《微机的基础知识》PPT课件

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1、微机原理及应用微机原理及应用 主讲教师主讲教师 陈陈 玮玮广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮教材教材1、微型计算机原理及应用、微型计算机原理及应用 许立梓等主编，机械工业出版社许立梓等主编，机械工业出版社2、80x86 IBM PC及兼容计算机（卷及兼容计算机（卷I和卷和卷II) 汇编语言，设计与接口技术汇编语言，设计与接口技术 清华大学出版社（原版影印教材）清华大学出版社（原版影印教材）2024/8/262第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮第一章 微型

2、计算机的基础知识 主要介绍微型计算机的发展，基本组成原理以主要介绍微型计算机的发展，基本组成原理以及运算基础。及运算基础。 一、一、微型计算机系统的概论微型计算机系统的概论 二、二、数制及转换数制及转换 三、三、计算机中的数及编码计算机中的数及编码 四、四、计算机中数的运算方法计算机中数的运算方法 作业作业 2024/8/263第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮一、微型计算机系统的概论一、微型计算机系统的概论1、微处理器微处理器2、微型计算机微型计算机3、微型计算机系统微型计算机系统4、微型计算机

3、系统的主要技术指标微型计算机系统的主要技术指标5、微型计算机的应用概况微型计算机的应用概况2024/8/264第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮 一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的一般指的是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件。中央处理部件。 （Central Processing Unit，俗称俗称 CPU ） 基本组成：算术逻辑单元、控制器、寄存器组基本组成：算术逻辑单元、控制器、寄存器组 发展简况发展简况1、微处理器（、微处理器（Microprocessor）2024

4、/8/265第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮微处理器发展简况微处理器发展简况 由上个世纪由上个世纪70年代发展至今，经历了五代，它的划分是以年代发展至今，经历了五代，它的划分是以其其数据总线的宽度为标志的。的宽度为标志的。 1971年，年，4位位微处理器，典型产品是微处理器，典型产品是Intel4004； 1972年，年，8位位微处理器，典型产品是微处理器，典型产品是Intel8008；时钟频率时钟频率0.50.8Mhz，其集成度是其集成度是30000个晶体管个晶体管/片。片。1974年年 ，

5、8位位 微微 处处 理理 器器 ， 典典 型型 产产 品品 是是 Intel8080/8085、MC6800、Z80； 时钟频率时钟频率28MHz，其集成度是其集成度是9000晶体管晶体管/片。片。 2024/8/266第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮微处理器发展简况微处理器发展简况 （接上页）（接上页）1978年年，16位位微处理器，典型产品是微处理器，典型产品是Intel8086/8088，MC68000，Z8000；1982年，年， Intel80286（13万）万） 。时钟频率时钟频率5

6、16Mhz，集成度为集成度为29000个晶体管个晶体管/片。片。1985， 32位位微处理器，典型产品微处理器，典型产品Intel80386, Intel80486（120万）万），Z80000， MC68020；时钟频率时钟频率1633Mhz, 集成度为集成度为27.5万个晶体管万个晶体管/片。片。1992年以来年以来,，64位位微处理器，微处理器，Pentium Pro（高能奔腾），高能奔腾）， Pentium ；时钟频率达时钟频率达1501000Mhz, 其集成度为其集成度为2100万个晶体管万个晶体管/片片。 2024/8/267第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广

7、东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、微型计算机（、微型计算机（Microcomputer） 微型计算机微型计算机是指以微处理器为基础，配以内存是指以微处理器为基础，配以内存(内存储器）和输入内存储器）和输入/输出接口电路。（裸机）输出接口电路。（裸机） 微型计算机微型计算机内存储器内存储器微处理器微处理器输入输入/输出接口输出接口2024/8/268第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、微型计算机（、微型计算机（Microcomputer） 典型的微机硬

8、件系统，典型的微机硬件系统，CPU通过三组总线将内通过三组总线将内存储器、存储器、I/O接口连接起来。接口连接起来。 微型计算机的组成图： 2024/8/269第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮3、微型计算机系统、微型计算机系统(Microcomputer System) 微型计算机系统微型计算机系统 是指由微型计算机配以相应的外部设备是指由微型计算机配以相应的外部设备（如打印机、显示器、键盘，硬盘、光盘等）、一些专用电（如打印机、显示器、键盘，硬盘、光盘等）、一些专用电路、电源和相关的软件。路、

