第1章-微型計算機基礎(chǔ)知識(last)課件

1、微型計算機原理主講教師：宋雪麗教材及主要參考書教材：微機原理與接口技術(shù)，馮博琴主編，清華大學(xué)出版社，2002.2主要參考書：微型計算機原理，姚燕南、薛鈞義主編 姚向華、歐文編著，高等教育出版社硬件技術(shù)基礎(chǔ)，馮博琴主編，郵電出版社微機原理及應(yīng)用，李伯成等編，西安電子科技大學(xué)出版社考核方式平時及實驗30% 期末考試 70%機械07-1.2.3.4.5班 星期二第3.4節(jié) 機電樓B231 星期五第3.4節(jié)（單周）機電樓B231歡迎大家按時來上課!（高職）機械07-1、2班 星期二第1.2節(jié) 機電樓A511 星期五第1.2節(jié)（單周）機電樓A511 歡迎大家按時來上課!課程目標掌握：微型計算機的基本工作

2、原理匯編語言程序設(shè)計方法微型計算機接口技術(shù)建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力課程主要內(nèi)容微型計算機的基礎(chǔ)知識 ；微處理器結(jié)構(gòu)及組成，引腳及時序，尋址方式、指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計 ；半導(dǎo)體存儲器及存儲器管理技術(shù) 中斷、異常及輸入輸出接口技術(shù) 基 礎(chǔ) 知 識第 1 章主要內(nèi)容：計算機中的常用計數(shù)制、編碼及它們 相互間的轉(zhuǎn)換二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算符號數(shù)的表示及補碼運算二進制數(shù)運算中的溢出問題1.1 電子計算機的發(fā)展概述1.1.1 電子計算機的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu)1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，這標志著計算機時代的到來。（CALCULATOR）ENIA

3、C（“埃尼阿克”）與現(xiàn)代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機科學(xué)技術(shù)的新紀元，對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。ENIAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內(nèi)完成5000次加法運算。 匈牙利籍數(shù)學(xué)家馮諾依曼在方案的設(shè)計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構(gòu)建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）電子計算機技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個時代：電子管計算機

4、；晶體管計算機；集成電路計算機；大規(guī)模集成電路計算機；超大規(guī)模集成電路計算機。計算機的結(jié)構(gòu)仍然沒有突破馮諾依曼提出的計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架。PC機的選購品牌機兼容機（DIY）總線和接口計算機的各種硬件設(shè)備通過總線互連外部設(shè)備通過接口與主機相連計算機公司Microsoft:windows操作系統(tǒng)、office辦公軟件、Visual C+、ExplorerIntel:CPU的主要生產(chǎn)廠商IBMDell第一章 微型計算機基礎(chǔ)知識 1.2.1計算機中的數(shù)制了解：各種計數(shù)制的特點及表示方 法掌握：各種計數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換1.2 計算機中的數(shù)制一、常用計數(shù)法 數(shù)制：數(shù)的表示方法基數(shù)：一種數(shù)制中包含數(shù)碼的個數(shù)

5、 權(quán)：數(shù)碼在不同位置所代表的數(shù)的大小十進制：以十為基數(shù)二進制：以二為基數(shù)計算機中常用的其他進制：八進制、十六進制數(shù)的位置表示法設(shè)待表示的數(shù)為N則 式中 X為基數(shù)ai為系數(shù)（0aiXl） m為小數(shù)位數(shù)n為整數(shù)位數(shù)1. 十進制特點：以十為底，逢十進一； 共有09十個數(shù)字符號。用D代表。表示：2. 二進制特點：以2為底，逢二進一； 只有0和1兩個符號。用B表示。表示：3. 十六進制特點：有0-9及A-F共16個數(shù)字符號， 逢16進位。用H表示。表示：例1：234.98D或（234.98）101101.11B或（1101.11）2ABCD . BFH或（ABCD . BF） 16 （1） 二進制數(shù) 1

6、0011.11B=124023022121 12012-112-2=19.75（2） 八進制數(shù) 7345.6Q=783382481580 68-1=3813.75（3） 十六進制 4AC6H=41631016212161 6160=19142例2表1-1 計算機中不同計數(shù)制的基數(shù)、數(shù)碼、 進（借）位關(guān)系和表示方法計數(shù)制形式基數(shù)計數(shù)制采用的數(shù)碼計數(shù)制的進位及借位關(guān)系計數(shù)制表示方法舉例二進制20、1逢二進一、借一當二1110B或(1110)2八進制80、1、2、3、4、5、6、7逢八進一、借一當八73Q或73O或(73)8十進制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9逢十進一、借一當十95D或(

