计算机原理(第4版)中职PPT完整全套教学课件精选全文
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在书写十六进制数时，若最高位是字母时必须在其前 面加0，以免与英文单词混淆。例如：F9H应写成0F9H。
1．2．2 各种数制的相互转换 1．二进制和十进制数间的转换 (1)二进制数转换成十进制数： 只要把欲转换数按权展开后相加即可 。例如：
11010.0lB＝1×24十1×23十1×21十1×2-2 ＝26.25
2) 补码的表示： 在补码表示法中，正数的补码与原码相同； 负数的补码则是符号位为“1”，数值部分 按位取反后再在末位(最低位)加1。
补码在微型机中是一种重要的编码形 式，请注意如下事项：
① 采用补码后，计算机中有符号数一般采用补码表 示。
② 正数的补码即是它所表示的数的真值，而负数的 补码的数值部分却不是它所表示的数的真值。
方法2：规定小数点固定在最低数值位之后， 机器中能表示的所有数都是整数。
因为实际数值很少有都是小数或都是整数 的，所以定点表示法要求程序员做的一件 重要工作是为要计算的问题选择“比例因 子”。
1.4.2 浮点法
任意一个二进制数N总可以写成下面的形式：
N=±d，指明数的全 部有效数字，前面的符号称作数符 。
计算机原理
第1章数字设备中信息的表示方法
本章要点： ➢ 掌握微型计算机的特点和用途； ➢ 掌握数字设备中数的表示方法和各种进制间
的转换方法； ➢ 掌握原、补、反码的概念； ➢ 初步掌握数字设备中常用的编码。
1.1微型计算机概述
只是做一般性的介绍，应突出应用是发展 的生命。 1．1．1 微型计算机的特点和发展 1．体积小、重量轻 2．价格低廉 3．可靠性高、结构灵活 4．应用面广
(2)十进制数转换成二进制数：本转换过程是 上述转换过程的逆过程，但十进制整数和 小数转换成二进制的整数和小数的方法是 不相同的。
①十进制整数转换成二进制整数的方法有很 多种，但最常用的是“除2逆取余法”。
②十进制小数转换成二进制小数通常采用 “乘2顺取整法”。
0.6879D≈0.1011B
应当指出： 任何十进制整数都可以精确转换成 一个二进制整数，但任何十进制小 数却不一定可以精确转换成一个二 进制小数。
在阅读和书写不同数制的数时，如果不在每个数上外 加一些辨认标记，就会混淆而无法分清。通常，标记方法 有二种：一种是把数加上方括号，并在方括号右下角标注 数制代号，如[101]16、[101]2和[101]10分别表示十六进制、 二进制和十进制；另一种是用英文字母标记，加在被标记 数的后面，分别用B、D和H大写字母表示二进制、十进制 和十六进制数，如89H为16进制数、101B为二进制数等。 其中，十进制数中的D标记也可以省略。
（2）减法运算 二进制减法法则为：
0-0=0
1-1=1
1-0=1 0-1=1
（向邻近高位借1当作2）
（3）乘法运算 二进制乘法法则为：
0×0=0 1×0=0×1=0 1×1=1
两个二进制数相乘与两个十进制数相乘类 似，可以用乘数的每一位分别去乘被乘数， 所得结果的最低位与相应乘数位对齐，最 后把所有结果总加起来，便得到积，这些 中间结果又称为部分积。
2．十六进制和十进制数间的转换 (1)十六进制数转换成十进制数：
方法和二进制数转换成十进制数的方法类 似，即可把十六进制数按权展开后相加。 例如：
3FEAH＝3×163十15×162十14×161十 10×160＝16362
(2)十进制数转换成十六进制数 ①十进制整数转换成十六进制整数和十进制
整数转换成二进制整数类似，十进制整数 转换成十六进制整数可以采用“除16逆取 余法”。
⑥ 进行补码运算时，应注意所得结果不应超 过上述补码所能表示数的范围，否则会产 生溢出而导致错误。采用其他码制运算时 同样应注意这一问题。
2．原码、反码和补码之间的转换 由于正数的原码、补码表示方法相同，不 存在转换问题。只有负数存在转换问题。
（可根据情况举例说明）