9、电源和相关的软件。（1）微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系（2）微型计算机系统类型微型计算机系统类型2024/8/2610第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮微型计算机系统类型微型计算机系统类型 单片机单片机又称又称“微控制器（微控制器（Microcontroller）”和和“嵌入式计算机嵌入式计算机”。它是把构成微型计算机的所有部件集成在。它是把构成微型计算机的所有部件集成在一块芯片上。其体积小，功耗低，在智能化仪表及控制领域一块芯片上。其体积小，

10、功耗低，在智能化仪表及控制领域应用极广；应用极广； 单板机单板机这是将构成微型计算机的一些功能部件安这是将构成微型计算机的一些功能部件安装在一块印刷电路板上。用于生产过程的实时控制和教学实装在一块印刷电路板上。用于生产过程的实时控制和教学实验平台；验平台； 个人计算机个人计算机这是一种通用的微型计算机系统，广这是一种通用的微型计算机系统，广泛用于办公室和家庭、个人使用。个人计算机在商业、家庭、泛用于办公室和家庭、个人使用。个人计算机在商业、家庭、科学、工业和教学领域都得到广泛的应用。科学、工业和教学领域都得到广泛的应用。2024/8/2611第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知

11、识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系 控制器控制器 算术逻辑单元算术逻辑单元 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 输入输入/输出接口输出接口 输入输入/输出设备和外存储器输出设备和外存储器 系统软件系统软件 应用软件应用软件 电源电源 2024/8/2612第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮4、微型计算机系统的主要技术指标、微型计算机系统的主要技术指标（1）字长字长（2）

12、运算速度运算速度（3）存储容量存储容量（4）主频主频（5）指令系统指令系统（6）外部设备的配置外部设备的配置（7）软件的配置软件的配置2024/8/2613第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）字长）字长 计算机的计算机的字长字长是指是指CPU与输入与输入/输出设备或内存输出设备或内存储器之间储器之间一次传送一次传送二进制数据的位数。二进制数据的位数。 通常通常CPUCPU的数据总线的位数与计算机的字长是一的数据总线的位数与计算机的字长是一致的致的。2024/8/2614第一章第一章 微型计算机

13、的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）运算速度）运算速度 运算速度运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示是以每秒钟能执行多少条指令来表示的，用来衡量计算机运算的快慢程度。的，用来衡量计算机运算的快慢程度。 以以MIPS（Million Instruction Per Second，每秒每秒百万条指令）为单位。百万条指令）为单位。 2024/8/2615第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）存储容量）存储容量 存储容量存

14、储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指是衡量计算机系统中存储能力的一个指标，包括内存容量和外存容量。标，包括内存容量和外存容量。内存容量以字节为单位，分内存容量以字节为单位，分装机容量装机容量和和最大容量最大容量。 * 最大容量最大容量是由是由CPU的地址总线决定。的地址总线决定。 * 装机容量装机容量是由实际装机情况决定，或者由用户所是由实际装机情况决定，或者由用户所要求的软件环境决定。要求的软件环境决定。外存容量是指硬盘、光盘及软盘等容量。外存容量是指硬盘、光盘及软盘等容量。2024/8/2616第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自

15、动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮内存的内存的最大容量最大容量和和装机容量装机容量例例1：8088是是20条地址线，则条地址线，则最大内存容量最大内存容量为为 220 = 10241024=1M；例例2：Pentium Pro是是36条地址线，则条地址线，则最大内存容量最大内存容量为为 236 = 64 1024 10241024=64G。事实上，目前事实上，目前PC机的实际装机容量一般为机的实际装机容量一般为256M或或512M。2024/8/2617第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（4

16、）主频）主频 主频主频指计算机工作时指计算机工作时CPU的的时钟频率(Clock Rate)，单位为单位为MHz，是计算机工作的时间基准，用是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。于协调整机的操作。 8086/8088的时钟频率为的时钟频率为310MHz。 主频主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。速度。2024/8/2618第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（5）指令系统（）指令系统（Instruction Sets) 指令系统指令系统是指是指CP

