微型计算机基础.pptx

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1、测试将（168)10转换成二、八、十六进制数将数(10.101)2转换为十进制写出69.25的BCD码请写出OUC的ASCII码第1页/共57页将（将（168)10转换成二、转换成二、八、八、十六进制数十六进制数。第2页/共57页十进制数十进制数 8421BCD码码 十进制数十进制数 8421BCD码码 000005010110001601102001070111300118100040100910018421BCD编码表编码表 写出写出69.25的的BCD码。码。69.25=（01101001.00100101）BCD 第3页/共57页ASCII 码码 表表 第4页/共57页 将数将数(10

2、.101)2转换为十进制。转换为十进制。（10.101)2=121+020+12-1+02-2+12-3=2.625 第5页/共57页1.1 计算机中的数制及相互转换计算机中的数制及相互转换 1.1.1 进位计数制进位计数制 按按进进位位原原则则进进行行计计数数的的方方法法,称称为为进进位位计计数数制制。十进制数有两个主要特点十进制数有两个主要特点:（1）有有 10 个不同的数字符号个不同的数字符号:0、1、2、9;（2）低位向高位进位的规律是低位向高位进位的规律是“逢十进一逢十进一”。第6页/共57页 因因此此,同同一一个个数数字字符符号号在在不不同同的的数数位所代表的数值是不同的。位所代表

3、的数值是不同的。如如555.5中中 4 个个 5分分别别代代表表500、50、5 和和 0.5,这个数可以写成这个数可以写成555.5=5102+5101+5100+510-1式式 中中的的“10”称为十进制的称为十进制的 基数基数 10、101、100、10-1称为各数位的称为各数位的 权权。第7页/共57页任意一个十进制数任意一个十进制数N都可以表示成按权展开的多项式都可以表示成按权展开的多项式:其其中中,di是是09共共10个个数数字字中中的的任任意意一一个个,m是是小小数数点点右右边边的的位位数数,n是是小小数数点点左左边边的的位位数数,i是是数数位位的的序序数数。例例如如,543.2

4、1可表示为可表示为 543.21=5102+4101+3100+210-1+110-2第8页/共57页一般而言一般而言,对于用对于用 R 进制进制表示的数表示的数 N ,可以按权展开为可以按权展开为 式式中中,ai 是是 0、1、（R-1）中中的的任任一一个个,m、n是是正正整整数数,R是是基基数数。在在 R 进进制制中中,每每个个数数字字所所表表示示的的值值是是该该数数字字与它相应的权与它相应的权Ri的乘积的乘积,计数原则是计数原则是“逢逢 R进一进一”。第9页/共57页 1.二进制数二进制数 当当 R=2 时时,称称为为二二进进位位计计数数制制,简简称称二二进进制制。在在二二进进制制数数中

5、中,只只有有两两个个不不同同数数码码:0和和1,进进位位规规律律为为“逢逢二二进进一一”。任何一个数任何一个数 N,可用二进制表示为可用二进制表示为 例如例如,二进制数二进制数 1011.01 可表示为可表示为 (1011.01)2=123+022+121+120+02-1+12-2 第10页/共57页 2.八进制数八进制数 当当R=8 时时,称称为为八八进进制制。在在八八进进制制中中,有有 0、1、2、7 共共 8 个个不不同同的的数数码码,采采用用“逢逢八八进进一一”的的原原则则进进行行计计数数。如（如（503)8可表示为可表示为(503)8=582+081+380 第11页/共57页 3

6、.十六进制十六进制 当当R=16时时,称称为为十十六六进进制制。在在十十六六进进制制中中,有有 0、1、2、9、A、B、C、D、E、F共共 16个个不不同同的的数数码码,进进位位方方法法是是“逢逢十六进一十六进一”。例如例如,（3A8.0D）16可表示为可表示为（3A8.0D)16=3162+10161+8160+016-1+1316-2 第12页/共57页表表1.1 各种进位制的对应关系各种进位制的对应关系 十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B31

