----> 第1章微型计算机概述
第1章微型计算机概述
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第1章微型计算机概述&&&&1.11.21.31.4&&&&微型计算机的概念、应用及发展计算机系统的组成数制及其转换符号数和字符的表示方法&&&&&&&&《接口技术》唐建&&&&1&&&&&&&&1&&&&&&&& 要求掌握的内容&&&&?计算机软、硬件的基本概念?数制转换?符号数和字符的表示方法&&&&&&&&2&&&&&&&&2&&&&&&&& 1.1微型计算机的概念、应用及发展&&&&1.1.1微型计算机的概念微处理器简称MP(Microprocessor)，是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器（CPU—CentralProcessingUnit）。在微型计算机中，通常用CPU表示微处理器。微处理器是微型计算机的核心组成部件。&&&&3&&&&&&&&3&&&&&&&& 1.1.1微型计算机的概念&&&&微型计算机(Microcomputer)以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机。（又称主机）&&&&&&&&微型计算机系统以微型计算机为中心，配以相应的外围设备、电源、辅助电路以及指挥微型计算机工作的软件所构成的系统。&&&&4&&&&&&&&4&&&&&&&& 1.1.2微型计算机的发展历史现代计算机问世之前，计算机的发展经历了机械式计算机、机电式计算机和萌芽期的电子计算机三个阶段。&&&&&&&&5&&&&&&&&5&&&&&&&& 17世纪中期-19世纪中期：机械式计算机从17世纪到19世纪长达两百多年的时间里，一批杰出的科学家相继进行了机械式计算机的研制，其中的代表人物有帕斯卡、莱布尼兹和巴贝奇。这一时期的计算机虽然构造和性能还非常简单，但是其中体现的许多原理和思想已经开始接近现代计算机。&&&&6&&&&&&&&6&&&&&&&& 一、帕斯卡加法机&&&&?1642年，法国数学家、物理学家和思想家帕斯卡发明十进制加法机，这是人类历史上第一台机械式计算机—使用齿轮进行加减运算的计算机。它成为后来的计算机的雏型。?1971年，瑞士人沃斯把自己发明的高级语言命名为Pascal，以表达对帕斯卡的敬意。&&&&7&&&&&&&&7&&&&&&&& 二、莱布尼兹乘法机&&&&?1673年，德国数学家莱布尼兹发明乘法机，这是第一台可以运行完整的四则运算的计算机。?莱布尼兹还提出了“可以用机械代替人进行繁琐重复的计算工作”的伟大思想。?据记载，莱布尼兹曾把自己的乘法机复制品送给康熙皇帝。&&&&8&&&&&&&&8&&&&&&&& 三、巴贝奇差分机&&&&?1822年，英国数学家巴贝奇发明差分机，专门用于航海和天文计算。这是最早采用寄存器来存储数据的计算机，体现了早期程序设计思想的萌芽。?第一台差分机从设计到制造完成，花费了整整十年。它可以处理3个5位数，计算精度达到6位小数。&&&&9&&&&&&&&9&&&&&&&& 19世纪后期：从机械到电的飞跃制表机?采用电气控制技术取代纯机械装置，这是计算机发展中的第一次质变。?以穿孔卡片记录数据，体现了现代软件的思想萌芽。?制表机公司的成立，标志着计算机作为一个产业初具雏形。&&&&10&&&&&&&&10&&&&&&&& 赫尔曼·霍勒斯制表机&&&&&&&&1888年，美国人赫尔曼?霍勒斯发明了制表机，它采用穿孔卡片进行数据处理，并用电气控制技术取代了纯机械装置。&&&&11&&&&&&&&11&&&&&&&& 赫尔曼·霍勒斯制表机&&&&?1890年，美国人口普查全部采用了霍勒斯制表机。?在1900年美国人口普查中，由于采用了制表机，全部统计处理工作只用了1年零7个月时间。&&&&12&&&&&&&&12&&&&&&&& 从CTR到IBM?霍勒斯于1896年创立了制表机公司，1911年该公司并入CTR（计算制表记录）公司，这就是著名的IBM公司的前身。?1924年，托马斯?沃森一世把CTR更名为IBM。&&&&&&&&13&&&&&&&&13&&&&&&&& 20世纪早期：电子文明的曙光电子二极管和三极管在20世纪头几年相继问世。真空电子二极管的发明使人类打开了电子文明的大门，而电子三极管的发明及其放大原理的发现，标志着人类科技史进入了一个新的时代：电子时代。&&&&14&&&&&&&&14&&&&&&&& 一、二极管&&&&&&&&?1904年，英国人弗莱明发明真空电子二极管。电子管的诞生，是人类电子文明的起点。?弗莱明真空二极管的发明得益于爱迪生发现的“爱迪生效应”。&&&&15&&&&&&&&15&&&&&&&& 二、三极管&&&&&&&&?1906年，美国人德弗雷斯特发明电子三极管，并在研究中发现，三极管可以通过级联使放大倍数大增，这使得三极管的实用价值大大提高，从而促成了无线电通信技术的迅速发展。?德弗雷斯特因发明三极管而被称为“无线电之父”。