計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

■任課教師:計(jì)算機(jī)系信管教研室閆文忠

■電話/p>

■E-mail:yanwenzhong@

■辦公室:10209

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

課程簡(jiǎn)介

■本課程是機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生選修的專業(yè)課

程，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和實(shí)用性。

■通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生了解8086/8088計(jì)

算機(jī)系統(tǒng)的組成、工作原理及接口技術(shù)。以

8086/8088為基礎(chǔ)，啟發(fā)學(xué)生對(duì)

80386/80586及P—II、P—III工作原理的

理解，為實(shí)際使用計(jì)算機(jī)及掌握計(jì)算機(jī)安全

打下理論基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

教學(xué)基本要求

掌握接口技術(shù)的基本概念、設(shè)計(jì)方法，常用

芯片性能與使用。

■(1)熟悉計(jì)算機(jī)中數(shù)制和碼制

■(2)了解微處理器工作原理

■(3)了解總線與時(shí)序

■(4)輸入/輸出系統(tǒng)

■(5)掌握中斷系統(tǒng)系統(tǒng)概念及8259的使用

■(6)掌握并行接口芯片8255A及DMA控制器

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

對(duì)同學(xué)們的要求

■按時(shí)上課，上課時(shí)不說(shuō)話、不睡覺

-有病或有事時(shí)按學(xué)校規(guī)定請(qǐng)假

■按時(shí)提交作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告

■歡迎多提建設(shè)性意見

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

成績(jī)構(gòu)成

■期末考試占70%

■平時(shí)成績(jī)占30%

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第6周周一（4月5日）課程調(diào)至第10周周二

（5月4日）上課

第16周周一（6月14日）課程調(diào)至第10周周三

（5月5日）上課

實(shí)驗(yàn)安排

■第4周周一7、8節(jié)

■第5周周一7、8節(jié)

■第14周周一7、8節(jié)

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答疑安排

■答疑時(shí)間：每周一1112節(jié)

■答疑地點(diǎn)：10209

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

A/r____.Vr

弟一早基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

本章主要內(nèi)容

■計(jì)算機(jī)中的數(shù)制

■無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

■帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算

■定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

■二進(jìn)制編碼

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

本章重點(diǎn)

■計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制、編碼及它們

相互間的轉(zhuǎn)換

■二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

■帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算

■二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的溢出問題

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

1.1計(jì)算機(jī)中的計(jì)數(shù)制

計(jì)數(shù)制

是指用一組固定的數(shù)字符號(hào)和統(tǒng)一的規(guī)則表示數(shù)的方

法。計(jì)數(shù)制有很多種，但在計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和使用上常

用的則為十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。

數(shù)制的基和權(quán)

數(shù)制所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱為基，數(shù)制每一位所具有

的值稱為權(quán)。P1

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

十進(jìn)制：基為“10”，權(quán)為以10為底的幕，

二進(jìn)制：基為“2”，權(quán)為以2為底的募，

八進(jìn)制：基為“8”，權(quán)為以8為底的嘉，

十六進(jìn)制：基為“16”，權(quán)為以16為底的哥

不同數(shù)制的區(qū)別表示

方法一：用后綴區(qū)分

方法二：用括號(hào)將數(shù)字括起來(lái)，加以下標(biāo)標(biāo)注

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

數(shù)制的轉(zhuǎn)換

十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的方法：

(1)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)

“除2取余，逆序排列”法。具體做法是：用2去

除十進(jìn)制整數(shù)，可以得到一個(gè)商和余數(shù)；再用2去

除商，又會(huì)得到一個(gè)商和余數(shù)，如此進(jìn)行，直到

商為零時(shí)為止。然后把先得到的余數(shù)作為二進(jìn)制

數(shù)的低位有效位，后得到的余數(shù)作為二進(jìn)制數(shù)的

高位有效位，依次排列起來(lái)。

例1：求十進(jìn)制數(shù)17的二進(jìn)制代碼

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用膽回

例1：求十進(jìn)制數(shù)17的二進(jìn)制代碼

被除數(shù)除數(shù)商余數(shù)

17281

8240

4220

2210

1201

Di

0

方法總結(jié)：對(duì)于十進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分采用除2取余法

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(2)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)

