北方工業(yè)大學(xué)微機(jī)原理第1講概述

北方工業(yè)大學(xué)微機(jī)原理第1講概述第一頁，共95頁。課程安排總學(xué)時：共32學(xué)時，講授28學(xué)時，實(shí)驗4學(xué)時上課時間：周三56節(jié)，周五34節(jié)選用教材：王健《微型計算機(jī)原理及接口技術(shù)》

北京航空航天大學(xué)出版社期末成績評定：平時成績占40％，期末考試60％平時成績：實(shí)驗10％、作業(yè)15%、課堂表現(xiàn)與出勤15％2第二頁，共95頁。參考書非常多：微機(jī)原理與接口技術(shù)雷麗文電子工業(yè)出版微型計算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用

楊素行清華出版社微型計算機(jī)原理及應(yīng)用

周明德清華出版社微型計算機(jī)接口技術(shù)

李大友清華出版社

微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)裘雪紅西安電子科大出版……涉及80x86匯編語言程序設(shè)計和微機(jī)接口技術(shù)的均可第三頁，共95頁。課堂表現(xiàn)與出勤（重要）課堂成績記錄事項：缺勤、請假、優(yōu)、差缺勤、記錄差+2，遲到超過15分鐘以上，差+1禁止玩手機(jī)，發(fā)現(xiàn)一次，計入課堂記錄單，記錄差+1課堂練習(xí)，作答基本正確，記錄優(yōu)+1課堂提問，認(rèn)真作答1次，記錄優(yōu)+1優(yōu)、差可相互抵消平時成績范圍50-100分，從未出席0分。4第四頁，共95頁。微機(jī)

原理及接口

技術(shù)典型機(jī)型：PowerPC、Pentium系列PC16位微處理器：8086系列CPU工作原理I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法第五頁，共95頁。課程目標(biāo)研究對象：微型計算機(jī)的基本工作原理（微機(jī)芯片內(nèi)部的奧秘——硬件工作流程）匯編語言程序設(shè)計（從底層了解微機(jī)的工作原理——軟件工作流程）微型計算機(jī)接口技術(shù)（外圍設(shè)備應(yīng)用——具備初步應(yīng)用開發(fā)能力）6第六頁，共95頁。課程目標(biāo)掌握：微型計算機(jī)的基本工作原理匯編語言程序設(shè)計方法微型計算機(jī)接口技術(shù)建立微型計算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力7第七頁，共95頁。課堂：聽講理解、適當(dāng)筆記；課后：認(rèn)真閱讀教材、獨(dú)立完成作業(yè)實(shí)驗：重視實(shí)驗，積極調(diào)試