&&&&16&&&&&&&&16&&&&&&&& 20世纪三、四十年代：冲击最后的技术壁垒&&&&&&&&?在这一时期，各国科学家对采用继电器的机电式计算机进行了大量的研制工作，为现代计算机的最终诞生积累了极为重要的经验。?计算机也开始取得实质性应用价值，被用于军事、科学计算等领域。&&&&&&&&17&&&&&&&&17&&&&&&&& 一、朱斯的Z系列计算机&&&&?1938年，德国科学家朱斯制造出Z-1计算机，这是第一台采用二进制的计算机。在接下来的四年中，朱斯先后研制出采用继电器的Z-2、Z-3和Z-4。?Z-3：使用了2600个继电器；在1944年美军对柏林进行的空袭中被炸毁。&&&&18&&&&&&&&18&&&&&&&& 二、“巨人”计算机&&&&&&&&?1943年，英国科学家研制成功第一台“巨人”计算机，专门用于破译德军密码。?“巨人”算不上真正的数字电子计算机，但在继电器计算机与现代电子计算机之间起到了桥梁作用。?第一台“巨人”有1500个电子管，5个处理器并行工作，每个处理器每秒处理5000个字母。?二战期间共有10台“巨人”在英军服役，平均每小时破译11份德军情报。19&&&&19&&&&&&&& 三、艾肯的MARK—I&&&&&&&&?1944年，美国科学家艾肯在IBM的支持下，研制成功机电式计算机MARK-I。这是世界上最早的通用型自动机电式计算机之一，它取消了齿轮传动装置，以穿孔纸带传送指令。?MARK-1外壳用钢和玻璃制成，长15米，高2.4米，自重31.5吨，使用了15万个元件和800公里电线，每分钟进行200次运算。&&&&20&&&&&&&&20&&&&&&&& 现代计算机&&&&埃尼阿克ENIAC（埃克特、莫克利）&&&&?日，世界上第一台通用数字电子计算机ENIAC研制成功。?ENIAC：长30.48米，宽1米，占地面积170平方米，30个操作台，约相当于10个普通房间的大小，重达30吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它使用18000个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000多个开关。?每秒执行5000次加法或400次乘法，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。&&&&21&&&&&&&&21&&&&&&&& 现代计算机&&&&EDVAC1950年问世的第一台并行计算机EDVAC，首次实现了冯?诺依曼体系的两个重要设想：存储程序和采用二进制。UNIVACUNIVAC由埃克特和莫克利研制成功，这也是第一个进行批量生产的计算机。1951年，电脑开始走出实验室服务于社会与公众。1952年，UNIVAC因准确地预测美国总统大选结果而名声大噪。&&&&22&&&&&&&&22&&&&&&&& 第一台微型计算机：Altair月，MITS发布第一个通用型Altair8800，售价375美元，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。&&&&&&&&23&&&&&&&&23&&&&&&&& 1976年，“两个Steve”创立Apple&&&&?AppleⅠ1976年3月，SteveWozniak和SteveJobs开发出微型计算机AppleI，4月1日愚人节这天，两个Steve成立了Apple计算机公司。?AppleII1977年，AppleII问世。AppleII是第一个带有彩色图形的个人计算机，售价为1300美元。AppleII及其系列改进机型风靡一时，这使Apple成为微型机时代最成功的计算机公司。&&&&&&&&24&&&&&&&&24&&&&&&&& IBMPC揭开新纪元&&&&?日，IBM公司发布第一台IBMPC，由此开创了计算机历史的新篇章，人类的文明进程在随后的20年里获得了空前的加速度。?第一台IBMPC采用了主频为4.77MHz的Intel8088，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS。IBM将其命名为“个人电脑（PersonalComputer）”，不久“个人电脑”的缩写“PC”成为所有个人电脑的代名词。?IBM原来预计在一年中售出24,1683台PC，然而用户的需求被大大低估了，实际上一个月的订货量就超出了预计。&&&&25&&&&&&&&25&&&&&&&& AppleⅢ&&&&?面对IBMPC的横空出世，Jobs处变不惊，于1981年10月在《华尔街日报》刊登了全页广告，对IBM进入个人电脑市场表示“欢迎”。?11月，Apple匆匆推出尚不成熟的AppleIII，但因质量问题遭到失败。&&&&&&&&26&&&&&&&&26&&&&&&&& 1982年，“IBMPC兼容机”大行其道&&&&?整个1982年都成为IBMPC展示其巨大魅力的演出时间，这一年IBMPC共生产了25万台，以每月2万台的速度迅速接近AppleII的产量。?采用开放的系统，是PC迅速称雄最关键的一步棋。