第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)

PrincipleofMicrocomputerandInterfaceTechnique

教材:微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)鄒逢興主編清華大學(xué)出版社河海大學(xué)電氣學(xué)院自動(dòng)化系講課教師:陳冬紅1《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程簡(jiǎn)介

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。本門課程就是要使同學(xué)們能從應(yīng)用的角度出發(fā)，了解微機(jī)的工作原理，建立微機(jī)工作的整體概念，從理論與實(shí)踐上掌握微型機(jī)的硬件及各部件的功能與組成原理，學(xué)會(huì)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行計(jì)算機(jī)底層軟件設(shè)計(jì)，以及掌握計(jì)算機(jī)與其它輔助設(shè)備的接口技術(shù)的基本能力，以便為培養(yǎng)學(xué)生具有微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的能力打下必要的基礎(chǔ)。2要求和目的:通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，較全面地掌握計(jì)算機(jī)的基本工作原理，學(xué)會(huì)分析簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基本方法，為開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)打好基礎(chǔ)，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)能力。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并在今后有關(guān)工程設(shè)計(jì)中加以靈活應(yīng)用3例：某火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的部分接口電路如圖所示。該系統(tǒng)具有溫度和煙霧濃度超限報(bào)警和自動(dòng)滅火功能。當(dāng)溫度或煙霧濃度超限時(shí)，進(jìn)行光報(bào)警；兩者同時(shí)超限時(shí)，進(jìn)行光、聲報(bào)警，并開(kāi)啟電磁閥，進(jìn)行噴淋滅火。按鍵A為手動(dòng)報(bào)警按鈕，按鍵B為解除報(bào)警按鈕。半導(dǎo)體溫度傳感器的溫度測(cè)量范圍為0℃~127℃，對(duì)應(yīng)輸出電壓為0V~5V。ADC0809輸入電壓范圍為0V~5V。開(kāi)關(guān)式集成煙霧傳感器報(bào)警時(shí)輸出高電平，正常工作時(shí)輸出低電平。8253的通道0、通道1、通道2均工作于方式3（方波發(fā)生器），按BCD碼計(jì)數(shù)。揚(yáng)聲器的報(bào)警聲音頻率為2kHz。8253、8255的方式控制字及8255的置位/復(fù)位控制字格式如圖所示。4GATE0A0CLK0A1OUT0RDCLK1WR8253

GATE1CSGATE2OUT1D7~D0CLK2OUT2IOWIORA1A0PA7~PA0D7~D0PB0

PB1CSPB2WRPC0RDA1PC4A0

8255PC1PC5PC6PC7D7~D0

IN0ADDAADDBADDCEOC

IN7OESTARTALE

ADC0809+5V煙霧傳感器驅(qū)動(dòng)電磁閥噴淋頭溫度傳感器D7~D08259CSA0驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)1MHzD7~D0D7~D0發(fā)光二極管40H~43H80H~83HD7~D020H~21HA0+5V+5V按鍵B解除警報(bào)按鍵A手動(dòng)報(bào)警IR7IR1IR058255的方式控制字格式如下：68255端口C按位置0/置1控制字作用：指定PC口的某一位（某一個(gè)引腳）輸出高平或低電平。注意：C口控制字雖然是對(duì)端口C操作，但應(yīng)寫(xiě)入到控制口地址，而不是寫(xiě)入到C數(shù)據(jù)口0D6D5D4D3D2D1D0特征位

不用（寫(xiě)0）位選擇000=C口0位001=C口1位…111=C口7位1=置位（高電平）0=復(fù)位（低電平）78253的方式控制字（A1A0＝11）計(jì)數(shù)器讀寫(xiě)格式工作方式BCDD7D6D5D4D3D2D1D000計(jì)數(shù)器001計(jì)數(shù)器110計(jì)數(shù)器211非法00計(jì)數(shù)器鎖存命令01只讀寫(xiě)低字節(jié)10只讀寫(xiě)高字節(jié)11先讀寫(xiě)低字節(jié)后讀寫(xiě)高字節(jié)000方式0001方式1X10方式2X11方式3100方式4101方式50二進(jìn)制1BCD碼示例8部分初始化、主程序及中斷服務(wù)子程序如下：

