第一章 微型计算机基础1.1 微型计算机的常用术语（1）、位和字节位（bit）是计算机所能表示的最小最基本的数据单位，它指的是取值只能为0或1的一个 二进制数值位，位作为单位时记作 b。字节（byte）由8个二进制位组成，通常用作计算存储容量的单位，字节作为单位时记作B。KB 是 kilobyte（千字节）的缩写，1KB=1024B=210B；MB 是 megabyte（兆字节）的缩写，1MB=1024KB=22。B ；GB 是 Gigabyte（十亿字节）的缩写，1GB=1024MB=230 B；TB 是 Terabyte（太字节）的缩写，1TB=1024GB=24。B。（2）、字长 字长是微处理器一次可以直接处理的二进制数码的 位数，它通常取决于微处理器数据总线的宽度。微处理器 的字长有 4 位、8 位、16 位和 32 位等等。（3）、主频 主频也叫做时钟频率，用来表示微处理器的运行速度。主频越高，表明微处理器运行越快，主频的单位是MHz。（4）、微处理器的集成度指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。最早 Intel 4004 的集成度为 2250 个晶体管Pentium III的集成度已经达到950万个晶体管以上，集成度提高了 3000多倍。SSI （小规模集成电路）MSI （中规模集成电路）LSI （大规模集成电路）VLSI （超大规模集成电路）ULSI （甚大规模集成电路）（5）、微处理器的运算速度晶体管数100 个以下晶体管数1003000个晶体管数300030000个晶体管数100000100000000个晶体管数100000000以上运算速度是计算机完成任务的时间指标。用MIPS （Millions of Instruction Per Second）来 表示，意思是计算机每秒能执行多少百万条指令。1.2 数制和码制1.2.1 十进制、二进制和十六进制(1)、十进制(Decimal System)人们习惯用十进制数，任何十进制数都可表示成： d 10i= d 10m +. + d 100 + d 10-1 +. + d 10-nim0-1一 ni=-n式中，10称为十进制计数的基础(Base); 10i称为第i位的权(Weight), d是数字(Digit),i 允许使用的数字有：09 十个数。在书写十进制数时，可在数字后加上“D”，例如1006D。( 2)、二进制( Binary System)二进制的数字只有“0”和“1”，正好与数字电路中 电平的“高”与“低”、开关的“通”与“断” 两种状态相对应。迟b 2i = b 2m +. + b 20 + b 2-1 +. + b 2-nim0-1- ni=-n式中，2称为二进制计数的基础；2i称为第i位的权，b是数字，允许使用的数字有：0、i1。在书写二进制数时，在数字后面加上“B”，例如1001B。( 3)、十六进制( Hexadecimal System)人们在分析计算机硬件或软件设计时常使用十六进制，因为 十六进制与二进制之间有简 单的转换关系。迟 h 16 i = h 16 m +. + h 160 + h 16 -1 +. + h 16-nim0-1- ni=-n式中，16称为十六进制计数的基础；16i称为第i位的权，h是数字，允许使用的数字有i16个： 0-9、 A、 B、 C、 D、 E、 F。在书写十六进制数时，在后面加上“H”，例如5CH。1.2.2 进制之间的转换(1) 、十进制数与R进制数的相互转换 任意进制数转换为十进制数：将各位数字与位权相乘求和，即直接使用定义公式例如：1101.11B = 1 x 23 +1 x 22 + 0 x 21 +1 x 2o +1 x 2-1 +1 x 2-2 = 13.75 DE 5 A.BF = 14 x 162 + 5 x 161 +10 x 16o +11 x 16-1 +15 x 16 -2十进制整数转为任意进制(R)数转换规则： “除 R 取余法”，即用十进制数反复地除以R,记下每次得的余数，直至商为0。将所得余数 按最后一个余数到第一个余数的顺序 依次排列起来即 为转换结果。十进制小数转换成任意进制(R)小数转换规则： “乘 R 取整法”，即用十进制小数乘以R,得到一个乘积，将乘积的整数部分取出来，将乘 积的小数部分再乘以R,重复以上过程，直至乘积的 小数部分为 0 或满足转换精度要求为止。最后将每次 取得的整数依次从左到右排列即为转换结果。13D = 1101B = (1x 2 + 1)x 2 + 0) x 2 +12辽 2|6_ 23210BB321(商6余 1)T B00(商3余0) T B1 1(商 1余1) T B2 1(商0余1) T B30.8125D = 0.1101B = 2-1(1+ 2-i(1+ 2-i(0 + 2-1 x1) TB-40.8125Dx2 = 1.6250.625Dx2 =1.25 0.25Dx2 = 0.5 0.5Dx2 =1.0BB得出B =1得出B =1得出 B =0得出 B =1-4B-3总结：以上介绍了十进制数与 R 进制数(在此主要是指二进制、十六进制数)的相互转换 方法，为便于记忆，可简单归纳为：R至十，位权展开求和；十至R用连除连乘法，并特别 注意转换结果的排列规则(除R取余法是“先余为低，后余为高”；乘R取整法是“先整为高， 后整为低”)。