微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù) 林志貴 第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第1章基礎(chǔ)知識(shí)

版

本章主要內(nèi)容

§1.1概述

§1.2微機(jī)中的數(shù)制和數(shù)的表示

§1.3微機(jī)中常見的編碼

§1.4二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算及其電路

2

原版配

1.1概述

§1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1.基本概念

(1)微處理器(MPU)

將中央處理單元(CPU)——控制器和運(yùn)算器

集成在一片半導(dǎo)體芯片上。

(2)微型計(jì)算機(jī)

以微處理器MPU為核心，再配以相應(yīng)的半導(dǎo)體

存儲(chǔ)器(ROM、RAM等)、I/O接口和中斷系

統(tǒng)等，并由系統(tǒng)總線連接起來組裝在一塊或數(shù)

塊印刷電路版上構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。

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§1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

3.單板微型計(jì)算機(jī)（）

把微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、I/O接口和中斷電

路等芯片組裝在一塊印刷電路板上的微型計(jì)算

機(jī)。

4.單片微型計(jì)算機(jī)（）

把微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、I/O接口和中斷系統(tǒng)集成

在一塊硅片上的具有完整功能的微型計(jì)算機(jī)。

5.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

以微型計(jì)算機(jī)為核心，再配以相應(yīng)的外圍設(shè)備、電

源、輔助電路和控制微型計(jì)算機(jī)工作的軟件就構(gòu)成了

完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目的：完成一定的功能。

4

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§1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

2.微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

第一代一8位機(jī)

智能芯片Intel4004（航天）微處理器（MPU）

對(duì)4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算

Intel8008（8位）

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§1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

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§1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

第二代8086/8088—16位機(jī)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣

8086數(shù)據(jù)線16位

8088數(shù)據(jù)線8位（準(zhǔn)16位機(jī)）

第三代80286—加強(qiáng)型16位機(jī)

里程碑虛擬存儲(chǔ)器描述符

第四代80386/80486—32位機(jī)

段頁式管理，提高內(nèi)存使用率

§1.1.1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

第五代80586—32位機(jī)93年

Pentium“奔騰”廢棄了傳統(tǒng)的三總線結(jié)構(gòu)

采用南北橋芯片組，PCI總線

多媒體信息處理

Pro?P6—32位機(jī)96年

加強(qiáng)型的“奔騰機(jī)”750MHz

PIIPHICY

，2006年Intel公司推出32位全新Core架

構(gòu)的Core型微處理器?

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1.1概述

§1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

「CPU

9

版住

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

DB

AB

CB

主機(jī)結(jié)構(gòu)突出特點(diǎn)是模塊化結(jié)構(gòu)

總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中各部件“”在總線上

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

1.CPU（中央處理單元）

MPU（微處理器）嵌入系統(tǒng)中與其他電路

及芯片組合稱為

微機(jī)的部件，主要由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成

?運(yùn)算器（ALU）主要負(fù)責(zé)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

?控制器由指令寄存器、指令譯碼器和控制電路組成

并按指令的要求對(duì)微機(jī)各部件發(fā)出相應(yīng)的控制信息

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

2.內(nèi)存儲(chǔ)器（主存）

用于“記憶”信息的存儲(chǔ)元件，均采用集成

度高，容量大，體積小，功耗低的半導(dǎo)體存儲(chǔ)

器芯片

基本單位，規(guī)定二進(jìn)制數(shù)

稱為一個(gè)

01001101

12

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)空間稱為一個(gè)存儲(chǔ)單元，其中

每一位稱為IBit

微機(jī)的存儲(chǔ)器是由許多存儲(chǔ)單元集合而成，

每一個(gè)存儲(chǔ)單元唯一的對(duì)應(yīng)一個(gè)單元地址，也

稱為存儲(chǔ)器的物理地址，微機(jī)中的地址一般都

用數(shù)表示，如30H

CPU執(zhí)行訪問內(nèi)存的指令時(shí)，按指定的單元

地址對(duì)相應(yīng)存儲(chǔ)單元進(jìn)行“讀、寫”操作。

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1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

