计算机原理：第一章微型计算机基础1of2

1、 1教材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课程简介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课时安排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） ：教学参考计划、教学组成员信息

2、及分工 4第一章微型计算机基础要点：数制和编码功能结构存储器的分段管理 5第一章 微型计算机基础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世上第一台电子计算机名称：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5,000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

3、30,000kg，造价超$1,000,000 7微型计算机. 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： 位、位、1位、位、位 81.2 数制及编码基：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：，A、B、C、D、 E、F数符，n位权 92 、数制转换（1）二进制十进制：按n幂展开求和 3 2 1 0 .-1

4、-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：01011010B5AH 十六进制是二进制的缩写形式(简化书写、便于记忆） 12(两个)多位二进制数的算术运算位(bit

5、)：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) 134 、多位二进制数的逻辑运算 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或运算及非运算或运算（OR)： 00=0，1x=1例 ABBB ABB 该例运算结果描述：保证A中D1D0位为，其余位不变。非(NO

6、T)： 0 B 运算结果描述：A中各位取反 15异或运算(XOR)1 1=0，0 0=0，1 0=1，0 1=1例：ABBB 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 16二 . 带符号二进制数（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=0010B，-3=1011B优点：直观 缺点：减法运算复杂

7、 17简化减法运算的编码方式的探讨对一位的十进制（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， 负数的补码为2n_|x| (即对其绝对值做求补运算）

8、。 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正负数原,反,补码 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)补码编码下直接有：0001B-1110B=0

9、011B 21教材P8表1.1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（二）带符号数的形式转换、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 233、真值真值：写带符号的数值，常用十进制形式（）原码求

10、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（三）补码的运算、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减一个数等于加相反数的补码 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 262

11、、补码的溢出（）溢出：补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（）判断溢出的方法异号相加（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（）判断溢出的方法 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

12、） 最高位有进位而次高位没有进位，或次高位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。 29三编码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 31IBM PC ASCII 码字符表 (P362,附录1)10H1FH十六进制0AH 32（ 二）ASCII码键盘输入的都是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ASCII码