(2) 、二进制数与八进制、十六进制数之间的转换因为23 = 8 ，所以每一位八进制数可以用一个 3位二进制数表示；因为24 =16，所以每 一位十六进制数可以用一个4位二进制数表示。八进制01234567二进制000001010011100101110111十六进制01234567二进制00000001001000110100010101100111十六进制89ABCDEF二进制10001001101010111100110111101111二进制数与八进制、十六进制数之间的转换规则彳浚从左到右三位卄位二进制八进制軽从右到左四位AK目靈从左到右四位舟谥二进制十六进制1.2.3 二进制的运算(主要记忆逻辑运算)最基本的二进制逻辑运算包括与运算、或运算、非运算和异或运算。二进制逻辑运算是逐位进行的。(1) 、与运算A :“遇0则0；全1为1”(2) 、或运算v :“遇1为1;全0为0”(3) 、非运算: “0变1; 1变0”(4) 、异或运算：“相同为0；不同为1”0 A 0 = 00 v 0 = 00 = 10 0 = 00 A 1 = 00 v 1 = 111 = 00 1 = 11 A 0 = 01v0=11 0 = 11 A 1 = 11v1=11 1 = 01.2.4 二进制有符号数的表示方法(1) 、机器数与真值 把一个数及其符号在机器中的表示成一个二进制数，那么这个二进制数称为 机器数，而被表示的数的值叫真值。同一机器数，按原码、反码、补码等不同方式解读，其真值是不同 的。(2) 、原码二进制数最高位为符号位，其余的位表示数值。符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示 负数。(3) 、反码二进制数最高位为符号位，其余的位表示数值。符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示 负数。正数的反码与原码相同；负数的反码为:符号位为 1，数值的位按位取反。4）、补码二进制数最高位为符号位，其余的位表示数值。符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示 负数。正数的补码与原码相同；负数的补码为：符号位为 1，数值的位按位取反再加 1。 负数的补码转化为真值1.2.5 关于补码的疑难问题（1）、引入反码和补码的原因计算机中为什么要引入反码和补码呢？直接用 1位 0、1 码表示正、负，而数值部分不变， 在运算时带来一些新的问题：一个正数与一个负数相加，和的符号位不是两符号位直接运算的值：0+1 = 1,而由两数 的数值大小决定；两个负数相加时，由于1 + 1 = 10，因此其和的符号也不是由两符号位直接 运算的结果所决定的。简单地说，用原码形式进行加运算时，负数的符号位不能与其数值部分一道参加运算，而必须利用单独的电路确定和的符号位，这样使计算机的结构变得复杂化了。为了解决机器内负数的符号位参加运算的问题，引入了反码和补码两种机器数形式。（2）、补码的运算补码的加法：补码的减法：则：十进制加法:进制（补码）加法1朋+ ) +51+ )00110011-E+51ti-+ 11701110101-E+U7ih+ 6601000010- + 壮，+ ) -51+ )11001101=-511m+ 15000001111 - +补-6611110= L-66th十）+51+ )001 1(X)11= I + 31 |f|-151L111 - r - .Hl 1；|.一6610111110= r- 66fh+ ) -51+ )11001101=-11701000 ：； 1- 1 1 7 L：十进制进制（补码）-関0000010- -Y 11001101=-51th1 V11 雲；皿:- 1一十66ri0L0i)l0- + 影.-）一门-J：； i 10011 -1 二二+ 117m 10101 ：+ 51GG1 1001 1 = r 1 Th-)+66十)10111110=-66一 zU110001-C15th5111001101 = 5 叮补)-66-)010000U)-；丄“ i! 15T 0000 i 111-.J.由上述分析，可以看出：计算机中的带符号数用补码表示时，有许多优点：第一，负数的补码与对应正数的补码之间的转换可以用同一方法求补运算实现，因而可简化硬件。第二，可以将减法变为加法运算，从而省去了减法器。第三，无符号数及带符号数的加法运算可用同一电路完成，结果都是正确的。例如，两 个内存单元的内容分别为 11110001及 00001100，无论它们代表无符号数还是带符号数，运算 结果都是正确的。（3）、溢出概念如果运算结果超出了所能表示的数值范围，则产生溢出，运算结果不正确。1.2.6 二进制编码（1）、字符编码ASCII码（American Standard Code for Information Interchange，