第1章數(shù)制與碼制

1、1微機(jī)原理及應(yīng)用授課人：李艷華攀枝花學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院2第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)v本章主要內(nèi)容：微型計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)中數(shù)及其編碼計(jì)算機(jī)中數(shù)的運(yùn)算方法31.1 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述v1.1.1 微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用v微處理器微處理器地位：對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，就好比心臟對(duì)人一樣重地位：對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，就好比心臟對(duì)人一樣重要。要。發(fā)展：低級(jí)到高級(jí)，簡(jiǎn)單向復(fù)雜發(fā)展：低級(jí)到高級(jí)，簡(jiǎn)單向復(fù)雜4v第一代（第一代（19711973）是）是4位和低檔位和低檔8位微機(jī)。主要產(chǎn)位微機(jī)。主要產(chǎn)品有品有4004及及8008微處理機(jī)，分別組成微處理機(jī)，分別組成MCS-4和和MCS-8的

2、微型計(jì)算機(jī)。的微型計(jì)算機(jī)。v第二代（第二代（19731978）是中高檔）是中高檔8位微機(jī)。以位微機(jī)。以8080和和8085等為等為CPU的微型機(jī)為典型代表。的微型機(jī)為典型代表。v第三代（第三代（19781981）是）是16位微機(jī)。如以位微機(jī)。如以8086、8088及及80286等為等為CPU的微型機(jī)。的微型機(jī)。v第四代（第四代（19811992）是）是32位微機(jī)。典型的位微機(jī)。典型的CPU產(chǎn)品產(chǎn)品有有80386、80486等。等。v第五代（第五代（1993年以后）是年以后）是64位微機(jī)。代表產(chǎn)品為位微機(jī)。代表產(chǎn)品為Pentium、 Pentium Pro、 Pentium MMX、 Penti

3、um II、 Pentium III、 Pentium 4等一系列等一系列CPU產(chǎn)品。產(chǎn)品。5早期早期4004MCS-41972年年8008MCS-819738080（第一個(gè)現(xiàn)代的第一個(gè)現(xiàn)代的8位微處理器位微處理器）改進(jìn)芯片改進(jìn)芯片8085（兼容（兼容8080）19788086（16位）位）19798088 （16位）位）198280286（16位位DB,24位位AB-CISC)198580386（32位位DB,32位位AB）198980486（一級(jí)（一級(jí)Cache、流水線技術(shù)、流水線技術(shù)、FPU）486DX2、486DX4（倍頻技術(shù)）（倍頻技術(shù)）1993Pentium（奔騰，（奔騰，64位位

4、DB、32位位AB、RISC、兩個(gè)一級(jí)、兩個(gè)一級(jí)Cache）1995Pentium Pro（高能奔騰，（高能奔騰，RISC、14級(jí)流水線、二級(jí)級(jí)流水線、二級(jí)Cache、36位位AB）1997Pentium MMX（多能奔騰，（多能奔騰，SIMD、多媒體指令、分支預(yù)測(cè)、返回堆棧）、多媒體指令、分支預(yù)測(cè)、返回堆棧）1997Pentium II（二級(jí)（二級(jí)Canche、MMX、動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)）、動(dòng)態(tài)執(zhí)行技術(shù)）1999 Pentium III（二級(jí)（二級(jí)Cache、動(dòng)態(tài)執(zhí)行、雙重獨(dú)立總線、動(dòng)態(tài)執(zhí)行、雙重獨(dú)立總線、MMX、SSE）2000 Pentium 4（SSE2、L2Cache、20級(jí)流水線、級(jí)流水

5、線、ADE）2005-Pentium D(兩個(gè)處理核心，兩個(gè)處理核心，3.6GHz)2006-Core 2(酷睿酷睿2)2008-Core i7(四核處理器四核處理器) 2009-Clarkdale(3.33-3.5GHz,雙核雙核4線程，首次集成圖形核心線程，首次集成圖形核心)6微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展v一方面，提高微處理器的性能一方面，提高微處理器的性能提高大規(guī)模集成電路的集成度和速度，采用流水提高大規(guī)模集成電路的集成度和速度，采用流水線技術(shù)，高速緩沖存儲(chǔ)器技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)器管理線技術(shù)，高速緩沖存儲(chǔ)器技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)器管理技術(shù)、并行處理技術(shù)以及精簡(jiǎn)指令集技術(shù)、并行處理技術(shù)以及精簡(jiǎn)指令集RISC等技等技

