微機(jī)原理-ch01英文

Chapter1

IntroductiontotheMicroprocessorandComputerInstructor：Dr.ShenRunjie

電信樓644室DescriptionThiscoursecoversIntel80x86assemblylanguageArchitectureoftheIntelmicroprocessorsHardwareconfigurationandcontrolofCommonmicroprocessorsupportedchips,i.e.Interruptcontroller,popularIOdevicesInterfacingdesignforrealsystem2023/1/18第2頁Outline AhistoricalbackgroundThenumbersystemsComputerdataformatsThemicroprocessorbasedPCsystem2023/1/18第3頁MicroComputer縱觀計算機(jī)技術(shù)50多年的發(fā)展歷程，由于電子元器件的飛速發(fā)展，計算機(jī)性能得到了極大提高，其體積大大縮小，應(yīng)用越來越普及。20世紀(jì)70年代末期8位機(jī)開始走向16位機(jī)。20世紀(jì)80年代，微機(jī)進(jìn)入32位機(jī)的發(fā)展階段。微機(jī)這一高科技領(lǐng)域的產(chǎn)品已觸及到社會的各個角落。20世紀(jì)90年代，微機(jī)進(jìn)入64位機(jī)的發(fā)展階段21世紀(jì)初，逐步邁進(jìn)64位計算時代Intel的發(fā)展歷史見證了微處理器的發(fā)展歷史。2023/1/18第4頁1.1微型計算機(jī)發(fā)展表1.1 計算機(jī)發(fā)展的四個階段起止年代主要元件主要元件圖例速度（次/秒）特點與應(yīng)用領(lǐng)域第一代40年代末至50年代末電子管5000～10000體積巨大，運算速度較低，耗電量大，存儲容量小。應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計算。第二代50年代末至60年代末晶體管幾萬～幾十萬體積減小，耗電較少，運算速度較高，價格下降。應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理和事務(wù)管理、工業(yè)控制。1.1微型計算機(jī)發(fā)展表1.1 計算機(jī)發(fā)展的四個階段第三代60年代中期開始中、小規(guī)模集成電路幾十萬～幾百萬體積、功耗進(jìn)一步減少，可靠性及速度進(jìn)一步提高。應(yīng)用領(lǐng)域：文字處理、企業(yè)管理、自動控制、城市交通管理等方面。第四代70年代初開始大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路幾千萬～千百億性能大幅度提高，價格大幅度下降。應(yīng)用領(lǐng)域：辦公自動化、電子編輯排版、數(shù)據(jù)庫管理、圖像識別、語音識別、專家系統(tǒng)等各行各業(yè)。Background–theMechanicalAgeAbacusMechanicalcaculatortheearliestcomputingmachineChineseBabylonian2023/1/18第7頁Background–theMechanicalAgePascalarithmeticmachineGears(10teeth)andwheels10teethpergearforonecompleterevolutionThePASCALlanguage2023/1/18第8頁Background–theMechanicalAgeCalculatorComputerNotforcalculatingonlyComputenumericalfactswithaprogram!!!!!1937,BabbageAnalyticalEngineMechanicalcomputer100020-digitaldecimalnumberAvariableprogramforvarioustasksPunchedcardsinputmode,ideafromJacquard2023/1/18第9頁Background–theElectricalAgeTheautomationageComputingwithmotor-drivenmechanicalmachine1889,HermanHollerithPunchedcardsstorageFormedtheTabulatingMachineCompanyIBMFirstelectroniccalculatingmachineZ1,1941,KonradZuseZ3Relaylogicmachine5.33Hz2023/1/18第10頁Background–theElectricalAgeThefirstelectroniccomputer1943,AlanTuringCodebreakerNotprogrammableSpecial-purposecomputer2023/1/18第11頁Background–theElectricalAgeThefirstgeneralpurpose,programmableelectroniccomputersystemMooreSchool，Univ.ofPennsylvania1946,ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator)17000vacuumtubes500milesofwires30tons24m*6m*2.5m100000operationspersecondProgrammable2023/1/18第12頁IntegratedCircuits(IC)ThefirstTransistor1948,JohnBardeen,WalterBrattain,WilliamSchockleyThefirstIC1958,JackKilby2023/1/18第13頁Background–theMicroprocessorAgeIntel4004(1970)4-bitmicroprocessor.4KBmainmemory.45instructions.P-ChannelMOStechnology.50KIPS(kilo-Instructionspersecond)740KHzComparedtoENIAC100KIPS30tonsF14CADC(1970)ALU9.15KHz(F14熊貓戰(zhàn)斗機(jī)主控芯片)Militarysecrets,opentopublicin19982023/1/18第14頁Background–theMicroprocessorAgeIntel8008(1971)8-bitversionof4004.16KBmainmemory.48instructions.NMOS6microntechnology.4500transistors2023/1/18第15頁Background–theMicroprocessorAgeIntel8080(1973)8-bitmicroprocessor.64KBmainmemory.4.77MHz0.5MIPS(MillionInstructionspersecond).10Xfasterthan8008MITSAltair8002023/1/18第16頁AndyGrove,RobertNoyceandGordonMooreBackground–theMicroprocessorAgeIntel8085(1977)8-bitmicroprocessor-upgradedversionofthe8080.64KBmainmemory.1.3microsecondsclockcycletime

