1、微型计算机原理及应用,第一章 基础知识,主要参考书,1.微型计算机系统原理及应用 ,周明德编 ,清华大学出版,2002.2.微型计算机原理及应用,郑学坚编,清华出版3.微型计算机原理及接口技术, 钱晓捷,机械工业出版社,1999,教材 微型计算机原理与接口技术 冯博琴 主编 吴宁 等编著 高等学校计算机基础教育教材精选,课程目标,掌握微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计方法微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力,第1章 基础知识,主要内容计算机中的常用计数制、编码及它们相互之间的转换二进制数的算术运算和逻辑运算符号数的表示及补码运算二进制数运算中的
2、溢出问题基本逻辑门及译码器,1946年第一台计算机问世。20世纪70年代微型计算机诞生。微处理器是微型机的核心，简称MP( micro processor )，也称为中央处理单元( central processing unit )微处理器的发展大致可分为以下六代。,微处理器的发展过程,第一代：4004,微处理器的发展过程,第二代：8080,第三代：8086/8088， 80286,第四代：80386,第五代：Pentium,第六代：Pentium Pro,第一代微处理器：4位或低档8位，其主要代表是美国Intel公司在1971年研制成功的4004微处理器。,Intel历史上的首款微处理器 4
3、004,另外一些样子的4004,第二代微处理器： Intel公司在1973年推出的8位微处理器8080，它的存储器寻址空间增加到64K字节。,8080A,这是基于8080芯片的计算机Processor Technology Sol-20,80286,第三代微处理器：1978年Intel公司推出16位微处理器8086，1982年又推出16高级微处理器80286。,第四代微处理器：1985年Intel公司推出32位超级微处理器80386，具有32位的数据线，32位的地址线，存储器寻址能力可达4GB。,80386,第五代微处理器：1993年Intel公司推出32位微处理器Pentium(奔腾)，它集
4、成了330万个晶体管，内部采用4级超标量结构，数据线64位，地址线36位的。,Pentium 照片,第六代微处理器：1996年Intel公司将它的第六代微处理器：命名为Pentium Pro，1998年到2001年相继推出Pentium 、Pentium 和Pentium 。,Pentium Pro的照片,P4 423Pin,P4 478Pin,1. 十进制数,十进制数中有09十个数字符号，无论数的大小，都可以用这十个符号的组合来表示。任何一个十进制数D,都可用权展开式表示。,其中，Di是D的第i位的数码，可以是09十个符号中的任何一个，n和m为正整数，n表示小数点左边的位数，m表示小数点右边
5、的位数10为基数，10i称为十进制的权。,2. 二进制数,二进制数只有0和1两个数字符号，“逢二进一”。任何一个二进制数B,都可用权展开式表示。,其中，Bi只能取0或1，n和m为正整数，n表示小数点左边的位数，m表示小数点右边的位数,2为基数，2i称为二进制的权。,3. 十六进制数,十六进制数有10个数字符号， 09和AF“逢十六进一”。任何一个十六制数H,都可用权展开式表示。,其中，Hi的取值在0F 的范围内，n和m为正整数，n表示小数点左边的位数，m表示小数点右边的位数,16为基数，16i称为十六进制的权。,表1-2 数制对照表,十六进制编码表,除了用基数作为下标来表示数的进制外，还可以在
6、数的后面加上字母D、B、H、O分别来表示十进制、二进制、十六进制和八进制数。,4. 其它进制数,一般地，任何一个K进制数S,都可用权展开式表示。,其中，Si是S的第i位数码，可以是所选定的K个符号中的任何一个，n和m为正整数，n表示小数点左边的位数，m表示小数点右边的位数,K为基数，Ki称为K进制的权。,1. 非十进制数到十进制数的转换,非十进制数转换为十进制数的时，只要将它们按相应的权表达式展开，再按十进制运算规则求和，即可得到它们对应的十进制数。,2. 十进制数到非十进制数的转换,(1) 十进制数转换为二进制数 十进制整数和小数部分应分别进行转换。整数部分转换为二进制数时采用“除2取余”的
