《进制与码元》PPT课件.ppt

1、第1章 进制与码元,教材 郑初华主编，汇编语言、微机原理及接口技术，电子工业出版社,课程情况 教学：56学时 实验：1周 考试：作业10%，实验10%，期末考试80%,上课时间安排,1-16周 周一 5-7节 310403 12-16周 周二 3-4节 310403 19周 课程设计,参考书,Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全 (美)Barry B.Brey 著 陈谊 等译 机械工业出版社 1998.1 第一版 93.00 Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全 (最新版或原版的影印版) 其它的X86的教材(著名大学、著名出版社、最近出版的),教学内容,第一章 进制与码元

2、第二章 微型计算机硬件基础 第三章 Intel 8086/8088 CPU的指令系统 第四章 汇编程序设计 第五章 内存组成、原理与接口 第六章 输入输出系统和中断技术 第七章 常用数字接口电路 第八章 模拟量的输入输出,课程相关事项,本课程的特点 注重原理,结合应用 本课程的学习方法 记忆指令,上机调试,自学与听讲结合 本课程学习注意问题 既要注重细节,也要注重全局概念 克服枯燥,结合原理探讨有关应用,本课程的组成,软件 ,主要指80X86的软件体系结构及汇编语言指令及编程 硬件 ,主要指80X86管脚、存储器结构及I/O接口电路,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,

3、1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.1 概 述,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（Mainframe Computer） 小型计算机（Minicomputer） 微型计算机（Microcomputer） 单片计算机

4、（Single-Chip Microcomputer） 微型计算机的核心：微处理器(中央处理器CPU) Intel CPU的发展见下页表,摩尔定律(Moores Law),英特尔处理器2009年：达到32nm工艺估计到2030年将进入1.6nm工艺 如果目标实现，这将再次证明摩尔定律(Moores Law)还依然有效，并指导着半导体工艺发展。,INTEL芯片组,440系列 - 其中440BX是奔腾2时期的经典之作 810系列 - 是Intel第一款采用集成显卡的芯片组。不支援AGP,使得不能升級显示卡。 815系列 - 是奔腾III处理器的不二选择，其中815EP B-Step（又称815EP

5、T）正式支持图拉丁（Tualatin）核心的CPU。 850系列 - 配合奔腾4的上市而设计的，采用不成熟的Socket423插座并搭配昂贵的RAMBUS内存使得它与Socket423的奔腾4同时被淘汰出局。新的850E后来作为工作站级别的芯片组上市。,INTEL芯片组,845系列 - 为了摒弃昂贵的RAMBUS内存而设计的搭配SDRAM内存的芯片组。随着DDR内存的上市，英特尔又推出了845D以及后续的845E、845G等芯片组。 865/875系列 - 为全面支持含超线程技术（Hyper-Threading）的奔腾4设计的芯片组，首度支持双通道内存、SATA硬盘、AGP8X和USB2.0等

6、新技术。 848P - 865系列的简化版本，去掉了对双通道内存的支持。,INTEL芯片组,915/925系列 - 采用LGA775封装的新型处理器而推出的采用PCI Express技术芯片组，后来有改换Socket478插座和AGP插槽的型号。 915芯片组摒弃了AGP技术而采用了PCI-Express总线，同时开始支持DDR2内存。 925系列支持Pentium 4 Extreme Edition 处理器。 945/955/975系列 - 在原915/925芯片组的基础上，增加了对奔腾D双核心CPU的支持。其中955和975系列支持了Pentium Extreme Edition处理器。,

7、INTEL芯片组,945GT Express芯片组更是支持了Core Duo处理器。使用VRM11的975系列主板更支援Intel Core 2系列处理器。 946系列 - 基于945芯片組，加入对800MHz的Intel Core 2处理器的支援。 965系列 - 加入对Intel Core 2系列处理器的支援，另外加入原生的双管道DDRII800的支援。採用全新的命名方法P965、Q965等取代沿用已久的945P等命名。,Intel已经在Hillsboro, Ore., campus的研发中心，成功安装业界第一台商业运行的极度紫外光石版照相设备！Intel将采用这种设备在0.032微米制程

