微机原理与接口技术第彭虎 计算机基础知识.pptx

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1、第1章计算机基本知识第1页/共50页本章主要内容v工程类课程重视练习经验很重要不要钻牛角尖授课内容有侧重v考查方式闭卷考试卷面成绩60，平时成绩40（考勤、作业和实验）考勤、作业和实验的重要性，平时成绩对最终成绩的影响第2页/共50页本章主要内容2半导体存储器的分类半导体存储器的分类1微型计算机组成微型计算机组成1几种进制之间的相互转换几种进制之间的相互转换3微型计算机中信息的表示及运算微型计算机中信息的表示及运算第3页/共50页1.1微型计算机组成微型计算机的发展 计算机之父-冯诺依曼第4页/共50页这台计算机有五个基本部件：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，奠定了当代电子数字计算机体

2、系结构的基础。输入设备运算器输出设备存储器控制器控制器数据流数据流控制流控制流第5页/共50页工作特点是程序控制、数据存储、数字编码 电子计算机工作的基础第6页/共50页计算机的发展概况 第一代：电子管计算机时代（19471957）第二代：晶体管计算机时代（19581964）第三代：集成电路计算机时代（19641972）第四代：超大规模集成电路（VLSI）计算机时代 （1972年）。第五代：智能计算机（1981年）。第7页/共50页微处理器及微型计算机的发展第一代微处理器是以Intel公司1971年推出的4004，4040为代表的四位微处理机。第二代微处理机（1973年1977年），典型代表有

3、：Intel 公司的8080、8085；Motorola公司的M6800以及Zlog公司的Z80。第三代微处理机 第三代微机是以16位机为代表，基本上是在第二代微机的基础上发展起来的。其中Intel公司的8088。8086是在8085的基础发展起来的；M68000是Motorola公司在M6800 的基础发展起来的；第四代微处理机 以Intel公司1984年10月推出的80386CPU和1989年4月推出的80486CPU为代表，第五代微处理机的发展更加迅猛，1993年3月被命名为PENTIUM的微处理机面世，98年PENTIUM 2又被推向市场。第8页/共50页发展趋势v微型化 便携式、低功

4、耗v巨型化 尖端科技领域的信息处理，需要超大容量、高速度v智能化 模拟人类大脑思维和交流方式，多种处理能力v系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和升级v网络化 网络计算机和信息高速公路v多机系统 大型设备、生产流水线集中管理(独立控制、故障分散、资源共享)第9页/共50页微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器(CPU)软件外围设备运算器控制器存储器(内存)RAMROM外部设备辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪)输出设备(显示器、打印机、绘图仪、)辅助存储器(磁带、磁盘、光盘)输入/输出接口(ADC、DAC)(I/O接口)总线(AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编

5、译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路第10页/共50页1.2微型计算机中信息的表示及运算基础常用术语v位（Bit）：一个二进制位，计算机中信息存储的最小单位。v字节（Byte）：8个二进制位，1024个字节构成1个千字节，用KB表示。1024KB构成1兆字节，用MB表示。1024MB构成1个千兆（吉）字节，用GB表示。B、KB、MB、GB、都是计算机存储器容量的单位。v字（Word）和字长：2字节（16位）成为1个字（Word）。双字节（Double World）为4字节（32位），四字节（Quad W

6、ord）为8字节（64位）。“字”是计算机内部进行数据传递处理的基本单位第11页/共50页1.2.1 二进制数的表示与运算1、数制的表示一个R R进制数具有以下主要特点具有具有R R个不同数字符号：个不同数字符号：0 0、1 1、R-1R-1逢逢R R进一进一S=aS=an-1n-1a an-2n-2a a1 1a a0 0.a.a-1-1a a-2-2a a-m-m =a=an-1n-1RRn-1 n-1+a an-2n-2RRn-2 n-2+a+a1 1RR1 1+a+a0 0RR0 0+a+a-1-1RR-1-1 +a+a-m-mRR-m-m 上述R R进制数S S可用多项式（称为按权展