第一台PC采用了总线技术和零散的部件（即“开放标准”），IBM还公开了PC除BIOS之外的全部技术资料，并通过分销商传递给最终用户。?这一系列开放措施极大地促进了个人电脑的发展，同时也给兼容机制造商开辟了巨大的空间。&&&&27&&&&&&&&27&&&&&&&& AppleLisa&&&&?为了迎战IBMPC的强劲势头，日，Apple推出Lisa电脑，这是第一种使用图形用户界面（GUI）的个人电脑，它还第一次采用了鼠标器。?Lisa的售价高达1万美元，结果总共售出不足2万台。Apple股票直线下滑，Apple在和IBM的较量中开始走下坡路。&&&&&&&&28&&&&&&&&28&&&&&&&& IBMPC/XT&&&&?IBM在日发布了PC的改进型IBMPC/XT。凭借XT，IBM市场占有率超过76%，一举把Apple挤下微型电脑霸主的宝座。?它带有一个容量为10MB的硬盘，这是硬盘第一次成为PC的标准配置。XT预装了DOS2.0系统，支持“文件”的概念并以“目录树”存储文件。&&&&&&&&29&&&&&&&&29&&&&&&&& IBMPC/AT&&&&?1984年8月，IBM推出更先进的IBMPC/AT，支持多任务、多用户，增加了网络能力，可联网1000台PC。至此，IBM彻底确立了在微机领域的霸主地位。&&&&&&&&30&&&&&&&&30&&&&&&&& IBM前瞻PC未来&&&&?2000年，IBM提出网络边际（EoN）理念，提出四点重要特征（易用、用户优化、适用于电子商务、协调的电子生活方式），成为对PC未来发展的趋势总结。&&&&&&&&31&&&&&&&&31&&&&&&&& 1.1.3微型计算机的特点&&&&1、功能大大增强2、可靠性极大提高3、价格低4、适应性强—稍变软件5、周期短、见效快6、体积小、重量轻、耗电省7、维护方便&&&&&&&&32&&&&&&&&32&&&&&&&& 微型计算机的分类&&&&1、按CPU的字长，分为：4位、8位、16位、32位、64位等2、从工艺角度，分为：?MOS工艺的通用微处理器——速度慢，功耗小?双极性TTL工艺的位片式微处理器——速度快，功耗大3、按机器组成，分为:位片式、单片式、多片式&&&&33&&&&&&&&33&&&&&&&& 微型计算机的应用范围科学计算自动控制数据及事物处理辅助设计辅助教学人工智能等&&&&&&&&34&&&&&&&&34&&&&&&&& 科学计算实例&&&&例：IBM“深蓝”战胜国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫&&&&&&&&35&&&&&&&&35&&&&&&&& 人机对抗的平台——国际象棋&&&&IBM“深蓝”当时采用了最先进的RISC架构Power2系列处理器（93年延用至98年，1500万晶体管），并将8个该系列芯片封装在了一起，构成了第一个“八核”Power处理器（PSSC），而击败卡斯帕罗夫的“深蓝”就是用32个这样的“八核”节点构成的超级计算机。这样做的好处是，对于棋类这种靠逆向递归分析逆向递归可行性的算法来说，多核带来的并行计算能力相当于并行计算能力一次性多想了很多个分支（假设单核每秒想一步棋，八核每秒就想八步，等等）。因此，得益于算法库的丰富（IBM工程师不断的将新棋谱和算法修正进软件中丰富），以及Power系列本就强大的浮点计算能力（以及并强大的浮点计算能力行性），“深蓝”击败世界冠军也就在情理之中了。&&&&36&&&&&&&&36&&&&&&&& 自控系统实例1&&&&&&&&37&&&&&&&&37&&&&&&&& 自控系统实例2&&&&&&&&38&&&&&&&&38&&&&&&&& 数据处理实例&&&&&&&&39&&&&&&&&39&&&&&&&& 1.2计算机系统的组成&&&&中央处理器(CPU)(微处理器)高速缓冲存储器(Cache)内存储器RAMROM、EPROM、E2PROM光盘硬件微型计算机系统外存储器磁盘磁带LED显示器、CRT键盘、外部设备外围设备过程通道打印机、绘图仪、鼠标器A/D、D/AI/O口开关量总线电源系统软件软件程序设计语言机器语言汇编语言(Basic、Fortran、C、Pascal)高级语言软盘系统硬盘系统算术逻辑单元(ALU)控制单元(CU)寄存器组(RS)&&&&&&&&监控程序、操作系统汇编程序解释程序编译程序&&&&&&&&应用软件&&&&&&&&40&&&&&&&&40&&&&&&&& 1.2.1硬件系统&&&&一般计算机的结构——冯?诺依曼结构：由三个部分组成：中央处理器（CPU）、存储器（memory）和输入/输出（I/O）子系统。它们之间用系统总线连接。&&&&存储器中央处理器CPU总线控制逻辑系统总线&&&&微型计算机系统结构&&&&&&&&大容量接口存储器&&&&&&&&...&&&&接口&&&&&&&&...