769,230instructions/sec.246instructions.Intelsoldover100millioncopiesofthis8-bitmicroprocessor.2023/1/18第17頁Background–theMicroprocessorAgeIntel8086/8088Modernmicroprocessor.16-bitmicroprocessor.1MBmainmemory.2.5MIPS.4-or6-byteinstructioncache.IBMPCSoftwaredevelopmentSpreadsheet,wordprocess,spelling2023/1/18第18頁Background–theMicroprocessorAgeIntel80286(1983)16-bitarchitecturemicroprocessorIdenticaltothe8086.16MBmainmemory. 4.0MIPS(250ns/8MHz). Intel80386(1986)32-bitmicroprocessor.4GBmainmemory.12-33MHz.Memorymanagement.2023/1/18第19頁Background–theMicroprocessorAgeIntel80486(1989)32-bitmicroprocessor,32-bitdatabusand32-bitaddressbus.4GBmainmemory.20-50MHz.Laterat66and100MHzIncorporatedan80386-likemicroprocessor,80387-likefloatingpointcoprocessorandan8Kbytecacheononepackage.Abouthalfoftheinstructionsexecutedin1clockinsteadof2onthe386.2023/1/18第20頁Background–theMicroprocessorAgeIntelPentium(1993)32-bitmicroprocessor,64-bitdatabusand32-bitaddressbus.4GBmainmemory.60,66,90MHz.1-and-1/2100MHzversion.Doubleclocked120and133MHzversions.Fastestversionisthe233MHz(3-and-1/2clockedversion).16KBL1cache(splitinstruction/data:8KBeach).Memorytransfersat66MHz(insteadof33MHz).Dualintegerprocessors.2023/1/18第21頁Background–theMicroprocessorAgeIntelPentiumPro(1995)32-bitmicroprocessor,64-bitdatabusand36-bitaddressbus.64GBmainmemory.Startsat150MHz.16KBL1cache(splitinstruction/data:8KBeach).256KBL2cache.Memorytransfersat66MHz.3integerprocessors.2023/1/18第22頁Background–theMicroprocessorAgeIntelPentiumII(1997)32-bitmicroprocessor,64-bitdatabusand36-bitaddressbus.64GBmainmemory.Startsat266MHz.32KBsplitinstruction/dataL1caches(16KBeach).Moduleintegrated512KBL2cache(133MHz).Memorytransfersat66MHzto100MHz(1998).2023/1/18第23頁Background–theMicroprocessorAgeIntelPentiumIII(1999)32-bitmicroprocessor,64-bitdatabusand36-bitaddressbus.64GBmainmemory.800MHzandabove.32KBsplitinstruction/dataL1caches(16KBeach).On-chip256KBL2cache(at-speed).Memorytransfers100MHzto133MHz.DualIndependentBus(simultaneousL2andsystemmemoryaccess).2023/1/18第24頁Background–theMicroprocessorAgeIntelPentiumIV(2002)1.4to1.9GHzandthelatestat3.20GHzand3.46GHz(Hyper-Threading)!1MB/512KB/256KBL2cache.800MHz(about6.4GB/s)/533MHz(4.3GB/s)/400MHz(3.2GB/s)systembus.1066MHzfrontsidebus.Specializedforstreamingvideo,gameandDVDapplications(144newSIMD128-bitinstructions).0.13um,morethan55milliontransistors,.Neweronesarein90nmtransistors,>125millionpossibleThefuture2023/1/18第25頁GenerationofComputerVacuumtube-1946-1957Transistor-1958-1964Smallscaleintegration-1965Upto100devicesonachipMediumscaleintegration-to1971100-3,000devicesonachipLargescaleintegration-1971-19773,000-100,000devicesonachipVerylargescaleintegration-1978todate100,000-100,000,000devicesonachipUltralargescaleintegrationOver100,000,000devicesonachip2023/1/18第26頁代發(fā)表年份字長(bits)型號線寬(m)晶體管數(shù)(萬個)時鐘頻率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.3<10.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.913.44.77-108-16<11-2四198519893280386804861-227.512016-3325-666-1220-40五199332Pentium0.6-0.833060-200100-200六1995199619971999200132P/ProP/MMXPIIPIIIP5.25-.13.18-.135504507508501000133-200166-233233-450450-12001300-2400>300七2002？64Itanium0.13CPU:2.5KCache:30K800(20條指令/時鐘周期)>30002023/1/18第27頁Moore’sLawthecapacityofchipsdoublesevery18monthswithassociatedimprovementsinperformance1965,GordonMooreMoore’sLawhasremainedvalidfor4decades1971:4004 2,250transistors 1972:8008 2,500transistors 1974:8080 5,000transistors 1978:8086 29,000transistors 1982:80286 120,000transistors 1985:80386 275,000transistors 1989:80486DX 1,180,000transistors 1993:Pentium 3,100,000transistors 1997:PentiumII 7,500,000transistors 1999:PentiumIII 24,000,000transistors 2000:Pentium4 42,000,000transistors Moore’sLawisNOTgoingtoendinthenearfuture2023/1/18第28頁2023/1/18第29頁Background–ProgrammingProgrammingmachineprogramminglanguageAdvancementsProgrambyrewiringthecircuitsMachinelanguageBinarycodes(二進(jìn)制代碼),0/1vonNeumanmachine-asystemthatacceptedinstructionsandstoredtheminmemory.AssemblylanguageMnemoniccodes(助記符)01000111ADDAdvancedlanguageFLOWMATIC,Fortran,ALGOL,COBOLBasic,PascalteachinglanguageC/C++mostlyusingforlow-levelorhardwarerelatedprogrammingJavamaininnetworkprogramming2023/1/18第30頁NumberSystems計算機(jī)化的信息計算機(jī)是基于電磁學(xué)原理來進(jìn)行工作的計算機(jī)化的信息通常采用一定電壓的信號來處理的12V電壓用于硬盤驅(qū)動器5/3V電壓用于總線接口或外部通信接口1.5/1.3V電壓用于CPU等計算機(jī)通常采用電壓的開關(guān)來表示和處理信息的電壓開（VoltageOn,PowerOn）為1電壓關(guān)（VoltageOff,PowerOff）為0采用上述兩種工作狀態(tài)時，電子設(shè)備的性價比最高，即價格最便宜、性能最穩(wěn)定可靠NumberSystems二進(jìn)制電路所有現(xiàn)代計算機(jī)都是基于二進(jìn)制信息處理過程二進(jìn)制由兩個數(shù)組成10

