1、 15 第1章 微機基礎知識第1章 微機基礎知識1.1 基本知識點1.1.1 計算機中的運算基礎 1. 數制及其轉換 1) 任意進制數的共同特點(n進制) n=2、8、10、16 n進制數最多是由n個數碼組成 十進制數的組成數碼為：09。 二進制數的組成數碼為：0、1。 八進制數的組成數碼為：07。 十六進制數的組成數碼為：09、AF。 十六進制數和十進制數的對應關系是：09相同，A-10，B-11，C-12，D-13，E-14，F-15。n進制數的基數或底數為n，作算術運算時，有如下特點： 低位向相鄰高位的進位是逢n進1(加法)。 低位向相鄰高位的借位是以1當本位n(減法)。 各位數碼在n進

2、制數中所處位置不同，所對應的權也不同，以小數點為分界點： 向左(整數部分)：各位數碼所對應的權依次是n0、n1、n2， 向右(小數部分)：各位數碼所對應的權依次是n-1、n-2、n-3， 例1.1十進制數：33333各位對應的權為：二進制數：10111B各位對應的權為：十六進制數：F94各位對應的權為：2) 數制的轉換 非十進制數十進制數 轉換方法：按位權展開求和。例1.2101.11B= 1*22+1*20+1*2-1+1*2-2 = 4+1+0.5+0.25 = 5.75 F94H= 15*162+9*161+4*160 = 3988 注意：只有十進制數的下標可以省略，其他進制數不可以省略

3、。十進制數非十進制數(K進制數) 轉換方法：分成小數和整數分別轉換。 整數部分：除K取余，直至商為0，先得的余數為低位。 小數部分：乘K取整，先得的整數為高位。 例1.3把3988轉換成16進制數。 所以：3988=F94H十進制數轉換為二進制數的另一種方法：逐次減2的最高次冪法。21=2，22=4，23=8，24=16，25=32，26=64，例1.4將1539轉換為二進制數表示。 所以：1539=110 0000 0011B例1.5將0001 1010 1110 1101 1011.0100B轉為16進制。16進制為：1 A E D B . 4 H 若十六進制數轉換為二進制數，則將每一位拆

4、成4位。 2. 模的概念若a和b除以M，余數相等，則稱a和b對于M是同余的，則可以寫成：a = b(mod M)。 容器的最大容量稱為模。可寫成：KM + X = X(mod M) 3. 有符號數在計算機中的表示方法在計算機中，一個有符號數可以用原碼、補碼和反碼表示。 1) 共同規律： 用0表示正號，用1表示負號，且擺放在數據的最高位。有符號數和無符號數表示的根本區別在于，無符號數的最高位是數值位，有符號數的最高位是符號位。 同一正數的原、補、反碼都相同。 定義區間均對模而言，其中n表示有符號數的二進制代碼位數。 2) 其他規律： 任一負數的原碼和對應的正數(絕對值相等)的原碼僅是符號位不同。

5、任一負數的反碼是對應的正數的反碼的各位求反，反之亦然。任一負數的補碼是對應的正數的補碼的各位求反，然后加1，反之亦然。從定義區間上看，原碼和反碼的定義區間相同，是-X；補碼的定義區間是X； 0的原碼、反碼有+0和-0之分；0的補碼只有一種表達方式。 4. 補碼、反碼加減運算規則X+Y補=X補+Y補X+Y反=X反+Y反 X-Y補=X補+-Y補X-Y反=X反+-Y反 -Y補=Y補補-Y反=Y反反 5. 基本名詞位：BIT，縮寫為b； 字節：BYTE，由8位二進制數代碼表示，縮寫為B； 字：WORD，取決于計算機CPU的字長，內部寄存器的位數，其中8086CPU為16位，386、486CPU為32位

6、； 千字節：1KB = 1024B =B 兆字節：1MB =B=1024KB吉字節：1GB =B=1024MB太字節：1TB =B=1024GB6. 帶符號數運算時的溢出問題溢出和進位的區別：進位是指最高位向更高位的進位，而溢出是指運算結果超出數所能表示的范圍。 帶符號數所能表示的范圍：(若用n位二進制數碼表示) 原碼：-(-1)X-1 補碼：-X-1 反碼：-(-1)X-1 溢出的判斷方法： 設CD7是符號位向更高位的進位，CD6是數值位向符號位的進位，則溢出可用V=CD7 CD6判斷，V=1表示有溢出，V=0表示無溢出。 對于加減法，也可以這樣判斷，只有下面4種情況有可能產生溢出： 正數+

