微机原理与接口技术专升本整理

第1章微型计算机基础

1.1 计算机中数的表示和运算

1.1.1 计算机中的数制及转换

在微型计算机中，常见和常使用的数制

♦十进制

♦二进制

♦八进制

♦十六进制等。

1.十进制

十进制计数特征如下：

♦使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9

♦基数为10

♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢十进一决定其实际数值。

任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：

(D)10＝D n-l×10 n-1 +D n-2×10 n-2 +…+D l×101+D0×100+D—l×10 -1+D-2×10-2+··+D-n×10-n

2.二进制

在二进制计数制中，基数是2，计数的原则是“逢2进1”。特征如下：

♦使用两个不同的数码符号0和l

♦基数为2

♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢二进一决定其实际数值。

任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：

(B)2＝B n—l×2 n-1 +B n—2×2 n-2+…+B l×21+B0×20+B—l×2 -1+B-2×1-2+··+B-n×1-n

十进制TO二进制

把十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除以2取余数”。

把十进制小数转换成二进制小数所采用的规则是“乘2取整”。

在计算机中，数的存储、运算、传输都使用二进制。

[例 1-2] 将十进制小数0.6875转换成二进制小数

3．八进制

在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。特征如下：

♦使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7

♦基数为8

♦每一个数码符号根据它在数中所处的位置(即数位)，按逢八进一来决定其实际数值。

任意一个八进制正数S，可表示为：

(S)8＝S n—l×8 n-1+S n—2×8 n-2+··+S1×8 1+S0×8 0 +S—l×8–1+··+S-m×8-m

转换: 将十进制整数转换成八进制整数的方法是“除以8取余数”。

将八进制数转换成二进制数的方法是：把八进制数中的每一位数都用相应的三位二进制数来代替。[例1-3] 将十进制数59转换成八进制数

[例1-4] 将十进制小数0.6875转换成八进制小数

4。十六进制

在16进制计数制中，基数是16，计数的原则是“逢16进1”。特征如下：

♦使用16个不同的数码符号，它们是0，l，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F

♦基数为16

♦每一个数码符号根据它在数中的位置(即数位)，按逢十六进一。

对任意一个十六进制正数H，可表示为：

(H) 16＝H n-l×16 n-1+H n—2×16 n-2+…+H l×16 1+H0l×16 0+H—l×16–1+…+H-m×16-m

转换

将十进制整数转换成十六进制整数的规则是“除16取余”。十六进制数计数的原则是“逢16进1”。

[例1-5] 将十进制数89转换成十六进制数

将十六进制数转换成二进制数的方法

将十六进制数转换成二进制数的方法是：把十六进制数中的每一位数都用相应的四位二进制数来代替。

[例1-6] 将十六进制数10AC转换成二进制数

1.1.2 数的表示

1．机器数的特点

♦机器数表示的数值围受计算机字长的限制。

♦机器数的符号位被数值化。

♦机器数的小数点处于约定的位置。

2．带符号数的表示

带符号数有三种表示方法:原码、反码、补码。

原码

特征如下：

♦原码形式与二进制数的原来表示方法基本一样。

♦原码中增加了专门表示数的正、负的符号位，也就是用0表示正号，用1表示负号。

♦最左边一位的0和1不代表具体数值，而分别表示“+”和“-”。

反码

♠正数的原码和反码完全一样。

♠负数的反码是由其原码的数值部分求反(即由0变为1，1变为0)而得到的。

补码

补码是计算机中带符号数的实用表示方法。规定如下：

♠正数的补码与原码和反码是一样的。

♠负数的补码可由其反码的末位加1。即负数的补码是对其原码除符号位外各数值位求反并在末位加1而得到的3．数中小数点的表示

数的定点表示: N＝2P×S( 式中S称为数N的尾数，P称为数N的阶码，2称为阶码的底。)

数的浮点表示

负数的表示

1.1.3 数的运算

1．定点数运算

定点补码加减法的运算规则：

➢操作数均为补码表示；

➢符号位一起参加运算；

➢加法：做[X]补+[Y]补；

➢减法：做[X]补+[Y]补；

➢运算过程中，符号位向前的进位为模，舍弃；

➢运算结果仍为补码。

2.浮点数的运算

浮点数的运算规则如下：

♦对阶：其原则为小阶向大阶看齐。

♦尾数加减：按定点数加减运算规则求两数的和（差）。

♦结果规格化

♦舍入规则

1.2 基本逻辑电路

1．逻辑门电路

⑴与门:与门的逻辑式为 Y=AB

⑵或门:或门的逻辑式为 Y=A+B

⑶非门:非门的逻辑式为 Y=Y上有一个横线

加法器

（1）半加器

“半加”是只求本位相加的和，而不管低位来的进位。半加器的逻辑状态表如表1-2所示。表1-2中A和B是两个加数，C是进位，S是半加和。

半加器

（1）全加器

多位数相加时，最低位可以用半加器求本位和，另外给出进位位；第二位相加则要求有本位两个数Ai、Bi及低位的进位Ci-1之和；同时给出向高位的进位Ci。全、半加器的逻辑状态表如表1-3所示。

1.2.2译码器、触发器和寄存器

2．触发器

门电路是组合逻辑电路的基本单元。触发器是时序逻辑电路的基本单元。双稳态触发器具有置位、复位、计数、记忆等多种功能。由它可以构成多种形式的触发器，如R-S触发器、J-K触发器和D触发器。

D触发器是由J-K触发器和反相器结合构成。当D=1时，在CP时钟上升沿Q=1；当D=0时，在CP时钟上升沿Q被复位为0，其逻辑功能为Qn+1=Dn，即触发器的输出状态取决于其输入状态，其逻辑状态真值表如表1-5所示。

3．寄存器

寄存器是用来暂时存放数码的常用时序逻辑部件。它由触发器及有关逻辑门电路构成。计算机中的8位、16位或32位寄存器，分别由8个、16个或32个触发器组成，由逻辑门电路控制数码的存入和取出。

1.3 微型计算机

1.3.1 电子数字计算机概述

电子数字计算机是一种能按照事先编好的程序（指令序列）自动地、高速地、准确地进行大量运算和对信息进行加工处理的电子设备。

第一代：电子管时代。计算机采用电子管作为逻辑元件。

第二代：晶体管时代。

第三代：集成电路时代。

第四代：大规模集成电路时代。

未来的计算机将朝巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。第五代计算机将是完全新型的一代计算机。电子计算机的特点和分类

1．电子计算机的特点和分类

特点: ➢运算速度快➢计算精度高➢记忆能力强➢具有复杂的逻辑判断能力和自动执行程序的能力。

分类:目前国际上把计算机分为巨型计算机、大型主机、小型计算机、个人计算机、工作站和小巨型计算机六大类。计算机系统组成

2．计算机系统组成

➢任何计算机系统都由硬件系统和软件系统两部分组成。

➢硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分。

➢软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件。

➢计算机是依靠硬件和软件的协同工作来执行给定任务的。

计算机的硬件系统