最新微机原理与接口技术徐惠民第1章PPT课件.ppt
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1、微机原理与接口技术徐惠民第1章评分方式1.出勤:出勤:1010,抽查点名缺一次扣,抽查点名缺一次扣5 5分,分,有事允许请假。有事允许请假。2.小测验及作业:203.考试成绩:70现代计算机发展历程现代计算机发展历程 第一代 电子管时代(1946-1958):耗电高,体积大,定点计算,运用机器语言或汇编语言;第二代 晶体管时代(1958-1965):变集中处理为分级处理,浮点运算,运用高级语言;第三代 中小规模集成电路时代(1965-1970):存储容量大,运算速度快,几十至几百万次/秒(目前能达到千万亿次/秒);第四代 大规模、超大规模集成电路时代(1971至今):向大型机和微型机两个方向发
2、展。从计算机字长:微型计算机经历了4位机8位机16位机32位机 64 位机。现代计算机的发展方向微型化微型化 便携式、低功耗;便携式、低功耗;巨型化巨型化 尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、尖端科技领域的信息处理,需要超大容量、高速度;高速度;智能化智能化 模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理模拟人类大脑思维和交流方式,多种处理能力;能力;系列化、标准化系列化、标准化 便于各种计算机硬、软件兼容和便于各种计算机硬、软件兼容和升级;升级;网络化网络化 网络计算机和信息高速公路;网络计算机和信息高速公路;多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理大型设备、生产流水线集中管理(独立独立控制、
3、故障分散、资源共享控制、故障分散、资源共享)。应用领域应用领域n科学和工程计算:密码破译,天气预报,地质勘探,卫星轨道计算;n工业控制:机器人以及各种自动化装备,温度调节,阀门控制;n辅助设计/分析/制造/教学:机械CAD,建筑CAD,CAE,CAM,CAI;n数据处理:数据库管理,企业信息管理,统计汇总、办公自动化;n智能模拟:人工智能、专家系统、自学习。1.2 计算机中数的表示和编码计算机中数的表示和编码1.2.1 计算机中常用的数制及其转换计算机中常用的数制及其转换一.进位计数制的表示方法 十进制ND十个数码:09,逢十进一。例 1234.5=1103+2102+3101+4100+51
4、0-1加权展开式以10为基数,各位系数为09。一般表达式:n:整数位数,m:小数位数,ai:取值范围0-9 二进制NBn两个数码:0、1,逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 n加权展开式以2为基数,各位系数为0、1。一般表达式:1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制八进制Non八个数码:0、1、2、3、4、5、6、7 逢八进一。例 6170.234=683+182+781+080+28-1+38-2+48-3n加权展开式以8为基数,各位系数为0 7。一般表达式:1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制 十六进制NHn十六
5、个数码09、AF,逢十六进一。例:DFC.8=13162+15161+12160+816-1 n展开式以十六为基数,各位系数为09,AF。一般表达式:1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制小节每一计数制有一确定的基数R,系数ai有R种可能的取值;“逢R进一”;小数点右移一位相当于乘R;反之相当于除以R。二二.进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换R 进制数转换为十进制数:按权展开,求和 例:1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625DFC.8H=13162+15161+12160+816-1
6、=3580.5十进制数转换为R进制数:整数和小数部分分别进行转换:1、整数部分 “除R取余”:十进制整数不断除以转换进制基数,直至商为 0。每除一次取一个余数,从低位排向高位。二二.进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换例:39转换成二进制数 39=100111B2 39 2 19 1 (b0)2 9 1 (b1)2 4 1 (b2)2 2 0 (b3)2 1 0 (b4)0 1 (b5)二二.进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换2、小数部分 “乘R取整”:用转换进制的基数乘以小数部分,直至小 数为0或达到转换精度要求的位数。每乘一次取一次整数,从最高位排到最低位。例:1、0.625转换
