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1、微机原理及应用,主讲: 向菲 Email: ,教材: 微型计算机原理及接口技术（第二版） 主编: 常通义 副主编：孙立功,成绩：期终考试占70%，平时（作业与考勤）占20%，实验占10%。,本课程共计40学时，其中理论课时32学时， 实验学时8学时，我们共做4个实验。,答疑安排：每周四晚7：309：00。 地点：10号楼四楼408室，中部“电子科学系”。,计算机的发展：1946年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator ）在美国宾夕法尼亚大学研制成功.,计算机的发展经历了电子管时代、晶体管时代(1958
2、)、中小规模集成电路时代(1965)、大规模和超大规模集成电路时代(1970)，目前已进入巨大规模的集成电路时代。电子计算机根据体积、性能、价格划分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。,微型机的特点： 体积小，重量轻 价格低廉 可靠性高，结构灵活 应用面广，如测量仪器仪表、教学设备、医疗设备、家用电器,微型 计算机 系统,微型 计算机,软件,第一章 计算机基础知识,1.1 数制 1.2 计算机的逻辑运算和数值运算 1.3 信息交换码 1.4 微型计算机的组成及其信息传输 1.5 微型计算机的基本逻辑部件,1.1 数制,一、数制的基与权 基：数制所使用的数码的个数。e.g. 十进制的基？
3、二进制的基？ 权：基本单位的数符“1”在某个数位上所表示的数值叫该数位的权。1. 十进制（Decimal System）D 基：?,10,e.g. 65498.13D=?特点： 基：？，数码0-9共？个 各位的权是以？为底的幂次 逢？进位2. 二进制（Binary System) B,e.g. 10101.01B=?,特点： 基？ 权？ 进位？,3. 八进制（Octal Number System）O 特点： 基：？，数码0-7共？个 各位的权是以？为底的幂次 逢？进位4. 十六进制（Hexadecimal System） 特点： 基：？，数码0-9、A-F共？个 各位的权是以？为底的幂次 逢
4、？进位5. 二-十进制（BCD-Binary Coded Decimal）用四位二进制数码表示十进制数，本质是十进制0000，0001，0010，0011，01000101，0110，0111，1000，1001e.g. BCD码0101,0111,1001.0011,0110=？,二、数制间的相互转换1. 十进制二进制 整数部分：除2取余；小数部分：乘2取整。 e.g. (97)10 = ？(0.6875)10= ？2. 二进制十进制 按权展开e.g. 0.110B =,(1100001)2,(0.1011)2,12-1+12-2=0.75,3. 二进制与八进制、十六进制相互转换 原则：每3
5、个二进制位对应一个八进制位每4个二进制位对应一个十六进制位 e.g. 111100.1110B=(?)H 2A.5H=(?)B 思考:(1) 10110.10111B=(?)H(2) 0BA.7FH=(?)B(3) 0.83D=(?)B(4) 1.6875D=(?)B=(?)BCD,3C.E,0010 1010.0101,1.2 计算机的逻辑运算和数值运算,一、逻辑运算1. “与”运算 “” 原则：00=0，01=0，10=0，11=1有0出0，全1为1.2. “或”运算 “” 原则：00=0，01=1，10=1，11=1有1出1，全0为0.3. “非”运算 “” 原则：,4. 异或运算 “”
6、 原则：00=0，01=1，10=1，11=0相同为0，相异为1.二、数值运算 采用二进制1. 加法运算 逢二进位0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10 e.g. 1011B+1001B=?2. 减法运算 补码加法,10100B,“0”表“+”,“1”表“-”,带符号数,(1) 原码将最高位作为符号位，余下位是数值位 e.g. D=+90, D原=？D=-90, D原=？(2) 反码正数的反码与原码相同，符号位为0负数的反码符号位为1，数值位按位取反 e.g. +2反=？-2反=？+127反=？-127反=？+0反=？-0反=？,0101 1010B,1101 1010B,0000
7、0010,1111 1101,0111 1111,1000 0000,0000 0000,1111 1111,八位二进制反码表示的范围： -127D+127D,(3) 补码 正数的补码与原码相同，符号位为0 负数补码是反码+1，符号位为1 e.g. -8补=？ 解：-8原=1000 1000B-8反=1111 0111B-8补=-8反+1=1111 1000B-0补=-0反+1=1111 1111+1=0000 0000=+0补“0”在补码表示法中有唯一值e.g. 已知补码求原码 补码为0101 1011B 解：符号位为“0”，说明是正数，原码=0101 1011B, 补码为1101 1011
8、B 解：符号位为“1”，说明是负数对于负数：补码=原码反+1 原码=补码-1反=1101 1011-1反=1101 1010反=1010 0101B 求补码，并写成十进制 0000 0000B, 0111 1111B, 1111 1111B, 1000 0000B 解: 0000 0000B补=+000 0000B=0D0111 1111B补=+111 1111B=+127D1111 1111B补=1111 1111B反+1=-000 0000B+1=-000 0001B=-1D1000 0000B补=1000 0000B反+1=-111 1111B+1=-1000 0000B=-128D,八
9、位二进制补码表示的范围：-128D+127D,在微机中，凡是带符号的数都是用补码表示的。 其运算结果也用补码表示e.g.1 字长为8位的二进制数字系统中，求X=80-20的结果（减法运算即补码的加法运算） 解: X=80-20=+80+(-20)X补= +80补+-20补= 0101 0000B+1001 0100B补= 0101 0000B+1110 1011+1B= 0101 0000B+1110 1100B= 0011 1100B = +60D,0 1 0 1 0 0 0 0 + 1 1 1 0 1 1 0 01 0 0 1 1 1 1 0 0,最高位向符号位进位,符号位也出现进位,e.
