1、2020/8/12,1,計算機應用基礎微型計算機原理與接口技術,它是為非計算機專業(yè)的學生開設的。 主要以8086/8088CPU為例，分析了微處理器的基本結構、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)及輸入輸出接口電路。 還介紹了部分新型CPU技術、總線構成等。,2020/8/12,2,課程要求,總學時為50學時：教學42，試驗8； 采用課堂教學、實驗室試驗、課后練習三結合的教學方法； 考試采用閉卷的方式。結業(yè)成績主要依據考試成績，結合試驗報告和作業(yè)的完成情況進行綜合評定； 參考書：計算機硬件基礎楊慶源、沈長妹、劉子良編著；第1.4.5章。,2020/8/12,3,教學安排,2020/8/12,4,計算機基礎知識,

2、微處理器：微型機的核心芯片，簡稱P或MP (micro processor)，也稱為中央處理單元CPU (central processing unit)，它包括運算器和控制器。 二極管晶體管邏輯電路 小規(guī)模集成電路(small scale integration，SSI) 金屬氧化物半導體(mental oxide semiconductor, MOS) 大規(guī)模集成電路(large scale integration，LSL),2020/8/12,5,微處理器,2020/8/12,6,2020/8/12,7,十進制 具有的數碼符號為：0、1、28、9 基數為：10 其特點是：逢十進一 權：1

3、0 i 表示形式：D 二進制 具有的數碼符號為： 0、1 基數為：2 其特點是：逢二進一 權：2 i 表示形式：B,常用的進位記數制,2020/8/12,8,八進制 具有的數碼符號為： 0、1、27 基數為：8 其特點是：逢八進一 權：8 i 表示形式：O 十六進制 具有的數碼符號為： 0、1、28、9、A、B、C、D、E、F 基數為：16 其特點是：逢十六進一 權：16 i 表示形式：H,2020/8/12,9, 1.2 計算機中的數制,二進制、八進制、十進制、十六進制，都是進位計數制： 即按進位的原則進行記數的方法。 共同的特點： 都使用位置表示法 兩個要素：位權，基數 數制中每一固定位置

4、對應的單位值稱為“位權” 例：(3436.12)10 =3*103+4*102 +3*101+6*100+1*10-1 +2*10-2,2020/8/12,10,對任何一種進位計數制表示的數都可以寫出按其權展開的一個多項式，任意一個K進制數S可以表示為： (S)K=Sn-1Kn-1+Sn-2Kn-2+S1K1+S0K0+ S-1K-1+S-mK-m = SiKi 其中：Si是數碼，K是基數，Ki是權；不同的基數，表示是不同的進制數。 例如：在十進制數中，678.34可表示為： （678.34）D61027101810031014102,2020/8/12,11,例1：（1101101.0101

5、）B 126125024123122021120021122023124 （109.3125）D 例2：（12321.2）O 184283382281180281 409610241921610.25 （5329.25）D 例3：（3AF.2A）H 31621016115160216110162 （943.1640625）D,K進制數轉換為十進制,2020/8/12,12,十進制數轉換為K 進制數,將十進制數轉換為K進制數： 分兩步：整數轉換、小數轉換 整數轉換：采用除K取余法。 即將十進制整數不斷除以K取余數，直到商為0，余數從右到左排列，首次取得的余數最右。 小數轉換：采用乘K取整法。 將

6、十進制小數不斷乘以K取整數，直到小數部分為0或達到所求的精度為止；所得的整數在小數點后自左往右排列，首次取得的整數最左。,2020/8/12,13,十進制數 轉換成二進制數 1、整數轉換：除2取余法。 除2取余直到商是0或1為止,第一個余數是二進制數的最低位。 2、小數轉換： 乘2取整法。 乘2取整數直到小數部分為0或達到要求的精度為止，首次取得的整數最左。 3、整數和小數部分合并在一起。 例如：將（112.25）D轉換為二進制數；,整數部分：,56,余數,2,112,2,2,28,2,14,2,7,2,3,2,1,0,（112）D =（1110000）B,低,高,除二取余法,除2取余直到商是

