第一章 微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第一章微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1第1頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容提要

本章主要介紹：微機(jī)的基本概念、組成、工作原理、特點(diǎn)計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息表示和運(yùn)算

＊進(jìn)位計(jì)數(shù)制的表示及其轉(zhuǎn)換、＊符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)的表示及運(yùn)算＊十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示及運(yùn)算＊邏輯變量的表示及運(yùn)算＊文字在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示2第2頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)微機(jī)的基本組成3第3頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微機(jī)的基本硬件構(gòu)成微機(jī)的基本硬件由下列幾部分組成：運(yùn)算器（ALU）控制器（CTRL）存儲(chǔ)器（MEM）輸入設(shè)備（INE）輸出設(shè)備（OUTE）總線（BUS）4第4頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)的硬件構(gòu)成框圖5第5頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)的基本硬件構(gòu)成（續(xù)）運(yùn)算器（ALU-ArithmeticLogicUnit）

進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除與移位）；進(jìn)行邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或等）；為了提高存取數(shù)據(jù)的速度，與ALU有關(guān)的部件還有寄存器陣列6第6頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)工作原理CPU總線內(nèi)存標(biāo)志寄存器地址總線AB程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3、、、指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指令指針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器PC7第7頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一些名詞的解釋（見第二章2.1節(jié)）地址寄存器AR（AddressRegister）；存放的是內(nèi)存單元的地址數(shù)據(jù)寄存器DR（DataRegister）：存放的是寫入內(nèi)存的數(shù)據(jù)或者從內(nèi)存讀出的數(shù)據(jù)；程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）：存放的是下一條指令在內(nèi)存中的訪存地址指令寄存器IR（InstructionRegister）:存放的是從內(nèi)存中讀出的指令；標(biāo)志寄存器FLAG:存放的是運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)；指令指針I(yè)P（InstructionPointer）:功能同PC。我們用到的還有AX，BX,CX，DX寄存器（2.1節(jié)會(huì)詳細(xì)介紹）8第8頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)的基本硬件構(gòu)成（續(xù)）控制器（CTRL-Controller）

它是計(jì)算機(jī)的控制中心，發(fā)布與控制計(jì)算機(jī)工作的各種命令，協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)部以及主機(jī)與外設(shè)工作的各種關(guān)系。

它有兩個(gè)主要功能：一個(gè)是控制程序的運(yùn)行；另一個(gè)是對(duì)不同的外部事件做出相應(yīng)響應(yīng)的能力。（這些外部事件是指：復(fù)位、停機(jī)、中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求、總線周期延長(zhǎng)等）

上述ALU+CTRL+REG（寄存器陣列）=CPU（中央處理器）9第9頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)的基本硬件構(gòu)成（續(xù)）存儲(chǔ)器（MEM-Memory）

記憶部件。它存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作的控制信息及各種命令信息（指令）和被處理加工的信息（數(shù)據(jù)），包括存儲(chǔ)加工的中間與最終結(jié)果。

存儲(chǔ)器內(nèi)有兩類信息：一類是命令信息（即指令），經(jīng)譯碼并執(zhí)行，放在代碼區(qū)；另一類是數(shù)據(jù)，放在數(shù)據(jù)區(qū)。它們都以二進(jìn)制形式存放。

10第10頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月信息的存儲(chǔ)單位位（Bit）：度量數(shù)據(jù)的最小單位;用b表示字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位;用B表示1B=8b;K字節(jié) 1KB=1024ByteM（兆）字節(jié) 1MB=1024KBG（吉）字節(jié) 1GB=1024MB

T（太）字節(jié) 1TB=1024GBb7b6b5b4b3b2b1b010010101計(jì)算機(jī)軟件概述11第11頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)存存儲(chǔ)示意圖第0個(gè)存儲(chǔ)單元第11個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)器的容量＝存儲(chǔ)單元數(shù)×位數(shù)/單元?jiǎng)t此內(nèi)存的容量為一般情況下一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為1B。＝12×8＝92b=12B12第12頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)的基本硬件構(gòu)成（續(xù)）輸入設(shè)備與輸出設(shè)備

