基礎(chǔ)知識-微型計算機原理及應(yīng)用

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1、單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,,微型計算機原理及應(yīng)用,第一章 根底知識,主要參考書,1.微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用,周明德編,清華大學(xué)出版,2002.,2.微型計算機原理及應(yīng)用,鄭學(xué)堅編,清華出版,3.微型計算機原理及接口技術(shù),錢曉捷,機械工業(yè)出版社,1999,教材?微型計算機原理與接口技術(shù)?,馮博琴 主編 吳寧 等編著,高等學(xué)校計算機根底教育教材精選,課程目標,掌握,微型計算機的根本工作原理,匯編語言程序設(shè)計方法,微型計算機接口技術(shù),建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，形成微機系統(tǒng)軟硬件,開發(fā)的初步能力,第1章 根底知識,主要內(nèi)容,計算機中的

2、常用計數(shù)制、編碼及它們相互之間的轉(zhuǎn)換,二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算,符號數(shù)的表示及補碼運算,二進制數(shù)運算中的溢出問題,根本邏輯門及譯碼器,1946年第一臺計算機問世。,20世紀70年代微型計算機誕生。,微處理器是微型機的核心，簡稱MP(micro processor)，也稱為中央處理單元(central processing unit),微處理器的開展大致可分為以下六代。,微處理器的開展過程,第一代：4004,微處理器的開展過程,第二代：8080,第三代：8086/8088，80286,第四代：80386,第五代：Pentium,第六代：Pentium,Pro,第一代微處理器：,4,位或低檔,

3、8,位，其主要代表是美國,Intel,公司在,1971,年研制成功的,4004,微處理器。,Intel歷史上的首款微處理器 4004,另外一些樣子的4004,第二代微處理器：,Intel,公司在,1973,年推出的,8,位微處理器,8080,，它的存儲器尋址空間增加到,64,K,字節(jié)。,8080A,這是基于,8080,芯片的計算機,Processor Technology Sol-20,80286,8088,8086,第三代微處理器：,1978,年,Intel,公司推出,16,位微處理器,8086,，,1982,年又推出,16,高級微處理器,80286,。,第四代微處理器：,1985年,Int

4、el,公司推出,32,位超級微處理器,80386,，具有,32,位的數(shù)據(jù)線，,32,位的地址線，存儲器尋址能力可達,4,GB。,80386,第五代微處理器：,1993年,Intel,公司推出,32,位微處理器,Pentium(,奔騰,),，它集成了,330,萬個晶體管，內(nèi)部采用,4,級超標量結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)線,64,位，地址線,36,位的。,Pentium 照片,第六代微處理器：1996年Intel公司將它的第六代微處理器：命名為Pentium Pro，1998年到2001年相繼推出Pentium、Pentium 和Pentium。,Pentium Pro的照片,P4 423Pin,P4 478Pi

5、n,1.十進制數(shù),十進制數(shù)中有09十個數(shù)字符號，無論數(shù)的大小，都可以用這十個符號的組合來表示。任何一個十進制數(shù)D,都可用權(quán)展開式表示。,其中，Di是D的第i位的數(shù)碼，可以是0,9十個符號中的任何一個，n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點右邊的位數(shù),10為基數(shù)，10,i,稱為十進制的權(quán)。,例1-1十進制數(shù)3256.87可表示為,例1-2二進制數(shù)1010.11可表示為,2.二進制數(shù),二進制數(shù)只有0和1兩個數(shù)字符號，“逢二進一。任何一個二進制數(shù)B,都可用權(quán)展開式表示。,其中，Bi只能取0或1，n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點右邊的位數(shù),2,為基數(shù)，2,i,稱為

6、二進制的權(quán)。,例1-3十六進制數(shù)2AE.4可表示為,3.十六進制數(shù),十六進制數(shù)有10個數(shù)字符號，09和AF“逢十六進一。任何一個十六制數(shù)H,都可用權(quán)展開式表示。,其中，Hi的取值在,0F,的范圍內(nèi)，n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點右邊的位數(shù),16,為基數(shù)，16,i,稱為十六進制的權(quán)。,表1-2 數(shù)制對照表,十六進制編碼表,十進制,十六進制,二進制,十進制,十六進制,二進制,0,0,0000,9,9,1001,1,1,0001,10,A,1010,2,2,0010,11,B,1011,3,3,0011,12,C,1100,4,4,0100,13,D,1101,5,5,010

7、1,14,E,1110,6,6,0110,15,F,1111,7,7,0111,16,10,10000,8,8,1000,除了用基數(shù)作為下標來表示數(shù)的進制外，還可以在數(shù)的后面加上字母D、B、H、O分別來表示十進制、二進制、十六進制和八進制數(shù)。,4.其它進制數(shù),一般地，任何一個,K進,制數(shù)S,都可用權(quán)展開式表示。,其中，Si是S的第i位數(shù)碼，可以是所選定的K個符號中的任何一個，n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點右邊的位數(shù),K,為基數(shù)，K,i,稱為K進制的權(quán)。,1.非十進制數(shù)到十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換,非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的時，只要將它們按相應(yīng)的權(quán)表達式展開，再按十進制運算規(guī)那么求和

