微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)PPT課件.ppt

思考題 人類采用十進(jìn)制 而計(jì)算機(jī)為什么采用二進(jìn)制 人類用不同的符號(hào)來(lái)表示數(shù)字 數(shù)的正負(fù)和字符 以示區(qū)分 計(jì)算機(jī)中將如何表示和區(qū)分 第二章微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 信息及其數(shù)字化信息在計(jì)算機(jī)中的表示數(shù)值信息的編碼及其運(yùn)算微型計(jì)算機(jī)的組成與工作原理 第1節(jié)信息及其數(shù)字化 數(shù)字化信息采用一串?dāng)?shù)字表示的信息數(shù)值信息在科學(xué)計(jì)算中 用于計(jì)量和運(yùn)算的信息非數(shù)值信息文字 語(yǔ)音 圖像等 第2節(jié)信息在計(jì)算機(jī)中的表示 數(shù)值信息 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換非數(shù)值信息 常用信息編碼 一 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 正整數(shù)的表示 數(shù)制之間轉(zhuǎn)換 10 2 整數(shù)部分 除2取余 直到商為0 小數(shù)部分 乘2取整 直到要求精度 2 10 用公式展開(kāi) 2 16 以小數(shù)點(diǎn)為界 整數(shù)向左 小數(shù)向右 四位一段 不夠4位補(bǔ)0 四位2進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)一位16進(jìn)制數(shù) 16 2 一位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)等價(jià)表示 二 常用信息編碼 非數(shù)值的表示 在日常生活中 編碼問(wèn)題是經(jīng)常會(huì)遇到的 例如 電話號(hào)碼 房間編碼 班級(jí)號(hào)和學(xué)號(hào)等 這些編碼問(wèn)題的共同特點(diǎn)是采用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)為用戶 房間 班級(jí)和學(xué)生等編號(hào)的 由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制數(shù) 因此鍵盤(pán)上所有的數(shù)字 字母和符號(hào)也必須事先為它們進(jìn)行二進(jìn)制編碼 以便機(jī)器對(duì)它們加以識(shí)別 存儲(chǔ) 處理和傳送 1 BCD碼 BinaryCodedDecimal BCD碼是十進(jìn)制數(shù)的一種二進(jìn)制表示形式 為了方便十進(jìn)制與機(jī)器數(shù)的變換 用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示1位十進(jìn)制數(shù) 4位二進(jìn)制數(shù)共有16種組合 其中0000 1001作為BCD碼 1010 1111未被使用 稱為非法碼或冗余碼 2 ASCII碼AmericanStandardCodeforInformationInterchange 現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)不僅要處理數(shù)字信息而且還需要處理大量文字信息 這就需要人們對(duì)這些文字符號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼 以供微型計(jì)算機(jī)識(shí)別 存儲(chǔ)和處理 ASCII碼是 美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼 的簡(jiǎn)稱 誕生于1963年 已成為國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼 廣泛用于微型計(jì)算機(jī)中 計(jì)算機(jī)中 鍵盤(pán)輸入信息和顯示器輸出的信息均采用ASCII碼 串行通信中也常采用ASCII碼來(lái)傳送信息 ASCII碼由7位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成 