關(guān)鍵：重視實(shí)驗和實(shí)踐

利用DEBUG學(xué)習(xí)、上機(jī)實(shí)踐

利用Proteus仿真電路設(shè)計

利用單片機(jī)開發(fā)板調(diào)試軟硬件學(xué)習(xí)要求：第八頁，共95頁。課程內(nèi)容目錄概述、微機(jī)基礎(chǔ)微機(jī)和微處理器的歷史，微機(jī)的編碼規(guī)則，微機(jī)的基本性能指標(biāo)8086/8088微處理器的結(jié)構(gòu)與組成編程結(jié)構(gòu)，主要寄存器，封裝及外部引腳、外部總線時序8086/8088匯編語言基礎(chǔ)尋址方式，指令系統(tǒng)，匯編語言格式及組成元素匯編語言程序結(jié)構(gòu)，程序結(jié)構(gòu)設(shè)計，宏匯編輸入/輸出接口與中斷I/O接口及CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送，中斷技術(shù)及8086的中斷系統(tǒng)常用可編程接口芯片8255，8253模/數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口ADC0809，DAC08329第九頁，共95頁。第1講：微型計算機(jī)概述第十頁，共95頁。第1講：微型計算機(jī)概述微型計算機(jī)（Microcomputer）采用微處理器為核心構(gòu)造的計算機(jī)微處理器（Microprocessor，通常稱為MPU）一塊大規(guī)模集成電路芯片微型機(jī)的運(yùn)算和控制核心中央處理單元（CPU：CentralProcessingUnit）相對來說，微機(jī)性能、價格、體積較小工作學(xué)習(xí)中使用的個人微機(jī)（PC）生產(chǎn)生活中各種智能化電子設(shè)備（如手機(jī)、平板電腦）11第十一頁，共95頁。1.1微型計算機(jī)的發(fā)展世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機(jī)是1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計制造的”ENIAC”（ElectronicNumericalIntegratorandComputer）占地上百平方米重量幾十噸功耗幾十千瓦12第十二頁，共95頁。1.1微型計算機(jī)的發(fā)展1946年第一臺計算機(jī)誕生后，計算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路共四代；由于微型機(jī)體積小、重量輕、功耗低、價格便宜、結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)，從而得到廣泛的普及和應(yīng)用；微型機(jī)的核心是微處理器（CPU）——摩爾定律：當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，預(yù)計能持續(xù)到2020年；微機(jī)發(fā)展的歷史就是微處理器不斷進(jìn)步的歷史通用處理器（大型計算、PC，通用計算，配合操作系統(tǒng)）專用處理器（智能設(shè)備，無操作系統(tǒng)或嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)）13第十三頁，共95頁。通用微處理器4位微處理器1971年，Intel4004，第一個微處理器8位微處理器M6800、Z80和Intel8080/8085Apple公司蘋果機(jī)16位微處理器Intel8086/808816位個人計算機(jī)（PC：PersonalComputer）32位微處理器80386，80486，Pentium～Pentium4，Core（酷睿）32位PC機(jī)，Apple公司的Macintosh機(jī)64位微處理器奔騰、至強(qiáng)、I3、I5、I714第十四頁，共95頁。早期的計算機(jī)15第十五頁，共95頁。16第十六頁，共95頁。專用微處理器單片機(jī)——微控制器（MicroControlUnit，MCU），嵌入式控制器Intel的MCS-48，MCS-51，MCS-96/98系列愛特梅爾（Atmel）公司的AT89系列（與MCS-51兼容），AT91系列（基于ARM內(nèi)核）MicrochipTechnology公司的PIC系列ARM處理器（AcornRISCMachine）采用RISC精簡指令集，多級流水線架構(gòu)持有ARM授權(quán)的公司：Atmel、Broadcom、CirrusLogic、Freescale（摩托羅拉公司獨(dú)立）、Qualcomm（高通）、富士通、英特爾、IBM，英飛凌科技，任天堂，恩智浦半導(dǎo)體（飛利浦獨(dú)立）、OKI電氣工業(yè)，三星電子，Sharp，STMicroelectronics，TI德州儀器和VLSI17第十七頁，共95頁。專用微處理器ARM公司：IP授權(quán)，自己不生產(chǎn)芯片，內(nèi)核授權(quán)20萬至千萬美金ARM發(fā)展歷程ARM1、ARM2、ARM6、ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、Cortex系列ARM9、ARM10、ARM11—諾基亞智能機(jī)時代ARMCortex-A系列：應(yīng)用型處理器，超低成本手機(jī)、智能手機(jī)、移動計算平臺等，Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A9處理器—安卓、IOS智能機(jī)時代，代表廠商高通、聯(lián)發(fā)科、蘋果ARMCortex-R實(shí)時處理器為要求可靠性、高可用性、容錯功能、可維護(hù)性和實(shí)時響應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)Cortex-M系列針對成本和功耗敏感的MCU和終端應(yīng)用（如智能測量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)、大型家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械）

STM32Cortex-M3內(nèi)核，性價比高，意圖取代單片機(jī)18第十八頁，共95頁。專用微處理器數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor，DSP）專注于數(shù)字信號的高速處理美國德州儀器TI公司TMS320系列，ADI公司的ADSP系列主要應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和計算機(jī)其他類處理器產(chǎn)品FPGA（Field－ProgrammableGateArray）現(xiàn)場可編程門陣列：可編程的硬件邏輯電路，可利用IP核實(shí)現(xiàn)C51、ARM、DSP等內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)UART、CAN、WLAN等數(shù)字通信接口，實(shí)現(xiàn)存儲器、FIFO等數(shù)字器件；Psoc（ProgrammableSystem-On-Chip，片上可編程系統(tǒng)）Cypress公司提出Psoc，集成了微控制器以及嵌入式系統(tǒng)中通常圍繞微控制器周圍的模擬及數(shù)字組件，模擬量接口可編程；采用一個微控制器，一個PSoC器件最多可集成100種外設(shè)功能；包括放大器、ADC、DAC、濾波器及比較器等模擬功能以及定時器、計數(shù)器、PWM、SPI和UART等數(shù)字功能；19第十九頁，共95頁。嵌入式系統(tǒng)與設(shè)備20第二十頁，共95頁。工業(yè)觸摸屏西門子S7-300樹莓派智能儀表伺服電機(jī)及驅(qū)動器多軸運(yùn)動控制卡汽車電子系統(tǒng)NI嵌入式虛擬儀器21第二十一頁，共95頁。樂高NXT教育機(jī)器人競賽機(jī)器人教育機(jī)器人四旋翼飛行器智能循跡車并聯(lián)3D打印22第二十二頁，共95頁。Adruino開發(fā)板（51、PIC、Mega168）23第二十三頁，共95頁。1.2微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。例：PC機(jī)