8、的晶圆上刻画金属电路。,典型CPU介绍,Intel 3.8G P4 670 90纳米制程Prescott核心，L2高速缓存为2MB，晶体管数量1.69亿颗，硅晶面积为135平方厘米，设计热功率为115W,P4-Prescott CPU,Intel 915/925平台,Intel 975平台,Intel P35平台,Intel双核结构图,AMD双核结构图,双核CPU大战！AMD全胜,双核CPU大战！AMD全胜,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 I

9、BM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.2 微型计算机的硬件结构,微机的硬件体系结构仍采用冯诺依曼建立的经典结构。其主要特点是：微型计算机系统的硬件由五大部分组成： 1.运算器 2. 控制器 3. 存储器 4.输入设备 5. 输出设备 其中运算器和控制器合称微处理器MPU(或CPU)。 输入设备和输出设备合称/O设备。,微型计算机基本结构,I/O设备,I/O 接口,存储器,ALU,控制器,取指,读,程序 数据,结果,程序 数据,结果,取,存,I/O命令,操作命令,写,存,微机总线,总线包括地址总线 AB(ADDRESS BUS)、数据总

10、线DB(DATA BUS)和控制总线CB(CONTROL BUS)。 数据总线DB用来传递数据信息，由于数据信息可在MPU和存储器、I/O设备之间相互传递，故为双向总线。,微机总线,地址总线AB用于传送MPU发出的地址信息，是单向总线。微机中存储单元I/O设备都有地址，在交换信息前，MPU先通过传送地址信息找寻所需交换信息的存储器和I/O设备，然后经数据总线进行信息的交换。 控制总线CB用来传送控制信号、时序信号和状态信号，由于有的信号由MPU发向存储器和I/O设备，有的信号由存储器和I/O设备发向MPU，故控制总线从整体上看是双向的。,微机总线,CPU,定时电路,接口,接口,ROM,RAM,

11、I/O 接口,输出设备,输入设备,DMA,地址总线,数据总线,控制总线,并行接口 串行接口 定时/计数 中断控制器,典型的PC系统结构,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.3 数字化信息编码与数据表示,掌握 特点； 表示方法； 相互间的转换。,一、常用记数制,1十进制（Decimal，D） 日常生活中最常见的是十进制数，用十个不同的符号来表示：0、

12、1、2、3、4、5、6、7、8、9，称为代码。 符合人们的习惯 2二进制（Binary，B） 二进制数只有两个代码“0”和“1”，所有的数据都由它们的组合来实现。二进制数据在进行运算时，遵守“逢二进一，借一当二”的原则。 便于物理实现。,常用记数制,3十六进制（Hex，H） 十六进制数采用09和A、B、C、D、E、F六个英文字母一起构成十六个代码。 便于识别、书写。 4.八进制（Octal，O，Q）,1. 十进制,特点：以十为底，逢十进一； 共有0-9十个数字符号。 表示：,2. 二进制,特点：以2为底，逢2进位； 只有0和1两个符号。 表示：,3. 十六进制,特点：以16为底，逢16进位；

13、有0-9及A-F共16个数字符号。 表示：,进位计数制的一般表示,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,进制转换和计算,如何区分不同进位记数制的数字,在数字后面加一个字母进行区分： 二进制：数字后面加B, 如1001B 八进制：数字后面加O, 如1001O 十进制：一般不加, 如1001 十六进制：数字后面加H , 如1001H 在明显可以区分其记数制的情况下，可以省略数字后面的字母,二、进制转换,1非十进制数到十进制数的转换 P1例1.1 按相应进位计数制的权表

14、达式展开，再按十进制求和。 例：10110010B = (?)10 13FAH = (?)10,二、进制转换,2. 十进制到非十进制数的转换 十进制 二进制的转换： 整数部分：除2取余； 小数部分：乘2取整。 十进制 十六进制的转换： 整数部分：除16取余； 小数部分：乘16取整。 以小数点为起点求得整数和小数的各个位。,二、进制转换,3. 二进制与十六进制间的转换 用4位二进制数表示1位十六进制数 例： 10110001001.110 = (?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 . C 注意：位数不够时要补0,例：将（236）D转换成二进制,将十进制数转变成二进制数,例