7、开式）表示为：用 a an-1n-1a an-2n-2a a1 1a a0 0.a.a-1-1a a-2-2a a-m-m书写表方式示数据的方法称为位置表示法第12页/共50页1.2.1 二进制数的表示与运算十进制数具有十个不同的数字符号，即0-90-9逢十进一特点特点二进制数二进制数具有两个不同的数字符号，即0 0和1 1逢二进一特点特点具有十六个不同的数字符号，即0-90-9和A-FA-F逢十六进一特点特点十六进制数十六进制数第13页/共50页1.2.1 二进制数的表示与运算2、二进制数的运算v加法规则：逢加法规则：逢2 2进进1 1v减法规则：借减法规则：借1 1当当2 2v乘法规则：乘

8、法规则：1 1与与1 1乘为乘为1 1，其它为，其它为0 0（1 1）算术运算）算术运算第14页/共50页2 2、二进制数的运算、二进制数的运算v逻辑非（NOT）运算：0 1,1 0v逻辑与（AND）运算:0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1（2 2）逻辑运算）逻辑运算1.2.1 1.2.1 二进制数的表示与运算二进制数的表示与运算第15页/共50页2 2、二进制数的运算、二进制数的运算v逻辑或（OR）运算:0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1v逻辑异或（XOR）运算:0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0（2 2）逻辑运算）逻辑运算1.2.1 1.2.1 二进制数

9、的表示与运算二进制数的表示与运算第16页/共50页1.2.2 1.2.2 二二-十进制（十进制（BCDBCD）数的表示与运算）数的表示与运算1、二-十进制数的表示用用4 4位二进制数编码表示十进制数称为位二进制数编码表示十进制数称为BCDBCD数数二进制数二进制数十进制数十进制数(BCD)二进制数二进制数十进制数十进制数(BCD)00000010150001101106001020111700113100080100410019第17页/共50页1.2.2 1.2.2 二二-十进制（十进制（BCDBCD）数的表示与运算）数的表示与运算2、二-十进制数的加、减运算v运算规则：逢运算规则：逢101

10、0进进1 1v1010101011111111这这6 6个编码没有用到，是无意个编码没有用到，是无意义的编码。义的编码。第18页/共50页v加法运算后的十进制调整规则若加法和的个位大于9或向十位有进位，则需要“加6调整”。即，所得和要加上00000110BCD 若加法和的十位大于9或向百位有进位，则需要“加60调整”。即，所得和要加上01100000BCD v减法运算后的十进制调整规则若减法差的个位大于9或向十位有借位，则需要“减6调整”。即，所得和要减去00000110BCD 若减法差的十位大于9或向百位有借位，则需要“减60调整”即，所得和要减去01100000BCD。1.2.2 1.2.

11、2 二二-十进制（十进制（BCDBCD）数的表示与运算）数的表示与运算第19页/共50页1.2.2 1.2.2 二二-十进制（十进制（BCDBCD）数的表示与运算）数的表示与运算2、二-十进制数的加、减运算例：例：10001000(BCD)+01101001(BCD)10001000(BCD)+01101001(BCD)=000101010111(BCD)=000101010111(BCD)1 0 0 0 1 0 0 01 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 10 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0

12、 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 调整调整 1 0 1 0 1 0 1 1 11 0 1 0 1 0 1 1 1 进位进位第20页/共50页例：例：10001000(BCD)10001000(BCD)01101001(BCD)=00011001(BCD)01101001(BCD)=00011001(BCD)1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 10 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 调整调整 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1

13、 0 0 1 1.2.2 1.2.2 二二-十进制（十进制（BCDBCD）数的表示与运算）数的表示与运算第21页/共50页1.2.3 1.2.3 十六进制数的表示与运算十六进制数的表示与运算1、十六进制数的表示v用用4 4位二进制数编码表示十六进制数：位二进制数编码表示十六进制数：0 09,A9,AF F第22页/共50页二进制数二进制数(B)十六进制数十六进制数(H)二二-十进制数十进制数（BCD）十进制数十进制数(D)00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100088810019991010A101011B11110

14、0C121101D131110E141111F151.2.3 1.2.3 十六进制数的表示与运算十六进制数的表示与运算第23页/共50页2 2、十六进制数的加、减运算、十六进制数的加、减运算v加法运算规则：逢加法运算规则：逢1616进进1 1v减法运算规则：借减法运算规则：借1 1当当16161.2.3 1.2.3 十六进制数的表示与运算十六进制数的表示与运算第24页/共50页1 1、符号的表示方法、符号的表示方法v机器中，数的符号用机器中，数的符号用“0”0”、“1”1”表示。表示。v最高位作符号位，最高位作符号位，“0”0”表示表示“+”，“1”1”表示表示“-”-”1.2.4 1.2.4