CODE SEGMENT ASSUMEDS:DATA,CS:CODE START:┊

；8259初始化

MOVAL,13H;初始化8259ICW1 OUT20H,AL MOVAL,

;送中斷類型碼基值

OUT21H,AL MOVAL,0DH OUT21H,AL ;8255初始化

MOVAL,

;置8255工作方式

OUT83H,AL MOVAL,00H;C口初始化

OUT82H,AL91H

08H9

;8253初始化

MOVAL,37H；置8253通道0方式控制字

OUT43H,AL MOVAL,00H；置8253通道0計(jì)數(shù)初值

OUT40H,AL MOVAL,10H OUT40H,AL MOVAL,

;置8253通道1方式控制字

OUT43H,AL MOVAL,00H；置8253通道1計(jì)數(shù)初值

OUT41H,AL MOVAL,10H OUT41H,AL MOVAL,0B7H;置8253通道2方式控制字

OUT43H,AL

77H或7FH

10

MOVAL,

;置8253通道2計(jì)數(shù)初值

OUT42H,AL MOVAL,

; OUT42H,AL ;中斷設(shè)置

MOVAH,25H ;設(shè)置中斷向量

MOVAL,08H；中斷類型號(hào)為入口參數(shù)

MOVBX，

;DS:DX指向4字節(jié)地址

MOVDS,BX MOVDX,

; INT21H MOVAH,25H MOVAL,

; MOVBX,SEGKEYAINT MOVDS,BX

00H

05H

SEGKEYBINT

OFFSETKEYBINT

09H

11

MOVDX,OFFSETKEYAINT INT21H STI ;數(shù)據(jù)采集

MOVAL,00H;選ADC0809模擬量輸入通道號(hào)

OUT81H,ALLOP: MOVAL,

;置PC4=1，鎖存模擬量通道選擇號(hào)

OUT83H,AL NOP MOVAL,08H;置PC4=0,啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

OUT83H,ALLOP1:INAL,82H;讀8255C口，查詢EOC TESTAL,01H JZLOP1 INAL,80H;讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

CMPAL,0A0H;判斷是否高于上限

09H12

JAABOVE INAL,82H;判斷煙霧傳感器是否報(bào)警

TESTAL,02H JNZBJ MOVAL,0EH OUT83H,AL JMPLOPABOVE:INAL,82H TESTAL,02H JZBJ MOVAL,0F0H；啟動(dòng)報(bào)警及滅火功能

OUT82H,AL JMPLOPBJ: MOVAL,0FH;光報(bào)警

OUT83H,AL JMPLOP 13

；中斷服務(wù)KEYAINTPROCFAR;按鍵A中斷服務(wù)子程序

PUSHAX MOVAL,0F0H OUT82H,AL MOVAL,20H;給8259發(fā)中斷結(jié)束命令

OUT20H,AL POPAX IRETKEYAINTENDP14

；中斷服務(wù)KEYBINTPROCFAR;按鍵B中斷服務(wù)子程序

PUSHAX MOVAL,

; OUT82H,AL MOVAL,20H OUT20H,AL POPAX IRETKEYBINTENDPCODE ENDS ENDSTART

0XH或1XH15請(qǐng)回答下列問(wèn)題：1、程序空白處填空。2、超限報(bào)警溫度是

℃。3、報(bào)警時(shí)，發(fā)光二極管顯示器的閃爍頻率是

Hz4、僅溫度超限時(shí)，報(bào)警燈閃爍報(bào)警，若此時(shí)報(bào)警條件解除，報(bào)警燈將（繼續(xù)、停止）

報(bào)警。5、火災(zāi)發(fā)生后，光、聲報(bào)警，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，若此時(shí)報(bào)警條件解除，揚(yáng)聲器將（繼續(xù)、停止）

報(bào)警。6、火災(zāi)發(fā)生后，光、聲報(bào)警，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，若報(bào)警條件未解除，按解除報(bào)警鍵B，滅火系統(tǒng)將（繼續(xù)、停止）

工作。7、報(bào)警條件不成立，此時(shí)按手動(dòng)報(bào)警鍵A,滅火系統(tǒng)將（一直、工作一下馬上停止）

工作。 801停止繼續(xù)繼續(xù)一直16

（1）抓住“四基本”——基本概念、基本分析方法、基本應(yīng)用、基本技能（2）抓住“五環(huán)節(jié)”——教學(xué)、習(xí)題和習(xí)題課、自學(xué)、答疑和實(shí)驗(yàn)五個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)方法:17學(xué)習(xí)成績(jī):小測(cè)驗(yàn)（15%）期末統(tǒng)考（70%）考勤、作業(yè)（15%）重點(diǎn)與難點(diǎn)：

