微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用第一頁，共八十一頁，2022年，8月28日微機(jī)

原理及接口

技術(shù)課程

介紹典型機(jī)型：IBMPC系列機(jī)基本系統(tǒng)：8086CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/O接口電路及與外設(shè)的連接硬件－－接口電路原理軟件－－接口編程方法第二頁，共八十一頁，2022年，8月28日專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課硬件系列課程之一計(jì)算機(jī)組成原理微機(jī)原理及接口技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指定選修課以技術(shù)為主面向應(yīng)用軟硬件相結(jié)合課程

特點(diǎn)區(qū)別第三頁，共八十一頁，2022年，8月28日先修課程數(shù)字邏輯提供硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組成原理確立計(jì)算機(jī)部件功能掌握計(jì)算機(jī)工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)建立必備軟件基礎(chǔ)掌握指令系統(tǒng)、程序格式先修

課程第四頁，共八十一頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績(jī)＝考試成績(jī)＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)＋平時(shí)成績(jī)學(xué)習(xí)

方法第五頁，共八十一頁，2022年，8月28日學(xué)習(xí)資源要利用錢曉捷之微服網(wǎng)微機(jī)原理遠(yuǎn)程教學(xué)錢曉捷陳濤，微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.1BarryB.Brey著陳誼等譯，Intel系列微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口技術(shù)大全——80X86、Pentium和PentiumPro，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.1學(xué)習(xí)

資源第六頁，共八十一頁，2022年，8月28日第1章第七頁，共八十一頁，2022年，8月28日第1章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)目的

補(bǔ)充必要的基本知識(shí)，如數(shù)制、編碼等知識(shí)，為后面的學(xué)習(xí)作準(zhǔn)備。第八頁，共八十一頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容了解微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類數(shù)制邏輯電路布爾代數(shù)二進(jìn)制運(yùn)算及加法電路計(jì)算機(jī)中的信息表示第九頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類

1.1.1微機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展1971年，美國(guó)Intel公司研究并制造了I4004微處理器芯片。該芯片能同時(shí)處理4位二進(jìn)制數(shù)，集成了2300個(gè)晶體管，每秒可進(jìn)行6萬次運(yùn)算，成本約為200美元。它是世界上第一個(gè)微處理器芯片，以它為核心組成的MCS-4計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的誕生。微機(jī)概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所制造出的計(jì)算機(jī)。劃分階段的標(biāo)志：以字長(zhǎng)和微處理器型號(hào)。第十頁，共八十一頁，2022年，8月28日第一代4位和低檔8位機(jī)Intel4004第二代中高檔8位機(jī)8080/8085、Z80、MC6800第三代16位機(jī)Intel8086、Z8000、MC6800第四代32位機(jī)80386、80486第五代64位機(jī)（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1981-2000）（2001后）特點(diǎn)：1、芯片的發(fā)展遵循摩爾定律2、速度越來越快。3、容量越來越大。4、功能越來越強(qiáng)。圖片示例第十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日基于SoC的嵌入式核的結(jié)構(gòu)第十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.1.2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1、科學(xué)計(jì)算和科學(xué)研究計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計(jì)算）。

2、數(shù)據(jù)處理

（信息處理）主要是利用計(jì)算機(jī)的速度快和精度高的特點(diǎn)來對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行加工。3、工業(yè)控制

用單板微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)DDC級(jí)控制等。第十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日

4、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)輔助教（CAI）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）等系統(tǒng)。

