專題1運(yùn)算計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)4學(xué)時

專題1運(yùn)算計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)4學(xué)時第一頁，共87頁。本課使用教材課堂用教材：天大出版社2006.9《MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用》ISBN7-5618-2321-5實驗指導(dǎo)書：清華大學(xué)出版社2009.9《計算機(jī)硬件技術(shù)實踐教程》ISBN978-7-302-20991-1第二頁，共87頁。學(xué)時分配共48學(xué)時（實驗另計）專題一用4學(xué)時概述內(nèi)容、“三微”、表示數(shù)、編碼、邏輯運(yùn)算引出算術(shù)運(yùn)算電路的求補(bǔ)電路先引出求補(bǔ)碼和求補(bǔ)算術(shù)運(yùn)算解決本課學(xué)什么？掌握什么？怎樣學(xué)？下課后各班交課表（只需注明有課狀況即可，可以劃X或者O來代替具體科目），以便安排實驗時間還有，留下電話方便聯(lián)系本課相關(guān)問題1.上課，2.作業(yè)，3.{軟件、硬件}實驗（報告）考勤方法（方法I,方法II）第三頁，共87頁。本課的地位學(xué)習(xí)本課對基礎(chǔ)知識的要求本課教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)本課的方法授課章節(jié)及學(xué)時安排實驗內(nèi)容及安排第一講的重點(diǎn)和難點(diǎn)

第四頁，共87頁。本課的地位計算機(jī)文化基礎(chǔ)計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)第一層第二層第三層計算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)—微機(jī)原理、微機(jī)接口、微機(jī)應(yīng)用第五頁，共87頁。微機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)?

微機(jī)組成、基本工作原理、微機(jī)系統(tǒng)初步?了解CPU體系結(jié)構(gòu)?了解存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、作用?了解I/O接口基本功能、結(jié)構(gòu)、端口的編址方式和I/O同步控制方式?掌握中斷概念、CPU響應(yīng)中斷的條件和處理過程?掌握指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計（隱含的）

微機(jī)原理（重點(diǎn)）第六頁，共87頁。?了解并行接口與串行接口的共性與區(qū)別掌握串行通訊的基本概念?掌握可編程并行接口芯片的工作方式、初始化編程?掌握定時器、計數(shù)器的原理、功能、應(yīng)用與編程?了解鍵盤、顯示器等人機(jī)交互設(shè)備的作用、原理及接口方法?理解并掌握A/D,D/A轉(zhuǎn)換原理、主要性能參數(shù)，了解典型DAC、ADC集成芯片,與MPU的接口方法、應(yīng)用及編程?了解異步串行通訊協(xié)議、應(yīng)用與編程微機(jī)接口（重點(diǎn)）第七頁，共87頁。?了解微機(jī)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用?了解計算機(jī)測控系統(tǒng)的實時處理概念和一般結(jié)構(gòu)?了解測控系統(tǒng)的分析和設(shè)計方法?單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般分析和設(shè)計方法（重點(diǎn)）

微機(jī)應(yīng)用第八頁，共87頁。預(yù)先應(yīng)學(xué)習(xí)：1、計算機(jī)文化基礎(chǔ)2、計算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)3、數(shù)字電路、模擬電路4、電工基礎(chǔ)學(xué)習(xí)本課對基礎(chǔ)知識的要求第九頁，共87頁。本課教學(xué)目標(biāo)基本知識基本技能思路方法獨(dú)立分析問題和解決問題的能力實踐能力和創(chuàng)新能力綜合運(yùn)用能力獨(dú)立獲取知識的能力教師講解學(xué)生“悟”教學(xué)目標(biāo)傳授知識與能力培養(yǎng)統(tǒng)一，理論與實踐統(tǒng)一。第十頁，共87頁。學(xué)習(xí)本課的方法1、利用遷移原理將自身積累的知識充分發(fā)揮出來，遷移到本課新知識的學(xué)習(xí)。2、重視實踐，獨(dú)立思考，認(rèn)真做實驗3、帶著問題學(xué)，尋找解決問題的知識、思路、方法第十一頁，共87頁。章節(jié)內(nèi)容學(xué)時學(xué)習(xí)方式第一章微型計算機(jī)基礎(chǔ)4自學(xué)導(dǎo)學(xué)

第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)3導(dǎo)學(xué)第三章MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)2+1*導(dǎo)學(xué)(2第四章匯編語言程序設(shè)計2*遷移導(dǎo)學(xué)(4第五章輸入/輸出和中斷3導(dǎo)學(xué)(2第六章MCS-51內(nèi)部的I/O口、定時器及其應(yīng)用3導(dǎo)學(xué)(2第七章MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展4*導(dǎo)學(xué)第八章單片機(jī)人機(jī)接口（LED顯示器接口）4導(dǎo)學(xué)(2第九章單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)9.1設(shè)計步驟2自學(xué)(4第10章新型的51兼容單片機(jī)簡介1**導(dǎo)學(xué)授課章節(jié)及學(xué)時安排授課內(nèi)容共31學(xué)時，外加一個學(xué)時介紹考試系統(tǒng)使用第十二頁，共87頁。實驗內(nèi)容學(xué)時實驗一

