微型計算機基礎

1、第1章 微型計算機基礎 第第1 1章章 微型計算機基礎微型計算機基礎 1.1 計算機中的數(shù)制及相互轉換計算機中的數(shù)制及相互轉換 1.2 二進制數(shù)的運算二進制數(shù)的運算 1.3 帶符號數(shù)的表示帶符號數(shù)的表示 1.4 定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)和浮點數(shù) 1.5 BCD碼和碼和ASCII碼碼 1.6 微型計算機的組成及工作過程微型計算機的組成及工作過程 第1章 微型計算機基礎 1.1 計算機中的數(shù)制及相互轉換計算機中的數(shù)制及相互轉換 1.1.1 進位計數(shù)制進位計數(shù)制 按進位原則進行計數(shù)的方法, 稱為進位計數(shù)制。十進制數(shù)有兩個主要特點: （1） 有 10 個不同的數(shù)字符號: 0、 1、 2、 、 9; （ 2

2、 ） 低 位 向 高 位 進 位 的 規(guī) 律 是 “ 逢 十 進 一 ” 。 因此, 同一個數(shù)字符號在不同的數(shù)位所代表的數(shù)值是不同的。如555.5中 4 個 5分別代表500、 50、 5 和 0.5, 這個數(shù)可以寫成555.5=5102+5101+5100+510-1 式中的10稱為十進制的基數(shù), 10、101、100、10-1稱為各數(shù)位的權。 第1章 微型計算機基礎 任意一個十進制數(shù)N都可以表示成按權展開的多項式: inmiimmnnnnddddddN1010.1010.1010111002211 其中, di是09共10個數(shù)字中的任意一個, m是小數(shù)點右邊的位數(shù), n是小數(shù)點左邊的位數(shù),

3、 i是數(shù)位的序數(shù)。例如, 543.21可表示為543.21=5102+4101+3100+210-1+110-2第1章 微型計算機基礎 一般而言, 對于用 R 進制表示的數(shù) N , 可以按權展開為 inmiimmnnnnRaRaRaRaRaRaN111002211.式中, ai 是 0、1、 、 （R-1）中的任一個, m、 n是正整數(shù), R是基數(shù)。在 R 進制中, 每個數(shù)字所表示的值是該數(shù)字與它相應的權Ri的乘積, 計數(shù)原則是“逢 R進一”。 第1章 微型計算機基礎 1. 二進制數(shù)二進制數(shù) 當 R=2 時, 稱為二進位計數(shù)制, 簡稱二進制。在二進制數(shù)中, 只有兩個不同數(shù)碼: 0和1, 進位規(guī)

4、律為“逢二進一”。任何一個數(shù) N, 可用二進制表示為 inmiimmnnnnaaaaaaN22.22.22111002211 例如, 二進制數(shù) 1011.01 可表示為(1011.01)2=123+022+121+120+02-1+12-2 第1章 微型計算機基礎 2. 八進制數(shù)八進制數(shù) 當R=8 時, 稱為八進制。在八進制中, 有 0、1、2、7 共 8 個不同的數(shù)碼, 采用“逢八進一”的原則進行計數(shù)。如（503)8可表示為(503)8=582+081+380 第1章 微型計算機基礎 3. 十六進制十六進制 當R=16時, 稱為十六進制。在十六進制中, 有 0、1、2、 9、 A、B、C、D

5、、E、F共 16個不同的數(shù)碼, 進位方法是“逢十六進一”。 例如, （3A8.0D）16可表示為（3A8.0D)16=3162+10161+8160+016-1+ 1316-2 第1章 微型計算機基礎 表1.1 各種進位制的對應關系 十進制十進制二進制二進制八進制八進制十六進制十六進制十進制十進制二進制二進制八進制八進制十六進制十六進制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F7111771610000201081000108第1章 微型計算

6、機基礎 1.1.2 不同進制間的相互轉換不同進制間的相互轉換 1. 二、二、 八、八、 十六進制轉換成十進制十六進制轉換成十進制 例例 1 將數(shù)(10.101)2, (46.12)8, (2D.A4)16轉換為十進制。 （10.101)2=121+020+12-1+02-2+12-3=2.625 (46.12)8=481+680+18-1+28-2=38.156 25 (2D.A4)16=2161+13160+1016-1+416-2=45.640 62 第1章 微型計算機基礎 2. 十進制數(shù)轉換成二、八、十六進制數(shù)十進制數(shù)轉換成二、八、十六進制數(shù) 任意十進制數(shù) N 轉換成 R 進制數(shù), 需將

