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“十一五”国家级规划教材,微机原理与接口技术 (第3版),第1章,计算机基本知识,本章主要内容,工程类课程 重视练习 经验很重要 不要钻牛角尖 授课内容有侧重 考查方式 闭卷考试 卷面成绩60,平时成绩40(考勤、作业和实验) 考勤、作业和实验的重要性,平时成绩对最终成绩的影响,本章主要内容,微型计算机中信息的表示及运算,1.1微型计算机组成,微型计算机的发展,计算机之父-冯诺依曼,这台计算机有五个基本部件:输入器、输出器、运算器、存储器和控制器,奠定了当代电子数字计算机体系结构的基础。,输入设备,运算器,输出设备,存储器,控制器,数据流,控制流,工作特点是 程序控制、数据存储、数字编码 电子计算机工作的基础,计算机的发展概况 第一代:电子管计算机时代(19471957) 第二代:晶体管计算机时代(19581964) 第三代:集成电路计算机时代(19641972) 第四代:超大规模集成电路(VLSI)计算机时代 (1972年 )。 第五代:智能计算机(1981年 )。,微处理器及微型计算机的发展 第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004,4040为代表的四位微处理机。 第二代微处理机(1973年1977年),典型代表有:Intel 公司的8080、8085;Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。 第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表,基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的;M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的; 第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表, 第五代微处理机的发展更加迅猛,1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世,98年PENTIUM 2又被推向市场。,发展趋势,微型化 便携式、低功耗 巨型化 尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、高速度 智能化 模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能力 系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级 网络化 网络计算机和信息高速公路 多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享),1.2微型计算机中信息的表示及运算基础,常用术语,位(Bit):一个二进制位,计算机中信息存储的最小单位。 字节(Byte):8个二进制位,1024个字节构成1个千字节,用KB表示。1024KB构成1兆字节,用MB表示。1024MB构成1个千兆(吉)字节,用GB表示。B、KB、MB、GB、都是计算机存储器容量的单位。 字(Word)和字长:2字节(16位)成为1个字(Word)。双字节(Double World)为4字节(32位),四字节(Quad Word)为8字节(64位)。 “字”是计算机内部进行数据传递处理的基本单位,1.2.1 二进制数的表示与运算,1、数制的表示,一个R进制数具有以下主要特点,具有R个不同数字符号:0、1、R-1,逢R进一,S= an-1an-2a1a0.a-1a-2a-m =an-1Rn-1 + an-2Rn-2 +a1R1 +a0R0+a-1R-1 +a-mR-m,上述R进制数S可用多项式(称为按权展开式)表示为:,用 an-1an-2a1a0.a-1a-2a-m书写表方式示数据的方法称为位置表示法,1.2.1 二进制数的表示与运算,十进制数,具有十个不同的数字符号,即0-9,逢十进一,特点,二进制数,具有两个不同的数字符号,即0和1,逢二进一,特点,具有十六个不同的数字符号,即0-9和A-F,逢十六进一,特点,十六进制数,1.2.1 二进制数的表示与运算,2、二进制数的运算,加法规则:逢2进1 减法规则:借1当2 乘法规则:1与1乘为1,其它为0,(1)算术运算,2、二进制数的运算,逻辑非(NOT)运算: 0 1, 1 0 逻辑与(AND)运算: 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1,(2)逻辑运算,1.2.1 二进制数的表示与运算,2、二进制数的运算,逻辑或(OR)运算: 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 逻辑异或(XOR)运算: 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0,(2)逻辑运算,1.2.1 二进制数的表示与运算,1.2.2 二-十进制(BCD)数的表示与运算,1、二-十进制数的表示,用4位二进制数编码表示十进制数称为BCD数,1.2.2 二-十进制(BCD)数的表示与运算,2、二-十进制数的加、减运算,运算规则:逢10进1 10101111这6个编码没有用到,是无意义的编码。,加法运算后的十进制调整规则 若加法和的个位大于9或向十位有进位,则需要“加6调整”。即,所得和要加上00000110BCD 若加法和的十位大于9或向百位有进位,则需要“加60调整”。即,所得和要加上01100000BCD 减法运算后的十进制调整规则 若减法差的个位大于9或向十位有借位,则需要“减6调整”。即,所得和要减去00000110BCD 若减法差的十位大于9或向百位有借位,则需要“减60调整”即,所得和要减去01100000BCD。