《微型计算机原理与接口技术》第1章-2013

,微型计算机原理与接口技术,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.,9 0,1,2,.9,A,B,C,D,E,F,权,2,i,8,i,10,i,16,i,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,10,0, 10,1, 10,2, 10,3,位二进制数,等值的一位,十六进制数,位二进制数,等值的一位,十六进制数,0000,0,1000,8,0001,1,1001,9,0010,2,1010,A,0011,3,1011,B,0100,4,1100,C,0101,5,1101,D,0110,6,1110,E,0111,7,1111,F,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,( 3 9 ),16,( 7 A ),16,( B 3 ),16,( 4 5 ),16,( 2 6 ),16,( 1 F ),16,二数制转换, 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：,12,3,12,2,02,1,12,0,12,1,12,2,= 8,4,0,1,0.5,0.25,= (13.75 ),10,如： （,29A F,）,16,= (,?,),10,解,：,216,3,916,2,1016,1,1516,0,= 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),2,0. 8125,1 . 625,2,2,1. 250,2,1. 0,2,0. 5,1.1,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,4,0100,0100,3,0011,0011,2,0010,0010,1,0001,0001,0,0000,0000,等值的一位十进制数,等值的一位,BCD,码数,四位二进制数,1.2,计算机中数据的编码,0101,0101,5,0110,0110,6,0111,0111,7,1000,1000,8,1001,1001,9,1010,非法,BCD,码,1011,1100,1101,1110,1111,1.2,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,二字符的编码,ASCII,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（,2,7,=128,）。,1.2,计算机中数据的编码,ASCII,字符编码,高,位,低,位,000 001 010 011 100 101 110 111,0000 NUL DLE SP,0, P p,0001,SOH DC1 !,1,A,Q a q,0010,STX DC2,“,2 B R b r,0011,ETX DC3 # 3 C S c s,0100,EOT DC4 $ 4 D T d t,0101,ENQ NAK % 5 E U e u,0110,ACK SYN & 6 F V f v,0111,BEL ETB,7 G W g w,1000,BS CAN ( 8 H X h x,1001,HT EM ) 9 I Y i y,1010,LF,SUB * : J Z j z,1011,VT ESC + ; K k ,1100,FF FS , N n ,1111,SI US / ? O _ o DEL,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,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,：,0,9,的,ASC,码为,30H,39H,A,F,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,10000101,1.2,计算机中数据的编码,表示的数,是多少？,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。,正数 负数,0,XXXXXXX,1,XXXXXXX,2,机器数,：在计算机中如何表示正负,?,1.2,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。,0,0010111,1,0010111,1.2,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：,+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),2,0,0010111,1,1101000,1.2,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,0,0010111,1,1101000,1,1101001,1.2,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,:,-2,n-1,+2,n-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,1000,0000,0000,0000,0111,1111,1111,1111,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),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,0000,1111,共十六个数,模,2,4,八位计数器能存,0000,0000,1111,1111,共,256,个数，,模,2,8,十六位计数器能存,0000,0000,0000,0000,1111,1111,1111,1111,共,65536,个数，,模,2,16,1.2,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,2,4,16,一位全加器有,3,个输入端,(,加数,被加数,低位向本位的进位,),2,个输出端,(,本位和,本位向高位的进位,),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,2,n,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,2,n-1, x, y,x+y,x,y +127,，,2,15,-1,-2,15,2,计算机怎样表示进位和溢出,CF,OF,溢出判断电路,来自低位的进位值,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, 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,=,0,1000010,被加数,=,0,1100011,再如：加数,=,1,0111110,被加数,=,1,0011101,结果正确否？,CF=0,，,OF=1,和,=,0,1,0100101,和,=,1,0,1011011,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：,泛指程序而言,1.3,计算机系统的基本组成,硬件：,中央处理器,CPU,（运算器、控制器）,存储器系统,I/O,接口,电源系统,I/O,设备,主机箱,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,CPU,:,即微处理器，是超大规模集成电路，内部集成了运算器、控制器、存储器管理部件,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,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,计算机系统的基本组成,存储器各个概念之间的关系,单元地址,00,00,0001,.,.,.,.,.,.,.,.,XX,XX,存储单元,存储元,存储体,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,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,C,P,U,AB,地址总线,DB,数据总线,CB,控制总线,存储器,存储器,I/O,接口,I/,O,设备,微机系统的硬件结构,总线,:,总线是,CPU,与存储器、,I/O,接口交换信息的公共通道。,1.3,计算机系统的基本组成,传输,CPU,访问存储器，,访问,I/O,端口的地址信号。,传输,CPU,读,/,写内存，,读写,I/O,端口时的数据。,CPU,发出的控制命令，,或外部向,CPU,提出的请求。,地址总线,：,数据总线,：,控制总线,：,地址总线通常是单向总线,数据总线通常是双向总线,大部分控制线是单向，少数是双向,“,3,条,”,是习惯说法,其实每一条都有若干根。,按总线上信息传输的物理意义，总线分为,:,1.3,计算机系统的基本组成,术语：,“,读,”,：即输入,信息从外部,CPU,“,写,”,：即输出,信息从,CPU,外部,“,读内存,”,：从存储器取信息,CPU,“,写内存,”,：信息写入存储器,1.3,计算机系统的基本组成,微型计算机系统总结,运算器 控制器,寄存器组,主存储器 总线,输入输出输出,接口电路,外部设备 软件,微处理器,微型计算机,微型计算机系统,熟练掌握二进制数，十进制数，十六进制数和,BCD,码数,之间的转换方法。,熟练掌握真值数和补码数之间的转换方法。,牢记,0,，回车符，换行符的,ASC,码。,熟练掌握整数补码的运算方法，并对结果进行分析，深入理解有关进位和溢出的概念。,掌握微型计算机的硬件基本结构,第,1,章 学习重点,作业一：,教材,P15,第,1,题的（,1,）,(6),(7),的（,a),和（,d),