熟悉軟件環(huán)境及數(shù)傳指令編程設(shè)計2實驗二

算術(shù)、邏輯運(yùn)算及位操作指令編程設(shè)計2實驗三

分支和循環(huán)程序設(shè)計2實驗四

查表、散轉(zhuǎn)、子程序設(shè)計2實驗五

8155及顯示程序設(shè)計2實驗六

P1口及外部中斷、定時器及中斷2實驗七

綜合性、開放性、設(shè)計性實驗2實驗八

綜合性、開放性、設(shè)計性實驗2實驗內(nèi)容及安排第十三頁，共87頁。內(nèi)容：書P1~P28重點(diǎn)：難點(diǎn)：“三微”的概念減法運(yùn)算的原理機(jī)器數(shù)與真值補(bǔ)碼補(bǔ)碼、定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算及BCD碼、ASCII碼判溢出算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算BCD碼運(yùn)算及調(diào)整作業(yè)：消化本講內(nèi)容，P33思考習(xí)題11-1~1-5消化1.4.3計算機(jī)中的運(yùn)算P331-11、1-12、1-13、1-14、1-151-16、1-17、1-18第一講第十四頁，共87頁。第一章微型計算機(jī)基礎(chǔ)１.1微型計算機(jī)系統(tǒng)的概念1、微處理器、微型計算機(jī)、微型計算機(jī)系統(tǒng)2、本課主要講授內(nèi)容及要求專題一計算機(jī)中的數(shù)、編碼及運(yùn)算1.４微型計算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)第一講第十五頁，共87頁。1.“三微”的概念1、微處理器(MPU)算術(shù)邏輯單元其核心cpu—運(yùn)算器和控制器寄存器組是微型計算機(jī)的核心部件控制部件2、微型計算機(jī)

MPU為核心半導(dǎo)體存儲器（ROM/RAM)I/O(Input/Output)接口和中斷系統(tǒng)系統(tǒng)總線（CBDBAB)集成在一個半導(dǎo)體芯片上組裝在一塊或數(shù)塊印刷電路板上多板微型計算機(jī)單板微型計算機(jī)單片微型計算機(jī)第十六頁，共87頁。微型計算機(jī)的兩大分支核心器件微處理器微控制器MicroProcessorUnitembedMicroControllerUnitMPUMCU第十七頁，共87頁。微機(jī)組成結(jié)構(gòu)的兩大類型馮.諾依曼型哈佛型CPUI/O接口存儲器系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)存儲器CPUI/O接口程序存儲器系統(tǒng)總線DBCBAB例：PC機(jī)例：MCS-51單片機(jī)第十八頁，共87頁。3、微型計算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)第十九頁，共87頁。硬件系統(tǒng)微型計算機(jī)微處理器：運(yùn)算器、控制器內(nèi)存儲器ROM：ROM、PROM、EPROM、E2PROM、FlashROMRAM：SRAM、DRAM、iRAM、NVRAMI/O接口：并行、串行、中斷接口、DMA接口系統(tǒng)總線：數(shù)據(jù)、地址、控制總線（DB、AB、CB）外圍設(shè)備輸入/輸出設(shè)備A/D、D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量輸入/輸出終端微型計算機(jī)微處理器：運(yùn)算器、控制器內(nèi)存儲器ROM：ROM、PROM、EPROM、E2PROM、FlashROMRAM：SRAM、DRAM、iRAM、NVRAMI/O接口：并行、串行、中斷接口、DMA接口系統(tǒng)總線：數(shù)據(jù)、地址、控制總線（DB、AB、CB）外圍設(shè)備輸入/輸出設(shè)備A/D、D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)量輸入/輸出終端第二十頁，共87頁。軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)監(jiān)控程序匯編程序程序設(shè)計語言機(jī)器語言匯編語言高級語言應(yīng)用軟件

把匯編語言源程序翻譯成機(jī)器語言目標(biāo)程序的語言處理程序

自匯編程序

交叉匯編程序第二十一頁，共87頁。本課的主要內(nèi)容及要求微型計算機(jī)

MPU微處理器

存儲器（內(nèi)存）I/O接口系統(tǒng)總線連線編程綜合應(yīng)用器件的外特性掌握規(guī)律第二十二頁，共87頁。具體機(jī)型：MCS-51單片微型計算機(jī)Single-ChipMicrocomputerMicro-ControllerMCS-51單片機(jī)的基本組成一、中央處理器CPU二、時鐘電路三、內(nèi)部存儲器四、定時器/計數(shù)器(T/C)五、并行I/O口六、串行口七、中斷控制系統(tǒng)第二十三頁，共87頁。重點(diǎn)解決：計算機(jī)的重要職能之一處理數(shù)

在計算機(jī)中如何表示一個數(shù)？不同性質(zhì)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則和算法。1．4微型計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.4.1計算機(jī)中數(shù)的表示方法1.4.2計算機(jī)中的編碼

1.4.3計算機(jī)中的運(yùn)算1．4微型計算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)第二十四頁，共87頁。

幾個重要概念復(fù)習(xí)不同進(jìn)制數(shù)之間的互換（黑板）3.機(jī)器數(shù)與真值4．帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼5．?dāng)?shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示

1.4.1計算機(jī)中數(shù)的表示方法第二十五頁，共87頁。1幾個重要概念

重點(diǎn)概念1：計算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制形式進(jìn)行存儲和運(yùn)算的重點(diǎn)概念2：在計算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)時，每類數(shù)據(jù)占據(jù)固定長度的二進(jìn)制數(shù)位，而不管其實際長度。一般長度為字節(jié)的整倍數(shù)重點(diǎn)概念3：計算機(jī)中不僅要處理無符號數(shù)，還要處理帶符號和帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)。例如：在八位微機(jī)中，整數(shù)216存儲為11011000B整數(shù)56存儲為00111000B重點(diǎn)概念4：機(jī)器數(shù)與真值