15、 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算第25页/共50页2 2、带符号数的表示、带符号数的表示v正数的符号位用正数的符号位用0 0表示表示,负数的符号位用负数的符号位用1 1表示表示,数值位保持不变。这种方法称为原数值位保持不变。这种方法称为原码。码。1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算（1 1）原码）原码第26页/共50页v例如当机器字长例如当机器字长n n8 8时，时，+0D+0D原原 0000 0000,0000 0000,0D0D原原 1000 00001

16、000 0000 +1D +1D原原 0000 0001,0000 0001,1D1D原原 1000 00011000 0001 +45D +45D原原 0010 1101 0010 1101，45D45D原原 1010 11011010 1101+127D+127D原原 0111 1111,0111 1111,127D127D原原 1111 11111111 1111 0 0 的表示不惟一的表示不惟一1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算第27页/共50页1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算2 2、带符号数的表示、

17、带符号数的表示v正数的符号位用正数的符号位用0 0表示表示,负数的符号位用负数的符号位用1 1表示。表示。v正数的反码与原码相同正数的反码与原码相同v负数的反码为：最高位为负数的反码为：最高位为1 1，表示数值的，表示数值的位按位取反。位按位取反。（2 2）反码）反码第28页/共50页v例如当机器字长例如当机器字长n n8 8时，时，+0D+0D反反0000 0000,0000 0000,0D0D反反1111 1111 1111 1111 +1D +1D反反0000 0001,0000 0001,1D1D反反1111 1110 1111 1110 +45D +45D反反0010 1101 00

18、10 1101，45D45D反反1101 00101101 0010+127D+127D反反0111 1111,0111 1111,127D127D反反1000 00001000 0000 0 0 的表示不惟一的表示不惟一1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算第29页/共50页1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算2 2、带符号数的表示、带符号数的表示v正数的符号位用正数的符号位用0 0表示表示,负数的符号位用负数的符号位用1 1表示。表示。v正数的补码与原码相同正数的补码与原码相同v负数的补码为：最高位为负数的补码为

19、：最高位为1 1，表示数值的，表示数值的位按位取反然后位按位取反然后+1+1。（3 3）补码）补码第30页/共50页1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算注意用补码对带符号数进行编码，是计算机中常用的方法。v例如当机器字长例如当机器字长n n8 8时，时，+0D+0D补补0000 0000,0000 0000,0D0D补补0000 0000 0000 0000 +1D +1D补补0000 0001,0000 0001,1D1D补补1111 1111 1111 1111 +45D +45D补补0010 1101 0010 1101，45D45D补补1101

20、00111101 0011+127D+127D补补0111 1111,0111 1111,127D127D补补1000 00011000 0001 0 0 的表示惟一的表示惟一第31页/共50页真值带符号数十进制格式二进制数格式原码反码补码00000 00000000 00000000 00000000 000010000 00010000 00010000 00010000 0001+1260111 11100111 11100111 11100111 1110+1270111 11110111 11110111 11110111 1111-128-1000 0000无无1000 0000-

21、127-0111 11111111 11111000 00001000 0001-1-0000 00011000 00011111 11101111 1111-0-0000 00001000 00001111 11110000 00001.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算第32页/共50页1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算3 3、带符号数的运算、带符号数的运算v加法运算：补码直接相加。加法运算：补码直接相加。v减法运算：减数变补相加，丢弃进位。减法运算：减数变补相加，丢弃进位。第33页/共50页1.2.4 1.2

22、.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算v由于计算机的字长有限，因此，所能表示的数由于计算机的字长有限，因此，所能表示的数是有范围的。例如是有范围的。例如8 8位二进制补码表示的整数位二进制补码表示的整数范围是范围是 128D128D+127D+127D；v当运算结果超过这个范围时，运算结果将出错，当运算结果超过这个范围时，运算结果将出错，这种情况称为这种情况称为溢出溢出。v产生溢出的原因是数值的有效位占据了符号位。产生溢出的原因是数值的有效位占据了符号位。第34页/共50页1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算微型机中常用的溢出判别法：

