微机原理-第一章课件.ppt

1、微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用问题问题1 1：计算机？：计算机？问题问题2 2：微型计算机组成？：微型计算机组成？问题问题3 3：工作原理？：工作原理？先修课程先修课程 计算机文化基础计算机文化基础 数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计 高级计算机语言（高级计算机语言（C C语言）语言）2022-12-13共56张2课程教学基本要求课程教学基本要求 v掌握计算机中不同进制的表示方法及其转换，尤其掌握计掌握计算机中不同进制的表示方法及其转换，尤其掌握计算机中补码的表示与运算。算机中补码的表示与运算。v熟悉微处理器的组成及各部件的功能，掌握熟悉微处理器的组成及各部件的功能，掌握CPU中的

2、寄存中的寄存器阵列，标志寄存器及堆栈操作。对器阵列，标志寄存器及堆栈操作。对CPU主要时序要熟悉。主要时序要熟悉。v掌握常用的指令及指令对标志位的影响，熟悉常用的寻址掌握常用的指令及指令对标志位的影响，熟悉常用的寻址方式。方式。v掌握常用的伪指令，及宏汇编语言程序设计。掌握常用的伪指令，及宏汇编语言程序设计。v掌握内存储器的结构，掌握内存储器的结构，RAM与与ROM的特点，性能及接口的特点，性能及接口设计。设计。v掌握常用的总线及其接口。掌握常用的总线及其接口。2022-12-13共56张3v 掌握中断的全过程及微机中的中断系统。掌握中断的全过程及微机中的中断系统。v 掌握并行与串行接口芯片及

3、计数器掌握并行与串行接口芯片及计数器/定时器芯片的原理及应用。定时器芯片的原理及应用。v 熟悉熟悉D/A与与A/D的转换原理与应用。的转换原理与应用。主要参考书：主要参考书：16/32位微机原理、汇编语言及接口技术位微机原理、汇编语言及接口技术 钱晓捷、陈涛钱晓捷、陈涛 编著编著 机械工业出版社机械工业出版社 微型计算机原理及应用微型计算机原理及应用 郑学坚、周斌编著郑学坚、周斌编著 清华大学出版社清华大学出版社 IBM PC汇编语言程序设计汇编语言程序设计 沈美明、温冬婵沈美明、温冬婵 编著编著 清华大学出版社清华大学出版社 The 80 x86 IBM PC and Compatible

4、Computers Assembly Language,Design and Interfacing 现代微型计算机与接口教程现代微型计算机与接口教程 杨文显主编杨文显主编 清华大学出版社清华大学出版社 微型计算机原理微型计算机原理 潘名莲、马争、惠林编潘名莲、马争、惠林编 电子工业出版社电子工业出版社2022-12-13共56张4第一章第一章 计算机系统概述计算机系统概述1.1 计算机的产生计算机的产生 公元公元600年左右，我国出现计算工具年左右，我国出现计算工具算盘。算盘。17世纪欧洲出现世纪欧洲出现计算尺计算尺和和机械式计算机机械式计算机。19世纪英国数学家世纪英国数学家巴贝芝巴贝芝(

5、1791-1871)提出提出通用计算机的基通用计算机的基本设计思想。本设计思想。巴贝芝可能是第一个意识到计算机中条件转巴贝芝可能是第一个意识到计算机中条件转移的重要性的人移的重要性的人。(abacus)2022-12-13共56张5 美国的美国的赫曼赫曼霍勒瑞斯霍勒瑞斯(18601929)在美国在美国1890年人口普查的年人口普查的时候采用穿孔卡片记录人口普查信息。时候采用穿孔卡片记录人口普查信息。处理了超过处理了超过6200万张的卡片，包含的数据是万张的卡片，包含的数据是1880年人口年人口普查的普查的2倍，而数据处理只花了大约倍，而数据处理只花了大约1/3时间。时间。1897年该设备第一次

6、用于俄罗斯的人口普查。年该设备第一次用于俄罗斯的人口普查。1896年，霍勒瑞斯创立了制表机公司，出租和出售穿孔年，霍勒瑞斯创立了制表机公司，出租和出售穿孔卡片设备。卡片设备。1911年，经过合并，该公司成为计算年，经过合并，该公司成为计算-制表制表-记录记录(Computing-Tabulating-Recording)公司，即公司，即C-T-R公司。公司。1915年，年，C-T-R的主席是的主席是Thomas J.Watson(1874-1956)，他他在在1924年把公司的名字改为国际商用机器公司，即年把公司的名字改为国际商用机器公司，即IBM。2022-12-13共56张6 19世纪中叶