7、正數，結果應為正，若為正，則無溢出；若為負，則有溢出。 負數+負數，結果應為負，若為負，則無溢出；若為正，則有溢出。 正數-負數，結果應為正，若為正，則無溢出；若為負，則有溢出。 負數-正數，結果應為負，若為負，則無溢出；若為正，則有溢出。對于乘(除)法，乘積(商)超過了能存放的范圍有溢出，否則無溢出。其他情況肯定無溢出。注意：無符號數和帶符號數表示方法有區別。無符號數：無符號位，所有位都是數值位，即最高位也是數值位；帶符號數：有符號數，且在最高位，其余各位才是數值位。1.1.2 計算機中數據的編碼 1. 十進制數在計算機中的表示方法BCD(Binary Coded Decimal)是用4位二

8、進制代碼表示一位十進制數，由于4位二進制代碼表示16種狀態，而十進制數只取其中10種狀態。選擇不同的對應規律，可以得到不同形式的BCD碼。最常用的是8421BCD碼。 例1.659 =(0101，1001)BCD；465 = (0100，0110，0101)BCD (011010000010)BCD = (0110，1000，0010)BCD = 682 注意：BCD碼與二進制數之間不能直接轉換，需將BCD碼先轉換成十進制數，再由十進制數轉換為二進制數。與十六進制數的區別在于：組內逢2進1，組間逢10進1。表1-1是8421 BCD碼。表1-1 8421 BCD碼十 進 制 數8421 BCD

9、碼十 進 制 數8421 BCD碼000005010110001601102001070111300118100040100910012. 字符在計算機中的表示方法 由于大、小寫英文字母、09數字字符、標點符號、計算機特殊控制符一共不超過128個，所以只要用7位二進制數碼來表示，稱為ASCII碼，見表1-2。國際標準為ISO 646，我國國家標準為GB1988。在計算機中，一個字符通常用一個字節(八位)表示，最高位通常為0或用于奇偶校驗位。ISO2022標準在兼容ISO646的基礎上擴展成8位碼，可表示256個字符，擴充了希臘字母、數學符號、非拉丁字符、商用圖符、游戲符號等。例1.7A= 41

10、H = 01000001B；0= 30H = 00110000B； a= 61H = 01100001B； = 3BH = 00111011B。 3. 機器數和真值機器數：一個數及其符號位在機器中的一組二進制數的表示形式；真值：機器數所表示的值。 例1.8機器數34H，用原碼表示為+52；用反碼表示為+52；用補碼表示為+52；用BCD碼表示為34；用ASCII碼表示為4。即+52原=+52反=+52補=34H34BCD = 34H 4ASCII = 34H 機器數97H，用原碼表示為-23；用反碼表示為-104；用補碼表示為-105；用BCD碼表示為97；用ASCII碼表示為ETB。表1-2

11、 ASCII碼字符表編 碼控 制 字 符編 碼字 符編 碼字 符編 碼字 符00NUL20SPACE406001SOH21!41A61a02STX2242B62b03ETX23#43C63c04EOT24$44D64d05ENQ25%45E65e06ACK26&46F66f07BEL2747G67g08BS28(48H68h09TAB29)49I69i0ALF2A*4AJ6Aj0BVT2B+4BK6Bk(續表) 編 碼控 制 字 符編 碼字 符編 碼字 符編 碼字 符0CFF2C,4CL6Cl0DCR2D-4DM6Dm0ESO2E.4EN6En0FSI2F/4FO6Fo10DLE30050P7

12、0p11DC131151Q71q12DC232252R72r13DC333353S73s14DC434454T74t15NAK35555U75u16SYN36656V76v17ETB37757W77w18CAN38858X78x19EM39959Y79y1ASUB3A:5AZ7Az1BESC3B;5B7B1CFS3C5E7E1FUS3F?5F_7FDEL1.1.3 微機系統的基本組成 由硬件系統和軟件系統兩部分組成，并采用總線結構。 1. 硬件系統 硬件系統是指構成微機系統的全部物理裝置。通常，計算機硬件系統由5部分組成： 1) 存儲器：用來存放數據和程序，例如半導體存儲器、磁介質存儲器。2)