23、双高位判别法CF：如最高位（符号位）有进位，CF=1，否则，CF=0。CP：如次高位有进位，CP=1，否则，CP=0。判别法则：无溢出：若最高位进位CF 和次高位进位CP相同同为0或同为1有溢出：CF 和CP相异。当CF CP=1时，表示有溢出产生，否则无溢出产生正溢出：CF=0，CP=1负溢出：CF=1，CP=0第35页/共50页1.2.4 1.2.4 带符号二进制数的表示和运算带符号二进制数的表示和运算4 4、带符号数的符号扩展表示、带符号数的符号扩展表示v无符号数扩展：在数据前补无符号数扩展：在数据前补O Ov有符号数扩展：正数前补有符号数扩展：正数前补O O，负数补码前补，负数补码前补

24、1 1+5+5 0000 0101B0000 0101B（8 8位）位）0000 0000 0000 0101B(160000 0000 0000 0101B(16位位)-5-5 1000 0101B1000 0101B（8 8位）位）1111 1011B(81111 1011B(8位补码位补码)1111 1111 1111 1011B(16 1111 1111 1111 1011B(16位补码位补码)第36页/共50页1.2.5 1.2.5 字符的编码表示字符的编码表示v在计算机中处理的信息并不全是数，还有字在计算机中处理的信息并不全是数，还有字符或字符串。例如，姓名、编号等信息。因符或字符

25、串。例如，姓名、编号等信息。因此，计算机必须能表示和处理字符。此，计算机必须能表示和处理字符。v80 x8680 x86系列计算机中采用美国标准信息交换系列计算机中采用美国标准信息交换代码代码ASCIIASCII（American Standard Code American Standard Code for Information Interchangefor Information Interchange）来表示一）来表示一个字符。个字符。1 1、ASCII ASCII表示表示第37页/共50页v标准标准ASCIIASCII码用码用7 7位二进制数编码，共有位二进制数编码，共有12812

26、8个。个。v计算机存储器基本单位为计算机存储器基本单位为8 8位，位，ASCIIASCII码最高位通常为码最高位通常为0 0，通信时，最高位用作奇偶校验位。通信时，最高位用作奇偶校验位。vASCIIASCII码表中的前码表中的前3232个和最后个和最后1 1个编码是不能显示的控制个编码是不能显示的控制字符，用于表示某种操作。字符，用于表示某种操作。vASCIIASCII码表中码表中20H20H后的后的9494个编码是可显示和打印的字符，个编码是可显示和打印的字符，其中包括数码其中包括数码0 09 9，英文字母，标点符号等。，英文字母，标点符号等。v字符的字符的ASCIIASCII值可以看作字符

27、的码值，如字符值可以看作字符的码值，如字符“A”A”的的ASCIIASCII值为值为41H41H，“Z”Z”的的ASCIIASCII值为值为5AH5AH，利用这个值的大，利用这个值的大小可以将字符排序，以后我们会遇到字符串大小比较，小可以将字符排序，以后我们会遇到字符串大小比较，实际上是比较实际上是比较ASCIIASCII码值的大小。码值的大小。1.2.5 1.2.5 字符的编码表示字符的编码表示1 1、ASCII ASCII表示表示第38页/共50页1.2.5 1.2.5 字符的编码表示字符的编码表示第39页/共50页国标码：一个汉字用两个字节编码，每个字节用7位二进制数表示，高位置0。内部

28、码：一个汉字用两个字节编码，每个字节用7位二进制数表示，高位置1，与ASCII码区分。2 2、汉字编码表示汉字编码表示1.2.5 1.2.5 字符的编码表示字符的编码表示第40页/共50页1.3 几种进制之间的相互转换1.3.1 十进制整数到任意进制整数的转换v辗转相除法辗转相除法v“除基取余除基取余”：十进制整数不断除以转换进十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，。每除一次取一个余数，从低位排向高位。从低位排向高位。第41页/共50页例：205转换成二进制数205=11001101B2 205 2 102 1 （b0）2 51 0 （b1）2 25