7、，英国数学家世纪中叶，英国数学家布尔布尔(1824-1898)创立了创立了布尔代数布尔代数。1937年英国数学家年英国数学家图灵图灵(1912-1954)提出了著名的提出了著名的“图灵机图灵机”的模型，的模型，探讨了计算机的基本概念，证明了通用数字计算机探讨了计算机的基本概念，证明了通用数字计算机是能够制造出来的。是能够制造出来的。美国计算机协会设有图灵奖。美国计算机协会设有图灵奖。1946年年2月月,在美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院，由物理学博士在美国宾夕法尼亚大学的莫尔学院，由物理学博士J.W.Mauchly和电气工程师和电气工程师J.P.Eckert领导的小组研制出世界领导的小组研制出世界

8、上第一台数字式电子计算机上第一台数字式电子计算机ENIAC(E1ectronic Numerical Integrator And Calculator)。这台计算机用电子管实现，采用字长为这台计算机用电子管实现，采用字长为10位的十进制计数方位的十进制计数方式，每秒可进行式，每秒可进行5000次的加法运算。该机在次的加法运算。该机在1943年研制时，年研制时，其最初的目的是为陆军编制各种弹道表。其最初的目的是为陆军编制各种弹道表。2022-12-13共56张72022-12-13共56张8 ENIAC共使用了共使用了18000个电子管，占地个电子管，占地135m2，功率功率150kw，重量达

9、重量达30吨吨，每秒钟可进行，每秒钟可进行5000次加法运算次加法运算。1944年夏，著名数学家年夏，著名数学家冯冯诺依曼（诺依曼（Von Neumann）偶然获知偶然获知ENIAC的研制，他参加并研究了新型计算机的系统结构，在的研制，他参加并研究了新型计算机的系统结构，在他执笔的报告里，提出了采用他执笔的报告里，提出了采用二进制计算、存储程序和在程二进制计算、存储程序和在程序控制下自动执行序控制下自动执行的思想。按照这一思想，新机器将由五个的思想。按照这一思想，新机器将由五个部件构成，即部件构成，即运算、控制、存储、输入和输出运算、控制、存储、输入和输出，报告还描述，报告还描述了各部件的职能

10、和相互间的联系。称为了各部件的职能和相互间的联系。称为“冯冯诺依曼诺依曼”机。机。1930年开始，匈牙利人冯年开始，匈牙利人冯诺依曼就一直住在美国。他能诺依曼就一直住在美国。他能在脑子里构思复杂的算法而享有很高的声誉，是普林斯顿高在脑子里构思复杂的算法而享有很高的声誉，是普林斯顿高级研究学院的一名数学教授，研究范围很广，从量子理论到级研究学院的一名数学教授，研究范围很广，从量子理论到游戏理论的应用再到经济学。游戏理论的应用再到经济学。2022-12-13共56张9 几十年来，计算机一直是按冯几十年来，计算机一直是按冯诺依曼提出的设计思想发诺依曼提出的设计思想发展的，其基本思想主要是：展的，其基

11、本思想主要是：（1）采用二进制表示数据和指令；）采用二进制表示数据和指令；（2）将编制好的程序和原始数据送入主存储器，然后启动计）将编制好的程序和原始数据送入主存储器，然后启动计算机工作；算机工作；（3）计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输）计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件，并规定了各个基本部件的功能。出设备五大部件，并规定了各个基本部件的功能。冯冯诺依曼思想被看作是计算机发展史上的里程碑，直到诺依曼思想被看作是计算机发展史上的里程碑，直到现在，各类计算机的基本组成均属于冯现在，各类计算机的基本组成均属于冯诺依曼型。诺依曼型。2022-12-13共56

12、张101.2 计算机的发展计算机的发展 以计算机以计算机物理器件物理器件的变革作为标志，把计算机的发展的变革作为标志，把计算机的发展划分为四代：划分为四代：第一代第一代(1946年年1957年年)：电子管电子管计算机计算机 第二代第二代(1957年年1965年年)：晶体管晶体管计算机计算机 第三代第三代(1965年年1971年年)：集成电路集成电路计算机计算机 第四代第四代(1971年以后年以后)：大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路2022-12-13共56张11 逻辑元件逻辑元件程序设计语言程序设计语言运算速度运算速度内存容量内存容量第一代计算机第一代计算机19461957年年

