微机原理与接口技术第1章 概述

1、第1章 概述 第第1 1章章 概概 述述1.1 计算机的数制及其转换计算机的数制及其转换 1.2 计算机中数与字符的编码计算机中数与字符的编码 1.3 微型计算机系统组成微型计算机系统组成 1.4 微型计算机的性能指标及分类微型计算机的性能指标及分类1.5 多媒体计算机多媒体计算机第1章 概述 1.1 计算机中的数制及其转换计算机中的数制及其转换 计算机内部的信息分为两大类： 控制与状态信息控制与状态信息 数据信息数据信息 控制与状态信息：控制与状态信息：是一系列的控制命令，用于指挥计算机如何操作，也可能是一种检测信息； 数据信息：数据信息：是计算机操作的对象，一般又可分为数值数据和非数值数据

2、。 数值数据用于表示数量的大小：整数，小数等 非数值数据没有确定的数值：字符、汉字、逻辑数据。 第1章 概述 信息的表示：基信息的表示：基2码码 ，即2进制形式 (1) 基2码在物理上最容易实现。 (2) 基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。 (3) 基2码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑数据“真”与“假”相 对应，为计算机实现逻辑运算带来了方便。 1.1.1 数与数制数与数制位置计数法（进位计数制）：位置计数法（进位计数制）：是一种计数的方法。同一个数字在不同的数位代表的数值不同，这种记数方法称为位置记数法。对每一个数位赋以不同的位值，称为“权”。基数：基数：各种数制中数字符

3、号的个数称为该数制的基数。数制：数制：二进制、八进制、十 进制、十六进制 第1章 概述 表示方法：表示方法： *二进制数(Binary)后缀加“B”,如：11010001B。 *八进制数(Octonary)后缀加“O”或“Q”,如：76Q。 *十进制数(Decimal)后缀加“D”,如：25D或25。 *十六进制数(Hexadecimal)后缀加“H”,如：9AH。 *十六进制数(Hexadecimal)后缀加“H”,如：0F6H 数的位权表示：数的位权表示： 十进制：十进制：(234.13)10=2102+3101+4100+110-1+310-2 二进制：二进制：(101.11)2=122

4、+021+120+121+122 八进制：八进制：(124.36)8=182+281+480+381+682十六进制：十六进制：(AC.B5)16=A161+C160+B161+5162第1章 概述 其中 为整数部分， 为小数部分，r为基数。每一项的数字可用0r1数字中的一个数字来表示。niirxi0miirxi1miiiniiinmiiirxrxrxN10位置计数通式位置计数通式：第1章 概述 1.1.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换 1. 十进制数与二进制数之间的转换十进制数与二进制数之间的转换 1) 十进制整数转换成二进制整数十进制整数转换成二进制整数 方法：方法：除2取余数，结

5、果倒序排列。 2) 十进制小数转换成二进制小数十进制小数转换成二进制小数 方法：方法：乘2取整数，结果顺序排列。 第1章 概述 【例1-1】 将十进制数97转换成二进制数。其过程如下：最后结果为(97)10 =(A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)2=(110 0001)22 972 482 24 2 12 2 6 2 3 2 1 0余数为1, 余数为0, 余数为0, 余数为0, 余数为0, 余数为1, 余数为1, 商为0, 即A0=1即A1=0即A2=0即A3=0即A4=0即A5=1即A6=1结束 第1章 概述 【例1-2】将十进制小数0.6875转换成二进制小数。其过程如下： 0.6

6、875 2 1.3750整数部分为1，即A1=1 0.3750余下的小数部分 2 0.7500整数部分为0，即A2=0 0.7500余下的小数部分 2 1.5000整数部分为1，即A3=1 0.5000余下的小数部分 2 1.0000整数部分为1，即A4=1 0.0000余下的小数部分为0，结束 第1章 概述 最后结果为(0.6875)10=(0.A1A2A3A4) 2 =(0.1011)2 为了将一个既有整数又有小数部分的十进制数转换成二进制数，可以将其整数部分和小数部分分别进行转换，然后再组合起来。例如：(97)10=(110 0001)2(0.6875)10=(0.1011)2由此可得:

7、(97.6875)10=(110 0001.1011)2第1章 概述 3) 二进制数转换成十进制数二进制数转换成十进制数方法：方法：按位权展开后相加。【例1-3】 将二进制数111.11转换成十进制数。其过程如下：(111.11)2=122+121+120+121+122 =4+2+1+0.5+0.25 =(7.75)10第1章 概述 2. 十进制与八进制之间的转换十进制与八进制之间的转换 1) 十进制整数转换成八进制整数十进制整数转换成八进制整数 方法：方法：除8取余数，余数按倒序排列。 2) 十进制小数转换成八进制小数十进制小数转换成八进制小数 方法：方法：乘8取整法，所得整数按顺序排列。

8、 3) 八进制数转换成十进制数八进制数转换成十进制数 方法：方法：按位权展开后相加 第1章 概述 【例1-4】 将十进制数97转换成八进制数。其过程如下：最后结果为(97)10 =(A2 A1 A0)8 =(141)8余数为1, 余数为4, 余数为1, 即A0=1即A1=4即A2=1结束 8 97 8 12 8 1 商为0 商为0, 第1章 概述 【例1-5】 将十进制小数0.6875转换成八进制小数。其过程如下：0.6875 8 5.5000整数部分为5，即A1=50.5000余下的小数部分 8 4.0000整数部分为4，即A2=40.0000余下的小数部分为0，结束最后结果为(0.6875

9、)10=(0.A1A2)8=(0.54)8同理，一个八进制数可分解成整数和小数部分，分别转换后合成即可。第1章 概述 【例例1-6】 将八进制数141.54转换成十进制数。其过程如下：(141.54)8=182+481+180+581+482 = 64+32+1+0.625+0.0625 = 97.6875最后结果为(141.54)8= (97.6875)10第1章 概述 3. 十进制与十六进制之间的转换十进制与十六进制之间的转换 1) 十进制整数转换成十六进制整数十进制整数转换成十六进制整数 方法：方法：除16取余数，余数按倒序排列。 2) 十进制小数转换成十六进制小数十进制小数转换成十六进

10、制小数 方法：方法：乘16取整法，所得整数按顺序排列。 3) 十六进制数转换成十进制数十六进制数转换成十进制数 方法方法：按位权展开后相加。 第1章 概述 【例1-7】 将十进制数97转换成十六进制数。其过程如下：最后结果为(97)10 =(A2 A1 A0)16=(61)16余数为1, 余数为6, 即A0=1即A1=6结束 16 97 16 6商为0 商为0, 第1章 概述 【例1-8】 将十进制小数0.6875转换成十六进制小数。其过程如下：0.6 875 1611.0000 0.0000整数部分为11，即A1=B余下的小数部分为0，结束最后结果为(0.6875)10=(0.A1) 16=

11、(0.B)16第1章 概述 【例例1-9】 将十六进制数61.B转换成十进制数。其过程如下： (61.B)16= 6161+1160+B161= 96+1+11161= 97+0.6875= 97.6875最后结果为 (61.B)16=(97.6875)10第1章 概述 4. 二进制与八进制、十六进制数之间的转换二进制与八进制、十六进制数之间的转换1) 二进制数转换成八进制数二进制数转换成八进制数 方法：方法：以小数点为中心分别向左向右向左向右每三位一组进行划分，末尾不够3位补0，将每组变为八进制数即可。2) 八进制数转换二进制数八进制数转换二进制数 方法：方法：将每一位八进制数分解成对应的三

12、位二进制数。3) 二进制数转换成十六进制数二进制数转换成十六进制数 方法：方法：以小数点为中心分别向左向右每四位一组向左向右每四位一组进行划分。末尾不够4位补0，将每组变为十六进制数。4) 十六进制数转换二进制数十六进制数转换二进制数 方法：方法：将每位十六进制数转换成对应的四位二进制数。第1章 概述 【例1-10】 直接将二进制数11110.11转换成八进制数。 011110.11036.6(11110.11)2=(36.6)8【例1-11】 直接将八进制数35.6转换成二进制数。 3 5.6011101.110 (35.6)8=(11101.11)2第1章 概述 【例1-12】 直接将二进

