海南大學(xué)微機(jī)原理課件 第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

§1.1數(shù)制

一.計(jì)算機(jī)使用的數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制(D)、二進(jìn)制(B)、八進(jìn)制(O)和十六進(jìn)制(H).

數(shù)制中用少量數(shù)碼按次序排列成數(shù)位，并按由低到高的進(jìn)位方式進(jìn)行計(jì)數(shù)。(數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱為基數(shù))

D---0,1,2,3,4,5,6,7,8,9------數(shù)碼十個(gè)(基為10)-------53D

B---0,1-----數(shù)碼二個(gè)(基為2)-------0101B

O---0,1,2,3,4,5,6,7-----數(shù)碼八個(gè)(基為8)-------56O

H---0~9,A,B,C,D,E,F-----數(shù)碼十六個(gè)(基為16)-------56H,ABH

數(shù)制每一位所具有的值稱為權(quán)

基數(shù)是數(shù)制中所用數(shù)碼的個(gè)數(shù)，基數(shù)為r的數(shù)制中需要r個(gè)數(shù)碼，每個(gè)數(shù)位計(jì)滿r就向高位進(jìn)一，即逢r進(jìn)一。

在數(shù)制表示的數(shù)中，同一數(shù)字處在不同位置表示不同的值，它所表示的值是該數(shù)字乘以一個(gè)由它所處位置所決定的常數(shù)，這一常數(shù)就是該數(shù)位所具有的權(quán)。r進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以r為底的冪任何一個(gè)r進(jìn)制數(shù)N可以表示為：若r=10，則是十進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以10為底的冪；若r=2，則是二進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以2為底的冪；若r=8，則是八進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以8為底的冪若r=16，則是十六進(jìn)制數(shù)，其各位的權(quán)是以16為底的冪，各數(shù)制間轉(zhuǎn)換1.r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)求和例1.分別把二進(jìn)制數(shù)1011.01和十六進(jìn)制數(shù)F0.C用十進(jìn)制表示

(1*23+0*22+1*21+1*20+0*2-1+1*2-2=11.75D)

2.十進(jìn)制數(shù)N轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換步驟：(除基數(shù)取余）

1）將N除以r，記錄商和余數(shù)，并用r進(jìn)制表示余數(shù)，這余數(shù)便是用r進(jìn)制表示的數(shù)的最低位數(shù)字；

2）把上次的商進(jìn)行1）中所述除以r取余的運(yùn)算，用r進(jìn)制表示余數(shù)；重復(fù)這種運(yùn)算直到商為0，這時(shí)的余數(shù)即為十進(jìn)制數(shù)N用r進(jìn)制表示時(shí)最高位數(shù)字。例2.把十進(jìn)制數(shù)103用二進(jìn)制表示

1100111B例3.把十進(jìn)制數(shù)506用十六進(jìn)制表示

1FAH小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換步驟：（乘基數(shù)取整）1）將N乘以r，記錄積的整數(shù)部分和小數(shù)部分，并用r進(jìn)制表示整數(shù)部分，該整數(shù)即為轉(zhuǎn)換后r進(jìn)制小數(shù)的最高位；2）把上次積的小數(shù)部分進(jìn)行1）中所述乘以r取整的運(yùn)算用r進(jìn)制表示積的整數(shù)部分；重復(fù)這種運(yùn)算直到積的小數(shù)部分為0，或者達(dá)到所要求的位數(shù)，這時(shí)的整數(shù)部分即為十進(jìn)制數(shù)N轉(zhuǎn)換成r進(jìn)制小數(shù)的最低位。例4.把十進(jìn)制0.8125用八進(jìn)制表示

0.64O3.二﹑八﹑十六進(jìn)制間轉(zhuǎn)換從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時(shí)，從小數(shù)點(diǎn)位置開(kāi)始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每四位二進(jìn)制數(shù)為一組用一位十六進(jìn)制的數(shù)字來(lái)表示，不足四位的用0補(bǔ)足，就是相應(yīng)十六進(jìn)制的表示。從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制時(shí)，從小數(shù)點(diǎn)位置開(kāi)始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每三位二進(jìn)制數(shù)為一組用一位八進(jìn)制的數(shù)字來(lái)表示，不足三位的用0補(bǔ)足，就是相應(yīng)八進(jìn)制的表示例5.把二進(jìn)制1011011010111.11101用十六進(jìn)制表示