7、0或1為止；,第一個余數是二進制數的最低位；,2020/8/12,15,小數部分：,0.25,2,0.5,取走整數,2,1.0,0,1,a-1,a-2,高,低,（0.25）D=（0.01)B,轉換結果：（112.25）D （a6a5a4a3a2a1a0.a1a2）B（1110000.01）B,乘2取整數直到小數部分為0或達到要求的精度為止；,首次取得的整數最左；,乘2取整法,2020/8/12,16,十進制轉換為八進制： 除八取余法 十進制轉換為十六進制： 除十六取余法,2020/8/12,17,二進制、八進制、十六進制數間的相互轉換,二進制、八進制和十六進制之間存在特殊關系： 823、162

8、4 一位八進制數相當于三位二進制數； 一位十六進制數相當于四位二進制數。 轉換：110100110.101101B=? 2A8F.6DH=?,2020/8/12,18, 1.3 無符號二進制數的算術運算和邏輯運算,1.3.1 二進制的算術運算 加法運算：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0 減法運算：0-0=0， 0-1=1， 1-0=1， 1-1=0 乘法運算：0 x0=0，0 x1=0，1x0=0，1x1=1 1100Bx1001B=? 除法運算：轉換為減法和右移位的運算,若乘數位為0，則中間結果加0； 若乘數位為1，則照抄被乘數，在相加時要將被乘數的最低位與相應的乘數位對齊；,

9、2020/8/12,19,移位加,1100 +1100000 1101100,乘法運算轉換為加法和左移位的運算,除法運算轉換為減法和右移位的運算,2020/8/12,20,1.3.1 無符號數的表示范圍,一個n位的無符號二進制數X的表示范圍: 0X2n-1 如：一個8位的二進制數的表示范圍： 028-1 計算10110111B+01001101B=? 00000100 183+77=260 溢出： 無符號二進制數的溢出判斷：最高有效位Di的進位Ci,2020/8/12,21,1.3.3 二進制數的邏輯運算,邏輯運算是對二進制數按位進行操作，所以沒有進借位； 基本邏輯運算包括與、或、非、異或四種

10、運算； “與”運算 1 1=1，1 0=0，0 1=0，0 0=0 計算 10110110B 10010011B=?,2020/8/12,22,“或”運算： 0 0=0，0 1=1，1 0=1，1 1=1 計算11011001B 10010110B=？ “非”運算：按位取反 計算11011001B=？ “異或”運算：相異為1，相同為0， 0 0=0，1 1=0，0 1=1，1 0=1 計算11010011B 10100110B=?,2020/8/12,23,1.3.4 基本邏輯門,組成計算機硬件的最小細胞為邏輯門電路； 定義：把輸入和輸出電路間，具有某種特定的邏輯關系的單元電路，稱為邏輯門電路

11、。 特點：具有多個輸入端和一個輸出端； 只有單一邏輯功能；,2020/8/12,24,與門（AND gate）: 對兩個或多個邏輯變量實現(xiàn)與運算的門電路。有兩個邏輯變量A和B的與門電路，其邏輯關系表達式為:Y=A B 含義：僅當A和B都是高電平時，輸出Y才是高電平；受低電平控制，只要將任意輸入端接低電平時，該與門就被封鎖，輸出低電平；,A B,Y,國際符號,國標符號,2020/8/12,25,或門電路（OR gate） 或門電路是實現(xiàn)或運算的門電路。有兩個邏輯變量A和B的或門電路，其邏輯關系表達式為: Y=A B 特點：受高電平控制，只要將任意輸入端接高電平時，該或門就被封鎖，輸出高電平。,+