6、術(shù)術(shù)v一方面，提高整個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能一方面，提高整個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能采用多處理機(jī)并行處理技術(shù)，提高系統(tǒng)可靠性、采用多處理機(jī)并行處理技術(shù)，提高系統(tǒng)可靠性、充分利用資源及進(jìn)行分布處理等充分利用資源及進(jìn)行分布處理等7v微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：功能強(qiáng)、產(chǎn)量大、體積微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：功能強(qiáng)、產(chǎn)量大、體積小、價(jià)格便宜、性能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等小、價(jià)格便宜、性能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等v微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用：主要有科學(xué)與工程計(jì)算、微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用：主要有科學(xué)與工程計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和信息加工、實(shí)時(shí)控制、計(jì)算機(jī)輔數(shù)據(jù)處理和信息加工、實(shí)時(shí)控制、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、智能模擬等助設(shè)計(jì)、智能模擬等8概述概述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部

7、件功能微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和各部件功能v微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其組成v微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是指以微型計(jì)算機(jī)為主體，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電源、輔助電路和所需要的軟件而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。常用的外圍設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、鍵盤(pán)等；系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、編譯、編輯、匯編軟件等。v微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三者關(guān)系9微型計(jì)算機(jī)的典型結(jié)構(gòu)及工作原理10v以實(shí)際系統(tǒng)為基礎(chǔ)經(jīng)以實(shí)際系統(tǒng)為基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的過(guò)簡(jiǎn)化的8位微機(jī)的位微機(jī)的典型模型開(kāi)始典型模型開(kāi)始v1、微機(jī)硬件系統(tǒng)連、微機(jī)硬件系統(tǒng)連接接右圖所示為一種典型右圖所示為一種典型微機(jī)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。微機(jī)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器CPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器接口電路

8、接口電路 接口電路接口電路外圍設(shè)備外圍設(shè)備外圍設(shè)備外圍設(shè)備總線總線11v微機(jī)的核心部件微機(jī)的核心部件CPU是靠是靠三組總線三組總線(又稱板間又稱板間總線或內(nèi)總線總線或內(nèi)總線)將存儲(chǔ)器、將存儲(chǔ)器、I/O接口連接起來(lái)。接口連接起來(lái)?？偩€包括：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線?？偩€包括：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。CPU、存儲(chǔ)器和所有存儲(chǔ)器和所有I/O設(shè)備之間的信息交換都設(shè)備之間的信息交換都是通過(guò)總線進(jìn)行。是通過(guò)總線進(jìn)行。各部件均以同一形式掛在總線上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易各部件均以同一形式掛在總線上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充。目前絕大多數(shù)微機(jī)硬件均采用這種結(jié)構(gòu)。于擴(kuò)充。目前絕大多數(shù)微機(jī)硬件均采用這種結(jié)構(gòu)。12總線(

9、Bus)v1)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB(Data Bus):用于傳送數(shù)據(jù)信息，其用于傳送數(shù)據(jù)信息，其位數(shù)與處理器字長(zhǎng)相等位數(shù)與處理器字長(zhǎng)相等?！皵?shù)據(jù)數(shù)據(jù)”，在計(jì)算機(jī)中有較廣的涵義，可以是真正，在計(jì)算機(jī)中有較廣的涵義，可以是真正的數(shù)據(jù)，也可以是指令代碼、某些狀態(tài)信息等的數(shù)據(jù)，也可以是指令代碼、某些狀態(tài)信息等雙向傳送數(shù)據(jù)。雙向傳送數(shù)據(jù)。8位微機(jī)的位微機(jī)的8根數(shù)據(jù)線分別表示為根數(shù)據(jù)線分別表示為D7D0, ,D0為最低為最低位。位。13v2)地址總線AB(Address Bus):傳送地址信息，是微處理器用來(lái)尋址存儲(chǔ)器單元或I/O接口用的總線。總線寬度(位數(shù))將決定微處理器當(dāng)前可尋址的內(nèi)存儲(chǔ)器容量范圍。如