15、：（0.6875 ）D=？B=(0.1011 ) B,例（0.6875 ）D=？B=(0.1011 ) B 0.6875*2=1.375 (取整=1) (1.375-1)*2=0.75 (取整=0) 0.75*2=1.5 (取整=1) (1.5-1)*2=1 (取整=1),提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.4 无符号二进制数的运算,无符号数 算术

16、运算 有符号数 逻辑运算,一、无符号数的运算,算术运算 包括： 加法运算 减法运算 乘法运算 除法运算,1. 规则,加法：1+1=0（有进位）, 减法：0-1=1（有借位）, 乘除法： 一个数乘以2相当于该数左移一位；除以2则相当于该数右移1位。,例：,000010110100=00101100B 000010110100=00000010B11B 即： 商=00000010B 余数=00000011B,2. 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。 （或者说运算结果超出n位，则产生溢出） 判别方法： 运算时，当最高位

17、向更高位有进位（或 借位）时则产生溢出。,例：,11111111 + 00000001 1 00000000 结果超出位（最高位有进位），发生溢出。（结果为256，超出位二进制数所能表示的范围255）,3. 逻辑运算,与()、或()、非() 、异或() 特点：按位运算，无进借位 运算规则 例：A=10110110, B=01101011 求：AB, AB, AB,4. 逻辑门,逻辑门：完成逻辑运算的电路 掌握： 与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）； 与非门、或非门的应用。,与门（AND Gate）,Y = AB,注：基本门电路仅完成1位二进制数的运算,或门（OR Gate）,Y = AB

18、,Y,A B,非门（NOT Gate）,1,A,Y,异或门（eXclusive OR Gate）,Y = AB,Y,A B,1.5 带符号二进制数的运算,计算机中的带符号二进制数 把二进制数的最高位定义为符号位 符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示负数 符号位+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。 在以下讲述中，均以位二进制数为例,例：,+52 = +0110100 = 0 0110100 -52 = -0110100 = 1 0110100,真值,机器数,符号位,数值位,1. 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

19、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。,原码X原,定义 符号位：0表示正，1表示负； 数值位：真值的绝对值。,原码的例子,真值,X=+18=+0010010,X=-18=-0010010,原码,X原,=0 0010010,X原,=1 0010010,符号,符号位,n位原码表示数值的范围是 对应的原码是1111 0111。,数0的原码,8位数0的原码：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：数0的原码不唯一。,反码X反,定义 若X0 ，则 X反=X原 若X0， 则 X反= 对应原码的符号位不变，数值部分按位求

20、反,例：,X= - 52 = -0110100 X原 = 10110100 X反 = 11001011,反码的例子,真值,X=+18=+0010010,X=-18=-0010010,反码,X反,=0 0010010,X反,=1 1101101,符号,符号位,n位反码表示数值的范围是 对应的反码是1000 0111。,0的反码：,+0反 = 00000000 -0反 = 11111111 即：数0的反码也不是唯一的。,补码,定义： 若X0， 则X补= X反= X原 若X0， 则X补= X反+1,例：,X= 52= 0110100 X原 = 10110100 X反 = 11001011 X补 =

21、X反+1=11001100,n位补码表示数值的范围是 对应的补码是1000 0111。,0的补码：,+0补= +0原=00000000 -0补= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 对8位字长，进位被舍掉 +0补= -0补= 00000000,特殊数10000000,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：(10000000) = 128,源码、反码和补码之间的转换,例子：见p5例1.11 见p5图1.6,8位有符号数的表示范围：,对8位二进制数： 原码： -127 +127 反码： -127 +127 补码： -1

22、28 +127 想一想：16位有符号数的表示范围是多少？,2. 有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 2）进行转换,例：,将一个用补码表示的二进制数转换为十进制数。 1) X补 = 0 0101110B 真值为：+0101110B 正数 所以：X=+46 2) X补 = 1 1010010B 负数 X = X补补 = 11010010补 = - 0101110B 所以：X = - 46,3. 符号数运算中的溢出问题,进(借)位 在加法过程中，符号位向更高位产生进位； 在减法过程中，符号位向更高位产生借位。 溢出 运算结果超出运算器所能表示的范围,溢出的判断方法,