7、13312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F7111771610000201081000108第13页/共57页1.1.2 不同进制间的相互转换不同进制间的相互转换 1.二、二、八、八、十六进制转换成十进制十六进制转换成十进制：按权展开法按权展开法 例例 1 将数将数(10.101)2,(46.12)8,(2D.A4)16转换为十进制。转换为十进制。（10.101)2=121+020+12-1+02-2+12-3=2.625 (46.12)8=481+680+18-1+28-2=38.156 25 (2D.A4)16=216

8、1+13160+1016-1+416-2=45.64062 第14页/共57页 2.十进制数转换成二、八、十六进制数十进制数转换成二、八、十六进制数 任任意意十十进进制制数数 N 转转换换成成 R 进进制制数数,需需将将整整数数部部分分和和小小数数部部分分分分开开,采采用用不不同同方方法法分分别别进进行行转转换换,然后用小数点将这两部分连接起来。然后用小数点将这两部分连接起来。(1)整数部分整数部分:除基取余法。除基取余法。分分别别用用基基数数 R 不不断断地地去去除除 N 的的整整数数,直直到到商商为为零零为为止止,每每次次所所得得的的余余数数依依次次排排列列即即为为相相应应进进制制的的数数

9、码码。最最初初得得到到的为最低有效数字的为最低有效数字,最后得到的为最高有效数字。最后得到的为最高有效数字。第15页/共57页例例 2 将（将（168)10转换成二、转换成二、八、八、十六进制数十六进制数。第16页/共57页 (2)小数部分小数部分:乘基取整法。乘基取整法。分分别别用用基基数数 R(R=2、8或或16）不不断断地地去去乘乘N 的的小小数数,直直到到积积的的小小数数部部分分为为零零（或或直直到到所所要要求求的的位位数数）为为止止,每每次次乘乘得得的的整整数数依依次次排排列列即即为为相相应应进进制制的的数数码码。最最初初得得到到的的为为最最高高有效数字有效数字,最后得到的为最低有效

10、数字。最后得到的为最低有效数字。第17页/共57页故：故：(0.645)10=(0.10100)2=(0.51217)8=(0.A51EB)16 第18页/共57页例例 4 将将（168.645)10转转换换成成二二、八八、十六进制数。十六进制数。根据例根据例2、例、例 3 可得可得 （168.645)10=(10101000.10100)2=(250.51217)8 =(A8.A51EB)16 第19页/共57页 3.二进制与八进制之间的相互转换二进制与八进制之间的相互转换 由由于于23=8,故故可可采采用用“合合三三为为一一”的的原原则则,即即从从小小数数点点开开始始分分别别向向左左、右右

11、两两边边各各以以3位位为为一一组组进进行行二二八八换换算算:若若不不足足 3 位位的的以以 0 补补足足,便便可可将将二二进进制制数数转转换换为为八八进进制制数数。反反之之,采采用用“一一分分为为三三”的的原原则则,每每位位八八进进制制数数用用三三位位二二进进制制数数表表示示,就就可将八进制数转换为二进制数。可将八进制数转换为二进制数。例例 5 将（将（101011.01101)2转换为八进制数。转换为八进制数。101 011 .011 010 5 3 .3 2 即即 （101011.01101)2=(53.32)8 第20页/共57页例例 6 将将(123.45)8转换成二进制数。转换成二进

12、制数。1 2 3 .4 5001 010 011 .100 101 即即 （123.45)8=(1010011.100101)第21页/共57页例例 7 将（将（110101.011)2转换为十六进制数。转换为十六进制数。0011 0101 .0110 3 5 .6 即即 （110101.011)2=(35.6)16 第22页/共57页例例 8 将（将（4A5B.6C)16转换为二进制数。转换为二进制数。4 A 5 B .6 C0100 1010 0101 1011 .0110 1100即即 （4A5B.6C)16=(100101001011011.011011)2 第23页/共57页1.2

13、二进制数的运算二进制数的运算 1.2.1 二进制数的算术运算二进制数的算术运算 二二进进制制数数只只有有 0和和1两两个个数数字字,其其算算术术运运算算较较为为简简单单,加加、减减法法遵遵循循“逢逢二二进进一一”、“借借一一当当二二”的原则。的原则。1.加法运算加法运算规则规则:0+0=0;0+1=1;1+0=1;1+1=10(有进位有进位)第24页/共57页例例 1 求求1001B+1011B。第25页/共57页2.减法运算减法运算规则规则:0-0=0;1-1=0;1-0=1;0-1=1(有借位有借位)例例 2 求求1100B-111B。第26页/共57页3.乘法运算乘法运算规则规则:00=