10、16條地址線可尋址216=65536個(gè)不同的地址，即：0000HFFFFH14v3)控制總線CB(Control Bus):傳送控制信息，有微處理器送往存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備的輸出控制信號(hào)，如讀、寫(xiě)、訪問(wèn)請(qǐng)求等，也有外設(shè)通過(guò)接口反饋給微處理器的輸入控制信號(hào)，如中斷信號(hào)、總線請(qǐng)求信號(hào)、等待信號(hào)等。8086數(shù)據(jù)總線是16位， 8088數(shù)據(jù)總線是8位，地址總線都是20位。152、存儲(chǔ)器組織v存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。程序是計(jì)算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象，它們都用二進(jìn)制代碼的形式表示，存放在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)體、地址寄存器、地址譯碼器、數(shù)據(jù)緩沖器以及控制電路組成，其結(jié)構(gòu)如下圖：16存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)A

11、BCBDB地址寄存器地址譯碼器數(shù)據(jù)緩沖器控制電路存儲(chǔ)單元.地址 內(nèi)容 7 0 位00H01H FEFFH FFFFH來(lái)自CPU的地址信號(hào)1616來(lái)自CPU的控制信號(hào)至CPU數(shù)據(jù)總線817v存儲(chǔ)體由很多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)數(shù)據(jù)或一條指令，每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)唯一的編址。v當(dāng)CPU要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作時(shí)，CPU通過(guò)16條地址總線將存儲(chǔ)單元的地址送入地址寄存器，再經(jīng)地址譯碼器譯碼后，尋找到指定的存儲(chǔ)單元。CPU再發(fā)來(lái)讀信號(hào)RD，將其中存放的8位數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)緩沖器，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線輸入到CPU中。18寫(xiě)操作時(shí)寫(xiě)操作時(shí)，CPU通過(guò)通過(guò)16條地址總線將存儲(chǔ)單元的條地址總線將存儲(chǔ)單元的地址送入

12、地址寄存器，再經(jīng)地址譯碼器譯碼后，地址送入地址寄存器，再經(jīng)地址譯碼器譯碼后，尋找到指定的存儲(chǔ)單元。尋找到指定的存儲(chǔ)單元。CPU還通過(guò)數(shù)據(jù)總線把還通過(guò)數(shù)據(jù)總線把要寫(xiě)入的要寫(xiě)入的8位數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖器，在寫(xiě)信號(hào)位數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖器，在寫(xiě)信號(hào)WR作用下，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到指定的存儲(chǔ)單元。作用下，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到指定的存儲(chǔ)單元。注意：寫(xiě)操作破壞了該單元原存內(nèi)容注意：寫(xiě)操作破壞了該單元原存內(nèi)容。193、微處理器組織v主要由寄存器組、運(yùn)算器、控制部件以及數(shù)據(jù)和地址緩沖器組成，各部件由片內(nèi)總線連接。v(1)寄存器組：包括通用寄存器B、C、D、E、H、L和程序計(jì)數(shù)器PC(專用寄存器)等。每個(gè)通用寄存器都由8位觸發(fā)器組成

13、，它們可以暫存參加運(yùn)算的操作數(shù)或中間結(jié)果，避免中間結(jié)果在CPU與存儲(chǔ)器之間來(lái)回傳送，以減少訪問(wèn)存儲(chǔ)器的次數(shù)，提高運(yùn)算速度。20v程序計(jì)數(shù)器PC(Program Counter)是一個(gè)16位寄存器，是專門(mén)設(shè)置來(lái)存放現(xiàn)行指令的16位地址。每當(dāng)存儲(chǔ)器按PC指定地址取出一條單字節(jié)(或多字節(jié)指令的第一字節(jié))指令后，PC就自動(dòng)加1，指向下一條指令(或多字節(jié)指令)的地址，如此就可實(shí)現(xiàn)按先后順序讀取和執(zhí)行指令了。21v(2)運(yùn)算器：由累加器A、暫存器TMP、算術(shù)邏輯單元ALU、標(biāo)志寄存器F等部件組成。累加器A(Accumulator)由8位觸發(fā)器組成。它有兩個(gè)作用：運(yùn)算前寄存第一個(gè)操作數(shù)，是ALU的一個(gè)輸入端