13、电子管电子管机器语言或汇机器语言或汇编语言编语言几千次每秒几千次每秒几几KB第二代计算机第二代计算机19571965年年晶体管晶体管FORTRAN、ALGOL、COBOL几十万次每秒几十万次每秒几十几十KB第三代计算机第三代计算机19651971年年中、小规模集中、小规模集成电路成电路操作系统和会操作系统和会话式语言话式语言百万次每秒百万次每秒 MB级级第四代计算机第四代计算机1971大规模或超大大规模或超大规模集成电路规模集成电路 更丰富更丰富几百万甚至上几百万甚至上亿次每秒亿次每秒越来越大越来越大第五代智能化计算机，使计算机具有人工智能，可像人一样能看、能听、能说、能第五代智能化计算机，使

14、计算机具有人工智能，可像人一样能看、能听、能说、能思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等2022-12-13共56张121.3 微型计算机的发展微型计算机的发展 微型计算机微型计算机(Microcomputer)的的中央处理器中央处理器(CPU，Contra1 Processing Unit)采用了大规模、超采用了大规模、超大规模集成电路技术。称为大规模集成电路技术。称为微处理器微处理器MPU(Micro Processing Unit 或或Microprocessor)。微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。微型计算机的发展是与微处理器的发展同步

15、的。微处理器集成度几乎每微处理器集成度几乎每18个月增加一倍，产品每个月增加一倍，产品每2 4 年更新换代一次。年更新换代一次。各代的划分以各代的划分以MPU的的字长和速度字长和速度为主要依据。为主要依据。2022-12-13共56张13 第一代第一代（1971-1972）-主要产品为主要产品为4位和低档位和低档8位微机。位微机。第二代第二代（1973-1977）-主要产品为中高档主要产品为中高档8位微机。有位微机。有Inte1公司的公司的8080、Motorola公司的公司的M6800。8位单片机位单片机MCS-48系列系列和和MCS-51系列。系列。第三代第三代（1978-1984）-各公

16、司相继推出一批各公司相继推出一批16位的微处理器位的微处理器芯片，如芯片，如Intel8086/8088/80286，MC68000/68010，Z8000等。等。第四代第四代（1985-1999）-1985年，年，Intel公司推出公司推出32位位微处理器微处理器芯片芯片8038680486Pentium(奔腾奔腾)Pentium Pro(高能奔高能奔腾腾)MMX Pentium(多能奔腾，多能奔腾，MMX:多媒体增强指令多媒体增强指令集集)Pentium IIPentium IIIPentium IV Pentium V；第五代第五代（2000-至今）至今）-当前，当前，Intel和和HP

17、公司已联合定义了被公司已联合定义了被称作称作“显式并行指令计算显式并行指令计算”（Explicitly Parallel Instruction Computing,EPIC）的的IA-64位指令架构。位指令架构。64位的微处理器芯片位的微处理器芯片2000年年8月已经诞生，月已经诞生，Intel展示的代号为展示的代号为“Merced”的的Itanium(安腾安腾)CPU，其应用目标是高端服务器和工作站。其应用目标是高端服务器和工作站。2022-12-13共56张142022-12-13共56张151微处理器微处理器(Microprocessor)微处理器也叫微处理机，是微型计算机的核心部件。

18、微处理器也叫微处理机，是微型计算机的核心部件。包括：算术逻辑单元包括：算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、）、控制控制单元单元CU（Control Unit）和寄存器阵列和寄存器阵列RA(Register Array/Stuff)三个基本部分，简称三个基本部分，简称P或或MP，在微型计算机中直接用在微型计算机中直接用CPU(Central Processing Unit)表示微处理器。表示微处理器。2.微型计算机微型计算机(Micro Computer)以微处理器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器以微处理器为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器(ROM和和

19、RAM)、输入输入/输出输出(I/O)接口和系统总线组成的。接口和系统总线组成的。简称简称C或或MC。当将这些组成部分当将这些组成部分集成在一个超大规模芯片上，则集成在一个超大规模芯片上，则称之为单片微型计算机，简称单片机（称之为单片微型计算机，简称单片机（Single Clip Micro Computer）；）；组装在一块或多块印刷电路板上称之为单板、多组装在一块或多块印刷电路板上称之为单板、多板微型计算机（板微型计算机（Single/Multi Board Micro Computer）。）。1.4 微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次2022-12-13共56张16 微型计