可為128個(gè)字符編碼 這128個(gè)字符共分兩類 32個(gè)控制字符和96個(gè)圖形字符 96個(gè)圖形字符包括十進(jìn)制數(shù)符10個(gè) 大小寫(xiě)英文字母52個(gè)和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等34個(gè) 例如 數(shù)字0 9的ASCII碼為30H 39H 大寫(xiě)字母A Z的ASCII碼為41H 5AH 圖形字符有特定形狀 可以顯示在CRT上和打印在紙上 其編碼可以存儲(chǔ) 傳送和處理 32個(gè)控制字符包括回車(chē)符 換行符 退格符 設(shè)備控制符和信息分隔符等 這類字符沒(méi)有特定形狀 其編碼雖然可以存儲(chǔ) 傳送和起某種控制作用 但字符本身是不能在CRT上顯示和打印機(jī)上打印的 3 漢字編碼 目前計(jì)算機(jī)中最常用的是GB2312 1980國(guó)標(biāo)碼 該標(biāo)準(zhǔn)編碼集共收錄漢字和圖形符號(hào)7445個(gè) GB2312標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 每個(gè)圖形字符采用兩個(gè)字節(jié)表示 每個(gè)字節(jié)的最高位為0 其余7位為有效編碼 第一個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)區(qū)號(hào) 第二字節(jié)標(biāo)識(shí)位號(hào) 這種編碼方式稱為區(qū)位碼 例如 國(guó) 字處于代碼表的25區(qū)90位 區(qū)位碼則為2590 用二進(jìn)制表示為195AH 由于01H 20H與標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼中的控制符容易產(chǎn)生沖突 因此 需要在區(qū)號(hào)和位號(hào)上分別加上20H 這樣形成的編碼 稱之為國(guó)標(biāo)碼 國(guó)標(biāo)碼是信息交換中使用的標(biāo)準(zhǔn)編碼 它與區(qū)位碼一一對(duì)應(yīng) 比如 國(guó) 的區(qū)位碼為195AH 其國(guó)標(biāo)碼為397AH 注意到國(guó)標(biāo)碼兩個(gè)字節(jié)的最高位均為0 為了區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼 通常漢字編碼的存儲(chǔ)和傳送不能直接采用國(guó)標(biāo)碼 而是采用內(nèi)碼的編碼形式進(jìn)行 所謂漢字的內(nèi)碼 是將國(guó)標(biāo)碼的兩個(gè)字節(jié)最高位上的 0 變成 1 或者說(shuō) 將國(guó)標(biāo)碼的高位和低位字節(jié)分別加上80H即可得到 例如 漢字 國(guó) 的國(guó)標(biāo)碼為397AH 內(nèi)碼為B9FAH漢字三種編碼之間的關(guān)系如下 4 奇偶校驗(yàn)碼 在計(jì)算機(jī)串行通信中 常利用傳送信息字節(jié)的奇偶性 字節(jié)中1的個(gè)數(shù)是奇數(shù) 偶數(shù) 來(lái)檢測(cè)通信過(guò)程中是否出錯(cuò) 這種信息編碼成為奇偶校驗(yàn)碼 關(guān)于奇偶校驗(yàn)的編碼方法 將在串行通信一節(jié)中介紹 一 真值與機(jī)器數(shù)真值 以人們習(xí)慣的自然方式表示的十進(jìn)制數(shù) 稱為該數(shù)的真值 譬如 123 86 12 3 機(jī)器數(shù) 在計(jì)算機(jī)中 將一個(gè)數(shù)連同其符號(hào)用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示 這樣的二進(jìn)制數(shù)稱為機(jī)器數(shù) 譬如 10111101 0101101011010011 如何確定一個(gè)機(jī)器數(shù)的真值 如何分辨一個(gè)機(jī)器數(shù)的正負(fù) 如何分辨一個(gè)機(jī)器數(shù)的小數(shù)位置 這些問(wèn)題都取決于機(jī)器數(shù)的編碼規(guī)則 第3節(jié)數(shù)值信息的編碼與運(yùn)算 符號(hào)位 0 正 1 負(fù) 正數(shù)取其本身 負(fù)數(shù)按位取反 符號(hào)位 0 正 1 負(fù) 符號(hào) 0 正 1 