&&&&I/O设备I/O子系统&&&&41&&&&&&&&41&&&&&&&& 微型计算机系统结构示意图&&&&存储器ROM中央处理机80X86CPURAM扬声器键盘外围设备I/O接口芯片扩充RAMRS232汉字卡I/O系统总线&&&&&&&&I/O&&&&&&&&内总线总线控制器&&&&&&&&I/O&&&&&&&&接口卡硬盘&&&&&&&&I/O&&&&&&&&接口卡I/O软驱&&&&&&&&接口卡I/O显示器&&&&&&&&接口卡I/O接口卡外部总线&&&&&&&&打印机&&&&&&&&协处理器80X87外围设备&&&&&&&&42&&&&&&&&42&&&&&&&& 一、中央处理器（CPU）&&&&?运算器：算术逻辑部件ALU——进行算术和逻辑运算。?控制器：负责全机的控制工作，它负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向全机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。?寄存器组：通用寄存器、控制寄存器、段寄存器等。?总线接口部件：指令流字节队列缓冲器、存储器地址形成部件等。&&&&43&&&&&&&&43&&&&&&&& 一、中央处理器（CPU）&&&&微处理器的发展——按CPU的字长和功能划分，其发展有五代：第一代（）4位及低档8位机Intel的4004MCS-4Intel的8008MCS-8第二代（）中高档8位机Intel的Motorola的MC6800Zilog的Z80&&&&&&&&4004CPU&&&&&&&&44&&&&&&&&44&&&&&&&& 一、中央处理器（CPU）&&&&第三代（）16位微机Intel的8086Motorola的MC68000Zilog的Z8000第四代（）32位微机Intel的Motorola的MC68020第五代（1993年以后）64位微机IntelPentium系列&&&&80386CPU&&&&45&&&&&&&&8086CPU&&&&&&&&45&&&&&&&& 二、存储器&&&&存储器—计算机的记忆部件,存储程序、原始数据、中间结果、运算结果。?数据和程序以二进制代码的形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址指定，地址码也是二进制形式。?一般指的是半导体存储器，分为：ROM—ReadOnlyMemory（只读存储器），只能读出，不可写入，一般固化了开机自检程序和CMOS设置程序。停电后信息不会消失。&&&&46&&&&&&&&46&&&&&&&& 二、存储器&&&&RAM—ReadAccessMemory（可读写存储器），可读/可写。这也就是通常所说的内存，其基本单位为字节（BYTE）。内存有两个特点：①掉电内容丢失；②有电时，只要不重新写入，其内容不变。由于这两个特点，内存一般只能用作临时的存储场所。IBMPC机有1MB的RAM、40KB的ROM。&&&&47&&&&&&&&47&&&&&&&& 二、存储器&&&&存储芯片的逻辑结构&&&&&&&&48&&&&&&&&48&&&&&&&& 三、总线&&&&总线—一组信号线，把CPU、存储器、I/O设备连接起来，用来传送各部分之间的信息。分类：1、按其完成的功能可以分为：①地址总线（AB）②数据总线（DB）统称为三总线③控制总线（CB）2、按其方向分为：①单向总线—只能一个方向传送信息，如AB、CB②双向总线—能向两个方向传送信息，如DB&&&&49&&&&&&&&49&&&&&&&& 三、总线&&&&3、按其分布的范围：①微处理器内部总线—寄存器组、算术逻辑单元和控制部件间的总线。②单机内总线—CPU与外围芯片间的总线（局部总线）。③外总线—微机和其他设备或控制对象间的通讯总线。如IEEE-488，EIA-RS232，MULTIBUS&&&&50&&&&&&&&50&&&&&&&& 四、I/O子系统&&&&I/O子系统一般包括I/O设备、大容量存储器两类外部设备。?I/O设备是指负责与计算机的外部世界通信用的输入、输出设备。1)输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、摄像头。2)输出设备：显示器、音箱、打印机。&&&&51&&&&&&&&51&&&&&&&& 四、I/O子系统&&&&?大容量存储器是指可存储大量信息的外部存储器（外存）：硬盘、软盘、光盘、磁带。外存也有两个特点：①其保存的内容掉电后也不会丢失；②容量比内存要大得多。所以，外存一般用作永久的存储场所。&&&&52&&&&&&&&52&&&&&&&& 1.2.2软件系统&&&&软件系统是为了方便用户使用微型计算机和充分发挥微机硬件效能所必备的各种程序的总称,包括：一、系统软件二、程序设计语言三、应用软件&&&&&&&&一、系统软件&&&&（1）监控程序—BIOS又称管理程序，其主要功能是对主机和外部设备的操作进行合理的安排，接收、分析各种命令，实现人机联系。&&&&53&&&&&&&&53&&&&&&&& 一、系统软件&&&&（2）操作系统?是在监控程序的基础上，由许多控制程序所组成的大型程序系统。?合理地组织整个计算机的工作流程，管理和调度各种软、硬件资源，检查程序和机器的故障。?