主機(jī)

顯示器鍵盤鼠標(biāo)外存儲24第二十四頁，共95頁。圖1.1微型計算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS1.2.1微型計算機(jī)的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)總線I/O設(shè)備和I/O接口（CPU）第二十五頁，共95頁。圖1.1微型計算機(jī)的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成處理器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O接口存儲器系統(tǒng)總線BUS1.2.1微型計算機(jī)的硬件組成微處理器子系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)總線I/O設(shè)備和I/O接口（CPU）第二十六頁，共95頁。1.2.2CPU工作原理簡述1945年，馮.諾伊曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進(jìn)制原理；人們把利用這種概念和原理設(shè)計的電子計算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)稱為“馮.諾伊曼型結(jié)構(gòu)”計算機(jī)。27第二十七頁，共95頁。1.2.2CPU工作原理簡述馮?諾依曼計算機(jī)的組成：運(yùn)算器存儲器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器：將計算過程描述為由許多條指令按一定順序組成的程序，存入存儲器指令執(zhí)行：按其在存儲器中存放的順序執(zhí)行；控制器：控制整個程序和數(shù)據(jù)的存取以及程序的執(zhí)行。28第二十八頁，共95頁。內(nèi)存中的程序指令1指令2指令n┇分析獲取操作數(shù)執(zhí)行存放結(jié)果┇程序計數(shù)器PC地址CPU取出操作數(shù)取一條指令的工作過程：指令地址賦給程序計數(shù)器PC；PC內(nèi)容地址寄存器AR；PC+1；AR內(nèi)容地址總線內(nèi)存儲器(地址譯碼，選中相應(yīng)存儲單元)CPU控制器發(fā)出讀命令；所選中單元內(nèi)容（即指令操作碼）數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)寄存器DR；指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行存放結(jié)果馮?諾依曼計算機(jī)的工作原理——存儲程序工作原理PC+1數(shù)據(jù)存儲區(qū)指令存儲區(qū)29第二十九頁，共95頁。馮諾依曼機(jī)的特點(diǎn)和不足特點(diǎn)：指令和數(shù)據(jù)共同物理存儲器，統(tǒng)一尋址程序存儲，共享數(shù)據(jù)，順序執(zhí)行屬于順序處理機(jī)，適合于確定的算法和數(shù)值數(shù)據(jù)的處理。不足：與存儲器間有大量數(shù)據(jù)交互，對總線要求很高；執(zhí)行順序由程序決定，對大型復(fù)雜任務(wù)較困難；以運(yùn)算器為核心，處理效率較低；由PC控制執(zhí)行順序，難以進(jìn)行真正的并行處理。30第三十頁，共95頁。哈佛結(jié)構(gòu)（PIC,ARM,DSP）Harvardarchitecture)是一種將程序指令儲存和數(shù)據(jù)儲存分開的存儲器結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)處理以上同樣的3條存取數(shù)指令，取指令和存取數(shù)據(jù)分別經(jīng)由不同的存儲空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執(zhí)行典型的非馮諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流驅(qū)動的計算機(jī)結(jié)構(gòu)當(dāng)指令具有所需數(shù)據(jù)、且輸出端沒有數(shù)據(jù)時就可執(zhí)行。某些ARM內(nèi)核使用31第三十一頁，共95頁。馮氏結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行時序?qū)Ρ锐T諾依曼結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)關(guān)鍵改進(jìn)：程序和數(shù)據(jù)存儲物理分開，可以同時訪問32第三十二頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念微處理器微處理器簡稱CPU，微機(jī)的核心CPU運(yùn)算器控制器內(nèi)部寄存器組33第三十三頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念微處理器8086CPUEU，執(zhí)行單元(ExecutionUnit)BIU，總線接口單元(BusInterfaceUnit)ALU（ArithmeticLogicUnit）EU控制器通用寄存器，專用寄存器總線總線控制器段寄存器運(yùn)算器控制器內(nèi)部寄存器34第三十四頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念存儲器定義：用于存放計算機(jī)工作過程中需要操作的數(shù)據(jù)和程序。內(nèi)存儲器：內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存容量內(nèi)存的操作內(nèi)存的分類35第三十五頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存按單元組織，每單元固定長度（以位為單位）每單元都對應(yīng)一個地址，以方便對單元的尋址38F04H內(nèi)存地址單元內(nèi)容36第三十六頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念內(nèi)存容量所含存儲單元的個數(shù)，以字節(jié)為單位內(nèi)存的最大容量依CPU的尋址能力而定實(shí)地址模式下為CPU地址總線的位數(shù)內(nèi)存讀操作：將內(nèi)存單元的內(nèi)容取入CPU，原單元內(nèi)容不改變；內(nèi)存寫操作：CPU將信息放入內(nèi)存單元，單元中原來的內(nèi)容被覆蓋37第三十七頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念內(nèi)存分類RAM隨機(jī)存取存儲器斷電數(shù)據(jù)丟失，存取速度快ROM只讀存儲器斷電數(shù)據(jù)不丟失，只讀（運(yùn)行中）EPROM特殊方法寫入ROM擦寫速度慢，壽命短EEPROM可電擦寫ROM可擦寫次數(shù)大大提高Flash可多次擦寫例：單片機(jī)等燒寫程序?qū)懭隦OM中，AT89系列51單片機(jī)將EROM改進(jìn)為EEPROM，大大方便了調(diào)試電腦：DDRSDRAMCD-ROMDVD-ROM手機(jī)：6GBRAM，128GBflash38第三十八頁，共95頁。bit位1kb=1024bit1Mb=10241024bit=220bit1Gb=230bit=1024Mb1Tb=240bit=1024GbByte字節(jié)1Byte=8bit，1KB=1024Byte，MB；GB；TB；Word：字（長）表示字長，有1bit,4bit,8bit,16bit等一般情況下為2Byte(16bit)1.3微機(jī)原理基本概念39第三十九頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念輸入/輸出接口CPU與外部設(shè)備間的橋梁（I/O接口）CPUI/O接口外設(shè)接口功能數(shù)據(jù)通訊、交換——基本功能；數(shù)據(jù)緩沖寄存；信號電平或類型的轉(zhuǎn)換；實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的運(yùn)行匹配。40第四十頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念接口分類并行接口（計算機(jī)打印口）串行接口（USB、COM—RS232串口、RS485、I2C、SPI）輸入接口（鍵盤、鼠標(biāo)PS2口，USB口）輸出接口（VGA、HDMI、DVI顯示接口）數(shù)字量接口（通用I/O口，計數(shù)器，脈沖發(fā)生，通訊接口）模擬量接口（AD、DA、VGA）41第四十一頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念總線微處理器模塊和存儲器、I/O接口電路之間通過一組公共信號線相互連接，這組信號線稱為系統(tǒng)總線。總線分類數(shù)據(jù)總線（DataBus）——用于實(shí)現(xiàn)在微處理器、存儲器、I/O電路之間的數(shù)據(jù)傳送。它決定了處理器的字長。地址總線（AddressBus）——傳送CPU、DMA所要訪問的存儲單元或I/O端口的地址信息?？刂瓶偩€（ControlBus）——控制總線上的操作和數(shù)據(jù)傳送的方向，并實(shí)現(xiàn)微處理器、DMA與外部邏輯部件之間的同步操作。42第四十二頁，共95頁。片內(nèi)總線：連接CPU內(nèi)的各個電路部分。片間總線：指主板上各芯片之間的總線，用于連接CPU與主板上的其他芯片。按總線中各信號線功能的不同，又分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，即所謂的三總線。（系統(tǒng)）內(nèi)總線：指主板與I/O擴(kuò)展板之間的總線，一般都遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，如目前多采用的ISA標(biāo)準(zhǔn)、EISA標(biāo)準(zhǔn)和PCI標(biāo)準(zhǔn)等。外總線：指微機(jī)與其他設(shè)備、系統(tǒng)之間的總線，一般也遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，習(xí)慣上又稱為接口，如串行接口、并行接口、USB接口等。總線緩沖器：如地址鎖存器、數(shù)據(jù)緩沖器、總線收/發(fā)器等。微機(jī)系統(tǒng)的四級總線結(jié)構(gòu)第四十三頁，共95頁。運(yùn)算器寄存器控制器CPU存儲芯片I/O芯片主板擴(kuò)展接口板擴(kuò)展接口板微機(jī)系統(tǒng)④①②③其他微機(jī)系統(tǒng)其他儀器系統(tǒng)