5、人工智能

人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的思維過程，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計(jì)算系統(tǒng)。第十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.2數(shù)制 數(shù)制是人們利用符號(hào)來記數(shù)的科學(xué)方法。1.2.1數(shù)制的基與權(quán)基：數(shù)制所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù)權(quán)：數(shù)制每一位所具有的值 通常使用進(jìn)制：十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制十進(jìn)制 十進(jìn)制(decimalsystem)的基為“10”，即它所使用的數(shù)碼為0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共有10個(gè)。十進(jìn)制各位的權(quán)是以10為底的冪。十萬萬千百十個(gè)第十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日二進(jìn)制二進(jìn)制(binarysystem)的基為“2”，即其使用的數(shù)碼為0，1，共兩個(gè)。二進(jìn)制各位的權(quán)是以2為底的冪八進(jìn)制與十六進(jìn)制八進(jìn)制(octavesystem)的基為“8”，即其數(shù)碼共有8個(gè)：0，1，2，3，4，5，6，7。八進(jìn)制的權(quán)為以8為底的冪，有時(shí)也順次稱其各位為0權(quán)位、1權(quán)位、2權(quán)位等。十六進(jìn)制(hexadecimalsystem)的基為“16”，即其數(shù)碼共有16個(gè)：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)。十六進(jìn)制的權(quán)為以16為底的冪，有時(shí)也稱其各位的權(quán)為0權(quán)、1權(quán)、2權(quán)等。例：二進(jìn)制數(shù)1011.1表示如下：(1011.1)B=1*23+0*22+1*21+1*20

+1*2-111011125242322212032168421二進(jìn)制十進(jìn)制第十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.2.2各種數(shù)制的表示方法 為了區(qū)分不同數(shù)制的表示，通常在數(shù)據(jù)的后面用括號(hào)加上該數(shù)據(jù)的數(shù)制。如：1111(2)，48(10)，30(8)，F(xiàn)FAB9（16）1111(2)=F(16)(即15(10))110000(2)=30(16)(即48(10))也有用字母符號(hào)來表示這些數(shù)制的，

B－二進(jìn)制，H－十六進(jìn)制，D－十進(jìn)制，O－八進(jìn)制1.2.3數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。 例:11101.101 =1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3 =16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125 =29.875

第十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日（2）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法1：A、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相加。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法：用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為0。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘2取整法：每次用2與小數(shù)部分相乘，取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘2直到小數(shù)部分為0。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。第十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。2136----------0余數(shù)（結(jié)果）低位268----------0234----------0217----------128----------024----------022----------01高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B第十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D=(0.101)B第二十頁，共八十一頁，2022年，8月28日方法2：（十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）降冪法首先寫出要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，其次寫出所有小于此數(shù)的各位二進(jìn)制數(shù)值，然后用要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)減去與它最相近的的二進(jìn)制權(quán)值，夠減則此位記為1，否則記為0，如此反復(fù)。如：N=123.8125D小于123的二進(jìn)制權(quán)

2625242322212064321684211235927113311111011小于0.8125小數(shù)部分的二進(jìn)制權(quán)

2－12－22－32－4

0.50.250.1250.06250.81250.31250.06250.06251101

所以：123.8125D＝1111011.1101B第二十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日注意事項(xiàng)：(1)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，而一個(gè)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)不一定能夠準(zhǔn)確地用二進(jìn)制數(shù)來表示。(2)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，以小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)和小數(shù)要分別轉(zhuǎn)換。第二十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日2、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換A、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用“三位化一位”的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向左不足三位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足三位的，從右邊補(bǔ)0。B、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用“四位化一位”的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足四位的，從右邊補(bǔ)0。例：將(1000110.01)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。

1

000110.01001

000110.010

(106.2)O二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：（1000110.01）B=1000110.0101000110.0100(46.4)H第二十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日（2）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。按順序?qū)懗雒课话诉M(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：將(352.6)o轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。352.6011101010110=(11101010.11)B第二十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.3邏輯電路

邏輯電路由其3種基本門電路(或稱判定元素)組成。

第二十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日基于這3個(gè)基本門電路，可發(fā)展成許多復(fù)雜的邏輯電路。如：異或門

第二十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日異或非門第二十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日基本門電路可以擴(kuò)展成以下的擴(kuò)展邏輯電路