12、,2020/8/12,26,非門電路（NOT gate） 非門電路是實現(xiàn)非運算的電路，又稱反相器。它只有一個輸入端和一個輸出端。,輸入 輸出 A B 01 10,2020/8/12,27,具有兩種或兩種以上邏輯功能的門電路為組合門電路。常用的有： 1.“與非”門電路 2.“或非”門電路 3.“與或非”門電路 4.“異或”門電路,組合邏輯門電路,2020/8/12,28,1.“與非”門電路,由“與”門電路和“非”門電路組合而成的電路。 邏輯規(guī)則是：只有當全部輸入端均為邏輯1時，輸出才為邏輯0，否則輸出為邏輯1。 邏輯功能：Y=A B 邏輯符號： “與非”門真值表：,A B,Y,2020/8/12

13、,29,2.“或非”門電路,由“或”門電路與“非”門電路組合而成的電路。 邏輯規(guī)則是：當一個或多個輸入端為邏輯1時，輸出為邏輯0，只有當全部輸入端均為邏輯0時，輸出才為邏輯1。 邏輯功能：Y=A B 邏輯符號： “或非”門真值表：,A B,Y,2020/8/12,30,3.“與或非”門電路,由“與”門電路“或”門電路與“非”門電路組合而成的電路。 邏輯功能： 邏輯符號： 計算機內大量使用“與非”門電路、 “與或非”門電路構成組合邏輯電路和時序邏輯電路，如譯碼器、觸發(fā)器等。,2020/8/12,31,4.“異或”門電路,邏輯規(guī)則：輸入相同時，輸出為0，輸入不同時， 輸出為1； 邏輯功能：Y=A

14、B 邏輯符號：,“異或”門電路是實現(xiàn)二進制加法的邏輯門電路，也叫半加器。它是ALU部件的基本電路。,A B,Y,2020/8/12,32,數字邏輯電路,組合邏輯電路：是數字邏輯電路的一類，在組合邏輯電路中，任何時刻電路的穩(wěn)定輸出只與當時的輸入有關，而與輸入信號作用前的電路所處的狀態(tài)無關。常用的有編碼器、譯碼器和采樣器。 時序邏輯電路：是數字邏輯電路的另一類。主要有觸發(fā)器、寄存器、計數器，他們通常被認為具有記憶功能的部件。,2020/8/12,33,編碼及編碼器：用二進制代碼表示特定信號的過程稱編碼，實現(xiàn)編碼的電路叫編碼器。 編碼器的約定：輸入信號之間，每次只允許有一個輸入信號有效。 譯碼及譯碼

15、器：譯碼是編碼的逆過程。它是把輸入的代碼變?yōu)橐粋€控制信息或特定信號。實現(xiàn)這種功能的電路，為譯碼器。 應用范圍：指令代碼進行譯碼、對存儲器的地址進行譯碼等。它以 與非門為核心。,2020/8/12,34,38譯碼器符號,74LS138,A,B,C,G2a,G2b,G1,3-8 譯 碼 器,Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7,74LS138,G1 G2b G2a C B A,2020/8/12,35,38譯碼器,A,B,C,輸出端,Y0,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y1,Y2,G1,G2A,G2B,2020/8/12,36,表38譯碼器真值表,100,100,100,100,100,

16、100,100,100,G1 G2A G2B,111,101,110,011,001,010,100,000,C B A,Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7,0 1 1 1 1 1 1 1,1 0 1 1 1 1 1 1,1 1 0 1 1 1 1 1,1 1 1 0 1 1 1 1,1 1 1 1 0 1 1 1,1 1 1 1 1 0 1 1,1 1 1 1 1 1 0 1,1 1 1 1 1 1 1 0,2020/8/12,37,1.4 帶符號二進制數的表示及運算：,機器數：把符號數值化了的數稱為機器數。 機器數所表示的實際數值為機器數的真值。 以8位字長為例： +21，+10101B，0