10、g.2 x补=0100 0001, y补=0110 0000, 求z=x+y 解：z补= x补+y补=0100 0001B+0110 0000B= 1010 0001B 注：符号位为“1” 两个正数相加变成了负数，why？ x原=+65D, y原=+96D, z=x+y=+161D+127D, 超出补码表示的范围溢出怎样判断结果是否有溢出？运算过程中，符号位和数值最高位都没有进位，或者数值位最高位运算向符号位有进位，符号位运算也出现进位，都不会溢出(如e.g.1)；而运算时只有数值最高位运算向符号位有进位或只有符号位运算出现了进位就有溢出(如e.g.2)。,0 1 0 0 0 0 0 1 +
11、0 1 1 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 0 0 1,最高位向符号位进位,Example 用补码进行下列计算, 并判断结果有无溢出 (-56)-(-17) (-110)+(-92) (-14)+(-16) 解: (-56)-(-17)补=-56补+17补= 1011 1000B补+0001 0001B补= 1100 0111+1B+ 0001 0001B= 1100 1000B+ 0001 0001B= 1101 1001B - 无溢出 解: (-110)+(-92)补=-110补+-92补= 1110 1110补+1101 1100补= 1001 0001+1B+1010 001
12、1+1B= 1001 0010B+ 1010 0100B= 0011 0110 - 有溢出 解：(-14)+(-16)补= -14补+-16补= 1000 1110B补+1001 0000B补= 1111 0001+1B+ 1110 1111+1B= 1111 0010B+ 1111 0000B= 1110 0010B - 无溢出,计算机与外部设备交换的信息除数字以外还有字符、控制信号等，这些信息必须用二进制代码的形式去传输。需要约定上述信息的代码，约定的代码即信息交换码。常用的信息交换码：ASCII码、EBCDIC码、汉字编码。一、ASCII码(American Standard Code
13、for Information Interchange) 美国标准信息交换码七位二进制码，可表示27(128)种码字，最高位一般用作校验位。,1.3 信息交换码,e.g. 将下列字符串或数值表示成相应的ASCII码 SAM how are you? 51 7FH 解: SAM(101 0011)(100 0001)(100 1101) how are you? 68H6FH77H20H61H72H65H20H79H6FH75H3FH 51 35H31H 7FH 37H46H48H二、奇偶校验 1. 微机中的信息单位 (1) 位(bit):最基本数据单元。位是一个二进制数位。 (2) 字节(By
14、te): 相邻的8位二进制数称为一个字节。 (3) 字(Word): 内部数据传递基本单位,与计算机内部寄存器、运算器和总线宽度一致。在PC机中，一般把字定义为2Byte(16bit)，双字(Double Word 32bit)、四字(Quad Word 64bit) ,2. 奇偶校验通常用一个字节来表示一个ASCII码字符，其中低7位为ASCII码值，最高位或者为0，或者为奇偶校验位。 奇校验：使一个字节中“1”的个数总和为奇数 偶校验：使一个字节中“1”的个数总和为偶数Example: 有一个16位数值0101 0000 0100 0011 (1) 如果它是一个二进制数，和它等值的十进制数
15、是多少？ (2) 如果它是ASCII码字符，是什么字符？ (3) 如果是BCD码，它表示的数是什么？,1.4 微型计算机的组成及其信息传输,一、微型计算机(microcomputer,简称micom)的功能及组成 1. 微处理器(CPU) 是整个系统的核心，包括运算器、控制器和寄存器组。 2. 存储器(M) 用来存放程序和数据。 3. 输入/输出设备(I/O)二、总线及微型计算机中的数据传输 1. 总线概念 逻辑部件之间传输信息的导线。,按功能分：数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB 总线结构是建立在三态门基础之上的。 (1) 三态门： 输出端呈现三种输出状态：高电平、低电平、高阻抗,E为
16、高电平，B=A E为低电平，B=高阻态,E为高电平，B=高阻态 E为低电平，B=A,B=A，信息A可通过三态门传输到B; B=高阻态，信息A不能通过三态门传输到B. 信息传输的方向AB，单向三态门,(2) 双向三态门,(3) 总线传输信息的原理,AB为总线，E1E2E3决定信息的流向，称为控制字，用CON表示,1.5 微型计算机的基本逻辑部件,一、算术逻辑部件(ALU) 进行算术运算和逻辑运算 A,B-输入数据 C-控制信号，决定ALU进行何种运算 S-输出数据二、寄存器 1. 缓冲寄存器 暂存有关数据，CLK前沿到来，数据存入寄存器。 2. 可控缓冲寄存器 数据是否存入寄存器由CLK和控制装入端共同决定。,