17、U所能执行的全部指令的集合。所能执行的全部指令的集合。（芯片制造商已完成芯片制造商已完成） 指令系统指令系统功能是否齐全、寻址方式是否方便，功能是否齐全、寻址方式是否方便，直接影响计算机的工作能力。直接影响计算机的工作能力。2024/8/2619第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（6）外部设备的配置）外部设备的配置 外部设备的配置外部设备的配置是衡量一个计算机系统的综合性是衡量一个计算机系统的综合性能的重要指标。能的重要指标。 1、允许配置的外设数量，一般所配的外设越多，、允许配置的外设数量，一般

18、所配的外设越多，系统功能越强；系统功能越强； 2、外设接口的标准和类型，接口性能的好坏直、外设接口的标准和类型，接口性能的好坏直接影响系统的功能。接影响系统的功能。2024/8/2620第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（7）软件的配置）软件的配置 软件和硬件是计算机系统中两大资源软件和硬件是计算机系统中两大资源。 软件配置软件配置直接影响计算机系统的使用和性能的发直接影响计算机系统的使用和性能的发挥。必须配置的软件：挥。必须配置的软件：1、系统软件（操作系统、诊断程序、编辑程序等）；、系统软件（

19、操作系统、诊断程序、编辑程序等）；2、程序设计语言（机器语言、汇编语言，高级语言）、程序设计语言（机器语言、汇编语言，高级语言）；3、应用软件（软件包、数据库）。、应用软件（软件包、数据库）。2024/8/2621第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮5、微型计算机的应用概况、微型计算机的应用概况（1）科学计算（数值计算）科学计算（数值计算）（2）信息处理信息处理（3）过程控制过程控制（4）计算机辅助技术计算机辅助技术（5）人工智能人工智能（6）计算机仿真计算机仿真2024/8/2622第一章第一章

20、微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）科学计算（数值计算）科学计算（数值计算） 科学研究和工程技术领域中有大量复杂的数值运科学研究和工程技术领域中有大量复杂的数值运算问题，是计算机应用最早的领域。算问题，是计算机应用最早的领域。如：如：人造卫星的轨迹计算；人造卫星的轨迹计算； 建筑设计中房屋抗震强度的计算；建筑设计中房屋抗震强度的计算； 气象预报中描述大气运动规律的微分方程的求气象预报中描述大气运动规律的微分方程的求解等。解等。特点：计算过程复杂，精度要求高特点：计算过程复杂，精度要求高。2024/8/262

21、3第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）信息处理）信息处理 用计算机对信息及时地加以记录、整理和计算，用计算机对信息及时地加以记录、整理和计算，并加工为人们所要求的形式。并加工为人们所要求的形式。 如：数据处理、事务处理、企业管理和情报检索如：数据处理、事务处理、企业管理和情报检索等都属于信息处理的范畴。等都属于信息处理的范畴。特点：数据量很大，计算过程比较简单：数据量很大，计算过程比较简单。2024/8/2624第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自

22、动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）过程控制）过程控制 过程控制过程控制是指将计算机应用于自动控制系统。是指将计算机应用于自动控制系统。 所谓自动控制系统是一种不需要人工干预的过程所谓自动控制系统是一种不需要人工干预的过程（包括机械加工过程、热力学过程和化学过程等）和（包括机械加工过程、热力学过程和化学过程等）和对象进行控制的系统。对象进行控制的系统。特点：实时性特点：实时性要求及时采集检测数据，经过计算要求及时采集检测数据，经过计算机计算后及时对被控对象进行自动控制和调节。机计算后及时对被控对象进行自动控制和调节。2024/8/2625第一章第一章 微型计算机的基础知识微

23、型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（4）计算机辅助技术）计算机辅助技术包括：包括：计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)；计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM，Computer Aided Manufacturing);计算机辅助教育计算机辅助教育(CAI， Computer Assisted Instruction); 等等。等等。特点：综合利用计算机的计算、逻辑判断、信息处特点：综合利用计算机的计算、逻辑判断、信息处理的功能，并具有很强的人机交互特性。理的功能，并具有很强的人机交互特性