硬件、軟件及應(yīng)用

硬件：讀圖、畫(huà)圖軟件：讀程、編程18體會(huì)：繁、雜、規(guī)定多、約定多參考書(shū)目：三級(jí)偏硬考試教程（東南大學(xué)出版社）三級(jí)考試試卷匯編（蘇州大學(xué)出版社）微機(jī)原理與接口技術(shù)（陳光軍主編北京大學(xué)出版社）微機(jī)原理與接口技術(shù)（周明德主編人民郵電出版社）19《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的主要內(nèi)容1、微機(jī)原理部分以8086/8088為基礎(chǔ)，逐步擴(kuò)展到80X86，使同學(xué)們能夠?qū)訉由钊?，逐步掌握各種處理器的體系結(jié)構(gòu)、組織原理、指令系統(tǒng)以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。2、在講解8086/8088微機(jī)模式的基礎(chǔ)上，對(duì)目前廣為流行的Pentium微處理器以及一些新技術(shù)也做一些介紹，如虛擬存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）、流水線技術(shù)、亂序執(zhí)行技術(shù)以及多媒體MMX技術(shù)等。203、在總線技術(shù)方面我們?cè)诮榻B傳統(tǒng)的PC/XT、PC/AT總線以及RS-232-C的基礎(chǔ)上，介紹并行總線ISA總線、EISA總線、MCA總線、VESA總線、PCI總線及AGP接口的發(fā)展歷程及其應(yīng)用。4、在指令系統(tǒng)中，主要介紹8086/8088基本指令。215、在匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方面作了精簡(jiǎn)，就其內(nèi)容來(lái)講，除了本章之外的其它一些內(nèi)容分散到其它章節(jié)講述，我們重在把程序設(shè)計(jì)融于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。6、在接口技術(shù)方面，我們主要圍繞個(gè)人計(jì)算機(jī)中常用的接口進(jìn)行講述，包括I/O接口技術(shù)、中斷技術(shù)、并行接口技術(shù)和串行通信接口技術(shù)等，并介紹常用的接口芯片，如8255A、8259A、8251、8254等。227、在模擬量輸入/輸出通道接口技術(shù)方面，主要介紹模擬量輸出通道接口技術(shù)（D/A）、模擬量輸入通道接口技術(shù)（A/D）、多路開(kāi)關(guān)及采樣/保持器和模擬量I/O通道的結(jié)構(gòu)形式。

8、在計(jì)算機(jī)外設(shè)接口方面，主要介紹常規(guī)的鍵盤、CRT工作原理，其他如鼠標(biāo)接口、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)及掃描儀等可以自學(xué)了解。23

1.1概述一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAanCalculator）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)1971年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片Intel4004，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代24第一代4位和低檔8位機(jī)Intel40048008第二代中高檔8位機(jī)Intel8080/8085Z80、MC6800第三代16位機(jī)Intel8086/808880286Z8000、MC68000第四代32位機(jī)Intel80386、80486MC68020（1971-1972）（1973-1977）（1978-1984）（1985-1992）（1993-2001）特點(diǎn)：1、速度越來(lái)越快。2、容量越來(lái)越大。3、功能越來(lái)越強(qiáng)。第五代超級(jí)32位機(jī)PentiumPROⅡⅢ（2002-）微處理器發(fā)展歷史第六代64位機(jī)AMDK8Athlon64/FXAMDK8Athlon64X2IntelPrescottIntelPentiumD指令執(zhí)行時(shí)間10~20μs指令執(zhí)行時(shí)間1~10μs指令執(zhí)行時(shí)間小于1μs指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)到ns級(jí)25幾幅圖片Intel4004Intel8008Intel8086Intel80286Intel80386Intel8048626PentiumPentiumMMXPentiumProPentiumⅡPentiumⅢPentiumⅣ27AMDK7AthlonAMDK7AthlonAMDK7AthlonXP28