微機(jī)系統(tǒng)的四級總線示意圖第四十四頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念軟件系統(tǒng)為運(yùn)行、管理和維護(hù)計算機(jī)系統(tǒng)或為實(shí)現(xiàn)某一功能而編寫的各種程序的總和及其相關(guān)資料系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工具軟件軟件軟件分層結(jié)構(gòu)45第四十五頁，共95頁。1.3微機(jī)原理基本概念微機(jī)性能指標(biāo)字長微處理器每個時間單位處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)進(jìn)行運(yùn)算、傳輸時一次能處理的位數(shù)4位、8位、16位、32位、64位CPU/系統(tǒng)指令執(zhí)行時間反映計算機(jī)計算速度的快慢CPU的時鐘頻率內(nèi)部存儲器容量衡量計算機(jī)存儲信息量的大小外部設(shè)備配置顯示器等等46第四十六頁，共95頁。例：8086：16位CPU內(nèi)部執(zhí)行單元ALU（算術(shù)邏輯單元）16位運(yùn)算器——能夠一次執(zhí)行16位2進(jìn)制數(shù)運(yùn)算通用寄存器：16位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線：16位——能夠一次存取16位二進(jìn)制數(shù)外部數(shù)據(jù)總線：16位（地址總線有20位）——CPU與I/O設(shè)備（存儲器、）8088：準(zhǔn)16位CPU，8位CPUALU、寄存器、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線同8086，為16位外部數(shù)據(jù)總線：8位47第四十七頁，共95頁。1.4微型計算機(jī)中的數(shù)制與編碼主要掌握數(shù)制和編碼的表示各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換方法計算機(jī)中二進(jìn)制運(yùn)算原理48第四十八頁，共95頁。1.4微型計算機(jī)中的數(shù)制與編碼1.4.1常見數(shù)制十進(jìn)制（D）0-9，逢十進(jìn)一二進(jìn)制（B）00,01,10,11,100,…逢二進(jìn)一十六進(jìn)制（H）0—9，A，B，C，D，E，F(xiàn),10,11,…逢十六進(jìn)一八進(jìn)制（O）0,1,2,3,4,5,6,7,10,11,…逢八進(jìn)一十六進(jìn)制數(shù) A B C D E F十進(jìn)制數(shù) 10 11 12 13 14 1549第四十九頁，共95頁。1.4.1常見數(shù)制不同數(shù)制表示例：234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）Hd,b,h不區(qū)分大小寫50第五十頁，共95頁。1.4.2常見數(shù)制間轉(zhuǎn)換常用轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換51第五十一頁，共95頁。1.4.2常見數(shù)制間轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)的權(quán)值表達(dá)式展開例：123.5=1×102+2×101+3×100+5×10-1（1）1011.11B=？（2）5B.8H=？（1）1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=8+2+1+0.5+0.25=11.75（2）5B.8H=5×161+11×160+8×16-1