7、95)10十六進制160、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢十六進一、借一當十六2A3BH或(2A3B)161.2.2 各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1. 非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)表達式展開( 101101.1 ) 2 或 101101.1 B =125+024+123+122 +021+120+12-1= 45.5D 2. 十進制到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換對二進制的轉(zhuǎn)換： 對整數(shù)：除2取余倒著寫； 對小數(shù)：乘2取整順著寫。對十六進制的轉(zhuǎn)換： 對整數(shù)：除16取余倒著寫； 對小數(shù)：乘16取整順著寫。【例1.1】將十進制整數(shù)(213)10轉(zhuǎn)換為 二進制整數(shù)。轉(zhuǎn)換過程如下： 取余數(shù)2

8、 213 1 2 106 02 53 12 26 02 13 12 6 02 3 12 1 1 0 所以，(213)10(11010101)2【例1.2】將十進制小數(shù)(0.8125)10轉(zhuǎn)換為 二進制小數(shù)0.812521.625 取整數(shù)位10.62521.25 取整數(shù)位1 0.2520.5 取整數(shù)位00.521.0 取整數(shù)位1所以，(0.8125)10(0.1101)23. 二進制與十六進制間的轉(zhuǎn)換用4位二進制數(shù)表示1位十六進制數(shù)11110. 01B = 0001 1110. 0100 B = 1 E . 4 H1111101. 001B = 0111 1101. 0010 B = 7 D .

9、 2 H十六進制數(shù)二進制數(shù)將每位十六進制數(shù)用其對應(yīng)的4位二進制數(shù)代替即可。例 ：1E. 4H = 0001 1110. 0100B = 11110. 01B7D. 2H = 0111 1101. 0010B = 111 1101. 001B本節(jié)習題（1）124.625= B= H（2）35.5= B= H（3）110101101B= H= Q（4）9AF1H = B答案：（1）1111100.101B 7C.AH （2）100011.1B 23.8H （3）1ADH 655Q （4） 1001 1010 1111 0001B 1.3 無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算、 邏輯運算1.3.1 二進制的算術(shù)

10、運算 包括： 加法運算 減法運算 乘法運算 除法運算 加法 逢2進1減法 借1為2 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對二進制數(shù)，乘2相當于左移一位，乘2n相當于左移n位；除以2則相當于右移1位，除以2n相當于右移n位。000010110100=00101100B 000010110100=00000010B 即：商=00000010B 余數(shù)=11B1.3.2 無符號數(shù)的表示范圍1.無符號二進制數(shù)的表示范圍對8位二進制數(shù)，所能表示的數(shù)的范圍為： 0255 （00HFFH）對16位二進制數(shù)，所能表示的數(shù)的范圍為：065535 （

11、0000HFFFFH）一個n位的無符號二進制數(shù)X，它可表示的數(shù)的范圍為：0 X 2n-1 2.無符號二進制數(shù)的溢出判斷若運算結(jié)果超出數(shù)的可表示范圍，則會產(chǎn)生溢出。無符號二進制數(shù)的溢出判斷 令無符號二進制數(shù)加法（或減法）中最高有效位Di的進（借）位為Ci， 則Ci=1， 產(chǎn)生溢出。1.3.3 二進制數(shù)的邏輯運算 與 或 非 異或1.4 帶符號數(shù)在計算機中的表示及運算無符號數(shù)：每一位都表示數(shù)值帶符號數(shù)：最高位為符號位 “0” 表示正 “1” 表示負機器數(shù)與真值機器數(shù)：符號數(shù)值化了的數(shù)真值： 機器數(shù)所代表的真實數(shù)值 +52 = +0110100 = 0 0110100 符號位 數(shù)值 -52 = -0

12、110100 = 1 0110100 符號位 數(shù)值1.4.1 帶符號數(shù)的表示方法計算機中的一個帶符號數(shù)有3種表示方法原碼 X原 反碼 X反補碼 X補1. 原碼 X原 不論數(shù)的正負，數(shù)值部分均保持原真值不變。舉例已知真值X=+42，Y= -42，求X原和Y原解：因為（+42）10=+0101010B （-42）10= -0101010B 所以X原=+42原=0 0101010 符號位 數(shù)值部分 Y原=-42原=1 0101010 符號位 數(shù)值部分 8位數(shù)0的原碼： +0原=0 0000000 -0原=1 0000000 即：數(shù)0的原碼不惟一2. 反碼 X反正數(shù)： X反= X原負數(shù)：符號位保持不變