最后一個(gè)叫作緩沖器(buffer)，為兩個(gè)非門串聯(lián)以達(dá)到改變輸出電阻的目的。可以提高帶負(fù)載的能力。第二十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.4布爾代數(shù) 布爾代數(shù)也稱為開關(guān)代數(shù)或邏輯代數(shù)，可以寫成下面的表達(dá)式：Y=f(A,B,C,D)特點(diǎn)：(1)其中的變量A，B，C，D等均只有兩種可能的數(shù)值：0或1。布爾代數(shù)變量的數(shù)值并無大小之意，只代表邏輯關(guān)系。(2)函數(shù)f只有3種基本運(yùn)算方式：“或”運(yùn)算，“與”運(yùn)算及“反”運(yùn)算。下面分別講述這3種運(yùn)算的規(guī)律。第二十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.4.1真值表及布爾代數(shù)式的關(guān)系當(dāng)人們遇到一個(gè)因果問題時(shí)，常常把各種因素全部考慮進(jìn)去，然后再研究結(jié)果。真值表就是將輸入的全部可能取值加以考慮，列表，研究結(jié)果取值，形成的一種表格形式。例如，考慮兩個(gè)一位的二進(jìn)制 數(shù)A和B相加，其和S及向高一位進(jìn)位C的結(jié)果如何?第三十頁，共八十一頁，2022年，8月28日真值表，邏輯函數(shù)式和邏輯圖同一邏輯函數(shù)可以用三種不同的方法描述，三種方法可以相互轉(zhuǎn)換真值表轉(zhuǎn)換為邏輯表達(dá)式真值表中每一組使函數(shù)值為1的輸入變量都對(duì)應(yīng)一個(gè)乘積項(xiàng)，在這些乘積項(xiàng)中，若對(duì)應(yīng)變量取值為1，則寫成原變量；若對(duì)應(yīng)變量取值為0，則寫成反變量。將這些乘積相加就得到了邏輯函數(shù)式?，F(xiàn)在可以由真值表寫出上面的邏輯表達(dá)式S0=A0B0+A0B0=A0B0C1=A0B0從真值表寫出布爾代數(shù)式的方法可用下面兩段話表示：1）寫布爾代數(shù)式先看真值表中結(jié)果為1的項(xiàng)，有幾項(xiàng)就有幾個(gè)或項(xiàng)2）每一項(xiàng)個(gè)因數(shù)之間是“與”的關(guān)系，寫該項(xiàng)時(shí)每個(gè)因素都寫上，輸入為0的因素取“反”。第三十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日ABCY00000011010101101001101011011110練習(xí)：寫出右面真值表所具有的邏輯函數(shù)式Y(jié)=A·B·C+A·B·C+A·B·C+A·B·C第三十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.1二進(jìn)制數(shù)的相加例1，1.5二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算及其加法電路算術(shù)的基本運(yùn)算共有4種：加、減、乘和除。在微型計(jì)算機(jī)中常常只有加法電路，這是為了使硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而成本較低。不過，只要有了加法電路，也能完成算術(shù)的4種基本運(yùn)算?，F(xiàn)在的嵌入式微處理器中，可以包含十分復(fù)雜的算術(shù)處理部件。第三十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日通過以上例子，可以總結(jié)如下：(1)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，可以逐位相加。如二進(jìn)制數(shù)可以寫成：A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0則從最右邊第1位(即0權(quán)位)開始，逐位相加，其結(jié)果可以寫成：S=S3S2S1S0其中各位是分別求出的：S0=A0+B0→進(jìn)位C1S1=A1+B1+C1→進(jìn)位C2S2=A2+B2+C2→進(jìn)位C3S3=A3+B3+C3→進(jìn)位C4最后所得的和是： C4S3S2S1S0=A+B第三十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日(2)右邊第1位相加的電路稱為半加器(halfadder)。 輸入量為兩個(gè)，即A0及B0；輸出量為兩個(gè)，即S0及C1。(3)從右邊第2位開始，各位可以對(duì)應(yīng)相加，并有進(jìn)位參與運(yùn)算，稱為全加器(fulladder)。輸入量為3個(gè)，即Ai,Bi,Ci；輸出量為兩個(gè)，即Si,Ci+1。其中i=1,2,3，…，n。第三十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.2半加器電路 具有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)電位輸入（A0B0），有兩個(gè)輸出端，用以輸出總和S0和進(jìn)位C1，也就是前面所寫的：S0=A0+B0--〉C1即：A0+B0=C1S0第三十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.3全加器電路 全加器電路的要求是：有3個(gè)輸入端，以輸入Ai，Bi和Ci，有兩個(gè)輸出端，即Si及Ci+1。 其真值表如下圖所示：第三十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.4半加器與全加器的符號(hào)第三十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.5二進(jìn)制數(shù)的加法電路 學(xué)到這里就可以利用學(xué)過的半加器和全加器電路來組織加法電路了例：設(shè)A=1010=10(10)B=1011=11(10)