Closed

circuit

Open

circuit

NumberSystems字節(jié)與位字長位字節(jié)：8位字：2字節(jié)，16位雙字：4字節(jié)，32位數(shù)量級μ：10-6m：10-3K：103M：106G：109T：1012NumberSystemsNumberSystems數(shù)的表示從數(shù)字到數(shù)：數(shù)的進(jìn)位計數(shù)制表示10進(jìn)制表示、16進(jìn)制表示、2進(jìn)制表示、12進(jìn)制表示等等數(shù)的不同進(jìn)制表示之間的相互轉(zhuǎn)化數(shù)在計算機(jī)內(nèi)部的表示真值和機(jī)器數(shù)二進(jìn)制數(shù)的計算機(jī)表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼基于機(jī)器數(shù)的運算（算術(shù)運算和邏輯運算）其它表示：BCD碼2023/1/18第35頁NumberSystems進(jìn)位計數(shù)制的一般表示一般地，對任意一個K進(jìn)制數(shù)S都可表示為2023/1/18第36頁其中：Si

--

S的第i位數(shù)碼，可以是K個符號中任何一個；n,m--

含義同前；K

--

基數(shù)(radix或numberbase)；Ki

--K進(jìn)制數(shù)的權(quán)(weight)NumberSystems計算機(jī)的數(shù)制十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)2023/1/18TongjiUniversityPage38ScaleNumberExamples進(jìn)位計數(shù)制表示實例后綴：B,

O,H,DExample1:6進(jìn)制表示下的25.2Power 6^1 6^06^-1Weight 6 1.167Number 2 5.2NumericValue 12+5.+.333=17.333Example2:2進(jìn)制表示下的110.101Power 2^22^12^02^-12^-22^-3Weight 425Number 110.101NumericValue4+2+0+0.5+0+0.125=6.6252023/1/18TongjiUniversityPage39ConversionBetweenDifferentScaleNumbers非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換按相應(yīng)進(jìn)位計數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開，再按十進(jìn)制求和。(整數(shù)和小數(shù)均遵循該原則)

例：10110010B

=(?)1013FAH

=(?)10NumberSystems計算機(jī)的數(shù)制二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)NumberSystems二進(jìn)制數(shù)2023/1/18TongjiUniversityPage42ConversionBetweenDifferentScaleNumbers十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制→二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：

整數(shù)部分：除2取余；小數(shù)部分：乘2取整。十進(jìn)制→十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：

整數(shù)部分：除16取余；小數(shù)部分：乘16取整。

以小數(shù)點為起點求得整數(shù)和小數(shù)的各個位。NumberSystems計算機(jī)的數(shù)制十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)（不帶小數(shù)和帶小數(shù)）NumberSystems計算機(jī)的數(shù)制二進(jìn)制數(shù)958710=100101011100112八進(jìn)制數(shù)958710=|010|010|101|110|0112958710=(2|2|5|6|3)958710=225638NumberSystems計算機(jī)的數(shù)制BCH(Binary-CodedHexadecimal)二進(jìn)制數(shù)958710=100101011100112十六進(jìn)制數(shù)958710=|0010|0101|0111|00112958710=277316NumberSystems二進(jìn)制十六進(jìn)制NumberSystems十六進(jìn)制數(shù)2023/1/18TongjiUniversityPage48NumbersinComputer基本概念：機(jī)器數(shù)及其真值在計算機(jī)中，一個數(shù)連同它的符號都用二進(jìn)制的編碼形式來表示，這種數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。(MachineNumber)一個機(jī)器數(shù)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值稱為這個機(jī)器數(shù)的真值

(TrueValue)基本概念：二進(jìn)制數(shù)在計算機(jī)內(nèi)的表示：原碼、反碼和補(bǔ)碼2023/1/18TongjiUniversityPage49BinaryNumberOperations無符號數(shù)算術(shù)運算

