微機(jī)原理：第一章 計算機(jī)基本知識

課程特點(diǎn)與考察方式工程類課程重視應(yīng)用不要鉆牛角尖授課內(nèi)容有側(cè)重考查方式閉卷考試卷面成績60％，平時成績40％（實(shí)驗(yàn)，作業(yè)，課堂）綜設(shè)實(shí)驗(yàn)的重要性，對最終成績的影響第1章計算機(jī)基本知識1.1微型計算機(jī)組成1.2微型計算機(jī)中信息的表示及運(yùn)算1.3幾種數(shù)制之間的相互

計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大早期計算機(jī)主要應(yīng)用于科學(xué)計算中，有兩個特點(diǎn)：第一，沒有很強(qiáng)的實(shí)時性要求第二，輸入輸出計算機(jī)的數(shù)據(jù)，不需要專用的輸入設(shè)備和專用的輸出設(shè)備。一般用高級語言編程高級語言是面向用戶的，編程容易方便，易學(xué)易用。當(dāng)代計算機(jī)在信息處理和過程控制等領(lǐng)域的應(yīng)用對系統(tǒng)的實(shí)時性有很高的要求程序更精練，運(yùn)行起來更快（用機(jī)器語言或匯編語言編程）需要專門的輸入設(shè)備將有關(guān)信息輸入計算機(jī)，用專門的輸出設(shè)備輸出處理結(jié)果或?qū)Ρ豢貙ο髮?shí)施控制專用的輸入輸出設(shè)備與計算機(jī)的連接和編程控制（稱為接口）為此，必須對計算機(jī)的工作原理有更深入的了解，對計算機(jī)的邏輯組成、工作原理、與外界的接口技術(shù)以及直接依賴于計算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)的機(jī)器語言、匯編語言編程方法等需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。1.1微型計算機(jī)組成

計算機(jī)的發(fā)展，和電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)密切相關(guān)的。自1946年世界上第一臺電子計算機(jī)問世以來，計算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了四代：電子管計算機(jī)、晶體管計算機(jī)、集成電路計算機(jī)和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機(jī)。目前，各國正加緊研制和開發(fā)第五代“非馮·諾依曼”計算機(jī)和第六代“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”計算機(jī)、“量子”計算機(jī)。世界上第一臺計算機(jī)有五個基本部件：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲器、控制器、奠定了當(dāng)代電子數(shù)字計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

1.1微型計算機(jī)組成

微型計算機(jī)屬于第四代計算機(jī)。體積小、功耗低、可靠性高，大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展也為微型計算機(jī)的產(chǎn)生打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。微型計算機(jī)

(MicroComputer)是由微處理器(CPU)、存儲器和I/O接口電路組成的計算機(jī)。

微處理器(MicroProcessor)是微型計算機(jī)的核心芯片，它是將計算機(jī)中的運(yùn)算器和控制器集成在一片硅片上制成的集成電路。也被稱為中央處理單元，簡稱為CPU(CentralProcessingUnit)。微處理器發(fā)展極快，幾乎每兩年微處理器的集成度翻一番，每24年更新?lián)Q代一次。

第一代——4位或低檔8位微處理器指令系統(tǒng)簡單，運(yùn)算能力差，速度慢（平均指令執(zhí)行時間為1020s）。軟件主要使用機(jī)器語言及簡單的匯編語言編寫。

第二代——中高檔8位微處理器8位微處理器，具有16位地址總線。指令的平均執(zhí)行時間為12s。指令系統(tǒng)相對比較完善，已具有典型的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能。已經(jīng)配有單用戶操作系統(tǒng)，可使用匯編語言及BASIC、FORTRAN等高級語言編寫程序。

第三代——16位微處理器16位微處理器，具有20位地址總線。有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘除法器等。準(zhǔn)16位的8088CPU，其指令系統(tǒng)與8086完全兼容，CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍為16位，但外部數(shù)據(jù)總線是8位的。16位微處理器芯片80286。它具有24位地址總線，并具有多任務(wù)系統(tǒng)所必須的任務(wù)切換功能、存儲器管理功能以及各種保護(hù)功能。第四代——32位高檔微處理器Intel公司的32位微處理器芯片80386，其地址總線也為32位。80386SX內(nèi)部結(jié)構(gòu)位32位，外部數(shù)據(jù)總線為16位，采用80287作為協(xié)處理器。80386DX內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部數(shù)據(jù)總線皆為32位，采用80387作為協(xié)處理器。