啜

取

存

讀

儲(chǔ)

單

元

寫

數(shù)

存儲(chǔ)器容量（s）=存儲(chǔ)單元數(shù)（p）X數(shù)據(jù)位數(shù)（i）

1O24B=1KB1O24KB=1MB

1O24MB=1GB1O24GB=1TB

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

微機(jī)一條指令所能處理的一個(gè)基本信息

單位

例：一個(gè)數(shù)據(jù)（25、35.67、-0.0038……；）—

個(gè)字符（A、a、#.....）等均稱為一個(gè)字

一個(gè)基本信息單位所占用的最大二進(jìn)

制位數(shù)

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版配

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

字長是微機(jī)的主要性能指標(biāo)之一!

字長越長的微機(jī)，其運(yùn)算速度越快，數(shù)的表示

范圍越寬，數(shù)據(jù)的運(yùn)算精度越高，機(jī)器的整體功

能越強(qiáng)

51單片機(jī)字長為8位，稱為8位機(jī)

8086/8088CPU字長為16位，稱為16位機(jī)

80386、80486>80586(pentium)為32位機(jī),

2001年推出的Itanium為64位機(jī)

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1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

3.總線一|傳送信息的公共導(dǎo)線

根據(jù)傳送信息的內(nèi)容與作用不同，總線分為：

數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)

地址總線AB(AddressBus)

控制總線CB(ControlBus)

①數(shù)據(jù)總線DB：傳輸數(shù)據(jù)信息

其寬度(根數(shù))與MPU提供的數(shù)據(jù)線的引腳數(shù)

有關(guān)，表示微機(jī)的

17

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

②控制總線CB：傳送各種控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)

對(duì)于每一根來說是單向傳送的

③地址總線AB：

CPU執(zhí)行指令時(shí)，用于單向傳送地址信息

地

址指令代碼在存儲(chǔ)器中的地址信息

信

息

操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的地址信息

18

1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

AB的寬度決定了微機(jī)系統(tǒng)的最大尋址能力

最大尋址空間=2N,其中N為AB的寬度

例：

8086/8088CPUN=20

最大尋址空間22O=1MB

51單片機(jī)N=16

最大尋址空間=216=65536B=64KB

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1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

4.地址譯碼電路

凡是“掛”在總線上部件都被系統(tǒng)分配一個(gè)地

址域，CPU訪問某部件時(shí)，由指令提供被訪問

部件的地址信息，該地址信息經(jīng)地址譯碼電路

譯碼后唯一的產(chǎn)生一個(gè)選通信號(hào)（也稱片選信

）,將被選中的部件“”打開，使得數(shù)據(jù)得

以傳輸

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1.1.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

5.接口

接口是主機(jī)與外設(shè)連接的必然通路，是必

經(jīng)的“橋梁”。每個(gè)可包含若干個(gè)，每

個(gè)端口對(duì)應(yīng)一個(gè)端口地址，可由指令按地址訪

問端口

接口功能：

①隔離主機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)

②向外設(shè)傳輸控制信號(hào)和接收外設(shè)的狀態(tài)信號(hào)

③數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換

21

1.1概述

§1.1.3微型計(jì)算機(jī)的分類

：1位、4位、8位、32位和64位機(jī)等

:可分為單片機(jī)和多片機(jī)

:單板機(jī)和多板機(jī)等

22

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1.1概述

§1.1.4微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

1.字長

例如，8086/8088CPU內(nèi)部寄存器為16位，所以字

長為為位,稱為16位機(jī)，80386、80486>80586

(pentium)字長均為32位，故均稱為32位機(jī)

字長越長的微機(jī)，其運(yùn)算速度越快，數(shù)的表示范

圍越寬，數(shù)據(jù)的運(yùn)算精度越高，機(jī)器的整體功能

越強(qiáng)。

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1.1.4微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