負(fù) 正數(shù)取其本身 負(fù)數(shù)求補(bǔ) 按位取反加1 在表示范圍內(nèi) 數(shù)值運(yùn)算是連續(xù)和統(tǒng)一的 超出范圍 數(shù)值溢出 三種碼制之間的關(guān)系 特點(diǎn) 正數(shù) 原 反 補(bǔ)相同 負(fù)數(shù) 原 反 補(bǔ)不同 但最高位均為1 負(fù)數(shù)的變換關(guān)系 原反 符號(hào)位不變 尾數(shù)按位求反 原補(bǔ) 符號(hào)位不變 尾數(shù)按位求反 1 正數(shù)補(bǔ)負(fù)數(shù)補(bǔ) 連符號(hào)位一起求反加1 用0減 二 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 1 運(yùn)算特點(diǎn)為了提高計(jì)算速度 合理分配內(nèi)存和使用寄存器 參與運(yùn)算的所有數(shù) 變量 都必須事先規(guī)定字長(zhǎng)和類型 而且 參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)必須具有相同的字長(zhǎng)和類型 字長(zhǎng) 字節(jié) 字 雙字 四字字長(zhǎng)一定 數(shù)的范圍就有限 如果運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍 就會(huì)產(chǎn)生溢出 造成結(jié)果錯(cuò)誤 類型 自然數(shù) 整數(shù) 實(shí)數(shù) 以C語(yǔ)言程序?yàn)槔?例1 字長(zhǎng)不夠 Main unsignedcharx y z x 123 y 67 z x y Printf d z 運(yùn)算結(jié)果 49 運(yùn)算結(jié)果的來(lái)歷 123 0111 1011B67 0100 0011B123 67 8241 2031H即123 67 0010 0000 0011 0001B而0011 0001B 49 以C語(yǔ)言程序?yàn)槔?例2 類型不符 Main unsignedcharx y z x 12 y 7 z x y Printf d z 運(yùn)算結(jié)果 172 運(yùn)算結(jié)果的來(lái)歷 12 1111 0100B7 0000 0111B 12 7 84如果將1111 0100B看作無(wú)符號(hào)數(shù) 則1111 0100B 244244 7 1708 06ACH 0000 0110 1010 1100B而1010 1100B 172 2 運(yùn)算標(biāo)志 進(jìn)位 借位 兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)加 減 法運(yùn)算 最高位出現(xiàn)的進(jìn)位 借位 現(xiàn)象 在多字節(jié)數(shù)加 減 法中 低位字節(jié)向高位字節(jié)的進(jìn) 借 位是必須考慮的 因此 在計(jì)算機(jī)中 都設(shè)有一個(gè)位存儲(chǔ)單元來(lái)保留進(jìn) 借 位 稱作進(jìn)位標(biāo)志 CF CarryFlag 溢出 溢出是針對(duì)有限字長(zhǎng)的補(bǔ)碼運(yùn)算而言的 當(dāng)兩個(gè)補(bǔ)碼數(shù)的運(yùn)算結(jié)果超出字長(zhǎng)所能表示的范圍時(shí) 運(yùn)算結(jié)果將出錯(cuò) 不僅數(shù)值不對(duì) 而且性質(zhì) 正 負(fù) 也不對(duì) 在計(jì)算機(jī)中 也設(shè)有一個(gè)位存儲(chǔ)單元來(lái)保留溢出位 稱作溢出標(biāo)志 OF OverFlag 3 補(bǔ)碼運(yùn)算 在計(jì)算機(jī)中 自然數(shù)的運(yùn)算規(guī)則與十進(jìn)制數(shù)是相同的 對(duì)于整數(shù) 只要采用補(bǔ)碼 也具有類似的規(guī)則 X Y 補(bǔ) X 補(bǔ) Y 補(bǔ) X Y 補(bǔ) X 補(bǔ) Y 補(bǔ)采用補(bǔ)碼運(yùn)算后 利用一個(gè)加法器既可以實(shí)現(xiàn)自然數(shù)和整數(shù)的加法運(yùn)算 也可以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算 從而使微處理器的邏輯結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化 