1.3.2有符号数运算时的溢出问题 有符号数和无符号数在表现形式上是无法 分辨的，而是由程序设计者人为规定的， 当然在处理上也就不同了。由于无符号数 的各位均为数值，判断运算结果是否溢出， 只要测试进位位即可，若为“1”表示溢出， 反之结果正确。
(1)它有0～9 十个不同的数码，这是构成所有 十进制数的基本符号。
(2)它是逢十进位的。十进制数在计数过程中， 当它的某位计满10时就要向它邻近高位进 一。
2．二进制(Binary)
二进制数也有如下两个主要特点： （1）它共有0和l两个数码，任何二进制数都是由这两个数码
组成的。 （2）二进制数的基数为2，它奉行逢二进一的进位计数原则。
溢出是在一定字长下发生的，从理论上讲 溢出是不可能发生，因为可以增加位数， 实际很难做到，尤其是在单片机开发中更 要引起注意。
如果计算机的字长为n位，n位二进制数的 最高位为符号位，其余n-1位为数值位，采 用补码表示法时，可表示的数X的范围是
-2n-1≤X≤2n-1-1
两个有符号数进行加法运算时，如果运算 结果超出可表示的有符号数的范围时，就 会发生溢出，使计算结果出错。
1.2.4 逻辑运算 1．逻辑乘运算
逻辑乘又称逻辑与，常用“∧”算符表示， 逻辑乘运算法则为：
0∧0=0 1∧0=0∧1=0 1∧1=1
2．逻辑加运算 逻辑加又称逻辑或，常用算符“∨”表示。逻 辑加的运算规则为：
0∨0=0 1∨0=0∨1=1 1∨1=1
3．非运算 逻辑非运算又称逻辑取反，常采用“ˉ”运算 符表示，运算规则为：
二进制数的运算分为两类： ➢ 一类是算术运算；
对无符号数或有符号数进行加、减、乘、 除运算 ➢ 另一类是逻辑运算。 逻辑运算包括逻辑乘、逻辑加、逻辑非和 逻辑异或等
1．算术运算 （1）加法运算 二进制加法法则为：
0+0=0
1+0=0+1=1 1+1=10 1+1+1=11
（向邻近高位有进位） （向邻近高位有进位）
很显然，溢出只能出现在两个同符号数相 加或两个异符号数相减的情况下。
在程序设计时，若在加减运算过程中出现 结果超出有符号数所能表示的数值范围， 溢出标志位OF被置1。
1.4 定点数和浮点数
在计算机中，用二进制表示实数的方法有两 种，即定点法和浮点法。 1.4.1定点法 所谓定点数是指小数点的位置固定不变的， 以定点法表示的数称作定点数。 通常，定点表示也有两种方法： 方法1：规定小数点固定在最高数值位之前， 机器中能表示的所有数都是小数。
②十进制小数转换成十六进制小数方法类似 于十进制小数转换成二进制小数，常采用 “乘16顺取整法”。
3．二进制和十六进制数的转换
⑴二进制数转换成十六进 制数：可采用“四位 合一位法”。
⑵十六进制转换成二进制 数：这种转换方法是 把十六进制数的每位 分别用四位二进制数 码表示，然后把它们 连成一体。
1．2．3 二进制数的运算
➢ 1980年以后 相继出现Intel 80286、Motorola 68010的 16位高性能微处理器。
➢ 1983年以后 生产出Intel 80386和Motorola 68020。这两 者都是32位的微处理器。
➢ 1993年 Intel推出Pentium微处理器。
1．1．2 微型计算机的分类 以微处理器的字长作为微型机的分类标准： 1． 4位微处理器 2． 8位微处理器 3． 16位微处理器 4． 32位微处理器
③ 采用补码进行运算，所得结果仍为补码。为了得 到结果的真值，还得进行转换(还原)。转换前应 先判断符号位，若符号为0，则所得结果为正数， 其值与真值相同；若符号位为1，则应将它转换成 原码，然后得到它的真值。
④ 与原码、反码不同，数值0的补码只有一 个，即[0]补＝00000000B＝00H。
⑤ 若字长为8位，则补码所表示的范围为128一 +127；若字长为16位，则补码所表 示的范围为-32768一 +32767。
0 1
1 0
4．逻辑异或 逻辑异或又称为半加，是不考虑进位的加 法，常采用 算符表示。逻辑异或的运算规 则为：
00=1 1=0 10=0 1=1