計(jì)算機(jī)之父──馮·諾依曼

約翰·馮·諾依曼（John·VonNouma，1903－1957），美藉匈牙利人，1903年12月28日生于匈牙利的布達(dá)佩斯。馮·諾依曼從小聰穎過(guò)人，興趣廣泛，讀書(shū)過(guò)目不忘。1911年一1921年，馮·諾依曼在布達(dá)佩斯的盧瑟倫中學(xué)讀書(shū)期間，就嶄露頭角而深受老師的器重。在費(fèi)克特老師的個(gè)別指導(dǎo)下，兩人合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文，此時(shí)馮·諾依曼還不到18歲。

1921年至1923年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)。在1926年以優(yōu)異的成績(jī)獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，此時(shí)馮·諾依曼年僅22歲。1927年至1929年，馮.諾依曼相繼在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。1930年接受了普林斯頓大學(xué)客座教授的職位，1931年成為該校終身教授。29

1933年轉(zhuǎn)到該校的高級(jí)研究所，并在那里工作了一生。馮·諾依曼是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和慕尼黑高等技術(shù)學(xué)院等校的榮譽(yù)博士，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、秘魯國(guó)立自然科學(xué)院和意大利國(guó)立林且學(xué)院等院的院士。1954年他任美國(guó)原子能委員會(huì)委員；1951年至1953年任美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)主席。1954年夏，馮·諾依曼被發(fā)現(xiàn)患有癌癥，1957年2月8日，在華盛頓去世，終年54歲。馮·諾依曼于1937年獲美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的波策獎(jiǎng)；1947年獲美國(guó)總統(tǒng)的功勛獎(jiǎng)?wù)?、美?guó)海軍優(yōu)秀公民服務(wù)獎(jiǎng)；1956年獲美國(guó)總統(tǒng)的自由獎(jiǎng)?wù)潞蛺?ài)因斯坦紀(jì)念獎(jiǎng)以及費(fèi)米獎(jiǎng)。30

VonNeumanntypecomputer1945年6月美國(guó)數(shù)學(xué)家馮·諾依曼在一篇論文中第一次提出了計(jì)算機(jī)的三個(gè)主要思想：

計(jì)算機(jī)的基本組成采用二進(jìn)制進(jìn)行信息表示存儲(chǔ)程序原理從而形成了目前的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。JohnvonNeumann31馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)以運(yùn)算器為核心、以存儲(chǔ)程序原理為基礎(chǔ)運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器輸入設(shè)備存儲(chǔ)器指令驅(qū)動(dòng)指令流控制命令數(shù)據(jù)流32計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：

一是能夠存儲(chǔ)程序；二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)是利用“存儲(chǔ)器”（內(nèi)存）來(lái)存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。33二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器存儲(chǔ)器I/O接口總線

微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))外設(shè)ALU寄存器控制器鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機(jī)、掃描儀應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工具軟件、系統(tǒng)維護(hù)程序34微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線AB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線DB控制總線CBI/O接口AB:AddressBus，DB:DataBus，CB:ControlBus35

1、微處理器功能：控制中心、提供運(yùn)算、判斷能力構(gòu)成：算術(shù)邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）、控制器、寄存器組例：Intel8088/8086、PIII、P4、CeleronAMDK7（Athlon、Duron）CPU的位數(shù)：4位、8位、16位、32位、64位是指一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)362、存儲(chǔ)器功能：存放程序和數(shù)據(jù)（各類信息數(shù)據(jù)、文字、圖像、…）內(nèi)存：ROM、RAM、CACHE…

特點(diǎn)：隨機(jī)存取，速度快，容量小外存：硬盤、光盤等…

特點(diǎn)：順序存取/塊存取，速度慢，容量大37

3、輸入/輸出接口簡(jiǎn)寫(xiě)為I/O接口，是CPU與外部設(shè)備間交換信息的橋梁CPUI/O接口外設(shè)384、總線（BUS）連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線

地址總線AB：用來(lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。地址線的根數(shù)決定了CPU的尋址范圍。

CPU的尋址范圍

=2n，n—地址線根數(shù)

數(shù)據(jù)總線DB：在CPU與存儲(chǔ)器、I/O接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定CPU一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度。