1幾個重要概念第二十六頁，共87頁。2不同進(jìn)制數(shù)之間的互換1、不同進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開法表示不同進(jìn)制數(shù)的尾部字母：二B，十六H，八Q，十D(可略)例：10101010B=1×27+0×26+1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+0×20=128+32+8+2=1702、十二（1）整數(shù)部分——除以2取余法——直到商為0止（2）小數(shù)部分——乘以2取整法——直到積為0止或達(dá)到精度要求止例：100=B=H=Q例：0.625=B=H=Q0.1=B=H=Q

2不同進(jìn)制數(shù)之間的互換第二十七頁，共87頁。

3、二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的互換1）二八三合一2）八二一分三3）二十六四合一（重點(diǎn)）4）十六二一分四（重點(diǎn)）例：01110110B=76H9BH=10011011B

7610011011例：0.1010110B=0.ACHAC不足四位補(bǔ)0

問：01110110B=?Q0.1010110B=?Q第二十八頁，共87頁。4、

用權(quán)表示數(shù)（2n2n-12n-12n-1-1）1）權(quán)n位二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)從高位到低位依次為：n位二進(jìn)制數(shù)：Bn-1Bn-2Bn-3……………B1B0權(quán)：2n-12n-22n-3………2120

2）用權(quán)表示數(shù)例：11111……1111B=2n-1，即n個1。01111……1111B=2n-1-1,即n-1個1最高位的權(quán)為：2n-1例：n=8,11111111B=FFH=28-101111111B=7FH=28-1-1例：n位二進(jìn)制數(shù)表示無符號數(shù)的范圍：0～2n-1n=80～28-10～255n=160～216-10～65535n=32?N=64?第二十九頁，共87頁。3.機(jī)器數(shù)與真值1）機(jī)器數(shù)：能被計算機(jī)識別的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。2）真值：機(jī)器數(shù)所代表的真實值稱為機(jī)器數(shù)的真值。3）對于無符號數(shù)其機(jī)器數(shù)與真值表示方法相同。例：真值：100=64H=01100100B對應(yīng)的機(jī)器數(shù)：64H=01100100Bn位二進(jìn)制數(shù)可表示的數(shù)的范圍是：0～2n-18位二進(jìn)制數(shù)可表示的數(shù)的范圍是：0～28-1，[0，F(xiàn)FH],[0,255]16位二進(jìn)制數(shù)可表示的數(shù)的范圍是：0～216-1,[0,FFFFH],[0,65535]例：01100100B其8位全部為數(shù)值位。特點(diǎn)：無符號數(shù)的機(jī)器數(shù)與其真值為等值關(guān)系3.機(jī)器數(shù)與真值第三十頁，共87頁。4）帶符號數(shù)的機(jī)器數(shù)的表示方法（重點(diǎn)和難點(diǎn)）

常見的有原碼、反碼和補(bǔ)碼三種表示方式。特點(diǎn)：帶符號數(shù)的機(jī)器數(shù)與其真值表示方法不同，兩者的關(guān)系不是等值關(guān)系，僅是一一對應(yīng)關(guān)系。例如：在八位微機(jī)中，真值：＋65可表示成機(jī)器數(shù)（原碼）為01000001B真值：－65可表示成機(jī)器數(shù)（原碼）為11000001B01100000符號位數(shù)值位符號位：“0”表示正號“1”表示負(fù)號第三十一頁，共87頁。4

帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼（1）原碼定義：在表示帶符號數(shù)時，正數(shù)的符號位為“0”，負(fù)數(shù)的符號位為“1”，數(shù)值位表示數(shù)的絕對值，這樣就得到了數(shù)的原碼。例如在八位微機(jī)中：[＋38]原＝[＋100110]原＝00100110B[－38]原＝[－100110]原＝10100110B4

帶符號數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼

第三十二頁，共87頁。計算公式：對于字長為n位的機(jī)器數(shù)：當(dāng)真值X≥0時，X可表示為＋Xn-2Xn-3…X0；當(dāng)真值X＜0時，X可表示為－Xn-2Xn-3…X0，則X的原碼可定義為：

[X]原＝0Xn-2Xn-3…X0＝X 0≤X≤2n－1―11Xn-2Xn-3…X0＝2n－1－X＝2n－1＋|X| －(2n－1―1)≤X≤0可見n位原碼可表示數(shù)的范圍為：－(2n－1―1)～＋(2n－1―1)則在八位微機(jī)中，碼可表示數(shù)的范圍為－127至＋127求真值：帶符號數(shù)的原碼表示法簡單易懂，而且與真值轉(zhuǎn)換方便。此公式第一項即是原碼，等號后面是由真值求原碼（負(fù)）第三十三頁，共87頁。原碼的缺點(diǎn)：

l

“0”的原碼有兩種形式，這在運(yùn)算中非常不方便。[＋0]原＝00000000B[－0]原＝

10000000B，即分為＋0和－0l

原碼在進(jìn)行兩個異符號數(shù)相加或兩個同符號數(shù)相減時，需做減法運(yùn)算，由于微機(jī)中一般只有加法器而無減法器，所以，為了把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算就引入了反碼和補(bǔ)碼。原碼的用途：l