采用補(bǔ)碼做加法時(shí) 應(yīng)注意 1 把符號(hào)位當(dāng)作數(shù)據(jù) 一同參與運(yùn)算 2 符號(hào)位相加后 若有進(jìn)位 則把進(jìn)位舍去 例如 已知X 33 Y 15 求X Y 解 X 補(bǔ) 00100001B Y 補(bǔ) 11110001B00100001 X 補(bǔ) 11110001 Y 補(bǔ)自然丟失 1 00010010 X Y 補(bǔ) X Y X Y 補(bǔ) 00010010B 18例如 已知X 33 Y 15 求X Y 解 X 補(bǔ) 11011111B Y 補(bǔ) 11110001B11011111 X 補(bǔ) 11110001 Y 補(bǔ)自然丟失 1 11010000 X Y 補(bǔ) X Y X Y 補(bǔ) 11010000B 48 4 溢出判別 溢出意味著計(jì)算結(jié)果是錯(cuò)誤的 是由于字長(zhǎng)限制所致 因此 計(jì)算結(jié)束后 判斷是否發(fā)生溢出是非常重要的 計(jì)算機(jī)運(yùn)行中會(huì)自動(dòng)判別是否溢出 并給出相應(yīng)標(biāo)志 溢出標(biāo)志OF 計(jì)算機(jī)采用雙高位判別法 請(qǐng)大家參照教材 人可以根據(jù)自然結(jié)果來(lái)判別 譬如 8位數(shù)計(jì)算 120 30 其結(jié)果顯然會(huì)溢出 因?yàn)槠浣Y(jié)果150已超出8位補(bǔ)碼數(shù)的范圍 128 127 16位數(shù)計(jì)算 123 12345 其結(jié)果不會(huì)溢出 因?yàn)槠浣Y(jié)果 12222 沒(méi)有超出16位補(bǔ)碼數(shù)的范圍 32768 32767 三 定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù) 小數(shù)的表示 在計(jì)算機(jī)中 用二進(jìn)制表示實(shí)數(shù)的方法有兩種 即定點(diǎn)法和浮點(diǎn)法 定點(diǎn)法 即小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的 以定點(diǎn)法表示的實(shí)數(shù)稱作定點(diǎn)數(shù) 浮點(diǎn)法 類似于十進(jìn)制數(shù)的科學(xué)表示法 小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動(dòng)的 且由階數(shù)來(lái)指示 以浮點(diǎn)法表示的實(shí)數(shù)稱作浮點(diǎn)數(shù) 1 定點(diǎn)數(shù) 設(shè)有一個(gè)8位定點(diǎn)補(bǔ)碼數(shù) 小數(shù)點(diǎn)隱含地固定在第4位 如1101 1101B代表 2 1875 特例1 定點(diǎn)小數(shù) 特例2 定點(diǎn)整數(shù) 優(yōu)缺點(diǎn) 簡(jiǎn)單直觀 但精度低 不便標(biāo)準(zhǔn)化處理 小數(shù) 整數(shù) 2 浮點(diǎn)數(shù) 任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N總可以寫(xiě)成下面的形式 N d 2pd稱為尾數(shù) 是二進(jìn)制補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù) 指明數(shù)的全部有效數(shù)字 p稱為階碼 是二進(jìn)制補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù) 指明小數(shù)點(diǎn)的位置 它的符號(hào)稱作階符 表明小數(shù)點(diǎn)的移動(dòng)方向 小數(shù)點(diǎn)隨著p的符號(hào)和大小而浮動(dòng) 故稱為浮點(diǎn)數(shù) 階碼p尾數(shù)d 浮點(diǎn)數(shù)具有范圍大 精度高的優(yōu)點(diǎn) 譬如 16位實(shí)數(shù) 為了保證計(jì)算精度 保留最多有效位數(shù) 通常采用規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) 即在運(yùn)算中 通過(guò)修改階碼 使尾數(shù)的絕對(duì)值始終大于等于0 5 即