,1.2.2 二-十进制(BCD)数的表示与运算,1.2.2 二-十进制(BCD)数的表示与运算,2、二-十进制数的加、减运算,例:10001000(BCD)+01101001(BCD) =000101010111(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 调整 1 0 1 0 1 0 1 1 1 进位,例: 10001000(BCD) 01101001(BCD)= 00011001(BCD) 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 调整 0 0 0 1 1 0 0 1,1.2.2 二-十进制(BCD)数的表示与运算,1.2.3 十六进制数的表示与运算,1、十六进制数的表示,用4位二进制数编码表示十六进制数:09,AF,1.2.3 十六进制数的表示与运算,2、十六进制数的加、减运算,加法运算规则:逢16进1 减法运算规则:借1当16,1.2.3 十六进制数的表示与运算,1、符号的表示方法,机器中,数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位,“0”表示“+”,“1”表示“-”,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,2、带符号数的表示,正数的符号位用0表示,负数的符号位用1表示,数值位保持不变。这种方法称为原码。,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,(1)原码,例如当机器字长n8时, +0D原 0000 0000 , 0D原 1000 0000 +1D原 0000 0001 , 1D原 1000 0001 +45D原 0010 1101 ,45D原 1010 1101 +127D原 0111 1111 , 127D原 1111 1111 0 的表示不惟一,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,2、带符号数的表示,正数的符号位用0表示,负数的符号位用1表示。 正数的反码与原码相同 负数的反码为:最高位为1,表示数值的位按位取反。,(2)反码,例如当机器字长n8时, +0D反0000 0000 , 0D反1111 1111 +1D反0000 0001 , 1D反1111 1110 +45D反0010 1101 ,45D反1101 0010 +127D反0111 1111 , 127D反1000 0000 0 的表示不惟一,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,2、带符号数的表示,正数的符号位用0表示,负数的符号位用1表示。 正数的补码与原码相同 负数的补码为:最高位为1,表示数值的位按位取反然后+1。,(3)补码,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,注意,用补码对带符号数进行编码,是计算机中常用的方法。,例如当机器字长n8时, +0D补0000 0000 , 0D补0000 0000 +1D补0000 0001 , 1D补1111 1111 +45D补0010 1101 , 45D补1101 0011 +127D补0111 1111 , 127D补1000 0001 0 的表示惟一,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,3、带符号数的运算,加法运算:补码直接相加。 减法运算:减数变补相加,丢弃进位。,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,由于计算机的字长有限,因此,所能表示的数是有范围的。例如8位二进制补码表示的整数范围是 128D+127D; 当运算结果超过这个范围时,运算结果将出错,这种情况称为溢出。 产生溢出的原因是数值的有效位占据了符号位。,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,微型机中常用的溢出判别法:双高位判别法 CF:如最高位(符号位)有进位, CF =1,否则, CF =0。 CP:如次高位有进位, CP =1,否则, CP =0。 判别法则: 无溢出:若最高位进位CF 和次高位进位CP相同 同为0或同为1 有溢出: CF 和CP相异。当CF CP =1时,表示有溢出产生, 否则无溢出产生 正溢出: CF =0, CP =1 负溢出: CF =1, CP =0,1.2.4 带符号二进制数的表示和运算,4、带符号数的符号扩展表示,无符号数扩展:在数据前补O 有符号数扩展:正数前补O,负数补码前补1,+5 0000 0101B(8位) 0000 0000 0000 0101B(16位) -5 1000 0101B(8位) 1111 1011B(8位补码) 1111 1111 1111 1011B(16位补码),1.2.5 字符的编码表示,在计算机中处理的信息并不全是数,还有字符或字符串。例如,姓名、编号等信息。因此,计算机必须能表示和处理字符。 80x86系列计算机中采用美国标准信息交换代码ASCII(American Standard Code for Information Interchange)来表示一个字符。,1、 ASCII表示,标准ASCII码用7位二进制数编码,共有128个。 计算机存储器基本单位为8位,ASCII码最高位通常为0,通信时,最高位用作奇偶校验位。 ASCII码表中的前32个和最后1个编码是不能显示的控制字符,用于表示某种操作。 ASCII码表中20H后的94个编码是可显示和打印的字符,其中包括数码09,英文字母,标点符号等。 字符的ASCII值可以看作字符的码值,如字符“A”的ASCII值为41H,“Z”的ASCII值为5AH,利用这个值的大小可以将字符排序,以后我们会遇到字符串大小比较,实际上是比较ASCII码值的大小。,1.2.5 字符的编码表示,1、 ASCII表示,1.2.5 字符的编码表示,国标码:一个汉字用两个字节编码,每个字节用7位二进制数表示,高位置0。 内部码:一个汉字用两个字节编码,每个字节用7位二进制数表示,高位置1,与ASC
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