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1, 1,第一章 微型计算机基础,数字电子计算机的发展与分代,按器件分代: 电子管计算机(1946-1956) 晶体管计算机(1957-1964) 中小规模集成电路计算机(1965-1970) 超大规模集成电路计算机(1971-, 2, 2,世上第一台电子计算机,名称:电子数字积分器及计算器 (Electronic Numerical Integrator Calculator, ENIAC) 时间:1946年 用途:弹道设计 制造者:美国宾夕法尼亚大学 运算速度:每秒5,000次加法运算 其它:使用了18,800个电子管和1,500个继电器, 占地150平米,重30,000kg,造价超$1,000,000, 3, 3,微型计算机,. 微型计算机 是第四代计算机的典型代表。它的特点是将中央处理器、主存储器和输入输出接口集中在一小块硅片上。,按字长分代: 位、位、1位、位、位, 4, 4,1.2 数制及编码,基:数制所使用的数码的个数 权:数制每一位所具有的值 位(n): (3)(2)(1)(0).(-1)(-2)(-3) 一无符号数 1、无符号数的表示 1)十进制D: 数符,10 n位权 (基为“10”,权为以10为底的幂) 2)二进制B: 、数符,n位权 3)十六进制H:,A、B、C、D、 E、F数符,n位权, 5, 5,2 、数制转换,(1)二进制十进制: 按n幂展开求和 3 2 1 0 .-1 -2 -3 -4 ,Ex. 101011.101B =15+0 4+13+02+ =32+0+8+0+2+1+0.5+0+0.125 =43.625D, 6, 6,(2)十进制二进制: 整数和小数方法不同 整数:连续除以,取余数,先 得低位,后得高位,直至商零为止 例:13D1101B 小数:连续乘以,取向整数的进位,先得高位,后得低位,直至足够位数即可:例 0.625D=0.101B 整数带小数时分别转换,然后合并结果, 7, 7,(3)二进制十六进制: 每位二进制一段,对应位十六进制。 例:01011010B5AH 十六进制是二进制的缩写形式 (简化书写、便于记忆), 8, 8,(两个)多位二进制数的算术运算,位(bit):一个二进制位,是计算机中信息 表示的最小单位 字节(Byte):8个二进制位, 一个存储器单元的容量 DDDDDDDD 字(Word)2B16b 双字(DW)4B32b,多位二进制数的算术运算是从低位往高位顺序计算(与十进制同),考虑进位(二进制)。 1+1=0(进位1);0-1=1(有借位), 9, 9,4 、多位二进制数的逻辑运算,拆开成一位对一位运算,没有进位。 与运算(AND):11=1,0x=0 例 AB BB ABB 该例运算结果描述: 保留A中DD位,其余位清零, 10, 10,或运算及非运算,或运算(OR): 00=0,1x=1 例 AB BB ABB 该例运算结果描述: 保证A中D1D0位为,其余位不变。 非(NOT): 0 B 运算结果描述:A中各位取反, 11, 11,异或运算(XOR),1 1=0,0 0=0,1 0=1,0 1=1 例: AB BB A BB 该例运算结果描述: A中D1D0取反,其余位不变。 故当B=11111111B, AB的运算结果为对A各位取反,也与11111111(=28-1)-A的算术运算结果同, 12, 12,二 . 带符号二进制数,(一)带符号二进制数的表示方法 、原码:最高位表示正负, 后续位表示数值(以位为例) D7D6D5D4D3D2D1D0 符号位:正为0, 负为1 数值部分:原数绝对值的二进制形式。 Ex. 4位带符号二进制数的 +2=0010B,-3=1011B,优点:直观 缺点:减法运算复杂, 13, 13,简化减法运算的编码方式的探讨,对一位的十进制(基为10=M)数有: 3-4 =9,= 3+?,=3+(10-4),,3-2=3+(10-2)=1,故如对负数编码为 M-|x|,即: 对 0(x0),1(x1),2(x3),.,9(x9)的10个状态资源编码为 0x0(0),1x1(1), 2x2(2),3x3(3),4x4(4) -5x5(5),-4x6(6), -3x7(7), -2x8(8), -1x9(9) 则对操作数及结果均在可表示范围内(-54)时,总有:A-B=A+(M-B) (上例 9=-1), 14, 14,2、补码:正数的补码与原码相同, 负数的补码为2n_|x| (即对其绝对值做求补运算)。 对于位二进制数n=8(即M=2n), x表示原数。,2n-1=111B,则2n-1-|x|为|x|的取反,计算机中带符号数默认用补码形式。, 15, 15,3、反码:正数与原码相同,负数的反码为2n-1-|x|, 对于位二进制数n=8,x表示原数。 从而有:负数的反码加1得该负数的补码 (一般都正确), 16, 16,正负数原,反,补码,例:位二进制带符号数 +2的原,反,补码是0010B -2的原码: 1010B -2的反码: 1101B -2的补码: 1110B,该三种编码的最高位均起到符号位的作用, 即当为0时得正数,为1时得负数。,思考:原码及补码编码下的 1-(-2),补码编码下直接有:0001B-1110B=0011B, 17, 17,教材P8表1.1,位二进制数值有256种形式, 用来表示无符号数时,数值为255。 