13、 微處理器(包括運算器和控制器)：運算器用來完成二進制編碼的算術和邏輯運算；控制器控制計算機進行各種操作的部件。微機硬件系統只不過把運算器和控制器用大規模集成電路工藝技術集成在一塊芯片上，這塊芯片稱為CPU(中央處理單元)。3) 輸入設備及其接口電路：用來輸入數據、程序、命令和各種信號，例如鍵盤、鼠標器等。4) 輸出設備及其接口電路：用來輸出計算機處理的結果，例如打印機、CRT等。 5) 網絡設備。2. 軟件系統軟件系統是指計算機所編制的各種程序的集合，可分為兩大類： 1) 系統軟件系統軟件是用來實現對計算機資源管理、控制和維護，便于人們使用計算機而配置的軟件，該軟件由廠家提供。它包括操作系統

14、(或監控管理程序)，各種語言的匯編、解釋、編譯程序，數據庫管理程序，編輯、調試、裝配、故障檢查和診斷等工具軟件。 操作系統在系統軟件中具有特殊地位。只要計算機處于工作狀態，就有操作系統的有關部分在內存儲器中，負責接受、分析并調度執行用戶的程序和各種命令。Windows是目前最流行的微機操作系統。2) 應用軟件 應用軟件是指用戶利用計算機以及它所提供的各種系統軟件編制的解決各種實際問題的程序。它包括支撐軟件和用戶自己編制的程序。 支撐軟件有： 文字處理軟件：Wordstar、Write、WPS、Word、中文之星等。 表格處理軟件：Lotus1-2-3、CCED、Excel等。 圖形處理軟件：A

15、utoCAD、TANGO、PowerPoint、PROTEL 98以及2000等。 圖文排版軟件：華光、科印、方正等。 防治病毒軟件：SCAN、KILL、CLEAN、MSAV、KV 3000。 工具軟件：PCTOOLS等。 套裝軟件：Microsoft-Office，它基于Windows，包括Word、Excel、PowerPoint、MS Mail等。 3. 軟、硬件的關系硬件系統是人們操作微機的物理基礎；軟件系統是人們與微機系統進行信息交換、通信對話、按人的思維對微機系統進行控制和管理的工具。 4. 微機的總線結構 1) 總線：是指連接多于兩個部件的公共信息通路，或者說是多個部件之間的公共

16、連線。 2) 按照總線上傳送信息內容分類： 數據總線(DB)：傳送數據信息。 控制總線(CB)：傳送控制信息，確定數據信息的流向。 地址總線(AB)：傳送地址信息，確定數據信息的傳送地址。1.2 重點與難點重點：掌握計算機中的各種數制及其相互轉換，機器數的編碼表示及其相互轉換與運算；搞清微型計算機的基本組成及其各模塊的功能。難點：掌握二進制運算中溢出和進位的區別；弄清機器數和真值；理解指令在計算機中的執行過程。1.3 典型例題精解例1.9求 152.76= B= Q= H。解：整數部分： 逆取法得：152=230Q=10 011 000B=98H小數部分(精確到小數點后3位)：0.76 8 =

17、6.08 取整=60.08 8 =0.64 取整=00.64 8 =5.12 取整=5順取法得：0.76=0.605Q=0.011 000 101B=0.628H所以：152.76=1001 1000.0110 0010B=230.605Q=98.628H注意：手工變換時，可先變換成八進制，再變為其他進制，這樣會減少計算工作量和變換次數。八進制轉化為二進制時，將每一位八進制數用三位二進制數表示，再去掉首位的零即可(觀察劃線部分)。二進制數轉化為十六進制時，將每四位二進制數用一位十六進制數表示即可(觀察劃線部分)，注意要以小數點為分界線分別向左和向右表示。例1.10求 7A.18H= B= D=