14、0;01=10=0;11=1例例 3 求求1011B1101B。第27页/共57页即即 10100101B/1111B=1011B 4.除法运算除法运算规则规则:0/1=0;1/1=1例例 4 求求10100101B/1111B 第28页/共57页1.2.2 二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 1.“与与”运算运算 “与与”运运算算是是实实现现“必必须须都都有有,否否则则就就没没有有”这这种种逻逻辑辑关系的一种运算。关系的一种运算。运算符为运算符为“”,其运算规则如下其运算规则如下:00=0,01=10=0,11=1 例例 5 若若X=1011B,Y=1001B,求求XY。.即即 XY=10

15、01B 第29页/共57页 2.“或或”运算运算 “或或”运算是实现运算是实现“只要其中之一有只要其中之一有,就有就有”这种逻辑这种逻辑关系的一种运算关系的一种运算,其运算符为其运算符为“+”。“或或”运算规则如下运算规则如下:0+0=0,0+1=1+0=1,1+1=1 例例 6 若若X=10101B,Y=01101B,求求X+Y。101010110111101+即即 X+Y=11101B 第30页/共57页 3.“非非”运算运算 “非非”运运算算是是实实现现“求求反反”这这种种逻逻辑辑的的一一种种运运算算，如如变变量量A的的“非非”运运算算记记作作 。其其运运算算规规则则如下如下:A例例 7

16、 若若A=10101B,求求 。A第31页/共57页 4.“异或异或”运算运算 “异或异或”运算是实现运算是实现“必须不同必须不同,否则就没有否则就没有”这种逻这种逻辑的一种运算辑的一种运算,运算符为运算符为“”。其运算规则是。其运算规则是:例例 8 若若X=1010B,Y=0110B,求求XY。101001101100即即 XY=1100B 第32页/共57页1.3 带符号数的表示带符号数的表示 1.3.1 机器数及真值机器数及真值 计计算算机机在在数数的的运运算算中中,不不可可避避免免地地会会遇遇到到正正数数和和负负数数,那那么么正正负负符符号号如如何何表表示示呢呢？由由于于计计算算机机只

17、只能能识识别别0和和1,因因此此,我我们们将将一一个个二二进进制制数数的的最最高高位位用用作作符符号号位位来来表表示示这这个个数数的的正正负负。规规定定符符号号位位用用“0”表表示示正正,用用“1”表表示示负负。例例如如,X=-1101010B,Y=+1101010B,则则X表表示示为为:11101010B,Y表表示示为为01101010B。第33页/共57页1.3.2 数的码制数的码制 1.原码原码 当当正正数数的的符符号号位位用用0表表示示,负负数数的的符符号号位位用用1表表示示,数数值值部部分分用用真真值值的的绝绝对对值值来来表表示示的的二二进进制制机机器器数数称称为为原原码码,用用X原

18、原表表示示,设设X为整数。为整数。若若X=+Xn-2Xn-3X1X0,则则X原原=0Xn-2Xn-3X1X0=X;若若X=-Xn-2Xn-3X1X0,则则X原原=1Xn-2Xn-3X1X0=2n-1-X。其其中中,X为为n-1位位二二进进制制数数,Xn-2、Xn-3、X1、X0为为二二进进制制数数0或或1。例例如如+115和和-115在在计计算算机机中中（设设机机器器数数的的位位数数是是8）其原码可分别表示为其原码可分别表示为+115原原=01110011B;-115原原=11110011B 第34页/共57页可见可见,真值真值X与原码与原码X原原的关系为的关系为 值值得得注注意意的的是是,由