14、；運(yùn)算后存放ALU的運(yùn)算結(jié)果。暫存器TMP(Temporarty)是一個(gè)8位的內(nèi)部寄存器，用來(lái)暫存從內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的來(lái)自寄存器或存儲(chǔ)單元的另一操作數(shù)，是ALU的另一個(gè)輸入端。它不能由使用和程序控制。22算術(shù)邏輯單元ALU(Arithmetic Logic Unit):完成各種算術(shù)邏輯運(yùn)算。累加器A的內(nèi)容作為第一個(gè)操作數(shù)，暫存器TMP內(nèi)容作為第二個(gè)操作數(shù)，有時(shí)還包括標(biāo)志寄存器F的進(jìn)位C。操作結(jié)果S送回累加器A，同時(shí)把操作結(jié)果的一些特征送標(biāo)志寄存器。標(biāo)志寄存器F(Flag):指示CPU執(zhí)行當(dāng)前指令的結(jié)果特征和運(yùn)行狀態(tài)，如：運(yùn)算結(jié)果是否為零，運(yùn)算結(jié)果是否進(jìn)位等，可以用來(lái)作為控制程序轉(zhuǎn)移的條件。23v(

15、3)控制部件：包括指令(操作碼)寄存器IR、指令譯碼器ID、時(shí)序及控制電路。CPU根據(jù)PC指定的地址，把指令的操作碼從存儲(chǔ)器取出以數(shù)據(jù)總線DB送到指令寄存器IR中寄存，指令譯碼器ID對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼產(chǎn)生相應(yīng)操作的控制電位，再與定時(shí)信號(hào)組合形成相應(yīng)的控制信號(hào)，稱微操作，它按時(shí)間的先后順序控制適當(dāng)?shù)牟考?，完成適當(dāng)?shù)牟僮?，從而完成指令?guī)定的任務(wù)。24v(4)數(shù)據(jù)和地址緩沖器：是總線緩沖器，用來(lái)隔離微處理器的內(nèi)部總線和外部總線并增加總線驅(qū)動(dòng)能力。數(shù)據(jù)緩沖器DR是8位雙向三態(tài)緩沖器，地址總線緩沖器AR是16位單向三態(tài)緩沖器。v微機(jī)工作過(guò)程：計(jì)算3+5=？的過(guò)程。25微機(jī)工作過(guò)程261.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)

16、知識(shí)一、 任意進(jìn)制數(shù)的表示 任意P進(jìn)制數(shù)N可以表示成多項(xiàng)式的形式：1)(NMiiiPPKN 式中i表示數(shù)的某一位， 表示第i位的數(shù)字，P為基數(shù)， 為第i位的權(quán)，M、N為正整數(shù)。 =0,1P-1。iKiPiK271.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于n位整數(shù)m位小數(shù)的任意十進(jìn)制數(shù)N，有：11010NMiiiKNiK（ =0，1，9）=10)32.357(21012102103107105103=357.32如:281.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于n位整數(shù)m位小數(shù)的任意二進(jìn)制數(shù) ，有：122NMiiiKNiK（ =0或1）2N如:2)011.1101(321012321212021202121 =10)37

17、5.13(=291.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于n位整數(shù)m位小數(shù)的任意十六進(jìn)制數(shù)有：11616)(NMiiiKNiK（ =0，1，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)）如:16)4 .3( C1011641612163=10)25.60(=以上方法稱為位置計(jì)數(shù)法或位置加權(quán)法301.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)二、 各種進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換1. 十進(jìn)制 任意進(jìn)制數(shù)（設(shè)為P進(jìn)制）的轉(zhuǎn)換規(guī)則（1）整數(shù)部分：N 除以P取余數(shù) 16 18 余數(shù)為：D= 0K16 1 余數(shù)為：2= 1K16 3012K 0 余數(shù)為：1= 例1. 十進(jìn)制數(shù)301 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： 301=12DH311.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)2 301