18、 Q。解：十六進制可直接轉化為二進制，二進制再直接轉換為八進制，十六進制轉化為十進制采用定義變換。根據定義變換：7A.18H=7161+10160+116-1+816-2=122.09375D7A.18H=0111 1010.0001 1000B=1111010.00011B1111010.00011B=001 111 010.000 110B=172.06Q所以：7A.18H=1111010.00011B =122.09375D=172.06Q 注意：十六進制轉化為二進制時，將每一位十六進制數用四位二進制數表示，再去掉首位的零即可(觀察劃線部分)；二進制數轉化為八進制時，將每三位二進制數用一

19、位八進制數表示即可(觀察劃線部分)，注意要以小數點為分界線分別向左和向右表示。例1.11寫出下列數的原碼、反碼及補碼表示(設機器數字長為8位)。+24，-24，+0，-0，+1，-1，+127，-127解：首先將所給的數轉化為二進制數，然后根據原碼、反碼和補碼的表示法及其字長，寫出指定數據的原碼、反碼和補碼表示。例如寫出“+24”“-24”的原碼、反碼和補碼表示如下：(1) 寫出24的二進制數表示：24D=00011000B(2) +24原=00011000B -24原=10011000B最高位(D7)為符號位，為1表示負數，為0表示正數，其余7位為24對應的二進制數值位。(3) +24反=0

20、0011000B -24反=11100111B正數的反碼就是正數的原碼，負數的反碼等于負數的原碼的符號位不變，其余7位數值位取反。(4) +24補=00011000B -24補=11101000B正數的補碼就是正數的原碼，負數的補碼等于負數的原碼的符號位不變，其余7位數值位取反，并且在末位加1。依照上述方法，可寫出其余各數的原碼、反碼及補碼表示：0D=00000000；+0原=00000000B；+0反=00000000B；+0補=00000000B；-0原=10000000B；-0反=11111111B；- 0補=00000000B；1D=00000001；+1原=00000001B；+1反

21、=00000001B；+1補=00000001B；-1原=10000001B；-1反=11111110B；-1補=11111111B；127D=11111111；+127原=01111111B；+127反=01111111B；+127補=01111111B-127原=11111111B；-127反=10000000B；-127補=10000001B。注意：解答這類題時，要注意正數的的原碼、反碼和補碼表示形式是一樣的，千萬不要用求負數的原碼、反碼和補碼表示方法來做。例1.12已知X= -101011B，Y= +101100B，機器數的字長為8位，求X+Y補，X+Y，X-Y補，X-Y。解：(1)

22、求出X原，Y原X原= 10101011B Y原=00101100B(2) 求出X補，Y補X補= 11010101B Y補=00101100B(3) 求出X+Y補X+Y 補= X 補+Y 補=11010101B + 00101100B=00000001(4) 求出X+Y根據X+Y補求出X+Y。其符號位為“0”表示結果為正，其余7位就是X+Y的值。所以X+Y=1D。(5) 求出X-Y補X-Y 補= X 補-Y 補=11010101B - 00101100B=10101001B(6) 求出X-Y根據X-Y補求出X-Y。其符號位為“1”表示結果為負，其余7位二進制數按位取反后，末位再加“1”可得到X-

23、Y的值。所以X-Y= -87D。注意：計算時要注意補碼的求法及補碼加減法的規則。例1.13完成下列BCD碼運算，64+56= ，64-56= 。解：(1) 將給定的十進制數用BCD碼表示64D=01100100 BCD56D=01010110 BCD(2) 進行BCD加法運算得到加法中間結果01100100BCD+01010110BCD=10111010BCD(3) 調整得到加法最終結果十進制調整的方法：運算后低4位=1010，超過1001，低4位加6；運算后高4位=1011，超過1001，高4位加6。10111010BCD+01100110BCD=00100000BCD，CF=1。(4) 6

24、4+56=(1)20，其中百位為進位位。 (5) 進行BCD減法運算得到減法中間結果01100100BCD-01010110BCD=00001110BCD(6) 調整得到減法最終結果十進制調整的方法：運算后低4位=1110，超過1001，低4位減6；運算后高4位=0000，不超過1001，高4位減0。 00001110BCD-00000110BCD=00001000BCD。(7) 64-56=8注意：本題中BCD的加減法運算仍采用二進制運算規則，得到的數為十六進制數，需要進行十進制調整。這部分內容在下一章會有講解。例1.14概述計算機的基本組成部件及其各組成部件的功能。答：一臺計算機由控制器、