23、方法： 同号相减或异号相加不会溢出。 同号相加或异号相减可能溢出： 两种情况： 同号相加时，结果符号与加数符号相反溢出； 异号相减时，结果符号与减数符号相同溢出。 方法： 两个8位带符号二进制数相加或相减时，若 C7C61， 则结果产生溢出。 C7为最高位的进(借)位；C为次高位的进(借)位。,例：,有符号数运算，有溢出表示结果是错误的 无符号数运算，有进位表示结果是错误的,1 0 1 1 0 1 0 1 + 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0,0 1 0 0 0 0 1 0 + 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1,0 1 0 0 0

24、 0 1 0 + 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1,CASE1:,CASE2:,CASE3:,1.5 数的编码方法,一、十进制数的表示BCD码 用4位二进制数表示一位十进制数。有两种表示法：压缩BCD码和非压缩BCD码。 压缩BCD码的每一位用4位二进制表示，00001001表示09，一个字节表示两位十进制数。 非压缩BCD码用一个字节表示一位十进制数，高4位总是0000，低4位的00001001表示09。,十进制的BCD码对应表,1.5 数的编码方法,二、非数值数据的表示 计算机中除了能够处理数值数据以外，还可以处理文字、语音、图像等各种信息，这些信息统称为

25、非数值数据。 非数值数据在计算机中也必须以二进制形式表示，非数值数据的表示本质上是编码的过程。 最常用的数据编码：美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange, ASCII码) （见下页ASCII编码表，教材中的附录E，p512）,ASCII码,采用7位二进制代码对字符进行编码 数字09的编码是0110000（30H）0111001（39H），它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码（BCD码）相符。 英文字母AZ的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母az的ASCII码从110000

26、1（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。 最高位通常总为0，有时也用作奇偶校验位。,ASCII码美国标准信息交换代码,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.5 数的编码方法,三.汉字编码 1981年公布的国家标准信息交换用汉字编码（GB2312-80）规定了汉字的编码，即国际码。每个汉字由两个字节表示，每个字节用7位二进制码，最高位为

27、1，例如：字符“大”的国际码为： 00110100 01110011 为了使汉字编码和常用的ASCII码相区别，汉字编码在机器内的表示与国际码不同，形成汉字的内码。 一种机器常用若干种汉字输入方法，但其内码是统一的。通常内码是由国际码的两个字节最高位置“ ”构成的。例如，汉字“大”的内码为： 10110100 11110011,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,

28、6,7,8,1.6 计算机中数据的表示方法,数的小数点表示法 （1）数的定点表示：规定小数点的位置固定不变，分为定点小数和定点整数。 （2）数的浮点表示 ：规定小数点在数中的位置是浮动的。,定点数表示方法,定点（纯）小数如图a所示，定点（纯）整数如图b所示。,浮点数表示方法（科学计数法，P7）,尾数：浮点数的有效数字，为小于1的数。 数符：浮点数的正负。 阶码：指数。 阶符：指数的正负。,计算机中浮点数的表示,提纲,1.1 概 述,1,1.2 微型计算机的硬件结构,3,1.3 数字化信息编码与数据表示,1.4 无符号二进制数的运算,1.5 数的编码方法,1.6 计算机中数据的表示方法,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.8 微型计算机系统的主要性能指标,2,3,4,5,6,7,8,1.7 IBM PC系列微机系统简介,1.PC系列微机又称80X86（或X86）系列微机是指以Intel公司的CPU系列芯片为微处理器的微机系统，包括IBM PC、PC/XT，PC/AT，386，486，586微机等。 2.PC系列微机系统由主机箱、键盘、CRT显示器和打印机等几个主要部分构成。其中主机箱包括： 主板（Main board)，又称系统板、母板 显示适配器卡（又称视频卡） 软、硬盘驱动器及其适配器卡 其它接口电路 电源,1.7 IBM PC系列微机系统简介,3.机结构型