=80+11+0.5=91.552第五十二頁，共95頁。1.4.2常見數(shù)制間轉(zhuǎn)換十進(jìn)制非十進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：

對整數(shù)：除2取余（除至商為0）；

對小數(shù)：乘2取整（乘至小數(shù)為0）；到十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：

對整數(shù)：除16取余；

對小數(shù)：乘16取整。最快轉(zhuǎn)換方法？Windows計算器查看程序員53第五十三頁，共95頁。1.4.2常見數(shù)制間轉(zhuǎn)換十進(jìn)制非十進(jìn)制數(shù)例1：11.25（D）=？（B）

1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=8+2+1+0.5+0.25=11.75

整數(shù)11：11/2=5余

1；5/2=2余1；2/2=1余0；1/2=0余1；小數(shù)0.25：0.25*2=0.5

取整得0；0.5*2=1

取整得1；=1011.01B多次除以2得到？高位低位54第五十四頁，共95頁。

【例2】將十進(jìn)制整數(shù)（105）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)，采用“除2倒取余”的方法，過程如下：2︳105

2︳52

余數(shù)為12︳26

余數(shù)為02︳13

余數(shù)為02︳6

余數(shù)為12︳3

余數(shù)為02︳1

余數(shù)為10 余數(shù)為1

所以，（105）10＝（）2第五十五頁，共95頁?！纠?】將十進(jìn)制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)采用“乘2順取整”的方法，過程如下：0.8125×2＝1.625 取整數(shù)位10.625×2＝1.25取整數(shù)位10.25×2＝0.5 取整數(shù)位00.5×2＝1.0 取整數(shù)位1

所以，（0.8125）10＝（0.1101）2如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即可。

第五十六頁，共95頁。【例4】將十進(jìn)制整數(shù)（2347）10轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制整數(shù)采用“除16倒取余”的方法，過程如下：16︳2347

16︳146

余數(shù)為11（十六進(jìn)制數(shù)為B）

16︳9

余數(shù)為20余數(shù)為9

所以，（2347）10＝（92B）16第五十七頁，共95頁。1.4.2常見數(shù)制間轉(zhuǎn)換二進(jìn)制十六進(jìn)制（互轉(zhuǎn)）方法：4位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)【例】（1）11.75=1011.11B=1011.1100B

=B.CH（2）91.5=5B.8H=0101011.1000B=101011.1B（3）25.5=？H=？B（練習(xí)）（4）11001010.0110101B=？H（練習(xí)）19.8H11001.1BCA.6AH58第五十八頁，共95頁。