25、運算器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成。(1) 存儲器存儲器是用來存放數據、程序、運算的中間結果和最終結果的部件。存儲器采用按地址存取的工作方式，它由許多存儲單元組成，每一個存儲單元可以存放一個數據代碼。為了區分不同存儲單元，把全部存儲單元按照一定的順序編號。這個編號稱為存儲單元的地址。當CPU要把一個數據代碼存入某存儲單元或從某存儲單元取出時，首先要提供該存儲單元的地址，然后查找相應的存儲單元，最后才能進行數據的存取。(2) 運算器運算器是對信息進行加工、運算的部件，它對二進制進行基本邏輯運算和算術運算，將結果暫存或送到存儲器保存。(3) 控制器控制器是計算機的控制中心。存儲器進行信息的存取

26、，運算器進行各種運算，信息的輸入和輸出都是在控制器的統一控制下進行的。控制器的工作就是周而復始地從存儲器中取指令、分析指令，向運算器、存儲器以及輸入輸出設備發出控制命令，控制計算機工作。(4) 輸入設備程序員編好的程序和數據是經輸入設備送到計算機中去的。輸入設備要將程序和數據轉換為計算機能識別和接受的信息，如電信號等。目前常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀等。(5) 輸出設備輸出設備是把運算結果轉換為人們所需要的易于理解、閱讀的形式。目前常用的輸出設備包括顯示器、打印機、繪圖儀等。軟磁盤、硬磁盤、可讀寫光盤及其驅動器既是輸入設備也是輸出設備，只讀光盤及其驅動器屬于計算機的輸入設備。軟盤、硬盤及

27、光盤又統稱為計算機的外存儲器。1.4 重要習題與考研題解析例1.15(上海大學2001年考研題)下列無符號數中，最大的數是( )。A. (1100110)二進制數B. (143)八進制數C. (10011000) BCDD. (65)十六進制數分析：本題主要考查不同進制下數的大小，即考查學生對各種進制之間的互換掌握程度。可考慮都轉化為二進制。(1) 143Q=1100011B65H=1100101B可以看出A、B、D中A最大。(2) (10011000)BCD=98D=62H=1100010B1100110B所以正確答案為A。注意：BCD碼是按位對十進制數進行二進制編碼，在形式上與十六進制非常

28、相似。一定要注意差別，它們都可用4位二進制數表示1個數位，但BCD碼是“逢十進一”，在微機中運算需要進行十進制調整，而十六進制則不用。BCD碼在存放上又有2種形式：一個字節放兩位BCD碼，稱為壓縮的BCD碼；一個字節放一位BCD碼，稱為非壓縮的BCD碼(放在低4位)。例1.16(北京航空航天大學2003年考研題)十進制數574在機器中對應的二進制數為 ，壓縮的BCD碼為 ，按字符存儲時ASCII碼為 。分析：本題主要考查數制轉換和編碼知識。(1)逆取法得 574=23EH =10 0011 1110B(2) 對壓縮的BCD碼，一個字節存放了兩位BCD碼574BCD=0574H(3) 數字09的

29、ASCII碼編碼是30H39H574用ASCII碼表示為：353734H所以正確答案為：1000111110B，0574H，353734H例1.17 (北京郵電大學2002年考研題)若X原=Y反=Z補=90H，試用十進制數分別寫出其大小，X= ；Y= ；Z= 。分析：本題主要考查如何從原碼、反碼和補碼求其真值。(1) X原=90H=10010000B符號位(D7)為1，X為負數。根據原碼的編碼規則可知，數值位為0010000B = 10H = 16D，所以X = -16。(2) Y反=90H=10010000B符號位(D7)為1，Y為負數。根據反碼的編碼規則可知，對其余七位按位取反，即可得到其

30、數值1101111B = 111D，所以Y = -111。(3) Z補=90H=10010000B符號位(D7)為1，Z為負數。求負數的補碼的真值可采用求補的概念，即一個以補碼表示的數，無論其正負，對其求補(包括符號位)，所得的結果為該數的相反數。負數的相反數是正數，正數的補碼和原碼相同。10010000B取反加一可得01110000B=112D所以Z= -112。注意：對編碼求真值的題型，先判斷其符號，再轉換為原碼求得數值位(或其絕對值)。一個以原碼表示的數，不論其正負，對其最高位求反，所得到的結果是該數的相反數；一個以反碼表示的數，不論其正負，對其按位求反，所得到的結果是該數的相反數；一個

