南京邮电大学微型计算机原理课件.ppt

1、第1章计算机基础,1.1 计算机中的数制,1.2计算机中数据的编码,1.3 计算机系统的基本组成,解决微型机领域中数的不同表示方法 一常用计数制 1. 十进制数：编程时使用（D） 2. 二进制数：计算机内部信息存储，运算， 输入/ 输出都是二进制数（B）,1.1 计算机中的数制,3.十六进制数（H）：,人们最常用的是十进制，计算机中为了物理实现的方便，采用的是二进制，为了书写阅读方便，又常常采用十六进制数来表示二进制数。,进位制 二进制 八进制 十进制 十六进制 规则 逢二进一 逢八进一 逢十进一 逢十六进一 基数 R=2 R=8 R=10 R=16 数码 0,1 0,1,2.,7 0,1,2

2、.,9 0,1,2,.9, A,B,C,D,E,F 权 2i 8i 10i 16i 形式 表示 B Q D H,计算机中常用的各种进位计数制,在数位上,每个数位被赋予一定的位值。例如: 在十进制数中,个、十、百、千各位的权分别为100 , 101 , 102 , 103 ,十六进制数 与二进制的关系：每4位二进制数用1位十六进制数来表示,1.1 计算机中的数制,二进制与十六进制运算,1 0 1 1 1 1,1 1 0 1 1 0 1 0,1.1 计算机中的数制,二数制转换, 二、八、十六进制数 十进制数 算法: 每位的代码和该位的权值相乘，再求累加和 如：（）（？）,解： 123122 021

3、 120121122 = 8 4 0 1 0.5 0.25 = (13.75 ) 10,如： （29A F）16 = ( ? )10 解： 21639162 10161 15160 = 8192 2304 160 15 = (10671)10,1.1 计算机中的数制,. 二进制数十六进制数 算法：四位二进制数为一组，每组用等值的十六进制代换 如：(101011.11)(10,1011.1100)2=(2B.C)16,3十六进制数二进制数 算法：一位十六进制数用等值的四位二进制数代换 如: (17E.58)16（0001,0111,1110.0101,1000)2,4 . 十进制数二进制数 十进

4、制整数二进制数 算法：除取整，直到商为零为止 ，倒排,1.1 计算机中的数制,1 1,2,2,2,1,2,0,所以，(11)10=(1011)2,5,2,1.1 计算机中的数制,十进制数纯小数二进制数 算法:乘2取整,直到乘积的小数部分为0时止，顺排, (0.8125)10=(0.1101)2,1.1 计算机中的数制,十进制带小数 二进制数 算法：整数、纯小数分别计算,再合并 (11.8125)10=(1011.1101)2,1.2计算机中数据的编码,一十进制数的二进制编码BCD码 二字符的编码ASCII码 三有符号数的编码（码制）原反补码,解决不同信息在计算机中的具体表示,一十进制数的二进制

5、编码BCD码 采用二进制数对每一位十进制数字进行编码所得到的数叫做BCD码。 BCD码有多种形式，最常用的是8421BCD码，它是用4位二进制数对一个十进制数进行编码，这4位二进制码的值就是被编码的一位十进制数的值。,1.2 计算机中数据的编码,1.2 计算机中数据的编码,1.2 计算机中数据的编码,BCD码在计算机中的存储分为紧凑型和非紧凑型两种：,紧凑型BCD码： （37）D = 0011，0111B 非紧凑型BCD码： （37）D = 0000，0011B 0000，0111B,1.2 计算机中数据的编码,10000101,1.2 计算机中数据的编码,表示的数 是多少？,二字符的编码AS

6、CII码 计算机常用的输入输出设备（键盘、显示器、打印机）处理的数都是字符。 有：英文的大小写字母，数字符号（0，1，9）以及其他常用符号（如：%、+等）。 采用美国标准信息交换码（ASCII）对字符进行编码。 使用七位二进制编码来表示一个字符。该编码方案中共有128个字符（27=128）。,1.2 计算机中数据的编码,如：键入“”，实际写入键盘存储区的是31H 即 00110001B 键入“A”， 实际写入键盘存储区的是41H 即 01000001B,又如：欲显示“0”，应把 30H 即 00110000B 显示存储区 欲显示“F ”，应把 46H 即 01000110B 显示存储区,1.2