19、由于于+0原原=00000000B,而而-0原原=10000000B,所以数所以数 0的原码不唯一。的原码不唯一。8位二进制原码能表示的范围是位二进制原码能表示的范围是:-127+127。第35页/共57页 2.反码反码 一一个个正正数数的的反反码码,等等于于该该数数的的原原码码;一一个个负负数数的的反反码码,由由它的正数的原码按位取反形成。反码用它的正数的原码按位取反形成。反码用X反反表示。表示。若若X=-Xn-2Xn-3X1X0,则则X反反=1Xn-2Xn-3X1X0。例例如如:X=+103,则则X反反=X原原=01100111B;X=-103,X原原=11100111B,则则X反反=10

20、011000B。第36页/共57页 3.补码补码 “模模”是是指指一一个个计计量量系系统统的的计计数数量量程程。如如,时时钟钟的的模模为为12。任任何何有有模模的的计计量量器器,均均可可化化减减法法为为加加法法运运算算。仍仍以以时时钟钟为为例例,设设当当前前时时钟钟指指向向11点点,而而准准确确时时间间为为7点点,调调整整时时间间的的方方法法有有两两种种,一一种种是是时时钟钟倒倒拨拨4小小时时,即即11-4=7;另另一一种种是是时时钟钟正正拨拨8小小时时,即即11+8=12+7=7。由由此此可可见见,在在以以12为为模模的的系系统统中中,加加8和和减减4的效果是一样的的效果是一样的,即即 -4

21、=+8（mod 12）对于对于n位计算机来说位计算机来说,数数X的补码定义为的补码定义为 第37页/共57页即正数的补码就是它本身即正数的补码就是它本身,负数的补码是真值与模数相加而得。负数的补码是真值与模数相加而得。例如例如,n=8时时,+75补补=01001001B -73补补=10000000 B-01001001B=10110111B 0补补=+0补补=-0补补=00000000B 可可见见,数数0的的补补码码表表示示是是唯唯一一的的。在在用用补补码码定定义义求求负负数数补补码码的的过过程程中中,由由于于做做减减法法不不方方便便,一一般般该该法法不不用用。负负数数补补码码的的求求法法:

22、用用原原码码求求反反码码,再再在在数数值值末末位位加加1,即即:X补补=X反反+1。例例 如如:-30补补=-30反反+1=+30原原+1=11100001+1=11100010B。8位位二二进进制制补补码码能能表表示示的的范范围围为为:-128+127,若超过此范围若超过此范围,则为溢出。则为溢出。第38页/共57页1.4 定点数和浮点数定点数和浮点数 1.定点法定点法 定定点点法法中中约约定定所所有有数数据据的的小小数数点点隐隐含含在在某某个个固固定定位位置置。对对于于纯纯小小数数,小小数数点点固固定定在在数数符符与与数数值值之之间间;对对于于整整数数,则则把把小数点固定在数值部分的最后面

23、小数点固定在数值部分的最后面,其格式为其格式为 纯小数表示纯小数表示:数符数符.尾数尾数 数数 符符尾尾 数数.小数点小数点数数 符符尾尾 数数.小数点小数点第39页/共57页 2.浮点法浮点法 浮浮点点法法中中,数数据据的的小小数数点点位位置置不不是是固固定定不不变变的的,而而是是可可浮动的。浮动的。因此因此,可将任意一个二进制数可将任意一个二进制数N表示成表示成N=M2E其其中中,M为为尾尾数数,为为纯纯二二进进制制小小数数,E称称为为阶阶码码。可可见见,一一个个浮浮点点数数有有阶阶码码和和尾尾数数两两部部分分,且且都都带带有有表表示示正正负负的的阶阶码码符符与与数数符符,其格式为其格式为

24、 阶阶 符符阶码阶码E数数 符符尾数尾数M第40页/共57页 设设阶阶码码 E的的位位数数为为m位位,尾尾数数M的的位位数数为为n位位,则则浮浮点点数数N的取值范围为的取值范围为 2-n2-2m+1|N|(1-2-n)22m-1 为为了了提提高高精精度度,发发挥挥尾尾数数有有效效位位的的最最大大作作用用,还还规规定定尾尾数数字部分原码的最高位为数数字部分原码的最高位为1,叫做规格化表示法。叫做规格化表示法。如如0.000101表示为表示为:2-30.101 第41页/共57页1.5 BCD码和码和ASCII 码码 1.5.1 BCD码码 十进制数十进制数 8421BCD码码 十进制数十进制数