第四代——32位高檔微處理器Intel公司的32位微處理器芯片80486，其地址總線仍然為32位。它相當(dāng)于把80386、80387及8KB高速緩沖存儲器(Cache)集成在一塊芯片上，性能比80386有較大提高。AMD、Cyrix等80486的兼容CPUIntel公司推出的Pentium(奔騰，Intel586)也屬于32位CPU。Pentium微處理器數(shù)據(jù)總線為64位，地址總線為36位，有兩條超標(biāo)量流水線，兩個并行執(zhí)行單元及雙高速緩沖存儲器，工作頻率有50MHz、66MHz、133MHz、和166MHz等。

第五代——64位高檔微處理器Intel公司在2005年推出第一款64位CPU，Pentium46XX，高端產(chǎn)品P4EE，隨后又發(fā)布了64位的CeleronDCPU系列芯片。雙核CPU，多核CPU。微型機(jī)系統(tǒng)硬件軟件微型計算機(jī)外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件CPU內(nèi)存輸入/輸出接口電路電源和輔助電路1.1微型計算機(jī)組成硬件

微型機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備過程控制I/O通道A/D,D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量等外部設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備顯示器、打印機(jī)等輸出設(shè)備軟驅(qū)、硬盤及磁帶等外存儲器主機(jī)輸入輸出(I/O)接口電路微處理器(CPU)運(yùn)算器(算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU)控制器(控制單元CU)寄存器陣列(RA)內(nèi)存儲器RAM,ROM,EPROMEEPROM,Cash等系統(tǒng)軟件軟件用戶（應(yīng)用）軟件微型計算機(jī)系統(tǒng)的組成

基于總線的微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)目前，計算機(jī)仍沿用1940年由馮.諾依曼首先提出的體系結(jié)構(gòu)。其基本設(shè)計思想為：①以二進(jìn)制形式表示指令和數(shù)據(jù)。②程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲器中，計算機(jī)在工作時能夠高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。③由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件組成計算機(jī)硬件系統(tǒng)?？偩€，各功能部件間傳送信息的公共通道。帶狀的扁平電纜線或印刷電路板上的金屬連線。根據(jù)所傳送信息的內(nèi)容與作用，可分三類：地址總線AB(AddressBus)：在對存儲器或I/O端口進(jìn)行訪問時，傳送由CPU提供的地址信息，以選中要訪問的存儲單元或I/O端口，單向總線。

數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)：從存儲器取指令或讀寫操作數(shù)，對I/O端口進(jìn)行讀寫操作時，指令碼或數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)總線與CPU傳送，雙向總線。

控制總線CB(ControlBus)：各種控制或狀態(tài)信息通過控制總線在CPU和有關(guān)部件之間傳送。CB中每根線的傳送方向是一定的，CB作為一個整體，用雙向表示。

存儲器指內(nèi)存儲器（又稱為主存或內(nèi)存）。它是微型計算機(jī)的存儲和記憶裝置，用來存放指令、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果。在計算機(jī)內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制形式表示，8位二進(jìn)制代碼作為一個字節(jié)。為了便于對存儲器進(jìn)行訪問，存儲器通常被劃分為許多單元，每個存儲單元存放一個字節(jié)的二進(jìn)制信息，每個存儲單元分別賦予一個編號，稱為地址。

計算機(jī)在執(zhí)行程序時，CPU會自動而連續(xù)地從內(nèi)存儲器中取出要執(zhí)行的指令，并執(zhí)行指令規(guī)定的操作。計算機(jī)每完成一條指令，至少有一次為取指令而讀內(nèi)存的操作。內(nèi)存儲器是計算機(jī)主機(jī)的一部分，具有一定容量且速度較高，CPU可直接用指令對內(nèi)存儲器進(jìn)行讀寫。在微型計算機(jī)中，通常用半導(dǎo)體存儲器作為內(nèi)存儲器。E7H34HA5HF2H68H……4001H4002H4003H4004H4005H……地址指令或數(shù)據(jù)內(nèi)容

01101000內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容

關(guān)于存儲器的

幾個基本概念位(Bit)：二進(jìn)制信息的最小單位（0或1）字節(jié)(Byte)：由8位二進(jìn)制數(shù)組成，可以存放在一個存儲單元中。是字的基本組成單位。字（Word）：計算機(jī)中作為一個整體來處理和運(yùn)算的一組二進(jìn)制數(shù)，是字節(jié)的整數(shù)倍。通常它與計算機(jī)內(nèi)部的寄存器、算術(shù)邏輯單元、數(shù)據(jù)總線寬度相一致。字長：每個字的位數(shù)稱為計算機(jī)的，是計算機(jī)的重要性能指標(biāo)。內(nèi)存容量：內(nèi)存中存儲單元的總數(shù)。通常以字節(jié)為單位，1024（210）字節(jié)記作1KB，220字節(jié)記作1MB,230字節(jié)記作1GB。內(nèi)存單元地址：為了能識別不同的單元，每個單元都賦予一個編號，稱之為內(nèi)存單元地址。各內(nèi)存單元的地址與單元中存放的內(nèi)容是兩個完全不同的概念，不可混淆。