8、，即可得到它們對應(yīng)的十進制數(shù)。,2.十進制數(shù)到非十進制數(shù)的轉(zhuǎn)換,(1)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù),十進制整數(shù)和小數(shù)局部應(yīng)分別進行轉(zhuǎn)換。整數(shù)局部轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時采用“除2取余的方法。即連續(xù)除以2并取余數(shù)作為結(jié)果，直至商為0，得到的余數(shù)從低位到高位依次排列即得到轉(zhuǎn)換后二進制數(shù)的整數(shù)局部；對小數(shù)局部那么用“乘2取整的方法。即對小數(shù)局部連續(xù)用2乘，以最先得到的乘積的整數(shù)局部為最高位，直至到達所要求的精度或小數(shù)局部為零為止。,1.2.2 各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,整數(shù)局部轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時采用“除16取余的方法；小數(shù)局部那么用“乘16取整的方法。,例1-4 將十進制數(shù)34.2510轉(zhuǎn)換為等值的二進制數(shù)和十六進制數(shù)。

9、,二進制：,整數(shù)：,小數(shù)：0.25*20.5，取整：0；,0.5*21，取整：1。,因此:,(34.25),10,=(100010.01),2,取余數(shù),2,2,2,1,2,1,0,0,0,2,4,0,3 4,2,1 7,0,2,8,1,取余數(shù),16,2,0,十六進制：,整數(shù)：,3 4,16,2,2,小數(shù)：0.25*164，,取整：4。,(34.25),10,=(22.4),16,因此:,(2)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù),從小數(shù)點開始分別向左和向右把整數(shù)和小數(shù)局部每四位分為一組。假設(shè)整數(shù)最高位的一組缺乏4位，那么在左邊補零；假設(shè)小數(shù)最低位的一組缺乏4位，那么在右邊補零。然后將每組二進制數(shù)用對應(yīng)的十

10、六進制數(shù)代替，那么得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。,3.二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1.3 無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算,1.3.1 二進制的算術(shù)運算,1 加法運算,法那么：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0(有進位),例1-10計算10110110B+01101100B=(？)B,2 減法運算,法那么：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1(有借位),例1-11計算11000100B-00100101B=(？)B,3.乘法運算,法那么：00=0 01=0 10=0 11=1,例1-12計算1100B與1001B的乘積。,4.除法運算,除法是乘法的逆運算。二進制數(shù)的除法可轉(zhuǎn)換為減法

11、運算和右移運算。每右一位相當(dāng)于除以2，右移n位相當(dāng)于除以2,n,。,二進制數(shù)的乘法可轉(zhuǎn)換為加法和移位運算。每左一位相當(dāng)于乘以2，左移n位相當(dāng)于乘以2,n,。,1.3.2 無符號數(shù)的表示范圍,1.無符號二進制數(shù)的表示范圍,一個位無符號二進制數(shù)X，它可表示的數(shù)的范圍為,0,X,2,n,-1,2.無符號二進制數(shù)的溢出判斷,令無符號二進制數(shù)加法(或減法)中最高有效位Di有效的進位為Ci，那么兩個無符號二進制數(shù)相加(或相減)時，假設(shè)最高有效位Di產(chǎn)生進位(或相減有借位)，即Ci=1，那么產(chǎn)生溢出。,1.4 帶符號二進制數(shù)的表示及運算,一個有符號數(shù)的最高位代表符號，該位為“0表示正，該位為“1表示負。,例

12、1-18,+0010101B在計算機中可表示為00010101，即十進制數(shù)的+21,-0010101B在計算機中可表示為10010101，即十進制數(shù)的-21,符號數(shù)值化了的數(shù)稱為機器數(shù)。,1.4.1 帶符號數(shù)的表示方法,1.原碼,真值X的原碼記為X原。在原碼表示法中，不管數(shù)的正負，數(shù)值局部均保持原真值不變。,例1-19已知真值X=+42，Y=-42，求 X,原,和Y,原,。,X,原,=0 0101010 Y,原,=1 0101010,+0,原,=0 0000000 ，-0,原,=1 0000000,假設(shè)X=XnXn-1X1X0，那么原碼的嚴格定義是,2.反碼,真值X的反碼記為X反。在對正數(shù)來講

13、，其表示方法同原碼。對負數(shù)而言，其反碼的數(shù)值局部為真值的各位按位取反。,例1-20已知真值X=+42，Y=-42，求 X,反,和Y,反,。,X,反,=0 0101010 Y,反,=1 1010101,+0,反,=0 0000000 -0,反,=1 1111111,假設(shè)X=XnXn-1X1X0，那么反碼的嚴格定義是,3.補碼,補碼是根據(jù)同余的概念得出的。由同余的概念可以知道，對一個數(shù)X,K為模數(shù)，n為任意整數(shù)。,X+nK=X(mod K),假設(shè)設(shè)n為1，K=2n，那么有,X=X+2n(mod),真值X的補碼記為X補。在對正數(shù)來講，其表示方法同原碼。對負數(shù)而言，其補碼表示的數(shù)值局部為真值的各位按位取反再加1。,例1-21真值X=+0110100，Y=-0110100，求 X補和Y補。,因X0，所以有 X補=0 0110100,而Y0，所以有 Y補=Y反+1=1 1001100,+0,補,=+0,反,=+0,原,=0 0000000,-0,補,=-0,反,+1=0 0000000,