13、，其數(shù)值部分為真值的各位按位取反。 8位數(shù)0的反碼： +0反=00000000 -0反 =11111111即：數(shù)0的反碼也不惟一舉例已知：X= -52 ，求x原和X反解： X= -52 = -0110100B X原=1 0110100 X反=1 10010113. 補碼X補計算機中用補碼表示帶符號數(shù)正數(shù)的補碼：最高位為 0，與原碼及反碼相同，即X補=X反=X原 負數(shù)的補碼：最高位為1，反碼加1 即X補=X反+1 +0補= +0原=00000000-0補= -0反+1=11111111+1 =1 00000000 對8位字長，進位被舍掉即：數(shù)0的補碼表示惟一 X= 52= 0110100 X原=

14、10110100 X反=11001011 X補= X反+1=11001100舉例正數(shù) 原碼、反碼、補碼相同負數(shù) 原碼：機器數(shù)本身 反碼：符號位保持不變，其余位 按位求反 補碼：反碼加一總結(jié)舉例已知真值X=+0110100，Y=-0110100 求X補和Y補解：X0，所以X補=00110100 Y0，所以 Y補=Y反+1 =11001011+1 =11001100補碼的求法 根據(jù)定義求（一般不用）利用原碼求簡便的直接求補法例：對 8 位二進制數(shù) 11110001B進行求補運算解：1.判斷數(shù)的正負 2.按位取反，最低位加1 1111 0001B反= 1000 1110B 1111 0001B補=

15、1000 1110B+1 = 1000 1111B簡便的直接求補法對負數(shù)而言直接從原碼求補碼： 從最低位起，到出現(xiàn)第一個1以前（包括第一個1）原碼中的數(shù)字不變，以后逐位取反，但符號位不變。 例 ：試用直接求補法求X1= -101 0111B的補碼 解： X1 = -101 0111B X1原= 1101 0111B由原碼求補碼： X1補 = 1010 1001B符號位不變?nèi)》吹谝粋€1不變補碼的求法例：試用直接求補法求X2=-111 0000B的補碼解：X2 = -111 0000B X2原 = 1111 0000B 由原碼求補碼： X2補 =1001 0000B符號位不變?nèi)》吹谝粋€1及其后邊各

16、位不變 1.4.2 真值與補碼之間的轉(zhuǎn)換 對用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為帶符號的十進制數(shù)： 1）求出真值 2）進行轉(zhuǎn)換 先判斷是正數(shù)，還是負數(shù)。 由最高位判斷：0 正數(shù) 1 負數(shù) 再求真值大小 對正數(shù)，補碼的真值等于該二進制數(shù)值。 對負數(shù)，先對該數(shù)進行求補運算，再求真值大小。 X原= X補補 = X補反+1求補碼真值的方法將一個用補碼表示的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)X補=0 0101110B 真值為：+010 1110B 正數(shù) 所以：X=+46X補=1 1010010B 真值為：-010 1110B 負數(shù) 從而有：X= - 46舉例已知X補=01101101B，試求其真值 解：因為X補的最高位為0，

17、即它是一個正數(shù)，它的數(shù)值部分就是它的真值。 即 X=+1101101=109 已知X補=10110111B，試求其真值方法1： X原= X補補 =X補反+1 =11001000+1 =11001001B 所以X=-1001001B=-73方法2：利用直接求補法引進補碼的意義計算機中，減法實現(xiàn)過程（補碼減法） 先對減數(shù)進行求補運算； 再將求補后的數(shù)與被減數(shù)相加； 相加的結(jié)果即為用補碼表示的兩數(shù)相減結(jié)果 通過引進補碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算， 將減法用加法實現(xiàn)，省去減法器，簡化硬件1.4.3 帶符號數(shù)的算術(shù)運算原碼： 運算完全類同于正負數(shù)的筆算。 補碼： 使符號位與數(shù)一起參加運算； 將減數(shù)變補