稱為外設(shè)，其作用是進(jìn)行信息形式的轉(zhuǎn)換，即外界的語言、文字、圖像、機(jī)械動(dòng)作等信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的電信號(hào)表示的二進(jìn)制數(shù)形式，或進(jìn)行相反方向的轉(zhuǎn)換。

輸入設(shè)備如：鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤、光盤、游戲桿、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器等

輸出設(shè)備如：顯示器、打印機(jī)、音響、繪圖機(jī)、磁盤、光盤、D/A轉(zhuǎn)換器等13第13頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)的基本硬件構(gòu)成（續(xù)）總線（BUS）

總線是計(jì)算機(jī)各部件間傳送信息的公共通路，它把計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件連接成為一個(gè)整體。

分為內(nèi)部總線，外部總線。

計(jì)算機(jī)內(nèi)部的基本總線分為數(shù)據(jù)總線（DBUS），地址總線（ABUS），控制總線（CBUS）。通常又稱為三總線。關(guān)于總線技術(shù)，將在第六章中專門介紹。14第14頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月二、微機(jī)系統(tǒng)（見課本第3頁）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指由硬件、軟件組成的微機(jī)系統(tǒng)硬件部分：（1）主機(jī)CPU，內(nèi)存，I/O接口，總線和電源（2）外設(shè)設(shè)備；輸入/輸出設(shè)備.15第15頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月軟件分類系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng) 語言處理程序 實(shí)用程序應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)瀏覽器實(shí)時(shí)控制軟件

2、計(jì)算機(jī)軟件 軟件=程序+數(shù)據(jù)+文檔診斷程序反病毒程序備份程序文件壓縮程序卸載程序圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件16第16頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微機(jī)的工作原理17第17頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、工作原理微型計(jì)算機(jī)是采用“程序存儲(chǔ)控制”的原理工作的。這一原理是馮.諾依曼1946年提出的，它構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。因此，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)又稱為馮.諾依曼結(jié)構(gòu)。世界：1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)在美國(guó)賓西法尼亞大學(xué)誕生,取名為埃尼阿克ENIAC，這臺(tái)計(jì)算機(jī)占地170平方米，重30噸，用了18000多個(gè)電子管，每秒能進(jìn)行5000次加法運(yùn)算。該機(jī)用于美國(guó)陸軍部的彈道研究實(shí)驗(yàn)室。世界上第一臺(tái)由馮.諾依曼設(shè)計(jì)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)叫“愛達(dá)法克”EDVAC，但是世界上第一臺(tái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序式的電子計(jì)算機(jī)是EDSAC。18第18頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作過程或原理如果讓計(jì)算機(jī)完成一個(gè)任務(wù)，必須將此任務(wù)用高級(jí)語言（例如：JAVA，PASCAL，C等）編寫成程序；然后將高級(jí)語言程序轉(zhuǎn)化成功能等價(jià)的機(jī)器語言指令構(gòu)成的程序；將機(jī)器語言指令構(gòu)成的程序裝入到內(nèi)存中。CPU在執(zhí)行內(nèi)存中的程序時(shí)，一條指令一條指令的執(zhí)行。19第19頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)存存儲(chǔ)示意圖第0個(gè)存儲(chǔ)單元第11個(gè)存儲(chǔ)單元20第20頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，此內(nèi)存共有12個(gè)存儲(chǔ)單元，它的容量為12B。存儲(chǔ)單元從0H開始編號(hào)，第0個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為8CH，EAH數(shù)據(jù)所在的存儲(chǔ)單元地址為02H。內(nèi)存可讀也可寫。例如：CPU從地址總線發(fā)出的地址信息為02H，從控制總線發(fā)出讀命令，則從內(nèi)存讀出的數(shù)據(jù)為？

