微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論課件

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)測(cè)控技術(shù)與儀器系課程目標(biāo)掌握：微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，了解微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的基本過(guò)程教材及主要參考書教材：《微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》，馮博琴主編，

清華大學(xué)出版社主要參考書：《微機(jī)原理及應(yīng)用》，李伯成等編，西安電子科技大學(xué)出版社《匯編語(yǔ)言》，王爽著，清華大學(xué)出版社微機(jī)

原理及接口

技術(shù)課程

介紹典型機(jī)型：IBMPC系列機(jī)基本系統(tǒng)：8088CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法課程主要內(nèi)容CPU：8088/8086

典型機(jī)型：IBM-PC系列機(jī)內(nèi)容：

微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成

8088微處理器及指令系統(tǒng)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其接口中斷技術(shù)

I/O接口芯片面向系統(tǒng)的接口芯片及其應(yīng)用8253（定時(shí)）/8259（中斷）/8237（DMA）面向外設(shè)的接口芯片及應(yīng)用8255（并行口）/8250（串行口）學(xué)習(xí)方法復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐學(xué)習(xí)

方法考核方式平時(shí)+作業(yè) 10%實(shí)驗(yàn)20%期末考試 70%

[教學(xué)目的及要求]

1）理解微機(jī)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)；2）掌握3種常用記數(shù)制、兩種編碼的表示方法及其相互的轉(zhuǎn)換;3）掌握二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；4）深入理解補(bǔ)碼的概念及其運(yùn)算。第1章微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC（電子數(shù)據(jù)和計(jì)算器）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)1971年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片Intel4004，開創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代。ENIAC長(zhǎng)30.48米，寬1米，占地面積約170平方米，30個(gè)操作臺(tái)，約相當(dāng)于10間普通房間的大小，重達(dá)30噸，耗電量150千瓦，造價(jià)48萬(wàn)美元。它包含了17,468真空管7,200水晶二極管,1,500中轉(zhuǎn),70,000電阻器,10,000電容器，1500繼電器，6000多個(gè)開關(guān)，每秒執(zhí)行5000次加法或400次乘法，是繼電器計(jì)算機(jī)的1000倍、手工計(jì)算的20萬(wàn)倍1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第1代：4位和低檔8位微機(jī)4004→4040→8008第2代：中高檔8位微機(jī)Z80、I8085、M6800，Apple-II微機(jī)、MCS-48、MCS-51系列第3代：16位微機(jī)M68000、Z80008086→8088→80286，IBMPC系列機(jī)1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展第4代：32位微機(jī)80386→80486→Pentium→PentiumII→PentiumIII→Pentium432位PC機(jī)、Macintosh機(jī)、PS/2機(jī)第5代：64位微機(jī)Itanium、64位RISC微處理器芯片微機(jī)服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站1978年8086/80882.9萬(wàn)（3萬(wàn)）1982年8028613.5萬(wàn)1985年8038632萬(wàn)1990年80486120萬(wàn)1993年P(guān)entium320萬(wàn)1996年P(guān)entiumPro550萬(wàn)1997年2月PentiumII750萬(wàn)，300MHz1999年P(guān)entiumIII2000年(4季度)PentiumIV4200萬(wàn)，1.4GHz(0.18um工藝)其他新型技術(shù)，如激光計(jì)算機(jī)。從計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)及信息理論方面，“非馮結(jié)構(gòu)”（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)－－仿人腦的思維和記憶模型），更便于處理某些智能型問(wèn)題。1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微機(jī)原理討論的基礎(chǔ)就是馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，其基本設(shè)計(jì)思想就是存儲(chǔ)程序和程序控制。（1）馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)1.1.2微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程（1）馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)當(dāng)人們要解決問(wèn)題時(shí),首先將問(wèn)題程序化,形成指令序列,然后將它存入存儲(chǔ)器中,再由CPU的控制器從存儲(chǔ)器中逐條取出指令解釋,并取出該指令要處理的操作數(shù)送往運(yùn)算器中執(zhí)行,最后輸出程序結(jié)果.

即“程序存儲(chǔ)和程序控制”工作原理.這就是馮.諾依曼原理.15運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備（1）馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)16馮?

諾依曼機(jī)的工作過(guò)程內(nèi)存指令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(jì)數(shù)器PC地址CPU取出操作數(shù)17馮?