18、與被減數(shù)相加來實現(xiàn)減法 XY補 = X補 + Y補 即：X+Y補=X補+Y補 X-Y補=X補+-Y補運算規(guī)則： 1）和的補碼等于補碼之和 X+Y補=X補+Y補 2）差的補碼等于補碼之差 X-Y補=X補- Y補 3）X-Y補=X補+-Y補 -Y補稱為對補碼數(shù)Y補變補， 變補規(guī)則：對Y補的每一位（包括符號位）按位取反加 1，則結(jié)果就是-Y補。例： 用補碼進行下列運算(設(shè)n = 8)： （+18）+（-15） （-18）+（-11） 解： 0001 0010B +18補 + 1111 0001B -15補 1 0000 0011B + 3 補 最高位（符號位）為0，結(jié)果為正 符號位的進位，丟掉。 1

19、110 1110B -18補 + 1111 0101B -11補 1 1110 0011B - 29 補 最高位（符號位）為1，結(jié)果為負 符號位的進位，丟掉。 例：用補碼進行下列運算（設(shè)n = 8）： 96-19； （-56）-（-17）解： X = 96 ，Y = 19 ，則 X補 = X原 = 0110 0000B Y補 = Y原 = 0001 0011B -Y補 = 1110 1101B 0110 0000B X補 + 1110 1101B -Y補 0100 1101B X-Y補 =X-Y原 = +77 符號位為0，結(jié)果為正。 X =-56， Y =-17， 則 X原 = 1011 10

20、00B X補 = 1100 1000B Y原 = 1001 0001B Y補 = 1110 1111B -Y補= 0001 0001B 1100 1000B X補 + 0001 0001B -Y補 1101 1001 符號位為1，結(jié)果為負數(shù)的補碼，可對X-Y補再求補，得X-Y原 =10100111B。 例：已知X=+0110100，Y=+1110100，用補碼求Y-X=？解： -X原=10110100 -X補= X反+1=11001100 Y補= Y原=01110100所以： Y-X補= Y補+ -X補 =01110100+11001100 =01000000 則 Y-X =010000001

21、.4.4帶符號數(shù)的表示范圍 對8位二進制數(shù)，原碼、反碼和補碼所能表示的數(shù)的范圍為：原碼： -127 +127 （FFH 7FH）反碼： -127 +127 （80H 7FH）補碼： -128 +127 （80H 7FH） 對16位二進制數(shù)，原碼、反碼和補碼所能表示的數(shù)的范圍為：原碼： -32767 +32767 （FFFFH 7FFFH）反碼： -32767 +32767 （8000H7FFFH）補碼： -32768 +32767 （8000H7FFFH）一個n位的有符號二進制數(shù)X，它可表示的數(shù)的范圍為：原碼：-2n-1+1 X 2n-1-1反碼：-2n-1+1 X 2n-1-1補碼： -2n

22、-1 X 2n-1-1有符號數(shù)運算中的溢出問題溢出只能出現(xiàn)在兩個同號相加或異號相減的情況下。 雙高位判別法 Cs：它表征最高位（符號位）的進位或借位情況。Cp：它表征數(shù)值部分最高位的進位或借位情況。 Cs Cp 1，結(jié)果產(chǎn)生溢出。即：Cs和Cp同為0或同為1，無溢出發(fā)生，只有當Cs和Cp為10或01狀態(tài)時才會發(fā)生溢出。 0111 1000B + 0110 1001B 1110 0001B 則：X+Y=11100001，符號位為1，結(jié)果為負。 在此例中， Cs=0，Cp=1， Cs Cp 1，結(jié)果產(chǎn)生溢出。 即：次高位向最高位有進位，而最高位向前無進位，產(chǎn)生溢出。（事實上，兩正數(shù)相加得出負數(shù)，結(jié)

23、果出錯）例1：X=01111000， Y=01101001，計算X+Y=？解：采用公式X-Y補=X補-Y補進行減法運算，并判斷溢出情況。 1001 0010B -110補 - 0010 0000B 32補 0111 0010B -110-32補在此例中， Cs=0，Cp=1， Cs Cp 1，結(jié)果產(chǎn)生溢出。 即：次高位向最高位有借位，而最高位向前無借位，產(chǎn)生溢出。（事實上，負數(shù)減正數(shù)得出正數(shù)，結(jié)果出錯）例2：設(shè)X=-110， Y=32，試對減法操作“X-Y”進行溢出判別。1.5 二進制編碼計算機處理的信息：數(shù)值、字符(字母、漢字等)。 各字符在計算機中由若干位的二進制數(shù)表示。 二進制數(shù)與字符之