原碼做乘除法運(yùn)算方便，兩數(shù)的符號和數(shù)值分別處理積的符號為兩數(shù)符號位的異或運(yùn)算結(jié)果積的數(shù)值部分為兩數(shù)絕對值相乘的結(jié)果第三十四頁，共87頁。（2）反碼定義：正數(shù)的反碼表示與原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼，可將負(fù)數(shù)原碼的符號位保持不變、數(shù)值位按位取反得到，或者將負(fù)數(shù)看作正數(shù)求原碼，再將所有位按位取反得到。因此，在n位機(jī)器數(shù)的計算機(jī)中，數(shù)X的反碼定義為：[X]反＝0Xn-2Xn-3…X0＝X0≤X≤2n－1―11Xn-2Xn-3…X0＝11…1B－|X|＝2n－1－|X|－(2n－1―1)≤X≤0缺點(diǎn)：“0”的反碼也有兩種表示法，即＋0和－0。[＋0]反＝00000000B[－0]反＝11111111Bn位反碼表示數(shù)的范圍與原碼相同，八位二進(jìn)制反碼表示的范圍仍是－127至＋127。第三十五頁，共87頁。例如八位微機(jī)中：[＋11]原＝00001011B[＋11]反＝00001011B[－11]原＝10001011B[－11]反＝11110100B[－38]原＝10100110B[－38]反＝11011001B[＋127]原＝01111111B[＋127]反＝01111111B[－127]原＝11111111B[－127]反＝10000000B[＋0]原＝00000000B[＋0]反＝00000000B[－0]原＝10000000B[－0]反＝11111111B求真值：由反碼求得原碼，再由原碼求得真值，即可得到反碼的真值。例如：反碼11011001B，符號位為1，將數(shù)值位按位取反，得到原碼10100110B，其真值為－0100110B即十進(jìn)制數(shù)－38。第三十六頁，共87頁。（3）補(bǔ)碼（難點(diǎn)）定義：正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于它的反碼末位加1即[X]補(bǔ)＝[X]反＋1例如：[＋11]原＝00001011B[＋11]反＝00001011B[＋11]補(bǔ)＝00001011B[－11]原＝10001011B[－11]反＝11110100B[－11]補(bǔ)＝11110101B[＋127]原＝01111111B[＋127]反＝01111111B[＋127]補(bǔ)＝01111111B[－127]原＝11111111B[－127]反＝10000000B[－127]補(bǔ)＝10000001B[＋0]原＝00000000B[＋0]反＝00000000B[0]補(bǔ)＝00000000B[－0]原＝10000000B[－0]反＝11111111B[－128]補(bǔ)＝10000000B第三十七頁，共87頁。補(bǔ)碼的含義:

以時鐘對時為例來說明，現(xiàn)由7點(diǎn)鐘調(diào)到4點(diǎn)鐘。

順時針調(diào)：7＋9＝4（mod12）逆時針調(diào)：7－3＝4（mod12）由于時鐘上超過12點(diǎn)時就會自動丟失一個數(shù)12，這個自動丟失的數(shù)叫做“?！保╩odule，簡寫為mod）第三十八頁，共87頁。由補(bǔ)碼的定義得求補(bǔ)碼公式：l

則n位補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍為：―2n―1～＋（2n―1―1）l

八位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的數(shù)值范圍是－128至＋127。優(yōu)點(diǎn)：0的補(bǔ)碼為00000000B，只有這一種形式。[X]補(bǔ)＝0Xn-2Xn-3…X0＝X 0≤X≤2n－1―11Xn-2Xn-3…X0＋1＝2n－|X|＝2n＋X

－2n－1≤X＜0（mod2n）

第三十九頁，共87頁。已知補(bǔ)碼求真值：已知正數(shù)的補(bǔ)碼求真值與原碼相同，只要將符號位的0變?yōu)椋ㄕ枺吹玫剿恼嬷怠?/p>

已知負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求真值方法1：將負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的數(shù)值位按位取反再加1，將符號位的1變?yōu)椋ㄘ?fù)號），即得到它的真值。方法2：用公式：X=-(2n-[X]補(bǔ))

已知補(bǔ)碼為01111111B,其真值為+1111111B=+7FH已知補(bǔ)碼為11111111B,其真值為:10000000B+1=10000001B,其真值為—01H或：X=—（28—11111111B)=—(00H-FFH)=—1第四十頁，共87頁。小結(jié)：已知帶符號數(shù)的機(jī)器數(shù)求真值1.已知正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼求真值，只需將符號位的“0”改為正號“+”即可。2.已知負(fù)數(shù)的原碼，其真值只需將原碼的符號位的“1”改為負(fù)號“-”即可。3.已知負(fù)數(shù)的反碼，先將它變?yōu)樵a，再求真值?；蛴霉接嬎悖赫嬷祒=-（2n-1-[x]反）

4.已知負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，數(shù)值位取反加1，符號為改為-號，或用公式：X=-(2n-[X]補(bǔ))第四十一頁，共87頁。例：已知帶符號數(shù)的機(jī)器數(shù)為56H，求其真值。真值=+56H例：已知帶符號數(shù)的機(jī)器數(shù)為0D6H，求其真值。

若0D6H是原碼，則真值為：-56H

11010110B-1010110B

若0D6H是反碼，則真值為：-29H-(0FFH-0D6H)

若0D6H是補(bǔ)碼，則真值為：-2AH-(00H-0D6H)第四十二頁，共87頁。

當(dāng)n=8時，幾種碼的表示范圍原碼反碼補(bǔ)碼－127至＋127－127至＋127－128至＋127

當(dāng)n=16時，幾種碼的表示范圍原碼反碼補(bǔ)碼－32767至＋32767－32767至＋32767－32768至＋32767第四十三頁，共87頁。5