7、方法。即连续除以2并取余数作为结果，直至商为0，得到的余数从低位到高位依次排列即得到转换后二进制数的整数部分；对小数部分则用“乘2取整”的方法。即对小数部分连续用2乘，以最先得到的乘积的整数部分为最高位，直至达到所要求的精度或小数部分为零为止。,1.2.2 各种数制之间的转换,整数部分转换为二进制数时采用“除16取余”的方法；小数部分则用“乘16取整”的方法。,例1-4 将十进制数（34.25）10转换为等值的二进制数和十六进制数。 二进制： 整数：,小数：0.25*20.5，取整：0； 0. 5 * 21， 取整：1。,因此: (34.25)10=(100010.01)2,(2) 十进制数转
8、换为十六进制数,从小数点开始分别向左和向右把整数和小数部分每四位分为一组。若整数最高位的一组不足4位，则在左边补零；若小数最低位的一组不足4位，则在右边补零。然后将每组二进制数用对应的十六进制数代替，则得到转换结果。,3.二进制数与十六进制数之间的转换,1.3 无符号二进制数的算术运算和逻辑运算,1.3.1 二进制的算术运算,1 加法运算,法则：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0(有进位),例1-10计算10110110B+01101100B=(？)B,2 减法运算,法则：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1(有借位),例1-11计算11000100B-00100101B
9、=(？)B,3. 乘法运算,法则：00=0 01=0 10=0 11=1,例1-12计算1100B与1001B的乘积。,4. 除法运算,除法是乘法的逆运算。二进制数的除法可转换为减法运算和右移运算。每右一位相当于除以2，右移n位相当于除以2n。,二进制数的乘法可转换为加法和移位运算。每左一位相当于乘以2，左移n位相当于乘以2n。,1.3.2 无符号数的表示范围,1. 无符号二进制数的表示范围,一个位无符号二进制数X，它可表示的数的范围为 0 X 2n -1,2. 无符号二进制数的溢出判断,令无符号二进制数加法(或减法)中最高有效位Di有效的进位为Ci，则两个无符号二进制数相加(或相减)时，若最
10、高有效位Di产生进位(或相减有借位)，即Ci=1，则产生溢出。,1.4 带符号二进制数的表示及运算,一个有符号数的最高位代表符号，该位为“0”表示正，该位为“1”表示负。,例1-18 +0010101B在计算机中可表示为00010101，即十进制数的+21 - 0010101B在计算机中可表示为10010101，即十进制数的-21,符号数值化了的数称为机器数。,1.4.1 带符号数的表示方法,1. 原码,真值X的原码记为X原。在原码表示法中，不论数的正负，数值部分均保持原真值不变。,+0原=0 0000000 ， -0原=1 0000000,若X=XnXn-1X1X0，则原码的严格定义是,2.
11、 反码,真值X的反码记为X反。在对正数来讲，其表示方法同原码。对负数而言，其反码的数值部分为真值的各位按位取反。,+0反=0 0000000 -0反=1 1111111,若X=XnXn-1X1X0，则反码的严格定义是,3. 补码,补码是根据同余的概念得出的。由同余的概念可以知道，对一个数X K为模数，n为任意整数。,X + nK = X (mod K),若设n为1，K=2n，则有 X = X + 2n (mod),真值X的补码记为X补。在对正数来讲，其表示方法同原码。对负数而言，其补码表示的数值部分为真值的各位按位取反再加1。,例1-21已知真值X=+0110100，Y=-0110100，求 X补和Y补。 因X0，所以有 X补=0 0110100 而Y0，所以有 Y补= Y反+1=1 1001100,+0补= +0反= +0原=0 0000000 - 0补= -0反+1=0 0000000,
