微机原理与接口技术第1章 概述

第1章概述1.1计算机的数制及其转换

1.2

计算机中数与字符的编码

1.3微型计算机系统组成1.4微型计算机的性能指标及分类1.5多媒体计算机1.1计算机中的数制及其转换

计算机内部的信息分为两大类：控制与状态信息数据信息

控制与状态信息：是一系列的控制命令，用于指挥计算机如何操作，也可能是一种检测信息；

数据信息：是计算机操作的对象，一般又可分为数值数据和非数值数据。数值数据用于表示数量的大小：整数，小数等非数值数据没有确定的数值：字符、汉字、逻辑数据。

信息的表示：基2码，即2进制形式

(1)基2码在物理上最容易实现。

(2)基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。

(3)基2码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑数据“真”与“假”相对应，为计算机实现逻辑运算带来了方便。

1.1.1数与数制位置计数法（进位计数制）：是一种计数的方法。同一个数字在不同的数位代表的数值不同，这种记数方法称为位置记数法。对每一个数位赋以不同的位值，称为“权”。基数：各种数制中数字符号的个数称为该数制的基数。数制：二进制、八进制、十进制、十六进制

表示方法：*二进制数(Binary)后缀加“B”,如：11010001B。*八进制数(Octonary)后缀加“O”或“Q ”,如：76Q。*十进制数(Decimal)后缀加“D”,如：25D或25。*十六进制数(Hexadecimal)后缀加“H”,如：9AH。

*十六进制数(Hexadecimal)后缀加“H”,如：0F6H

数的位权表示：十进制：(234.13)10=2×102+3×101+4×100+1×10-1+3×10-2

二进制：(101.11)2=1×22+0×21+1×20+1×2－1+1×2－2八进制：(124.36)8=1×82+2×81+4×80+3×8－1+6×8－2十六进制：(AC.B5)16=A×161+C×160+B×16－1+5×16－2其中为整数部分，为小数部分，r为基数。每一项的数字可用0～r－1数字中的一个数字来表示。位置计数通式：1.1.2不同数制之间的转换

1.十进制数与二进制数之间的转换

1)十进制整数转换成二进制整数

方法：除2取余数，结果倒序排列。

2)十进制小数转换成二进制小数

方法：乘2取整数，结果顺序排列。

【例1-1】将十进制数97转换成二进制数。其过程如下：最后结果为(97)10=(A6A5A4A3A2A1A0)2=(1100001)22972482242122623210余数为1,余数为0,余数为0,余数为0,余数为0,余数为1,余数为1,商为0,

即A0=1即A1=0即A2=0即A3=0即A4=0即A5=1即A6=1结束【例1-2】将十进制小数0.6875转换成二进制小数。其过程如下：0.6875×  21.3750 整数部分为1，即A－1=10.3750 余下的小数部分×20.7500 整数部分为0，即A－2=00.7500 余下的小数部分× 21.5000 整数部分为1，即A－3=10.5000 余下的小数部分× 21.0000 整数部分为1，即A－4=10.0000 余下的小数部分为0，结束最后结果为(0.6875)10=(0.A－1A－2A－3A－4)2=(0.1011)2

为了将一个既有整数又有小数部分的十进制数转换成二进制数，可以将其整数部分和小数部分分别进行转换，然后再组合起来。例如：(97)10=(1100001)2(0.6875)10=(0.1011)2由此可得:(97.6875)10=(1100001.1011)23)二进制数转换成十进制数方法：按位权展开后相加。【例1-3】将二进制数111.11转换成十进制数。其过程如下：(111.11)2=1×22+1×21+1×20+1×2－1+1×2－2 =4+2+1+0.5+0.25=(7.75)10

2.十进制与八进制之间的转换

1)十进制整数转换成八进制整数

方法：除8取余数，余数按倒序排列。

2)十进制小数转换成八进制小数方法：乘8取整法，所得整数按顺序排列。

3)八进制数转换成十进制数方法：按位权展开后相加

【例1-4】将十进制数97转换成八进制数。其过程如下：最后结果为(97)10=(A2A1A0)8=(141)8余数为1,余数为4,余数为1,即A0=1即A1=4即A2=1结束