7、整數(shù)部分和小數(shù)部分分開, 采用不同方法分別進行轉換, 然后用小數(shù)點將這兩部分連接起來。 (1) 整數(shù)部分: 除基取余法。 分別用基數(shù) R 不斷地去除 N 的整數(shù), 直到商為零為止, 每次所得的余數(shù)依次排列即為相應進制的數(shù)碼。最初得到的為最低有效數(shù)字, 最后得到的為最高有效數(shù)字。 第1章 微型計算機基礎 例例 2 將（168)10轉換成二、 八、 十六進制數(shù)。 第1章 微型計算機基礎 (2) 小數(shù)部分: 乘基取整法。 分別用基數(shù) R(R=2、8或16）不斷地去乘N 的小數(shù), 直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止, 每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應進制的數(shù)碼。 最初得到的為最高有效數(shù)字,

8、最后得到的為最低有效數(shù)字。 第1章 微型計算機基礎 故： (0.645)10=(0.10100)2=(0.51217)8=(0.A51EB)16 第1章 微型計算機基礎 例例 4 將將（168.645)10轉換成二、 八、 十六進制數(shù)。 根據(jù)例2、例 3 可得 （168.645)10= (10101000.10100)2= (250.51217) 8=(A8.A51EB)16 第1章 微型計算機基礎 3. 二進制與八進制之間的相互轉換二進制與八進制之間的相互轉換 由于23= 8, 故可采用“合三為一”的原則, 即從小數(shù)點開始分別向左、右兩邊各以3位為一組進行二八換算: 若不足 3 位的以 0

9、補足, 便可將二進制數(shù)轉換為八進制數(shù)。反之, 采用“一分為三”的原則, 每位八進制數(shù)用三位二進制數(shù)表示, 就可將八進制數(shù)轉換為二進制數(shù)。 例例 5 將（101011.01101)2轉換為八進制數(shù)。 101 011 . 011 010 5 3 . 3 2 即 （101011.01101)2= (53.32)8 第1章 微型計算機基礎 例例 6 將(123.45)8轉換成二進制數(shù)。 1 2 3 . 4 5001 010 011 . 100 101 即 （123.45)8=(1010011.100101) 第1章 微型計算機基礎 例例 7 將（110101.011)2轉換為十六進制數(shù)。 0011 0

10、101 . 0110 3 5 . 6 即 （110101.011) 2=(35.6)16 第1章 微型計算機基礎 例例 8 將（4A5B.6C)16轉換為二進制數(shù)。 4 A 5 B . 6 C0100 1010 0101 1011 . 0110 1100即 （4A5B.6C)16=(100101001011011.011011)2 第1章 微型計算機基礎 1.2 二進制數(shù)的運算二進制數(shù)的運算 1.2.1 二進制數(shù)的算術運算二進制數(shù)的算術運算 二進制數(shù)只有 0和1兩個數(shù)字,其算術運算較為簡單,加、 減法遵循“逢二進一”、“借一當二”的原則。 1. 加法運算加法運算規(guī)則: 0+0=0; 0+1=1

11、; 1+0=1; 1+1=10(有進位) 第1章 微型計算機基礎 例例 1 求1001B+1011B。 第1章 微型計算機基礎 2. 減法運算減法運算規(guī)則: 0-0=0; 1-1=0; 1-0=1; 0-1=1(有借位) 例例 2 求1100B-111B。 第1章 微型計算機基礎 3. 乘法運算乘法運算規(guī)則: 00=0; 01=10=0; 11=1例例 3 求1011B1101B。 第1章 微型計算機基礎 即 10100101B/1111B=1011B 4. 除法運算除法運算規(guī)則: 0/1=0; 1/1=1例例 4 求10100101B/1111B 第1章 微型計算機基礎 1.2.2 二進制數(shù)

12、的邏輯運算二進制數(shù)的邏輯運算 1. “與與”運算運算 “與”運算是實現(xiàn)“必須都有,否則就沒有”這種邏輯關系的一種運算。 運算符為“ ”, 其運算規(guī)則如下:00=0, 01=10=0, 11=1 例例 5 若X=1011B, Y=1001B, 求XY。 100110011011.即 XY=1001B 第1章 微型計算機基礎 2. “或或”運算運算 “或”運算是實現(xiàn)“只要其中之一有,就有”這種邏輯關系的一種運算, 其運算符為“+”。 “或”運算規(guī)則如下:0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=1 例例 6 若X=10101B, Y=01101B, 求X+Y。 101010110111101+即