20、算机系统微型计算机系统(Micro Computer System)是是以微型以微型计算机为核心，再配以相应的外围设备、电源、辅助电计算机为核心，再配以相应的外围设备、电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算机路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算机系统系统。简称。简称CS或或MCS。软件软件分为系统软件和应用软件两大类。分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是用来支持应用软件的开发与运行的，它系统软件是用来支持应用软件的开发与运行的，它包括操作系统、标准实用程序和各种语言处理程序等。包括操作系统、标准实用程序和各种语言处理程序等。应用软件是用来为用户解决具体应用问题

21、的程序及应用软件是用来为用户解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料。有关的文档和资料。3.微型计算机系统微型计算机系统2022-12-13共56张17微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2022-12-13共56张182022-12-13共56张192022-12-13共56张20计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构2022-12-13共56张211.5 微型微型计算机的分类、特点、性能指标和应用计算机的分类、特点、性能指标和应用 1分类：分类：微型计算机的分类方法有多种。微型计算机的分类方法有多种。按微处理器的字长，可分为：按微处理器的字长，可分为：4 位机、位机、8 位机、位机、

22、16位位机、机、32位机和位机和64位机等；位机等；按结构，可分为单片机和多片机；按结构，可分为单片机和多片机；按组装方式，可分为单板机和多板机；按组装方式，可分为单板机和多板机；按外形和使用特点，可分为台式微机和笔记本式微按外形和使用特点，可分为台式微机和笔记本式微机等等。机等等。2022-12-13共56张22 1.巨型机巨型机运算速度快，可达亿次每秒以上，存储容量大运算速度快，可达亿次每秒以上，存储容量大2.大型机大型机运算速度一般在几千万次运算速度一般在几千万次/秒，主存容量较高。有比较完善的指秒，主存容量较高。有比较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。令系统，丰富的外

23、部设备和功能齐全的软件系统。3.中型机中型机中型机规模介于大型机和小型机之间。中型机规模介于大型机和小型机之间。4.小型机小型机规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易，从而规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易，从而得以广泛推广应用。得以广泛推广应用。5.微型机微型机采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，具采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更高、使用更加方便等优点。高、使用更加方便等优点。6.工作站工作站工作站实际上就是一台高档微机，运

24、算速度快，主存储器容量工作站实际上就是一台高档微机，运算速度快，主存储器容量大，易于联网，特别适合于大，易于联网，特别适合于CAD/CAM和办公室自动化。和办公室自动化。按计算机规模分类按计算机规模分类 2022-12-13共56张232.微型计算机的特点：微型计算机的特点：形小、体轻、功耗低形小、体轻、功耗低价格便宜价格便宜结构简单、性能可靠结构简单、性能可靠 使用方便、通用性强使用方便、通用性强2022-12-13共56张243 微型计算机系统的主要性能指标微型计算机系统的主要性能指标 字长字长字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。取字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数

25、。取决于通用寄存器、内存储器、决于通用寄存器、内存储器、ALU的位数和数据总线宽度。的位数和数据总线宽度。内存储器容量内存储器容量存储器容量是衡量计算机存储二进制信息量大小的一个重存储器容量是衡量计算机存储二进制信息量大小的一个重要指标。要指标。内存的容量大小决定计算机的速度。内存的容量大小决定计算机的速度。运算速度运算速度 计算机的运算速度一般用计算机的运算速度一般用CPU每秒钟所能执行的指令条数每秒钟所能执行的指令条数表示。常用百万条指令表示。常用百万条指令/秒秒(MIPS,Millions of Instruction Per Second)作单位。作单位。主频主频 称为微处理器的工作频

26、率，或微处理器内频；称为微处理器的工作频率，或微处理器内频；主板的工作频率：内存、控制芯片组和主板的工作频率：内存、控制芯片组和CPU之间总线的工之间总线的工作频率，也称为微处理器作频率，也称为微处理器外频外频2022-12-13共56张25主板的性能指标主板的性能指标a.微处理器的支持能力，包括微处理器的支持能力，包括CPU插槽类型、插槽类型、CPU种类、外种类、外频范围、电压范围频范围、电压范围b.系统芯片组的类型系统芯片组的类型c.是否集成显卡、声卡、调制解调器（是否集成显卡、声卡、调制解调器（Modem）、）、网卡网卡d.支持内存和高速缓存（支持内存和高速缓存（Cache）的类型与容量

