第1章 微机基础知识.docx
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第1章微机基础知识
第1章微机基础知识
1.1基本知识点
1.1.1计算机中的运算基础
1.数制及其转换
1）任意进制数的共同特点（n进制）n=2、8、10、16
① n进制数最多是由n个数码组成
●十进制数的组成数码为：
0～9。
●二进制数的组成数码为：
0、1。
●八进制数的组成数码为：
0～7。
●十六进制数的组成数码为：
0～9、A～F。
●十六进制数和十进制数的对应关系是：
0～9相同，A-10，B-11，C-12，D-13，E-14，F-15。
② n进制数的基数或底数为n，作算术运算时，有如下特点：
●低位向相邻高位的进位是逢n进1（加法）。
●低位向相邻高位的借位是以1当本位n（减法）。
③ 各位数码在n进制数中所处位置不同，所对应的权也不同，以小数点为分界点：
●向左（整数部分）：
各位数码所对应的权依次是n0、n1、n2，…
●向右（小数部分）：
各位数码所对应的权依次是n-1、n-2、n-3，…
例1.1
十进制数：
3
3
3
．
3
3
↓
↓
↓
↓
↓
各位对应的权为：
二进制数：
1
0
1
．
1
1B
↓
↓
↓
↓
↓
各位对应的权为：
十六进制数：
F
9
4
↓
↓
↓
各位对应的权为：
2）数制的转换
① 非十进制数→十进制数
转换方法：
按位权展开求和。
例1.2
101.11B=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：
只有十进制数的下标可以省略，其他进制数不可以省略。
② 十进制数→非十进制数（K进制数）
转换方法：
分成小数和整数分别转换。
整数部分：
除K取余，直至商为0，先得的余数为低位。
小数部分：
乘K取整，先得的整数为高位。
例1.3
把3988转换成16进制数。
所以：
3988=F94H
十进制数转换为二进制数的另一种方法：
逐次减2的最高次幂法。
21=2，22=4，23=8，24=16，25=32，26=64，…
例1.4
将1539转换为二进制数表示。
所以：
1539=11000000011B
例1.5
将00011010111011011011.0100B转为16进制。
16进制为：
1AEDB.4H
若十六进制数转换为二进制数，则将每一位拆成4位。
2.模的概念
若a和b除以M，余数相等，则称a和b对于M是同余的，则可以写成：
a=b（modM）。
容器的最大容量称为模。
可写成：
KM+X=X（modM）
3.有符号数在计算机中的表示方法
在计算机中，一个有符号数可以用原码、补码和反码表示。
1）共同规律：
①用0表示正号，用1表示负号，且摆放在数据的最高位。
有符号数和无符号数表示的根本区别在于，无符号数的最高位是数值位，有符号数的最高位是符号位。
②同一正数的原、补、反码都相同。
③定义区间均对模
而言，其中n表示有符号数的二进制代码位数。
2）其他规律：
① 任一负数的原码和对应的正数（绝对值相等）的原码仅是符号位不同。
② 任一负数的反码是对应的正数的反码的各位求反，反之亦然。
③ 任一负数的补码是对应的正数的补码的各位求反，然后加1，反之亦然。
④ 从定义区间上看，原码和反码的定义区间相同，是-
＜X＜
；补码的定义区间是
≤X＜
；
⑤ 0的原码、反码有+0和-0之分；0的补码只有一种表达方式。
4.补码、反码加减运算规则
[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X+Y]反=[X]反+[Y]反
[X-Y]补=[X]补+[-Y]补[X-Y]反=[X]反+[-Y]反
[-Y]补=[[Y]补]补[-Y]反=[[Y]反]反
5.基本名词
位：
BIT，缩写为b；
字节：
BYTE，由8位二进制数代码表示，缩写为B；
字：
WORD，取决于计算机CPU的字长，内部寄存器的位数，其中8086 CPU为16位，386、486 CPU为32位；
千字节：
1KB=1024B=
B兆字节：
1MB=
B=1024KB
吉字节：
1GB=
B=1024MB太字节：
1TB=
B=1024GB
6.带符号数运算时的溢出问题
溢出和进位的区别：