25、8421BCD码码 00000501011000160110200107011130011810004010091001表表1.2 8421BCD编码表编码表 第42页/共57页 例例 1 写出写出69.25的的BCD码。码。根根据据表表 1.2,可可直直接接写写出出相相应应的的BCD码码:69.25=（01101001.00100101）BCD 第43页/共57页1.5.2 ASCII码码 表表 1.3 ASCII 码码 表表 第44页/共57页1.6 微型计算机的组成及工作过程微型计算机的组成及工作过程 1.6.1 基本组成基本组成 图图 1.1 微型计算机的基本组成微型计算机的基本组成

26、第45页/共57页 1.中央处理器中央处理器CPU CPU（Central Processing Unit）是是计计算算机机的的核核心心部部件件,它由运算器和控制器组成它由运算器和控制器组成,完成计算机的运算和控制功能。完成计算机的运算和控制功能。运运算算器器又又称称算算术术逻逻辑辑部部件件（ALU,Arithmetical Logic Unit）,主要完成对数据的算术运算和逻辑运算。主要完成对数据的算术运算和逻辑运算。控控制制器器（Controller）是是整整个个计计算算机机的的指指挥挥中中心心,它它负负责责从从内内部部存存储储器器中中取取出出指指令令并并对对指指令令进进行行分分析析、判判

27、断断,并并根根据据指指令令发发出出控控制制信信号号,使使计计算算机机的的有有关关部部件件及及设设备备有有条条不不紊紊地地协调工作协调工作,保证计算机能自动、连续地运行。保证计算机能自动、连续地运行。第46页/共57页 CPU中中还还包包括括若若干干寄寄存存器器（Register）,它它们们的的作作用用是是存存放放运运算算过过程程中中的的各各种种数数据据、地地址址或或其其它它信信息息。寄寄存存器器种种类类很很多多,主要有主要有:通通用用寄寄存存器器:向向 ALU提提供供运运算算数数据据,或或保保留留运运算算中中间间或或最最终的结果。终的结果。累累加加器器A:这这是是一一个个使使用用相相对对频频繁

28、繁的的特特殊殊的的通通用用寄寄存存器器,有有重复累加数据的功能。重复累加数据的功能。程序计数器程序计数器PC:存放将要执行的指令地址。存放将要执行的指令地址。指指令令存存储储器器IR:存存放放根根据据PC 的的内内容容从从存存储储器器中中取取出出的的指指令。令。在在微微型型计计算算机机中中,CPU一一般般集集成成在在一一块块被被称称为为微微处处理理器器（MPU,Micro Processing Unit）的芯片上。）的芯片上。第47页/共57页 2.存储器存储器M 存存储储器器（Memory）是是具具有有记记忆忆功功能能的的部部件件,用用来来存存储储数数据据和和程程序序。存存储储器器根根据据其

29、其位位置置不不同同可可分分为为两两类类:内内存存储储器器和外存储器。和外存储器。内内存存储储器器（简简称称内内存存）和和CPU直直接接相相连连,存存放放当当前前要要运运行行的的程程序序和和数数据据,故故也也称称主主存存储储器器（简简称称主主存存）。它它的的特特点点是是存存取取速速度度快快,基基本本上上可可与与CPU处处理理速速度度相相匹匹配配,但但价价格格较较贵贵,能存储的信息量较小。能存储的信息量较小。外外存存储储器器（简简称称外外存存）又又称称辅辅助助存存储储器器,主主要要用用于于保保存存暂暂时时不不用用但但又又需需长长期期保保留留的的程程序序和和数数据据。存存放放在在外外存存的的程程序序