24、。 2024/8/2626第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（5）人工智能）人工智能 人工智能人工智能是研究如何制造出智能机器和智能系统是研究如何制造出智能机器和智能系统来模拟人类的智能活动，以延伸人的智能的科学。来模拟人类的智能活动，以延伸人的智能的科学。 研究领域包括计算机学习、计算机证明、景物分研究领域包括计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、自然语言理解、自动程序设析、模拟人的思维过程、自然语言理解、自动程序设计、及机器人学等。计、及机器人学等。2024/8/2627第一章第

25、一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（6）计算机仿真）计算机仿真 计算机仿真计算机仿真是一门建立仿真模型和进行仿真实验是一门建立仿真模型和进行仿真实验的技术。的技术。 科研人员根据实际系统建立模型系统，并通过对科研人员根据实际系统建立模型系统，并通过对模型系统的研究实验，以达到研制和开发实际系统的模型系统的研究实验，以达到研制和开发实际系统的目的。目的。 应用范围包括航空、航天、核能及其他工业控制应用范围包括航空、航天、核能及其他工业控制等领域。等领域。 目前已推广到社会、经济、生物等领域。目前已推广到社会

26、、经济、生物等领域。 利用计算机仿真可以方便、有效地对系统进行分利用计算机仿真可以方便、有效地对系统进行分析、设计、操作、预测和统筹等控制。析、设计、操作、预测和统筹等控制。2024/8/2628第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮 二、二、 数制及转换数制及转换 1、数制数制 2、各种数制的相互转换各种数制的相互转换2024/8/2629第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮1、数制、数制（1）十进制数十

27、进制数（2）二进制数二进制数（3）十六进制数十六进制数2024/8/2630第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）十进制数（）十进制数（Decimal)具有具有10个数字符号个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9；由低位向高位进位是按由低位向高位进位是按“逢逢10进进1”的规则进行的；的规则进行的；基数为基数为10，第第i位的权为位的权为10i。 其中其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号规定整数最低位的位序号i=0。例：例：(6543.21)10 =654

28、3.21D =6103 + 5102 + 4101 + 3100 + 210-1 +110-22024/8/2631第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）二进制数）二进制数(Binary)具有具有2个数字符号个数字符号0，1；由低位向高位进位是按由低位向高位进位是按“逢逢2进进1”的规则进行的；的规则进行的；基数为基数为2，第第i位的权为位的权为2i。 其中其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号规定整数最低位的位序号i=0例：例：(1010.101)2 =10

29、10.101B =123+0 22 + 121 + 020 + 12-1 + 02-2 + 12-3 2024/8/2632第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）十六进制数）十六进制数(Hexadecimal) 1、具有具有16个数字符号个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9 ，A ， B ， C ， D ， E ， F；2、由低位向高位进位是按、由低位向高位进位是按“逢逢16进进1”的规则进行的；的规则进行的；3、基数为、基数为16，第第i位的权为位的权为 16i。 其中其中 i=n，n-1

30、， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号规定整数最低位的位序号i=0例：例：(19BF.ABE)16 =19BF.ABEH = 1163+ 9 162+ 11161+ 15160+ 1016-1+ 1116-2+ 1416-32024/8/2633第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、各种数制的相互转换、各种数制的相互转换（1）二进制、十六进制转换为十进制二进制、十六进制转换为十进制（2）十进制转换为二进制十进制转换为二进制（3）二进制转换为十六进制二进制转换为十六进制2024/8/

31、2634第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1 1）二进制、十六进制转换为十进制）二进制、十六进制转换为十进制按权展开求和。按权展开求和。如：如：10101.101B = 1 24 + 122 + 120 + 12-1 + 12-3 = 16 + 4 + 1 + 0.5 + 0.125 =21.625D 19B.ABH = 1162+ 9 161+ 11160+ 1016-1+ 1116-2 = 256 +144 +11 + 0.625 +0.04296875 =411.66796875D 202