是用户和裸机间的接口。（3）语言处理程序?汇编程序—把用汇编语言编写的源程序翻译成机器语言表示的目标程序。—汇编程序可存放在ROM中，称为驻留的汇编程序。&&&&54&&&&&&&&54&&&&&&&& 一、系统软件&&&&?解释程序&&&&—把用某种程序设计语言编写的源程序翻译成机器语言的目标程序。—翻译一句就执行一句，边解释边执行。&&&&&&&&?编译程序&&&&—把用高级语言编写的源程序翻译成为机器语言的目标程序。—编译程序也需经服务程序的加工才能得到可执行的程序文件。（4）服务程序—辅助程序：文本编辑程序、连接程序、定位程序、调试程序和排错程序等。55&&&&55&&&&&&&& 二、程序设计语言&&&&（1）机器语言?是唯一能够直接被计算机识别和执行的语言。用其他语言编写的程序必须经过翻译才能变换成机器语言程序，所以，机器语言程序被称为目标程序。?是机器指令的集合。机器指令展开来讲就是一台机器可以正确执行的命令。电子计算机的机器指令是一列二进制数字。计算机将之转变为一列高低电平，以使计算机的电子器件受到驱动，进行运算。&&&&56&&&&&&&&56&&&&&&&& （1）机器语言&&&&?缺点：直观性差、繁琐、容易出错，在缺点：实际应用中很不方便，很少直接采用。早期的程序设计均使用机器语言。程序员们将用0、1数字编成的程序代码打在纸带或卡片上，1打孔，0不打孔，再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机，进行运算。&&&&&&&&57&&&&&&&&57&&&&&&&& （1）机器语言&&&&?应用8086CPU完成运算s=768+，机器码如下：?假如将程序错写成以下这样，请读者找出错误。&&&&58&&&&&&&&58&&&&&&&& （1）机器语言&&&&1、上面只是一个非常简单的小程序，就暴露了机器码的晦涩难懂和不易查错。写如此小的一个程序尚且如此，实际上一个有用的程序至少要有几十行机器码。试想：如果程序里有一个“1”被误写为“0”，又如何去查找呢？2、要书写和阅读机器码程序不是一件简单的工作，要记住所有抽象的二进制码。&&&&59&&&&&&&&59&&&&&&&& （2）汇编语言&&&&?为了克服机器语言的缺点，人们采用助记符表示机器指令的操作码,用变量代替操作数的存放地址等，这样就形成了汇编语言。?汇编语言的主体是汇编指令。汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上。汇
编指令是机器指令便于记忆的书写格式。例如：机器指令1000表示把寄存器BX的内容送到AX中。汇编指令则写成movax,bx。这样的写法与人类语言接近，便于阅读和记忆。操作：寄存器BX的内容送到AX中机器指令：1000汇编指令：movax,bx&&&&60&&&&&&&&60&&&&&&&& （2）汇编语言&&&&汇编语言是一种符号语言，比机器语言容易理解和掌握，也容易调试和维护。?用汇编语言编写的程序称为汇编源程序。?汇编语言源程序要翻译成机器语言程序（称目标程序），才可以由计算机执行。这个翻译的过程称为“汇编”，这种把汇编源程序翻译成目标程序的语言加工程序称为汇编程序。&&&&汇编指令movax,bx…………程序员编译器机器码1000…………计算机&&&&61&&&&&&&&61&&&&&&&& （3）高级语言&&&&?又称为算法语言。?使程序设计可以脱离具体计算机的结构，不必了解其指令系统。?通用性更强，如BASIC，FORTRAN，Delphi，C/C++，Java。?用高级语言编写的源程序需翻译成机器语言表示的目标程序后，计算机才能执行，需要相应的解释程序或编译程序。&&&&&&&&62&&&&&&&&62&&&&&&&& （4）面向对象的语言&&&&?相对于传统的面向过程的编程方法（如C和Pascal语言）而言。?利用面向对象中的封装、继承、多态等机制，可以提高程序的正确性、易维护性、可读性和可重用性，有利于程序开发中的分工合作。?常用的面向对象语言如JAVA、VisualFoxPro（VFP)、VisualC、VisualB等。&&&&&&&&63&&&&&&&&63&&&&&&&& 三、应用软件&&&&是用户利用计算机及其所提供的系统软件、程序设计语言为解决各种实际问题而编写的程序，分为：?应用软件包?用户程序&&&&&&&&64&&&&&&&&64&&&&&&&& 1.3数制及其转换&&&&1.3.1计算机中的数制&&&&常用数制----二,十,十六进制&&&&?&&&&&&&&目前在计算机中，数几乎全部用二进制表示为书写方便,微机中的二进制数用十六进制数缩写人们最熟悉、最常用的是十进制数为了区别3种不同数制，约定&&&&&&&&?