30、必必须须调调入入内内存存才才能能进进行行。外外存存的的存存取取速速度度相相对对较较慢慢,但但价价格较便宜格较便宜,可保存的信息量大。可保存的信息量大。第48页/共57页 3.输入输入/输出接口（输出接口（I/O接口）接口）输输入入/输输出出（I/O）接接口口由由大大规规模模集集成成电电路路组组成成的的I/O器器件件构构成成,用用来来连连接接主主机机和和相相应应的的I/O设设备备（如如:键键盘盘、鼠鼠标标、显显示示器器、打打印印机机等等）,使使得得这这些些设设备备和和主主机机之之间间传传送送的的数数据据、信信息息在在形形式式上上和和速速度度上上都都能能匹匹配配。不不同同的的I/O设设备备必必须须

31、配置与其相适应的配置与其相适应的I/O接口。接口。第49页/共57页 4.总线总线 总线（总线（BUS）是计算机各部件之间传送信息的公共通道。）是计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两类。微机中有内部总线和外部总线两类。内部总线是内部总线是CPU内部之间的连线。内部之间的连线。外外部部总总线线是是指指CPU与与其其它它部部件件之之间间的的连连线线。外外部部总总线线有有三三种种:数据总线数据总线DB（Data Bus）地址总线地址总线 AB（Address Bus）控制总线控制总线 CB（Control Bus）第50页/共57页 1.6.2 基本工作过程基本工作过程

32、根根据据冯冯诺诺依依曼曼原原理理构构成成的的现现代代计计算算机机的的工工作作原原理理可可概概括括为为:存存储储程程序序和和程程序序控控制制。存存储储程程序序是是指指人人们们必必须须事事先先把把计计算算机机的的执执行行步步骤骤序序列列（即即程程序序）及及运运行行中中所所需需的的数数据据,通通过过一一定定的的方方式式输输入入并并存存储储在在计计算算机机的的存存储储器器中中。程程序序控控制制是是指指计计算算机机能能自自动动地地逐逐一一取取出出程程序序中中的的一一条条条条指指令令,加加以以分分析析并执行规定的操作。并执行规定的操作。第51页/共57页计算机结构说明“冯诺依曼”结构：把代码作为一种特殊的

33、数据来操作，指令总线和数据总线及其存储区域是统一的；“哈佛”结构：指令总线和数据总线及其存储区是分开、独立的。第52页/共57页 来看来看Z=X+Y的执行过程。的执行过程。假假定定我我们们有有一一个个虚虚拟拟机机SAM,主主存存储储器器由由4K16位位的的字字组成组成,CPU 中有一个可被程序员使用的中有一个可被程序员使用的16位累加器位累加器A。SAM指令格式为指令格式为 操作码操作码地址码地址码SAM中有如下指令中有如下指令:第53页/共57页 假假设设X和和Y均均已已存存放放在在存存储储单单元元中中。注注意意,X是是个个变变量量名名,可以是某个存储单元的地址可以是某个存储单元的地址,该单

34、元中存放的是该单元中存放的是X的值。的值。(1)从地址为从地址为X的单元中取出的单元中取出X的值送到累加器中。的值送到累加器中。(2)把把累累加加器器中中的的X与与地地址址为为Y 的的单单元元的的内内容容相相加加,结结果果存存放在累加器中。放在累加器中。(3)把累加器中的内容送到地址为把累加器中的内容送到地址为Z的单元中。的单元中。相应的相应的SAM指令是指令是:LOAD X ADD Y STORE Z 第54页/共57页表表 1.4 计算计算Z=X+Y的程序的程序 第55页/共57页 指指令令被被取取出出后后送送入入指指令令寄寄存存器器 IR（Instrction Register）,由由控

35、控制制器器中中的的译译码码器器对对指指令令进进行行分分析析,识识别别不不同同的的指指令令类类别别及及各各种种获获得得操操作作数数的的方方法法。以以加加法法指指令令ADD Y为为例例,译码器分析后得到如下结果译码器分析后得到如下结果:(1)这是一个加法指令这是一个加法指令;(2)一一个个操操作作数数存存放放在在Y（地地址址为为A01H）中中,另另一一操操作作数数隐含在累加器隐含在累加器 A中。中。接接着着,操操作作进进入入指指令令执执行行阶阶段段。仍仍以以 ADD Y 为为例例,将将Y 与与A中内容送入中内容送入 ALU,进行加法运算进行加法运算,结果送入结果送入A。第56页/共57页谢谢您的观看！第57页/共57页