32、4/8/2635第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）十进制转换为二进制）十进制转换为二进制 整数部分整数部分 小数部分小数部分2024/8/2636第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）二进制与十六进制之间的转换）二进制与十六进制之间的转换四位二进制数正好等于一位十六进制数四位二进制数正好等于一位十六进制数 0001 1111 B1 ( 120=1)2 ( 121=2)4( 122=4)8 (

33、123=8)16 ( 124=16)2024/8/2637第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮四位二进制与一位十六进制数的对应关系四位二进制数四位二进制数一位十六进制数一位十六进制数0000B1001B1000B5H4H3H2H6H0H0010B0011B0100B0101B0110B7H0111B1111B1110B1101B1100B1011B1010BCHBHAH9H8H1HDHEHFH0001B四位二进制数四位二进制数一位十六进制数一位十六进制数2024/8/2638第一章第一章 微型计算机

34、的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮二进制转换为十六进制数例：例：1110110101100.10101B = ?H 1110110101100.10101 0001110110101100.10101000 1 D A C . A 8 1110110101100.10101B = 1DAC.A8H2024/8/2639第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮十六进制转换为二进制数例：例：39F.E1AH = ?B 3 9 F .

35、E 1 A001110011111 . 111000011010 = 11 1001 1111.1110 0001 101B39F.E1AH = 0011 1001 1111.1110 0001 1010B2024/8/2640第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮整数部分整数部分除除2取余法取余法 例：例：19D = ?B 高高 低低 余数余数 19D = 所以，我们可以得到：所以，我们可以得到：10011B192 =9 1 92 = 4 142 = 2 0 22 = 1 0 12 = 0 1202

36、4/8/2641第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮小数部分小数部分乘乘2取整法取整法例：例：0 .625D = ?B0.6252 = 1.25 1 0.25 2 = 0.5 00.5 2 = 1.0 1 低低 高高 整数整数 0.625D = 所以我们可以得到：所以我们可以得到：0.101B2024/8/2642第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮 三、三、 计算机中的数及编码计算机中的数及编码1、机器

37、数与真值机器数与真值2、带符号数、无符号数带符号数、无符号数3、原码、补码及反码原码、补码及反码4、真值与补码之间的转换真值与补码之间的转换5、补码的运算补码的运算6、二进制编码二进制编码2024/8/2643第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮1、机器数与真值、机器数与真值（1）在计算机中）在计算机中数数是用二进制数来表示的。是用二进制数来表示的。 （高电平代表（高电平代表“1”，低电平代表，低电平代表“0”)（2）数的符号数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。在计算机中也是用二进制数表示的。

38、“”用用“0”表示，表示， “”用用“1”表示。表示。例：有两个数：例：有两个数： 真值真值机器数机器数N1=1101001N2=1101001在计算机中的表示形式在计算机中的表示形式：N1：01101001N2：111010012024/8/2644第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、带符号数、无符号数、带符号数、无符号数（1）带符号数）带符号数 用用0表示表示正数正数，用，用1表示表示负数负数，这种表示数的方法，称为带符，这种表示数的方法，称为带符号数的表示方法，所表示的数称为带符号数。号数

39、的表示方法，所表示的数称为带符号数。带符号数的表示形式：带符号数的表示形式： 22 2210 01011000010110符符号号位位数值部分数值部分符符号号位位数值部分数值部分2024/8/2645第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、带符号数、无符号数、带符号数、无符号数（2）无符号数）无符号数如果把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符号位，这如果把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符号位，这种方法表示的数，叫种方法表示的数，叫无符号数。无符号数表示形式：无符号数表示形式： 22 1501

40、0 0101100001 01108位全部用来表示数值大小位全部用来表示数值大小8位全部用来表示数值大小位全部用来表示数值大小2024/8/2646第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮3、原码、反码及补码、原码、反码及补码思考：在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？表示，那么在计算机中是如何进行运算的？（1）原码原码（2）反码反码（3）补码补码2024/8/2647第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广

41、东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮思考思考? 在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？示，那么在计算机中是如何进行运算的？ 例：例： 有一个钟显示时间是有一个钟显示时间是6点钟，而正确时间是点钟，而正确时间是1点钟，请问如何校正这个钟？点钟，请问如何校正这个钟？ 方法方法1：顺时针拨：顺时针拨7个钟；个钟；671 方法方法2：逆时针拨：逆时针拨5个钟；个钟；651引进概念引进概念 模模2024/8/2648第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广