1.3 有符号二进制数的表示方法及 溢出问题(4学时)
1.3.1 有符号二进制数的表示方法
计算机内的数分为无符号数和有符号数。
计算机中，为便于识别，需将有符号数的正、 负号数字化。通常的做法是用一位二进制表 示符号，称为“符号位”，放在有效数字的 前面，用“0”表示正，用“1”表示负。
1．1．3 微型计算机的应用 1．科学计算 2．信息处理和事务管理 3．过程控制 4．仪器、仪表控制 5．家用电器和民用产品控制 6．计算机辅助设计／计算机辅助制造(CAD
／CAM) 7．人工智能
1．2数和数制
1．2．1 各种数制及其表示法
1．十进制(Decimal)
十进制数通常具有如下两个主要特点：
对应十进制数为81，正确结果为87，显然 结果是错误的，起原因是，十进制数相加 应是“逢十进一”，而计算机按二进制数 运算，所以当相加结果超过9时将比正确结 果少6 。
解决的办法是对二进制加法运算的结果采 用“加6修正” 。
十进制与BCD码对照表
十进制数 BCD码 十进制数 BCD码
0
0000
8
1000
1
0001
9
1001
2
0010
10
000l0000
3
0011
11
00010001
4
0100
12
00010010
5
0101
13
00010011
6
0110
14
00010100
7
0111
15
00010101
1.5.2 BCD码的运算
由于BCD编码是将每个十进制数用一组二 进制数来表示，因此，若将BCD码直接交 计算机去运算，由于计算机总是把数当作 二进制数来运算，所以结果可能出错。
例[1.25] 用BCD码求38+49 0011 1000 38的BCD码
+ 0100 1001 49的BCD码 1000 0001 81的BCD码
微型机的发展：
➢ 第一个微处理器是1971年美国Intel公司生 产的Intel 4004。
➢ 1978—1979年 推出了16位微处理器, 有 代表性的3种芯片是Intel的8086／8088， Zilog的Z8000，和Motorola的MC 68000。 人们将这些微处理器称为第一代超大规模 集成电路的微处理器。
有符号的二进制数在计算机中有三种表示形 式：原码、反码和补码。
1．原码、反码和补码的表示方法 （1）原码
在数值的前面直接加一符号位的表示法称 为原码表示法。
（2）反码 正数的反码与原码相同；
负数的反码，符号位仍为“1”，数值部分 “按位取反”。
（3）补码 1) 模的概念：
把一个计量单位称之为模或模数，用M表 示。
十六进制数也有两个主要特点：
(1)它有0、1、2…9、A、B、C、D、E、F等 16个数码，任何一个十六进制数都是由其 中的一些或全部数码构成的。
(2)十六进制数的基数为16，进位计数为逢十 六进一。
十六进制数也可展开成幂级数形式。例如：
70F.B1H＝7×162十F×160十B×16-l十 1×16-2＝1807．6914
（4）除法运算
除法是乘法的逆运算。与十进制类似，二
进制除法也是从被除数最高位开始，查找 出够减除数的位数，并在其最高位处上商1 和完成它对除数的减法运算，然后把被除 数的下一位移到余数的位置上。若余数不 够减除数，则上商0，并把被除数的再下一 位移到余数的位置上。若余数够减除数， 则上商1，余数减除数。这样反复进行，直 到全部被除数的各位都下移到余数位置上 为止。
二进制数可以展开成幂级数形式。例如： 10110.11＝1×24十0×23十1×22十1×21十0×20十1×2-1十 1×2-2
＝1×24十1×22十1×21十1×2-1十1×2-2 ＝22.75 式中：指数24、23、22、21、20、2-1和2-2为权，2为基数，
3．十六进制(Hexadecimal)
p称为阶数，它前面的符号称作阶符。
阶符
阶码
数符
尾数
1位 m位
1位 n位
1.5 二进制编码的十进制数
1.5.1 8421 BCD码 用二进制数表示十进制数，保留各位之间 “逢十进一”的关系，这就是二—十进制编 码或称BCD码（Binary Coded Decimal）。