控制總線CB：用來(lái)傳送各種控制信號(hào)39三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)機(jī)器指令微指令硬件邏輯電路從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)應(yīng)用程序BIOS硬件邏輯電路從程序員的觀點(diǎn)DOSDiskOperationSystemBasicInputOutputSystem從鍵盤輸入一個(gè)字符MOVAH，01INT21H從鍵盤輸入一個(gè)字符MOVAH，0INT16H40四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算天氣預(yù)報(bào)、石油勘探、。。。數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)、管理、銀行、。。。計(jì)算機(jī)控制（自動(dòng)控制）工業(yè)控制、遙控遙測(cè)、機(jī)器人、。。。人工智能思維、行為、推理、。。。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)-設(shè)計(jì)/制造/教學(xué)/…41五、

微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語(yǔ)和指標(biāo)1．位和字節(jié)位（bit）是計(jì)算機(jī)所能表示的最小基本數(shù)據(jù)單位字節(jié)（byte）由8個(gè)二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)算存儲(chǔ)容量的單位，記作B.1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024M；1TB=1024G。422．字長(zhǎng)字長(zhǎng)是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字長(zhǎng)有4位、8位、16位、32位和64位等。433.內(nèi)存容量即內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位。注意：內(nèi)存空間與內(nèi)存容量的區(qū)別

內(nèi)存容量：實(shí)際配置的內(nèi)存大小。例：某微機(jī)配置2條128MB的SDRAM內(nèi)存條，其內(nèi)存容量256MB

內(nèi)存空間：又稱為存儲(chǔ)空間、尋址范圍，是指微機(jī)的尋址能力，與CPU的地址總線寬度有關(guān)。SynchronousDynamicRandomAccessMemory,同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器444.主頻主頻也叫做時(shí)鐘頻率，用來(lái)表示微處理器的運(yùn)行速度，主頻越高表明微處理器運(yùn)行越快，主頻的單位是MHz。早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX2開(kāi)始，主頻=外部總線頻率倍頻系數(shù)外部總線頻率通常簡(jiǎn)稱為外頻，它的單位也是MHz，外頻越高說(shuō)明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越快。倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對(duì)比例系數(shù)。通過(guò)提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標(biāo)稱主頻更高的時(shí)鐘頻率上，這就是所謂的超頻。455.MIPS秒鐘能執(zhí)行多少M(fèi)IPS是MillionsofInstructionPerSecond的縮寫(xiě)，用來(lái)表示微處理器的性能，意思是每秒百萬(wàn)條指令6.微處理器的集成度指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。最早Intel4004的集成度為2250個(gè)晶體管，目前PentiumⅣ的集成度已經(jīng)達(dá)到二千萬(wàn)個(gè)晶體管以上，集成度提高了一萬(wàn)多倍。461.2

微型計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算基礎(chǔ)一、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法二進(jìn)制數(shù)的符號(hào)由最高位表示

“0”表示“+”

“1”表示“–”1、真值、機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)：數(shù)(含符號(hào))在機(jī)器中的編碼表示真值：機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值47例1：a=+2,

b=–2.用8位二進(jìn)制數(shù)表示。a=+2表示為：

0

0000010b=–2表示為：

1

0000010真值機(jī)器數(shù)482、有符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法原碼反碼補(bǔ)碼為什么要用“碼”來(lái)表示“數(shù)”？為了方便計(jì)算機(jī)的處理，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程49數(shù)的原碼表示Define:

求原碼的方法:

根據(jù)定義求原碼直接寫(xiě)出原碼[X]原=X 0≤x＜2n-12n-1

-X -2n-1＜x≤0其中：n為二進(jìn)制的位數(shù)原碼的表示范圍：–(2n–1–1)~(2n–1–1)50例3:已知：a=+2，b=–2，根據(jù)定義求a,b的原碼[a]原和[b]原。設(shè)n=8。

根據(jù)公式有：①

[a]原=a=(00000010)2②[b]原

=2n-1–b=28-1–(–2)=27+2

10000000+101000001051例4:已知：a=+2，b=–2，直接寫(xiě)出a,b的原碼[a]原和[b]原。設(shè)n=8。00000100②

[a]原00000101③

[b]原符號(hào)位數(shù)據(jù)部分當(dāng)n=8時(shí)，原碼的表示范圍:-127~+12752一個(gè)0有兩種表示方法！[+0]原=00000000[-0]原=1

0000000原碼表示方式存在的問(wèn)題對(duì)整數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算只有通過(guò)結(jié)果才能確定符號(hào)53原碼進(jìn)行加減法時(shí)存在的問(wèn)題例如，當(dāng)n=8時(shí)，用原碼計(jì)算：