31、以補碼表示的數，無論其正負，對其求補(包括符號位)，所得的結果為該數的相反數。例1.18(華東理工大學2003年考研題)X= -127，Y= -1，若字長N=8，則：X補= H，X補= H，X+Y 補= H，X-Y 補= H。分析：本題主要考查的是二進制的加減法規則及補碼的求法。(1) 根據例1.11我們可以得到X= -127，X補=10000001B=81H，Y補=11111111B=FFH。(2) 求X+Y補=?根據X+Y補=X補+Y補，可得：X補+Y補=10000001B+11111111B1 0 0 0 0 0 0 1+ 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 進

32、位1 0 0 0 0 0 0 0X+Y補=10000000B=80H，其中進位位為1，D6向D7位也有進位，結果無溢出。(3) 求X-Y 補=?根據X-Y 補=X補-Y補，可得：X補-Y補=10000001B-11111111B1 0 0 0 0 0 0 1- 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 借位1 0 0 0 0 0 1 0X-Y 補=10000010B=82H，其中借位位為1，D6向D7位也有借位，結果無溢出。所以答案為：81H，FFH，80H，82H。1.5 習題及參考答案1.5.1 習題一、完成下列數制轉換。(1) 101.011B= D= Q= H。(2)

33、101110B= D= Q= H。(3) 1101.01B= D= Q= H。(4) 10011010.1011B= D= Q= H。(5) 253.74Q= D= B= H。(6) 712Q= D= B= H。(7) 72D= B= Q= H。(8) 49.875D= B= Q= H。(9) 0.6875D= B= Q= H。(10) 58.75D= B= Q= H。(11) 0E12H= D= Q= B。(12) 1CB.D8H= D= Q= B。(13) FF.1H= D= Q= B。(14) 70ADH= D= Q= B。二、給出下列數的原碼和補碼的二進制表示。(設機器數字長為8。)(

34、1) -38D(2) 32D(3) -63D(4) -64D(5) -0D(6) 42D(7) -45D(8) -45D(9) -72D(10) 72D(11) -1111111B(12) +1001100B三、已知X，Y，求X+Y補= ？，X+Y= ？X-Y補= ？，X-Y= ？并指出結果是否有溢出？(設機器數字長為8)。(1) X= 68D，Y=12D(2) X= -32D，Y=13D(3) X= -32D，Y=66D(4) X= -66H，Y=44H(5) X= -0110110B，Y= -0100001B(6) X= +1110110B，Y= -0100001B(7) X= -1010

35、111B，Y= +1010101B(8) X= +1011101B，Y= +1010101B 四、將下列壓縮的8421BCD碼表示成十進制數和二進制數。(設機器數字長為8。)(1) 10010100BCD(2) 01101000BCD(3) 00010101BCD(4) 01001000BCD五、將下列數值或字符串表示為相應的ASCII碼。(1) 空格(2) 字母“Q”(3) 51(4) Hello!1.5.2 參考答案一、完成下列數制轉換。(1) 101.011B=5.375D=5.3Q=5.6H(2) 101110B=46D=56Q=2EH(3) 1101.01B=13.25D=15.2Q

36、=D.4H(4) 10011010.1011B=154.6875D=232.54Q=9A.B H(5) 253.74Q=171.9375D=10101011.1111B=AB.F H(6) 712Q=458D=111001010B=1CAH(7) 72D=1001000B=110Q=48H(8) 49.875D=11001.111B=61.7Q=31.E H(9) 0.6875D=0.1011=0.54Q=0.BH(10) 58.75D=111010.11 B=72.6 Q= 3A.CH(11) 0E12H=3602D=7022Q=111000010010B(12) 1CB.D8H=459.84375D=713.66Q=111001011.11011B(13) FF.1H=255.0625D=377.04Q=11111111.0001B(14) 70ADH=28845D=70255Q=111000010101101B二、給出下列數的原碼和補碼的二進制表示。(設機器數字長為8。)(1)-38D原=10100110B-38D反=11011001B-38D補=11011010B(2)32D原=00100000B32D反