內(nèi)存的操作

CPU對內(nèi)存的操作有兩種：讀或?qū)?。讀操作是CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入CPU內(nèi)部，而寫操作是CPU將其內(nèi)部信息送到內(nèi)存單元保存起來。寫操作的結(jié)果改變了被寫內(nèi)存單元的內(nèi)容，是破壞性的，而讀操作是非破壞性的，即該內(nèi)存單元的內(nèi)容在信息被讀出之后仍保持原信息不變。來自CPU的讀信號90H地址譯碼器10101101B00011010B10111010B00100010B內(nèi)容地址00H01HFFHAB10010000B10111010BDB(a)內(nèi)存讀操作過程示意圖10101101B00011010B10111010B00100010B內(nèi)容90H來自CPU的寫信號地址譯碼器地址00H01HFFHAB10010000B00000000BDB(b)內(nèi)存寫操作過程示意圖內(nèi)存的分類按工作方式，內(nèi)存可分為兩大類：隨機(jī)讀寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)。隨機(jī)讀寫存儲器可被CPU隨機(jī)地讀寫，它用于存放將要被CPU執(zhí)行的用戶程序、數(shù)據(jù)以及部分系統(tǒng)程序。斷電后，其中存放的所有信息將丟失。只讀存儲器中的信息只能被CPU讀取，而不能由CPU任意地寫入。斷電后，其中的信息不會丟失。它用于存放永久性的程序和數(shù)據(jù)。如系統(tǒng)引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序、操作系統(tǒng)中的基本輸入/輸出管理程序（BIOS）等。I/O接口與輸入輸出設(shè)備

I/O接口是微型計算機(jī)與輸入輸出設(shè)備之間信息交換的橋梁。程序、數(shù)據(jù)及現(xiàn)場信息要通過輸入設(shè)備輸入給計算機(jī)。計算機(jī)的處理結(jié)果要通過輸出設(shè)備輸出，以便用戶使用。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、掃描儀、A/D轉(zhuǎn)換器等。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、D/A轉(zhuǎn)換器等。

外設(shè)的種類多，速度低，處理的信息多樣，與微機(jī)工作的邏輯時序也可能不一致。為此，而需要設(shè)計一個I/O接口作為微型機(jī)與外設(shè)之間的橋梁。I/O接口也稱為I/O適配器，不同的外設(shè)必須通過不同的I/O適配卡（板）才能與微機(jī)相連。所以，I/O接口是微型計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要組成部件。一個微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制和開發(fā)，實(shí)際上是I/O接口的研制和開發(fā)。因此，I/O接口技術(shù)是本課程要重點(diǎn)討論的內(nèi)容之一.

微型計算機(jī)軟件系統(tǒng)

軟件：為了管理、維護(hù)計算機(jī)以及為完成用戶的某種特定任務(wù)而編寫的各種程序的總和。計算機(jī)的工作就是運(yùn)行程序，通過逐條地從存儲器（內(nèi)存）中取出程序中的指令并執(zhí)行指令規(guī)定的操作而實(shí)現(xiàn)某種特定的功能。

微型計算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和用戶（應(yīng)用）軟件。

系統(tǒng)軟件：指不需要用戶干預(yù)的，為其它程序的開發(fā)、調(diào)試以及運(yùn)行等建立一個良好環(huán)境的程序。主要包括操作系統(tǒng)OS(OperatingSystem)和系統(tǒng)應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)用于提供人機(jī)接口和管理、調(diào)度計算機(jī)的所有硬件與軟件資源。

操作系統(tǒng)還包括用于執(zhí)行I/O操作的I/O驅(qū)動程序，操作系統(tǒng)還包括用于管理存放在外存中大量數(shù)據(jù)的文件管理程序，系統(tǒng)應(yīng)用程序很多，如各種高級語言的編譯程序、匯編程序、診斷和調(diào)試程序，文字處理程序，服務(wù)性工具程序，數(shù)據(jù)庫管理程序等。用戶軟件就是用戶為解決各種實(shí)際問題而編寫的各種程序。常用的編程語言：機(jī)器語言程序，計算機(jī)能夠理解和直接執(zhí)行，其指令用二進(jìn)制代碼表示和存儲的。匯編語言程序，是用助記符語言表示的程序，需要經(jīng)過“匯編程序”轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言程序后才能執(zhí)行。二者指令一一對應(yīng)，都是面向機(jī)器。高級語言是不依賴于具體機(jī)型只面向過程的程序設(shè)計語言，由它所編寫的高級語言程序，需經(jīng)過編譯程序或解釋程序的編譯或解釋生成機(jī)器語言程序后才能執(zhí)行。因此，不論程序是用什么語言編寫，都必須首先將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能直接識別和執(zhí)行的機(jī)器語言程序，然后才能由CPU逐條讀取并執(zhí)行。