进位是指最高位向更高位的进位，而溢出是指运算结果超出数所能表示的范围。
带符号数所能表示的范围：
（若用n位二进制数码表示）
原码：
-（
-1）≤X≤
-1
补码：
-
≤X≤
-1
反码：
-（
-1）≤X≤
-1
溢出的判断方法：
设CD7是符号位向更高位的进位，CD6是数值位向符号位的进位，则溢出可用V=CD7
CD6判断，V=1表示有溢出，V=0表示无溢出。
对于加减法，也可以这样判断，只有下面4种情况有可能产生溢出：
●正数+正数，结果应为正，若为正，则无溢出；若为负，则有溢出。
●负数+负数，结果应为负，若为负，则无溢出；若为正，则有溢出。
●正数-负数，结果应为正，若为正，则无溢出；若为负，则有溢出。
●负数-正数，结果应为负，若为负，则无溢出；若为正，则有溢出。
对于乘（除）法，乘积（商）超过了能存放的范围有溢出，否则无溢出。
其他情况肯定无溢出。
注意：
无符号数和带符号数表示方法有区别。
无符号数：
无符号位，所有位都是数值位，即最高位也是数值位；带符号数：
有符号数，且在最高位，其余各位才是数值位。
1.1.2计算机中数据的编码
1.十进制数在计算机中的表示方法
BCD（BinaryCodedDecimal）是用4位二进制代码表示一位十进制数，由于4位二进制代码表示16种状态，而十进制数只取其中10种状态。
选择不同的对应规律，可以得到不同形式的BCD码。
最常用的是8421BCD码。
例1.6
59=（0101，1001）BCD；
465=（0100，0110，0101）BCD
（011010000010）BCD=（0110，1000，0010）BCD=682
注意：
BCD码与二进制数之间不能直接转换，需将BCD码先转换成十进制数，再由十进制数转换为二进制数。
与十六进制数的区别在于：
组内逢2进1，组间逢10进1。
表1-1是8421BCD码。
表1-18421BCD码
十进制数
8421BCD码
十进制数
8421BCD码
0
0000
5
0101
1
0001
6
0110
2
0010
7
0111
3
0011
8
1000
4
0100
9
1001
2.字符在计算机中的表示方法
由于大、小写英文字母、0～9数字字符、标点符号、计算机特殊控制符一共不超过128个，所以只要用7位二进制数码来表示，称为ASCII码，见表1-2。
国际标准为ISO646，我国国家标准为GB 1988。
在计算机中，一个字符通常用一个字节（八位）表示，最高位通常为0或用于奇偶校验位。
ISO 2022标准在兼容ISO 646的基础上扩展成8位码，可表示256个字符，扩充了希腊字母、数学符号、非拉丁字符、商用图符、游戏符号等。
例1.7
’A’=41H=01000001B；’0’=30H=00110000B；
’a’=61H=01100001B；’；’=3BH=00111011B。
3.机器数和真值
机器数：
一个数及其符号位在机器中的一组二进制数的表示形式；
真值：
机器数所表示的值。
例1.8
机器数34H，用原码表示为+52；用反码表示为+52；用补码表示为+52；用BCD码表示为34；用ASCII码表示为4。
即[+52]原=[+52]反=[+52]补=34H
[34]BCD=34H
[4]ASCII=34H
机器数97H，用原码表示为-23；用反码表示为-104；用补码表示为-105；用BCD码表示为97；用ASCII码表示为ETB。
表1-2ASCII码字符表
编码
控制字符
编码
字符
编码
字符
编码
字符
00
NUL
20
SPACE
40
@
60
`
01
SOH
21
!
41
A
61
a
02
STX
22
"
42
B
62
b
03
ETX
23
#
43
C
63
c
04
EOT
24
$
44
D
64
d
05
ENQ
25
%
45
E
65
e
06
ACK
26
&
46
F
66
f
07
BEL
27
'
47
G
67
g
08
BS
28
（
48
H
68
h
09
TAB
29
）
49
I
69
i
0A
LF
2A
*
4A
J
6A
j
0B
VT
2B
+
4B
K
6B
k
（续表）
编码
控制字符
编码
字符
编码
字符
编码
字符
0C
FF
2C
4C
L
6C
l
0D
CR
2D
-
4D
M
6D
m
0E
SO
2E
.