16D7.E8H例6.把八進(jìn)制數(shù)62.31用二進(jìn)制表示

110010.011001B二.數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.符號(hào)數(shù)的表示把二進(jìn)制數(shù)的最高一位定義為符號(hào)位，符號(hào)位為0表示正數(shù)，符號(hào)位為1表示負(fù)數(shù)這種在計(jì)算機(jī)中使用的、連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補(bǔ)碼記作[X]補(bǔ)。最高位表示符號(hào)，數(shù)值位用二進(jìn)制絕對(duì)值表示的方法，稱為原碼表示法一個(gè)負(fù)數(shù)的原碼符號(hào)位保持不變，其余位取反就是機(jī)器數(shù)的另一種表示方法-----反碼表示法。正數(shù)的反碼與原碼相同。將負(fù)數(shù)的反碼加1，則得到機(jī)器數(shù)的補(bǔ)碼表示。正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同。“補(bǔ)”數(shù)例子對(duì)表：若此時(shí)時(shí)間為下午６︰0０，而某表為10︰00。

①倒撥：１０－４＝６（倒撥４小時(shí)）

②順撥：１０＋８＝６（順撥８小時(shí)）結(jié)果相同：前提條件：１０＋８＝１２＋６＝６（丟１２）而１２是表的最大量程——即一個(gè)系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)——模自然丟失的。

∴１０－４＝１０＋８（ＭＯＤ１２）即稱（-４）與（+８）對(duì)模１２互為補(bǔ)數(shù)。既：當(dāng)模確定后，某數(shù)減去小于模的一個(gè)數(shù)，可用某數(shù)加上該數(shù)的補(bǔ)碼來(lái)代替。（減法變加法）模的確定：設(shè)字長(zhǎng)為８位的二進(jìn)制系統(tǒng)，則模為２８＝２５６Ｄ；設(shè)字長(zhǎng)為5位的十進(jìn)制系統(tǒng)，則模為105＝100000Ｄ；例：64-10=64+（256-10）=64+246=54+256=54（丟256）

（256-10）即是-10的補(bǔ)數(shù)12610即：64-10=64+（-10）補(bǔ)=64+246=54補(bǔ)=54

用豎式驗(yàn)證：0100000064-）00001010-100011011054

用補(bǔ)碼加：0100000064+11110110+（-10）補(bǔ)

10011011054

丟失（模，最大量程）補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則:[X

Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[

Y]

補(bǔ)其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。

模（module）就是一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的最大容量，其大小等于以進(jìn)位計(jì)數(shù)制基數(shù)為底，以位數(shù)為指數(shù)的冪。凡是用器件進(jìn)行的運(yùn)算都是有模運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果超過(guò)模的部分被運(yùn)算器自動(dòng)丟棄。因此，當(dāng)器件為n位時(shí)，有，

X=2n+X(mod2n)（上例54=256+54）不難驗(yàn)證，

[X]補(bǔ)=2n+X(mod2n)

因此，

[X

Y]補(bǔ)=2n+(X

Y)(mod2n) =(2n+X)+(2n+Y) =[X]補(bǔ)+[

Y]補(bǔ)在微機(jī)中，凡是帶符號(hào)數(shù)一律用補(bǔ)碼表示，所以運(yùn)算結(jié)果也是用補(bǔ)碼表示的（符號(hào)位和數(shù)值位一起運(yùn)算，只要不發(fā)生溢出，結(jié)果均正確。）2.無(wú)符號(hào)數(shù)的表示

·無(wú)符號(hào)數(shù)的最高位不是符號(hào)位而是數(shù)值的一部分3.十進(jìn)制數(shù)的表示

8421BCD碼壓縮BCD碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，0000~1001表示0~9，一個(gè)字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個(gè)字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總是0000，低4位的0000~1001表示0~9。三.非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示ASCII碼----美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼采用7位二進(jìn)制代碼對(duì)字符進(jìn)行編碼數(shù)字0~9的編碼是0110000~0111001，它們的高3位均是011，后4位正好與其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼相符。英文字母A~Z的ASCII碼從1000001（41H）開(kāi)始順序遞增，字母a~z的ASCII碼從1100001（61H）開(kāi)始順序遞增，這樣的排列對(duì)信息檢索十分有利。ASCII碼漢字編碼漢字編碼包括輸入編碼、內(nèi)碼和字模編碼，分別用于輸入、內(nèi)部處理和輸出。漢字的輸入編碼是為了使用西文標(biāo)準(zhǔn)鍵盤把漢字輸入到計(jì)算機(jī)中，其編碼方法主要有數(shù)字編碼、拼音碼和字形編碼三類。除了鍵盤輸入以外，利用語(yǔ)音或圖象識(shí)別技術(shù)自動(dòng)將漢字輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的方法也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)漢字內(nèi)碼是用于漢字信息的存儲(chǔ)、交換、檢索等操作的機(jī)內(nèi)代碼，它采用兩個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制形式表示一個(gè)漢字。為了與英文字符能相互區(qū)別，漢字機(jī)內(nèi)代碼中兩個(gè)字節(jié)的最高位均規(guī)定為l。漢字字模編碼是用來(lái)描述漢字字形的代碼，它是漢字的輸出形式。漢字庫(kù)有點(diǎn)陣字庫(kù)、TrueType字庫(kù)、矢量字庫(kù)等類型四.二進(jìn)制運(yùn)算