2.存儲(chǔ)器容量

存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的基本單位是位（b）。一般把8

個(gè)二進(jìn)制位組成的基本單元叫做字節(jié)（B）。

微機(jī)中通常以字節(jié)為單位表示存儲(chǔ)容量，并且將

1024B簡稱為1KB

1024KB簡稱為1MB（兆字節(jié)）

1024MB簡稱為1GB（吉字節(jié)）

1024GB簡稱為1TB（太字節(jié)）

存儲(chǔ)器容量包括內(nèi)存容量和外存容量。

1.1.4微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

3.運(yùn)算速度

微機(jī)的運(yùn)算速度一般用每秒鐘所能執(zhí)行的指令條

數(shù)來表示。

4.系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線的性能主要表現(xiàn)為它所支持的數(shù)據(jù)傳送位

數(shù)和總線工作時(shí)鐘的頻率。數(shù)據(jù)傳送位數(shù)越多，

總線工作時(shí)鐘頻率越高，則系統(tǒng)總線的信息吞吐

率就越高，微機(jī)系統(tǒng)的性能就越強(qiáng)。

25

1.1.4微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

5.外設(shè)擴(kuò)展能力

這主要指微機(jī)系統(tǒng)配接各種外部設(shè)備的可能性、

靈活性和適應(yīng)性。

6.軟件配置情況

軟件是微機(jī)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，它配

置是否齊全，功能的強(qiáng)弱，是否支持多任務(wù)、多

用戶操作等都是微機(jī)硬件系統(tǒng)性能可否得到充分

發(fā)揮的重要因素。

26

1.2微機(jī)中的數(shù)制和數(shù)的表示

§L2.1數(shù)制的基與權(quán)

數(shù)值所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱為基；數(shù)值每一位所

具有的值稱為權(quán)。

的基為“10”,即它使用的數(shù)碼為0,1,2,

3,4,5,6,7,8,9共有10個(gè)。十進(jìn)制各位的權(quán)

是以10為底的幕，用表示，如十進(jìn)制數(shù)

523791D

52|379|1

10510410310210110°

十萬萬千百十

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1.2.1數(shù)制的權(quán)與基

的基為“2”，即其使用的數(shù)碼為0、1,共兩

個(gè)。

二進(jìn)制各位的權(quán)是a

進(jìn)制數(shù)110111B

的基為“8”,即其數(shù)碼共有8個(gè)：0,1,2,

3,4,5,6,7o八進(jìn)制的權(quán)為以8為底的幕

的基為“16”,即其數(shù)碼共有16個(gè)：0,1,

2,3,4,5,6,7,9,A,B,C,D,E,F。

28

十六進(jìn)制的權(quán)為以16為底的幕

1.2微機(jī)中的數(shù)制和數(shù)的表示

§1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法

1.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法

：用2除該十進(jìn)制數(shù)可得商數(shù)及余數(shù)，則此余數(shù)

為二進(jìn)制代碼的最小有效位(LSB)的值。再用2

除該商數(shù)，又得商數(shù)及余數(shù)，則此余數(shù)為LSB左

鄰的二進(jìn)制數(shù)代碼。用同樣的方法繼續(xù)用2除下

去，就可得到該十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制代碼

29

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1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法

例11求13的二進(jìn)制代碼。其過程如下:

01

2)1

_1

2130（由上往下讀，可從左至右寫出二進(jìn)制代碼）

返1

2）13

結(jié)果為：1101B。

如果十進(jìn)制小數(shù)要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，則要采取“乘

2取整法”（乘以基數(shù)正序取整）。

30

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1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法

一個(gè)十進(jìn)制的小數(shù)乘以2之后可能有進(jìn)位使整數(shù)位為

1（當(dāng)該小數(shù)大于0.5時(shí)），也可能沒有進(jìn)位，其

整數(shù)位仍為0（當(dāng)該小數(shù)小于0.5時(shí)）。這些整數(shù)

