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1、2015/12/14 1 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30,000
2、kg，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：按字长分代： 位、位、位、位、1位、位、位位、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，10n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
3、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 2015/12/14 2 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
4、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
5、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 ABB 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） D7D6D5D4D3D2D1
6、D0 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 2015/12/14 3 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), -1x
7、9(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 -
8、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：
9、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 2015/12/14 4 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=-
10、9 1111110111111101 +）00000101-）00000110 0000001011110111 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 0111111010000001 +)00000010+)11111110 1000000001111111 读
11、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 2015/12/14 5 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
12、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
13、制十六进制 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
14、 几个常用控制符的ASCII码 换行符LF= 0AH, 回车符CR= 0DH, 空格符 = 20H 2015/12/14 6 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, 230B=1GB I/O接口 计算机通过接口和外部设备连接 34P14 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” 3