89781281商为0商为0,

【例1-5】将十进制小数0.6875转换成八进制小数。其过程如下：

0.6875 ×8 5.5000 整数部分为5，即A－1=5 0.5000 余下的小数部分

×8 4.0000 整数部分为4，即A－2=4 0.0000 余下的小数部分为0，结束最后结果为(0.6875)10=(0.A－1A－2)8=(0.54)8同理，一个八进制数可分解成整数和小数部分，分别转换后合成即可。【例1-6】

将八进制数141.54转换成十进制数。其过程如下：

(141.54)8=1×82+4×81+1×80+5×8－1+4×8－2 =64+32+1+0.625+0.0625 =97.6875最后结果为

(141.54)8=(97.6875)103.十进制与十六进制之间的转换

1)十进制整数转换成十六进制整数

方法：除16取余数，余数按倒序排列。

2)十进制小数转换成十六进制小数

方法：乘16取整法，所得整数按顺序排列。

3)十六进制数转换成十进制数方法：按位权展开后相加。

【例1-7】将十进制数97转换成十六进制数。其过程如下：最后结果为(97)10=(A2A1A0)16=(61)16余数为1,余数为6,即A0=1即A1=6结束1697166商为0商为0,【例1-8】将十进制小数0.6875转换成十六进制小数。其过程如下：0.68751611.00000.0000整数部分为11，即A－1=B余下的小数部分为0，结束最后结果为(0.6875)10=(0.A－1)16=(0.B)16【例1-9】

将十六进制数61.B转换成十进制数。其过程如下：

(61.B)16 =6×161+1×160+B×16－1 =96+1+11×16－1 =97+0.6875 =97.6875最后结果为

(61.B)16=(97.6875)104.二进制与八进制、十六进制数之间的转换1)二进制数转换成八进制数

方法：以小数点为中心分别向左向右每三位一组进行划分，末尾不够3位补0，将每组变为八进制数即可。2)八进制数转换二进制数方法：将每一位八进制数分解成对应的三位二进制数。3)二进制数转换成十六进制数

方法：以小数点为中心分别向左向右每四位一组进行划分。末尾不够4位补0，将每组变为十六进制数。4)十六进制数转换二进制数

方法：将每位十六进制数转换成对应的四位二进制数。【例1-10】直接将二进制数11110.11转换成八进制数。

011 110 . 1103 6 . 6(11110.11)2=(36.6)8【例1-11】直接将八进制数35.6转换成二进制数。

3 5 . 6011 101 . 110(35.6)8=(11101.11)2【例1-12】直接将二进制11110.11转换成十六进制数。0001 1110 . 11001 E . C(11110.11)2=(1E.C)16【例1-13】直接将十六进制数0EF.CH转换成二进制数。

E F . C1110 1111 . 1100(EF.C)16=(11101111.11)21.2计算机中数与字符的编码1.2.1数值数据的编码及其运算

1.二进制数的编码及运算机器数：带符号的二进制数值数据在计算机内部的编码。

真值：机器数所代表的实际值。二进制数据的正负的表示+（0）-（1）

常用编码：原码、反码、补码

1)二进制数原码编码方法2n－1＞X≥00≥X＞－2n－1(1)二进制正、负数的原码就是符号化的机器数真值本身

(2)原码表示数的范围:[-(2n-1-1),(2n-1-1)](3)真值0的原码可表示为两种不同的形式

+0[+0]原=00000000B-0[-0]原=10000000B2)二进制数反码编码方法2n－1＞X≥00≥X＞－2n－1二进制正数的反码就是其原码。二进制负数的反码就是机器数符号位保持不变，其余按位取反。反码表示数的范围:[-(2n-1-1),(2n-1-1)](3)零的反码有两种表示法

[0]反=000…0n-1个0[0]反=111…1n-1个1

3)二进制数补码编码方法结论：二进制正数的补码就是其原码。二进制负数的补码就是机器数符号位保持不变，其余位取反码后末位加1。0≤X＜2n－1－2n－1≤X＜0正数的补码就是其原码。负数的补码就是机器数符号位保持不变，其余位取反码后末位加1,即：[x]补=[x]反