，求加法電路第三十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日A與B相加，寫成豎式算法如下：

A：1010

B：1011(+

S：10101

即其相加結(jié)果為S=10101。從加法電路，可看到同樣的結(jié)果：

S=C4S3S2S1S0

=10101第四十頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.6二進(jìn)制數(shù)的減法電路微型計(jì)算機(jī)中，沒有專用的減法器，而是將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，其原理為：將減數(shù)B變成補(bǔ)碼后，再與被減數(shù)相加，其和（如有進(jìn)位舍棄）就是兩數(shù)之差補(bǔ)碼部分，我們?cè)诒菊碌淖詈笱a(bǔ)充第四十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.5.7可控反相器及加法/減法電路利用補(bǔ)碼可將減法變?yōu)榧臃▉磉\(yùn)算，因此需要有這么一個(gè)電路，它能將原碼變成反碼，并使其最小位加1。下圖的可控反相器就是為了使原碼變?yōu)榉创a而設(shè)計(jì)的。這實(shí)際上是一個(gè)異或門(異門)，兩輸入端的異或門的特點(diǎn)是：兩者相同則輸出為0，兩者不同則輸出為1。SUBB0YY與B0的關(guān)系00101Y與B0相同Y與B0相同同相10110Y與B0相反Y與B0相反反相第四十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日利用這個(gè)特點(diǎn)，在前面講的4位二進(jìn)制數(shù)加法電路上增加4個(gè)可控反相器，并將最低位的半加器也改用全加器，就可以得到4位二進(jìn)制數(shù)加法器／減法器電路。第四十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日如果有下面兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)：A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0則可將這兩個(gè)數(shù)的各位分別送入該電路的對(duì)應(yīng)端，于是：當(dāng)SUB=0時(shí)，電路作加法運(yùn)算：A+B。當(dāng)SUB=1時(shí)，電路作減法運(yùn)算：A-B。圖1.9電路的原理如下：當(dāng)SUB=0時(shí)，各位的可控反相器的輸出與B的各位同相，所以圖1.9和圖1.7的原理完全一樣，各位均按位相加。結(jié)果S=S3S2S1S0，而其和為：C3S=C4S3S2S1S0。第四十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日當(dāng)SUB=1時(shí)，各位的反相器的輸出與B的各位反相。注意，最右邊第一位(即S0位)也是用全加器，其進(jìn)位輸入端與SUB端相連，因此其C0=SUB=1。所以此位相加即為：A0+B0+1其他各位為：A1+B1+C1A2+B2+C2A3+B3+C3因此其總和輸出S=S3S2S1S0，即：

S=A+B+1

=A3A2A1A0+B3B2B1B0+1

=A+B′

=A-B當(dāng)然，此時(shí)C4如不等于0，則要被舍去。第四十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日練習(xí)求出101011(2)+011110(2)的門電路圖，并求其相加的結(jié)果。已知X=0100BY=0011B請(qǐng)利用補(bǔ)碼計(jì)算X-Y,并畫出實(shí)現(xiàn)這一功能的二進(jìn)制補(bǔ)碼加法/減法電路。