諾依曼機(jī)的工作過(guò)程取一條指令的工作過(guò)程：將指令所在地址賦給程序計(jì)數(shù)器PC；PC內(nèi)容送到地址寄存器AR，PC自動(dòng)加1；把AR的內(nèi)容通過(guò)地址總線送至內(nèi)存儲(chǔ)器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中相應(yīng)單元。CPU的控制器發(fā)出讀命令。在讀命令控制下，把所選中單元的內(nèi)容（即指令操作碼）讀到數(shù)據(jù)總線DB。把讀出的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器DR。指令譯碼因?yàn)槿〕龅氖侵噶畹牟僮鞔a，故數(shù)據(jù)寄存器DR把它送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID內(nèi)存單元地址PC1000FH地址寄存器1000FH+1“讀存儲(chǔ)器”命令指令譯碼數(shù)據(jù)總線B1H┇┇內(nèi)存儲(chǔ)器地址總線B1H1000FH微機(jī)讀取一條指令的工作過(guò)程：馮?

諾依曼機(jī)的特點(diǎn)和不足特點(diǎn)：程序存儲(chǔ)，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(chǔ)器間有大量數(shù)據(jù)交互，對(duì)總線要求很高；執(zhí)行順序由程序決定，對(duì)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。19馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、安謀公司的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器非馮?

諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)主要特征并行性典型類型數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)（DataflowImageProcessingSystem）哈佛結(jié)構(gòu)（HarvardArchitecture）21數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式程序的執(zhí)行順序不是由程序計(jì)數(shù)器控制，而是由指令間的數(shù)據(jù)流控制當(dāng)指令具有所需數(shù)據(jù)、且輸出端沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)就可執(zhí)行。22采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流處理機(jī)工作原理23哈佛結(jié)構(gòu)指令和數(shù)據(jù)分別存放在兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊中；CPU與存儲(chǔ)器間指令和數(shù)據(jù)的傳送分別采用兩組獨(dú)立的總線；可以在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲得指令操作碼和操作數(shù)。24哈佛結(jié)構(gòu)25Microchip公司的PIC系列芯片、摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安謀公司的ARM9、ARM10和ARM11，51單片機(jī)也屬于哈佛結(jié)構(gòu)（2）微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的工作是逐條執(zhí)行由指令構(gòu)成的程序指令：

由人向計(jì)算機(jī)發(fā)出的、能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)所識(shí)別的命令。27指令執(zhí)行的一般過(guò)程取指令取指部件，分析部件，執(zhí)行部件指令譯碼讀取操作數(shù)執(zhí)行指令存放結(jié)果8086微機(jī)的工作過(guò)程分兩階段：

取指令執(zhí)行指令取指令階段（CPU讀內(nèi)存操作）：地址經(jīng)地址寄存器→地址總線→地址譯碼器,選中指令所在的內(nèi)存單元

CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào)指令從內(nèi)存→數(shù)據(jù)總線→數(shù)據(jù)暫存器→指令寄存器指令譯碼器對(duì)指令進(jìn)行譯碼由IP給出指令在內(nèi)存的地址標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP執(zhí)行指令階段：經(jīng)譯碼后的指令，由控制電路發(fā)出控制信號(hào)去執(zhí)行。CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP31指令的順序執(zhí)行和并行執(zhí)行順序執(zhí)行方式：各功能部件交替工作，按順序完成指令的執(zhí)行過(guò)程。并行流水線方式：各功能部件并行工作。32順序工作方式取指令1執(zhí)行指令1分析指令1CPUBUS忙碌忙碌取指令2執(zhí)行指令2分析指令233并行流水線工作方式

EU取指令1執(zhí)行指令1分析指令1CPU取指令2執(zhí)行指令2分析指令2取指令3執(zhí)行指令3分析指令3BIU忙碌忙碌忙碌忙碌忙碌一個(gè)程序工作的例子編程計(jì)算100+256MOVAX，100ADDAX，256MOV[2000],AX返回8088的指令執(zhí)行過(guò)程1.1.3微機(jī)系統(tǒng)組成

主機(jī)硬件系統(tǒng)外設(shè)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件CPU存儲(chǔ)器輸入/輸出接口總線系統(tǒng)組成運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲(chǔ)器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)明確3個(gè)概念的區(qū)別微處理器（Microprocessor）一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等微機(jī)中的核心芯片微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說(shuō)法：微機(jī)、微型機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU地址總線AB存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB輸出設(shè)備CPU微機(jī)的硬件由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成；輸入/輸出設(shè)備通過(guò)輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連；