42、东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮概念概念模模模模 一个计量器的容量，记为一个计量器的容量，记为M，或或mod M 。模的特性模的特性当一个计量器的模为当一个计量器的模为M时，它在计量时，它在计量器里的表示形式与器里的表示形式与0一样，也就是说，一样，也就是说，M = 0 。所以，对时钟来说，所以，对时钟来说， M=12 ： 方法方法1：67 =13 = 12+1 = 0 + 1=1 方法方法2： 67 = 65 = 12024/8/2649第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系

43、陈玮陈玮概念概念模模 同样，对一个同样，对一个n位二进制计数器，它的容量为位二进制计数器，它的容量为2n，它的模为它的模为M= 2n 。 假设，假设，n=8，则则 M=28=256。也就是说对也就是说对8位二进制计数器来说，位二进制计数器来说，256=000 0 00000000000000 8位计数器位计数器1 2562024/8/2650第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）原码）原码定义：一个数的原码就是该数的机器数。定义：一个数的原码就是该数的机器数。对正数对正数 X=+X6X5X4X3

44、X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 则：则：X原码原码= 0X6X5X4X3X2X1X0对负数对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 则：则：X原原= 1X6X5X4X3X2X1X02024/8/2651第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）反码）反码定义：正数的反码就等于它的原码；定义：正数的反码就等于它的原码； 负数的反码就是它的原码除符号位外，各位取负数的反码就是它的原码除符号位外，各位取反。反。 对正数对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi

45、 = 0 或或 1） 反码反码 X反码反码= 0X6X5X4X3X2X1X0对负数对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 反码反码 X反码反码=2024/8/2652第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）反码）反码例：例：X1=100 1001 X2=100 1001则则 ： X1原原 = 0100 1001 X2原原 = 1100 1001 X1反反 = 0100 1001 X2反反 = 1011 0110 2024/8/2653第一章第一章 微型计算机的基础知识

46、微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）补码）补码定义：正数的补码就等于它的原码；定义：正数的补码就等于它的原码； 负数的补码就是它的反码加负数的补码就是它的反码加1。对正数对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 补码补码 X补补= 0X6X5X4X3X2X1X0对负数对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或或 1） 补码补码 X补补= X反反+1 =12024/8/2654第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动

47、控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）补码）补码例：例：X1=100 1001 X2=100 1001则则 ： X1原原 = 0100 1001 X1反反 = 0100 1001X1补补= 0100 1001 X2原原 = 1100 1001 X2反反 = 1011 0110 X2补补 = X反反+1 = 1011 01112024/8/2655第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮4、真值与补码之间的转换、真值与补码之间的转换例例1 已知已知X=+010 1010，Y=010 1010 求它们的原码、反码

48、和补码。求它们的原码、反码和补码。解：解： X原原= X反反=X补补=0010 1010 Y原原=1010 1010 Y反反=1101 0101 Y补补= Y反反+1 = 1101 0101+1 = 1101 01102024/8/2656第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮4、真值与补码之间的转换、真值与补码之间的转换例例2 X补补=1010 1101， 求真值求真值X。解：因为补码的首位是解：因为补码的首位是1，则其真值，则其真值X即为负数即为负数 X反反= X补补1 =1010 1101 1

49、=1010 1100 X原原 =1101 0011 （除了符号位，按位取反）除了符号位，按位取反） 所以，所以， X= 101 00112024/8/2657第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮5、补码的运算、补码的运算补码的运算就是计算机中数的运算。补码的运算就是计算机中数的运算。（1）补码的加法规则补码的加法规则（2）补码的减法规则补码的减法规则2024/8/2658第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈

50、玮（1）补码的加法规则）补码的加法规则规则规则 X Y补补= X补补Y补补例例 X=+011 0110 ，Y=111 1001，求求X+Y=？解：首先按常规加法计算：解：首先按常规加法计算： X= 011 0110 = 54D Y= 111 1001 = 121D所以，所以，X+ Y= 67D2024/8/2659第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）补码的加法规则）补码的加法规则例例 X=+011 0110 ，Y=111 1001，求求X+Y=？解：用补码的加法规则来求：解：用补码的加法规则来