这种编码将一位十进制数用4位二进制数表示， 通常以8421为权进行编制。
1．2．2 各种数制的相互转换 1．二进制和十进制数间的转换 (1)二进制数转换成十进制数： 只要把欲转换数按权展开后相加即可 。例如：
11010.0lB＝1×24十1×23十1×21十1×2-2 ＝26.25
2) 补码的表示： 在补码表示法中，正数的补码与原码相同； 负数的补码则是符号位为“1”，数值部分 按位取反后再在末位(最低位)加1。
补码在微型机中是一种重要的编码形 式，请注意如下事项：
① 采用补码后，计算机中有符号数一般采用补码表 示。
② 正数的补码即是它所表示的数的真值，而负数的 补码的数值部分却不是它所表示的数的真值。
方法2：规定小数点固定在最低数值位之后， 机器中能表示的所有数都是整数。
因为实际数值很少有都是小数或都是整数 的，所以定点表示法要求程序员做的一件 重要工作是为要计算的问题选择“比例因 子”。
1.4.2 浮点法
任意一个二进制数N总可以写成下面的形式：
N=±d，指明数的全 部有效数字，前面的符号称作数符 。
计算机原理
第1章数字设备中信息的表示方法
本章要点： ➢ 掌握微型计算机的特点和用途； ➢ 掌握数字设备中数的表示方法和各种进制间
的转换方法； ➢ 掌握原、补、反码的概念； ➢ 初步掌握数字设备中常用的编码。
1.1微型计算机概述
只是做一般性的介绍，应突出应用是发展 的生命。 1．1．1 微型计算机的特点和发展 1．体积小、重量轻 2．价格低廉 3．可靠性高、结构灵活 4．应用面广
(2)十进制数转换成二进制数：本转换过程是 上述转换过程的逆过程，但十进制整数和 小数转换成二进制的整数和小数的方法是 不相同的。
①十进制整数转换成二进制整数的方法有很 多种，但最常用的是“除2逆取余法”。
②十进制小数转换成二进制小数通常采用 “乘2顺取整法”。
0.6879D≈0.1011B
应当指出： 任何十进制整数都可以精确转换成 一个二进制整数，但任何十进制小 数却不一定可以精确转换成一个二 进制小数。
在阅读和书写不同数制的数时，如果不在每个数上外 加一些辨认标记，就会混淆而无法分清。通常，标记方法 有二种：一种是把数加上方括号，并在方括号右下角标注 数制代号，如[101]16、[101]2和[101]10分别表示十六进制、 二进制和十进制；另一种是用英文字母标记，加在被标记 数的后面，分别用B、D和H大写字母表示二进制、十进制 和十六进制数，如89H为16进制数、101B为二进制数等。 其中，十进制数中的D标记也可以省略。
（2）减法运算 二进制减法法则为：
0-0=0
1-1=1
1-0=1 0-1=1
（向邻近高位借1当作2）
（3）乘法运算 二进制乘法法则为：
0×0=0 1×0=0×1=0 1×1=1
两个二进制数相乘与两个十进制数相乘类 似，可以用乘数的每一位分别去乘被乘数， 所得结果的最低位与相应乘数位对齐，最 后把所有结果总加起来，便得到积，这些 中间结果又称为部分积。
2．十六进制和十进制数间的转换 (1)十六进制数转换成十进制数：
方法和二进制数转换成十进制数的方法类 似，即可把十六进制数按权展开后相加。 例如：
3FEAH＝3×163十15×162十14×161十 10×160＝16362
(2)十进制数转换成十六进制数 ①十进制整数转换成十六进制整数和十进制
整数转换成二进制整数类似，十进制整数 转换成十六进制整数可以采用“除16逆取 余法”。
⑥ 进行补码运算时，应注意所得结果不应超 过上述补码所能表示数的范围，否则会产 生溢出而导致错误。采用其他码制运算时 同样应注意这一问题。
2．原码、反码和补码之间的转换 由于正数的原码、补码表示方法相同，不 存在转换问题。只有负数存在转换问题。
（可根据情况举例说明）
1.3.2有符号数运算时的溢出问题 有符号数和无符号数在表现形式上是无法 分辨的，而是由程序设计者人为规定的， 当然在处理上也就不同了。由于无符号数 的各位均为数值，判断运算结果是否溢出， 只要测试进位位即可，若为“1”表示溢出， 反之结果正确。