(輸入/輸出接口簡(jiǎn)稱I/O接口)各部件通過(guò)總線連接。構(gòu)成部件（1）硬件系統(tǒng)(a)微處理器計(jì)算機(jī)的核心部件用來(lái)實(shí)現(xiàn)指令的自動(dòng)裝入和自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身的自動(dòng)化。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU微處理器具有運(yùn)算和控制功能，是整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的核心，也稱中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）。由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成，具有控制器和運(yùn)算器功能。注意，微處理器并不是一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)微處理器（Microprocessor）微處理器的主要功能部件（1）算術(shù)邏輯部件（ALU）：用來(lái)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。例如，SUBAL，5；ANDAL，F(xiàn)EH；ADDAL，10；ORAL，01H；（2）累加器：運(yùn)算前存放操作數(shù)，運(yùn)算后存放運(yùn)算結(jié)果。輸入/輸出指令也通過(guò)累加器來(lái)完成。例如：INAL，50H；OUT51H，AL；（3）程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter--PC），也稱指令計(jì)數(shù)器（InstructionCounter），由它指出下一條要執(zhí)行指令所在存儲(chǔ)單元的地址，具有加1計(jì)數(shù)的功能。（4）指令寄存器：用來(lái)存放從存儲(chǔ)器中取出的指令碼。（5）指令譯碼器：對(duì)指令碼進(jìn)行譯碼，確定指令的操作（如加、減、移位等）。（6）時(shí)序和控制部件微處理器（Microprocessor）CPU結(jié)構(gòu)示意圖地址信號(hào)標(biāo)志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器IP數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)ALUALU控制器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器總線接口控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組BIUABDBCB地址加法器指令隊(duì)列PSW標(biāo)志寄存器EU運(yùn)算器DSESSSCSIP數(shù)據(jù)暫存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器總線接口控制電路AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組ABDBCB地址加法器指令隊(duì)列PSW標(biāo)志寄存器運(yùn)算器8088編程結(jié)構(gòu)

指令指針控制ROM控制部件地址生成(U流水線)地址生成(V流水線)ALU(U流水線)ALU(V流水線)整數(shù)寄存器組桶形移位器8K字節(jié)數(shù)據(jù)高速緩存TLB浮點(diǎn)部件控制寄存器組加法除法乘法總線部件

頁(yè)面部件預(yù)取緩沖器指令譯碼器8K字節(jié)代碼高速緩存TLB

分支目標(biāo)緩沖器

分支檢驗(yàn)與目標(biāo)地址

預(yù)取地址控制64位數(shù)據(jù)總線32位地址總線32位地址總線64位數(shù)據(jù)總線256323232323232Pentium內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)總線

總線是連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線微機(jī)中各功能部件之間的信息是通過(guò)總線傳輸總線BUS存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口輸出設(shè)備CPU550MHzIDE2PentiumIII北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線100MHz100MHzPCI總線33MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線8MHz內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡按信號(hào)的作用，總線分為三類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU地址總線AB(AddressBus)：?jiǎn)蜗蛴脕?lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU地址總線的條數(shù)決定CPU的尋址能力。10根→21010241K

20根→2201024K1M32根→232

22

×2304G36根→23626

×23064G數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)：雙向用來(lái)在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定一次可最多傳送數(shù)據(jù)的寬度。

8根→一次傳送8位16根→一次傳送16位32根→一次傳送32位64根→一次傳送64位控制總線CB(ControlBus)：用于傳送各種控制信號(hào)。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU

有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號(hào)、寫控制信號(hào)；有的是發(fā)向CPU，如外設(shè)向CPU發(fā)出的中斷申請(qǐng)信號(hào)。(c)內(nèi)存內(nèi)存是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件，由地址譯碼器、內(nèi)存單元等構(gòu)成。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)存單元內(nèi)存單元的地址內(nèi)存單元的內(nèi)容對(duì)內(nèi)存的讀/寫操作內(nèi)存單元存儲(chǔ)信息的基本單元。每片內(nèi)存芯片有若干個(gè)內(nèi)存單元。每個(gè)單元可存儲(chǔ)1位或多位等二進(jìn)制數(shù)。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存單元的地址為區(qū)分各內(nèi)存單元，每個(gè)內(nèi)存單元對(duì)應(yīng)有一個(gè)地址。地址線上的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼后只有唯一的內(nèi)存單元被選中。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111內(nèi)存單元的內(nèi)容每個(gè)內(nèi)存單元所存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。n根CPU地址線AB數(shù)據(jù)線DB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111對(duì)內(nèi)存的讀/寫操作