27、的类型与容量e.系统系统BIOS的版本、功能的版本、功能f.扩充插槽及扩充插槽及I/O接口的数量、类型接口的数量、类型g.主板的电压输出范围主板的电压输出范围2022-12-13共56张26硬盘的性能指标硬盘的性能指标 容量、速度和安全性是硬盘的容量、速度和安全性是硬盘的3项主要指标项主要指标系统总线的性能指标系统总线的性能指标a.总线的带宽总线的带宽（数据传输率）总线的带宽指的是单位时间内总线上可传输的数据量，以总线的带宽指的是单位时间内总线上可传输的数据量，以MB/s为单位；为单位；b.总线的位宽总线的位宽总线的位宽是指总线能同时传输的数据位数；总线的位宽是指总线能同时传输的数据位数；c.

28、总线的工作频率总线的工作频率又称为外频，它是指用于协调总线上各种操作的时钟频率。又称为外频，它是指用于协调总线上各种操作的时钟频率。三者关系：总线带宽三者关系：总线带宽=(总线位宽总线位宽/8)总线工作频率总线工作频率(MB/s)2022-12-13共56张27外设扩展能力外设扩展能力主要指计算机系统配接各种外部设备的可能性、主要指计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。灵活性和适应性。软件配置情况软件配置情况软件是计算机系统必不可少的重要组成部分，它软件是计算机系统必不可少的重要组成部分，它配置是否齐全，直接关系到计算机性能的好坏和效率配置是否齐全，直接关系到计算机性能的好坏和效

29、率的高低。的高低。2022-12-13共56张284微型计算机的应用：用于科学计算用于科学计算(数值计算数值计算)、数据处理及信息管理方向；数据处理及信息管理方向；用于过程控制及用于过程控制及自动化（智能化）仪器、仪表方向自动化（智能化）仪器、仪表方向；2022-12-13共56张291.6 微型计算机中数和字符的表示以及运算基础微型计算机中数和字符的表示以及运算基础数字系统是仅仅用数字来数字系统是仅仅用数字来“处理处理”信息以实现计算和操信息以实现计算和操作的电子网络。该数制系统只有两个可能的值：该值要么是作的电子网络。该数制系统只有两个可能的值：该值要么是0 0，要么是要么是1 1。此特征

30、定义了二进制或基。此特征定义了二进制或基-2-2的数制系统，数字的本的数制系统，数字的本身身(0(0和和1)1)称为称为(bits)bits)比特，简称为比特，简称为“二进制数字二进制数字”。数字系统必须完成如下任务：数字系统必须完成如下任务：1.1.将现实世界的信息转换成数字网络可以理解的二进制将现实世界的信息转换成数字网络可以理解的二进制“语语言言”。2.2.仅用数字仅用数字0 0和和1 1完成所要求的计算和操作。完成所要求的计算和操作。3.3.将处理的结果以我们可以理解的方式返回给现实世界。将处理的结果以我们可以理解的方式返回给现实世界。2022-12-13共56张30计算机的处理对象是

31、各种各样的数据，在使用上，计算机的处理对象是各种各样的数据，在使用上，计算机的数据可以分为两类：计算机的数据可以分为两类：1 1、数数-用来直接表征量的多少。他们有大小之分，并用来直接表征量的多少。他们有大小之分，并能进行加减等运算。能进行加减等运算。2 2、码码-代码或编码（代码或编码（CodeCode）,在计算机中用来代表某在计算机中用来代表某个事物或描述某种信息。个事物或描述某种信息。数和码在使用场合上有区别，在使用形态上并没有数和码在使用场合上有区别，在使用形态上并没有区别。数和码有时又是相通的，比如，区别。数和码有时又是相通的，比如，BCDBCD码虽然是码，码虽然是码，但却用来表示十

32、进制数，它可以象二进制一样进行运算，但却用来表示十进制数，它可以象二进制一样进行运算，只是运算后必须进行相应的调整；又比如表示数时，对只是运算后必须进行相应的调整；又比如表示数时，对正、负号的处理需用到码的概念。正、负号的处理需用到码的概念。2022-12-13共56张31 编码（编码（Code)Code)是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样信息的技术。以表示大量复杂多样信息的技术。解码解码(Decode)Decode)是编码的逆过程，用于提取二进制数字的含是编码的逆过程，用于提取二进制数字的含义。编码和解码可以看成是有一本字典