有符號數(shù)邏輯運算注意它們之間的區(qū)別NumberSystems無符號數(shù)的表示范圍

一個n位的無符號二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍為

0≤

X≤2n-1

若運算結(jié)果超出這個范圍，則產(chǎn)生溢出。溢出的判斷判別方法：運算時，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或借位）時則產(chǎn)生溢出機(jī)器數(shù)具有固定的位數(shù)一個8位機(jī)器數(shù)只能表示從(0)000000002到(255)111111112之間的數(shù)。如果在計算的過程中，如果結(jié)果超過255，這該計算機(jī)不能表示該數(shù)，產(chǎn)生“溢出”。2023/1/18TongjiUniversityPage51UnsignedNumberOperations思考：X位無符號二進(jìn)制數(shù)可表示的真值的范圍是多少？ X=1時 X=2時 X=4時 X=8時 X=16時 X=32時 X=64時2023/1/18TongjiUniversityPage52SignedNumberOperations有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示把二進(jìn)制數(shù)的最高位定義為符號位符號位為0

表示正數(shù)，符號位為1

表示負(fù)數(shù)連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實的數(shù)值，稱為真值。

2023/1/18TongjiUniversityPage53SignedNumberOperationsExample:真值和機(jī)器數(shù)+52==00110100

符號位數(shù)值位

-52=-0110100=10110100

真值機(jī)器數(shù)NumberSystems機(jī)器數(shù)的表示法機(jī)器數(shù)的正負(fù)數(shù)表示采用機(jī)器數(shù)的最高位來表示。0表示該數(shù)是正數(shù)1表示該數(shù)是負(fù)數(shù)，通常采用補(bǔ)碼表示01111111 12700010001 1700000001 100000000 011111111 -111110100 -1210000001 -12710000000 -1282023/1/18TongjiUniversityPage55SignedNumberOperations有符號數(shù)在計算機(jī)中的表示 對于符號數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種。數(shù)X的原碼記作[X]原，反碼記作[X]反，補(bǔ)碼記作[X]補(bǔ)。

注意：對正數(shù)，三種表示法均相同。它們的差別在于對負(fù)數(shù)的表示。2023/1/18TongjiUniversityPage56原碼[X]原定義 符號位：0表示正，1表示負(fù)；數(shù)值位：真值的絕對值。2023/1/18TongjiUniversityPage57原碼的例子真值X=+18=X=-18=-0010010原碼[X]原=00010010[X]原=10010010符號符號位n位原碼表示數(shù)值的范圍是 -(2n-1-1)~+(2n-1-1)對應(yīng)的原碼是1111～0111。2023/1/18TongjiUniversityPage58數(shù)0的原碼8位數(shù)0的原碼：+0=00000000-0=10000000即：數(shù)0的原碼不唯一。2023/1/18TongjiUniversityPage59反碼[X]反定義

若X>0，則[X]反=[X]原

若X<0，則[X]反=對應(yīng)原碼的符號位不變，數(shù)值部分按位求反2023/1/18TongjiUniversityPage60[例]：X=-52=-0110100[X]原=10110100[X]反=110010112023/1/18TongjiUniversityPage61反碼的例子真值X=+18=X=-18=-0010010反碼[X]反=00010010[X]反=11101101符號符號位n位反碼表示數(shù)值的范圍是-(2n-1-1)~+(2n-1-1)對應(yīng)的反碼是1000～0111。2023/1/18TongjiUniversityPage620的反碼：[+0]反=00000000[-0]反=11111111即：數(shù)0的反碼也不是唯一的。2023/1/18TongjiUniversityPage63補(bǔ)碼定義：若X>0，則[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原若X<0，則[X]補(bǔ)=[X]反+12023/1/18TongjiUniversityPage64[例]：X=–52=–0110100[X]原=10110100[X]反=11001011[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是-2n-1~+(2n-1-1)對應(yīng)的補(bǔ)碼是1000～0111。2023/1/18TongjiUniversityPage650的補(bǔ)碼：[+0]補(bǔ)=[+0]原=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000