“乘2取整，順序排列”法。具體做法是：用2乘十

進(jìn)制小數(shù)，可以得到積，將積的整數(shù)部分取出，再

用2乘余下的小數(shù)部分，又得到一個(gè)積，再將積的

整數(shù)部分取出，如此進(jìn)行，直到積中的小數(shù)部分為

零，或者達(dá)到所要求的精度為止。

然后把取出的整數(shù)部分按順序排列起來(lái)，先取的整

數(shù)作為二進(jìn)制小數(shù)的高位有效位，后取的整數(shù)作為

低位有效位。

例2：求十進(jìn)制數(shù)0.25的二進(jìn)制代碼

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

例2：求十進(jìn)制數(shù)0.25的二進(jìn)制代碼

方法總結(jié)：對(duì)于十進(jìn)制數(shù)小數(shù)部分采用乘2取整法

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制代碼的方法：按位權(quán)展

開后相加求和。

例3：將二進(jìn)制代碼11011.0111轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制數(shù)11011.0111

242322212°242-32-4

權(quán)1684210.50.250.125.0625

數(shù)值16802100.250.125.0625

十進(jìn)制數(shù)16+8+0+2+1+0+.25+.125+.0625=27.4375

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

習(xí)題

1、下列各二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的多少?

(1)11010

答案：(26)10

(2)110100

答案：(52)

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用膽回

其他數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換P6

(1)二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

(2)二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

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1.2無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

算術(shù)的四種基本運(yùn)算：力口、減、乘、除

試計(jì)算011與010之和

011

+010

101

結(jié)論：兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加是通過(guò)逐位相加來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用膽回

二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算

原理：通過(guò)逐位相減來(lái)實(shí)現(xiàn)，不夠減時(shí)，借一

當(dāng)二。

1101

-1011

0010

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二進(jìn)制數(shù)的乘法運(yùn)算

■對(duì)二進(jìn)制數(shù)，乘以2相當(dāng)于左移一位

［例］:

00001011X0100=00101100B

方法：1按照十進(jìn)制的乘法過(guò)程

2采用移位加的方法

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

二進(jìn)制數(shù)的除法運(yùn)算

■對(duì)二進(jìn)制數(shù)，除以2則相當(dāng)于右移1位

［例］:

00001011^0100=00000010B

即：商=00000010B

余數(shù)=11B

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無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍

0<X<2n-l

若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。

無(wú)符號(hào)數(shù)的溢出判斷準(zhǔn)則：運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更

高位有進(jìn)位（或借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

［例］:

11111111

+00000001

100000000

最高位向前有進(jìn)位,產(chǎn)生溢出

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算

'與

或

非

I異或

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或運(yùn)算

表達(dá)式：Y=AVB

其可能結(jié)果如下：

Y=0V0=0Y=0

Y=0V1=1

Y=1V0=1Y=1

Y=1V1=1

結(jié)論:有1為1,全0為0

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用超回

與運(yùn)算

表達(dá)式：Y=AAB

其可能結(jié)果如下：

Y=1A1=1丫=1結(jié)論:有0為0,全1

Y=OAO=O為1

Y=1A0=0i=^>Y=0

Y=0A1=0

非運(yùn)算

表達(dá)式：Y=A

這其實(shí)也是反向器的性質(zhì)。所以在電路實(shí)現(xiàn)上，反向器

是反運(yùn)算的基本元件

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

異或運(yùn)算

表達(dá)式：Y=A?B

其可能結(jié)果如下：

Y=1?0=1Y=1

Y=0?1=1

Y=0?0=0

Y=0

Y=1?1=0

結(jié)論:兩者相異則結(jié)果為L(zhǎng)兩者相同則結(jié)果為0

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1.3帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示及運(yùn)算

計(jì)算機(jī)中的符號(hào)數(shù)可表示為:

符號(hào)位+真值

k_______________)

機(jī)器數(shù)

“02一……表示正

“1?-------表示負(fù)

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

［例］:

+52=+0110100=00110100

符號(hào)位真值

-52=-0110100=10110100

符身位真值

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1.符號(hào)數(shù)的表示:

■原碼:真值X的原碼記為［X］原，在原碼表示法中不論

數(shù)的正負(fù)，數(shù)值部分均保持原真值不變。

■反碼:真值X的反碼記為［X］反。正數(shù)的反碼同原碼。

負(fù)數(shù)的反碼的數(shù)值部分為真值的各位按位取反。

■補(bǔ)碼：真值X的補(bǔ)碼記為［X］補(bǔ)。正數(shù)的補(bǔ)碼同原碼。

負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的數(shù)值部分為真值的各位按位取反加1。

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原碼:

■最高位為符號(hào)位，用“0”表示正，用“1”表

示負(fù)；其余為真值部分

■優(yōu)點(diǎn)：真值和其原碼表示之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)

單，容易理解

■缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中用原碼進(jìn)行加減運(yùn)算比較困

難，0的表示不唯一

8位數(shù)。的原碼：+0=00000000

-0=10000000

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反碼

對(duì)一個(gè)機(jī)器數(shù)X：

■若X>0，則兇反=兇原

■若XVO,則以]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變，數(shù)值部分

按位求反

[例]:

[+0]s=00000000

X=-52=-0110100

[-0]反=11111111

[X]原=10110100

即：數(shù)。的反碼也不唯一

[X]s=11001011

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

補(bǔ)碼

定義：

若X>0,則兇補(bǔ)二兇反=兇原

若XVO,則［不補(bǔ)=［不反+1

［例］：

X=-52=-0110100

［X］原=10110100

［X］反=11001011

反

［X］#=［X］+1=11001100

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

。的補(bǔ)碼：表小唯一

[+0]#=[+0]M=00000000

[-0]#=[-0]&+1=11111111+1

=100000000

/

對(duì)8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

特殊數(shù)10000000

■該數(shù)在原碼中定義為：-0

■在反碼中定義為：-127

■在補(bǔ)碼中定義為：-128

■對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)，(10000000)B=128

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

帶符號(hào)數(shù)的表示范圍：

對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：

■原碼：-127-+127

■反碼：-127^+127

■補(bǔ)碼:-128~+127

符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制：P10

1）求出真值

2）進(jìn)行二十轉(zhuǎn)換

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

[例]:

將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

■[X]^=00101110B真值為：0101110B

正數(shù)

所以：X=+46

兇補(bǔ)1010010B真值為：1010010B

負(fù)數(shù)

從而有：X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)

=-0101110=-46

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

2.符號(hào)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算

■通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算

即：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

[X-Y]#=[X+(-Y)]#

=[X]補(bǔ)+[?Y]補(bǔ)

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

[例]:

X=-0110100,￥=+1110100,求X+Y=?

■[X]原=10110100無(wú)論正負(fù)，真值不變

■[X]#=[X]R+1=11001100

■[Y]#=[Y]^=01110100

.所以:[X+Y]補(bǔ)=兇補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=11001100+01110100

=01000000

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3.符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問題

■溢出判定準(zhǔn)則：兩個(gè)同符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或

異符號(hào)數(shù)相減時(shí)，若最高位進(jìn)位十次高位進(jìn)

位=1,則結(jié)果產(chǎn)生溢出。

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

［例］:

若：X=01111000,￥=01101001則：X+Y=

01111000

+oiioiooi

I

I

ii100001

注意：次高位向最高位有進(jìn)位，而最高位

向前無(wú)進(jìn)位，產(chǎn)生溢出。（事實(shí)上，兩正

數(shù)相加得出負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)）

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1.4定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)

在計(jì)算機(jī)中，數(shù)可以采用定點(diǎn)表示或浮點(diǎn)表示。所

謂定點(diǎn)表示，就是小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是固定不變的；

所謂浮點(diǎn)表示，就是小數(shù)點(diǎn)在數(shù)中的位置是浮動(dòng)的。

(1)定點(diǎn)數(shù)

對(duì)于任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N總可以表示為純整數(shù)(或純

小數(shù))和一個(gè)2的整數(shù)次哥的乘積

N=SX2P

其中，S稱為尾數(shù)，P稱為階碼，2稱為階碼的底。此

處P、S都是用二進(jìn)制數(shù)表示。

計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用

000000011

I

01111111127

10000001—1

11111111-127

純整數(shù)表示范圍

+127之0-127

即+(27—1)2式三一(2?-1)

8位有符號(hào)純整數(shù)與純小數(shù)

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（2）浮點(diǎn)數(shù)

■浮點(diǎn)數(shù)由階碼和