13、 X+Y=11101B 第1章 微型計算機基礎 3. “非非”運算運算 “非”運算是實現(xiàn)“求反”這種邏輯的一種運算，如變量A的“非”運算記作 。 其運算規(guī)則如下: A10, 01例例 7 若A=10101B, 求 。 ABBA0101010101 第1章 微型計算機基礎 4. “異或異或”運算運算 “異或”運算是實現(xiàn)“必須不同, 否則就沒有”這種邏輯的一種運算, 運算符為“”。其運算規(guī)則是: 011 , 101 , 110 , 000例例 8 若X=1010B, Y=0110B, 求XY。 101001101100即 XY=1100B 第1章 微型計算機基礎 1.3 帶符號數(shù)的表示帶符號數(shù)的表

14、示 1.3.1 機器數(shù)及真值機器數(shù)及真值 計算機在數(shù)的運算中, 不可避免地會遇到正數(shù)和負數(shù), 那么正負符號如何表示呢？由于計算機只能識別0和1, 因此, 我們將一個二進制數(shù)的最高位用作符號位來表示這個數(shù)的正負。 規(guī)定符號位用“0”表示正, 用“1”表示負。例如, X=-1101010B, Y=+1101010B, 則X表示為: 11101010B, Y表示為01101010B。 第1章 微型計算機基礎 1.3.2 數(shù)的碼制數(shù)的碼制 1. 原碼原碼 當正數(shù)的符號位用0表示, 負數(shù)的符號位用1表示, 數(shù)值部分用真值的絕對值來表示的二進制機器數(shù)稱為原碼, 用X原表示, 設X為整數(shù)。 若X=+Xn-2

15、Xn-3X1X0, 則X原=0Xn-2Xn-3X1X0=X; 若X=-Xn-2Xn-3X1X0,則X原=1Xn-2Xn-3X1X0=2n-1-X。 其中, X為n-1位二進制數(shù), Xn-2、Xn-3、 、X1、X0為二進制數(shù)0或1。例如+115和-115在計算機中（設機器數(shù)的位數(shù)是8）其原碼可分別表示為+115原= 01110011B; -115原= 11110011B 第1章 微型計算機基礎 可見, 真值X與原碼X原的關系為 ,2,1XXXn原02201XXnn 值得注意的是, 由于+0原=00000000B, 而-0原=10000000B, 所以數(shù) 0的原碼不唯一。 8位二進制原碼能表示的

16、范圍是: -127+127。 第1章 微型計算機基礎 2. 反碼反碼 一個正數(shù)的反碼, 等于該數(shù)的原碼; 一個負數(shù)的反碼, 由它的正數(shù)的原碼按位取反形成。反碼用X反表示。 若X=-Xn-2Xn-3X1X0, 則X反=1Xn-2Xn-3X1X0。例如: X=+103, 則X反=X原=01100111B; X=-103, X原=11100111B, 則X反=10011000B。 ;) 12(,1XXXn反022011XXnn第1章 微型計算機基礎 3. 補碼補碼 “?！笔侵敢粋€計量系統(tǒng)的計數(shù)量程。如, 時鐘的模為12。任何有模的計量器, 均可化減法為加法運算。仍以時鐘為例, 設當前時鐘指向11點,

17、 而準確時間為7點, 調整時間的方法有兩種, 一種是時鐘倒撥4小時, 即11-4=7; 另一種是時鐘正撥8小時, 即11+8=12+7=7。 由此可見, 在以12為模的系統(tǒng)中, 加8和減4的效果是一樣的, 即 -4=+8（mod 12）對于n位計算機來說, 數(shù)X的補碼定義為 ,2,XXXn補02)2(mod;2011XXnnn第1章 微型計算機基礎 即正數(shù)的補碼就是它本身, 負數(shù)的補碼是真值與模數(shù)相加而得。 例如, n=8時, +75補=01001001B -73補=10000000 B- 01001001B=10110111B 0補=+0補=-0補=00000000B 可見, 數(shù)0的補碼表示

18、是唯一的。在用補碼定義求負數(shù)補碼的過程中, 由于做減法不方便, 一般該法不用。負數(shù)補碼的求法: 用原碼求反碼, 再在數(shù)值末位加1, 即: X補=X反+ 1 。 例 如 : - 3 0 補= - 3 0 反+ 1 = + 3 0 原+1=11100001+1=11100010B。 8位二進制補碼能表示的范圍為: -128 +127, 若超過此范圍, 則為溢出。 第1章 微型計算機基礎 1.4 定點數(shù)和浮點數(shù)定點數(shù)和浮點數(shù) 1. 定點法定點法 定點法中約定所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點隱含在某個固定位置。 對于純小數(shù), 小數(shù)點固定在數(shù)符與數(shù)值之間; 對于整數(shù), 則把小數(shù)點固定在數(shù)值部分的最后面, 其格式為 純小