數(shù)的定點(diǎn)與浮點(diǎn)表示計算機(jī)中如何表示實數(shù)中的小數(shù)點(diǎn)呢？計算機(jī)中不用專門的器件表示小數(shù)點(diǎn)，而是用數(shù)的兩種不同的表示法來表示小數(shù)點(diǎn)的位置。根據(jù)小數(shù)點(diǎn)的位置是否固定，數(shù)的表示方法分為定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示,相應(yīng)的機(jī)器數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。任意一個二進(jìn)制數(shù)N均可表示為：N＝S·2J其中：S稱為數(shù)N的尾數(shù)，表示數(shù)N的全部有效數(shù)字，決定了N的精度。J稱為數(shù)N的階碼，底為2，指明了小數(shù)點(diǎn)的位置，決定了數(shù)N的大小范圍。第四十四頁，共87頁。sfs1s2…sm小數(shù)點(diǎn)隱含位置，定點(diǎn)純小數(shù)sfs1s2…sm小數(shù)點(diǎn)隱含位置，定點(diǎn)純整數(shù)（1）定點(diǎn)表示法計算機(jī)在處理定點(diǎn)數(shù)時，常把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值位的最后面或最前面，即分為定點(diǎn)純小數(shù)與定點(diǎn)純整數(shù)兩類，如圖1-6所示。例如:00011000B，如果看作定點(diǎn)純整數(shù)，其真值為24看作定點(diǎn)純小數(shù)，其真值為0.1875第四十五頁，共87頁。

（2）浮點(diǎn)表示法在浮點(diǎn)表示法中，小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動的，階碼J可取不同的數(shù)值，則在計算機(jī)中除了要表示尾碼S，還要表示階碼J。因此，一個浮點(diǎn)數(shù)表示為階碼和尾數(shù)兩部分，尾數(shù)一般是定點(diǎn)純小數(shù)，階碼是定點(diǎn)純整數(shù)，其形式如圖1-7所示。小數(shù)點(diǎn)隱含位置

階符階碼尾符尾數(shù)

階碼部分尾數(shù)部分jfj1j2……jnsfs1s2……sm第四十六頁，共87頁。00001001100010101010100000000000B階符階碼尾符 尾數(shù)

(24位）(－469.375)10＝(－111010101.011)22×2＋92×2＋1001B補(bǔ)[＋1001B]補(bǔ)＝00001001B例如，某計算機(jī)用32位表示浮點(diǎn)數(shù)，尾數(shù)部分占24，為補(bǔ)碼定點(diǎn)純小數(shù)；階碼為8位補(bǔ)碼定點(diǎn)純整數(shù)。用來表示一個數(shù)－469.375,先進(jìn)行變換：因此，數(shù)－469.375在該計算機(jī)中的浮點(diǎn)表示為：第四十七頁，共87頁。1.4.2計算機(jī)中的編碼ASCII碼：由七位二進(jìn)制編碼組成，共有128個字符編碼。包括圖形字符（字母、數(shù)字、其它可見字符共96個）和控制字符（回車、空格等共32個）其中數(shù)字0~9的ASCII碼為30H~39H，差30H字母A~F的ASCII碼為41H~46H,差37HD7位加奇偶校驗位：無校驗D7位補(bǔ)0奇校驗D7位使含1的個數(shù)為奇數(shù)個偶校驗D7位使含1的個數(shù)為偶數(shù)個例：30H00110000HD7補(bǔ)0為無校驗和偶校驗

10110000HD7補(bǔ)1為奇校驗1.4.2計算機(jī)中的編碼

第四十八頁，共87頁。BCD編碼：具有十進(jìn)制位權(quán)的二進(jìn)制編碼。最常見的是8421碼。（見書5-6頁）注意：0000B~1001B是0~9的BCD碼1010B~1111B是非BCD碼例：15的BCD碼為00010101B=15H15=0FH100=64H100的BCD碼為000100000000B=100H壓縮的BCD碼56H占一個存儲單元非壓縮BCD碼05H06H占兩個單元存儲方式第四十九頁，共87頁。邏輯運(yùn)算

1、與3、非

2、或4、異或算術(shù)運(yùn)算1．加/減運(yùn)算電路及二進(jìn)制無符號數(shù)四則運(yùn)算2．帶符號數(shù)補(bǔ)碼運(yùn)算及判OV3．BCD碼加/減法及十進(jìn)制調(diào)整4、算術(shù)運(yùn)算小結(jié)1.4.3計算機(jī)中的運(yùn)算

計算機(jī)中的運(yùn)算分為兩類:邏輯運(yùn)算：邏輯“與”、“或”、“非”、“異或”等算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除運(yùn)算1.4.3計算機(jī)中的運(yùn)算第五十頁，共87頁。FAAiBiCiSiCi＋1圖1-8全加器符號圖AiBiCiSiCi+10000111100110011010101010110100100010111全加器真值表

加/減運(yùn)算電路1．加/減運(yùn)算電路及二進(jìn)制無符號數(shù)的四則運(yùn)算第五十一頁，共87頁。減法的實現(xiàn)減法時SUB=1，有取反加1功能加法時SUB=0無取反加1功能求補(bǔ)電路第五十二頁，共87頁。進(jìn)/借位標(biāo)志CY=SUBC8SUBC8CY000011101110C7C8OV000011(負(fù))101(正)110SUB加/減標(biāo)志位0/1CyFAA6B6C6S6C7＝1FAA1B1C1S1C2＝1FAA0B0C0S0FAA7B7S7C8＝1＝1圖1-9八位微機(jī)加/減運(yùn)算電路OV＝1＝1溢出標(biāo)志OV=C7C8第五十三頁，共87頁。（1）加法運(yùn)算二進(jìn)制加法法則為：0＋0＝01＋0＝0＋1＝11＋1＝101＋1＋1＝11二進(jìn)制無符號數(shù)的四則運(yùn)算第五十四頁，共87頁。例：二進(jìn)制無符號數(shù)加法被加數(shù)10111011B+加數(shù)00010110B進(jìn)位00111110和11010001B1、求187+22結(jié)果：11010001B即209SUB=0，C8=0，CY=02、求200+200被加數(shù)11001000B+加數(shù)11001000B進(jìn)位11001000和110010000B結(jié)果：SUB=0，C8=1，CY=1和=進(jìn)位值+8位和值=256+10010000B=400第五十五頁，共87頁。1101110100110100110001010000011010000011111被加數(shù)10111011B+加數(shù)00010110B進(jìn)位00111110和11010001B結(jié)果：11010001B即209SUB=0，C8=0，CY=0第五十六頁，共87頁。00010011100010011000010001011000100被加數(shù)11001000B+加數(shù)11001000B進(jìn)位11001000和110010000B10001001結(jié)果：SUB=0，C8=1，CY=1和=進(jìn)位值+8位和值=256+10010000B=400第五十七頁，共87頁。（2）減法運(yùn)算法則：