十進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換需計算，不直觀；二進(jìn)制表示的數(shù)位多不便于書寫、閱讀；十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)間轉(zhuǎn)換方便、直觀，相對于二進(jìn)制數(shù)，十六進(jìn)制數(shù)書寫、閱讀相對方便。

提問：計算機(jī)采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令，在書寫，顯示上引進(jìn)十六進(jìn)制的意義是什么？計算機(jī)內(nèi)部使用十六進(jìn)制嗎？1.4.2常見數(shù)制間轉(zhuǎn)換（為什么要用？）第五十九頁，共95頁。D:\>DEBUG↙;進(jìn)入DEBUG－

R↙;顯示各寄存器內(nèi)容AX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFEEBP=0000SI=0000DI=0000DS=1271ES=1271SS=1271CS=1271IP=0100NVUPEIPLNZNAPONC1271:0100B83412MOVAX,1234－

D0:0↙;顯示內(nèi)存0~7Fh單元的內(nèi)容0000:00009E0FC9D865047000-16001308650470000000:00106504700054FF00F0-587F00F0F5E700F00000:0020000000D028001308-6FEF00F06FEF00F00000:00306FEF00F06FEF00F0-9A001308650470000000:0040070070D04DF800F0-41F800F0072561FD0000:005039E700F040025C02-2D047000280A5C030000:0060A4E700F02F00D408-6EFE00F004065C030000:00701D0000D0A4F000F0-22050000341200C0－第六十頁，共95頁。1.4.3計算機(jī)中數(shù)的表示怎樣向計算機(jī)描述一個數(shù)？計算機(jī)中的數(shù)都是用二進(jìn)制數(shù)來表示的。Why？計算機(jī)中數(shù)的表示與運(yùn)算無符號數(shù)有符號數(shù)機(jī)器碼的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算加減乘除，與十進(jìn)制類似邏輯運(yùn)算與、或、非、異或特點(diǎn)：按位操作61第六十一頁，共95頁。1.4.3計算機(jī)中數(shù)的表示無符號數(shù)在計算機(jī)中的表示8位無符號數(shù)可表示的數(shù)的范圍：00000000—1111111111111111+1=100000000=28=2560–111111110–2550—FF（28個數(shù)）16位無符號數(shù)所表示的數(shù)的范圍：0-65535(0—FFFF)（216=65536個數(shù)）32位最大表示？無符號數(shù)表示范圍：0≤

X≤2n+162第六十二頁，共95頁。1+1=2？0-1=-1？無符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算（算法同十進(jìn)制）不同進(jìn)制運(yùn)算區(qū)別：十進(jìn)制：進(jìn)位與借位代表10；

二進(jìn)制：進(jìn)位與借位代表2加法運(yùn)算1+1=0（有進(jìn)位）【例】10+1=1111+1=100減法運(yùn)算0-1=1（有借位）【例】10-1=163第六十三頁，共95頁。無符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算（算法同十進(jìn)制）乘除法計算同十進(jìn)制列豎式計算（手算）乘法運(yùn)算00001011×0100=00101100B除法運(yùn)算00001011÷0100=00000010B

即：商=00000010B

余數(shù)=11B64第六十四頁，共95頁。無符號數(shù)的溢出問題無符號數(shù)表示范圍0≤

X≤2n-1運(yùn)算結(jié)果超出表示范圍產(chǎn)生溢出無符號數(shù)：運(yùn)算時最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）溢出最高位向前有進(jìn)位，產(chǎn)生溢出；若用8位寄存器存儲計算結(jié)果，

則：255+1=0；

注意：很多程序的bug來自溢出導(dǎo)致的計算錯誤65第六十五頁，共95頁。無符號數(shù)的邏輯運(yùn)算與、或、非、異或與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應(yīng)用“與”運(yùn)算：任何數(shù)和“0”相“與”，結(jié)果為0?！盎颉边\(yùn)算：任何數(shù)和“1”相“或”，結(jié)果為1。66第六十六頁，共95頁。無符號數(shù)的邏輯運(yùn)算與、或、非、異或掌握：與、或、非門邏輯符號和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應(yīng)用“與”運(yùn)算：任何數(shù)和“0”相“與”，結(jié)果為0?！盎颉边\(yùn)算：任何數(shù)和“1”相“或”，結(jié)果為1。67第六十七頁，共95頁。無符號數(shù)的邏輯運(yùn)算“非”運(yùn)算按位求反“異或”運(yùn)算相同為0，不同為1計算機(jī)里二進(jìn)制數(shù)邏輯運(yùn)算：通常按位計算問題：請寫出與、或、非、異或的真值表。68第六十八頁，共95頁。有符號數(shù)的計算有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法原碼反碼補(bǔ)碼69第六十九頁，共95頁。有符號數(shù)的計算原碼：用最高位表示符號位原碼=符號位+真值最高位為0正數(shù)；最高位為1負(fù)數(shù)例：52=00110100；-52=101101008位帶符號數(shù)所表示的數(shù)的范圍：-127—+127原碼優(yōu)點(diǎn)：真值和其原碼表示之間的對應(yīng)關(guān)系簡單，容易理解；原碼缺點(diǎn)：計算機(jī)中用原碼進(jìn)行加減運(yùn)算比較困難例：127+（-63）=01111111+101111110的表示不唯一：+0=00000000-0=10000000170第七十頁，共95頁。有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法反碼－正數(shù)同原碼；負(fù)數(shù)保留原碼的符號位,其余位取反8位帶符號數(shù)所表示的數(shù)的范圍：-127—+127例：[-52]原=10110100；[+0]反=；

