第一章 绪论与计算机基础知识(1.1-1.2,数制和逻辑电路).ppt

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1、1,微型计算机原理及应用,机制专业 主讲：俞国燕,2,微机原理与应用是理工科电类、机电专业和计算机应用专业必修的技术基础课程。本课程是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程。通过学习，使学生获得在专业领域内应用微型计算机的初步能力。 要求学生在学习本课程之后，了解8086CPU的结构，熟悉8086CPU的指令系统，掌握汇编语言程序设计方法，熟悉程序调试的过程，能够编写较为复杂的汇编程序，重点在于通过该课程的学习使学生从理论和实践上掌握微型机的基本组成、工作原理、及常用外设的硬件的连接，建立微型机系统的整体概念，掌握串、并行通信的基本知识，使学生具有应用微型机系统软、硬件的能力。,课程性

2、质与基本目标,3,绪 论,通常所讲的计算机其全名是 电子式数字计算机，它是一种能够存储程序，能自动连续地对各种数字化信息进行算术、逻辑运算的快速工具。在这一定义中包含两个重要的基本概念：信息数字化，存储程序工作方式。它们是了解计算机组成及工作机制的基本出发点。,4,一、基本概念,1、存储程序工作方式与冯.诺依曼机 1945年，冯.诺依曼在领导设计EDVAC计算机的过程中，提出了现代数字计算机的若干设计思想，后被人们称之为冯.诺依曼体系。 冯.诺依曼体制系的核心概念存储程序工作方式。仍是目前采用的原则。其要点是：,5,（1）采用二进制代码表示数据和指令 计算机是处理信息的工具，所处理的信息称为数

3、据。 计算机具体的工作表现为执行程序，而程序的最终可执行形态是指令序列，即若干用数字代码表示的机器指令。 数据和指令都采用二进制代码表示，则它们在外形上并无区别，都是由0或1组成的代码序列，只是各自约定的含义不同而已。,6,（2）采用存储程序工作方式 a、事先编制程序 b、将程序存储于计算机的存储器之中 c、计算机在运行时将自动地连续地从存储器中依次取出指令加以执行,（3）硬件系统由五大部分构成 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入装置、输出装置五大部件构成。见图0-1所示。,7,图0-1,8,第一台计算机是1946年问世的。对计算机发展史的划分，学术界常常以器件作为划分的标准：,第一

4、代：电子管计算机。时间19461957年 第二代：晶体管计算机。时间19581964年 第三代：集成电路（IC）计算机。时间19651970年 第四代：大规模集成电路（LSI）和超大规模（VLSI）计算机。时间1970 第五代：新一代计算机-,二、计算机发展简史,9,计算机硬件发展的同时，软件始终伴随其步伐迅猛发展。就以计算机语言而言，也划分了若干时代： 第一代：机器语言。每条指令用二进制编码。 第二代：汇编语言。用符号编程，和具体机器指令和硬件有关。 第三代：高级语言。 第四代：它实际上是在高级语言的基础上集成的模块化语言，它又更强的编程功能。,10,三、计算机分类及微型计算机的特点 按计算

5、机规模分，传统上分巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等。这种划分综合了计算机的运算速度、字长、存储容量、输出输入能力、价格等指标。 但由于计算机性能的日新月异地变化，划分的标准也就逐渐失去了意义。,11,微型计算机的特点，与大、中、小型计算机的区别，就在于其中中央处理器（CPU）是集中在一块硅片上的，而大、中、小型计算机的CPU则是由相当多的电路（集成电路）组成的。 微型计算机的应用范围已逐渐扩大，可以说已达到无孔不入的程度。现在常讲3C（Communication,Computer,Control)和3A（Factory Automation, Office Automation, Ho

6、me Automation),12,计算机基础知识的主要内容： 各种常用记数制和编码以及它们 相互间的转换； 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； 二进制数运算中的溢出问题,第一章 计算机基础知识,13,第一章 计算机基础知识,数制的基本概念 数制概念：用符号记数的方法 对于任何一种数制表示的数，我们都可以写成按位权展开的多项式之和，其一般形式为： N dn-1bn-1 +dn-2bn-2dn-3bn-3 +dn-mbn-m 式中：n：整数的总位数。 m：小数的总位数。 d下标：表示该位的数码。 b：表示进位制的基数。 b上标：表示该位的位权。,例1.1：10进制数(123