位的結(jié)果即為二進(jìn)制的小數(shù)位結(jié)果。

例1-2求十進(jìn)制數(shù)0.625的二進(jìn)制數(shù)。

用乘法的豎式計(jì)算，步驟如下：

0.625

x2

—LZT整數(shù)部為1,即二進(jìn)制小數(shù)后第一位為1。

0.25

x2

—O50-整數(shù)部為0,即二進(jìn)制小數(shù)后第二位為0。

0.50

1.00整數(shù)部為1,即二進(jìn)制小數(shù)后第三位為1。

1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法

2.二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法

：由二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)乘以各位的數(shù)（0或1）

再加起來就得到十進(jìn)制數(shù)

例1-3求二進(jìn)制數(shù)101011B的十進(jìn)制數(shù)。

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1.2.2數(shù)制的轉(zhuǎn)換方法

例1-4求二進(jìn)制數(shù)0101B的十進(jìn)制數(shù).

二進(jìn)制數(shù)小數(shù)各位的權(quán)是2』、2-2...

：（1）一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制

數(shù)，而一個(gè)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)不一定能夠準(zhǔn)確地

用二進(jìn)制數(shù)來表示。

（2）帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)在轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，以小

數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)和小數(shù)要分別轉(zhuǎn)換。

___________________________________________一版教學(xué)配套課件_______________________________________________

1.2微機(jī)中的數(shù)制和數(shù)的表示

§1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

1.的表示法

一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N可以表示為如下形式:

n-\

NB=￡B,X2,

i--m

其中，〃為二進(jìn)制數(shù)N整數(shù)部分的位數(shù)；機(jī)為二進(jìn)制

數(shù)N小數(shù)部分的位數(shù)；分為二進(jìn)制數(shù)字符號(hào)0或1。

例如：1101.1B=1X23+1X22+0X20+1X2」。

34

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1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

2.帶符號(hào)數(shù)的表示法

(1)原碼

數(shù)”的原碼記作㈤原，如機(jī)器字長為〃，則原碼的

定義如下：___________________________

x,0<x<2n-1-l

=<

2〃T+X,-(2^-1)<%<0

例如，當(dāng)〃=8時(shí)，

[+1]原=00000001B,[+127]原=01111111B

[-1]原=10000001B,[-127]原=11111111B

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1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

當(dāng)〃二16時(shí)，

[+1]原=0000000000000001B,[+127]^=00000000

01111111B

[-1]原=1000000000000001B,[-127]^=10000000

01111111B

：原碼表示法中，最高位為符號(hào)位，正數(shù)為0,

負(fù)數(shù)為1。其余〃?1位表示數(shù)的絕對(duì)值。原碼表示

數(shù)的范是_(2"一1—1)+(2"T-1)o8位二進(jìn)制原碼表示

數(shù)的范是?127~+127,16位二進(jìn)制原碼表示數(shù)的

范圍是?32767~+32767。

36

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1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

(2)反碼

數(shù)”的反碼記作國反，如機(jī)器字長為〃，反碼定義

如下:72-1

X,0<x<2-1

［幻反=,

(2〃—1)—x,-(2/?-I-l)<x<0

例如，當(dāng)〃=8時(shí)，

[+1]反=00000001B,[+127]反=01111111B

[-1]￡=11111110B,[?127]反=10000000B

：最高位仍為符號(hào)位，正數(shù)為0,負(fù)數(shù)為I。反

n-1

碼表示數(shù)的范【是-(2-1)(2〃T—1)o8位二進(jìn)制數(shù)

反碼表示數(shù)的范是?127~+127,16位二進(jìn)制數(shù)反

碼表示數(shù)的范圍懸目?Z6Zr3y仰。

1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

(3)補(bǔ)碼

數(shù)”的補(bǔ)碼記作［劃補(bǔ)，當(dāng)機(jī)器字長為〃時(shí)，補(bǔ)碼定

義如下：

X,0<x<2n-1-l

2〃—x,-2'1-1<x<0

例如，當(dāng)〃=8時(shí),

[+1]補(bǔ)=00000001B,[+127]補(bǔ)=01111111B

[-l]|h=28-l-ll=llllllllB,[-127]^=28-1-1271

=10000001B

：最高位仍為符號(hào)位，正數(shù)為0,負(fù)數(shù)為1。補(bǔ)