当表示带符号数时,表的上面一半是正数,三种码相同; 下面一半是负数,原、反、补码不同。 原码和反码各有负零,补码没有负零,且多出-128。, 18, 18,(二)带符号数的形式转换,、原码反、补码: 按定义进行,先区分正负数, 正数不变,负数才变 、反、补码原码: 正数不变,负数才变 对负数反码求反,置符号位为。 Ex: 对-2,11010010(绝对值)1010 对负数补码求补(求反加1),置符号位为。 Ex: 对-2,111000010010(绝对值)1010, 19, 19,3、真值,真值:写带符号的数值,常用十进制形式 ()原码求真值 先写符号,再将数值变十进制。 ()反、补码求真值 先变成原码,再求真值。 例:求补码11110111B的十进制真值: 先确定是负数,变为原码10001001B,再变成十进制 - 9D。, 20, 20,(三)补码的运算,、补码相加减 补码的符号位和数值位一样运算 例:-3+5=2 -3-6=-9 11111101 11111101 +)00000101 -)00000110 00000010 11110111, 21, 21,减一个数等于加相反数的补码,例 3-2=1 3+(-2)补 0011 0011 -) 0010 +)1110 0001 10001 进位 带符号数运算不关心最高位产生的进位,因此认为结果正确, 22, 22,2、补码的溢出,()溢出:补码运算结果超出当前表示范围造成的错误 例如位补码表示范围 128 +127 +126+2=+128 -127+(-2)=-129 01111110 10000001 +)00000010 +)11111110 10000000 01111111 读出负128 读出正127, 23, 23,()判断溢出的方法,异号相加(同号相减)不可能溢出,其它情况下须判断是否溢出:, 用二进制计算检查结果的符号位是否变反, 用十进制计算,检查结果是否超范围,不能超范围!,因为同号相加不能变号!, 24, 24,()判断溢出的方法, 用二进制计算检查进位: 溢出标志OFCY CY6 (最高进位异或次高进位),最高位有进位而次高位没有进位,或次高位有进位而最高位没有进位时则一定变号!,不难看出:当异号相加(同号相减)时,如次高位有进位时,最高位必有进位, 25, 25,三编码,计算机内的二进制码除了直接表示数值,还可以表示其它信息 (一) 压缩BCD码和非压缩BCD码 (P12表1.2) 压缩BCD码也是4位二进制一段,这一点和十六进制类似,但是每段内只有十种编码,段与段之间是十进位. 非压缩BCD码以一字节(8位二进制)为一段,高4位总为0., 26, 26,例. 对于压缩BCD码数的运算, 20-1=19: (0010 0000)BCD - 1 = ( 0001 1001 ) BCD 对于十六进制数的运算, 20H - 1=1FH ( 二)ASCII码 标准的ASCII码有5位和7位两种,IBM的8位ASCII码表见P362,附录1, 27, 27,IBM PC ASCII 码 字符表 (P362,附录1),10H,1FH,十六进制,0AH, 28, 28,( 二)ASCII码,键盘输入的都是ASCII码, 十六进制数计算前应转变成其对应数值,例如: 0 =48=30H, 30H-30H=0 1 =49=31H, 31H-30H=1 9 =57=39H, 39H-30H=9 以上规律可用于数字09的ASCII码转变成其对应数值。, 29, 29,A =65=41H, 41H-37H=0AH F =70=46H, 46H-37H=0FH 以上规律可用于大写字母A-F的ASCII码转变成其对应数值。 a =97=61H, 61H-20H=41H=A 以上规律可用于小写字母a-f的ASCII码转变成其对应大写字母A-F, 30, 30,几个常用控制符的ASCII码,换行符LF= 0AH, 回车符CR= 0DH, 空格符 = 20H, 31,一、系统的组成 硬件(主机+外部设备)、软件,1.3 微型计算机系统,P14图1.5 微型计算机系统的组成, 32,微型计算机系统硬件结构,P16 图1.7 微型计算机的外部结构框图, 33,1. 主机 微处理器(CPU) 逐条取指令、译码、发控制信号执行指令 存储器(内存) 以二进制储存指令和数据,字节为单位,用地址管理. 210B=1KB, 220B=1MB, 230 B=1GB I/O接口 计算机通过接口和外部设备连接, 34,P14 图1.6 内存单元的地址和内容, 35,2.总线(BUS),传输信号的公共导线。 总线的形成:各个三态器件输出接在一起。 总线上的信号:各器件分时输出逻辑信号 “0”/“1”。 AB:地址信号,例如某储存器字节的地址 DB:数据信号,例如CPU发送到总线上的数据 CB:控制信号,例如“写储存器”, 或“读I/O接口”, 36,冯.诺依曼(Johu Von Neumann) 存储程序型计算机模型,计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备组成 数据和程序以二进制代码混合存放在存储器中,存放位置由地址指定 控制器用程序计数器(PC)的值,当地址取存储器中的一条指令代码执行,PC+1自动指向下一条指令指令。指令序
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