51、求： X原原= X反反=X补补=0011 0110 Y原原=1111 1001 Y反反=1000 0110 Y补补= Y反反1 = 1000 01101 = 1000 0111 X补补= 0011 0110 +） Y补补= 1000 0111 X补补+ Y补补 = 1 011 11012024/8/2660第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）补码的加法规则）补码的加法规则例：根据规则：例：根据规则：X Y补补= X补补Y补补所以，所以， X+Y 补补= 1011 1101 X+Y 反反= 10

52、11 1101 1= 1011 1100 X+Y 原原= 1100 0011 则：则：X+Y= 100 0011 = 67D显然，补码的加法规则是正确的显然，补码的加法规则是正确的。2024/8/2661第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）补码的减法规则）补码的减法规则规则规则 X Y补补= X +（Y）补补 =X补补Y补补例例 X=+101 0101 ，Y= + 110 0001，求求X Y=？解：首先按常规减法计算：解：首先按常规减法计算： X= 101 0101 = 85D Y= 110

53、 0001 = 97D所以，所以，XY= 12D 2024/8/2662第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）补码的减法规则）补码的减法规则例例 X=+101 0101 ，Y= + 110 0001，求求X Y=？解：按补码的减法规则来求：解：按补码的减法规则来求： X原原= X反反=X补补=0101 0101 Y= 110 0001 Y原原=1110 0001 Y反反=1001 1110 Y补补=1001 1111 X补补= 0101 0101 +） Y补补= 1001 1111 X补补+ Y

54、补补 = 1111 01002024/8/2663第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）补码的减法规则）补码的减法规则例：根据补码的减法规则：例：根据补码的减法规则： X Y补补 =X补补Y补补由由 XY 补补= 1111 0100 XY 反反= 1111 0100 1=1111 0011 XY 原原 = 1000 1100所以所以 XY = 000 1100B = 12D补码的减法规则也是正确的补码的减法规则也是正确的，事实上就是加法规则事实上就是加法规则2024/8/2664第一章第一章 微

55、型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮6、二进制编码、二进制编码 二进制编码二进制编码是指用二进制代码来表示计算机中所是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干位要处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干位二进制数码的组合。二进制数码的组合。（1）二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数（2）字母和字符的编码字母和字符的编码2024/8/2665第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）

56、二进制编码的十进制数）二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数 就是就是BCD码码（Binary Coded Decimal）。）。压缩BCD码 是用是用4位二进制数表示一位十进制数。位二进制数表示一位十进制数。一个字节表示两位十进制数。一个字节表示两位十进制数。如：如：1001 0110B 表示表示 96D非压缩BCD码 是用一个字节表示一位十进制数。是用一个字节表示一位十进制数。高高4位总是位总是0。如：如： 0000 1001B 表示表示 9D 两种两种BCD码的编码对照表码的编码对照表2024/8/2666第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学

57、自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮两种BCD码的编码对照表2024/8/2667第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（2）字母和字符的编码）字母和字符的编码 计算机不仅要处理数值问题，还要处理大量的非计算机不仅要处理数值问题，还要处理大量的非数值问题，这就必须引入文字、字母，某些专用的符数值问题，这就必须引入文字、字母，某些专用的符号，这就是目前应用最广泛的字符编码系统号，这就是目前应用最广泛的字符编码系统ASCII码。码。（American Standard Code for I

58、nformation Interchange，美国信息交换标准码美国信息交换标准码）例：大写字母例：大写字母“A”的的ASCII码就是码就是41H ; 小写字母小写字母“n”的的ASCII码就是码就是6FH ; 数字数字“8”的的ASCII码就是码就是38H ; 2024/8/2668第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮American Standard Code for Information Interchange美国信息交换标准码美国信息交换标准码 高高3位位低低4位位000001010011

59、1001011101110000nuLL0P、p00011Aq00102B00113C01004010151110n1111?o详细参考教材详细参考教材P.14表表1-32024/8/2669第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮四、四、 计算机中数的运算方法计算机中数的运算方法1、补码的加减法运算补码的加减法运算2、溢出判断溢出判断3、逻辑运算逻辑运算2024/8/2670第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮

60、陈玮1、补码的加减法运算、补码的加减法运算规则规则X Y补补= X补补Y补补X Y补补= X +（Y）补补 =X补补Y补补因此，加法或减法都是用补码的加法来进行运算的。因此，加法或减法都是用补码的加法来进行运算的。2024/8/2671第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、溢出判断、溢出判断例：例： X=+100 0101 ，Y= +110 0111 ，求求X+Y=？解：解： X原原=X反反=X补补=0100 0101 Y原原=Y反反=Y补补=0110 0111 X补补= 0100 0101 （6

61、9D） +） Y补补= 0110 0111 （103D） X补补+ Y补补= 1010 1100 （172D） 因此，得因此，得 X+Y 补补= 1010 1100 由于其符号位是由于其符号位是1 1，表明，表明X+YX+Y的真值是负数，这显然与实的真值是负数，这显然与实际情况不符合，出错？际情况不符合，出错？ 2024/8/2672第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、溢出判断、溢出判断例：例：分析分析：8位字长的计算机可以表示的数据范围？位字长的计算机可以表示的数据范围？（1）不带符号数，）不

62、带符号数，8位全部是数据，位全部是数据，M=28=256D（2）带符号数，）带符号数，1位是符号，位是符号，7位是数据，位是数据， M=27=128D 因此因此8位字长的计算机表示带符号数时，位字长的计算机表示带符号数时，128D=0， 而而 X+Y =69D+103D=172D 128D 两数之和超出了两数之和超出了8位字长的计算机可表示的范围位字长的计算机可表示的范围,计算出错！计算出错！2024/8/2673第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮2、溢出判断、溢出判断例：例： X=0100 01

63、01 ，Y= 0110 0111 ， 而，而，X补补+ Y补补= 1010 1100 结论结论： 当两个正数相加时，其和变成负数，我们当两个正数相加时，其和变成负数，我们称这情况为称这情况为溢出溢出。同样当两个负数相加，其和变成正。同样当两个负数相加，其和变成正数，亦为数，亦为溢出溢出。当计算机发生溢出时，其计算结果肯定是错误的。2024/8/2674第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮3、逻辑运算、逻辑运算计算机中的逻辑运算包括计算机中的逻辑运算包括（1）逻辑逻辑“或或”（2）逻辑逻辑“与与”（3

64、）逻辑逻辑“非非”（4）逻辑逻辑“异或异或”2024/8/2675第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（1）逻辑）逻辑“或或”（OR）符号符号“”（或（或“+”），），按位或运算按位或运算运算规则（运算规则（1）00=0 （2）01=1 （3）10=1 （4）11=1例例 0101 01011100 1010=？ 0101 0101 1100 1010 1101 11112024/8/2676第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控

65、制系自动控制系 陈玮陈玮（2）逻辑）逻辑“与与”（AND）符号符号“”（或（或“ ”），按位与运算），按位与运算运算规则（运算规则（1）0 0=0 （2）0 1=0 （3）1 0=0 （4）1 1=1例例 0101 01011100 1010=？ 0101 0101 1100 1010 0100 00002024/8/2677第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（3）逻辑）逻辑“非非”（NOT）符号符号“”，按位非运算，按位非运算运算规则（运算规则（1） 0=1 （2） 1=0例例 0101 010

66、1=1010 10102024/8/2678第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮（4）逻辑）逻辑“异或异或”（XOR）符号符号“ ”，按位异或运算，按位异或运算运算规则（运算规则（1）00=0 （2）01=1 （3）10=1 （4）11=0例例 0101 0101 1100 1010=？ 0101 0101 1100 1010 1001 11112024/8/2679第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮第一章第一章 作业作业P17 4（1）（）（3） 6（1）（）（3） 7 8（1）（）（2）2024/8/2680第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识广东工业大学广东工业大学 自动化学院自动化学院 自动控制系自动控制系 陈玮陈玮谢谢 谢谢 ！第一章结束第一章结束2024/8/2681第一章第一章 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识