+1补码表示数的范围:[-2n-1,(2n-1-1)][0]补=000。。。。0n个0补码的性质1.补码表示数时，减运算可以用加上减数的补码来代替。即

A-B=（A+[-B]补）（MOD2n）2.用补码表示的数相加时，如果两数和的绝对值不产生溢出，并按下面的规则作两数的补码运算，则得到的结果仍然是和的补码。第一要把符号位当作数一样参加运算。第二符号位相加后，如有进位出现，则将其舍去。[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补+[-Y]补3.[[x]补]补=[x]原有符号数运算时的溢出问题

计算机运算时由于位数的限制，会产生溢出。有符号数加减运算采用双高位法判别是否溢出。

CS：最高位进位

CP：次高位进位

P=CSXORCP=1且CS=0正溢出

=1且CS=1负溢出

=0不溢出【例1-15】机器字长n=8位，X=-48D，求[X]补。（1）将－48D转换为二进制数：－00110000B。（2）变为反码，11001111B，（3）末位加1后为，[－48]补

=11010000B=0D0H

字长=16时，对[－48]补进行扩展

[－48]补=1111111111010000B=0FFD0H

2.无符号整数的编码及运算规则在某些情况下，计算机要处理的数据全是正数，此时机器数再保留符号位就没有意义了。这时，将机器数最高有效位也作为数值位处理，也就是说，假设机器字长为n位，则有符号整数的编码可表示为符号位数值位

1位n－1位无符号整数的编码可表示为数值位n位

无符号整数的表示范围是：0≤N≤2n－1。例如，当n=8位时，表示范围是：0≤N≤255；当n=16位时，表示范围是：0≤N≤65535。计算机中最常见的无符号整数是地址，另外，双字长数据的低位字也是无符号整数。要注意的是，计算机本身不论是对有符号数还是无符号数，总是按照补码的运算规则做运算。

3.十进制数的编码及运算人们在日常生活中习惯使用十进制数，而在计算机内，采用二进制表示和处理数据更方便。因此，计算机在输入和输出数据时，要进行十→二和二→十的进制数转换。但是，在某些特定的应用领域中(如商业统计)，数据的运算很简单，但数据的输入和输出量很大，这样，进制转换所占的时间比例就会很大。从提高计算机的运行效率考虑，可以采用在计算机内部直接用十进制表示和处理数据的方法。以下介绍在计算机内部的十进制数的编码方法及运算方法。

十进制数的每一个数位的基为10，但到了计算机内部，必须用基2码对每个十进制数位进行编码，所需要的最少的基码的位数为lb10(即log210)，取整数为4。4位基2码有16种不同的组合，怎样从中选择出10个组合来表示十进制数位的0～9，有非常多的方案，最常见的是8421码。8421码是指4个基2码的位权从高到低分别为8、4、2、1，选择的是0000，0001，0010，…，1001这10种组合，用来表示0～9这10个数位，如表1-3所示。表1-3BCD码表

这种编码的特点是：这4个基2码之间满足二进制规则，而十进制数位之间是十进制计数规则。因此，这种编码实质上是二进制编码的十进制数(BinaryCodedDecimal)，因此，简称BCD码或二一十进制码。十进制数码01234567898421码0000000100100011010001010110011110001001【例1-19】将十进制数67.9转换成BCD码。其过程如下：

6 7 . 90110 0111 . 1001所以(67.9)10=(01100111.0111)BCD【例1-20】将BCD码10010110.0110转换成十进制数，其过程如下：10010110 . 01109 6 . 6所以(10010110.0110)BCD=(96.6)10

BCD码的运算规则：BCD码是十进制数，而运算器对数据做加减运算时，都是按二进制运算规则进行处理的。这样，当将BCD码传送给运算器进行运算时，其结果需要修正。

修正的规则是：当两个BCD码相加，如果和等于或小于1001(即9H)，不需要修正；如果相加之和在1010到1111(即0AH～0FH)之间，则需加6H进行修正；如果相加时本位产生了进位，也需加6H进行修正。