０－０＝０ １－０＝１ １－１＝００－１＝１（借1當(dāng)2）被減數(shù)10111011B－減數(shù)00010110B借位00000100差10100101B手算：例：求187-22例：二進(jìn)制無符號數(shù)減法結(jié)果：無借位，差為10100101B即165直接減第五十八頁，共87頁。取反1101110100110100110100101001101011111001011機(jī)器算：難點(diǎn)被減數(shù)10111011B－減數(shù)00010110B借位標(biāo)志CY=SUBC8=11=0求補(bǔ)電路減法SUB=110101011加1第五十九頁，共87頁。被減數(shù) 10111011B=BBH11101001B取反＋1 加1＋

11101010B=EAH進(jìn)位 11111010差 10100101B=A5H求補(bǔ)－ 減數(shù) 00010110B=16H對減數(shù)求補(bǔ)后，加被減數(shù)例：求187-22結(jié)果：10100101B即165無借位，SUB=1，C8=1，CY=0說明：直接相減無借位，求補(bǔ)相加有進(jìn)位，反之亦然。第六十頁，共87頁。計算22－187，即00010110B－10111011B時，有：

被減數(shù) 00010110B－ 減數(shù) 10111011B01000100B 取反 ＋1 加1＋ 01000101B進(jìn)位 00000100 差 01011011B此時，結(jié)果為01011011B，即91，不正確，Cy＝C8⊕SUB，C8＝0,SUB=1,CY=1因為有借位－256，所以，差=-256+91=-165求補(bǔ)第六十一頁，共87頁。（3）乘法運(yùn)算法則0×0=00×1=1×0=01×1=1被乘數(shù)1001B乘數(shù)×1011B100110010000＋1001乘積1100011B常用算法：1、左移加2、右移加3、連加P129例4-22第六十二頁，共87頁。（4）定點(diǎn)整數(shù)除法運(yùn)算11100100011001011111011011010常用算法：1、移位相減法P130例4-232、連減P138例4-28第六十三頁，共87頁。定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算定律：當(dāng)X,Y,X+Y，X-Y均在―2n―1～＋（2n―1―1）范圍內(nèi)時，則：［Ｘ＋Ｙ］補(bǔ)＝［Ｘ］補(bǔ)＋［Ｙ］補(bǔ)

［Ｘ－Ｙ］補(bǔ)＝[X]補(bǔ)－[Y]補(bǔ)=[Ｘ+(－Ｙ)］補(bǔ)=［Ｘ］補(bǔ)＋［－Ｙ］補(bǔ)

如果X＋Y,X-Y的值不在―2n―1～＋（2n―1―1）范圍內(nèi)(n=8時[-128，127])，則機(jī)器就產(chǎn)生了溢出錯誤,上式不成立，運(yùn)算結(jié)果無意義。2．帶符號數(shù)定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算及判OV第六十四頁，共87頁。溢出判別(overflow)若X±Y>2n－1－1,為正溢出；若X±Y<－2n－1,為負(fù)溢出。判溢出的方法：1、雙進(jìn)位位法（本書主要用此法判溢出）OV=C8C7C8、C7相同不溢出，不同溢出。2、雙符號位法——變形碼0V=Sf’SfSf’、Sf相同不溢出，不同溢出。（1）定點(diǎn)補(bǔ)碼加法

步驟：１、將Ｘ、Ｙ（或－Ｙ）轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼。２、進(jìn)行加法運(yùn)算，符號位參與運(yùn)算。

第六十五頁，共87頁。[例1-1]

在八位微機(jī)中，已知X＝＋76，Y＝＋23，求X＋Y解：[X]補(bǔ)＝ 01001100B ＋[Y]補(bǔ)＝ 00010111B

01100011B[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝01100011B＝[＋99]補(bǔ)

＝[(＋76)＋(＋23)]補(bǔ)＝[X＋Y]補(bǔ)

雙進(jìn)位位法判溢出：OV=0∵C7=0,C8=0

[例1-2]已知X＝＋76，Y＝－23，求X＋Y解： [X]補(bǔ)＝ 01001100B＋ [Y]補(bǔ)＝ 11101001B

100110101B[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝00110101B＝[＋53]補(bǔ)

＝[(＋76)＋(－23)]補(bǔ)＝[X＋Y]補(bǔ)

雙進(jìn)位位法判溢出：OV=0∵C7=1,C8=1編寫出程序片段：MOVA,#76;(A)=4CH=01001100BADDA,#23;(A)=4CH+17H=63HOV=0或：MOVA,#4CH;(A)=4CH=01001100BADDA,#17H;（A)=63H真值補(bǔ)碼第六十六頁，共87頁。

[例1-5]在八位微機(jī)中，已知X＝＋76，Y＝＋69，求X＋Y解： [X]補(bǔ)＝ 01001100B＋ [Y]補(bǔ)＝ 01000101B

10010001B[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝10010001B＝[－111]補(bǔ)≠[X＋Y]補(bǔ)雙進(jìn)位位法判溢出：OV=1∵C7=1,C8=0正溢出[例1-6]已知X＝－76，Y＝－69，求X＋Y解： [X]補(bǔ)＝ 10110100B＋ [Y]補(bǔ)＝ 10111011B