18、2 150 余數(shù)為：1=0K2 75 余數(shù)為：0=1K2 37 余數(shù)為：1=2K2 18 余數(shù)為：1=3K2 9 余數(shù)為：0= 4K2 2 余數(shù)為：0= 6K2 4 余數(shù)為：1= 5K2 1 余數(shù)為：0= 7K8K0 余數(shù)為：1= 例2. 十進(jìn)制數(shù)301 二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： 301=100101101B低位高位321.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)（2）純小數(shù)部分：N乘以P取整數(shù) 例1. 十進(jìn)制小數(shù)0.6875 二進(jìn)制小數(shù) 轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： 0.6875=0.1011B例2. 十進(jìn)制小數(shù) 十六進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程如下： 0.6875=0.B H低位高位4K0.52 =1.0 =1 3K0.752 =1

19、.5 =1 2K0.375 2 =0.75 =01K0.68752 =1.375 =1 1K0.687516 =11.0 =B 331.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)2. 任意進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換規(guī)則按權(quán)展開(kāi)，即位置加權(quán)法1001001011010.101001111 B 1 2 5 A . A 7 8 H如：3. 二進(jìn)制 十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換規(guī)則341.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)三、 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算 二進(jìn)制計(jì)數(shù)制不僅物理實(shí)現(xiàn)容易，且運(yùn)算方法也比十進(jìn)制計(jì)數(shù)制大為簡(jiǎn)單，所以計(jì)算機(jī)中均采用二進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘、除。例：1 0 1 1 0 1 0 1 B+ 0 0 0 0 1 1 1

20、1 B 、1 1 0 0 0 1 0 0 B、1 0 1 1 0 1 0 1 B- 0 0 0 0 1 1 1 1 B1 0 1 0 0 1 1 0 B351.1 二進(jìn)制數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)四、 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算包括與、或、異或、非四種運(yùn)算。1 0 1 1 0 1 0 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 B1 0 1 1 1 1 1 1 B1 0 1 1 0 1 0 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 B1 0 1 1 1 0 1 0 B1 0 1 1 0 1 0 1 B例： 0 0 0 0 1 1 1 1 B0 0 0 0 0 1 0 1 BX= 1 0 1 1 0 1

21、0 1 B = 0 1 0 0 1 0 1 0 BX361.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù)及其編碼v1.2.1 機(jī)器數(shù)和真值一個(gè)數(shù)在機(jī)器(計(jì)算機(jī))中的表示形式稱為機(jī)器數(shù)，而把這個(gè)數(shù)用“+”“-”表示其正負(fù)，則稱其為真值如真值：N1=+1101001B=+105，N2=-1101001B=-105對(duì)應(yīng)機(jī)器數(shù)：N1:01101001,N2:11101001371.2.2 符號(hào)數(shù)、無(wú)符號(hào)數(shù)v用0表示正數(shù)、1表示負(fù)數(shù)的符號(hào)，這種表示稱為帶符號(hào)表示，其最高位為符號(hào)位v把全部有效位都用以表示數(shù)的大小，這種表示稱為無(wú)符號(hào)表示。v機(jī)器數(shù)11001011看作是符號(hào)數(shù)，其真值是-75；看作無(wú)符號(hào)數(shù)，其真值是203381.2.3

22、 原碼、反碼和補(bǔ)碼v一個(gè)數(shù)的數(shù)值和符號(hào)都用二進(jìn)制數(shù)碼表示時(shí)，一個(gè)數(shù)的數(shù)值和符號(hào)都用二進(jìn)制數(shù)碼表示時(shí)，如何處理符號(hào)位？如何處理符號(hào)位？v方法：把符號(hào)位和數(shù)值位一起進(jìn)行編碼。方法：把符號(hào)位和數(shù)值位一起進(jìn)行編碼。391、原碼v以最高位為以最高位為0表示正數(shù)，表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，后面各表示負(fù)數(shù)，后面各位為數(shù)值。位為數(shù)值。X1=+67=+1000011B X1原原=01000011BX2=-67=-1000011B X2原原=11000011B注：注：0的原碼有兩種表示形式：的原碼有兩種表示形式：+0原原=00000000B -0原原=10000000B v優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易懂，與真值轉(zhuǎn)換方便優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易懂