这样做的原因是，机器按二进制相加，所以4位二进制数相加时，是按“逢十六进一”的原则进行运算的，而实质上是2个十进制数相加，应该按“逢十进一”的原则相加，16与10相差6，所以当和超过9或有进位时，都要加6进行修正。下面举例说明。【例1-21】计算1+8的值如果将1和8送给机器进行加法运算，其运算过程如下：0001+)10001001结果是1001，即十进制数9，1+8=9正确。【例1-22】需要修正BCD码运算值的举例。①计算5+7的值。0101+)01111100结果大于9+)0110加6修正

10010结果是0010，即十进制数2，还产生了进位。5+7=12，结论正确。12②计算9+9的值。1001+)100110010+)011011000

结果是1000，即十进制的8，还产生进位，故加6修正。9+9=18，结论正确。18

若做减法运算，其修正规则为：当两个BCD码相减，如果差等于或小于1001，不需要修正；如果相减时本位产生了借位，则应减6H加以修正。

原因是：如果有借位，机器将这个借位当十六看待，而实际上应该当十看待，因此，应该将差值再减6H才是BCD码的正确结果值。下面举两个例子进行说明。【例1-23】

需要修正BCD码运算值的举例。①计算9-7的值。1001－)01110010结果值是0010，即十进制数2。9－7=2，结论正确。2②计算7-9的值。→发生借位10111－)10011110－)0110减6修正

1000

结果值是1000，即十进制数8，有借位。7－9=8，结论正确。(8是－2以10为模的补码，在机器中，负数都以补码形式表示)8

在计算机中BCD码有两种格式：压缩BCD码非压缩BCD码

(1)非压缩BCD码：1字节(8位二进制)中仅表示一位BCD数，例如：(00000110)BCD=6。

(2)压缩BCD码：1字节中仅表示两位BCD数，例如：(01100110)BCD=66。另外，BCD码除了采用上述方法调整以外，也可以在交付计算机运算之前，先将BCD码转换为二进制数，然后交付计算机运算，运算以后再将二进制结果转换为BCD码。1.2.2非数值数据的二进制编码现代计算机不仅要处理数值数据，而且还要处理大量的非数值数据，像英文字母、标点符号、专用符号、汉字等等。前面已说过，不论什么数据，都必须用基2码编码后才能存储、传送及处理，非数值数据也不例外。下面分别讨论常见的非数值数据的二进制编码方法。

1.字符编码使用最多、最普遍的是ASCII字符编码，即美国标准信息交换代码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)，具体见表1-4。表1-4ASCII字符编码B6B5B4

B3B2B1B0000(0)001(1)010(2)011(3)100(4)101(5)110(6)111(7)0000(0)NULDLESP0@P`p0001(1)SOHDC1!1AQaq0010(2)STXDC2″2BRbr0011(3)ETXDC3#3CScs0100(4)EOTDC4$4DTdt0101(5)ENQNAK%5EUeu0110(6)ACKSYN&6FVfv0111(7)BELETB׳7GWgw1000(8)BSCAN(8HXhx1001(9)HTEM)9IYiy1010(A)LFSUB*:JZjz1011(B)VTESC+;K[k{1100(C)FFFS,<L\l|1101(D)CRGS－=M]m}1110(E)SORS.>N^n～1111(F)SIUS/?O_oDEL

ASCII码表有以下几个特点：

(1)每个字符用7位基2码表示，其排列次序为B6B5B4B3B2B1B0。实际上，在计算机内部，每个字符是用8位(即一个字节)表示的。一般情况下，将最高位置为“0”，即B7为“0”。需要奇偶校验时，最高位用做校验位。(2)ASCII码共编码了128个字符，它们分别是：*32个控制字符，主要用于通信中的通信控制或对计算机设备的功能控制，编码值为0～31(十进制)。*间隔字符(也称空格字符)SP，编码值为20H。*删除控制码DEL，编码值为7FH。*94个可印刷字符(或称有形字符)。这94个可印刷字符编码有如下两个规律：①字符0～9这10个数字符的高3位编码都为011，低4位为0000～1001，屏蔽掉高3位的值，低4位正好是数据0～9的二进制形式。这样编码的好处是既满足正常的数值排序关系，又有利于ASCII码与二进制码之间的转换。②英文字母的编码值满足A