+(2/,-1-1)

碼表示數(shù)的范圍是-2〃一|o8位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)

碼表示數(shù)的范是?127、+127,16位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼

1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

3.真值與補(bǔ)碼之間的轉(zhuǎn)換

（1）真值轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼

根據(jù)補(bǔ)碼的定義可以完成真值到補(bǔ)碼的轉(zhuǎn)換。

（2）補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為真值

轉(zhuǎn)換為真值比較簡單，由于正數(shù)的補(bǔ)碼是

其本身，因此，正數(shù)補(bǔ)碼的真值㈤補(bǔ)（

與其對(duì)應(yīng)的正數(shù)之間存在如下關(guān)系：

國補(bǔ)一壑適亂一一［向補(bǔ)一一觸里一一㈤補(bǔ)

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1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

是將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)按位求反加1的運(yùn)算

例1?5求下列數(shù)的補(bǔ)碼。

①設(shè)x=+127D,求國補(bǔ)。

應(yīng)用十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的原則，可以得出

x=01111111Bo故［劃補(bǔ)=［+127］補(bǔ)

②設(shè)x=?127D,求國補(bǔ)。

對(duì)［x］補(bǔ)進(jìn)行求補(bǔ)運(yùn)算便可得到［?x］補(bǔ)。因此，［劃補(bǔ)=［.

127］補(bǔ)=［+127］補(bǔ)01111111B+1=10000001Bo

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1.2.3二進(jìn)制數(shù)的表示

例1?6求以下補(bǔ)碼的真值。

①設(shè)［劃補(bǔ)=01111110B,求“。

該補(bǔ)碼的最高位為“0”,即符號(hào)位為“0”，該補(bǔ)碼對(duì)

應(yīng)的真值是正數(shù)。則%=國補(bǔ)=01111110B

=+126Do

②設(shè)㈤補(bǔ)=10000010B,求X。

因?yàn)樵撗a(bǔ)碼的最高位為“1”,即符號(hào)位為“1”,該補(bǔ)

1x1==B+l=01111101B+1=01111110

B=+126D

貝k=?126D。41

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1.2微機(jī)中的數(shù)制和數(shù)的表示

§1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

定點(diǎn)法

浮點(diǎn)法

浮點(diǎn)機(jī)：用浮點(diǎn)表示的微機(jī)（PC機(jī)）

定點(diǎn)機(jī)：用定點(diǎn)表示的微機(jī)（51單片機(jī)）

定點(diǎn)法表示整數(shù)，浮點(diǎn)法表示實(shí)數(shù)

42

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1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

L定點(diǎn)表示（單片機(jī)）

純整數(shù)形式

I純小數(shù)形式

定點(diǎn)機(jī)中通常采用純整數(shù)形式，以8位機(jī)為例,

用8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)純整數(shù)，格式如下：

Pf

二^一卜數(shù)點(diǎn)

尾軟s

Pf為符號(hào)位：0—正數(shù)，1一負(fù)數(shù)

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1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

例：數(shù)35的定點(diǎn)表示：|°|°||°|°|°|||

0I0III0I0I0I1I1

數(shù).48的定點(diǎn)表示：一一一一一一一L

10110000

在微機(jī)中，對(duì)于帶正、負(fù)號(hào)的數(shù)，其符號(hào)被數(shù)碼

化了，這種表示數(shù)據(jù)的形式稱為機(jī)器數(shù)

注：機(jī)器數(shù)并不是指微機(jī)中的數(shù)