33、在人类语言和二进义。编码和解码可以看成是有一本字典在人类语言和二进制数字之间进行翻译。制数字之间进行翻译。位（位（bitbit）是计算机所能表示的是计算机所能表示的最小最小数据单位。数据单位。字节字节(Byte)Byte)是微型计算机的是微型计算机的最基本最基本的数据单位，每个字节的数据单位，每个字节是八位二进制数的组合。是八位二进制数的组合。字长字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。2022-12-13共56张32 数制数制-数制是人们利用符号来计数的科学方法，一般采数制是人们利用符号来计数的科学方法，一般采用的是进位计数制，又称用的是进

34、位计数制，又称进位制进位制。v 十进制十进制（decimal system）其一般形式为：其一般形式为：N进制数的一般形式：进制数的一般形式：其中，其中，Ni为第为第i位的位的权权，Ki为第为第i位的位的系数系数，N为计数为计数基数基数。v 二进制二进制（binary system）使用的数码为使用的数码为0，1；每位的权；每位的权为为2的幂。的幂。例如：例如：iikD10iiNkD21012212121202111.1012022-12-13共56张33为什么要使用八进制和十六进制？为什么要使用八进制和十六进制？-简化书写，便于记忆简化书写，便于记忆。为方便起见，对不同进制的数常采用后缀字母

35、以示区别：为方便起见，对不同进制的数常采用后缀字母以示区别：十进制十进制D或或d或没有后缀或没有后缀 二进制二进制B或或b八进制八进制Q或或q 十六进制十六进制 H或或hv 八进制八进制（octal system）使用的数码为使用的数码为0,1,2,3,4,5,6,7；每位的；每位的权为权为8的幂。的幂。v 十六进制十六进制（hexadecimal system）使用的数码为使用的数码为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F；每位的权为每位的权为16的幂的幂2022-12-13共56张34不同数制间的转换不同数制间的转换v 非十进制转换为十进制，展开相加即可。非十进制转

36、换为十进制，展开相加即可。例如例如：(463)8=4*82+6*81+3*80 =4*64+6*8+3 =256+48+3 =(307)10v 十进制换成其它进制：十进制换成其它进制：整数部分采用除以基数取余，小数部分采用乘以基数取整整数部分采用除以基数取余，小数部分采用乘以基数取整的法则。的法则。2022-12-13共56张35例例1：(54.39)10=(36.63D7)162022-12-13共56张36例例2：(175.625)10=(10101111.101)2 整数部分转换结果：整数部分转换结果：(175)10=K7K6K5K4K3K2K1K0=(10101111)2计算步骤简化为

37、如下形式：计算步骤简化为如下形式：2022-12-13共56张37对于小数部分：对于小数部分：最后将小数部分和最后将小数部分和整数部分合并。整数部分合并。小数部分转换结果：小数部分转换结果：(0.625)10=0.K-1K-2K-3=(0.101)2计算步骤简化为如下形式：计算步骤简化为如下形式：2022-12-13共56张384位合1位1位分4位1位分3位3位合1位八进制数十六进制数二进制数按位权展开乘基数取整（小数）除基数取余（整数）十进制数 2小数部分整数部分 2商余数.2022-12-13共56张39计算机数的定点和浮点表示计算机数的定点和浮点表示v 真值真值-指符合人们习惯的数的原始

38、表示形式。指符合人们习惯的数的原始表示形式。v 机器数机器数-数据在计算机中的实际表示形式。数据在计算机中的实际表示形式。v 定点数定点数-指小数点的默认位置已被固定的数。若小数点的指小数点的默认位置已被固定的数。若小数点的位置被固定在机器数的最右侧，该数据为位置被固定在机器数的最右侧，该数据为“定点整数定点整数”，若小数点的位置被固定在机器数的最左侧（最高数值位之若小数点的位置被固定在机器数的最左侧（最高数值位之前和符号位之间），该数据为前和符号位之间），该数据为“定点小数定点小数”。对于任意一个二进制数总可以表示为纯小数或纯整数与一对于任意一个二进制数总可以表示为纯小数或纯整数与一个个2的