CPU發(fā)出地址信號(hào)，選中相應(yīng)的內(nèi)存單元。若是讀操作，CPU發(fā)出內(nèi)存讀控制信號(hào)，被選中的內(nèi)存單元將其內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入CPU。若是寫操作，CPU發(fā)出內(nèi)存寫控制信號(hào)，

CPU將欲寫的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線，寫入被選中的內(nèi)存單元。n根CPU地址線AB控制線CB地址譯碼器1100110000110011101010101111000010001000地址00...0000地址00...0001地址00...0010地址00...0011地址11…1111數(shù)據(jù)線DB(d)外設(shè)和輸入/輸出接口（I/O接口）外設(shè)的電信號(hào)、運(yùn)行速度與CPU不匹配，不能與CPU直接相連，必須通過(guò)I/O接口與CPU相連。存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備CPU鍵盤→鍵盤接口顯示器→顯示卡鼠標(biāo)→串行接口網(wǎng)絡(luò)→網(wǎng)卡

打印機(jī)→并行接口音箱、麥可風(fēng)→聲卡IDE2PentiumIII北橋440BX南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1L1CacheL2CachePCI插槽ISA插槽內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM顯卡I/O接口結(jié)構(gòu)示意圖CPU通過(guò)對(duì)I/O端口進(jìn)行讀/寫操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的控制。I/O端口1I/O端口2I/O端口3地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路外設(shè)ABDBCBCPU（2）軟件系統(tǒng)軟件：為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或?yàn)閷?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1.2

計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及編碼掌握3種常用記數(shù)制、兩種編碼的表示方法及其相互的轉(zhuǎn)換;掌握二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；深入理解補(bǔ)碼的概念及其運(yùn)算。1.2.1常用記數(shù)制

十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制為防止二義性,約定:*數(shù)后帶D或不帶任何符號(hào),則為十進(jìn)制數(shù);*

帶B為二進(jìn)制數(shù);*帶H為十六進(jìn)制數(shù).(注:以A----F開頭的數(shù),約定前面加0;即寫成:0DBH)如:100,即一百;100B,即四;100H,即256.例：234.98D或（234.98）D1101.11B或（1101.11）BABCD.BFH或（ABCD.BF）H（1）十進(jìn)制特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一；

共有0-9十個(gè)數(shù)字符號(hào)。用D代表。表示：525.15=5*102+2*101+5*100+1*10-1+5*10-2（2）二進(jìn)制特點(diǎn)：以2為底，逢2進(jìn)位；只有0和1兩個(gè)符號(hào)。用B表示。表示：1101.11B=1*23+1*22+0*21+1*20+1*2-1+1*1-2（3）十六進(jìn)制特點(diǎn)：有0--9及A--F共16個(gè)數(shù)字符號(hào)，

逢16進(jìn)位。用H表示。表示：4CD.2H=4*162+12*161+13*160+2*16-11.2.2各種進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換1.非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：利用按權(quán)展開多項(xiàng)式,相乘,相加,即可

如:11.11B=1*21+1*20+1*2-1+1*2-2=3.7511H=1*161+1*160=1774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：1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=8+2+1+0.5+0.25=11.755B.8H=5×161+11×160+8×16-1

=80+11+0.5=91.52.十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換對(duì)二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：對(duì)整數(shù)：除2取余；對(duì)小數(shù)：乘2取整。對(duì)十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：對(duì)整數(shù)：除16取余；對(duì)小數(shù)：乘16取整。112.25D=?B整數(shù)部分11225620282014027023211201小數(shù)部分0.252x0.502x1.011110000.01B

13.二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換二十六:從小數(shù)點(diǎn)開始,每四位一組,與表對(duì)應(yīng)即可.如:001010111101B2BDHA5CH0011101001011100B1.2.3

計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制表示

1.定點(diǎn)小數(shù)的表示N=Ns.N-1N-2…M-(m-1)N-m2.整數(shù)的表示N=NsNn-1…N1N01.2.3

計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制表示3.浮點(diǎn)數(shù)的表示N=±RE×M

