基礎(chǔ)知識(shí)-微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用

單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,,微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,第一章 根底知識(shí),主要參考書,1.微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,鄭學(xué)堅(jiān)編,清華出版,3.微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù),錢曉捷,機(jī)械工業(yè)出版社,1999,教材?微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)?,馮博琴 主編 吳寧 等編著,高等學(xué)校計(jì)算機(jī)根底教育教材精選,課程目標(biāo),掌握,微型計(jì)算機(jī)的根本工作原理,匯編語言程序設(shè)計(jì)方法,微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù),建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件,開發(fā)的初步能力,第1章 根底知識(shí),主要內(nèi)容,計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制、編碼及它們相互之間的轉(zhuǎn)換,二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,符號(hào)數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算,二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的溢出問題,根本邏輯門及譯碼器,1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問世。,20世紀(jì)70年代微型計(jì)算機(jī)誕生。,微處理器是微型機(jī)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,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(chǔ)器尋址空間增加到,64,K,字節(jié)。,8080A,這是基于,8080,芯片的計(jì)算機(jī),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(jí)微處理器,80286,。,第四代微處理器：,1985年,Intel,公司推出,32,位超級(jí)微處理器,80386,，具有,32,位的數(shù)據(jù)線，,32,位的地址線，存儲(chǔ)器尋址能力可達(dá),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(gè)晶體管，內(nèi)部采用,4,級(jí)超標(biāo)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 478Pin,1.十進(jìn)制數(shù),十進(jìn)制數(shù)中有09十個(gè)數(shù)字符號(hào)，無論數(shù)的大小，都可以用這十個(gè)符號(hào)的組合來表示。任何一個(gè)十進(jìn)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(gè)符號(hào)中的任何一個(gè)，n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù),10為基數(shù)，10,i,稱為十進(jìn)制的權(quán)。,例1-1十進(jìn)制數(shù)3256.87可表示為,例1-2二進(jìn)制數(shù)1010.11可表示為,2.二進(jìn)制數(shù),二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，“逢二進(jìn)一。任何一個(gè)二進(jìn)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(diǎn)左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù),2,為基數(shù)，2,i,稱為二進(jìn)制的權(quán)。,例1-3十六進(jìn)制數(shù)2AE.4可表示為,3.十六進(jìn)制數(shù),十六進(jìn)制數(shù)有10個(gè)數(shù)字符號(hào)，09和AF“逢十六進(jìn)一。任何一個(gè)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(diǎn)左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù),16,為基數(shù)，16,i,稱為十六進(jìn)制的權(quán)。,表1-2 數(shù)制對(duì)照表,十六進(jìn)制編碼表,十進(jìn)制,十六進(jìn)制,二進(jìn)制,十進(jìn)制,十六進(jìn)制,二進(jìn)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,1101,5,5,0101,14,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(biāo)來表示數(shù)的進(jìn)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(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制和八進(jìn)制數(shù)。,4.其它進(jìn)制數(shù),一般地，任何一個(gè),K進(jìn),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(gè)符號(hào)中的任何一個(gè)，n和m為正整數(shù)，n表示小數(shù)點(diǎn)左邊的位數(shù)，m,表示小數(shù)點(diǎn)右邊的位數(shù),K,為基數(shù)，K,i,稱為K進(jìn)制的權(quán)。,1.非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的時(shí)，只要將它們按相應(yīng)的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)那么求和，即可得到它們對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。,2.十進(jìn)制數(shù)到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,(1)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),十進(jìn)制整數(shù)和小數(shù)局部應(yīng)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。整數(shù)局部轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)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(jìn)制數(shù)的整數(shù)局部；對(duì)小數(shù)局部那么用“乘2取整的方法。即對(duì)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(dá)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(jìn)制數(shù)時(shí)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(jìn)制數(shù)34.2510轉(zhuǎn)換為等值的二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。,二進(jìn)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(jìn)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(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù),從小數(shù)點(diǎn)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(bǔ)零；假設(shè)小數(shù)最低位的一組缺乏4位，那么在右邊補(bǔ)零。然后將每組二進(jìn)制數(shù)用對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)代替，那么得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。,3.二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1.3 無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,1.3.1 二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算,1 加法運(yùn)算,法那么：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0(有進(jìn)位),例1-10計(jì)算10110110B+01101100B=(？)B,2 減法運(yùn)算,法那么：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1(有借位),例1-11計(jì)算11000100B-00100101B=(？)B,3.乘法運(yùn)算,法那么：00=0 01=0 10=0 11=1,例1-12計(jì)算1100B與1001B的乘積。,4.除法運(yùn)算,除法是乘法的逆運(yùn)算。二進(jìn)制數(shù)的除法可轉(zhuǎn)換為減法運(yùn)算和右移運(yùn)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(jìn)制數(shù)的乘法可轉(zhuǎn)換為加法和移位運(yùn)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(hào)數(shù)的表示范圍,1.無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示范圍,一個(gè)位無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，它可表示的數(shù)的范圍為,0,X,2,n,-1,2.無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的溢出判斷,令無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)加法(或減法)中最高有效位Di有效的進(jìn)位為Ci，那么兩個(gè)無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加(或相減)時(shí)，假設(shè)最高有效位Di產(chǎn)生進(jìn)位(或相減有借位)，即Ci=1，那么產(chǎn)生溢出。,1.4 帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算,一個(gè)有符號(hào)數(shù)的最高位代表符號(hào)，該位為“0表示正，該位為“1表示負(fù)。,例1-18,+0010101B在計(jì)算機(jī)中可表示為00010101，即十進(jìn)制數(shù)的+21,-0010101B在計(jì)算機(jī)中可表示為10010101，即十進(jìn)制數(shù)的-21,符號(hào)數(shù)值化了的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。,1.4.1 帶符號(hào)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(fù)，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(yán)格定義是,2.反碼,真值X的反碼記為X反。在對(duì)正數(shù)來講，其表示方法同原碼。對(duì)負(fù)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(yán)格定義是,3.補(bǔ)碼,補(bǔ)碼是根據(jù)同余的概念得出的。由同余的概念可以知道，對(duì)一個(gè)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(bǔ)碼記為X補(bǔ)。在對(duì)正數(shù)來講，其表示方法同原碼。對(duì)負(fù)數(shù)而言，其補(bǔ)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(bǔ)和Y補(bǔ)。,因X0，所以有 X補(bǔ)=0 0110100,而Y0，所以有 Y補(bǔ)=Y反+1=1 1001100,+0,補(bǔ),=+0,反,=+0,原,=0 0000000,-0,補(bǔ),=-0,反,+1=0 0000000,