EAH;CPU從地址總線發(fā)出的地址信息為02H，DR寄存器的內(nèi)容為45H，從控制總線發(fā)出寫命令，則內(nèi)存的02H存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為？

45H問題，如果一個(gè)存儲(chǔ)器的容量為2MB，說明此存儲(chǔ)器共有多少個(gè)存儲(chǔ)單元？存儲(chǔ)單元的地址范圍是？21第21頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容為1B，現(xiàn)在存儲(chǔ)器的容量為2MB，因此有2M＝221個(gè)存儲(chǔ)單元.存儲(chǔ)單元的地址范圍為：從第0個(gè)存儲(chǔ)單元開始到第221－1個(gè)存儲(chǔ)單元。

0對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)：

000000000000000000000B＝0H221－1對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)：111111111111111111111B＝1FFFFFH因此存儲(chǔ)單元的地址范圍為：0H－1FFFFFH。22第22頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月23計(jì)算機(jī)基本工作原理（考慮最簡(jiǎn)單的順序執(zhí)行的過程）一條指令的執(zhí)行過程分為以下4個(gè)步驟：①取指令：按照指令計(jì)數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令，并送往指令寄存器。指令計(jì)數(shù)器加1②分析指令：對(duì)指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號(hào)；由地址碼確定操作數(shù)地址。③執(zhí)行指令：由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。④一條指令執(zhí)行完成，然后回到①，順序執(zhí)行下一條指令23第23頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

計(jì)算機(jī)工作過程示例：

完成下面的工作：7＋10，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到第20H個(gè)存儲(chǔ)單元中去。首先，將此任務(wù)編寫成程序的形式，然后將此程序裝入到內(nèi)存中。機(jī)器語言指令匯編語言指令

B007HMOVAL,07其中B0是操作碼，07H是操作數(shù)此條指令的功能：由操作碼B0產(chǎn)生（將7寫入AL寄存器這個(gè)操作所需要的）所有控制信號(hào)

040AHADDAL,10AL寄存器的當(dāng)前內(nèi)容與10做加法，并將結(jié)果寫回到AL中。

A220HMOV[20H],AL將AL寄存器的內(nèi)容寫到第20H個(gè)存儲(chǔ)單元中去。24第24頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月25第25頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)微機(jī)的特點(diǎn)、

應(yīng)用及發(fā)展方向26第26頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月微機(jī)特點(diǎn)運(yùn)算速度快（每秒幾兆條指令到幾千兆條指令或每秒幾十億次運(yùn)算。）處理能力強(qiáng)（如各種管理、計(jì)算、決策）能連續(xù)不間斷地工作（多任務(wù)、高效、高質(zhì)量）能干幾乎所有的工作27第27頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用各行各業(yè)，無所不用科技、生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、日常生活等各個(gè)方面28第28頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展方向性能：運(yùn)行速度不斷提高，處理器字長(zhǎng)不斷增加（摩爾定律指出，每18個(gè)月計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度就大體提高一倍，而價(jià)格則大約降低一半）功能：支持多媒體技術(shù)，并與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全面結(jié)合體系結(jié)構(gòu)：向多處理器和網(wǎng)絡(luò)化過渡；向以通信為中心的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展；由馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)向數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)發(fā)展可用性：從面向過程的機(jī)制向面向?qū)ο蟮臋C(jī)制轉(zhuǎn)變，向智能化方向發(fā)展制造工藝：向超高集成度發(fā)展，制造光集成芯片、生物芯片，設(shè)計(jì)超導(dǎo)、量子、生物、光計(jì)算機(jī)29第29頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)30第30頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制計(jì)算機(jī)中全部信息（包括指令和數(shù)據(jù)）都是采用二進(jìn)制數(shù)；為了書寫方便，又經(jīng)常采用十六進(jìn)制。而人們?cè)谌粘Ｉ钪杏謴V泛采用十進(jìn)制。因此需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值轉(zhuǎn)換，二進(jìn)、十六進(jìn)、十進(jìn)制都是進(jìn)位計(jì)數(shù)制。31第31頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)制轉(zhuǎn)換