13、制11110.11转换成十六进制数。0001 1110.11001E. C(11110.11)2=(1E.C)16【例1-13】 直接将十六进制数0EF.CH转换成二进制数。 E F . C11101111.1100(EF.C)16=(11101111.11)2第1章 概述 1.2 计算机中数与字符的编码计算机中数与字符的编码1.2.1 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算 1. 二进制数的编码及运算二进制数的编码及运算 机器数：机器数：带符号的二进制数值数据在计算机内部的编码。 真真 值：值：机器数所代表的实际值。 二进制数据的正负的表示 + （0） - （1） 常用编码：常用编码：

14、原码、 反码、 补码第1章 概述 1) 二进制数原码编码方法二进制数原码编码方法|21XXxn原2n1X00X2n1 (1) 二进制正、负数的原码就是符号化的机器数真值本身 (2) 原码表示数的范围: -(2n-1-1),(2n-1-1) (3) 真值0的原码可表示为两种不同的形式 +0 +0原=0 0000000B -0 -0 原=1 0000000B第1章 概述 2) 二进制数反码编码方法二进制数反码编码方法|12XXxn反2n1X00X2n1(1) 二进制正数的反码就是其原码。二进制负数的反码就是机器数符号位保持不变，其余按位取反。(2) 反码表示数的范围: -(2n-1-1),(2n-

15、1-1)(3) 零的反码有两种表示法 0反=0 000 n-1个0 0反=1 111 n-1个1第1章 概述 3) 二进制数补码编码方法二进制数补码编码方法结论：结论：二进制正数的补码就是其原码。二进制负数的补码就是机器数符号位保持不变，其余位取反码后末位加1。|2XXxn补0 X 2n12n1 X 0(1) 正数的补码就是其原码。负数的补码就是机器数符号位保持不变，其余位取反码后末位加1,即：x补=x反 +1 (2) 补码表示数的范围: -2n-1,(2n-1-1)(3) 0补=000。0 n个0第1章 概述 补码的性质1. 补码表示数时，减运算可以用加上减数的补码来代替。即 A-B=（A+

16、-B补）（MOD 2n）2. 用补码表示的数相加时，如果两数和的绝对值不产生溢出，并按下面的规则作两数的补码运算，则得到的结果仍然是和的补码。 第一 要把符号位当作数一样参加运算。 第二 符号位相加后，如有进位出现，则将其舍去。 X+Y补补=X补补+Y补补 X-Y补补=X补补+-Y补补3. x补补=x原第1章 概述 有符号数运算时的溢出问题有符号数运算时的溢出问题 计算机运算时由于位数的限制，会产生溢出。有符号数加减运算采用双高位法判别是否溢出。 CS：最高位进位 CP：次高位进位 P=CS XOR CP =1 且 CS=0 正溢出 =1 且 CS=1 负溢出 =0 不溢出第1章 概述 【例1

17、-15】 机器字长n=8位，X= - 48D，求X补。（1）将48D转换为二进制数：00110000B。（2）变为反码，1100 1111B，（3）末位加1后为，48补 = 1 101 0000B=0D0H 字长字长=16时，对时，对48补补 进行扩展进行扩展 48补= 111111111 101 0000B=0FFD0H第1章 概述 2. 无符号整数的编码及运算规则无符号整数的编码及运算规则 在某些情况下，计算机要处理的数据全是正数，此时机器数再保留符号位就没有意义了。这时，将机器数最高有效位也作为数值位处理，也就是说，假设机器字长为n位，则有符号整数的编码可表示为符号位 数值位1位 n1位