微型計算機(jī)的工作過程

匯編語言編程匯編裝入機(jī)器語言程序

內(nèi)存單元地址機(jī)器語言程序

匯編語言程序

指令功能說明0000H0001H1011000100000110MOVA,06H雙字節(jié)指令。將數(shù)字6送累加器A0002H0003H0000100000000101ADDA,05H雙字節(jié)指令。將數(shù)字5與累加器A中的內(nèi)容相加，結(jié)果存放在累加器A中。0004H11111110HLT停機(jī)指令

某模型機(jī)上完成“6+5”操作所需的機(jī)器語言程序和匯編語言程序假設(shè)該機(jī)器語言程序從內(nèi)存中地址為0000H單元開始存放。

微機(jī)的工作過程就是不斷地從內(nèi)存中取出指令并執(zhí)行指令的過程。取指階段，按PC(ProgramCounter)，取指到IR，執(zhí)行指令階段，操作碼字段譯碼，并發(fā)出執(zhí)行該指令所需要的各種微操作控制信號，CPU執(zhí)行指令所規(guī)定的具體操作。一條指令執(zhí)行完畢后，轉(zhuǎn)入下一條指令的取指階段。這樣周而復(fù)始地循環(huán)，直到遇到暫停指令時結(jié)束。

對于所有的機(jī)器指令，取指階段都是由一系列相同的操作組成的，所用的時間都是相同的。而執(zhí)行指令階段由不同的事件順序組成，它取決于被執(zhí)行指令的類型。指令通常由操作碼(OperationCode)和操作數(shù)(Operand)兩部分組成。操作碼表示該指令完成的操作，而操作數(shù)表示參加操作的數(shù)本身或操作數(shù)所在的地址。指令根據(jù)其所含內(nèi)容的不同而有單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令以及多字節(jié)指令等。

取第一條指令的操作過程示意圖CPU的發(fā)展更大的緩存、更高的頻率、超級流水線、分支預(yù)測、亂序執(zhí)行超線程技術(shù)多核技術(shù)低功耗單片機(jī)簡介單片機(jī)即單片機(jī)微型計算機(jī)，是將計算機(jī)主機(jī)(CPU、內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。單片機(jī)為工業(yè)測控而設(shè)計，又稱微控制器。具有三高優(yōu)勢(集成度高、可靠性高、性價比高)。主要應(yīng)用于工業(yè)檢測與控制、計算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。幾個重要的數(shù)字邏輯電路編碼器譯碼器計數(shù)器微機(jī)自動工作的條件程序指令順序存放自動跟蹤指令執(zhí)行1、地址譯碼器2、指令譯碼器小結(jié)指令的執(zhí)行過程

（1）取指令程序計數(shù)器PC中的內(nèi)容通過地址總線輸出讀內(nèi)存指令到CPU指令寄存器中將PC的內(nèi)容遞增，為取下一條指令做好準(zhǔn)備（2）指令譯碼（3）執(zhí)行指令微機(jī)基本結(jié)構(gòu)微機(jī)結(jié)構(gòu)組成連接方式CPU結(jié)構(gòu)管腳特點(diǎn)1、多功能；2、分時復(fù)用內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、控制;2、運(yùn)算;3、寄存器;4、地址程序計數(shù)器堆棧定義1、定義；2、管理；3、堆棧形式1.2.1二進(jìn)制數(shù)的表示和運(yùn)算1.2.2BCD碼的表示及運(yùn)算1.2.3

十六進(jìn)制數(shù)的表示和運(yùn)算1.2.4

帶符號數(shù)的表示及運(yùn)算1.2.5字符的編碼表示1.2微型計算機(jī)中信息的表示及運(yùn)算1.2.1二進(jìn)制數(shù)的表示和運(yùn)算

十進(jìn)制數(shù)表示的特點(diǎn)是：①逢十進(jìn)一；②使用10個數(shù)字符號（09）的不同組合來表示；③以后綴D或d表示十進(jìn)制數(shù)（Decimal），但該后綴可以省略任何一個十進(jìn)制數(shù)可表示為：m位小數(shù)，n位整數(shù)，Di為第i位上的數(shù)符（09）。1.