1

01101111B[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ)＝01101111B＝[＋111]補(bǔ)≠[X＋Y]補(bǔ)雙進(jìn)位位法判溢出：OV=1∵C7=0,C8=1負(fù)溢出兩個正數(shù)的和為負(fù)數(shù)兩個負(fù)數(shù)的和為正數(shù)兩個正數(shù)的和為負(fù)數(shù)兩個負(fù)數(shù)的和為正數(shù)溢出后，運(yùn)算結(jié)果無意義，需要將兩個操作數(shù)擴(kuò)大位數(shù)后，再算。例1-5可將76的補(bǔ)碼寫成004CH，69得補(bǔ)碼寫成0049H計算：

0000000001001100B+0000000001001001B

0000000010010101B=0095HC16C15OV=0，不溢出

例1-6同理，用16位二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)，-76得補(bǔ)碼為FFB4H-69的補(bǔ)碼為FFBBH，再算即可。

第六十七頁，共87頁。雙符號位法判斷溢出——變形碼用兩位來表示符號：00表示正號，11表示負(fù)號，稱為變形碼。用變形碼進(jìn)行加法運(yùn)算時，兩位符號位同數(shù)值位一起參加運(yùn)算，運(yùn)算后，若運(yùn)算結(jié)果的兩個符號位相同，則沒有溢出；若運(yùn)算結(jié)果的兩個符號位不同，則發(fā)生了溢出，運(yùn)算結(jié)果錯誤。用Sf'和Sf表示運(yùn)算結(jié)果的兩個符號位，則有：OV＝Sf'⊕Sf第六十八頁，共87頁。[例1-7]在八位微機(jī)中，已知X＝＋76，Y＝＋69，求X＋Y解： [X]補(bǔ) ＝01001100B[Y]補(bǔ) ＝01000101B [X]變形碼 ＝001001100B＋ [Y]變形碼 ＝001000101B

010010001B因為Sf'＝0，Sf＝1，運(yùn)算后，根據(jù)Sf'⊕Sf＝0⊕1＝1設(shè)置OV＝1，有溢出，結(jié)果錯誤。第六十九頁，共87頁。[X－Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)－[Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)＋[－Y]補(bǔ)[Y]補(bǔ)[－Y]補(bǔ)－＋求補(bǔ)（2）定點(diǎn)補(bǔ)碼減法運(yùn)算[X－Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)－[Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)＋[－Y]補(bǔ)

作加法，需人工求補(bǔ)做減法，機(jī)器自動求補(bǔ)第七十頁，共87頁。步驟：１、將Ｘ、Ｙ（或－Ｙ）轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼。２、進(jìn)行減法運(yùn)算，符號位參與運(yùn)算。判溢出的方法與加法相同[例1-9]已知X＝＋76，Y＝－23，求X－Y

[X]補(bǔ)＝ 01001100B

－[Y]補(bǔ)＝ 11101001B00010110B 取反＋1 加1＋ 00010111B

01100011B01100011B＝[＋99]補(bǔ)＝[(＋76)－(－23)]補(bǔ)＝[X－Y]補(bǔ)

雙進(jìn)位位法判溢出：OV=0∵C7=0,C8=0求補(bǔ)編寫出程序片段：MOVA,#76;(A)=4CH=01001100BMOVB,#-23;(B)=0E9HCLRCSUBBA,B;(A)=4CH-0E9H=63HOV=04CH0E9H第七十一頁，共87頁。同補(bǔ)碼加法一樣，補(bǔ)碼的減法運(yùn)算也可能發(fā)生溢出，因為補(bǔ)碼的減法運(yùn)算是轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算來實現(xiàn)的，所以其溢出的判斷方法與加法相同。

[例1-11]已知X＝＋76，Y＝－69，求X－Y解： [X]補(bǔ)＝ 01001100B

－ [Y]補(bǔ)＝ 10111011B 01000100B 取反求補(bǔ)

＋1 加1＋ 01000101B

10010001B10010001B＝[－111]補(bǔ)≠[X－Y]補(bǔ)因為C7＝1，C8＝0，則OV＝1，發(fā)生溢出，結(jié)果錯誤。X-Y=145>127

典型算法：兩個帶符號數(shù)比較大小用S表示和的符號位，OV為溢出標(biāo)志位則：[X]補(bǔ)－[Y]補(bǔ)SOV比較結(jié)果00X>Y01X<Y10X<Y11X>Y第七十二頁，共87頁。（1）BCD碼的加法運(yùn)算在兩個數(shù)的BCD碼進(jìn)行加法運(yùn)算時，當(dāng)?shù)退奈缓透咚奈欢紵o進(jìn)位并且不超過9時，可得到正確的運(yùn)算結(jié)果。

[例1-13]已知X＝63，Y＝24，求X＋Y解： [X]BCD碼 ＝01100011B＋ [Y]BCD碼 ＝00100100B 進(jìn)位 0110000010000111B10000111B＝[87]BCD碼＝[63＋24]BCD碼＝[X＋Y]BCD碼

3．BCD碼加法及十進(jìn)制調(diào)整第七十三頁，共87頁。

[例1-14]已知X＝68，Y＝49，求X＋Y解： [X]BCD碼 ＝01101000B＋ [Y]BCD碼 ＝01001001B 進(jìn)位 01001000CY=0,AC=1和10110001B＋01100110B調(diào)整

