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1、计算机硬件技术基础,第一章 计算机中数据信息的表示及运算,1.1 进位计数制 1.2 计算机中数值数据的编码和表示 1.3 数字化信息的编码和表示 1.4 数值的运算 1.5 微型计算机的系统概述,1.1 数制,1.1.1 进位计数制 1.1.2 进位计数制之间的转换,1.1.1 进位计数制,1、十进制数：基数是10，有10个不同的数学符号，即09 2、二进制数：基数是2，有2个不同的数学符号，即0和1 3、八进制：基数是8，有8个不同的数学符号 4、十六进制：基数是16，有16个不同的数学符号，即：0，1，29，A，B，C，D，E，F,某一进制数的大小由系数项和权的乘积决定。 例： （123
2、.45）10 = 1102+2101+3100+410-1+510-2 （10101.11）2 = 124+1 22+1 20+1 2-1+1 2-2 （375.4）8= 3 82+7 81+5 80+4 8-1,1.1.1 进位计数制,1.1.2 不同进制数之间的转换,1、二进制转换成十进制数 2、十进制数转换成二进制数 例：2 58 2 29 余0 最低位2 14 余1 2 7 余0 2 3 余1 2 1 余1 0 余1 最高位 即得到（58）10=（111010）2,十进制小数转换成二进制数采用乘法 例：0.625 0.25 0.50 2 2 21.250 0.50 1.00 整数部分为
3、1 0 1最高位 最低位 即得到（0.625）10=（0.101）2,1.1.2 不同进制数之间的转换,3、八进制数与二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4位二进制数表示。 07之间的数表示成3位二进制数为：000，001，010，011 ，111；,1.1.2 不同进制数之间的转换,4、十六进制数与二进制数之间的转换因为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。 09之间的数表示成4位二进制数为：0000，0001，0010，0011 ，1001； AF的表示为：1010，1011，1100，1101，1110，1111；,1.1.2 不同进制数之间
4、的转换,例： （10100111000001.0110）2 =（24701.3）8 =（29C1.6）16（ 2 A C . 7 B ）16 =（0010 1010 1100 . 0111 1011）2,机器数与真值实际运算中，数是有正负的，计算机中数也有正负，通常用一个数的最高位表示符号，如果字长为8位，分别为D7 D0，那么D7为符号位， 0表示正数，1表示负数；D6 D0为数值位。如： 11010111B=-87这样，在计算机中，连同符号一起数码化的数，就称为机器数，如上例中的11010111；而使用正负号加其绝对值的表示方法，称为该数的真值，如上例中的-87和-1010111B。,1.
5、2 计算机中数值数据的编码和表示,（1）原码,0表示正，1表示负，与真值转换方便 n位原码的表示范围： -(2n-1-1) +(2n-1-1) n=8时，范围为-127+127 存在问题：两个异号数相加或两个同号数相减时 需要作减法，计算不方便。,1.2.1 带符号数的编码,(2)反码,0表示正，1表示负，反码负数的数值位为它的正数按位取反 （-0）10=10000000 原码表示 （-0）10=11111111 反码表示 n位反码的表示范围： -(2n-1-1) +(2n-1-1) n=8时，范围为-127+127,1.2.1 带符号数的编码,(3)补码,0表示正，1表示负，负数的补码表示为
6、它的反码在最后位加1。在计算机里把负数变为补码，是为了把减法变成加补码来进行。 （-87）10=11010111 原码表示 （-87）10=10101000 反码表示 （-87）10=10101001 补码表示 n位补码的表示范围： -2n-1 +(2n-1-1) n=8时，范围为-128+127，-128补=10000000,1.2.1 带符号数的编码,几点结论： 原码、反码、补码最高位都是符号位 正数的原码、反码、补码相同 原码、反码、补码的表示范围不同 编程时不涉及码制，由硬件自动完成 采用不同的码制，运算器和控制器的结构不同,1.2.1 带符号数的编码,无符号数的表示范围： 8位二进制
7、无符号数：0255 16位二进制无符号数：065535（216-1） 32位二进制无符号数：0232-1,1.2.1 带符号数的编码,微机中所能表示的数值类型（1）无符号二进制数字节、字、双字（2）带符号的二进制定点整数整数、短整数、长整数（3）带符号的二进制浮点数单精度、双精度、扩展精度,1.2.2 数的表示形式,1.3 数字化信息的编码和表示,1.3.1 信息的数字化数字计算机是指在计算机中各种信息用数字代码表示。在物理机制上，数字代码以数字型信号表示。数字信号是一种在时间上或空间上离散的信号，目前常用二位逻辑值0、1表示。多位信号的组合可表示广泛的信息，处理时可进行逐位处理。,数字代码