18、无符号整数的编码可表示为 数值位n位 第1章 概述 无符号整数的表示范围无符号整数的表示范围是：0N2n1。 例如，当n=8位时，表示范围是：0N255；当n=16位时，表示范围是：0N65 535。 计算机中最常见的无符号整数是地址，另外，双字长数据的低位字也是无符号整数。 要注意的是，计算机本身不论是对有符号数还是无符号数，总是按照补码的运算规则做运算。第1章 概述 3. 十进制数的编码及运算十进制数的编码及运算 人们在日常生活中习惯使用十进制数，而在计算机内，采用二进制表示和处理数据更方便。因此，计算机在输入和输出数据时，要进行十二和二十的进制数转换。但是，在某些特定的应用领域中(如商业

19、统计)，数据的运算很简单，但数据的输入和输出量很大，这样，进制转换所占的时间比例就会很大。从提高计算机的运行效率考虑，可以采用在计算机内部直接用十进制表示和处理数据的方法。以下介绍在计算机内部的十进制数的编码方法及运算方法。第1章 概述 十进制数的每一个数位的基为10，但到了计算机内部，必须用基2码对每个十进制数位进行编码，所需要的最少的基码的位数为lb 10(即log210)，取整数为4。4位基2码有16种不同的组合，怎样从中选择出10个组合来表示十进制数位的09，有非常多的方案，最常见的是8421码码。8421码是指4个基2码的位权从高到低分别为8、4、2、1，选择的是0000，0001，

20、0010，1001这10种组合，用来表示09这10个数位，如表1-3所示。第1章 概述 表表1-3 BCD码表码表 这种编码的特点这种编码的特点是：这4个基2码之间满足二进制规则，而十进制数位之间是十进制计数规则。因此，这种编码实质上是二进制编码的十进制数十进制数(Binary Coded Decimal)，因此，简称BCD码或二一十进制码。十进制数码01234567898421码0000000100100011010001010110011110001001第1章 概述 【例1-19】 将十进制数67.9转换成BCD码。其过程如下： 67.9 01100111.1001所以(67.9)10=

21、(0110 0111.0111)BCD第1章 概述 【例1-20】 将BCD码10010110.0110转换成十进制数，其过程如下：1001 0110.011096.6所以(1001 0110.0110)BCD=(96.6)10第1章 概述 BCD码的运算规则：码的运算规则：BCD码是十进制数，而运算器对数据做加减运算时，都是按二进制运算规则进行处理的。这样，当将BCD码传送给运算器进行运算时，其结果需要修正。修正的规则是修正的规则是：当两个BCD码相加相加，如果和等于或小于1001(即9H)，不需要修正；如果相加之和在1010到1111(即0AH0FH)之间，则需加6H进行修正；如果相加时本

22、位产生了进位，也需加6H进行修正。这样做的原因这样做的原因是，机器按二进制相加，所以4位二进制数相加时，是按“逢十六进一”的原则进行运算的，而实质上是2个十进制数相加，应该按“逢十进一”的原则相加，16与10相差6，所以当和超过9或有进位时，都要加6进行修正。下面举例说明。第1章 概述 【例1-21】 计算1 + 8的值 如果将1和8送给机器进行加法运算，其运算过程如下： 0 0 0 1+) 1 0 0 0 1 0 0 1结果是1001，即十进制数9，1 + 8 = 9正确。第1章 概述 【例1-22】 需要修正BCD码运算值的举例。 计算5 + 7的值。 0 1 0 1+) 0 1 1 1

23、1 1 0 0 结果大于9 +) 0 1 1 0 加6修正 1 0 0 1 0结果是0010，即十进制数2，还产生了进位。5 + 7 = 12，结论正确。12第1章 概述 计算9 + 9的值。 1 0 0 1+) 1 0 0 1 1 0 0 1 0+) 0 1 1 0 1 1 0 0 0 结果是1000，即十进制的8，还产生进位，故加6修正。9+ 9 =18，结论正确。18第1章 概述 若做减法减法运算，其修正规则修正规则为：当两个BCD码相减，如果差等于或小于1001，不需要修正；如果相减时本位产生了借位，则应减6H加以修正。原因是原因是：如果有借位，机器将这个借位当十六看待，而实际上应该当