[-52]反=11001011；[-0]反=；

0的反碼也非唯一；

為什么要用設(shè)計反碼？11111111=？71第七十一頁，共95頁。有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法反碼－正數(shù)同原碼；負(fù)數(shù)保留原碼的符號位,其余位取反反碼的作用：加法替代減法運(yùn)算（為什么？）例：1-2=-1=>1+(-2)=-12-2=0=>2+(-2)=0原碼：00000010[原]

+10000010[原]————————---10000100[原]

（-4）反碼：00000010[反]

+11111101[反]————————----11111111[反]

（-0）原碼：00000001[原]

+10000010[原]————————---10000011[原]

（-3）反碼：00000001[反]

+11111101[反]————————----11111110[反]

（-1）？72第七十二頁，共95頁。有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法補(bǔ)碼－正數(shù)同原碼，負(fù)數(shù)補(bǔ)碼為反碼+1作用：解決減法，無+0、-0問題，符合計算邏輯補(bǔ)碼的類比解釋：鐘表：6-36+9；6+86-4；9+3=12；8+4=12；9和3、8和4相對12互補(bǔ)=>a-b=a+b[補(bǔ)],且溢出部分自動丟棄，得到正解8位帶符號數(shù)所表示的數(shù)的范圍：-128

—+12773第七十三頁，共95頁。有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法補(bǔ)碼－正數(shù)同原碼，負(fù)數(shù)補(bǔ)碼為反碼+1X=–52=–0110100

[X]原=10110100

[X]反=11001011

[X]補(bǔ)=[X]反+1=0的補(bǔ)碼[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000=0d[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000=0d（最高位1溢出舍去）特殊數(shù)：10000000b=-0（原碼）、-127（反碼）-128（補(bǔ)碼）（補(bǔ)碼中被定義為-128）74第七十四頁，共95頁。補(bǔ)碼加減法舉例：正數(shù)相加同原碼；減法、負(fù)數(shù)運(yùn)算用補(bǔ)碼；-16+11=-511110000[-16]補(bǔ)+00001011[11]補(bǔ)———------—11111011[-5]補(bǔ)[11111011]補(bǔ)=10000100+1

=10000101=-51-2=-1

00000001[1]補(bǔ)+11111110[-2]補(bǔ)———------—11111111[-1]補(bǔ)[11111111]補(bǔ)=10000000+1=10000001=-1計算原理：兩數(shù)的補(bǔ)碼之和等于兩數(shù)和的補(bǔ)碼；75第七十五頁，共95頁。符號二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：1、補(bǔ)碼原碼？

a：補(bǔ)碼-1再取反（最高位不變）

b：對補(bǔ)碼再取補(bǔ)碼2、原碼十進(jìn)制數(shù)例：（1）

[X]補(bǔ)=00101110B正數(shù)=>[X]原=0101110B

=>X=+46（2）[X]補(bǔ)=1B

負(fù)數(shù)

a：[X]反=1–1=1

[X]原=10101110=-46db:X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=10101101+1=10101110=-46d76第七十六頁，共95頁。補(bǔ)碼計算例題X=-110001，Y=-001001，求X+Y=？十進(jìn)制：X=-49

11001111[-49]補(bǔ)+11110111[-9]補(bǔ)———------—

11000110[-58]補(bǔ)[11000110]補(bǔ)=10111001+1=10111010=-58

1001111[-49]補(bǔ)+1110111[-9]補(bǔ)———------—

11000110[-？]補(bǔ)