4E
N
6E
n
0F
SI
2F
/
4F
O
6F
o
10
DLE
30
0
50
P
70
p
11
DC1
31
1
51
Q
71
q
12
DC2
32
2
52
R
72
r
13
DC3
33
3
53
S
73
s
14
DC4
34
4
54
T
74
t
15
NAK
35
5
55
U
75
u
16
SYN
36
6
56
V
76
v
17
ETB
37
7
57
W
77
w
18
CAN
38
8
58
X
78
x
19
EM
39
9
59
Y
79
y
1A
SUB
3A
:
5A
Z
7A
z
1B
ESC
3B
;
5B
[
7B
{
1C
FS
3C
<
5C
\
7C
|
1D
GS
3D
=
5D
]
7D
}
1E
RS
3E
>
5E
^
7E
~
1F
US
3F
?
5F
_
7F
DEL
1.1.3微机系统的基本组成
由硬件系统和软件系统两部分组成，并采用总线结构。
1.硬件系统
硬件系统是指构成微机系统的全部物理装置。
通常，计算机硬件系统由5部分组成：
1）存储器：
用来存放数据和程序，例如半导体存储器、磁介质存储器。
2）微处理器（包括运算器和控制器）：
运算器用来完成二进制编码的算术和逻辑运算；控制器控制计算机进行各种操作的部件。
微机硬件系统只不过把运算器和控制器用大规模集成电路工艺技术集成在一块芯片上，这块芯片称为CPU（中央处理单元）。
3）输入设备及其接口电路：
用来输入数据、程序、命令和各种信号，例如键盘、鼠标器等。
4）输出设备及其接口电路：
用来输出计算机处理的结果，例如打印机、CRT等。
5）网络设备。
2.软件系统
软件系统是指计算机所编制的各种程序的集合，可分为两大类：
1）系统软件
系统软件是用来实现对计算机资源管理、控制和维护，便于人们使用计算机而配置的软件，该软件由厂家提供。
它包括操作系统（或监控管理程序），各种语言的汇编、解释、编译程序，数据库管理程序，编辑、调试、装配、故障检查和诊断等工具软件。
操作系统在系统软件中具有特殊地位。
只要计算机处于工作状态，就有操作系统的有关部分在内存储器中，负责接受、分析并调度执行用户的程序和各种命令。
Windows是目前最流行的微机操作系统。
2）应用软件
应用软件是指用户利用计算机以及它所提供的各种系统软件编制的解决各种实际问题的程序。
它包括支撑软件和用户自己编制的程序。
支撑软件有：
●文字处理软件：
Wordstar、Write、WPS、Word、中文之星等。
●表格处理软件：
Lotus1-2-3、CCED、Excel等。
●图形处理软件：
AutoCAD、TANGO、PowerPoint、PROTEL98以及2000等。
●图文排版软件：
华光、科印、方正等。
●防治病毒软件：
SCAN、KILL、CLEAN、MSAV、KV3000。
●工具软件：
PCTOOLS等。
●套装软件：
Microsoft-Office，它基于Windows，包括Word、Excel、PowerPoint、MSMail等。
3.软、硬件的关系
硬件系统是人们操作微机的物理基础；软件系统是人们与微机系统进行信息交换、通信对话、按人的思维对微机系统进行控制和管理的工具。
4.微机的总线结构
1）总线：
是指连接多于两个部件的公共信息通路，或者说是多个部件之间的公共连线。
2）按照总线上传送信息内容分类：
●数据总线（DB）：
传送数据信息。
●控制总线（CB）：
传送控制信息，确定数据信息的流向。
●地址总线（AB）：
传送地址信息，确定数据信息的传送地址。
1.2重点与难点
重点：
掌握计算机中的各种数制及其相互转换，机器数的编码表示及其相互转换与运算；搞清微型计算机的基本组成及其各模块的功能。
难点：
掌握二进制运算中溢出和进位的区别；弄清机器数和真值；理解指令在计算机中的执行过程。
1.3典型例题精解
例1.9
求152.76=B=Q=H。
解：
整数部分：
逆取法得：
152=230Q=10011000B=98H
小数部分（精确到小数点后3位）：
0.76×8=6.08取整=6
0.08×8=0.64取整=0
0.64×8=5.12取整=5
顺取法得：
0.76=0.605Q=0.011000101B=0.628H
所以：
152.76=10011000.01100010B=230.605Q=98.628H