100010111BCY=1X+Y=100+17=117,CY=1,進(jìn)位值為100例1-14中，低四位有進(jìn)位，高四位的值超過9，是非法碼，結(jié)果錯誤，需進(jìn)行調(diào)整。大家看到，在運(yùn)算中，當(dāng)?shù)退奈幌蛩母呶贿M(jìn)位時，是逢16進(jìn)位為1，即按照十六進(jìn)制的原則進(jìn)行的運(yùn)算，而BCD碼是十進(jìn)制數(shù)，應(yīng)按照逢十進(jìn)一的原則進(jìn)行運(yùn)算，所以應(yīng)將和的低四位加6以補(bǔ)上多拿走的6，調(diào)整為0111B。和的高四位1011B大于9，應(yīng)向高位進(jìn)位，同樣加上6進(jìn)行調(diào)整，變?yōu)?0001B。編寫出程序片段：MOVA,#68H;(A)=68H=01101000BADDA,#49H;(A)=B1HDAA;(A)=B1H+66H=17HCY=1代表100結(jié)果：117必須寫B(tài)CD碼不能寫真值第七十四頁，共87頁。（2）BCD碼的減法運(yùn)算兩個數(shù)的BCD碼進(jìn)行減法運(yùn)算時，

當(dāng)?shù)退奈换蚋咚奈欢疾恍杞栉粫r，可得到正確的運(yùn)算結(jié)果。

[例1-15]已知X＝58，Y＝25，求X－Y解： [X]BCD碼 ＝01011000B－ [Y]BCD碼 ＝00100101B00110011B00110011B＝[33]BCD碼＝[58－25]BCD碼＝[X－Y]BCD碼

當(dāng)?shù)退奈换蚋咚奈挥薪栉粫r，按十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則，向高位借1當(dāng)10，而計算機(jī)中按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行，借1當(dāng)作16，因此運(yùn)算后必須減6進(jìn)行調(diào)整。第七十五頁，共87頁。

[例1-16]已知X＝68，Y＝49，求X－Y解： [X]BCD碼 ＝ 01101000B－ [Y]BCD碼 ＝ 01001001B差 00011111BAC=1,CY=0－ 0110B 00011001B00011001B＝[19]BCD碼＝[68－49]BCD碼＝[X－Y]BCD碼第七十六頁，共87頁。說明：如果指令系統(tǒng)中有BCD碼的減法調(diào)整指令，即可直接用該指令完成上述調(diào)整。如果指令系統(tǒng)中沒有BCD碼的減法調(diào)整指令，則不能用減法指令直接對兩個BCD碼進(jìn)行減法運(yùn)算，而需對減數(shù)求補(bǔ)，進(jìn)行加法運(yùn)算，然后用加法運(yùn)算的調(diào)整指令進(jìn)行調(diào)整。對八位微機(jī)，BCD碼的模為100(十進(jìn)制數(shù))，減去減數(shù)實現(xiàn)對減數(shù)的求補(bǔ)。為在八位加減運(yùn)算電路中運(yùn)算，將100表示成9AH，即10011010B，減去減數(shù)求補(bǔ)。第七十七頁，共87頁。[例1-17]已知X＝68，Y＝49，求X－Y解： [X]BCD碼 ＝ 01101000B－ [Y]BCD碼 ＝ 01001001B模100 10011010B－ [Y]BCD碼 ＝ 01001001B＋ 01010001B

10111001B調(diào)整 ＋ 01100000B 1 00011001B

這樣，在程序中將BCD碼的減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，然后利用加法運(yùn)算的調(diào)整指令進(jìn)行調(diào)整，即可得到正確的結(jié)果。

求補(bǔ)編寫出程序片段：CLRCMOVA,#9AH;(A)=9AHMODSUBBA,#49H;(A)=51HBCDADDA,#68H;(A)=B9H非BCDDAA;(A)=19HBCDCPLC;CY=0無借位，差=19HBCD求補(bǔ)相加有進(jìn)位，直接相減位無借位，反之，有借位。第七十八頁，共87頁。算術(shù)運(yùn)算小結(jié)（結(jié)合黑板，舉例說明）1、求補(bǔ)碼與求補(bǔ)求補(bǔ)碼：已知真值求補(bǔ)碼求補(bǔ)：兩個含義：減法變加法；減數(shù)變成模內(nèi)互補(bǔ)的數(shù)。對于無符號數(shù)來說，減去一個數(shù)，在模內(nèi)運(yùn)算則等于加上一個與之互補(bǔ)的數(shù)。兩個互補(bǔ)的數(shù)的和等于模。對于帶符號數(shù)，由于符號位與數(shù)值位一起參與運(yùn)算，當(dāng)不溢出時，運(yùn)算規(guī)律與無符號數(shù)相同。即把帶符號數(shù)當(dāng)作無符號數(shù)一樣處理。求補(bǔ)的含義轉(zhuǎn)換為：已知[X]補(bǔ)，求[-X]補(bǔ)，減變加即減正變加負(fù)，減負(fù)變加正。例如：10-1=？按無符號做，10+255=9按帶符號數(shù)做，10+[-1]補(bǔ)=10+0FFH=9（模256丟失）第七十九頁，共87頁。

X-Y=X+2n-Y=2n+(X-Y)1、X>=Y,X-Y>=0，則X-Y=2n+(X-Y)=X-Y，進(jìn)位為2n，即模2n丟失，也即，X-Y=2n+(X-Y)>=2n

也即，直接相減沒借位，求補(bǔ)相加有進(jìn)位；2、X<Y,X-Y<0,則X-Y=2n+(X-Y)<2n也即，直接相減有借位，求補(bǔ)相加無進(jìn)位。