第一章微型计算机基础1of2_69105442

1、 1 微型计算机系统原理及应用(第3版) 2009年4月 杨素行 等 编著 清华大学出版社 内容共分为6章 计算机原理与应用-习题实验 清华大学自动化系，2013年2月版 （4.5元） 2014年2月版 （5.0元） 2 1.内容： 计算机基本原理及系统构成 指令系统， 汇编语言程序设计，系统功能调用， 通用可编程接口电路及应用。 成绩构成 ：作业10%+实验10%+期末考试80% 2.特点： 硬件和软件知识相结合、 多动手做题、做实验 。 3 1.授课： 星期一 单周 星期三 全周 2.实验： 共五次，分别在 第 4, 6, 8, 12, 14 周 进行 详请见（网络学堂下载）详请见（网络学

2、堂下载） ： 教学参考计划、教学组成员信息及分工教学参考计划、教学组成员信息及分工 4 要点：要点： u数制和编码数制和编码 u功能结构功能结构 u存储器的分段管理存储器的分段管理 5 数字电子计算机的发展与分代 按器件分代： 电子管计算机（1946-1956） 晶体管计算机（1957-1964） 中小规模集成电路计算机（1965-1970） 超大规模集成电路计算机（1971- 6 名称：电子数字积分器及计算器 (Electronic Numerical Integrator Calculator, ENIAC) 时间：1946年 用途：弹道设计 制造者：美国宾夕法尼亚大学 运算速度：每秒5,

3、000次加法运算 其它：使用了18,800个电子管和1,500个继电器， 占地150平米，重30,000kg，造价超$1,000,000 7 . 微型计算机 是第四代计算机的典型代表。它的特点是 将中央处理器、主存储器和输入输出接口 集中在一小块硅片上。 按字长分代：按字长分代： 位、位、位、位、1位、位、位位、位、位 8 基：数制所使用的数码的个数 权：数制每一位所具有的值 位(n)： (3)(2)(1)(0).(-1)(-2)(-3) 一无符号数 1、无符号数的表示 1）十进制D: 数符，10 n位权 （基为“10”，权为以10为底的幂） 2）二进制B: 、数符，n位权 3）十六进制H：，

4、A、B、C、D、 E、F数符，n位权 9 （1）二进制十进制： 按n幂展开求和 3 2 1 0 .-1 -2 -3 -4 Ex. 101011.101B =15+0 4+13+02+ =32+0+8+0+2+1+0.5+0+0.125 =43.625D 10 (2)十进制二进制： 整数和小数方法不同 整数：连续除以，取余数，先 得低位，后得高位，直至商零为止 例：13D1101B 小数：连续乘以，取向整数的进位， 先得高位，后得低位，直至足够位数 即可：例 0.625D=0.101B 整数带小数时分别转换,然后合并结果 11 （3）二进制十六进制： 每位二进制一段，对应位十 六进制。 例：01

5、011010B5AH 十六进制是二进制的缩写形式 (简化书写、便于记忆） 12 位(bit)：一个二进制位，是计算机中信息 表示的最小单位 字节（Byte）：8个二进制位， 一个存储器单元的容量 DDDDDDDD 字（Word）2B16b 双字（DW）4B32b 多位二进制数的算术运算是从低位往高位顺 序计算(与十进制同)，考虑进位（二进制）。 1+1=0(进位1)；0-1=1(有借位) 13 拆开成一位对一位运算，没有进位。 与运算(AND)：11=1，0 x=0 例 AB BB ABB 该例运算结果描述： 保留A中DD位，其余位清零 14 或运算（OR)： 00=0，1x=1 例 AB B

6、B ABB 该例运算结果描述： 保证A中D1D0位为，其余位不变。 非(NOT)： 0 B 运算结果描述：A中各位取反 15 1 1=0，0 0=0，1 0=1，0 1=1 例： AB BB A BB 该例运算结果描述： A中D1D0取反，其余位不变。 故当B=11111111B， AB的运算结果为对A 各位取反，也与11111111(=28-1)-A的算术运 算结果同 16 （一）带符号二进制数的表示方法 、原码：最高位表示正负， 后续位表示数值（以位为例） D7D6D5D4D3D2D1D0 符号位：正为0， 负为1 数值部分：原数绝对值的二进制形式。 Ex. 4位带符号二进制数的 +2=0