&&&&&&&&数后加B表示二进制数数后加D或不加表示十进制数数后加H表示十六进制数&&&&65&&&&&&&&65&&&&&&&& 一、十进制数（Decimal）&&&&◆数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（共10个）基数：数码的个数，十进制的基数为10◆特点：①有0-9十个不同的数码②逢十进一◆本质：任意一个十进制数X都可以展成幂级数形式&&&&66&&&&&&&&66&&&&&&&& 一、十进制数（Decimal）&&&&&&&&例如：&&&&&&&&10i称为该位数字的权，每位数上式中，&&&&&&&&字乘以其权所得到的乘积之和即为所表示数的值。&&&&67&&&&&&&&67&&&&&&&& 二、二进制数（Binary）&&&&◆数码：0，1（共2个）基数：2◆特点：①有0、1两个不同的数码②逢二进一◆本质：任意一个二进制数X都可以展成幂级数形式&&&&68&&&&&&&&68&&&&&&&& 二、二进制数（Binary）&&&&&&&&例如：&&&&&&&&2上式中，i称为该位数字的权，每位数字乘以其权所得到的乘积之和即为所表示数的值。&&&&69&&&&&&&&69&&&&&&&& 结论：n位二进制数可以表示2n个数&&&&例如：①3位二进制数可以表示8个数&&&&二进制数对应的十进制数&&&&&&&&70&&&&&&&&70&&&&&&&& 结论：n位二进制数可以表示2n个数&&&&②4位二进制数可以表示16个数&&&&二进制数对应的十进制数二进制数对应的十进制数15&&&&71&&&&&&&&71&&&&&&&& 三、十六进制数（Hexadecimal）&&&&◆数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F（共16个）&&&&&&&&基数：16&&&&◆特点：①有0-9、A-F十六个不同的数码②逢十六进一◆本质：任意一个十六进制数X都可以展成幂级数形式&&&&72&&&&&&&&72&&&&&&&& 三、十六进制数（Hexadecimal）&&&&&&&&例如：&&&&&&&&16上式中，i称为该位数字的权，每位数字乘以其权所得到的乘积之和即为所表示数的值。&&&&73&&&&&&&&73&&&&&&&& 十进制、二进制、十六进制数之间的关系表&&&&十进制二进制十六进制十进制15二进制十六进制89ABCDEF&&&&74&&&&&&&&74&&&&&&&& 思考题&&&&&&&&下列数中是否有错误？为什么？①(102)B②(20E)D&&&&&&&&75&&&&&&&&75&&&&&&&& 1.3.2数制转换&&&&一、二进制数←→十进制数1、二进制数→十进制数直接按权展开式展开，并求和。例:B=1×25+1×22+1×21+1×2-1+1×2-3=38.625D&&&&&&&&76&&&&&&&&76&&&&&&&& 2、二进制数←十进制数&&&&⑴降幂法：首先写出要转换的十进制数，其次写出所有小于此数的各位二进制权值，然后用要转换的十进制数减去与它最接近的二进制权值，如够减则减去并在相应位记以1；如不够减则在相应位记以0并跳过此位；如此不断重复，直到该数为0为止。练习：117&&&&77&&&&&&&&77&&&&&&&& 2、二进制数←十进制数&&&&例：将十进制数117转换为二进制数小于117的二进制权为&&&&&&&&78&&&&&&&&78&&&&&&&& 2、二进制数←十进制数&&&&⑵除法：①把十进制数的整数部分转换为二进制数的方法：除以2取余法②把十进制数的小数部分转换为二进制数的方法：乘以2取整法&&&&&&&&79&&&&&&&&79&&&&&&&& 2、二进制数←十进制数&&&&例：将十进制数25.75转换为二进制数&&&&余数&&&&&&&&0&&&&&&&&10011&&&&&&&&低位(靠右)&&&&&&&&0.75×2&&&&整部数分要走拿&&&&&&&&结的果整数分部&&&&&&&&高位(靠左)&&&&&&&&整部数分要走拿&&&&&&&&1.500.50×21.000.00&&&&&&&&1&&&&&&&&高位(靠)左低位(靠)右&&&&&&&&1&&&&&&&&停止条件:商为0转换结果:（25）=(&&&&&&&&停条:结的数分0止件果小部为转结:(0.75)10=(0.11)2换果&&&&&&&&最终结果：&&&&&&&&(25.75)10?(&&&&(25.75)D?(11001.11)B&&&&80&&&&&&&&80&&&&&&&& 二、二进制数←→十六进制数&&&&1、二进制数→十六进制数任意一个二进制数，对于小数点左边自右至左每4位二进制化为1位十六进制数；对于小数点右边自左至右每4位二进制化为1位十六进制数，就可以实现转换。在转换的过程中，在二进制左边（高位）可根据需要任意加0，以使总的位数正好是4的倍数。&&&&81&&&&&&&&81&&&&&&&& 1、二进制数→十六进制数&&&&例如：二进制数十六进制数1171111F&&&&&&&&二进制数10十六进制数2&&&&&&&&1010A&&&&&&&&1110E&&&&&&&&.D&&&&&&&&108&&&&&&&&82&&&&&&&&82&&&&&&&& 2、二进制数←十六进制数&&&&对于任意一个十六进制数，把每位十六进制数化为4位二进制数即可。