二進(jìn)制數(shù)表示的特點(diǎn)是：①逢二進(jìn)一；②使用2個數(shù)字符號（0,1）的不同組合來表示；③以后綴B或b表示二進(jìn)制數(shù)（Binary）。任何一個二進(jìn)制數(shù)可表示為：m位小數(shù)，n位整數(shù)，Bi為第i位上的數(shù)符（0或1）。例：11010010B=

2.二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

(1)

算術(shù)運(yùn)算加:0+0=00+1=11+0=11+1=0（進(jìn)1）

減: 0-0=01-1=01-0=10-1=1（借位）

乘:00=001=010=011=1除:二進(jìn)制除法是乘法的逆運(yùn)算。例A=11110000B,B=00110101B，求解

（2）

邏輯運(yùn)算

邏輯“與“運(yùn)算（AND）.00=001=010=011=1

邏輯“或”運(yùn)算（OR）00=001=110=111=1

邏輯“非”運(yùn)算（NOT）

邏輯“異或”運(yùn)算（XOR）

例A=11110101B,B=00110000B，求解1.2.2BCD碼的表示及運(yùn)算（1）BCD碼的表示二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)的每一位（0~9）分別用4位二進(jìn)制碼表示，也稱二-十進(jìn)制(Binary-CodedDecimal)。最常用的是8421BCD碼，從00001111這16種編碼中選擇前10個即00001001分別代表十進(jìn)制數(shù)碼09，這種編碼從高位到低位每位的權(quán)值分別是8、4、2、1。BCD碼有兩種形式，即壓縮型BCD碼和非壓縮型BCD碼。

1)壓縮型BCD碼

壓縮型BCD碼用一個字節(jié)表示兩位十進(jìn)制數(shù)。例如，10000110B表示十進(jìn)制數(shù)86。

2)非壓縮型BCD碼

非壓縮型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位用00001001表示09。例如，0000100000000110B表示十進(jìn)制數(shù)86。表8421BCD碼部分編碼表十進(jìn)制數(shù)壓縮型BCD碼非壓縮型BCD碼12391011192021000000010000001000000011000010010001000000010001000110010010000000100001000000010000001000000011

0000100100000001000000000000000100000001

000000010000100100000010000000000000001000000001例

十進(jìn)制數(shù)與BCD數(shù)相互轉(zhuǎn)換。①將十進(jìn)制數(shù)69表示為壓縮型BCD碼：

01101001B(69H)表示為非壓縮型BCD碼：0000011000001001B(0609H)②將BCD碼10001001.01101001B表示為十進(jìn)制數(shù)：

89.69

（2）BCD碼的加、減運(yùn)算例：BCD碼按二進(jìn)制加法：

1000+0101=11011001+0111=10000錯誤原因解決方法兩位BCD碼相加時，對二進(jìn)制加法運(yùn)算結(jié)果修正的規(guī)則：①結(jié)果大于9，則該位加6修正。②結(jié)果向高位有進(jìn)位(結(jié)果大于或等于16)，則該位加6修正。

例：用BCD碼計算88+69。

1000100088的BCD碼+)0110100169的BCD碼

11110001結(jié)果錯誤。二進(jìn)制加法運(yùn)算結(jié)果采用“加6修正”，得BCD碼加法運(yùn)算結(jié)果。修正后結(jié)果000101010111（157）.兩位BCD碼相減時，對二進(jìn)制減法運(yùn)算結(jié)果修正的規(guī)則：相減有借位，則該位需要減6修正。兩個BCD數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時，首先按二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，然后用相應(yīng)的調(diào)整指令進(jìn)行調(diào)整，從而得到正確的BCD碼結(jié)果。

例：用BCD碼計算88-69。

1000100088的BCD碼-)0110100169的BCD碼

00011111結(jié)果錯誤。二進(jìn)制減法運(yùn)算結(jié)果采用“減6修正”，得BCD碼減法運(yùn)算結(jié)果。修正后結(jié)果00011001（19）.1.十六進(jìn)制數(shù)表示特點(diǎn)是：①逢十六進(jìn)一；②使用16個數(shù)字符號(0~9,A,B,C,D,E,F)的不同組合來表示，其中AF依次表示1015；③以后綴H或h表示十六進(jìn)制數(shù)（Hexadecimal）。1.2.3十六進(jìn)制數(shù)的表示和運(yùn)算任何一個十六進(jìn)制數(shù)可表示為：m位小數(shù)，n位整數(shù)，Hi為第i位上的數(shù)符（0~9,A,B,C,D,E,F）。例：

0E5AD.BFH=十進(jìn)制

二進(jìn)制

BCD碼

16進(jìn)制

數(shù)之間

的關(guān)系十進(jìn)制二進(jìn)制BCD碼16進(jìn)制0000000000100010001120010001023001100113401000100450101010156011001106701110111781000100089100110019101010