7、 计算机中数据的编码,输入/ 输出用字符,要求牢记以下18个字符的ASC码： 09的ASC码为 30H 39H AF的ASC码为 41H 46H 回车符的ASC码为 0DH 换行符的ASC码为 0AH,1.2 计算机中数据的编码,三. 码制,解决在微型机领域中如何表示有符号数,（一） 真值和机器数的概念,计算机只能识别0和1组成的数或代码，所以有符号数的符号也只能用0和1来表示,1.2 计算机中数据的编码,1真值：一个数的数值 用“”表示正数，用“”表示负数,把符号数值化，用0表示“+”，用1表示“-”，这 样，连同符号位在一起作为一个数，称为机器数。,2机器数：在计算机中如何表示正负?,1.

8、2 计算机中数据的编码,由于数值部分的表示方法不同，有符号数可有三种表示方法（即机器数有三种形式），分别叫做： 原码、 反码、 补码,3字长：包括符号位在内，一个二进制数占有的位数,1.2 计算机中数据的编码,1. 原码： 最高位为符号位，数值位部分就是该数的绝对值。 例如：假设某机器的字长为8位，则： +23(17H)的原码机器数为： - 23(-17H)的原码机器数为： 其中最高位是符号位，后7位是数值位。,00010111,10010111,1.2 计算机中数据的编码,2. 反码： 把最高位规定为符号位，数值部分对正数是其绝对值，对于负数则是其绝对值按位取反（即1变0，0变1）。 例如：

9、+23的反码机器数为 - 23的反码机器数为 数字0的反码有2种表示： (+0)10=(00000000)2 (- 0)10=(11111111)2,00010111,11101000,1.2 计算机中数据的编码,3. 补码： 对于正数的补码同原码、反码，负数的数值位部分为其绝对值按位取反后末位加1所得。 例如：+23的反码为 -23的反码为 - 23的补码为,00010111,11101000,11101001,1.2 计算机中数据的编码,小结： 机器数比真值数多一个符号位。 正数的原、反、补码与真值数相同。,负数原码的数值部分与真值相同；负数反码的数值部分为真值数按位取反;负数补码的数值部

10、分为真值数按位取反末位加1。,没有负零的补码，或者说负零的补码与正零的补码相同。,1.2 计算机中数据的编码,补码机器数的数值范围 设机器数字长=n位,用来表示整数,则n位补码数,其真值范 围为: -2n-1 +2n-1 - 1,由于补码表示的机器数更适合运算，为此，计算机系统中 负数一律用补码表示。,设：8位补码数为 1000,0000 0111,1111 则：十进制真值数为 - 128 +127,设：16位补码数为 1000,0000,0000,00000111,1111,1111,1111 则：十进制真值数为 -32768 +32767,1.2 计算机中数据的编码,（2）设X补 =(96

11、)16,则x =( ? )10 解: x补 =(96)16 = （ 10010110 ）2 则 x = -（1101010）2 =(-106)10,（1）设x =(-120)10,则x补 =( ? )16 解：x =(-120)10 =(-1111000)2 则 x补 =(1000,1000)2 =(88)16,真值与机器数的转换(设字长n=8),1.2 计算机中数据的编码,（二）整数补码的运算 关于“模”的概念 一个计量器的最大容量称为该计量器的“模”,四位计数器能存00001111共十六个数, 模24,八位计数器能存0000,00001111,1111共256个数， 模 28,十六位计数器

12、能存 0000,0000,0000,00001111,1111,1111,1111共65536个数， 模 216,1.2 计算机中数据的编码,2 四位的加法器（由四个全加器组成）模 2416,在上述加法器上进行: 7+6=13,进位为0 8+8=0,进位为1 进位为“1”，其值为16，就是四位加法器的“模”， 它被运算器“丢失”了。,0,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,0,1.2 计算机中数据的编码,3.整数补码的加减运算 补补补 补补 补 条件：(1) 符号位参加运算 (2) 以2n为模（为字长） (3) 当真值满足下列条件时，结果是正确的，否则结果错误 2n-1 x, y, x+y

13、 ,xy +2n-1,1.2 计算机中数据的编码,x补= 01000010 y补= 00110011, x+y =+117，进位=0， x-y=+15，进位=1,被运算器丢失，保存 在进位标志寄存器中,x+y补=001110101,x-y补=100001111,x补= 01000010 -y补= 11001101,例1.设x=(66)10，y=(51)10,以28 为模，补码运算x+y,解：x=(66)10= +1000010， y=(51)10= +0110011,1.2 计算机中数据的编码, 66+99=-1011011 = -91 -66-99=+01011011= +91,结果都是错的