7、)10=1*102+2*101+3*100 数码：09 基：10 权：10n,1.1 数制,14,常用计数法,十进制符合人们的习惯 二进制便于物理实现 十六进制便于识别、书写 八进制,15,1. 十进制 (标识：后缀D或省略),特点：以十为底，逢十进一； 共有0-9十个数字符号(数码) 表示: （权展开式）,16,（2）二进制数(Binary),具有2个数字符号0，1； 由低位向高位进位是按“逢2进1”的规则进行的； 基数为2，第i位的权为2i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号i=0 例：(1010.101)2 =1010.101B =123+0 2

8、2 + 121 + 020 + 12-1 + 02-2 + 12-3,17,（3）十六进制数(Hexadecimal),1、具有16个数字符号0 ， 1 ， 2 ， ， 9 ，A ， B ， C ， D ， E ， F； 2、由低位向高位进位是按“逢16进1”的规则进行的； 3、基数为16，第i位的权为 16i。 其中 i=n，n-1， ，2，1，0，-1，-2， 规定整数最低位的位序号i=0 例：(19BF.ABE)16 =19BF.ABEH = 1163+ 9 162+ 11161+ 15160+ 1016-1+ 1116-2+ 1416-3,18,二、各进制数间的转换,1. 非十进制数到

9、十进制数的转换 按该数制的权表达式展开，再按十进制求和 例：10110010 B = (?)10 13FA H = (?)10,19,2. 十进制到非十进制数的转换,十进制 二进制的转换： 整数部分：除2取余； 小数部分：乘2取整。 十进制 十六进制的转换： 整数部分：除16取余； 小数部分：乘16取整。 以小数点为起点求得整数和小数的各个位,20,十进制 二进制的转换： 整数部分除2取余法,例：19D = ?B,高,低,余数,19D =,所以，我们可以得到：,10011B,192 =9 1 92 = 4 1 42 =2 0 22 =1 0 12 =0 1,具体转换步骤也可参见教材P3之例1.

10、1,21,十进制向十六进制的转换（同理）,例. 208转换成十六进制数 208 = D0H 0 余 13 = DH 16 13 余 0 16 208 从上往下读，可从左至右写出十六进制码 故208=D0H 写法二：208/16=13 ，余数为0； 13/16=0，余数为13,即为DH,22,十进制 二进制的转换： 小数部分乘2取整法,例1.2：0 .625D = ?B,0.6252 = 1.25 1 0.25 2 = 0.5 0 0.5 2 = 1.0 1,低,高,整数,0.625D =,所以我们可以得到：,0.101B,23,例. 0.625转换成二进制数（教材P3之例1.2） 0.625

11、2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3) 0.625 = 0.101B,24,十进制到十六进制的转换（同理） 例. 0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH 例. 208.625 转换成十六进制数 208.625 = D0.AH,25,3. 二进制与十六进制间的转换,用4位二进制数表示1位十六进制数 以小数点为起点分别向左(整数)、向右(小数)进行四位分组 例： 10110001001.110 B= (?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 . C,左补0,右补0,26,二进制转换

12、为十六进制数(实例2）,例：1110110101100.10101B = ?H,1110110101100.10101,0001110110101100.10101000,1 D A C . A 8, ,1110110101100.10101B = 1DAC.A8H,27,十六进制转换为二进制数,例：39F.E1AH = ?B,3 9 F . E 1 A,001110011111 . 111000011010, ,= 11 1001 1111.1110 0001 101B,39F.E1AH = 0011 1001 1111.1110 0001 1010B,28,三、 计算机中的数及编码,1、机

13、器数与真值 2、带符号数、无符号数 3、原码、补码及反码 4、真值与补码之间的转换 5、补码的运算 6、二进制编码,29,1、机器数与真值,（1）在计算机中数是用二进制数来表示的。 （高电平代表“1”，低电平代表“0”) （2）数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。 “”用“0”表示， “”用“1”表示。 例：有两个数：,真值,机器数,N1=1101001 N2=1101001,在计算机中的表示形式：,N1：01101001 N2：11101001,30,2、带符号数、无符号数,（1）带符号数 用0表示正数，用1表示负数，这种表示数的方法，称为带符号数的表示方法，所表示的数称为带符号数。 带

14、符号数的表示形式： 22 22,符 号 位,数值部分,符 号 位,数值部分,31,2、带符号数、无符号数,（2）无符号数 如果把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符号位，这种方法表示的数，叫无符号数。 无符号数表示形式： 22 150,8位全部用来表示数值大小,8位全部用来表示数值大小,32,3、原码、反码及补码(教材P14之内容）,思考：在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？ （1）原码 （2）反码 （3）补码,33,思考?,在计算机中一个数的大小和符号都用二进制来表示，那么在计算机中是如何进行运算的？ 例： 有一个钟显示时间是6点钟，而正确时间是1