(1)它有0～9 十个不同的数码，这是构成所有 十进制数的基本符号。
(2)它是逢十进位的。十进制数在计数过程中， 当它的某位计满10时就要向它邻近高位进 一。
2．二进制(Binary)
二进制数也有如下两个主要特点： （1）它共有0和l两个数码，任何二进制数都是由这两个数码
组成的。 （2）二进制数的基数为2，它奉行逢二进一的进位计数原则。
溢出是在一定字长下发生的，从理论上讲 溢出是不可能发生，因为可以增加位数， 实际很难做到，尤其是在单片机开发中更 要引起注意。
如果计算机的字长为n位，n位二进制数的 最高位为符号位，其余n-1位为数值位，采 用补码表示法时，可表示的数X的范围是
-2n-1≤X≤2n-1-1
两个有符号数进行加法运算时，如果运算 结果超出可表示的有符号数的范围时，就 会发生溢出，使计算结果出错。
1.2.4 逻辑运算 1．逻辑乘运算
逻辑乘又称逻辑与，常用“∧”算符表示， 逻辑乘运算法则为：
0∧0=0 1∧0=0∧1=0 1∧1=1
2．逻辑加运算 逻辑加又称逻辑或，常用算符“∨”表示。逻 辑加的运算规则为：
0∨0=0 1∨0=0∨1=1 1∨1=1
3．非运算 逻辑非运算又称逻辑取反，常采用“ˉ”运算 符表示，运算规则为：
二进制数的运算分为两类： ➢ 一类是算术运算；
对无符号数或有符号数进行加、减、乘、 除运算 ➢ 另一类是逻辑运算。 逻辑运算包括逻辑乘、逻辑加、逻辑非和 逻辑异或等
1．算术运算 （1）加法运算 二进制加法法则为：
0+0=0
1+0=0+1=1 1+1=10 1+1+1=11
（向邻近高位有进位） （向邻近高位有进位）
很显然，溢出只能出现在两个同符号数相 加或两个异符号数相减的情况下。
在程序设计时，若在加减运算过程中出现 结果超出有符号数所能表示的数值范围， 溢出标志位OF被置1。
1.4 定点数和浮点数
在计算机中，用二进制表示实数的方法有两 种，即定点法和浮点法。 1.4.1定点法 所谓定点数是指小数点的位置固定不变的， 以定点法表示的数称作定点数。 通常，定点表示也有两种方法： 方法1：规定小数点固定在最高数值位之前， 机器中能表示的所有数都是小数。
②十进制小数转换成十六进制小数方法类似 于十进制小数转换成二进制小数，常采用 “乘16顺取整法”。
3．二进制和十六进制数的转换
⑴二进制数转换成十六进 制数：可采用“四位 合一位法”。
⑵十六进制转换成二进制 数：这种转换方法是 把十六进制数的每位 分别用四位二进制数 码表示，然后把它们 连成一体。
1．2．3 二进制数的运算
➢ 1980年以后 相继出现Intel 80286、Motorola 68010的 16位高性能微处理器。
➢ 1983年以后 生产出Intel 80386和Motorola 68020。这两 者都是32位的微处理器。
➢ 1993年 Intel推出Pentium微处理器。
1．1．2 微型计算机的分类 以微处理器的字长作为微型机的分类标准： 1． 4位微处理器 2． 8位微处理器 3． 16位微处理器 4． 32位微处理器
③ 采用补码进行运算，所得结果仍为补码。为了得 到结果的真值，还得进行转换(还原)。转换前应 先判断符号位，若符号为0，则所得结果为正数， 其值与真值相同；若符号位为1，则应将它转换成 原码，然后得到它的真值。
④ 与原码、反码不同，数值0的补码只有一 个，即[0]补＝00000000B＝00H。
⑤ 若字长为8位，则补码所表示的范围为128一 +127；若字长为16位，则补码所表 示的范围为-32768一 +32767。
0 1
1 0
4．逻辑异或 逻辑异或又称为半加，是不考虑进位的加 法，常采用 算符表示。逻辑异或的运算规 则为：
00=1 1=0 10=0 1=1
1.3 有符号二进制数的表示方法及 溢出问题(4学时)
1.3.1 有符号二进制数的表示方法
计算机内的数分为无符号数和有符号数。