對8位字長，進(jìn)位被舍掉∴[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=000000002023/1/18TongjiUniversityPage66特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補(bǔ)碼中定義為：-128對無符號數(shù)：(10000000)２=1282023/1/18TongjiUniversityPage67SignedNumberOperations8位二進(jìn)制有符號數(shù)的表示范圍(表示范圍問題)：原碼：-127~+127反碼：-127~+127補(bǔ)碼：-128~+127思考：16位有符號數(shù)的表示范圍是多少？SignedNumberOperations機(jī)器數(shù)的表示法補(bǔ)碼計算方法，以計算-12為例方法1計算+12的編碼，有000011002反轉(zhuǎn)所有位，有111100112加1，有111101002故有-1210=111101002方法2寫出+12的編碼，有000011002從后往前，依次寫0，直到找到第一個不為0的位，在該位對應(yīng)位置寫1再往前，依次寫入相反的位即可故同樣有-1210=1111010022023/1/18TongjiUniversityPage69SignedNumberOperations有符號二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 對用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：1）求出真值2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換思考：如何計算一個十進(jìn)制數(shù)(包含整數(shù)和小數(shù)部分)的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示？2023/1/18TongjiUniversityPage70SignedNumberOperationsExample：將一個用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。1)[X]補(bǔ)=00101110B真值為：B正數(shù)所以：X=+462)[X]補(bǔ)=11010010B負(fù)數(shù)X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)=-0101110B所以：X=-462023/1/18TongjiUniversityPage71SignedNumberOperations補(bǔ)碼加減法的運算規(guī)則

通過引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。規(guī)則：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號位參與運算，不需要特別單獨處理。2023/1/18TongjiUniversityPage72SignedNumberOperations補(bǔ)碼的運算原理模（module）就是一個計數(shù)系統(tǒng)的最大容量，其大小等于以進(jìn)位計數(shù)制基數(shù)為底，以位數(shù)為指數(shù)的冪。凡是用器件進(jìn)行的運算都是有模運算，運算結(jié)果超過模的部分被運算器自動丟棄。因此，當(dāng)器件為n位時，有

X=2n+X(mod2n)不難驗證，

[X]補(bǔ)=2n+X(mod2n)因此，

[XY]補(bǔ)=2n+(XY)(mod2n)

=(2n+X)+(2n+X)(mod2n) =[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)2023/1/18TongjiUniversityPage73SignedNumberOperationsExample:基于補(bǔ)碼表示的計算 X=-0110100，Y=，求[X+Y]補(bǔ) [X]原=10110100 [X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100 [Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100 所以：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=11001100=010000002023/1/18TongjiUniversityPage74SignedNumberOperations符號數(shù)運算中的溢出問題進(jìn)(借)位在加法過程中，符號位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；在減法過程中，符號位向更高位產(chǎn)生借位。溢出運算結(jié)果超出運算器所能表示的范圍。2023/1/18TongjiUniversityPage75SignedNumberOperations溢出的判斷方法方法１：同號相減或異號相加——不會溢出。同號相加或異號相減——可能溢出：兩種情況： 同號相加時，結(jié)果符號與加數(shù)符號相反——溢出；異號相減時，結(jié)果符號與減數(shù)符號相同——溢出。方法２：兩個帶符號二進(jìn)制數(shù)相加或相減時，若

C7C6＝1，則結(jié)果產(chǎn)生溢出。C7為最高位的進(jìn)(借)位；C６為次高位的進(jìn)(借)位。2023/1/18TongjiUniversityPage76SignedNumberOperations有符號數(shù)運算，有溢出表示結(jié)果是錯誤的無符號數(shù)運算，有進(jìn)位表示結(jié)果是錯誤的

10110101

+10001111

101000100

01000010

+0110001110100101

01000010

+11001101

100001111CASE1:CASE2:CASE3:基礎(chǔ)知識小數(shù)表示定點表示法將小數(shù)點約定在機(jī)器數(shù)的某一固定位置上，如將小數(shù)點約定在符號位和數(shù)值的最高位之間，這可以表示有符號純小數(shù)X=010100002=0.62510將小數(shù)點約定在最低位之后，則表示整數(shù)。X=010100002=4810NumberSystems小數(shù)表示浮點表示法小數(shù)點位置不固定通常一個既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分的十進(jìn)制小數(shù)D可以表示為