44

1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

2.浮點(diǎn)表示（必須帶小數(shù)點(diǎn)）

對(duì)于任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N總可以表示為：

N=SX2P

其中S是數(shù)N的尾數(shù)，P是數(shù)N的階碼。格式如

下：

Pf階碼PSf尾數(shù)S

Pf為階碼的符號(hào)位，0■正，1■負(fù)

Sf為尾數(shù)的符號(hào)位，0.正，1.負(fù)

45

版配

1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

111.0101B=1.110101X210B

=0.111010X211B

當(dāng)階碼P取不同數(shù)值時(shí)，尾數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置

是可以變動(dòng)的，因此稱為浮點(diǎn)法數(shù)。

為了使微機(jī)在運(yùn)行過程中不丟失有效

數(shù)字，提高運(yùn)算精度，一般都采用二進(jìn)

制浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)，所謂浮點(diǎn)是指

1/2<ISI<1；即小數(shù)點(diǎn)后面的一位必須為

L小數(shù)點(diǎn)前面一位為0

46

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1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

：若有二進(jìn)制數(shù)0.0011010B,規(guī)格化后的形式為

0.11010X210B

用8位二進(jìn)制數(shù)的格式將其表示為浮點(diǎn)數(shù)：

10100110

Pf-----'Sf----------------

Ps

規(guī)格化后尾數(shù)超出三位小數(shù)部分自動(dòng)舍去，所以

用浮點(diǎn)數(shù)表示有可能產(chǎn)生誤差

47

原版配

1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

為:

注：1）規(guī)格化后尾數(shù)超出三位小數(shù)部分自動(dòng)舍去，所以用

浮點(diǎn)數(shù)表示有可能產(chǎn)生誤差。

2）當(dāng)微機(jī)字長確定以后，階碼與尾數(shù)所占的位數(shù)由操作系

統(tǒng)決定。

當(dāng)階碼越長則尾數(shù)越短，數(shù)的表示范圍越寬，但精度

低;

當(dāng)階碼越短則尾數(shù)越長，數(shù)的表示范越窄，但精度高

48

1.2.4微機(jī)中數(shù)的表示

練習(xí)題

將下列十進(jìn)制數(shù)用浮點(diǎn)表示法表示:

①-3.756

②+0.573

答案：

①00101111

②00000100

49

1.3微機(jī)的編碼

問題：對(duì)于一些數(shù)據(jù)、字符、漢字等信息在微機(jī)

中如何表示？

微機(jī)編碼：用規(guī)定好的二進(jìn)制組合表示

數(shù)據(jù)、字符、漢字等信息

§1.3.1ASCII碼

ASCII碼是美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，有兩種版本

50

原版配

1.3.1ASCH碼

7位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，早期用于電信

行業(yè)，后被移植入微機(jī)，可表示128個(gè)字符

個(gè)rio個(gè)十進(jìn)制數(shù)字

96形

圖Y52個(gè)英文字符

字

符

、34個(gè)其他字符

32個(gè)「回車符、換行符、退格符

控制J

字符L設(shè)備控制符和信息分隔符等

51

1.3.1ASCH碼

采用8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符的ASCn

碼，最高位為擴(kuò)展位，最高位若為0,則為基

本ASCH碼。最高位為1,則為擴(kuò)展的ASCII

碼，一般用來表示鍵盤上不可顯示的功能鍵

編碼

ASCn碼表中：

A?Z的ASCII編碼是41H?5AH

的ASCII編碼是

的ASCII編碼是

52

1.3微機(jī)的編碼

§1.3.2BCD碼

在微機(jī)中用二進(jìn)制數(shù)表示十進(jìn)制數(shù)的方法

很多，常用的有8421BCD碼，即用四位二進(jìn)

制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)，因組成它的4位二進(jìn)