23、，與真值轉(zhuǎn)換方便v缺點(diǎn)：原碼表示的數(shù)不便于加減運(yùn)算缺點(diǎn)：原碼表示的數(shù)不便于加減運(yùn)算402、反碼v正數(shù)的反碼與它原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼與它正數(shù)的反碼與它原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼與它的原碼除符號(hào)位外各位取反。的原碼除符號(hào)位外各位取反。X1=+83=+1010011B X1反反=01010011BX2=-83=-1010011B X2反反=10101100B注：注：0的反碼有兩種表示形式：的反碼有兩種表示形式：+0反反=00000000B -0反反=11111111B 413、補(bǔ)碼v引入補(bǔ)碼的目的在于：將加、減法運(yùn)算化為單純的引入補(bǔ)碼的目的在于：將加、減法運(yùn)算化為單純的加法運(yùn)算加法運(yùn)算v正數(shù)的補(bǔ)碼與它原碼

24、相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反正數(shù)的補(bǔ)碼與它原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼加碼加1。X1=+67=+1000011B X1補(bǔ)補(bǔ)=X1原原=01000011BX2=-67=-1000011B X2補(bǔ)補(bǔ)=X2反反+1=10111101B注：注：0的補(bǔ)碼有一種表示形式：的補(bǔ)碼有一種表示形式：+0補(bǔ)補(bǔ)=-0補(bǔ)補(bǔ)=00000000B 42利用原碼求補(bǔ)碼 一個(gè)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于其原碼除符號(hào)位保持不變外，其余各位按位取反，再在最低位加1。補(bǔ)X如：x=-1010111B= 10101000B+1=10101001B原X=11010111B值的注意的是：0的補(bǔ)碼只有唯一的形式，符號(hào)位和數(shù)值位 均為0。無(wú)正負(fù)0之分。4

25、3（3）數(shù)的補(bǔ)碼表示轉(zhuǎn)換為原碼表示 一個(gè)用補(bǔ)碼表示的負(fù)數(shù)，如將 再求一次補(bǔ)，即將 除符號(hào)位外取反加1，就可得到 ，用下式表示：原X補(bǔ)X補(bǔ)X原X補(bǔ)X補(bǔ)=補(bǔ)X補(bǔ)補(bǔ)X如： = 10101001B= 11010111B=原X44原碼、反碼和補(bǔ)碼比較v1)對(duì)于無(wú)符號(hào)數(shù)，對(duì)于無(wú)符號(hào)數(shù)，8位二進(jìn)制數(shù)的范圍為位二進(jìn)制數(shù)的范圍為0255，n位位?。對(duì)帶符號(hào)數(shù)，原碼、反碼和補(bǔ)碼所能表示的對(duì)帶符號(hào)數(shù)，原碼、反碼和補(bǔ)碼所能表示的數(shù)值范圍是數(shù)值范圍是不完全相同不完全相同的。的。8位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)原碼原碼和反碼和反碼的表示范圍都為的表示范圍都為-127+127，補(bǔ)碼補(bǔ)碼數(shù)數(shù)的表示范圍為的表示范圍為-128+127。n

26、位二進(jìn)制數(shù)帶符位二進(jìn)制數(shù)帶符號(hào)數(shù)，其原碼和反碼的表示范圍號(hào)數(shù)，其原碼和反碼的表示范圍:-2n-1+1+2n-1-1；補(bǔ)碼的表示范圍為補(bǔ)碼的表示范圍為-2n-1+2n-1-145v2)原碼和反碼對(duì)于原碼和反碼對(duì)于0有兩種表示方法，補(bǔ)碼只有兩種表示方法，補(bǔ)碼只有一種表示方法，即在補(bǔ)碼中數(shù)有一種表示方法，即在補(bǔ)碼中數(shù)0的形式是的形式是唯一的。唯一的。v3)帶符號(hào)數(shù)帶符號(hào)數(shù)，其最高位表示符號(hào)位。，其最高位表示符號(hào)位。對(duì)于正對(duì)于正數(shù)數(shù)，三種編碼都是一樣的，即，三種編碼都是一樣的，即X原原= X反反= X補(bǔ)補(bǔ)；對(duì)于負(fù)數(shù)對(duì)于負(fù)數(shù)，三種編碼就不同了，原碼、，三種編碼就不同了，原碼、反碼和補(bǔ)碼的實(shí)質(zhì)是用來(lái)解決負(fù)