17、0010101B -21， -10101B， 10010101B 以16位字長為例： +21，00000000 00010101B - 21，10000000 00010101B 帶符號數的表示方法有三種：原碼、反碼、補碼、它們都是由符號位和數值部分組成。,2020/8/12,38,原碼,最高位為符號位，數值部分為原數的絕對值。真值X的原碼記為X原 已知真值X=+42,Y=-42,求X原和Y原 X原 =00101010B Y原 =10101010B,優(yōu)點：數的真值和原碼表示之間的對應關系簡單,相互轉化容易。用原碼實現(xiàn)乘除運算規(guī)則簡單。 缺點：數值0有兩個編碼值，+0和-0，不利于運算。 尤其是

18、加減運算。 00000000B= +0原 10000000B =-0原,2020/8/12,39,反碼,正數的反碼和原碼相同；負數的反碼是對其原碼除符號位外的逐位求反。 真值X的反碼記為X反 已知真值X=+42,Y=-42,求X反和Y反 X反 = 00101010原 反 = 00101010B Y反 = 10101010原 反 = 11010101B,缺點：數值0有兩個編碼值，+0和-0，不利于運算。 00000000B= +0反 11111111B =-0反,2020/8/12,40,補碼,正數的補碼和原碼相同，負數的補碼是在其反碼的基礎上加1。 已知真值X=+0110100B，Y=-011

19、0100B 求X補和Y補 X補=00110100B Y補= Y反 +1=11001011B+1=11001100B 數值0的補碼，如下： +0補= +0反= +0原=00000000B -0補= -0反+1=11111111B+1=00000000B 所以+0補= -0補=00000000B 數值0的補碼是唯一的,11001011 + 1,2020/8/12,41,原碼反碼補碼舉例（以8位字長為例）,2020/8/12,42,例1：設機器字長8位，分別寫出37和37的補碼，并用16 進制表示。 解： + 37= + 010 0101 +37補=0 010 0101=25H 37=010 010

20、1 -37補=11 0110 11=DBH 例2：設機器字長為8位，試分別寫出0.375和0.6875的原碼 解： +0.375=0.25 + 0.125=2-2 + 2-3=0.011 +0.375原=0.011 0000 0.6875=(0.5 + 0.125 + 0.0625)=0.1011 0.6875原=1.1011000,2020/8/12,43,例4: 設X19/128，字長8位（含符號位） 求X原？X補？ 解： X原0001 0011/1000 00000.0010011 X補 0.0010011 27,2020/8/12,44,1.4.3 補碼運算,在計算機中，二進制四則運算

21、是補碼運算，結果是補碼。 補碼運算的規(guī)則如下： X+Y補=X補+Y補 X-Y補=X補-Y補 X-Y補=X補+-Y補 -Y補=對Y補的每一位包括符號位在內，按位取反并加一；,2020/8/12,45,補碼如何轉換成真值呢？,結果為正數，則不用轉換； 結果為負數，則取補； 如：X= X補補,2020/8/12,46,例1,設X=+66，Y=+51，求X-Y補=？ 根據X-Y補 =X補+-Y補 首先求X=+1000010B， X補=01000010 Y=+51=+110011B，-Y補=11001101 所以X-Y補=01000010 + 1100 1 101 1 00001 1 11B,在字長為8

22、位的機器中，該進位自然丟失。,-Y=-51=-110011B，-Y補=11001101,2020/8/12,47,例2,設X=+51，Y=+66，求X-Y補=？ 根據X-Y補 =X補+-Y補 首先求X=+110011B， X補=00110011 Y=66=1000010B， -Y補=10111110 所以X-Y補= 00110011 + 1011 1 110 1 111 0001,2020/8/12,48,溢 出,8位帶符號二進制數的取值范圍： 原碼11111111B01111111B （-127+127） 反碼10000000B01111111B （-127+127） 補碼10000000B01111111B （-128+127） 當8位二進制數的運算結果超出以上范圍時，就會產生溢出。 運算結果超出計算機部件所容納的數值范圍，數值部分上擴充到符號位、改變了符號的性質、導致運算結果錯誤。 十六位數的取值范圍：？32767,2020/8/12,49,例27,用二進制補碼計算（-83）+（-80）=（？） 解： （-83）10=-1010011B， (-83)補=10101101 （-80）10=-1010000B，(-80)補=1