A111011

B121100

C131101

D141110

E151111

F2.16進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算

加:1+9=2+A=3+8=A+5=E+C=

7+9=9+9=F+1=FF+1=

減: 12-5=2B-12=D4-6B=58-E=

AB-37=17-9=10-2=1.2.4帶符號二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算

1.機(jī)器數(shù)與真值無符號數(shù)與帶符號數(shù)如何表示帶符號的二進(jìn)制數(shù)？一個字節(jié)型二進(jìn)制數(shù)，D7位為符號位，D6D0位為數(shù)值位。符號位中，用“0”表示正，“1”表示負(fù)，而數(shù)值位表示該數(shù)的數(shù)值大小。機(jī)器數(shù)：一個數(shù)在計算機(jī)中的表示。真值：機(jī)器數(shù)所表示的數(shù)值。D7D6……D1D02.機(jī)器數(shù)的表示方法

1)原碼

最高位為符號位（正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1），其余數(shù)字位表示數(shù)的絕對值。例：-1（8位原碼10000001，16位原碼1000000000000001）+100（8位原碼01100100，16位原碼0000000001100100）

例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時，

[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B[+8]原=00001000B [-8]原=10001000B[+127]原=01111111B [-127]原=11111111B

當(dāng)機(jī)器字長n=16時，[+0]原=0000000000000000B[+8]原=0000000000001000B[-0]原=1000000000000000B[-8]原=1000000000001000B[+32767]原=0111111111111111B[-32767]原=1111111111111111B原碼表示數(shù)的范圍是-(2n-1-1)(2n-1-1)

。8位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍為-127+127，16位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的范圍為-32767+32767；“0”的原碼有兩種表示法：00000000表示+0，10000000表示-0。

原碼表示法簡單直觀，且與真值的轉(zhuǎn)換很方便，算術(shù)運(yùn)算電路很復(fù)雜。因此，計算機(jī)中通常使用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運(yùn)算。2)反碼：

正數(shù)的反碼與其原碼相同。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：

[+0]反=[+0]原=00000000B[+127]反=[+127]原=01111111B當(dāng)機(jī)器字長n=16時：

[+8]反=[+8]原=0000000000001000B[+127]反=[+127]原=0000000001111111B

負(fù)數(shù)的反碼是在原碼基礎(chǔ)上，符號位不變（1），數(shù)值位按位取反。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：

[-0]反=11111111B [-127]反=10000000B

反碼表示數(shù)的范圍與原碼相同

。

“0”的反碼有兩種表示法：00000000表示+0，11111111表示-0。3)補(bǔ)碼如機(jī)器字長為n，則補(bǔ)碼定義如下：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼、反碼相同。例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：[+8]補(bǔ)=[+8]反=[+8]原=00001000B [+127]補(bǔ)=[+127]反=[+127]原=01111111B當(dāng)機(jī)器字長n=16時：

[+8]補(bǔ)=[+8]反=[+8]原=0000000000001000B [+127]補(bǔ)=[+127]反=[+127]原

=0000000001111111B

負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼(三種方法）例如，當(dāng)機(jī)器字長n=8時：[-8]原=10001000B [-127]原=11111111B[-8]反=11110111B [-127]反=10000000B[-8]補(bǔ)=28-8=11111000B [-127]補(bǔ)=28-127=10000001B當(dāng)機(jī)器字長n=16時：

[-8]補(bǔ)=216-8=1111111111111000B [-127]補(bǔ)=216-127=1111111110000001B可以看出，補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是-2n-1(2n-1-1)

。8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍為-128+127，16位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍為-32768+32767。

8位二進(jìn)制數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼表帶符號數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼000000000000000100000010…01111110011111111000000010000001…

111111011111111011111111012…

126127128129…

253254255+0+1+2…

+126+127-0-1

…

-125-126-127+0+1+2…

+126+127-127-126…-2-1-0+0+1+2…

+126+127-128-127…-3-2-1

二進(jìn)制數(shù)

無符號十進(jìn)制數(shù)3.補(bǔ)碼的加減運(yùn)算

1)補(bǔ)碼加法

在計算機(jī)中，帶符號數(shù)一律用補(bǔ)碼表示，運(yùn)算結(jié)果也是補(bǔ)碼。運(yùn)算特點(diǎn)是：符號位和數(shù)值位一起參加運(yùn)算，并且自動獲得結(jié)果（包括符號位與數(shù)值位）。