？

？[

1000110]補(bǔ)=

1111001+1=

1111010=

-58

1001111[-49]補(bǔ)+10111[-9]補(bǔ)———------—

1100110[-？]補(bǔ)[1100110]補(bǔ)=1011001+1=1011010=-26舍去溢出位？思考：所謂的符號位為最高位，到底是哪一位？77第七十七頁，共95頁。練習(xí)補(bǔ)碼計算：X=10110100，Y=1110100，求X+Y=？[X]原=10110100【負(fù)數(shù)】[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100【正數(shù)】[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=11001100

+01110100

-------------=01000000X+Y=1000000正數(shù)78第七十八頁，共95頁。有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法有符號二進(jìn)制數(shù)總結(jié)：1、正數(shù)的原碼反碼補(bǔ)碼的形式完全相同；2、有符號數(shù)原碼：最高位為1負(fù)數(shù)、0正數(shù)；3、反碼＝原碼除符號位外其它數(shù)值取反；4、補(bǔ)碼＝反碼+1；5、兩數(shù)的補(bǔ)碼之和等于兩數(shù)和的補(bǔ)碼；6、在計算機(jī)中,有符號數(shù)都是采用補(bǔ)碼來表示和運(yùn)算；7、計算的時候,符號位也參與運(yùn)算；8、高級語言編程時，數(shù)據(jù)類型分無符號數(shù)、有符號數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等79第七十九頁，共95頁。有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示方法有符號二進(jìn)制數(shù)總結(jié)：9、符號數(shù)的表示范圍原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+12710000000b定義為-128計算機(jī)中有符號數(shù)直接用補(bǔ)碼表示80第八十頁，共95頁。1.4.3計算機(jī)中數(shù)的表示定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)例：135.6=1.356*102x=a*10p1.356稱為尾數(shù)；10稱為基數(shù)/底數(shù)；2或p稱為指數(shù)/階碼。二進(jìn)制數(shù)：

任意數(shù)N可表示為N=S×2P2->底數(shù)，p->階碼，S尾數(shù)P固定：定點(diǎn)數(shù)；P可變：浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)相當(dāng)于有效數(shù)字，尾數(shù)的位數(shù)就是有效位數(shù)無論定點(diǎn)還是浮點(diǎn)數(shù)，小數(shù)點(diǎn)都是隱含的，不用表示81第八十一頁，共95頁。1.4.3計算機(jī)中數(shù)的表示定點(diǎn)表示法N=S×2P小數(shù)點(diǎn)固定=>P固定=>計算機(jī)中定點(diǎn)數(shù)為整數(shù)或純小數(shù)例如：8位機(jī)可表示數(shù)的范圍：（符號位不變）整數(shù)：11111111.—01111111.

或純小數(shù)：1.1111111—0.1111111定點(diǎn)有符號32位數(shù)范圍:-(231-1)~231-1;編程時對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義時，要明確數(shù)據(jù)類型的含義，明確其可表示數(shù)的范圍，考慮是否存在溢出問題82第八十二頁，共95頁。1.4.3計算機(jī)中數(shù)的表示浮點(diǎn)表示法N=S×2P階碼P是變化的；數(shù)表示的范圍大；有通常有單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)；單精度占用32位，雙精度占用64位（32機(jī)？64機(jī)？）；尾數(shù)表示有效數(shù)字，指數(shù)（階碼）調(diào)整小數(shù)點(diǎn)位置；83第八十三頁，共95頁。IEEE浮點(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)X=SX

2E

X

MS——尾數(shù)符號，0正1負(fù)；M——尾數(shù),純小數(shù)表示,規(guī)范化：小數(shù)點(diǎn)在第一個1后面，1隱含例：1.00110101…10101共24位二進(jìn)制數(shù)；

22至0位存儲00110101…10101共23位二進(jìn)制數(shù)23位尾數(shù)最大十進(jìn)制數(shù)：224-1=16777215，對應(yīng)十進(jìn)制有效數(shù)字10位符號Sign

指數(shù)Exponent尾數(shù)

Mantissa

1bits8bits23bits31302322032位IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)IEEE754

標(biāo)準(zhǔn)：尾數(shù)用原碼；階碼用“移碼”；基為2。

移碼=補(bǔ)碼符號位取反第八十四頁，共95頁。IEEE浮點(diǎn)數(shù)S——尾數(shù)符號，0正1負(fù)；M——尾數(shù),純小數(shù)表示,小數(shù)點(diǎn)在第一個1后面，1隱含E——階碼，采用“移碼”表示（移碼=補(bǔ)碼符號位取反）;E取值范圍（-127-128）

則X表示范圍：-2127×(223-1)——

2127×(223-1)對于定點(diǎn)數(shù)，（二進(jìn)制）有效數(shù)字32位；對于浮點(diǎn)數(shù)，（二進(jìn)制）有效數(shù)字24位；符號Sign

指數(shù)Exponent尾數(shù)

Mantissa

1bits8bits