19、數(shù)表示: 數(shù)符. 尾數(shù) 數(shù) 符尾 數(shù).小數(shù)點數(shù) 符尾 數(shù).小數(shù)點第1章 微型計算機基礎 2. 浮點法浮點法 浮點法中, 數(shù)據(jù)的小數(shù)點位置不是固定不變的, 而是可浮動的。 因此, 可將任意一個二進制數(shù)N表示成N=M2E其中, M為尾數(shù), 為純二進制小數(shù), E稱為階碼?？梢? 一個浮點數(shù)有階碼和尾數(shù)兩部分, 且都帶有表示正負的階碼符與數(shù)符, 其格式為 階 符階碼E數(shù) 符尾數(shù)M第1章 微型計算機基礎 設階碼 E的位數(shù)為m位, 尾數(shù)M的位數(shù)為n位, 則浮點數(shù)N的取值范圍為 2-n2-2m+1|N|(1-2-n)22m-1 為了提高精度, 發(fā)揮尾數(shù)有效位的最大作用, 還規(guī)定尾數(shù)數(shù)字部分原碼的最高位為1,

20、 叫做規(guī)格化表示法。 如0.000101表示為: 2-30.101 第1章 微型計算機基礎 1.5 BCD碼和碼和ASCII 碼碼 1.5.1 BCD碼碼 十進制數(shù) 8421BCD碼 十進制數(shù) 8421BCD碼 00000501011000160110200107011130011810004010091001表1.2 8421BCD編碼表 第1章 微型計算機基礎 例例 1 寫出69.25的BCD碼。 根據(jù)表 1.2, 可直接寫出相應的BCD碼: 69.25 =（01101001.00100101）BCD 第1章 微型計算機基礎 1.5.2 ASCII碼碼 表 1.3 ASCII 碼 表 第1

21、章 微型計算機基礎 1.6 微型計算機的組成及工作過程微型計算機的組成及工作過程 1.6.1 基本組成基本組成 圖 1.1 微型計算機的基本組成 第1章 微型計算機基礎 1. 中央處理器中央處理器CPU CPU（Central Processing Unit）是計算機的核心部件, 它由運算器和控制器組成, 完成計算機的運算和控制功能。 運算器又稱算術邏輯部件（ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成對數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯運算。 控制器（Controller）是整個計算機的指揮中心, 它負責從內部存儲器中取出指令并對指令進行分析、判斷, 并根據(jù)指令發(fā)出控制信號, 使計

22、算機的有關部件及設備有條不紊地協(xié)調工作, 保證計算機能自動、連續(xù)地運行。 第1章 微型計算機基礎 CPU中還包括若干寄存器（Register）, 它們的作用是存放運算過程中的各種數(shù)據(jù)、地址或其它信息。寄存器種類很多, 主要有: 通用寄存器: 向 ALU提供運算數(shù)據(jù), 或保留運算中間或最終的結果。 累加器A: 這是一個使用相對頻繁的特殊的通用寄存器, 有重復累加數(shù)據(jù)的功能。 程序計數(shù)器PC: 存放將要執(zhí)行的指令地址。 指令存儲器IR: 存放根據(jù)PC 的內容從存儲器中取出的指令。 在微型計算機中, CPU一般集成在一塊被稱為微處理器（MPU, Micro Processing Unit）的芯片上。

23、 第1章 微型計算機基礎 2. 存儲器存儲器M 存儲器（Memory）是具有記憶功能的部件, 用來存儲數(shù)據(jù)和程序。存儲器根據(jù)其位置不同可分為兩類: 內存儲器和外存儲器。內存儲器（簡稱內存）和CPU直接相連, 存放當前要運行的程序和數(shù)據(jù), 故也稱主存儲器（簡稱主存）。它的特點是存取速度快, 基本上可與CPU處理速度相匹配, 但價格較貴, 能存儲的信息量較小。外存儲器（簡稱外存）又稱輔助存儲器, 主要用于保存暫時不用但又需長期保留的程序和數(shù)據(jù)。 存放在外存的程序必須調入內存才能進行。外存的存取速度相對較慢, 但價格較便宜, 可保存的信息量大。 第1章 微型計算機基礎 3. 輸入輸入/輸出接口（輸出接口（I/O接口）接口） 輸入/輸出（I/O）接口由大規(guī)模集成電路組成的I/O器件構成, 用來連接主機和相應的I/O設備（如: 鍵盤、 鼠標、顯示器、 打印機等）, 使得這些設備和主機之間傳送的數(shù)據(jù)、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O設備必須配置與其相適應的I/O接口。 第1章 微型計算機基礎 4. 總線總線 總線（BUS）是計算機各部件之間傳送信息的公共通道。微機中有內部總線和外部總線兩類。內部總線是CPU內部之間的連線。外部總線是指CPU與其它部件之間的連線。 外部總線有三種: 數(shù)據(jù)總線DB（Data Bu