幾種不同的進(jìn)制數(shù)的基本符號(hào)32第32頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月331.4.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr進(jìn)制數(shù)N可表示為:(可按此公式轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)）R進(jìn)制數(shù)用r個(gè)基本符號(hào)（例如0，1，2，…，r-1）表示數(shù)值基數(shù)權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-233第33頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題16進(jìn)制數(shù)1B3.45對(duì)應(yīng)的10進(jìn)制數(shù)為？

8進(jìn)制數(shù)127.2對(duì)應(yīng)的10進(jìn)制數(shù)為？

(1B3.45)16

＝1B3.45H表示此數(shù)是16進(jìn)制數(shù)（127.2）8

＝127.2O＝127.2Q表示此數(shù)是8進(jìn)制數(shù)（1234.56）10

＝1234.56D＝1234.56

表示此數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，其中十進(jìn)制數(shù)的下標(biāo)和后綴可以省略1B3.45H=1*162+B*161+3*160+4*16-1+5*16-2=256+11*16+3+4*16-1+5*16-2127.2O=1*82+2*81+7*80+2*8-134第34頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月351.4.2不同進(jìn)位計(jì)數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

1.r進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制r進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制：數(shù)碼乘以各自的權(quán)的累加例：

10101B=24+22+1=21101.11B=22+1+2-1+2-2=5.75101O=82+1=6571Q=7

8+1=5101AH=163+16+10＝4106進(jìn)制表示符號(hào)B二進(jìn)制O（Q）八進(jìn)制D十進(jìn)制H十六進(jìn)制T三進(jìn)制35第35頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成r進(jìn)制

整數(shù)部分：除以r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。小數(shù)部分：乘以r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。（直到乘積為0或達(dá)到要求的小數(shù)位數(shù)即可）例100.345(D)=1100100.01011(B)100(D)=144(O)=64(H)100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)~10025022521226232100010010.34520.69021.3802

0.7602

1.5202100812818044110016604616

1

1.04最高位最低位36第36頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月373.二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換

64(H)=0110

0100(B)

64144(O)=001

100

100(B)

1

4

4一位八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八(十六)進(jìn)制)整數(shù)部分：從右向左按三(四)位進(jìn)行分組小數(shù)部分：從左向右按三(四)位進(jìn)行分組不足部分補(bǔ)零例如：將下列二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成8進(jìn)制數(shù)和16進(jìn)制數(shù)1101101110.11010137第37頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月001

101

101

110.110

101(B)=1556.65(O)1556650011

0110

1110.1101

0100(B)=36F.D4(H)36FD4作業(yè)：（下周交）1將167.896轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)和8進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點(diǎn)位數(shù)保留四位。214AH，47Q，164.82對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為？小數(shù)點(diǎn)位數(shù)保留四位31101111010011.1010111（B）對(duì)應(yīng)的8進(jìn)制數(shù)和16進(jìn)制數(shù)為？4計(jì)算下列各數(shù)的原碼，反碼和補(bǔ)碼＋127，－127，－128，＋100，－10038第38頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月三、無符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算無符號(hào)數(shù)（純數(shù)值）：只表示數(shù)值的大小，不涉及數(shù)的正負(fù)號(hào)符號(hào)數(shù)：既表示數(shù)的大小，又要表示數(shù)的正負(fù)計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)可以分為符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)，它們的表示與運(yùn)算是不同的。39第39頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月三、無符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）加法運(yùn)算

（若運(yùn)算器為8位）例1.計(jì)算78H+87H=FFH

例2.計(jì)算78H+98H=10H78H78H+87H+98H

—————·—·———FFH10H

說明：

因?yàn)槭?位運(yùn)算器，例2的結(jié)果就溢出了，原因是結(jié)果只能存放8位數(shù)。為了表示最高位的進(jìn)位，計(jì)算機(jī)中可用一個(gè)進(jìn)位標(biāo)志CF（CarryFlag）=1來表示（若把CF=1考慮在內(nèi)，結(jié)果為110H，這樣結(jié)果就正確了）。40第40頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月三、無符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）減法運(yùn)算（若運(yùn)算器為8位）例1.計(jì)算78H-87H=FFH