第四十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.6計(jì)算機(jī)中的信息表示

主要內(nèi)容：機(jī)器碼與真值機(jī)器數(shù)的種類和表示方法計(jì)算機(jī)中常用的編碼第四十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.6.1機(jī)器碼與真值對(duì)于帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)，通常將數(shù)學(xué)上的“+”和“-”數(shù)字化，規(guī)定一個(gè)字節(jié)的第七位為符號(hào)位，D0~D6為數(shù)字位，在符號(hào)中“1”表示負(fù)數(shù)，“0”表示正數(shù)。如：N=01011011=+91DN=11011011=-91D機(jī)器數(shù)：數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼。機(jī)器數(shù)的真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。第四十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.6.2機(jī)器數(shù)的種類和編碼常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。1、原碼原碼：用最高位表示符號(hào)，其中：0----正、1----負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對(duì)值?！纠坑蟹?hào)數(shù)的原碼表示。X=45=00101101B[X]原=00101101BX=-45,[X]原=10101101B原碼表示簡(jiǎn)單易懂，但若是兩個(gè)異號(hào)數(shù)相加（或兩個(gè)同號(hào)數(shù)相減）,就要做減法。為了把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算就引進(jìn)了反碼和補(bǔ)碼。第四十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日0的表示形式（8位）[+0]原=00000000[-0]原=10000000特點(diǎn)A、原碼與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單。B、0的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。C、8位二進(jìn)制數(shù)，原碼可表示的范圍：+127D~-127D第五十頁，共八十一頁，2022年，8月28日2、反碼正數(shù)的反碼與原碼相同，符號(hào)位用0表示，數(shù)值位值不變。負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位用1表示,數(shù)值位由原碼數(shù)值位按位取反形成，即0變1、1變0。【例1.2】有符號(hào)數(shù)的反碼表示。X=45=00101101B,[X]反=00101101BX=-45,[X]反=11010010BA、0的表示有兩種形式（8位）[+0]反=00000000[-0]反=11111111B、8位二進(jìn)制數(shù)，反碼可表示的范圍：+127D~-127DC、若一個(gè)帶符號(hào)數(shù)用反碼表示時(shí)，最高位為符號(hào)位，若符號(hào)位為0，后面的7位是數(shù)值，若符號(hào)位為1，后面的7位并不是此負(fù)數(shù)的數(shù)值，必須取反后，得到7位的二進(jìn)制數(shù)值。如：一個(gè)數(shù)的反碼為10010100B（反）其實(shí)際表示值為-107D第五十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日3、補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼+1?！纠?.3】有符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼表示。X=45=00101101B[X]補(bǔ)=00101101BX=-45[X]補(bǔ)=11010011B【例1.4】求±127和±0的三種編碼表示。 [+127]原=01111111[+0]原=00000000 [-127]反=10000000[-0]反=11111111 [-127]補(bǔ)=10000001[-0]補(bǔ)=00000000注：A、[0]補(bǔ)=[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000B、8位二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)值范圍是：+127~-128C、知道補(bǔ)碼求原碼：[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[X]原第五十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日4、補(bǔ)碼的計(jì)算正數(shù)補(bǔ)碼等于它本身，只有負(fù)數(shù)才有求補(bǔ)碼的問題，補(bǔ)碼的計(jì)算可以有以下方法：根據(jù)定義求：

[X]補(bǔ)=2n+X=2n-|X|，X<0利用原碼求

[X]補(bǔ)=[X]反+1直接求補(bǔ)法 從最低位起，到出現(xiàn)第一個(gè)1以前原碼中的數(shù)字不變，以后逐位取反，但符號(hào)位不變。例：求補(bǔ)碼:X1=-1010111B，X2=-1110000B[X1]原=11010111B[X2]原=11110000B->[X1]補(bǔ)=10101001B[X2]補(bǔ)=10010000B第五十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日補(bǔ)碼的加法可以證明：兩個(gè)補(bǔ)碼形式的數(shù)（無論正負(fù)）相加，只要按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算，得到的結(jié)果就是其和的補(bǔ)碼。即有：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

例：用補(bǔ)碼進(jìn)行下列運(yùn)算1）、（+18）+（-15）2）、（-18）+（-11）

第五十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日解

1）、00010010B[+18]補(bǔ)

+11110001B[-15]補(bǔ)

100000011B[+3]補(bǔ)符號(hào)位的進(jìn)位，舍棄 2)、11101110B[-18]補(bǔ)+11110101B[-11]補(bǔ)