24、間一一對應(yīng)的關(guān)系，稱字符的二進制編碼。1. 二進制編碼的十進制數(shù) 用二進制編碼表示的十進制數(shù)，稱為二十進制碼 ，簡稱BCD碼(Binary Coded Decimal)。它的特點是保留了十進制的權(quán)，而數(shù)字則用0和1的組合編碼來表示。十進制數(shù)只有09這10種狀態(tài)，而4位二進制數(shù)可表示16種狀態(tài)（00001111），所以BCD碼只使用了00001001這10種狀態(tài)來表示十進制數(shù)的09，剩余的6種狀態(tài)10101111在BCD碼中是非法編碼。BCD碼與十進制數(shù)、二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換一個十進制數(shù)用BCD碼表示，只要對十進制數(shù)的每一位按對應(yīng)關(guān)系單獨進行轉(zhuǎn)換即可。BCD碼與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，一般需要借助于十

25、進制數(shù)作為中間橋梁進行轉(zhuǎn)換。即先轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，再轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)；反之同樣。例：（0001 0001 . 0010 0101）BCD =11 .25 =（1011 .01）2 計算機中BCD碼的存儲方式壓縮BCD碼 用4位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)，即用一個字節(jié)表示2位BCD碼。例如，壓縮BCD碼0101 0100B=54H，其十進制值為54。非壓縮BCD碼 用8位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)，即高四位為0，低四位表示BCD碼。例如，非壓縮BCD碼0000 0101B=05H，其十進制值為5。而同樣是十進制數(shù)54，用非壓縮BCD碼表示為00000101 00000100。 二、字母與字符的二進制編碼

26、表示1.ASCII碼（american standard code for information interchange）：美國國家標準信息交換碼，微機中普遍采用的字符編碼。2.表示方法：用7位二進制數(shù)表示一個字符，最高位為0。常見數(shù)字、字母和控制字符的ASCII碼奇偶校驗位在通信過程中，將最高位用作奇偶校驗位，以校驗數(shù)據(jù)傳送中是否有一位出現(xiàn)錯誤。奇校驗 加上校驗位后編碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。例：A的ASCII碼是41H（100 0001B），具有偶校驗的A的ASCII碼為41H（0100 0001B）具有奇校驗的A的ASCII碼為C1H（1100 0001B）偶校驗 加上校驗位后編碼中“1

27、”的個數(shù)為偶數(shù)。 上例若以偶校驗傳送，則為41H。見課后習題1.10 1.111.6 常用術(shù)語解釋1.位；bit 計算機中的最小存儲單位 1Mb=10241024bit=220bit 1Gb=230bit=1024Mb 1Tb=240bit=1024Gb2.字節(jié)：Byte 1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte 8位二進制數(shù)稱為一個字節(jié)，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中常以 Byte為單位進行存儲。3.字（word）： 2個字節(jié)為1個字。4.雙字（double word）：4個字節(jié)為1雙字。第一章 習題1.1計算機中常用的計數(shù)制有哪些？1.2什么是機器碼？什么是真值？1.3完成下列數(shù)制的轉(zhuǎn)換。(1)1

28、0100110B=( )D=( )H(2)0.11B=( )D(3)253.25=( )B=( )H(4)1011011.101B=( )H=( )BCD 1.4 8位和16位二進制數(shù)的原碼、補碼和反碼可表示的數(shù)的范圍分別是多少？1.5寫出下列真值對應(yīng)的原碼和補碼的形式。(1)X= -1110011B(2)X=-71D (3)X=+1001001B1.6符號數(shù)10110101B的反碼=？補碼=？1.7已知X和Y的真值，求X+Y的補碼(1)X=-1110111B Y=+1011010B(2) X=56D Y=-21D1.8已知X=-1101001B，Y=-1010110B，用補碼求X-Y。1.9請寫出下列字符的ASCII碼。 4A3=！1.10若給字符4和9的ASCII碼加奇校驗，應(yīng)是多少？1.11上題中若加偶校驗，結(jié)果如何？1.12 計算下列表達式 (1) (4EH+10110101B)*(0.0101)BCD=（ ）D (2)4EH-(24/08H+B/2H)=（ ）B?第一章習題答案1.3(1)166，A6H (2)0.75 (3)11111101.01B，F(xiàn)D.4H