27、數(shù)在計(jì)算機(jī)反碼和補(bǔ)碼的實(shí)質(zhì)是用來(lái)解決負(fù)數(shù)在計(jì)算機(jī)中表示的三種中表示的三種不同編碼不同編碼的方法。的方法。461.2.4 數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示方法v對(duì)于任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，都可以表示為：對(duì)于任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，都可以表示為：v1、數(shù)的定點(diǎn)表示法、數(shù)的定點(diǎn)表示法1。純整數(shù)。純整數(shù)2。純小數(shù)。純小數(shù)SNJ 2符號(hào)位 尾數(shù)S. 符號(hào)位. 尾數(shù)S 472 數(shù)的浮點(diǎn)表示v浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示：浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示：v例：將例：將2.5表示成字長(zhǎng)為表示成字長(zhǎng)為8的浮點(diǎn)數(shù)，要求階的浮點(diǎn)數(shù)，要求階碼碼2位，尾數(shù)位，尾數(shù)4數(shù)，階符及數(shù)符各一位，階碼數(shù)，階符及數(shù)符各一位，階碼與尾數(shù)均用原碼表示。與尾數(shù)均用原碼表示。J

28、f J Sf S階符階碼數(shù)符尾數(shù)48v二進(jìn)制浮點(diǎn)表示為：二進(jìn)制浮點(diǎn)表示為：2.5=20100.101v注：注：階碼為整數(shù)，尾數(shù)為純小數(shù)。階碼為整數(shù)，尾數(shù)為純小數(shù)。尾數(shù)左移一位或小數(shù)點(diǎn)右移一位，階碼減尾數(shù)左移一位或小數(shù)點(diǎn)右移一位，階碼減1；尾數(shù)右移一位或小數(shù)點(diǎn)左移一們，階碼加尾數(shù)右移一位或小數(shù)點(diǎn)左移一們，階碼加1。v例：對(duì)于上面的例子進(jìn)行變化例：對(duì)于上面的例子進(jìn)行變化。0 1 0 0 1 0 1 0階符階碼(2位)數(shù)符尾數(shù)(4位)49v為便于軟件移植，按照 IEEE754 標(biāo)準(zhǔn)，32位浮點(diǎn)數(shù)和64位浮點(diǎn)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)格式為 v尾數(shù)最高有效位為尾數(shù)最高有效位為1，隱藏，并且隱藏在小數(shù)，隱藏，并且隱藏在小

29、數(shù)點(diǎn)的左邊（即：點(diǎn)的左邊（即：1M2）v32位單精度浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化表示位單精度浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化表示 (-1)s(1.) 2E-127e127（e127）v64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化表示位雙精度浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化表示 (-1)s (1.) 2E-1023e1023（e1023）指數(shù)真值指數(shù)真值e 用偏移碼形式表示為階碼用偏移碼形式表示為階碼規(guī)格化表示原則規(guī)格化表示原則IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)511.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）一、 8421BCD碼 前面講過(guò)，計(jì)算機(jī)只認(rèn)識(shí)0、1二進(jìn)制代碼，但人們最習(xí)慣的是十進(jìn)制。為了解決這一矛盾，提出了一個(gè)比較適合于十進(jìn)制系統(tǒng)的二進(jìn)制代碼的特殊形式BCD碼。 BCD