15、点钟，请问如何校正这个钟？ 方法1：顺时针拨7个钟；671 方法2：逆时针拨5个钟；651 引进概念 模,34,概念模,模 一个计量器的容量，记为M，或mod M 。 模的特性当一个计量器的模为M时，它在计量器里的表示形式与0一样，也就是说，M = 0 。 所以，对时钟来说， M=12 ： 方法1：67 =13 = 12+1 = 0 + 1=1 方法2： 67 = 65 = 1,35,概念模,同样，对一个n位二进制计数器，它的容量为2n，它的模为M= 2n 。 假设，n=8，则 M=28=256。 也就是说对8位二进制计数器来说，256=0,0,8位计数器,1 256,36,（1）原码,定义：

16、一个数的原码就是该数的机器数。 对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 则：X原码= 0X6X5X4X3X2X1X0 对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 则：X原= 1X6X5X4X3X2X1X0,37,（2）反码,定义：正数的反码就等于它的原码； 负数的反码就是它的原码除符号位外，各位取反。 对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 反码 X反码= 0X6X5X4X3X2X1X0,对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 反码 X反码=,38,（2）反码,例：X1=100 10

17、01 X2=100 1001 则 ： X1原 = 0100 1001 X2原 = 1100 1001 X1反 = 0100 1001 X2反 = 1011 0110,39,数0的反码：,+0反 = 00000000 -0反 = 11111111 即：数0的反码不是唯一的。,40,（3）补码,定义：正数的补码就等于它的原码； 负数的补码就是它的反码加1。 对正数 X=+X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 补码 X补= 0X6X5X4X3X2X1X0,对负数 X=X6X5X4X3X2X1X0 （Xi = 0 或 1） 补码 X补= X反+1,=,1,41,（3）补码,例：X1=

18、100 1001 X2=100 1001 则 ：,X1原 = 0100 1001 X1反 = 0100 1001 X1补= 0100 1001,X2原 = 1100 1001 X2反 = 1011 0110 X2补 = X2反+1 = 1011 0111,42,4、真值与补码之间的转换,例1 已知X=+010 1010，Y=010 1010 求它们的原码、反码和补码。 解： X原= X反=X补=0010 1010 Y原=1010 1010 Y反=1101 0101 Y补= Y反+1 = 1101 0101+1 = 1101 0110,43,4、真值与补码之间的转换,例2 X补=1010 110

19、1， 求真值X。 解：因为补码的首位是1，则其真值X即为负数 X反= X补1 =1010 1101 1 =1010 1100 X原 =1101 0011 （除了符号位，按位取反） 所以， X= 101 0011,44,5、补码的运算,补码的运算就是计算机中数的运算。 （1）补码的加法规则 （2）补码的减法规则,45,（1）补码的加法规则,规则 X Y补= X补Y补 例 X=+011 0110 ，Y=111 1001，求X+Y=？ 解：首先按常规加法计算： X= 011 0110 = 54D Y= 111 1001 = 121D 所以，X+ Y= 67D,46,（1）补码的加法规则,例 X=+0

20、11 0110 ，Y=111 1001，求X+Y=？ 解：用补码的加法规则来求： X原= X反=X补=0011 0110 Y原=1111 1001 Y反=1000 0110 Y补= Y反1 = 1000 01101 = 1000 0111 X补= 0011 0110 +） Y补= 1000 0111 X补+ Y补 = 1 011 1101,47,（1）补码的加法规则,例：根据规则：X Y补= X补Y补 所以， X+Y 补= 1011 1101 X+Y 反= 1011 1101 1= 1011 1100 X+Y 原= 1100 0011 则：X+Y= 100 0011 = 67D 显然，补码的加

21、法规则是正确的。,48,（2）补码的减法规则,规则 X Y补= X +（Y）补 =X补Y补 例 X=+101 0101 ，Y= + 110 0001，求X Y=？ 解：首先按常规减法计算： X= 101 0101 = 85D Y= 110 0001 = 97D 所以，XY= 12D,49,（2）补码的减法规则,例 X=+101 0101 ，Y= + 110 0001，求X Y=？ 解：按补码的减法规则来求： X原= X反=X补=0101 0101 Y= 110 0001 Y原=1110 0001 Y反=1001 1110 Y补=1001 1111 X补= 0101 0101 +） Y补= 10