39、整数次幂的乘积，例如二进制数的整数次幂的乘积，例如二进制数N可写成可写成 N=2PS其中，其中，S称为数称为数N的尾数；的尾数；P称为数称为数N的阶码；的阶码；2称为阶码的称为阶码的底。底。S表示了数表示了数N的全部有效数字，的全部有效数字，P决定了小数点的位置。决定了小数点的位置。2022-12-13共56张40小数点位置小数点位置2022-12-13共56张41计算机中定点整数的表示计算机中定点整数的表示定点整数的表示分为两类：定点整数的表示分为两类：（1）无符号的定点整数（简称）无符号的定点整数（简称无符号数无符号数）-机器数只表达机器数只表达0和正整数，其中每一位都表示数值。例如，和正

40、整数，其中每一位都表示数值。例如，8位无符号数的位无符号数的范围为范围为0255。（2）有符号的定点整数（简称）有符号的定点整数（简称有符号数有符号数）-机器数表达机器数表达0、正整数、负整数。一般最高有效位作为正整数、负整数。一般最高有效位作为“符号位符号位”来表示来表示数的正负，数的正负，0为正整数，为正整数，1为负整数。为负整数。注意：符号位没有数注意：符号位没有数值的含义。值的含义。在机器中表示有符号数有三种表示方法：在机器中表示有符号数有三种表示方法：原码、反码和补码原码、反码和补码。为了有符号数运算的方便，目前实际上采用的（计算机内部为了有符号数运算的方便，目前实际上采用的（计算机

41、内部默认）是补码运算，研究反码和原码是为了研究补码。默认）是补码运算，研究反码和原码是为了研究补码。2022-12-13共56张42v原码原码-符号位为符号位为0，表示正数；为，表示正数；为1，表示负数；其，表示负数；其余各位等同于真值的绝对值。例如：余各位等同于真值的绝对值。例如：（1000 0010）原码原码=（2）100的原码有两种表示：的原码有两种表示：0000 0000（+0）或）或 1000 0000（-0）v反码反码-符号位的用法和正数的表示同符号位的用法和正数的表示同“原码原码”一样；一样；负数的表示是在负数的表示是在“原码原码”表示的基础上通过将符号表示的基础上通过将符号位以

42、外的的各位取反来获得的（其实就是将负数的位以外的的各位取反来获得的（其实就是将负数的绝对值的原码按位取反）。绝对值的原码按位取反）。这时这时（1000 0010）反码反码=（125）100的反码有两种表示：的反码有两种表示：0000 0000（+0）或）或 1111 1111（-0）8位二进制原码和反码所能表示的数值范围为位二进制原码和反码所能表示的数值范围为-127d+127d2022-12-13共56张43v 补码补码-符号位的用法和正数的表示同符号位的用法和正数的表示同“原码原码”一样；一样；负数的表示是在负数的表示是在“反码反码”的基础上通过加的基础上通过加1来获得的。来获得的。这时（

43、这时（1000 0010）补码补码=（126）10为了理解补码的意义，举一个钟表对为了理解补码的意义，举一个钟表对时的例子。若标准时间是时的例子。若标准时间是7点整，而有点整，而有一只钟停在一只钟停在11点整。要把钟校准到点整。要把钟校准到7点点整，可以倒拨整，可以倒拨4格，即格，即11-47;也可以也可以顺拨顺拨8格，这是因为时钟顺拨时，到格，这是因为时钟顺拨时，到12点就从点就从0重新开始计时，相当于自动丢重新开始计时，相当于自动丢失一个数失一个数12，即，即11+812(自动丢失自动丢失)+77。2022-12-13共56张44这个自动丢失的数这个自动丢失的数(12)是一个循环计数系统中

44、所表示的最大数，是一个循环计数系统中所表示的最大数，称之为称之为“模模”。11-411+8(mod12)-4+8 (mod12)mod12表示以表示以12为模数。当等式两边同除以模为模数。当等式两边同除以模12，它们的余数，它们的余数相同，故上式在数学上称为同余式。和相同，故上式在数学上称为同余式。和(-4)与与(+8)的同余相仿，的同余相仿，(-5)与与(+7)、(-6)与与(+6)、(-7)与与(+5)等等也都同余，或互为补数。等等也都同余，或互为补数。不难看出，一个负数的补数必等于模加上该负数不难看出，一个负数的补数必等于模加上该负数(或模减去该负或模减去该负数的绝对值数的绝对值)。由此

