1011 01B 60 ASCII码 字符的编码 一般用7位二进制码表示 见教材附录A用8位二进制数表示时 最高位总为0 因此最高位 D7位 可作为奇偶校验位 熟悉常用数字和字符的ASCII码 十六进制数0 F的ASCII码为30H 39H 41H 46H 61 ASCII码的校验 奇校验加上校验位后编码中 1 的个数为奇数 例 A的ASCII码是41H 1000001B 以奇校验传送则为C1H 11000001B 偶校验加上校验位后编码中 1 的个数为偶数 上例若以偶校验传送 则为41H 62 GB码 GB码是国标GB2312 80汉字编码的简称GB码由两个字节组成 每个字节的最高位为1 共有6763个编码