D=R×10NR為純小數(shù)，其小數(shù)點后的第一位數(shù)字為非零數(shù)字，N為指數(shù)，是一個整數(shù)如123.456可以表示為0.123456×1030.00123456可以表示為0.123456×10-2NumberSystems小數(shù)表示浮點表示法同樣，對于既有整數(shù)部分，又有小數(shù)部分的二進(jìn)制小數(shù)D，也可以表示為

D=R×2NR為二進(jìn)制定點小數(shù)，稱為D的尾數(shù)。其小數(shù)點后的第一位數(shù)字為非零數(shù)字，N為二進(jìn)制定點整數(shù)，稱為D的階碼。如101(+5.0)可以表示為1.01×22=1.01×210-0.0001101(-0.1015625)可以表示為-1.101×2-4=-1.101×211111100目前多采用IEEE754浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對于單精度型，由符號位(1位)、階碼位(8位+127)和尾數(shù)位(23位)三部分組成故有101=01000000101000000000000000000000=40A00000-0.0001101=10111101110100000000000000000000=BDD00000符號位(1位)階碼(8位)尾數(shù)(23位)BasicMemoryArchitecture內(nèi)存中的字節(jié)BasicMemoryArchitectureDataStorageByte--Example1-20,24Word--Example1-26,27DoubleWord--Example1-28,29RealNumber--Example1-28,29String--Example1-302023/1/18第81頁ComputerDataFormats計算機(jī)數(shù)據(jù)格式ASCII字符編碼-p34ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼128字符。從00000002到01111112.采用擴(kuò)展編碼(extendedASCII)時，可以充分利用256個字符。從000000002到111111112ComputerDataFormats字符編碼信息“Hello.”的編碼ComputerDataFormats字符編碼GB2312-80編碼《信息交換用漢字編碼字符集》全部國標(biāo)漢字和符號組成94×94的矩陣每一行稱為一個“區(qū)”，有94個區(qū)每一列稱為一個“位”，有94個位這樣由一個區(qū)位碼(區(qū)碼在前，位碼在后)可以唯一確定一個字符區(qū)域劃分1-15區(qū)為圖形符號區(qū)16-55區(qū)為一級常用漢字區(qū)，漢字啊的編碼為16011656-87區(qū)為二級常用漢字區(qū)88-94區(qū)為用戶自定義漢字區(qū)ComputerDataFormats字符編碼GB2312-80編碼作為直接編碼會導(dǎo)致與ASCII編碼沖突在區(qū)碼和位碼上均增加A016,即10100000這樣漢字“啊”的編碼為B0A116。ComputerDataFormats字符編碼GB2312-80編碼ComputerDataFormats字符編碼GB2312-80編碼ComputerDataFormats圖像編碼1representsblack.0representswhite=000111110000010100000110100110110001010000101001010100100010001001001101010010010010101100001010010001000100100101000001010100001110100001000000001101100101101000001010000010000100101100001001001001000010010000101000100101010110101000000000000010000010101000000001000101000010010000001100100101011001001000ComputerDataFormats4levelgray-scaleMeans4shadesareused.Eachpixelneeds2bits:00-representswhite01-representslightgray10-representsdarkgray11-representsblackComputerDataFormats256levelgray-scale

means8bitsperpixelareneededfor256shadesofgrayComputerDataFormatsWecouldalsouse8bits(knownasabyte)torepresentthecolourofapixel.Abytecanrepresent256differentnumbers,sowecanhave256differentcoloursintheimageComputerDataFormatsMoreBytes？

3BytesRedGreenBlueColourofpixel高級話題8位數(shù)16位數(shù)/32位數(shù)無符號數(shù)有符號數(shù)十進(jìn)制數(shù)的表示——BCD碼用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。壓縮BCD碼的每一位用4位二進(jìn)制表示，0000~1001表示0~9，一個字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個字節(jié)表示一位十進(jìn)制數(shù)，高4位總是0000，低4位的0000~1001表示0~9。2023/1/18第93頁ArchitectureThememoryandIOSystem2023/1/18第94頁MicroprocessorMemoryI/OSystemBUSBUSDynamicRAM(DRAM)StaticRAM(SRAM)CacheReadonly(ROM)FlashmemoryEEPROMSDRAMRAMBUSD