22、01 1111 X补+ Y补 = 1111 0100,50,（2）补码的减法规则,例：根据补码的减法规则： X Y补 =X补Y补 由 XY 补= 1111 0100 XY 反= 1111 0100 1=1111 0011 XY 原 = 1000 1100 所以 XY = 000 1100B = 12D 补码的减法规则也是正确的，事实上就是加法规则,51,用补码做减法的实例（见P15）,例1.12及例1.13（自看） 用书上方法做Y=4(10)-8(10) 4的原码、反码及补码：00100 -8的原码：11000 -8的反码：10111 -8的补码：10111+1=11000 4的补码加-8的补

23、码为： 00100 +）11000 11100 故得到的结果应该为正确答案的补码，求其反码为： 11100-1=11011，则其原码为：10100，即为-4 结论：书上直接采用补码相加后的结果做为答案，而没有再求原码是因为：对于正数，原码、反码、补码都一样。 因此，采用书上方法只适合第一个数比第二个数大的情况。,52,6、二进制编码,二进制编码是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干位二进制数码的组合。 （1）二进制编码的十进制数 （2）字母和字符的编码,53,（1）二进制编码的十进制数,二进制编码的十进制数 就是BCD码（Binary Coded Deci

24、mal）。 压缩BCD码 是用4位二进制数表示一位十进制数。一个字节表示两位十进制数。 如：1001 0110B 表示 96D 非压缩BCD码 是用一个字节表示一位十进制数。高4位总是0。 如： 0000 1001B 表示 9D 两种BCD码的编码对照表,54,两种BCD码的编码对照表,55,（2）字母和字符的编码,计算机不仅要处理数值问题，还要处理大量的非数值问题，这就必须引入文字、字母，某些专用的符号，这就是目前应用最广泛的字符编码系统ASCII码。 （American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准码） 例：大写字母“

25、A”的ASCII码就是41H ; 小写字母“n”的ASCII码就是6FH ; 数字“8”的ASCII码就是38H ;,56,详细参考教材P.458 附录B ASCII码字符表,ASCII码美国标准信息交换代码,57,ASCII码,采用7位二进制代码对字符进行编码 数字09的编码是01100000111001（30H39H），它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码（BCD码）相符。 英文字母AZ的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母az的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增，这样的排列对信息检索十分有利。 最高位通常总为0，有时也用作奇偶校验位。

26、,58,计算机中常用术语,数值单位： 位bit（b） 兆位 1Mb=10241024bit=220bit 千兆位 1Gb=230bit=1024Mb 兆兆位 1Tb=240bit=1024Gb 字节Byte（B） 1 Byte=8bit，1KB=1024 Byte 字Word：表示字长，有1bit,4bit,8bit,16bit等 一般情况下为2Byte(16bit),59,1、补码的加减法运算,规则 X Y补= X补Y补 X Y补= X +（Y）补 =X补Y补 因此，加法或减法都是用补码的加法来进行运算的。,60,2、溢出判断,例： X=+100 0101 ，Y= +110 0111 ，求X

27、+Y=？ 解： X原=X反=X补=0100 0101 Y原=Y反=Y补=0110 0111 X补= 0100 0101 （69D） +） Y补= 0110 0111 （103D） X补+ Y补= 1010 1100 （172D） 因此，得 X+Y 补= 1010 1100 此结果为-0101100，表明是-42。 由于其符号位是1，表明X+Y的真值是负数，这显然与实际情况不符合，出错？,61,2、溢出判断,例：分析：8位字长的计算机可以表示的数据范围？ （1）不带符号数，8位全部是数据，M=28=256D （2）带符号数，1位是符号，7位是数据， M=27=128D 因此8位字长的计算机表示带

28、符号数时，128D=0， 而 X+Y =69D+103D=172D 128D 两数之和超出了8位字长的计算机可表示的范围,计算出错！,62,1.2. 逻辑电路（书本p4）,掌握： 与、或、非门逻辑符号和逻辑关系（真值表）； 与非门、或非门、异或门、异或非门与缓冲器的应用。,63,与门（AND Gate）,Y = AB,64,或门（OR Gate）,Y = A+B,Y,A B,65,非门（NOT Gate）,1,A,Y,66,或非门,Y = A+B,Y,A B,1,67,与非门,Y = AB,&,A B,Y,68,异或门（异门）,Y = AB =AB+AB,Y,A B,69,异或非门（同门）,Y = AB =AB+AB,Y,A B,=1,70,缓冲器（变阻器）,1,A,Y,1,