7、010B，-3=1011B 优点：直观 缺点：减法运算复杂 17 对一位的十进制（基为10=M）数有： 3-4 =9= 3+？=3+(10-4)，3-2=3+(10-2)=1 故如对负数编码为 M-|x|，即： 对 0(x0),1(x1),2(x3),.,9(x9)的10个状态资源编 码为 0 x0(0)，1x1(1)， 2x2(2)，3x3(3)，4x4(4) -5x5(5)，-4x6(6)， -3x7(7), -2x8(8), -1x9(9) 则对操作数及结果均在可表示范围内（-54） 时，总有：A-B=A+(M-B) (上例 9=-1) 18 2、补码：正数的补码与原码相同， 负数的补码

8、为2n_|x| (即对其绝对值做求补运算）。 对于位二进制数n=8（即M=2n）, x表示原数。 2n-1=111B，则2n-1-|x|为|x|的取反 计算机中带符号数默认用补码形式。 19 3、反码：正数与原码相同，负数的反码 为2n-1-|x|， 对于位二进制数n=8,x 表示原数。 从而有：负数的反码加1得该负数的补码 （一般都正确） 20 例：位二进制带符号数 +2的原,反,补码是0010B -2的原码： 1010B -2的反码： 1101B -2的补码： 1110B 该三种编码的最高位均起到符号位的作用， 即当为0时得正数，为1时得负数。 思考：原码及补码编码下的 1-(-2) 补码

9、编码下直接有：0001B-1110B=0011B 21 位二进制数值有256种形式， 用来表示无符号数时，数值为 255。 当表示带符号数时，表的上面一半是正 数，三种码相同； 下面一半是负数，原、反、补码不同。 原码和反码各有负零，补码没有负零，且 多出-128。 22 、原码反、补码： 按定义进行，先区分正负数， 正数不变，负数才变 、反、补码原码： 正数不变，负数才变 对负数反码求反，置符号位为。 Ex: 对-2，11010010(绝对值)1010 对负数补码求补(求反加1),置符号位为。 Ex: 对-2，111000010010(绝对值)1010 23 真值：写带符号的数值，常用十进制

10、形式 （）原码求真值 先写符号，再将数值变十进制。 （）反、补码求真值 先变成原码，再求真值。 例：求补码11110111B的十进制真值： 先确定是负数，变为原码10001001B， 再变成十进制 - 9D。 24 、补码相加减 补码的符号位和数值位一样运算 例:-3+5=2 -3-6=-9 11111101 11111101 +）00000101 -）00000110 00000010 11110111 25 例 3-2=1 3+（-2）补 0011 0011 -) 0010 +）1110 0001 10001 进位 带符号数运算不关心最高位产生的进位， 因此认为结果正确 26 （）溢出：补

11、码运算结果超出当前表 示范围造成的错误 例如位补码表示范围 128 +127 +126+2=+128 -127+(-2)=-129 01111110 10000001 +)00000010 +)11111110 10000000 01111111 读出负128 读出正127 27 异号相加（同号相减）不可能溢出，其它情 况下须判断是否溢出： 用二进制计算检查结果的符号位是否变反 用十进制计算，检查结果是否超范围 不能超范围！ 因为同号相加不能变号! 28 用二进制计算检查进位： 以字节的加减为例，则有， 溢出标志OFCY CY6 （最高进位异或次高进位） 最高位有进位而次高位没有进位，或次高位

12、 有进位而最高位没有进位时则一定变号！ 不难看出：当异号相加（同号相减）时， 如次高位有进位时，最高位必有进位 以异号相加为例，如次高位有进位时，则表明正数大于 或等于负数绝对值，其最后结果为正。 29 计算机内的二进制码除了直接表示数值，还 可以表示其它信息 （一） 压缩BCD码和非压缩BCD码 （P12表1.2） 压缩BCD码也是4位二进制一段,这一点 和十六进制类似,但是每段内只有十种编码, 段与段之间是十进位. 非压缩BCD码以一字节（8位二进制）为 一段，高4位总为0. 30 例. 对于压缩BCD码数的运算， 20-1=19： (0010 0000)BCD - 1 = ( 0001 1001 ) BCD 对于十六进制数的运算， 20H - 1=1FH （ 二）ASCII码 标准的ASCII码有5位和7位两种，IBM 的8位ASCII码表见P362,附录1 31 32 键盘输入的都是ASCII码, 十六进制数计 算前应转变成其对应数值,例如: 0 =48=30H, 30H-30H=0 1 =49=31H, 31H-30H=1 9 =57=39H, 39H-30H=9 以上规律可用于数字09的