補(bǔ)碼加法的運(yùn)算規(guī)則為：即：兩數(shù)補(bǔ)碼的和等于兩數(shù)和的補(bǔ)碼。

例

已知

[+51]補(bǔ)=00110011B，[+66]補(bǔ)=01000010B，

[-51]補(bǔ)=11001101B，[-66]補(bǔ)=10111110B

求[+66]補(bǔ)+[+51]補(bǔ)=？[+66]補(bǔ)+[-51]補(bǔ)=？[-66]補(bǔ)+[-51]補(bǔ)=？解

[+66]補(bǔ)+[+51]補(bǔ)=[(+66)+(+55)]補(bǔ)=01110101B其真值為+117，計算結(jié)果正確。[+66]補(bǔ)+[?51]補(bǔ)=[(+66)+(?55)]補(bǔ)=0000111B其真值為+15，計算結(jié)果正確。二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法

01000010[+66]補(bǔ)

+66+)11001101[?51]補(bǔ)

+)?5100001111[+15]補(bǔ)

+151自動丟失[?66]補(bǔ)+[?51]補(bǔ)=10001011B=[(?66)+(?55)]補(bǔ)其真值為?117，計算結(jié)果正確。

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)加法十進(jìn)制加法

10111110[-66]補(bǔ)

-66+)11001101[?51]補(bǔ)

+)?5110001011[-117]補(bǔ)

-1171自動丟失結(jié)論：不論兩數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，只要直接用它們的補(bǔ)碼相加，當(dāng)結(jié)果不超出補(bǔ)碼所表示的范圍時，計算結(jié)果便是正確的補(bǔ)碼形式。但當(dāng)計算結(jié)果超出補(bǔ)碼表示范圍時，結(jié)果錯誤，這種情況稱為溢出。[+66]補(bǔ)+[+66]補(bǔ)=01000010+01000010=10000100

42H+42H=84H

（[-124]補(bǔ)）

2)補(bǔ)碼減法

補(bǔ)碼減法的運(yùn)算規(guī)則：

如何由[y]補(bǔ)求[-y]補(bǔ)[y]補(bǔ)連同符號位在內(nèi)的所有位全部變反，再加1

例

已知[+51]補(bǔ)=00110011B，[+66]補(bǔ)=01000010B[?51]補(bǔ)=11001101B，[?66]補(bǔ)=10111110B求

[+66]補(bǔ)?[+51]補(bǔ)=？[?66]補(bǔ)?

[?51]補(bǔ)=？解

[+66]補(bǔ)?[+51]補(bǔ)=[+66]補(bǔ)+[?51]補(bǔ)

[?66]補(bǔ)?[?51]補(bǔ)=[?66]補(bǔ)+[+51]補(bǔ)

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)減法[+66]補(bǔ)?[+51]補(bǔ)十進(jìn)制減法

01000010[+66]補(bǔ)

01000010[+66]補(bǔ)

+66+)11001101[?51]補(bǔ)

-)00110011[+51]補(bǔ)

-)+5100001111[+15]補(bǔ)

00001111[+15]補(bǔ)

+151自動丟失

二進(jìn)制(補(bǔ)碼)減法[?66]補(bǔ)?[?51]補(bǔ)十進(jìn)制減法

10111110[-66]補(bǔ)

10111110[-66]補(bǔ)

-66+)00110011[+51]補(bǔ)

-)11001101[-51]補(bǔ)

-)-5111110001[-15]補(bǔ)

11110001[-15]補(bǔ)-15

結(jié)論：無論兩數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，上述補(bǔ)碼減法的規(guī)則是一樣的。當(dāng)結(jié)果不超出補(bǔ)碼所表示的范圍時，計算結(jié)果便是正確的補(bǔ)碼形式。同樣，由最高位向更高位的進(jìn)位（借位）不影響運(yùn)算結(jié)果的正確性。但當(dāng)計算結(jié)果溢出時，結(jié)果錯誤。[+66]補(bǔ)-[-66]補(bǔ)=01000010–10111110=1000010042H-BEH=84H（[-124]補(bǔ)）

計算機(jī)中帶符號數(shù)用補(bǔ)碼表示時有如下優(yōu)點(diǎn)：①可以將減法運(yùn)算變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算，因此可使用同一個運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)加法和減法運(yùn)算，簡化了電路。

②無符號數(shù)和帶符號數(shù)的加法運(yùn)算可以用同一個加法器實(shí)現(xiàn)，結(jié)果都是正確的。例如：

無符號數(shù)帶符號數(shù)

11100001 225 [?31]補(bǔ)+)00001101?+)13 +)[+13]補(bǔ)

11101110 238[?18]補(bǔ)若兩操作數(shù)為無符號數(shù)，計算結(jié)果真值為238，結(jié)果正確；若兩操作數(shù)為補(bǔ)碼，計算結(jié)果也為補(bǔ)碼形式，真值為–18，結(jié)果也正確。