29、1 （b2）2 12 1 （b3）2 6 0 （b4）2 3 0 （b5）2 1 1 （b6）0 1 （b7）例：327转换成十六进制数 327=147H16 327 余 716 20 余 4 1 余 1 =DH 01.3.1 十进制整数到任意进制整数的转换第42页/共50页1.3.2 1.3.2 任意进制整数到十进制整数的转换任意进制整数到十进制整数的转换1.3 几种进制之间的相互转换方法：按权展开方法：按权展开每位数字乘以其权所得到的乘积之和即为其所表示的数的值。第43页/共50页例例:将将1110110B1110110B、1372Q1372Q和和0A2EH0A2EH转换成十进制。转换成十

30、进制。解：解：1110110B 1110110B 12126 6+12+125 5+12+124 4+02+023 3 +12 +122 2+12+121 1+02+020 0 64+32+16+4+2=118D64+32+16+4+2=118D1372Q 1372Q 1 81 83 3+3 8+3 82 2+7 8+7 81 1+2 8+2 80 0 762D762D0A2EH 0A2EH 10 1610 162 2+2 16+2 161 1+14 16+14 160 0 2560+32+14=2606D2560+32+14=2606D1.3.1 任意进制数到十进制数的转换第44页/共50页

31、1.3.3 二进制数、八进制数和十六进制数的相互转换二进制数、八进制数和十六进制数的相互转换1.3 几种进制之间的相互转换v二进制与八进制数之间的转换二进制与八进制数之间的转换由于八进制数以由于八进制数以2 23 3为基数，所以为基数，所以3 3位二进制数对应位二进制数对应1 1位八进制数，对应关系如下所示。位八进制数，对应关系如下所示。二进制数二进制数 000001010011 100 101 110 111八进制数八进制数01234567第45页/共50页二进制与十六进制数之间的转换：由于十六进制数以24为基数，所以4位二进制数对应1位十六进制数，对应关系如下表所示。转换方法和二进制与八进

32、制数之间的转换方法类似，区别是，这里为4位一组。二进制数二进制数00000001001000110100010101100111十六进制数十六进制数01234567二进制数二进制数10001001101010111100110111101111十六进制数十六进制数89ABCDEF1.3 1.3 几种进制之间的相互转换几种进制之间的相互转换第46页/共50页例：把二进制数例：把二进制数11010.101B11010.101B转换为十六进制数。转换为十六进制数。11010.101B 11010.101B 00010001 10101010.10101010B B 1A.AH1A.AH例：把十六进制

33、数例：把十六进制数56.78H56.78H转换为二进制数。转换为二进制数。56.78H 56.78H 01010101 01100110.01110111 10001000B B 1010110.01111B1010110.01111B例：把十六进制数例：把十六进制数0C5AFH0C5AFH转换为二进制数。转换为二进制数。0C5AFH 0C5AFH 11001100 01010101 10101010 11111111B B 1.3 1.3 几种进制之间的相互转换几种进制之间的相互转换第47页/共50页正数：符号位为0，可按基数位权展开。负数：符号位位1，除符号位，数字位求反后加1，再按基数位

34、权展开，并填上符号。1.3.4 带符号二进制整数到十进制整数的转换带符号二进制整数到十进制整数的转换1.3 1.3 几种进制之间的相互转换几种进制之间的相互转换第48页/共50页例：把带符号二进制数例：把带符号二进制数01011011B01011011B转换为十进制数。转换为十进制数。01011011B 01011011B +1011011B+1011011B 12126 6+02+025 5+12+124 4+12+123 3 +02 +022 2+12+121 1+12+120 0 64+16+8+2+1=91D64+16+8+2+1=91D例：把带符号二进制数例：把带符号二进制数10101101B10101101B转换为十进制数。转换为十进制数。0101101B 0101101B反反+1+1 1010010B+1 1010010B+1 1010011B1010011B -1010011B -1010011B-(12-(126 6+02+025 5+12+124 4+02+023 3 +02 +022 2+12+121 1+12+120 0)-(-(64+16+2+1)=83D64+16+2+1)=83D1.3 1.3 几种进制之间的相互转换几种进制之间的相互转换第49页/共50页谢谢您的观看！第50页/共50页