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微型计算机系统原理及应用(第3版) 课件

上传者:20****2 2022-06-22 18:49:28上传 PPT文件 8.46MB
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1、 1 1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- 2 2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30,000kg,造价超$1,000,000 3 3微型计算

2、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:按字长分代: 位、位、位、位、1位、位、位位、位、位 4 41.2 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 5 52 、数制转换 (1)二进制十进制: 按n幂展开求和 3 2 1 0 .-1

3、-2 -3 -4 Ex. 101011.101B =15+0 4+13+02+ =32+0+8+0+2+1+0.5+0+0.125 =43.625D 6 6 (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 7 7 (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) 8 8(两个)多位二进制数的算术

4、运算 位(bit):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) 9 94 、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 10 10或运算及非运算 或运算(OR): 00=0,1x=1 例 AB BB ABB 该例运算结果描述

5、: 保证A中D1D0位为,其余位不变。 非(NOT): 0 B 运算结果描述:A中各位取反 11 11异或运算(XOR) 1 1=0,0 0=0,1 0=1,0 1=1 例: AB BB 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 12 12二 . 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

6、二进制数的 +2=0010B,-3=1011B优点:直观 缺点:减法运算复杂 13 13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) 14 1

7、4 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)。 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。 15 15 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) 16 16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

8、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=0011B 17 17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。 18 18(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

9、符号位为。 Ex: 对-2,111000010010(绝对值)1010 19 193、真值 真值:写带符号的数值,常用十进制形式 ()原码求真值 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。 20 20(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 21 21减一个数等于加相反数的补码 例 3-

10、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 22 222、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 23 23()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

11、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! 24 24()判断溢出的方法 用二进制计算检查进位: 溢出标志OFCY CY6 (最高进位异或次高进位) 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 25 25三编码 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


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