计算机中，为便于识别，需将有符号数的正、 负号数字化。通常的做法是用一位二进制表 示符号，称为“符号位”，放在有效数字的 前面，用“0”表示正，用“1”表示负。
1．1．3 微型计算机的应用 1．科学计算 2．信息处理和事务管理 3．过程控制 4．仪器、仪表控制 5．家用电器和民用产品控制 6．计算机辅助设计／计算机辅助制造(CAD
／CAM) 7．人工智能
1．2数和数制
1．2．1 各种数制及其表示法
1．十进制(Decimal)
十进制数通常具有如下两个主要特点：
对应十进制数为81，正确结果为87，显然 结果是错误的，起原因是，十进制数相加 应是“逢十进一”，而计算机按二进制数 运算，所以当相加结果超过9时将比正确结 果少6 。
解决的办法是对二进制加法运算的结果采 用“加6修正” 。
十进制与BCD码对照表
十进制数 BCD码 十进制数 BCD码
0
0000
8
1000
1
0001
9
1001
2
0010
10
000l0000
3
0011
11
00010001
4
0100
12
00010010
5
0101
13
00010011
6
0110
14
00010100
7
0111
15
00010101
1.5.2 BCD码的运算
由于BCD编码是将每个十进制数用一组二 进制数来表示，因此，若将BCD码直接交 计算机去运算，由于计算机总是把数当作 二进制数来运算，所以结果可能出错。
例[1.25] 用BCD码求38+49 0011 1000 38的BCD码
+ 0100 1001 49的BCD码 1000 0001 81的BCD码
微型机的发展：
➢ 第一个微处理器是1971年美国Intel公司生 产的Intel 4004。
➢ 1978—1979年 推出了16位微处理器, 有 代表性的3种芯片是Intel的8086／8088， Zilog的Z8000，和Motorola的MC 68000。 人们将这些微处理器称为第一代超大规模 集成电路的微处理器。
有符号的二进制数在计算机中有三种表示形 式：原码、反码和补码。
1．原码、反码和补码的表示方法 （1）原码
在数值的前面直接加一符号位的表示法称 为原码表示法。
（2）反码 正数的反码与原码相同；
负数的反码，符号位仍为“1”，数值部分 “按位取反”。
（3）补码 1) 模的概念：
把一个计量单位称之为模或模数，用M表 示。
十六进制数也有两个主要特点：
(1)它有0、1、2…9、A、B、C、D、E、F等 16个数码，任何一个十六进制数都是由其 中的一些或全部数码构成的。
(2)十六进制数的基数为16，进位计数为逢十 六进一。
十六进制数也可展开成幂级数形式。例如：
70F.B1H＝7×162十F×160十B×16-l十 1×16-2＝1807．6914
（4）除法运算
除法是乘法的逆运算。与十进制类似，二
进制除法也是从被除数最高位开始，查找 出够减除数的位数，并在其最高位处上商1 和完成它对除数的减法运算，然后把被除 数的下一位移到余数的位置上。若余数不 够减除数，则上商0，并把被除数的再下一 位移到余数的位置上。若余数够减除数， 则上商1，余数减除数。这样反复进行，直 到全部被除数的各位都下移到余数位置上 为止。
二进制数可以展开成幂级数形式。例如： 10110.11＝1×24十0×23十1×22十1×21十0×20十1×2-1十 1×2-2
＝1×24十1×22十1×21十1×2-1十1×2-2 ＝22.75 式中：指数24、23、22、21、20、2-1和2-2为权，2为基数，
3．十六进制(Hexadecimal)
p称为阶数，它前面的符号称作阶符。
阶符
阶码
数符
尾数
1位 m位
1位 n位
1.5 二进制编码的十进制数
1.5.1 8421 BCD码 用二进制数表示十进制数，保留各位之间 “逢十进一”的关系，这就是二—十进制编 码或称BCD码（Binary Coded Decimal）。
这种编码将一位十进制数用4位二进制数表示， 通常以8421为权进行编制。