例2.計(jì)算A8H-98H=10H`78HA8H-87H-98H

—————————F1H10H

說明：

因?yàn)槭?位運(yùn)算器，例1的結(jié)果就是錯(cuò)誤的了，原因是高位有借位。為了表示最高位的借位，計(jì)算機(jī)中可用一個(gè)借位標(biāo)志BW（BorrowFlag）=1來表示（通常計(jì)算機(jī)中把CF與BW用同一標(biāo)志來指示）。41第41頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算計(jì)算機(jī)中的符號(hào)數(shù)也是用二進(jìn)制數(shù)表示和運(yùn)算的。數(shù)值與符號(hào)都是用二進(jìn)制數(shù)表示。一般規(guī)定，0表示正號(hào)，1表示負(fù)號(hào)，約定在數(shù)的最高位表示符號(hào)位。符號(hào)數(shù)通常有三種機(jī)器碼表示法。即原碼、反碼和補(bǔ)碼。42第42頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）原碼表示（1）定義

[x]原=

X(X>=0)2N-1＋︳X︳(X<=0)表示范圍:(–2N-1+1）~（+2N-1–1）N是要表示十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)4位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍為：–7~+78位二進(jìn)制原碼表示的整數(shù)范圍為：–127~+127（2）舉例用八位二進(jìn)數(shù)寫出X=+32和Y=–32的原碼表示如下[X]原=00100000B=20H[Y]原=10100000B=A0H符號(hào)位數(shù)值符號(hào)位數(shù)值43第43頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

[32]原＝32＝00100000B[-32]原＝28－1+32＝128+32＝160＝10100000B規(guī)則：用最高位0表示正數(shù)；最高位為1表示負(fù)數(shù)。用剩余的7位二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)的真值。例如：＋32的原碼：00100000

最高位十進(jìn)制數(shù)32對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)

[+32]原＝00100000

－32的原碼：10100000

最高位十進(jìn)制數(shù)32對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)

[－32]原＝1010000044第44頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）（3）0的原碼有兩種表示

[+0]原=00000000B[–0]原=10000000B

原碼表示簡(jiǎn)單直觀，但運(yùn)算時(shí)符號(hào)位與數(shù)值位要區(qū)別對(duì)待，不宜作加減運(yùn)算。

45第45頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）反碼表示與運(yùn)算（1）定義

[X]反=X(X>=0)

(2N–1)+X(X<=0)（2）舉例：用八位二進(jìn)制數(shù)寫出X=+32與Y=–32的反碼表示[X]反=00100000B（正數(shù)的反碼是其自身）[Y]反=（28－1）－32＝255－32＝223＝11011111B46第46頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月反碼：正數(shù)的反碼和原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼和它的原碼符號(hào)位相同，數(shù)值位取反（二進(jìn)數(shù)0變?yōu)?，1變?yōu)?）。

[+32]反＝[+32]原＝00100000B[-32]反＝？[-32]原＝10100000B按照所講解的規(guī)律：[-32]反＝11011111B47第47頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）

（3）0的反碼有兩種表示

[+0]反

=00000000B[–0]反

=11111111B

N位反碼可表示的整數(shù)范圍為：–（2N-1–1）~（2N-1–1）

8位二進(jìn)制反碼表示范圍：–127~+127

（4）反碼運(yùn)算規(guī)則

[X+Y]反=[X]反+[Y]反+循環(huán)進(jìn)位

[X–Y]反=[X]反+[–Y]反+循環(huán)進(jìn)位例1.已知：33的反碼為21H，－32的反碼為DFH，計(jì)算【33-32】反=？

33的反碼為(00100001B=21H)-32的反碼為（對(duì)10100000B的數(shù)值位取反=11011111=DFH)21H00+.D.FH

+1（循環(huán)進(jìn)位）

000148第48頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）驗(yàn)證：33－32＝11的反碼＝00000001B＝01H，公式成立。反碼宜作加、減運(yùn)算，但一次加法要通過兩次加法運(yùn)算來完成，降低了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。計(jì)算機(jī)中常用補(bǔ)碼表示符號(hào)數(shù)。補(bǔ)碼表示與運(yùn)算（1）定義