－4+－3=－7

10000100+10000011？

10000100+100000111000001114+－3？

00000100+100000117－7產(chǎn)生溢出10000111能否單獨(dú)處理符號(hào)位？難??！不能！54數(shù)的反碼表示Define:[X]反=X 0≤x＜2n-12n

-|X|-1

-2n-1＜x≤0其中：n為二進(jìn)制的位數(shù)反碼的表示范圍：–(2n–1–1)~(2n–1–1)

求反碼的方法根據(jù)定義求反碼

求負(fù)數(shù)的原碼，除符號(hào)位外按位取反55例5:已知：a=+2，b=–2，根據(jù)定義求a和b的反碼[a]反和[b]反，設(shè)n=8。

根據(jù)公式有：①

[a]反=a=[a]原=(00000010)2②[b]反=2n–|b|–1=28–|–2|–1=28–3

100000000

-11

1111110156例6:已知：a=+2，b=–2，直接寫(xiě)出a和b的反碼[a]反和[b]反。設(shè)n=8。

①

[a]反

=[a]原=(00000010)200000101②先寫(xiě)出b的原碼表示11111011③除符號(hào)位外，數(shù)據(jù)位按位取反Signbite數(shù)據(jù)部分當(dāng)n=8時(shí)，反碼的表示范圍是:-127~+127[b]反[b]原57一個(gè)0有兩種表示方法！[+0]反=0

0000000[-0]反=1

1111111反碼表示方式存在的問(wèn)題對(duì)整數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算只有通過(guò)結(jié)果才能確定符號(hào)7+-3=43-7=-458反碼進(jìn)行加減法時(shí)存在的問(wèn)題例如，當(dāng)n=8時(shí)，用反碼計(jì)算：

－4+－3=－7

11111011+11111100？

11111011+111111001111101114+－3？

00000100+11111100-80產(chǎn)生溢出10000000059數(shù)的補(bǔ)碼表示Define:[X]補(bǔ)=X 0≤x＜2n-12n

-|X|

-2n-1≤x＜0其中：n為二進(jìn)制的位數(shù)補(bǔ)碼的表示范圍：–2n–1

~(2n–1–1)求補(bǔ)碼的方法根據(jù)定義求補(bǔ)碼寫(xiě)出對(duì)應(yīng)正數(shù)的原碼，按位取反+160例7:已知：a=+2，b=–2，根據(jù)定義求a和b的補(bǔ)碼[a]補(bǔ)和[b]補(bǔ)，設(shè)n=8。

根據(jù)公式有：①

[a]補(bǔ)=a=[a]原=(00000010)2②[b]補(bǔ)=2n–|b|=28–|–2|=28–2

100000000

-10

1111111061例8:已知：a=+2，b=–2，直接寫(xiě)出a和b的補(bǔ)碼[a]補(bǔ)和[b]補(bǔ)。設(shè)n=8。

①

[a]補(bǔ)

=[a]原=(00000010)200000101②先寫(xiě)出b的原碼表示11111101③除符號(hào)位外，數(shù)據(jù)位按位取反+1Signbite數(shù)據(jù)部分[b]補(bǔ)[b]原62更一般的求負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的方法：

①先寫(xiě)出負(fù)數(shù)對(duì)應(yīng)的正數(shù)的二進(jìn)制表示；

②連同符號(hào)位一起按位取反，然后再加上1。例9:已知：b=–2，寫(xiě)出補(bǔ)碼[b]補(bǔ)。設(shè)n=8。00000100①先寫(xiě)出+2的原碼表示11111101②所有的位按位取反+1當(dāng)n=8時(shí)，補(bǔ)碼的表示范圍是:-128~+127[-2]補(bǔ)[+2]原63為什么負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的編碼多一個(gè)？[-128]補(bǔ)=[–28-1]補(bǔ)=28–|–27| =28–27

=2

27–27 =27

=（10000000）2當(dāng)n=8時(shí)，–28-1(-128)的補(bǔ)碼是？這是-128的補(bǔ)碼還是-0的補(bǔ)碼？[–0]補(bǔ)=28–0 =(100000000)2

