重庆科技学院微机原理课件
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据信息必须转换为二进制代码形式
不同类型的数据信息的表示方法不同
非数值型数据转换为----ASCII码
其中的数字字符还可以转换为---- BCD码
数值型数据转换为----二进制数值
ASCII码的规则
0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
128个字符包括: 95个对应于键盘上 能输入并可显示输 出的95个字符;编 码值为32—126) 33个(0~31 和 127) 表示操作控制码
注:H 表示高 3 位,L 表示低 4 位。
BCD码—二进制编码的十进制数
十进制的数字字符可以表示为ASCII码,也可以特殊
的表示为BCD码
用4位二进制数表示一位十进制数;该4位二进制数码
的值与所表示的十进制数的值相同
例: 5----0101;9----1001;2----0010
根据4位二进制数码的位权值,又称为8421码
微处理器工作原理图示
控制逻辑阵列 +1 程序计数器PC 地 址 寄 存 器 MAR 地址 地址总线 N-1 N N+1 … 指令寄存器IR 内容 指令1 指令2 指令3
指令译码器ID
变址寄存器
数据总线 累加器ACP 暂存器TMP 数 据 寄 存 器 MDR
运算器ALU 标志寄存器FR
微型计算机系统
溢出问题的解决
扩充数的表示位数,即扩大数的表示范围 但必须注意扩充的原则:数位的扩展不能改变数值的大小,
正数扩展:高位全部加0 负数扩展:高位全部加1 -70 (10111010)补 (1111111110111010)补
只能改变数的表示位数
作业
思考题:1,2,5 综合题:2,3,4的奇数小题
基数R的意义: 数码有R种可能的取值 “逢R进一” 小数点右移一位相当于乘R
反之相当于除以R
数的展开式
D Ni 1K i 1 N j K j
i 1 j 1 n m
N:第i,j位上的数码
K:第i,j位上的数码的数权
重要约定:
整数部分的最低位称为第0位
123456.123 = 1×105 +2×104 +3×103 +4×102 +5×101+6×100 +1×10-1 +2×10-2 +3×10-3
1-0=1 1-1=0
1+1=0(有进位)
0-1=1(有借位)
0×1=1×0=0 1×1=1 1/1=1 0∧1=0 0∨1=1 非1为0 1⊕1=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1∧0=0 1∨0=1 1∧1=1 1∨1=1
异或 0⊕0=0
数据和符号在计算机中的表示
按冯氏原理,在计算机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ,非二进制形式的数
识别并分析指令; 向相关功能组件发送 操作指令; 实现程序控制;协调 各部工作; 是计算机的控制中心
将原始数据和程序输 入到计算机内部;转 换成为二进制代码
控制器
微型计算机的基本结构
C P U
内存 I/O接口
数据总线DB 地址总线AB 控制总线CB
主机
I/O设备
微型计算机的概念结构
微处理器内部结构示意
反映了CPU在一次操作中能够处理数据的最大能力
微型计算机系统的主要性能指标
主存容量:主存贮器所能存贮的信息总量为主存容量; 表示主存容量有两种方法:
用字节数表示;如64KB;1MB 用存储单元数×字长表示:128K*8;256M*16
微型计算机系统的主要性能指标
主频:主时钟信号的频率称为计算机主频,用于协调
原码: -127 ~ +127 反码: -127 ~ +127 补码: -128 ~ +127
-(28-1-1) ≤ X ≤ +28-1-1 -(28-1-1) ≤ X ≤ +28-1-1 -28-1 ≤ X ≤ +28-1-1
溢出的意义
计算机所能表示的数值的大小受表示数值的二进制数码的
(2)重点掌握计算机系统中数值的编码方式及相关的概念
(3)掌握微型计算机的系统组成结构,掌握相关的技术指标 (4)掌握字符的编码方法 (5)掌握计算机系统中的数的运算方法 (6)了解BCD码和溢出等基本概念
冯∙诺依曼原理 程序存储是冯氏原理的核心
事先确定计算机应进行的操作和 该操作所需要的有关数据
计算机的基本工作原理 将数据和处理数据的程序(指令)
共同存入计算机
由运算器存储 采用二进制代 程序存储 “知识”和“方法” 器控制器和输 码表示数据在计算机内部使用二进制数;即用二进制数 出输入设备等 计算机将在该程序的控制下,“ 功能单元组成 码表示数据和指令、程序
计算机“获得了”运算所需要的
微机原理及应用
主讲人:汪 德 彪 2014年8月
第1章 微型计算机的基础知识
本章主要的内容是介绍微型计算机基本知识
(1)微型计算机的功能组成及工作原理
(2)微处理器的内部组成以及指令执行过程 (3)微型计算机系统中数据的编码方式 (4)微型计算机系统中的数值运算。
第1章 微型计算机的基础知识
重点掌握和理解的知识 (1)重点掌握微处理器的组成原理和工作过程
◆ 以微型计算机为主体,配上系统
软件和外部设备以后,就构成完整
的微型计算机系统
◆ 微型计算机系统包括:
微型计算机系统的主要性能指标
字与字长:
计算机在同一时间内能够处理的一组二进制数称为一 个计算机的“字”; 这组二进制数的位数就是“字长”称为; 在其他指标相同时,字长越大计算机的处理数据的速 度就越快
不同数制下数值转换
八进制数
三位幷一位
十进制数
整数:连续地除2取余 小数:连续地乘2取整 按权展开相加
二进制数
一位拆四位
四位幷一位
十六进制数
一位拆三位
二进制的运算规则
加
算术 运算 减 乘 除 与 逻辑 运算 或 非
0+0=0
0-0=0 0×0=0 0/1=0 0∧0=0 0∨0=0 非0为1
1+0=0+1=1
各硬件组件操作;决定着计算机的处理速度,频率越高
,处理速度越快;一般用MHz或GHz来描述
运算速度(平均运算速度):指每秒钟所能执行的指令
条数;一般用“百万条指令/秒”来描述
计算机中的数制及其编码
内容介绍
计算机中的常用数制及特点
计算机中的数据编码
计算机中数值型数据的表示方法
数制的意义
按进位的原则进行计数,称为进位计数制,简称“数制” 数制的三要素及意义 进位基数R:逢R进一 数码(或称为数符):使用那些字符表示数 位权:一个数字在某个固定位置时的值
号数的表示方法,所表示的数就称为无符号数
带符号数的表示形式
在计算机技术中,带符号数可具有三种不同的表示
形式
原码 反码 补码
原码、反码和补码
正数:原码、反码、补码相同 负数:
– – –
原码变反码:符号位不变,数值位逐位取反; 反码变补码:在反码的基础上,末位加1; 补码的补码又回到原码。
用8位二进制代码表示一个字符,即 用一个字节存储一个字符 最高为取0;后7位为编码值 余下的7位可给出128个二进制编码 即0000 0000-0111 1111 可以表示128个字符 构成标准ASCII码字符集
ASCII编码表
ASCII 字符表 L 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 H 000 NUL SOH STX ETX EOT ENG ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI 001 DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US 010 SP ! " # $ % & ' ( ) * + , . / 011 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ? 100 @ A B C D E F G H I J K L M N O 101 P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] 110 ` a b c d e f g h i j k l m n o 111 p q r s t u v w x y z { | } ~ DEL
数值的二进制表示方法
在计算机中,数值的表示比较复杂
数值有正数和负数之分
将涉及如何表示正负号的问题 原码、反码和补码
数值有整数和实数之分
将涉及小数点的表示问题 定点数与浮点数
数值的二进制表示问题
数值本身的实际值称 为“真数” 无符号数
真值
数值
机器数
原码
数值在计算机中的表示形式称 带符号数 反码 为“机器数” 真数的符号位被符号化以后就 补码 成为“机器数”
位数限制
无论无符号数还是带符号数,只要数的绝对值超过机器数
一旦出现“溢出”,就表示运算结果出错,必须处理
所能表示的最大值,就会产生“溢出”
计算机判断溢出的方法
两个8位带符号二进制数相加或相减时,若
C7C6=1,则结果产生溢出
C7 为最高位的有进(借)位 C6为次高位的有进(借)位 如果是16位数据的运算,则判断 C15 和C14
自动”地工作 数据、指令都必须最终转换为二进制数码 介质,存储记录二进制数码
冯∙诺依曼原理 在物理上,必须使用有两个稳定物理状态的
冯氏体系结构的计算机基本组成 算术运算逻辑运算
存储数据 和程序指令
存储器
比较运算字符运算 等等 将二进制代码转换 为相应的源信息形 式;输出数据信息
输入设备
运算器
输出设备
真值与机器数例
真值 机器数
+52 = +0110100 = 0 0110100
符号位 数值位(绝对值)
-52 = -0110100 = 1 0110100
无符号数与带符号数
用若干位二进制数的最高位表示符号,其余的表示数
值的大小,则称为带符号数的表示方法;所表示的数就
称为带符号数
如将全部有效位都用来表示数值的大小,则称为无符
补码的意义
[A+B]补= [A]补+[B]补 [A-B]补= [A]补+[-B]补
注:[-B]为[B]的相反数;
符号位和数字位一起参与运算,自动得出结果!
数的表示范围
◆无符号数 一个n位的无符号二进制数X,其表示范围为 0 ≤ X ≤ 2n-1 0 ≤ X ≤ 28-1=255 ◆带符号数 一个8位的带符号二进制数,其表示范围为
计算机中常用进制数
进制 十进制 数码 0-9 进位基数R 逢十进一 位权 以10为底的幂 标记 D
二进制
十六进制 八进制
0, 1
0-9,A-F 0-7
逢二进一
逢十六进一 逢八进一
以2为底的幂
以16为底的幂 以8为底的幂
B
H C或 O
1A4E2F.1C8H = 1×165 +A×164 +4×163 +E×162 +2×161+F×160 +1×16-1 +C×16-2 +8×16-3