[X]補(bǔ)

=X（X>=0）2N+X（X<=0）N是要表示十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)49第49頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）（2）舉例用八位二進(jìn)制數(shù)寫出X=+32和Y=–32的補(bǔ)碼表示

[X]補(bǔ)=00100000B[Y]補(bǔ)=28－32＝256－32＝224＝11100000B補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼和反碼形式相同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼和它的原碼符號(hào)位相同，數(shù)值位取反加1。[+32]補(bǔ)＝[+32]原＝00100000B[-32]補(bǔ)＝？[-32]原＝10100000B按照所講解的規(guī)律：[-32]補(bǔ)＝11100000B50第50頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）0的補(bǔ)碼只有一種表示

[+0]補(bǔ)=00000000B[–0]補(bǔ)=11111111+1=1(扔掉)00000000＝

00000000BN位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的整數(shù)范圍為：-2N~2N-1-1N=8時(shí)，表示范圍：-128~+127

51第51頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月1（）的補(bǔ)碼，原碼和反碼形式是相同的?A正數(shù)；B正數(shù)和0;C所有的數(shù)2[-128]補(bǔ)＝？首先，＋0＝－0；

[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000[+0]反＝[+0]補(bǔ)＝00000000[-0]反＝11111111[-0]補(bǔ)＝00000000補(bǔ)碼的最一般形式：{x}補(bǔ)＝x,x>=0;2n＋x,X<0.（如果用8位二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制的正負(fù)數(shù)，則n=8）[-128]補(bǔ)＝28－128＝28-27=27=10000000B52第52頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）（4）補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)∴

[X–Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[–Y]補(bǔ)用補(bǔ)碼可以很方便的進(jìn)行符號(hào)數(shù)的加減運(yùn)算

例1若[X]補(bǔ)=[65]補(bǔ)＝41H，[Y]補(bǔ)＝[-66]補(bǔ)＝BEH，計(jì)算[X+Y]補(bǔ)=?

∵[X]補(bǔ)=01000001B[Y]補(bǔ)=100H-42H=BEH=10111110B

41H(+65)+BEH(-66)

ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉ

FFH(-1)

53第53頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運(yùn)算比反碼省去了循環(huán)進(jìn)位的修正運(yùn)算，所以運(yùn)算速度提高了。一般計(jì)算機(jī)中的符號(hào)數(shù)，均指用補(bǔ)碼表示的數(shù)。利用補(bǔ)碼，連同符號(hào)位一起，按無符號(hào)數(shù)進(jìn)行加減，簡(jiǎn)化了運(yùn)算器的設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)中，減法運(yùn)算是通過求負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，而進(jìn)行加法運(yùn)算。54第54頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月4、符號(hào)數(shù)運(yùn)算溢出的判別方法

若運(yùn)算結(jié)果超出了結(jié)果單元所能表達(dá)的范圍就產(chǎn)生溢出。加減運(yùn)算產(chǎn)生的溢出無法從結(jié)果中看出，必須用專門的信息位來表示。在CPU中，稱為Flag寄存器，由于這些標(biāo)志決定了程序分支的條件，也稱為條件碼（CC:ConditionCode）。CPU常設(shè)的標(biāo)志有：

C（Carry)進(jìn)位標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果的最高位產(chǎn)生進(jìn)位或借位。

S或N（Sign或Negative）符號(hào)標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)位。

O或V（OVerflow）溢出標(biāo)志，反映符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生溢出。