一)、算術(shù)運(yùn)算

1.加法運(yùn)算 二進(jìn)制加法法則為：

0＋0＝0 1＋0＝0＋1＝1 1＋1＝10（向鄰近高位有進(jìn)位）

1＋1＋1＝11（向鄰近高位有進(jìn)位）

2.減法運(yùn)算 二進(jìn)制減法法則為：

0－0＝0 1－1＝0 1－0＝1 0－1＝1（向鄰近高位借1當(dāng)2）

3.乘法運(yùn)算二進(jìn)制乘法法則為：

0×0＝0 1×0＝0×1＝0 1×1＝1

二進(jìn)制乘法運(yùn)算豎式與兩個(gè)十進(jìn)制數(shù)相乘類似。被乘數(shù)1101B

乘數(shù)×1011B1101110100001101

乘積10001111

4.除法運(yùn)算

除法是乘法的逆運(yùn)算。與十進(jìn)制類似，也由減法、試商等操作逐步完成。

11011001丿1110101100110111001100110010二).邏輯運(yùn)算1.邏輯“與”運(yùn)算 邏輯“與”又稱邏輯乘，常用“∧”算符表示。邏輯乘運(yùn)算法則為:0∧0＝01∧0＝0∧1＝01∧1＝12.邏輯“或”運(yùn)算 邏輯“或”又稱邏輯加，常用算符“∨”表示。邏輯加的運(yùn)算規(guī)則為:0∨0＝0

1∨0＝0∨l＝1

1∨1＝13.邏輯“非”運(yùn)算 邏輯“非”運(yùn)算又稱邏輯取反,常采用“￣”運(yùn)算符表示。運(yùn)算規(guī)則為: 0＝11＝04.邏輯“異或”運(yùn)算

邏輯“異或”又稱為半加,是不考慮進(jìn)位的加法，常采用“⊕”運(yùn)算符表示。邏輯“異或”的運(yùn)算規(guī)為：

0⊕0＝1⊕1＝0 1⊕0＝0⊕1＝1§1.2邏輯電路

三個(gè)基本門電路:

YYYABABAY=ABY=A+BY=A﹠≥11。與門或門非門應(yīng)用于二進(jìn)制運(yùn)算:A,B均代表一位,且只能取0或1.§1.3布爾代數(shù)是表征邏輯關(guān)系的代數(shù).“或”運(yùn)算:1)各對(duì)應(yīng)位分別進(jìn)行“或”運(yùn)算.2)1“或”1等于1,無(wú)進(jìn)位.“與”運(yùn)算:1)各對(duì)應(yīng)位分別進(jìn)行“與”運(yùn)算.2)“屏蔽”__用“0”和某位相“與”____抹掉用“1”和某位相“與”____保留“反”運(yùn)算:各位均反.§1.4二進(jìn)制加法及電路一.加法:對(duì)應(yīng)位相加.

例:A=11B,B=11BA=11B

則和S=110B+)B=11BS=110B

分析:S0=A0+B0

進(jìn)位C1____二個(gè)輸入,二個(gè)輸出___半加器HAS1=A1+B1+C1

進(jìn)位C2____三個(gè)輸入,二個(gè)輸出___全加器FA

二.電路:1)每一加法器只能加一位,2)加法器可完成四則運(yùn)算.B0A0S0C1C1A1B1S1C2HAFA§1.5二進(jìn)制減法一.原則:轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算.

設(shè)被減數(shù)為A,減數(shù)為B,則差為Y=A-B.

現(xiàn):B取反,得B,(反碼).再將B+1=B`(補(bǔ)碼)

則Y=A-B=A+B`(進(jìn)位舍去)

例:

A=23D=10111B,B=20D=10100B(均為無(wú)符號(hào)數(shù))

則B=10100(原碼)B=01011B(反碼)B`=01100B(補(bǔ)碼)Y=A-B=A+B`=10111+01100=100011=3D進(jìn)位,舍去二.電路實(shí)現(xiàn)

一個(gè)異或門

Y=B0SUB=B0SUB+B0SUBB0=0Y=0Y與B0相同,SUB=0B0=1Y=1即Y=B0B0=0Y=1Y與B0相反,SUB=1B0=1Y=0即Y=B0,可得反碼,再將最低