–0

=(00000000)2=+0補(bǔ)碼可以唯一表示064★可以唯一表示0，不存在+0和-0的問(wèn)題?！镉?jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用補(bǔ)碼運(yùn)算僅用加法器就可實(shí)現(xiàn)所有算術(shù)運(yùn)算；結(jié)果也為補(bǔ)碼形式?！锓?hào)位可以與數(shù)值部分一起參加運(yùn)算。補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)65補(bǔ)碼進(jìn)行加減法時(shí)就沒(méi)有前述的問(wèn)題例如，當(dāng)n=8時(shí)，用補(bǔ)碼計(jì)算：

－4+－3=－7

11111011+11111100？

11111100+111111011111110014+－3？

00000100+11111101-71100000001√√66計(jì)算機(jī)除了進(jìn)行數(shù)值計(jì)算外，還要處理各種非數(shù)值信息，歸納起來(lái)有字符、聲音、圖象等。本節(jié)討論怎樣用0、1這樣兩種狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)各種各樣的信息，統(tǒng)稱之為編碼。在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，眾多廠商采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，后來(lái)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局制訂了了一套標(biāo)準(zhǔn)化信息交換碼(AmericaStandardCodeforInformationInterchange)是現(xiàn)在廣泛使用的ASCII碼。ASCII碼由7位二進(jìn)制組成，對(duì)英文大小寫(xiě)字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、常用運(yùn)算符號(hào)以及一些控制字符進(jìn)行編碼。

4、無(wú)符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法67ASCII碼0000000000000100000100000011000010000001010000110000011100010000001001000101000010110001100000110100011100001111字符(空）?

?

?

●?

?

(嘟聲)■(記憶)(換行)(起始)(換頁(yè))(回車)?

?

ASCII碼0010000001000100100100010011001010000101010010110001011100110000011001001101000110110011100001110100111100011111字符?

?

!

!

?

§?

↑↓→←∟

◆▲

▼

ASCII碼0100000010000101000100100011010010001001010100110010011101010000101001010101001010110101100010110101011100101111字符空格

！

〞#

$

%&

ˊ

()*+’-.

/

ASCII碼0110000011000101100100110011011010001101010110110011011101110000111001011101001110110111100011110101111100111111字符0

1

23

4567

89:;<=>

?68ASCII碼1000000100000110000101000011100010010001011000110100011110010001001001100101010010111001100100110110011101001111字符@AB

C

DE

FGHIJKLMNOASCII碼1010000101000110100101010011101010010101011010110101011110110001011001101101010110111011100101110110111101011111字符P

Q

R

S

TUV

W

XYZ[\]^-ASCII碼1100000110000111000101100011110010011001011100110110011111010001101001110101011010111101100110110111011101101111字符`abc

def

ghijklmnoASCII碼1110000111000111100101110011111010011101011110110111011111110001111001111101011110111111100111110111111101111111字符pq

rs

tuvwxyz{|}~69ASCII碼用7位編碼，8位表示，最高位0。8位ASCII碼：高位為0時(shí)稱為基本ASCII碼，高位為1時(shí)為各國(guó)自己的語(yǔ)言文字代碼。

ASCII碼的編碼規(guī)律

0---0011000030H

9---0011100139H

A---0100000141H

Z---010110105AH

a---01100001?z---??61H7AH0111101070人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制，數(shù)字編碼是一種二種不同數(shù)制間方便的轉(zhuǎn)換方式。上節(jié)介紹的二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換追求數(shù)值上的相等，而數(shù)字編碼方法追求的是方便。BCD碼用4位二進(jìn)制表示一位十進(jìn)制，二進(jìn)制每位的權(quán)分別是8、4、2、1，取其前面十個(gè)數(shù)表示0～9。十進(jìn)制二進(jìn)制0000000010010001101000101011001111000123456789100171[a±b]補(bǔ)=[a]補(bǔ)+[±b]補(bǔ)[-b]補(bǔ)=[[b]補(bǔ)]補(bǔ)二、計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算1、補(bǔ)碼的加減法運(yùn)算規(guī)則注此處的2個(gè)“補(bǔ)”字意義不同:里圈的補(bǔ)為對(duì)b求補(bǔ)碼，為真正的補(bǔ)碼。外圈的補(bǔ)為對(duì)b的補(bǔ)碼進(jìn)行求補(bǔ)運(yùn)算——連符號(hào)位一起按位求反加1，不是對(duì)b的補(bǔ)碼求補(bǔ)碼72例11:已知a=+2，b=–3，設(shè)n=8，用補(bǔ)碼加法計(jì)算

a+b。

根據(jù)[a+b]補(bǔ)=[a]補(bǔ)+[b]補(bǔ)有：

[a+b]補(bǔ)