Z（Zero）零標(biāo)志，反映運(yùn)算結(jié)果是否為0。

C與O是兩個(gè)不同性質(zhì)的標(biāo)志，前者反映運(yùn)算結(jié)果有無進(jìn)（借）位，后者反映運(yùn)算結(jié)果有無溢出。55第55頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充溢出：只有兩個(gè)同符號(hào)數(shù)相加的情況下，才可能產(chǎn)生溢出；和的符號(hào)與被加數(shù)或加數(shù)的符號(hào)相反，表明運(yùn)算結(jié)果溢出.進(jìn)位：對(duì)于作加法運(yùn)算時(shí)，CF位是根據(jù)最高有效位(即是最高位,不論是否將它看為符號(hào)位）是否向高位的進(jìn)位來設(shè)置的。符號(hào)位在運(yùn)算過程中要參加運(yùn)算。對(duì)加法，有進(jìn)位CF=1;無進(jìn)位CF=0。SF標(biāo)志位：如果數(shù)據(jù)的最高位為1，則SF=1;

如果數(shù)據(jù)的最高位為0，則SF=0;ZF標(biāo)志位：如果數(shù)據(jù)為0，則ZF=1;否則為0。56第56頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充例：(-126)+(-3)=?[-126]補(bǔ)＝82H[-3]補(bǔ)＝0FDH（前面加0，以示與機(jī)器指令區(qū)別）

82H＝10000010B

＋0FDH＝11111101B

101111111B則SF＝0，CF＝1，OF＝1，ZF＝0；

57第57頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月其中CF，OF由運(yùn)算過程設(shè)定；ZF，SF由運(yùn)算結(jié)果設(shè)定。例如：運(yùn)算結(jié)果為10100010，則SF＝1，ZF＝0；思考，運(yùn)算結(jié)果為00000000，則SF=？ZF＝？SF＝0，ZF＝1；58第58頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）下列幾種情況，符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)會(huì)產(chǎn)生溢出

?正+正=負(fù)（正溢出）結(jié)果應(yīng)該為正數(shù)，但是運(yùn)算結(jié)束后最高位（符號(hào)位為1）

?

負(fù)+負(fù)=正（負(fù)溢出）

?

正–負(fù)=負(fù)（正溢出）

?

負(fù)–正=正（負(fù)溢出）結(jié)果應(yīng)該為負(fù)數(shù)，但是運(yùn)算結(jié)束后最高位（符號(hào)位為0）值得指出的是：計(jì)算機(jī)在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，對(duì)參與運(yùn)算的數(shù)并不知道是無符號(hào)數(shù)或帶符號(hào)數(shù)，所以它在運(yùn)算后對(duì)4個(gè)標(biāo)志都會(huì)置位，只有程序員知道參與運(yùn)算的數(shù)是符號(hào)數(shù)或無符號(hào)數(shù)。在計(jì)算機(jī)中，OF置位是根據(jù)次高位和最高位的進(jìn)位的異或判別的。即

OF=C7⊕

C659第59頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）運(yùn)算舉例（X，Y已經(jīng)是一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，現(xiàn)在進(jìn)行補(bǔ)碼加法運(yùn)算，對(duì)標(biāo)志位的影響）例1X=FEH，Y=FFH，求X+Y=?并判斷標(biāo)志位。