111100011B[-29]補(bǔ)符號(hào)位的進(jìn)位，舍棄第五十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日溢出判斷當(dāng)兩個(gè)帶符號(hào)位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果的絕對(duì)值超過運(yùn)算裝置的容量，數(shù)值部分便會(huì)發(fā)生溢出，占據(jù)符號(hào)位的位置，引起計(jì)算出錯(cuò)。補(bǔ)碼運(yùn)算過程也存在正常溢出，正常溢出是以2n（n為二進(jìn)制的位數(shù)）為模的溢出，它被自然丟失，不影響結(jié)果的正確性。溢出判別法---雙高位判別法 設(shè)Cs用于表征最高位（符號(hào)位）的進(jìn)位情況，Cs=1表示有進(jìn)位，Cs=0表示無進(jìn)位；Cp用于表示數(shù)值部分最高位的進(jìn)位情況，如有進(jìn)位，Cp=1，否則，Cp=0。設(shè)微型計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為n，則兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)的絕對(duì)值都應(yīng)當(dāng)小于2n-1，因而只有當(dāng)兩個(gè)數(shù)同為正或同為負(fù)，并且和的絕對(duì)值又大于2n-1時(shí)，才會(huì)發(fā)生溢出。第五十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日兩個(gè)正數(shù)相加，若數(shù)值部分之和大于2n-1，則數(shù)值部分必有進(jìn)位Cp=1，而符號(hào)位卻無進(jìn)位Cs=0，這種溢出稱為“正溢出”。例如：01011010B+90+）01101011B+10711000101B-59兩個(gè)負(fù)數(shù)相加，若數(shù)值部分絕對(duì)值之和大于2n-1，則數(shù)值部分補(bǔ)碼之和必小于2n-1，Cp=0，而符號(hào)位肯定有進(jìn)位Cs=1，這時(shí)稱為負(fù)溢出例如：10010010B[-110]補(bǔ)

+）10100100B[-92]補(bǔ)

100110110B+54求補(bǔ)Cs=0Cp=1正溢出，結(jié)果出錯(cuò)Cs=1Cp=0負(fù)溢出，結(jié)果出錯(cuò)第五十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日雙高位判別法可以總結(jié)如下： 當(dāng)Cs和Cp的狀態(tài)不同時(shí)，產(chǎn)生溢出；Cp和Cs的狀態(tài)相同時(shí)，不發(fā)生溢出。 通常用異或線路來判別有無溢出發(fā)生，即若CsCp=1，表示有溢出發(fā)生，否則便無溢出。第五十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日常用的編碼方式為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換（AmericanStandardCardforInformationInterchange，ASCII碼）。、標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)編碼，共有128個(gè)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器基本單位為8位，ASCII碼的最高位通常為0，通信時(shí)，最高位用作奇偶校驗(yàn)位。ASCII碼表中的前33個(gè)和最后1個(gè)編碼是不能顯示的控制字符，用于表示某種操作。ASCII碼表中20H后的94個(gè)編碼是可顯示和打印的字符，其中包括數(shù)碼0～9，英文字母，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。1.6.3計(jì)算機(jī)中常用的編碼1、ASCII碼

第五十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日0000100120103011410051016110711100000NULDLESP0@P、p00011SOHDC1!1AQaq00102STXDC2”2BRbr00113ETXDC3#3CScs01004EOTDC4$4DTdt01015ENQNAK%5EUeu01106ACKSYN&6FVfv01117BELETB’7GWgw10008BSCAN(8HXhx10019HTEM)9IYiy1010ALFSUB*:JZjz1011BVTESC+;K[k{1100CFFFS,<L\l|1101DCRGS-=M]m}1110ESORS.>N↑n~1111FSIUS/?O←oDEL高位b6b5b4低位b3b2b1b07位ASCII碼編碼表第六十頁，共八十一頁，2022年，8月28日2、BCD碼