4.溢出及其判斷方法

1)進(jìn)位與溢出進(jìn)位，指運(yùn)算結(jié)果的最高位產(chǎn)生的進(jìn)位（加法）或借位（減法），可判斷無符號數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否超出了計算機(jī)所能表示的無符號數(shù)的范圍（02n?1?1）。溢出，是指帶符號數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算結(jié)果超出了補(bǔ)碼所能表示的范圍。（?2n?1+2n?1?1）。2)溢出的判斷方法若最高位的進(jìn)位狀態(tài)用CF表示，當(dāng)其有進(jìn)位時，CF=1，否則，CF=0；若次高位的進(jìn)位狀態(tài)用CP表示，當(dāng)其有進(jìn)位時，CP=1，否則，CP=0。通過該兩位進(jìn)位狀態(tài)的異或結(jié)果判斷是否溢出的。若OF=1，結(jié)果溢出；若OF=0，結(jié)果未溢出。

例

設(shè)有兩個機(jī)器數(shù)x=01000100B，y=01001000B，將二者作加法運(yùn)算，試問：①若為無符號數(shù)，結(jié)果是否超出其表示范圍？②若為帶符號補(bǔ)碼數(shù)，計算結(jié)果是否溢出？

無符號數(shù)帶符號數(shù)

0100010068[+68]補(bǔ)+)01001000+)72+)[+72]補(bǔ)

10001100140[+140]補(bǔ)CP=1CF=0

①無符號數(shù)，結(jié)果未超出(0255)。②帶符號數(shù)，OF=1結(jié)果溢出；錯誤。解

例

設(shè)有兩個操作數(shù)x=01000100B，y=01001000B，將二者作減法運(yùn)算，試問：①若為無符號數(shù)，結(jié)果是否超出其表示范圍？②若為帶符號補(bǔ)碼數(shù)，計算結(jié)果是否溢出？

無符號數(shù)帶符號數(shù)

0100010068[+68]補(bǔ)-)01001000-)72-)[+72]補(bǔ)

11111100[+4]補(bǔ)[+4]補(bǔ)CP=1CF=1解

①無符號數(shù)，結(jié)果超出(0255)。②帶符號數(shù)，OF=0結(jié)果未溢出；正確。①無符號數(shù)，結(jié)果超出(0255)。②帶符號數(shù)，OF=0，結(jié)果未溢出。正確。

例

設(shè)x=11101110B，y=11001000B，將二者作加法運(yùn)算，①若為無符號數(shù)，結(jié)果是否超出其表示范圍？②若為帶符號補(bǔ)碼數(shù)，計算結(jié)果是否溢出？解

無符號數(shù)帶符號數(shù)

11101110238[-18]補(bǔ)+)11001000+)200+)[-56]補(bǔ)

10110110438[-74]補(bǔ)CP=1CF=11自動丟失

例

設(shè)x=11101110B，y=11001000B，將這兩個操作數(shù)送運(yùn)算器作減法運(yùn)算，試問：①若為無符號數(shù)，結(jié)果是否超出其表示范圍？②若為帶符號補(bǔ)碼數(shù)，計算結(jié)果是否溢出？解

無符號數(shù)帶符號數(shù)

11101110238[-18]補(bǔ)-)11001000-)200-)[-56]補(bǔ)

0010011038[38]補(bǔ)CP=0CF=0①無符號數(shù)，結(jié)果未超出(0255)。②帶符號數(shù)，OF=0，結(jié)果未溢出。正確。

5.帶符號數(shù)的符號擴(kuò)展擴(kuò)展字長無符號數(shù)擴(kuò)展字長：高位補(bǔ)0例：

（8）00001000B ，0000000000001000B帶符號數(shù)（補(bǔ)碼）擴(kuò)展字長：高位補(bǔ)符號位例：（-8）11111000B，1111111111111000B（8）00001000B ，0000000000001000B1.2.5字符編碼所謂字符，是指數(shù)字、字母以及其他一些符號的總稱?，F(xiàn)代計算機(jī)不僅處理數(shù)值領(lǐng)域的問題，還要處理大量的非數(shù)值領(lǐng)域的問題。各種字符也必須用二進(jìn)制數(shù)碼，計算機(jī)才能進(jìn)行識別與處理。在微機(jī)、通信設(shè)備和儀器儀表中廣泛使用的是ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)——美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。

1.ASCII碼ASCII碼用一個字節(jié)表示一個字符，采用7位二進(jìn)制代碼對字符進(jìn)行編碼，最高位一般用做校驗(yàn)位。7位ASCII碼