十進(jìn)制是204.3，相當(dāng)于

那么，M=0.2043，E=3。

1.2.4

計(jì)算機(jī)中的編碼BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)ASCII碼西文字符編碼(1)BCD碼壓縮BCD碼用4位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)擴(kuò)展BCD碼用8位二進(jìn)制碼表示一位十進(jìn)制數(shù)BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)；反之同樣。例：（00010001.00100101）BCD=11.25=（1011.01）B十進(jìn)數(shù)

0123456789

BCD碼

0000000100100011010001010110011110001001根據(jù)BCD碼的存放方式可分兩種:

壓縮型BCD----一字節(jié)中存放兩個(gè)十進(jìn)制數(shù).

非壓縮型BCD----一字節(jié)中存放一個(gè)十進(jìn)制數(shù).

例.97壓縮型BCD（10010111）BCD97非壓縮型BCD

（0000100100000111）BCD非壓縮型BCD,形式上象ASCII碼,且也是一字節(jié)表示一個(gè)數(shù),所以又稱ASCIIBCD.注意區(qū)分BCD數(shù)與二進(jìn)制數(shù)。如：BCD數(shù)10010111十進(jìn)制數(shù)97；而二進(jìn)制數(shù)10010111十進(jìn)制數(shù)151。(2)ASCII碼字符的編碼，一般用7位二進(jìn)制碼表示。在需要時(shí)可在D7位加校驗(yàn)位。熟悉0—9,A—Z,a—z的ASCII碼ASCII碼的校驗(yàn)奇校驗(yàn)加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。例：A的ASCII碼是41H（1000001B），

以奇校驗(yàn)傳送則為C1H（11000001B）偶校驗(yàn)加上校驗(yàn)位后編碼中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。上例若以偶校驗(yàn)傳送，則為41H。1,2節(jié)總結(jié)1.1緒論微機(jī)的發(fā)展；微機(jī)的工作過(guò)程；微機(jī)系統(tǒng)的組成。1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制二進(jìn)制，十進(jìn)制，十六進(jìn)制，及其互相轉(zhuǎn)換；二進(jìn)制編碼：BCD碼，ASCII碼1.3

二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算無(wú)符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù)(1)無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算包括：

加法運(yùn)算減法運(yùn)算乘法運(yùn)算除法運(yùn)算注意點(diǎn)：對(duì)加法：1+1=0（有進(jìn)位）對(duì)減法：0-1=1（有借位）對(duì)二進(jìn)制數(shù)，乘以2相當(dāng)于左移一位；除以2則相當(dāng)于右移1位。[例]：00001011×0100=00101100B00001011÷0100=00000010B

即：商=00000010B

余數(shù)=11B1100Bx1001B=1100Bx（1000+0001）B=1100x1000+1100x0001=1101100

無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍：

0≤

X≤2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。[例]：

最高位向前有進(jìn)位，產(chǎn)生溢出94(2)邏輯運(yùn)算與、或、非、異或掌握：與、或、非門邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系（真值表）；與非門、或非門的應(yīng)用。95“與”“或”運(yùn)算“與”運(yùn)算：任何數(shù)和“0”相“與”，結(jié)果為0。“或”運(yùn)算：任何數(shù)和“1”相“或”，結(jié)果為1。&≥196“非”“異或”運(yùn)算“非”運(yùn)算按位求反“異或”運(yùn)算相同則為0，相異則為11&≥197(3)譯碼器掌握74LS138譯碼器各引腳功能輸入端與輸出端關(guān)系（真值表）9874LS138譯碼器G1G2AG2BCBAY0Y7????主要引腳及功能使能端輸入端輸出端G1#G2A#G2BCBA#Y0#Y1#Y2#Y3#Y4#Y5#Y6#Y7110

100100100100100100100100

000001010011100101110111111111111111111101111111101111111101111111101111111101111111101111111101111111101.4有符號(hào)數(shù)計(jì)算機(jī)中的有符號(hào)數(shù)可表示為：

符號(hào)位+真值機(jī)器數(shù)

“0”

表示正，

“1”