FEHCF=1(有進(jìn)位）

+.F.FHSF=1（為負(fù)數(shù)）

ˉˉˉˉˉˉˉˉOF=0（沒溢出）（有進(jìn)位不一定有溢出）

FDHZF=0（結(jié)果不為0）例2X=70H，Y=50H，求X+Y=?并判斷標(biāo)志位。

70HCF=0(無進(jìn)位）

+50HSF=1（為負(fù)數(shù)）

ˉˉˉˉˉˉˉˉOF=1（有溢出）（有溢出不一定有進(jìn)位）

C0HZF=0（結(jié)果不為0）

60第60頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

運(yùn)算舉例（續(xù)）例3X=30H，Y=40H，求X+Y=?并判斷標(biāo)志位。30HCF=0(無進(jìn)位）+40HSF=0（為正數(shù)）ˉˉˉˉˉˉˉˉOF=0（沒溢出）（即無進(jìn)位又無溢出）70HZF=0（結(jié)果不為0）例4X=80H，Y=80H，求X+Y=?并判斷標(biāo)志位。80HCF=1(有進(jìn)位）+.80HSF=0（為正數(shù)）ˉˉˉˉˉˉˉˉOF=1（有溢出）（即有溢出又有進(jìn)位）00HZF=1（結(jié)果為0）要搞清楚CF與OF的區(qū)別。四、符號(hào)數(shù)的表示與運(yùn)算（續(xù)）61第61頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月五、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示與運(yùn)算表示方法—BCD碼（BinaryCodedDecimal）

要表示一位十進(jìn)制數(shù)，至少要用4位二進(jìn)制數(shù)，常用下面兩種表示方法：

壓縮的（組合的）BCD碼：一個(gè)字節(jié)表示兩位BCD碼。

非壓縮（非組合）的BCD碼：一個(gè)字節(jié)表示一位BCD碼，高4位為0。運(yùn)算方法

由于BCD碼需10種4位二進(jìn)制編碼0000~1001，還有6種碼1010~1111是非法編碼。若出現(xiàn)非法編碼，所得的結(jié)果就要修正。計(jì)算機(jī)內(nèi)十進(jìn)制數(shù)（BCD碼）運(yùn)算仍采用二進(jìn)制加法器來實(shí)現(xiàn)。62第62頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月十進(jìn)制數(shù)21的壓縮BCD碼是：21H；十進(jìn)制數(shù)21的非壓縮BCD碼是：0201H；0304H是十進(jìn)制數(shù)（）的壓縮BCD碼？0304＝304；0304H是十進(jìn)制數(shù)（）的非壓縮BCD碼？34；63第63頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月五、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示與運(yùn)算（續(xù)）BCD碼運(yùn)算（加法）

例1若X、Y為十進(jìn)制數(shù)，X=38，Y=57，用壓縮BCD形式計(jì)算X+Y=?38H（BCD碼中沒有字母，結(jié)果中的F(1111)為非法碼，

+57H應(yīng)在該位加6修正，以強(qiáng)迫其進(jìn)位。）8F+0.695H例2若X=28，Y=79，計(jì)算X+Y=?28H+7.9HA1因?yàn)榈?位有進(jìn)位（AF=1）+66高4位A>9，所以+66107H64第64頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月五、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示與運(yùn)算（續(xù)）BCD碼運(yùn)算（減法）

例3若X、Y為十進(jìn)制數(shù)，X=75，Y=26，用壓縮BCD形式計(jì)算X-Y=?7`5H（BCD碼中沒有字母，結(jié)果中的F(1111)為非法碼，

-26H應(yīng)在該位-6修正，使借高位的數(shù)得到修正。）例4X=30，Y=42，計(jì)算X-Y=?`3`0H-42HEE因?yàn)榈?位有借位（AF=1）-66高4位也有借位（CF=1）88H所以–66修正4F-0

649H65第65頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月五、十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示與運(yùn)算（續(xù)）BCD碼加法修正原則是：①若運(yùn)算結(jié)果低位大于9或AF（半進(jìn)位）=1，則結(jié)果+06；②若運(yùn)算結(jié)果高位大于9或CF（進(jìn)位）=1，則結(jié)果+60;③若①②都滿足時(shí)，則結(jié)果+66。BCD碼減法修正原則是：①若運(yùn)算結(jié)果低位大于9或AF（半借位）=1，則結(jié)果-06；②若運(yùn)算結(jié)果高位大于9或CF（借位）=1，則結(jié)果-60;③若①②都滿足時(shí)，則結(jié)果-66。說明：微機(jī)的CPU中都有專門的十進(jìn)制運(yùn)算調(diào)整部件DAA，還設(shè)有專門的十進(jìn)制加減運(yùn)算調(diào)