7、成二进制数0.625 2 1.250 1 (b-1)2 0.5 0 0 (b-2)2 1.0 1 (b-3)0.625=0.101B二二.进位计数制之间的转换进位计数制之间的转换二进制与八进制、十六进制之间的转换 八进制 二进制:一位八进制数用三位二进制数表示。十六进制 二进制:一位十六进制数用四位二进制数表示。二进制 八进制:从小数点开始,分别向左右两边把三位二进制数码划为一组,最左和最右一组不足三位用0补充,然后每组用一个八进制数码代替。二进制 十六进制:与八进制类似,但是四位分为一组。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示无符号数和带符号数无符号数和带符号数 无符号数:机器的全部有效位
8、均用来表示数的大小,如 N01001 表示无符号数9 带符号数:机器中,最高位作符号位(数的符号用“0”、“1”表示),其余位为数值位。机器数与真值机器数与真值 机器数:机器中数的表示形式,如原码、反码、补码。真值:机器数所代表的实际数值 例:一个8位机器数与它的真值对应关系:真值:X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B 机器数:X1机=01010100 X2机=110101001.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n原码原码 最高位为符号位,0表示正数,1表示负数。数值位与真值数值位相同。例:真值:x1 =+1010100B x2 =1010100B 机器数:x
9、1原 =01010100 x2原=11010100 特点:1、表示简单、直观。2、0的表示不唯一,即真值0有两种不同的表示形式,0 或 -0。0原=0000 -0原=1000 3、加减运算复杂。正数的反码与其原码相同。负数反码符号位为 1,数值位为原码数值各位取反。例:8位反码机器数 x=+4:x原=00000100 x反=00000100 x=-4:x原=10000100 x反=11111011 x=+0:x原=00000000 x反=00000000 x=-0:x原=10000000 x反=11111111 x=+127:x原=01111111 x反=01111111 x=-127:x原=
10、11111111 x反=100000001.2.2 带符号数的表示带符号数的表示反码1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n补码补码 数的补码与“模”有关 “模”:计数系统的量程 X补=MX (mod M=Rn)当X0,M丢掉,X补=X 当X0,X补=M+X=M-X。正数的补码与原码相同;负数的补码为其反码加1。例:8位二进制数的模为:28=256 当X0,X补=28-X =256-X=255-X+1 =X反码+1 1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示 例:例:8位补码机器数位补码机器数 x=+4 x原原=x反反=x补补=00000100 x=-4
11、 x原原=10000100 x反反=11111011,x补补=11111100 优点:优点:1、0的表示唯一的表示唯一;2、加减运算方便、加减运算方便,即负数用补码表示时,可以把即负数用补码表示时,可以把减法转化为加法减法转化为加法;3、8位二进制补码表示的整数范围为位二进制补码表示的整数范围为+127-128;16位二进制补码表示的整数范围为位二进制补码表示的整数范围为32768 32767;若机器字长为;若机器字长为n,则补码表示的整数范围为,则补码表示的整数范围为:2n-1(2n-11);4、由补码求真值:当为负数时,即最高位为、由补码求真值:当为负数时,即最高位为1,其绝对值所对应的二
12、进制数应为其绝对值所对应的二进制数应为各数值位各数值位“按位求反加按位求反加1”的和。的和。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示补码运算:补码运算:补码加法:补码加法:AB补补=A补补+B补补 即两数和的补码等于两数补码的和即两数和的补码等于两数补码的和;也就是,也就是,在进行补码加法时,可以不必考虑加数的正负,在进行补码加法时,可以不必考虑加数的正负,直接进行加法即可直接进行加法即可;从而简化了计算机内部的操从而简化了计算机内部的操作。作。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示例例:1、计算(、计算(-70+55)解:解:-70原原=11000110 -70补补=10111010 55
13、原原=00110111 55补补=00110111 -70补补+55补补=10111010+00110111=11110001 因因符符号号位位为为“1”,所所以以对对补补码码相相加加结结果果11110001的的数数值值部部分分“求反加求反加1”得:得:-15 所以:所以:-70+55-15 注意:补码运算出来的结果还是补码,相对于机器数而言我注意:补码运算出来的结果还是补码,相对于机器数而言我们更习惯用真值或原码来读一个数们更习惯用真值或原码来读一个数,因此要学会补码与原码因此要学会补码与原码之间的相互转换。之间的相互转换。A补补补补=A原原 A反反反反=A原原1.2.2 带符号数的表示带符