表示負(fù)。[例]：

+52=+0110100=0

0110100

符號(hào)位真值

-52=-0110100=1

0110100

符號(hào)位真值（1）有符號(hào)數(shù)的表示：

原碼反碼補(bǔ)碼原碼：最高位為符號(hào)位，用“0”表示正，用“1”表示負(fù)；其余為真值部分。優(yōu)點(diǎn)：原碼和真值表示之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單，容易理解；缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中用原碼進(jìn)行減法運(yùn)算比較困難，0的表示不唯一。數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=00000000-0=10000000即：數(shù)0的原碼不唯一。反碼對(duì)一個(gè)機(jī)器數(shù)X：若X>0，則[X]反=[X]原若X<0，則[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分按位求反[例]：X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=110010110的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。補(bǔ)碼定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補(bǔ)=[X]反+1[例]：X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補(bǔ)=[X]反+1=110011000的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對(duì)8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉有符號(hào)數(shù)的表示范圍：對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+127（2）有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：

1）求出真值

2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換[例]：將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。[X]補(bǔ)=00101110B真值為：0101110B

正數(shù)所以：X=+46[X]補(bǔ)=11010010B真值不等于：-1010010B

負(fù)數(shù)而是：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)=-0101110=-46（3）有符號(hào)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。即：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X+(-Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)補(bǔ)碼將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算引例：一塊鐘指向9點(diǎn)，要把它撥到2點(diǎn)可以逆撥7個(gè)，也可以順撥5個(gè)格逆撥：9-7=2

順撥：9+5=14=2（模為12）對(duì)于模為12的鐘表來(lái)說(shuō)9-7等效于9+5，減法變?yōu)榱思臃ǎ?是-7的補(bǔ)碼，同理7是-5的補(bǔ)碼

[例]：X=-0110100，Y=+1110100，求X+Y=？[X]原=10110100[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100所以：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=11001100+01110100=01000000X+Y=+1000000（4）符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題運(yùn)算結(jié)果超出相應(yīng)的數(shù)值表示范圍，從而引起的結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤對(duì)于8位有符號(hào)數(shù)而言，其表示范圍-128—127，如果運(yùn)算結(jié)果超出了該范圍就引起溢出[例]：若：X=01111000，Y=01101001(+120)(+105)則：X+Y=即：次高位向最高位有進(jìn)位，而最高位向前無(wú)進(jìn)位，產(chǎn)生溢出。（事實(shí)上，兩正數(shù)相加得出負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)）溢出的判斷不管表示范圍，先計(jì)算出正確結(jié)果，再看正確結(jié)果是否在表示范圍內(nèi)，從而判斷溢出通過(guò)比較參與運(yùn)算的數(shù)和結(jié)果的符號(hào)來(lái)判斷（負(fù)數(shù)）+（負(fù)數(shù)）=正數(shù)（正數(shù)）+（正數(shù)）=負(fù)數(shù)（負(fù)數(shù)）+（正數(shù)）肯定不溢出溢出兩個(gè)（同號(hào)）帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若最高位次高位＝1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。即參與運(yùn)算的數(shù)最前兩位都是10或都是01。[例]：若：X=01111000，Y=01101001(+120)(+105)

則：X+Y=若：X=-94=-1011110=10100010（補(bǔ)）Y=-94=-1011110=10100010（補(bǔ)）X+Y10100010+10100010

101000100發(fā)生溢出若參與運(yùn)算的數(shù)以其它形式為最高兩位，則可能溢出也可能不溢出例如：0E+76H0E+56H000011100000111001110110010101101.

位(bit)2.

字節(jié)(Byte)3.

字和字長(zhǎng)(word)4.

位編號(hào)5.

指令、指令系統(tǒng)和程序6.

寄存器7.

譯碼器計(jì)算機(jī)中常用術(shù)語(yǔ)1.

位(bit)

指計(jì)算機(jī)能表示的最基本最小的單位在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令，故：位就是一個(gè)二進(jìn)制位，有兩種狀態(tài)，“0”和“1”2.字節(jié)(Byte)

相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)1Byte=8bit

如：11000011010101113．字和字長(zhǎng)

字長(zhǎng)是每一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)。常與CPU內(nèi)部的寄存器、運(yùn)算裝置、總線寬度一致字是CPU內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。例某CPU內(nèi)含8位運(yùn)算器，則：參加運(yùn)算的數(shù)及結(jié)果均以

8位

表示,最高位產(chǎn)生的進(jìn)位或借位在8位運(yùn)算器中不保存，而將其保存到標(biāo)志寄存器中

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