14、？,66+99补=0 10100101,-66-99补=1 01011011,-66补= 10111110 -99补= 10011101,例2以28为模，补码运算, 求66+99， -66-99,解：66补= 01000010 99补= 01100011,1.2 计算机中数据的编码,错误原因： 因为字长n=8，8位字长的补码数， 其真值 范围是： -128+127 而66+99 165， 真值超过127， -66-99 -165，真值小于-128,总之，运算器位数不够，不能表示165和-165， 出错。 结论：定字长的机器，表示的数值是有范围的。,1.2 计算机中数据的编码,（三）溢出和进位的

15、概念 1进位：运算后，最高位向更高位的进位值。 溢出：运算结果超出了运算器所能表示的范围。,1.2 计算机中数据的编码,计算机处理的数值数据，包括有符号数和无符号数两类。,无符号数的机器数最高位不代表符号，而是数值的一部分。,某数是无符号数，还是有符号数，其物理意义是由程序员定义,有符号数的机器数最高位代表符号，不是数值的一部分。,下列情况就发生了溢出： 8位加法器，运算无符号数，结果 256 8位加法器，运算有符号数，结果 +127， 215-1,-215,2计算机怎样表示进位和溢出,1.2 计算机中数据的编码, 运算器对有符号数和无符号数同样对待 最高位的进位值保存在“进位标志寄存器”中

16、如加数与被加数的最高位相同，却与结果的 最高位相异，则将“溢出标志寄存器”置为1,如果参与运算的数是无符号数，则判进位标志， 进位标志=1，表示溢出错。,如果参与运算的数是有符号数，则判溢出标志， 溢出标志=1，表示溢出错。,3程序员如何判断溢出错？,1.2 计算机中数据的编码,例： 加数= 01000010 被加数= 01100011,再如：加数= 10111110 被加数= 10011101,结果正确否？,CF=0，OF=1,和 = 010100101,和= 101011011,CF=1，OF=1,结果正确否？,1.2 计算机中数据的编码,一. 计算机系统组成： 硬件：泛指设备而言 软件：

17、泛指程序而言,1.3 计算机系统的基本组成,硬件：,软件： 系统软件（操作系统，程序设计语言及其编辑、编译软件） 应用软件：为解决某一实际问题而编制的软件 二.微型机硬件结构,1.3 计算机系统的基本组成,C P U,存储器,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构, 以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,1.3 计算机系统的基本组成,存储器,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构, 以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,1.3 计算机系统的基本组成,存储器:指系统

18、的主存储器，简称为内存。 用来存放程序、数据,存储器,存储器,C P U,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构, 以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,1.3 计算机系统的基本组成,存 储 器 是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据 存 储 元 存储器的最小组成单位，用以存储1位二进制代码。 存储单元 是CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同操作属性的存储元组成。 单元地址 在存储器中用以表识存储单元的唯一编号，CPU通过该编号访问相应的存储单元。 存 储 体 存储单元的集合，是存放二进制信息的地方,几个基本术语,1.3 计

19、算机系统的基本组成,存储器各个概念之间的关系,存储单元,存储元,存储体,1.3 计算机系统的基本组成,位和字节 位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的 是取值只能为0或1的一个二进制数值位。位作为单位时记作b 字节（byte）由8个位二进制位组成，通常用作计算存储容量的 单位。字节作为单位时记作B K是kelo的缩写， 1K=1024=210； M是mega的缩写，1M=1024K=220； G是Giga的缩写， 1G=1024M=230； T是tera的缩写， 1T=1024G=240。,10000101,对存储器的操作: 读: CPU从存储器取出信息； 写：CPU向存储器存入信息。,存储器,存储器,C P U,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,I/O接口,I/O设备,微机系统的硬件结构,1.3 计算机系统的基本组成,I/O接口:是CPU和外部设备交换信息的“中转站”,I/O接口,存储器,C P U,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O设备,微机系统的硬件结构, 以CPU为核心通过3条总线连接存储器、I/O接口,1.3 计算机系统的基本组成,I/O设备:如键盘、显示器、打印机,I/O设备,存储器,C P U,AB地址总线,DB数据总线,CB控制总线,存储器,I/O接口,微机系统的硬件结构, 以CPU