14、号数的表示2、计算-70+(-55)解解:-70原=11000110 -70补=10111010 -55原=10110111 -55补=11001001 -70补+-55补 =10111010+11001001=1(10000011)因符号位为因符号位为“1”,所以对补码相加结果,所以对补码相加结果10000011的的 数值部分数值部分“求反加求反加1”得:得:-125 所以:所以:-70+(-55)-125 1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示 注:注:1、补码运算步骤、补码运算步骤 1)将参加运算的操作数用补码表示将参加运算的操作数用补码表示;2)进行加法得到两数和的补码进行加法得到两
15、数和的补码 (符号位作为数的一部分参加运算)符号位作为数的一部分参加运算);3)判断是否溢出判断是否溢出 若没有溢出,则可进一步求和的真值:若没有溢出,则可进一步求和的真值:和为正数可直接求出,和为负数,则和为正数可直接求出,和为负数,则再次再次“求补求补”,得到真值。,得到真值。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示2、溢出的判断:、溢出的判断:溢出:带符号数运算的结果超出计算机可以表溢出:带符号数运算的结果超出计算机可以表示的范围,就是溢出。示的范围,就是溢出。8 8位整数范围位整数范围:(127127,-128-128)两个同符号数相加有可能产生溢出;两个同符号数相加有可能产生溢出;两
16、个负数补码相加后得到正数的补码,或两个两个负数补码相加后得到正数的补码,或两个正数的补码相加后到负数的补码,都是产生了正数的补码相加后到负数的补码,都是产生了溢出。溢出。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示例:例:计算计算 6565补补+9696补补解:解:6565补补+9696补补=01000001=010000010110000001100000 0 101000010 10100001 而而10100001101000019595补补 可以看出,两个正数的补码相加后得到负数可以看出,两个正数的补码相加后得到负数的补码,显然出错了;因为的补码,显然出错了;因为161161127127,
17、所以称为,所以称为正向溢出正向溢出 。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示例:例:计算(计算(-70-70)补补+(-60-60)补补解:(解:(-70-70)补补+(-60-60)补补 =10111010+11000100=1 01111110=10111010+11000100=1 01111110 两个负数之和却产生了正的结果,同样是因两个负数之和却产生了正的结果,同样是因为产生了溢出;因是超出了负的最大范围,所以为产生了溢出;因是超出了负的最大范围,所以是负向溢出。是负向溢出。1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示3、溢出的解决:扩大数的表示范围可以防、溢出的解决:扩大数的表示范
18、围可以防止溢出;数的扩展不能改变数的大小,只止溢出;数的扩展不能改变数的大小,只能改变数的位数。能改变数的位数。补码正数扩展:高位全部加补码正数扩展:高位全部加0;补码负数扩展:高位全部加补码负数扩展:高位全部加1。如:如:-70 (10111010)补补(1111111110111010)补补 (8位数扩展为位数扩展为16位数)位数)1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示纯小数时的情况纯小数时的情况 1、8位二进制数位二进制数 补码范围:补码范围:+127/128 -1(或(或-128/128)小数形式小数形式:0.1111111 1.0000000 2、转换方法:与整数相同、转换方法:与
19、整数相同1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示移码移码 定义:定义:x 移移2n-1+x x 移移机器数机器数,x为真值为真值 表示:符号位与补码相反,其它位与补码表示:符号位与补码相反,其它位与补码相同。相同。n表示数的位数(包括符号位)。表示数的位数(包括符号位)。1.2.3 数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示定点与浮点表示(小数点固定还是浮动)定点与浮点表示(小数点固定还是浮动)1.定点数定点数 N=S2P 小数点位置固定的机器数;具有运算简便小数点位置固定的机器数;具有运算简便,表示范表示范围小的特点围小的特点;其中其中S表示了表示了N的全部有效数字,称之为的全部有效数字,
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