8、字符 图像 声音 命令和状态,1.3 数字化信息的编码和表示,1.3.2 十进制数的编码多位二进制数表示一位十进制数，这种表示方法称为二进制编码的十进制数，也称BCD码。,1.3 数字化信息的编码和表示,1.3.3 西文信息的表示字母、数字、标点符号及特殊符号组成的字符集，通常使用ASCII码表示。每一个ASCII码占用一个字节，其中最高位为0，余下7位用来表示128个不同的字符、控制码和状态码。,1.3 数字化信息的编码和表示,1.3.4 中文信息的表示1、GB2312国标码汉字在计算机中通常采用GB2312标准进行编码，简称国标码。GB2312国际字符集由三部分组成：分别是各种符号、数字、
9、字母及汉语拼音；一级常用汉字，按拼音排序；二级常用汉字，按部首排序。三部分共七千多个字符，因此国标码需用两个字节来表示这些字符。,1.3 数字化信息的编码和表示,1.3.4 中文信息的表示2、汉字的输入 汉字输入编码方法分为四类：（1）数字编码，例如国标码、区位码；（2）字音编码，例如微软拼音；（3）字型编码，例如五笔输入法；（4）形音编码，结合字音编码和字型编码的优点,1.3 数字化信息的编码和表示,1.3.4 中文信息的表示3、汉字的输出 一套汉字的所有字符点阵形状描述信息集合在一起成为字型库，简称字库。不同字体对应不同的字库。在输出汉字时，计算机都要到相应的字库中找到字型描述信息，然后将
10、字型信息输出。目前对字型的表述主要有两种：点阵型和轮廓型。点阵型是指用1616、3232等形式排成方阵的二进制数来表示一个汉字。1表示对应位是黑点，0表示对应位是空白。,1.4.1 二进制数的运算0 + 0=0 0 + 1=1 1 + 0=1 1 + 1=0（有进位） 0 0=0 0 1=0 1 0=0 1 1=1,1.4 数值的运算方法,1.4 数值的运算方法,1、编码位数的扩展 补码：短整数补码可以扩展成长整数补码，扩展时按符号为进行扩展。例如： X补=0101，扩展成8位后表示为00000101 X补=1101，扩展成8位后表示为11111101 原码：短整数原码可以扩展成长整数原码，扩
11、展时符号位不变，其余位以0来扩充。例如： X原=0101，扩展成8位后表示为00000101 X原=1101，扩展成8位后表示为10000101,1、常用的逻辑门电路与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 2、触发器 RS触发器 D触发器 JK触发器 3、寄存器锁存器 移位寄存器 计数器 三态门 译码器,1.4.2 微型计算机的基本组成电路,1、常用逻辑电路,2、触发器-RS触发器,2、触发器-D触发器,2、触发器-JK触发器,3、寄存器-锁存器,什么是锁存器： 由若干个钟控D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫锁存器。 应用场合：数据有效迟后于时钟信号有效。这意味着时钟信
12、号先到，数据信号后到。在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。 什么是寄存器： 由若干个正沿D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫寄存器。 应用场合：时钟有效迟后于数据有效。这意味着数据信号先建立，时钟信号后建立。在CP上升沿时刻打入到寄存器。 锁存器是用于存储数据 来进行交换，使数据稳定下来保持一段时间不变化，直到新的数据将其替换。寄存器与锁存器都是用来暂存数据的器件，在本质上没有区别.,3、寄存器-移位寄存器,3、寄存器-计数器,3、寄存器-三态门,3、寄存器-译码器,1.5 微型计算机系统,1.5.1微型计算机系统的组成1.5.2微型计算机的基本结构,微型计算机
13、的基本结构,1.5微型计算机系统的组成逻辑图,1.5 微型计算机系统,微机硬件组成示意图,CPU：运行指令，计算数据 存储器：存放程序和数据 外设接口：在系统与外设之间传输数据 时钟：产生系统中各部件间相互协调工作所需的脉冲信号 外围设备：完成系统的输入和输出 系统总线：为AB、DB、CB的总称。,1.5 微型计算机系统,数据总线（DB）：数据总线的位数（也称为宽度）与微处理器的位数相对应。数据总线是双向的。 地址总线（AB）：地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。如：16位微型机的AB为20位，决定它的最大内存容量为220=1M字节。地址总线是单向的。 控制总线（CB）：控制总线
14、用来传输控制信号，是双向的。,1.5 微型计算机系统,微型机按结构分类： 单板机：将CPU，存储器，接口电路，键盘，显示屏等设计在一块电路板上。例如：Z80单板机。 单片机：将CPU，存储器，接口电路等集成在一片芯片里。 例如：MCS- 48 (Intel 8048) , MCS- 51 (Intel 8051) 多板机：即台式微机,1.5 微型计算机系统,1.6 微处理器的组成,1、字长：运算部件直接能处理的二进制数据的位数。字长越长，计算机处理能力越强，精度越高，指令功能越强，可寻址的空间也越大。 2、地址线：决定可以直接寻址的存储空间范围。 3、速度：进行数值计算或者处理信息快慢的程度。主频有称为时钟脉冲，微处理器工作的时钟频率，很大程度上决定处理器的运行速度。运行速度还取决于内存控制、图形加速器、磁盘驱动器的性能。 4、指令系统：所能执行的全部指令。 5、存储容量：存储容量以字节为单位。一个字节由8位二进制数组成。1KB=1024B,1MB=1024KB=1048576B。 6、兼容性：指程序兼容,1.7 微机系统的主要性能指标,