例如：十六进制数4二进制数100十六进制数A二进制数01F.E&&&&83&&&&&&&&C1100&&&&&&&&&&&&&&&&83&&&&&&&& 三、十进制数←→十六进制数&&&&十六→十：将十六进制数按权展开相加&&&&如：1F3DH=163×1＋162×15＋161×3＋160×13=6×15＋16×3＋1×13=＋48＋13=7997&&&&&&&&十进制整数→十六：除16取余法&&&&如：H&&&&89余数倒序排列&&&&&&&&十进制小数→十六：乘16取整法&&&&84&&&&&&&&84&&&&&&&& 3种数制的对应关系&&&&2n24&&&&5678&&&&&&&&二进制&&&&&&&&1?000016方法：210?利用2和十六进制数、十进制数的对100?0?应关系，实现数制转换。?0?0?0????0?001?00?K4K8K16K32K64K&&&&85&&&&&&&&十六进制10&&&&&&&&十进制&&&&&&&&常用缩写&&&&&&&&85&&&&&&&& 课堂练习&&&&1、把下列十进数转换成其对应的二进制数：①254；③7.625;②32767；④0.2。&&&&&&&&2、把下列十进数转换成其对应的三进制数：&&&&&&&&(0.1)D?(?)3&&&&&&&&86&&&&&&&&86&&&&&&&& 基本知识&&&&1、位bit位是计算机所能表示的最基本最小的数据单元。位就是一个二进制数，它只能有两种状态：0和1。2、字节byte1byte=8bit，如：ABH，12H，FFH3、字word若干字节构成。计算机的每一个字所包含的bit数，称为字长。不同档次的计算机有不同的字长。&&&&87&&&&&&&&87&&&&&&&& 基本知识&&&&IBM-PC系列的字长为16bit，即：1word=2byte=16bit内存的单位：字节byte，如256MB（megabytes）存储容量：&&&&&&&&210（Kilo）1K=24K=2（Mega）1G=（Giga）&&&&88&&&&&&&&88&&&&&&&& 1.4符号数和字符的表示方法&&&&1.4.1机器数与真值&&&&在计算机内，不仅数是用二进制表示的，数的符号也是用二进制来表示的。机器数：一个数连同其符号在内数值化表示的数。真值：机器数所表示的数值。数有正、负两种，在计算机中数的符号是用数码表示的。一般用最高有效位来表示数的符号，用0表示正数，用1表示负数。例如：x1=(+100?0011)2，x2=(‐100?0011)2它们在机器中表示为：x1=，x2=&&&&&&&&89&&&&&&&&89&&&&&&&& 1.4.2机器中常用的几种码制表示法&&&&不同的计算机中，有符号数的表示方法并不完全相同。通常有如下三种表示法：◆原码表示法◆反码表示法◆补码表示法多数机器的整数采用补码表示法，IBMPC机也是这样。&&&&90&&&&&&&&90&&&&&&&& 一、原码&&&&1、定义在有符号数的绝对值前面加一个符号就称为原码。正号用0表示，负号用1表示。设m+1位二进制数的绝对值为Xm?X0，则原码的定义为：&&&&&&&&91&&&&&&&&91&&&&&&&& 一、原码&&&&例如，（+71）和（-71）用原码表示为（设用1个字节表示）：[+71]原=B[-71]原=、真值零的原码表示0有两种表示法：[+0]原=B[-0]原=B&&&&92&&&&&&&&92&&&&&&&& 3、原码表示的数的个数及范围&&&&?n位二进制可以表示2n个数。但由于0占掉了两个原码，所以用n位二进制只能表示（2n-1）个原码数。例如：n=16，则能表示65535（=216-1)个原码数。?8位原码数的数值范围为FFH～7FH（-127～127）；16位原码数的数值范围为FFFFH～7FFFH（-3）。&&&&93&&&&&&&&93&&&&&&&& 4、原码表示法的特点&&&&优点：比较简单。缺点：加减法运算复杂。①若要把两个数相加，计算机必须首先判断这两个数符号是否相同：如果相同则相加，如果不同则进行减法运算。②在进行减法时，计算机首先比较两个数的绝对值的大小，然后用大数减去小数，再选取绝对值大的数的符号作为结果的符号。由此可见，计算机内的数不适合用原码表示法。&&&&94&&&&&&&&94&&&&&&&& 二、反码&&&&1、定义正数的反码=原码负数的反码：符号位不变，原码其余位按位取反（即1变0，0变1）例如：（+71）和（-71）用反码表示为（设用1个字节表示）：[+71]反=[+71]原=B[-71]反=B&&&&95&&&&&&&&95&&&&&&&& 二、反码&&&&2、真值零的反码表示0有两种反码表示法：[+0]反=B[-0]反=、反码表示的数的个数由于0表示的不唯一性，n位反码和n位原码一样，只能表示（2n-1）个数。例如，n=16，则能表示65535（=216-1)个反码数。