注意：
手工变换时，可先变换成八进制，再变为其他进制，这样会减少计算工作量和变换次数。
八进制转化为二进制时，将每一位八进制数用三位二进制数表示，再去掉首位的零即可（观察划线部分）。
二进制数转化为十六进制时，将每四位二进制数用一位十六进制数表示即可（观察划线部分），注意要以小数点为分界线分别向左和向右表示。
例1.10
求7A.18H=B=D=Q。
解：
十六进制可直接转化为二进制，二进制再直接转换为八进制，十六进制转化为十进制采用定义变换。
根据定义变换：
7A.18H=7×161+10×160+1×16-1+8×16-2=122.09375D
7A.18H=01111010.00011000B=1111010.00011B
1111010.00011B=001111010.000110B=172.06Q
所以：
7A.18H=1111010.00011B=122.09375D=172.06Q
注意：
十六进制转化为二进制时，将每一位十六进制数用四位二进制数表示，再去掉首位的零即可（观察划线部分）；二进制数转化为八进制时，将每三位二进制数用一位八进制数表示即可（观察划线部分），注意要以小数点为分界线分别向左和向右表示。
例1.11
写出下列数的原码、反码及补码表示（设机器数字长为8位）。
+24，-24，+0，-0，+1，-1，+127，-127
解：
首先将所给的数转化为二进制数，然后根据原码、反码和补码的表示法及其字长，写出指定数据的原码、反码和补码表示。
例如写出“+24”“-24”的原码、反码和补码表示如下：
（1）写出24的二进制数表示：
24D=00011000B
（2）[+24]原=00011000B[-24]原=10011000B
最高位（D7）为符号位，为1表示负数，为0表示正数，其余7位为24对应的二进制数值位。
（3）[+24]反=00011000B[-24]反=11100111B
正数的反码就是正数的原码，负数的反码等于负数的原码的符号位不变，其余7位数值位取反。
（4）[+24]补=00011000B[-24]补=11101000B
正数的补码就是正数的原码，负数的补码等于负数的原码的符号位不变，其余7位数值位取反，并且在末位加1。
依照上述方法，可写出其余各数的原码、反码及补码表示：
0D=00000000；[+0]原=00000000B；[+0]反=00000000B；[+0]补=00000000B；
[-0]原=10000000B；[-0]反=11111111B；[-0]补=00000000B；
1D=00000001；[+1]原=00000001B；[+1]反=00000001B；[+1]补=00000001B；
[-1]原=10000001B；[-1]反=11111110B；[-1]补=11111111B；
127D=11111111；[+127]原=01111111B；[+127]反=01111111B；[+127]补=01111111B
[-127]原=11111111B；[-127]反=10000000B；[-127]补=10000001B。
注意：
解答这类题时，要注意正数的的原码、反码和补码表示形式是一样的，千万不要用求负数的原码、反码和补码表示方法来做。
例1.12
已知X=-101011B，Y=+101100B，机器数的字长为8位，求[X+Y]补，X+Y，[X-Y]补，X-Y。
解：
（1）求出[X]原，[Y]原
[X]原=10101011B[Y]原=00101100B
（2）求出[X]补，[Y]补
[X]补=11010101B[Y]补=00101100B
（3）求出[X+Y]补
[X+Y]补=[X]补+[Y]补=11010101B+00101100B=00000001
（4）求出X+Y
根据[X+Y]补求出X+Y。
其符号位为“0”表示结果为正，其余7位就是X+Y的值。
所以X+Y=1D。
（5）求出[X-Y]补
[X-Y]补=[X]补-[Y]补=11010101B-00101100B=10101001B
（6）求出X-Y
根据[X-Y]补求出X-Y。
其符号位为“1”表示结果为负，其余7位二进制数按位取反后，末位再加“1”可得到X-Y的值。
所以X-Y=-87D。
注意：
计算时要注意补码的求法及补码加减法的规则。
例1.13