45、可以推论：对于某一确定的模，某数减去绝。由此可以推论：对于某一确定的模，某数减去绝对值小于模的另一数，总可以用某数加上对值小于模的另一数，总可以用某数加上“另一数的负数与其另一数的负数与其模之和模之和”(即补数即补数)来代替。所以，引进了补码以后，来代替。所以，引进了补码以后，减法就可减法就可以转换为加法以转换为加法了。了。例如，例如，在字长为在字长为8位的二进制数制中，其模为位的二进制数制中，其模为28=256d，若有若有 64-1064+(-10)64+256-10=64+246256+54=542022-12-13共56张45v一般地说，对于一般地说，对于n位二进制数，某数位二进制数，某

46、数X的补码总可以定义为：的补码总可以定义为：X补补2n+X。或者：或者：X补补+Y补补X+Y补补 8位二进制补码所能表示的数值范围为位二进制补码所能表示的数值范围为-128d+127d（+0）和（）和（-0）的补码表示一样：）的补码表示一样：0000 00002022-12-13共56张46 如何解决定点补码的加法运算？如何解决定点补码的加法运算？规则：规则：X补补+Y补补X+Y补补（mod2n）如何解决定点补码的减法运算？如何解决定点补码的减法运算？X-Y补补X+(-Y)补补=X补补+-Y补补Y补补-Y补补将将Y补补取反加取反加1将将-Y补补取反加取反加1求补运算求补运算2022-12-13

47、共56张47使用补码的意义：使用补码的意义：（1）一个整数的补码和它的真值是一一对应的关系；）一个整数的补码和它的真值是一一对应的关系；（2）既可以使用一位二进制数表示整数的符号，又使得加）既可以使用一位二进制数表示整数的符号，又使得加法运算的结果仍为结果的补码：法运算的结果仍为结果的补码：X补补+Y补补X+Y补补（3）减法运算转化为加法运算：减法运算转化为加法运算：X-Y补补X+(-Y)补补=X补补+-Y 补补（4）大大简化了电路的设计。）大大简化了电路的设计。2022-12-13共56张48v 如何求一个数的补码？如何求一个数的补码？1、0和正数的补码是其本身；和正数的补码是其本身；2、负

48、数的补码、负数的补码(对于负数对于负数X)：（1）将）将|X|转化为特定字长的二进制数转化为特定字长的二进制数 将其按位取反将其按位取反加加1；（2）“带借位带借位0减减”，即，即 模模|X|例如例如-37H的补码为：的补码为：1（借位）（借位）00H-37H =C9H练习：练习：求求-5的补码，设字长为的补码，设字长为8位。位。2022-12-13共56张49v 对于负数对于负数X X的补码，将其二进制的值按位取反加的补码，将其二进制的值按位取反加1 1，得，得到的是到的是|X|X|。练习：练习：1111 11011111 1101B=B=（）D?D?v 数的范围：数的范围：符号：符号：无无

49、 有有 8 8位字长：位字长：0 0255 -128255 -1281271271616位字长：位字长：0 065535 -3276865535 -327683276732767v 字长的扩展：字长的扩展：8 8位位1616位位低八位不变，高八位以符号填充。低八位不变，高八位以符号填充。练习：练习：8686H H（*）H?H?68H68H（*）H?H?2022-12-13共56张50问题：问题：机器码机器码1111 1101B到底真值是什么？到底真值是什么？v C语言中使用语言中使用 signed（省略）省略）和和 unsigned 来区分。来区分。int，unsigned intv 汇编程序

50、设计中，在于编程者自己把握。汇编程序设计中，在于编程者自己把握。1111 1101 B（-3或253）0000 0001 B（+1或1）+1111 1110 B（-2或254）2022-12-13共56张51v溢出的判断溢出的判断 无符号数相加的溢出判断：无符号数相加的溢出判断：相加结果最高位有进位就是溢出。相加结果最高位有进位就是溢出。对于有符号数：对于有符号数：运算结果的最高位向符号位的进位用运算结果的最高位向符号位的进位用 Cp表示，符号表示，符号位向进位位的进位用位向进位位的进位用Cs表示表示若若 表示无溢出，溢出标志为表示无溢出，溢出标志为0；若若 表示溢出，溢出标志为表示溢出，溢出