=[+2]補(bǔ)+[–3]補(bǔ)

11111111

00000010+11111101

結(jié)果的最高位為1，說(shuō)明結(jié)果是負(fù)數(shù)，對(duì)結(jié)果求真值，可得到最后結(jié)果[–3]補(bǔ)=11111101連同符號(hào)一起運(yùn)算=-173例12:已知a=+2，b=–3，設(shè)n=8，用補(bǔ)碼加法計(jì)算

a-b。根據(jù)[a-b]補(bǔ)=[a]補(bǔ)+[-b]補(bǔ)

=[+2]補(bǔ)+[–(–3)]補(bǔ)

0

0000101

00000010+00000011[–3]補(bǔ)=11111101[–(–3)]補(bǔ)=00000011=5結(jié)果為正。得到正數(shù)的補(bǔ)碼表示74例13:已知a=+2，b=–3，設(shè)n=8，用補(bǔ)碼加法計(jì)算

b-a。

1

1

1111011

11111101+11111110[–3]補(bǔ)

=11111101[–2]補(bǔ)=11111110=-5高位產(chǎn)生溢出舍去Signbite根據(jù)[a-b]補(bǔ)=[a]補(bǔ)+[-b]補(bǔ)=[-3]補(bǔ)+[–(+2)]補(bǔ)75例14:已知a=–1，b=3，設(shè)n=8，用補(bǔ)碼加法計(jì)算

a+b。根據(jù)[a+b]補(bǔ)=

[a]補(bǔ)+[b]補(bǔ)

=[–1]補(bǔ)+[3]補(bǔ)

1

0

0000010

11111111+00000011[–1]補(bǔ)=11111111[+3]補(bǔ)=

00000011=2高位產(chǎn)生溢出舍去Signbite76

1

0000000

01111111+0000000111

1111011

11111101+11111110符號(hào)位運(yùn)算進(jìn)位信息舍棄例15:已知a=127，b=1，設(shè)n=8，用補(bǔ)碼加法計(jì)算

a+b。數(shù)據(jù)發(fā)生溢出，改變了符號(hào)位超出8位二進(jìn)制的表示范圍，發(fā)生了數(shù)據(jù)溢出若a=-3，b=-2，則

a+b符號(hào)位發(fā)生溢出不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果錯(cuò)誤結(jié)果正確772、符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出與溢出判斷溢出:運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。方法１：（雙符號(hào)位法）同號(hào)相減或異號(hào)相加——不會(huì)溢出。同號(hào)相加或異號(hào)相減——可能溢出：一個(gè)符號(hào)位只能表示兩種情況，當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)，會(huì)使符號(hào)位的含義產(chǎn)生混亂，所以可以根據(jù)兩個(gè)符號(hào)位是否一致來(lái)判斷是否發(fā)生溢出。78

01

0000001

000111111+00100001063+66=129

10

1111111

111000001+110111110-63-66=-12900結(jié)果為正，無(wú)溢出01結(jié)果正溢出結(jié)果負(fù)溢出

結(jié)果為負(fù)，無(wú)溢出79方法２：（雙進(jìn)位法）兩個(gè)8位帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若

C7C6＝1，

則結(jié)果產(chǎn)生溢出。否則無(wú)溢出。

C7為最高位的進(jìn)(借)位；C６為次高位的進(jìn)(借)位。

01

0001111

01100010+0010110198+45=143C6=1，C7=0C7C6＝1，所以產(chǎn)生了溢出80三、計(jì)算機(jī)中無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算1、十進(jìn)制加法調(diào)整規(guī)則

規(guī)則：當(dāng)兩數(shù)相加結(jié)果大于9或往高位產(chǎn)生了進(jìn)位時(shí)，就加6調(diào)整結(jié)果。2、十進(jìn)制減法調(diào)整規(guī)則規(guī)則：當(dāng)兩數(shù)相減結(jié)果大于9或往高位產(chǎn)生了借位時(shí)，就減6調(diào)整結(jié)果。810001

00011