&&&&96&&&&&&&&96&&&&&&&& 三、补码&&&&1、定义&&&&正数的补码=原码负数X的补码=2n-|X|（设有n位二进制数）例如：当n=8时[+71]补=[+71]原=B[-71]补=28-71=185=B9H=B[-1]补=28-1=B[-127]补=28-127=B[-0]补=28-0=B&&&&97&&&&&&&&97&&&&&&&& 三、补码&&&&2、真值零的补码表示&&&&[+0]补=B[-0]补=28-0=B由于2n在机器表示不出来，自动丢掉，所以，0只有一种补码表示法。&&&&&&&&3、补码表示的数的个数&&&&由于0表示的唯一性，n位补码能表示2n个数。例如，n=16，则能表示65536（=216)个补码数。&&&&98&&&&&&&&98&&&&&&&& 4、补码表示的数的范围&&&&n位补码所能表示的数N的范围为：&&&&?2n?1?N?2n?1?1&&&&&&&&8位补码所能表示的数的范围为：-128—+12716位补码所能表示的数的范围为：-32768—+32767&&&&&&&&99&&&&&&&&99&&&&&&&& 思考-128的补码是多少？[-128]补=28-128=128=B&&&&&&&&100&&&&&&&&100&&&&&&&& 5、求补码的简单方法&&&&正数的补码=原码负数的补码=反码+1&&&&[‐12]原=B[‐12]反=B[‐12]补=B[‐127]原=B[‐127]反=B[‐127]补=B&&&&&&&&[+0]补=B?=?[+0]原=?[+0]反[‐]补=?[‐]反+1=+?1=000?0000B&&&&101&&&&&&&&101&&&&&&&& 例题&&&&例：n=16，求N=‐117D的补码。原码：1?0101反码：0?1010补码：0?1011即：[‐117D]补=FF8BH?（真值→补码）&&&&&&&&102&&&&&&&&102&&&&&&&& 课堂练习1、n=8，求N=-46D的补码。2、n=16，求N=-135D的补码。3、设数X的原码=BCH，求X的真值。4、设数X的反码=BCH，求X的真值。5、设数X的补码=BCH，求X的真值。&&&&&&&&103&&&&&&&&103&&&&&&&& 小结&&&&已知补码，求真值的两种方法：&&&&1、把已知真值求补码的过程反过来真值→补码：①求原码；②求反码；③补码=反码+1（符号位不变，其他位按位取反，再+1）补码→真值：①反码=补码-1；②求原码；③求真值2、与已知真值求补码的过程一样（符号位不变，其他位按位取反，再+1）&&&&&&&&104&&&&&&&&104&&&&&&&& 6、补码的运算规则&&&&①加法：[X+Y]补=[X]补+[Y]补任何两个数相加，无论其正负号如何，只要对它们的补码实施加法运算即可得到正确结果。只不过这结果是补码形式。②减法：[X-Y]补=[X]补+[-Y]补减法求补码变加法。若两个数相减，对其求补码，则变成被减数与[减数]补相加即可得到正确结果。只不过这结果是补码形式。从最高有效位向高位的进位，由于机器字长的限制自动丢失。&&&&105&&&&&&&&105&&&&&&&& 补码加法&&&&例1十进制二进制&&&&&&&&+&&&&例2&&&&&&&&)71&&&&&&&&11&&&&106&&&&&&&&+&&&&&&&&106&&&&&&&& 补码减法&&&&计算机中用对减数求补码的方法把减法转化为加法。&&&&例1十进制二进制&&&&&&&&例2&&&&&&&&2532-7&&&&&&&&00000&&&&&&&&01&&&&107&&&&&&&&-(-25)-&&&&&&&&107&&&&&&&& 注意:“求补”与“求补码”&&&&◆“求补”运算：对一个二进制数按位求反后（包括符号位）在末位加1的运算，称为“求补”运算。可以证明：◆“求补”运算不等于“求补码”运算“求补”：每一位都按位求反后（包括符号位），在末位加1。“求补码”：符号位不动，其他各位都按位求反后，在末位加1。&&&&108&&&&&&&&108&&&&&&&& 例题&&&&[117]补=0075H[-117]补=FF8BH117求补码:[117]补=求补:117为0101按位求反后得1010末位加1后得1011此数正好是[-117]补=FF8BH&&&&109&&&&&&&&109&&&&&&&& 1.4.3字符的表示法字符在计算机内也必须用二进制来表示。IBM-PC机采用目前最常用的美国信息交换标准代码ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)来表示。ASCII码----字符在机内的表示：用一个字节来表示一个字符。&&&&110&&&&&&&&110&&&&&&&& 1.4.3字符的表示法&&&&常用的ASCII码字符如表：&&&&字符0～9A～Za～zBackspace?ASCⅡ码(H)30～～7A字符$换行LF回车CR♂ASCⅡ码(H)240A0D03050B&&&&111&&&&&&&&111&&&&&&&&
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