雖然二進(jìn)制數(shù)實(shí)現(xiàn)容易,但不符合人們的使用習(xí)慣,且書寫閱讀不方便，所以在計(jì)算機(jī)輸入輸出時(shí)通常還是采用十進(jìn)制來表示數(shù)，這就需要實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。為了轉(zhuǎn)換方便,常采用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制,簡(jiǎn)稱為BCD碼。BCD碼是一種用4位二進(jìn)制數(shù)字來表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼，也成為二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)（BinaryCodeDecimal），簡(jiǎn)稱BCD碼。表1-2示出了十進(jìn)制數(shù)0-15的BCD碼。第六十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日表1.1十進(jìn)制數(shù)字的8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)字8421BCD碼十進(jìn)制數(shù)字8421BCD碼00000501011000160110200107011130011810004010091001第六十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日

BCD碼有兩種格式：（1）壓縮BCD碼格式（PackedBCDFormat）（也叫組合式BCD碼）

用4個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，就是用0000B-1001B來表示十進(jìn)制數(shù)0-8。 例如：十進(jìn)制數(shù)4256的壓縮BCD碼表示為：0100001001010110B(即4256H)（2）非壓縮BCD碼格式（UnpackedBCDFormat）（也叫分離式BCD碼）用8個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，其中，高四位無意義，我們一般用xxxx表示，低四位和壓縮BCD碼相同。

例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮BCD碼表示為：

xxxx0100xxxx0010xxxx0101xxxx0110B

有時(shí)，要求非壓縮BCD碼的高4位為0，這時(shí)，4256（10）的非壓縮BCD碼為04020506H。第六十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)中的數(shù)制、碼制。BCD碼和ASCII的概念。二進(jìn)制加減電路。

本章小結(jié)第六十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日第1章學(xué)習(xí)要求1.掌握數(shù)制及其轉(zhuǎn)換，補(bǔ)碼運(yùn)算、ASCII碼、BCD碼二、十轉(zhuǎn)換，二、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制運(yùn)算的加法/減法電路2.熟悉計(jì)算機(jī)數(shù)制中二進(jìn)制、十六進(jìn)制、十進(jìn)制的制式及轉(zhuǎn)換二進(jìn)制的原碼、反碼和補(bǔ)碼，及其在8位和16位字長(zhǎng)下的范圍3.了解ASCII碼及數(shù)字和大寫字母A~Z的ASCII碼表述第六十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日第1章主要外語詞匯

ASCIIBCD第六十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日本章習(xí)題課十進(jìn)制數(shù)30.375表示成十六進(jìn)制數(shù)為__,寫出計(jì)算過程8位二進(jìn)制補(bǔ)碼11011101所表示的十進(jìn)制符號(hào)數(shù)為____.無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)11111010轉(zhuǎn)換為BCD碼為____.使一個(gè)二進(jìn)制位置1的方法是該位和1相___.(填與、或、非)若x=-1，y=-127,則[x]補(bǔ)=_____,[x+y]補(bǔ)=____用補(bǔ)碼進(jìn)行計(jì)算：1）96-19用雙高位判別法判斷下列補(bǔ)碼運(yùn)算是否發(fā)生溢出1）45+452）(-27)+(-112)用學(xué)過的電路知識(shí)，做出1010(2)+0011(2)的門電路圖，并求出計(jì)算過程。課后作業(yè)：P171.21.81.10第六十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日習(xí)題課解答十進(jìn)制數(shù)30.375表示成十六進(jìn)制數(shù)為__,寫出計(jì)算過程解：首先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：整數(shù)部分：2300小數(shù)部分：0.375215122710.750231211.51所以：30(10)=11110(2)20.375(10)=0.011(2)11即：30.375(10)=11110.0110(2)

=1E.6(H)

第六十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日2.8位二進(jìn)制補(bǔ)碼11011101所表示的十進(jìn)制符號(hào)數(shù)為____.解：補(bǔ)碼的補(bǔ)碼等于原碼（11011101）補(bǔ)=（10100011）原=-43（10）3.無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)11111010轉(zhuǎn)換為BCD碼為____.

解：BCD碼實(shí)際上表示的是十進(jìn)制數(shù)，所以先要把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)（11111010）(2)=250(10