24、十看待，因此，应该将差值再减6H才是BCD码的正确结果值。下面举两个例子进行说明。第1章 概述 【例例1-23】 需要修正BCD码运算值的举例。 计算9-7的值。 1 0 0 1) 0 1 1 1 0 0 1 0结果值是0010，即十进制数2。97 = 2，结论正确。2第1章 概述 计算7-9的值。 发生借位 1 0 1 1 1) 1 0 0 1 1 1 1 0) 0 1 1 0 减6修正 1 0 0 0 结果值是1000，即十进制数8，有借位。79 = 8，结论正确。(8是2以10为模的补码，在机器中，负数都以补码形式表示)8第1章 概述 在计算机中BCD码有两种格式：压缩BCD码非压缩BC

25、D码 (1) 非压缩BCD码：1字节(8位二进制)中仅表示一位BCD数，例如： (0000 0110)BCD=6 。 (2) 压缩BCD码：1字节中仅表示两位BCD数，例如： (0110 0110)BCD=66 。 另外，BCD码除了采用上述方法调整以外，也可以在交付计算机运算之前，先将BCD码转换为二进制数，然后交付计算机运算，运算以后再将二进制结果转换为BCD码。第1章 概述 1.2.2 非数值数据的二进制编码非数值数据的二进制编码 现代计算机不仅要处理数值数据，而且还要处理大量的非数值数据，像英文字母、标点符号、专用符号、汉字等等。前面已说过，不论什么数据，都必须用基2码编码后才能存储、

26、传送及处理，非数值数据也不例外。下面分别讨论常见的非数值数据的二进制编码方法。 1. 字符编码字符编码 使用最多、最普遍的是ASCII字符编码，即美国标准信息交美国标准信息交换代码换代码(American Standard Code for Information Interchange)，具体见表1-4。第1章 概述 表表1-4 ASCII字符编码字符编码B6B5B4 B3B2B1B00 0 0(0)0 0 1(1)0 1 0(2)0 1 1(3)1 0 0(4)1 0 1(5)1 1 0(6)1 1 1(7)0 0 0 0(0)NULDLESP0Pp0 0 0 1(1)SOHDC1!1AQ

27、aq0 0 1 0(2)STXDC22BRbr0 0 1 1(3)ETXDC3#3CScs0 1 0 0(4)EOTDC4$4DTdt0 1 0 1(5)ENQNAK%5EUeu0 1 1 0(6)ACKSYN&6FVfv0 1 1 1(7)BELETB?7GWgw1 0 0 0(8)BSCAN(8HXhx1 0 0 1(9)HTEM)9IYiy1 0 1 0(A)LFSUB*:JZjz1 0 1 1(B)VTESC+;Kk1 1 0 0(C)FFFS,Nn1 1 1 1(F)SIUS/?O_oDEL第1章 概述 ASCII码表有以下几个特点：码表有以下几个特点： (1) 每个字符用7位基2码

28、表示，其排列次序为B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0。实际上，在计算机内部，每个字符是用8位(即一个字节)表示的。一般情况下，将最高位置为“0”，即B7为“0”。需要奇偶校验时，最高位用做校验位。第1章 概述 (2) ASCII码共编码了128个字符，它们分别是： * 32个控制字符，主要用于通信中的通信控制或对计算机设备的功能控制，编码值为031(十进制)。 * 间隔字符(也称空格字符)SP，编码值为20H。 * 删除控制码DEL，编码值为7FH。 * 94个可印刷字符(或称有形字符)。这94个可印刷字符编码有如下两个规律：第1章 概述 字符字符09这10个数字符的高3位编码都为011，低4位为00001001，屏蔽掉高3位的值，低4位正好是数据09的二进制形式。这样编码的好处是既满足正常的数值排序关系，又有利于ASCII码与二进制码之间的转换。 英文字母英文字母的编码值满足AZ或az正常的字母排序关系。另外，大小写英文字母编码仅是B5位值不相同，B5为1是小写字母，这样编码有利于大、小写字母之间的编码转换。第1章 概述 2. 汉字的编码汉字的编码 计算机在处理汉字时，汉字字符也必须用基2码编码表示，一般汉字编码采用两个字节即16位二进制数。但由于汉字的特殊性，在汉字的输入、存储、输出过程中所使用