30、碼是用四位二進(jìn)制數(shù)表示1位0 9的十進(jìn)制數(shù)，而4位二進(jìn)制數(shù)碼有16種組合，原則上可任選10種作為代碼，但為便于記憶和比較直觀，最常用的是8421BCD碼，8、4、2、1分別是4位二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)值。 下面給出十進(jìn)制數(shù)和8421BCD編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系。521.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）1000801117011060101501004001130010200011000008421BCD碼十進(jìn)制數(shù)1001953 1.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）如：十進(jìn)制數(shù)和BCD碼相互轉(zhuǎn)換75.4 BCD碼75.4 =BCD)0100.01110101(BCD碼10000101.0101十進(jìn)制

31、數(shù)BCD)0101.10000101(=85.5 同一個(gè)8位二進(jìn)制代碼表示的數(shù)，當(dāng)認(rèn)為它表示的是二進(jìn)制數(shù)和認(rèn)為它表示的是二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，數(shù)值是不相同的。如：2)00011000(BCD)00011000(=24=18541.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）在計(jì)算機(jī)中，BCD碼有兩種基本格式a.組合式BCD碼b.分離式BCD碼a.組合式BCD碼 兩位十進(jìn)制存放在一個(gè)字節(jié)中。 如數(shù)24的存放格式： 0 0 1 0 0 1 0 001234567DDDDDDDD2 4551.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）b.分離式BCD碼 每位數(shù)存放在8位字節(jié)的低4位， 高4位的內(nèi)容與數(shù)值無(wú)關(guān)。

32、如 數(shù)24的存放格式： 01234567DDDDDDDD x x x x 0 0 1 042 x x x x 0 1 0 0二、 BCD碼的加減法運(yùn)算 下面我們以組合式BCD碼格式為例討論BCD碼的加減運(yùn)算。 由于BCD編碼是將每個(gè)十進(jìn)制數(shù)用一組4位二進(jìn)制數(shù)表示，若將這種BCD編碼直接交計(jì)算機(jī)運(yùn)算，計(jì)算機(jī)總是把它按二進(jìn)制數(shù)處理，所以結(jié)果可能出錯(cuò)。561.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）如：38+49=87BCD0 0 1 1 1 0 0 00 1 0 0 1 0 0 11 0 0 0 0 0 0 1BCD38498781顯然，結(jié)果出錯(cuò)。出錯(cuò)原因：十進(jìn)制相加應(yīng)逢十進(jìn)一，但計(jì)算機(jī)按二進(jìn)制運(yùn)算

33、，每四位一組，低四位向高四位進(jìn)位相當(dāng)十六進(jìn)制運(yùn)算，“逢十六進(jìn)一”。所以當(dāng)結(jié)果超過(guò)9時(shí)將比正確值少6。解決辦法：加六修正57 1.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）加六修正規(guī)則： （1）如果兩個(gè)BCD碼位相加沒(méi)有進(jìn)位，并且結(jié)果9，則該位不需修正。 （2）如果兩個(gè)BCD碼位相加有進(jìn)位，或者其結(jié)果10，該位進(jìn)行加六修正。 （3）低位修正結(jié)果使高位9時(shí)，高位進(jìn)行加六修正。例：94+7=10158 1.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）1 0 0 1 0 1 0 0 941 0 1 0 0 0 0 1 高4位滿足法則30 0 0 0 0 1 1 1 71 0 0 1 1 0 1 1 低4位滿足法

34、則2+0 0 0 0 0 1 1 0 加六修正+0 1 1 0 0 0 0 0 加六修正+10 0 0 0 0 0 0 1 101結(jié)果正確59 1.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）減六修正規(guī)則： （1）如果兩個(gè)BCD碼位相減沒(méi)有借位，則該位不需修正。 （2）如果兩個(gè)BCD碼位相減有借位，則該位進(jìn)行減六修正。例：5029=2160 1.3 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD編碼）0 1 0 1 0 0 0 0 500 0 1 0 0 0 0 1 21結(jié)果正確0 0 1 0 1 0 0 1 290 0 1 0 0 1 1 1 低碼位有借位0 0 0 0 0 1 1 0 減六修正611.4 ASCII字符代碼ASCII 美國(guó)國(guó)家信息標(biāo)準(zhǔn)交換