完成下列BCD码运算，64+56=，64-56=。
解：
（1）将给定的十进制数用BCD码表示
64D=01100100BCD
56D=01010110BCD
（2）进行BCD加法运算得到加法中间结果
01100100BCD+01010110BCD=10111010BCD
（3）调整得到加法最终结果
十进制调整的方法：
运算后低4位=1010，超过1001，低4位加6；运算后高4位=1011，超过1001，高4位加6。
10111010BCD+01100110BCD=00100000BCD，CF=1。
（4）64+56=
（1）20，其中百位为进位位。
（5）进行BCD减法运算得到减法中间结果
01100100BCD-01010110BCD=00001110BCD
（6）调整得到减法最终结果
十进制调整的方法：
运算后低4位=1110，超过1001，低4位减6；运算后高4位=0000，不超过1001，高4位减0。
00001110BCD-00000110BCD=00001000BCD。
（7）64-56=8
注意：
本题中BCD的加减法运算仍采用二进制运算规则，得到的数为十六进制数，需要进行十进制调整。
这部分内容在下一章会有讲解。
例1.14
概述计算机的基本组成部件及其各组成部件的功能。
答：
一台计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。
（1）存储器
存储器是用来存放数据、程序、运算的中间结果和最终结果的部件。
存储器采用按地址存取的工作方式，它由许多存储单元组成，每一个存储单元可以存放一个数据代码。
为了区分不同存储单元，把全部存储单元按照一定的顺序编号。
这个编号称为存储单元的地址。
当CPU要把一个数据代码存入某存储单元或从某存储单元取出时，首先要提供该存储单元的地址，然后查找相应的存储单元，最后才能进行数据的存取。
（2）运算器
运算器是对信息进行加工、运算的部件，它对二进制进行基本逻辑运算和算术运算，将结果暂存或送到存储器保存。
（3）控制器
控制器是计算机的控制中心。
存储器进行信息的存取，运算器进行各种运算，信息的输入和输出都是在控制器的统一控制下进行的。
控制器的工作就是周而复始地从存储器中取指令、分析指令，向运算器、存储器以及输入输出设备发出控制命令，控制计算机工作。
（4）输入设备
程序员编好的程序和数据是经输入设备送到计算机中去的。
输入设备要将程序和数据转换为计算机能识别和接受的信息，如电信号等。
目前常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
（5）输出设备
输出设备是把运算结果转换为人们所需要的易于理解、阅读的形式。
目前常用的输出设备包括显示器、打印机、绘图仪等。
软磁盘、硬磁盘、可读写光盘及其驱动器既是输入设备也是输出设备，只读光盘及其驱动器属于计算机的输入设备。
软盘、硬盘及光盘又统称为计算机的外存储器。
1.4重要习题与考研题解析
例1.15
（上海大学2001年考研题）下列无符号数中，最大的数是（）。
A.（1100110）二进制数B.（143）八进制数
C.（10011000）BCDD.（65）十六进制数
分析：
本题主要考查不同进制下数的大小，即考查学生对各种进制之间的互换掌握程度。
可考虑都转化为二进制。
（1）143Q=1100011B
65H=1100101B
可以看出A、B、D中A最大。
（2）（10011000）BCD=98D=62H=1100010B<1100110B
所以正确答案为A。
注意：
BCD码是按位对十进制数进行二进制编码，在形式上与十六进制非常相似。
一定要注意差别，它们都可用4位二进制数表示1个数位，但BCD码是“逢十进一”，在微机中运算需要进行十进制调整，而十六进制则不用。
BCD码在存放上又有2种形式：
一个字节放两位BCD码，称为压缩的BCD码；一个字节放一位BCD码，称为非压缩的BCD码（放在低4位）。
例1.16
（北京航空航天大学2003年考研题）十进制数574在机器中对应的二进制数为，压缩的BCD码为，按字符存储时ASCII码为。
分析：
本题主要考查数制转换和编码知识。
（1）
逆取法得574=23EH
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