制數(shù)碼的權(quán)為8、4、2、1而得名。

（參看8421BCD碼表）

53

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1.3.2BCD碼

8421BCD編碼表

十進(jìn)制數(shù)8421B.十進(jìn)制數(shù)3421碼

00000B81000B

10001B91001B

20010B1000010000B

30011B1100010001B

40100B1200010010B

50101B1300010011B

60110B1400010100B

70111B1500010101B

4位二進(jìn)制數(shù)稱為一位8421BCD碼字

54

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1.3.2BCD碼

BCD碼與非BCD碼

「0OOOOBA1O1OB]

10001BB1O11B

非BCD碼

20010BC11OOB

30011BD11O1B》冗余碼

40100BE111OB非法碼

BCDfi^K50101BF1111BJ

60110B

70111B在0?9之間十進(jìn)制數(shù)的

81OOOBBCD碼與十六進(jìn)制是相同的,

191OO1B

10以后的稱為非BCD碼

55

1.3.2BCD碼

1.壓縮BCD碼

是一個(gè)字節(jié)中存放兩個(gè)十進(jìn)制數(shù)字位

：將十進(jìn)制數(shù)8962用壓縮BCD碼表示

100010010110001010001001

在主存中存放形式：01100010

2,非壓縮BCD碼

是指每個(gè)字節(jié)中只存放一個(gè)十進(jìn)制數(shù)字位

00001000

：將十進(jìn)制數(shù)8962用非壓縮BCD碼表示

00001001

00001000000010010000011000000010

00000110

在主存中存放形式：“

00000010

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1.3.2BCD碼

3.BCD碼力口法運(yùn)算

BCD加法就是按“逢十進(jìn)位”的原則進(jìn)行相加，

其和也是一個(gè)BCD數(shù)。但微機(jī)只能進(jìn)行二進(jìn)制

加法，在相鄰BCD碼字之間只能“逢十六進(jìn)

位”。導(dǎo)致出現(xiàn)非BCD碼。因此需要對(duì)結(jié)果進(jìn)

行調(diào)整，做到“逢十進(jìn)位”

57

1.3.2BCD碼

34+62=

[34]BCD=00110100B

+[62]BCD=01100010B

10010110B'結(jié)果仍為BCD碼

58

原版

1.3.2BCD碼

：89+95=

[89]RCn=10001001B

+[95]BCD=10010101B

100011110B—運(yùn)算結(jié)果的低4位出現(xiàn)非BCD碼

+01100110B高4位出現(xiàn)進(jìn)位，均應(yīng)做加6調(diào)整

進(jìn)位一110000100B一結(jié)果仍為BCD碼

59

1.3.2BCD碼

：48+69=

[48]BCD=01001000B

+[69]JRL>KC-xJDL/=01101001B

低位向高位產(chǎn)生進(jìn)位,

10110001B*高位出現(xiàn)非BCD碼

+01100110B<均應(yīng)作加6調(diào)整

進(jìn)位一＞100010111B一結(jié)果仍為BCD碼

相加結(jié)果為無符號(hào)數(shù)，最高位進(jìn)位有效

60

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1.3.2BCD碼

總結(jié):

在BCD加法過程中，進(jìn)制不同導(dǎo)致出現(xiàn)

非BCD碼或向高位產(chǎn)生進(jìn)位，使運(yùn)算結(jié)

果不正確。在這種情況下均應(yīng)作加6調(diào)整，

以補(bǔ)上多拿走的6。十進(jìn)制調(diào)整在微機(jī)中有

專門的調(diào)整電路自動(dòng)完成

61

1.3.2BCD碼

練習(xí)題

①[65]BCD+[78]BCD=

②[35]BCD+182]BCD二

62

1.3.2BCD碼

4.BCD碼減法運(yùn)算

BCD碼減法運(yùn)算與加法運(yùn)算同理

減法運(yùn)算的：在運(yùn)算過程中某位出現(xiàn)借

位或非BCD碼，相應(yīng)位作減6調(diào)整，減去多借的

6o也是有專門的指令來完成的

例：58-25=33

[58]BCD=01011000B

?[25]BCD=00100101B

00110011B一結(jié)果仍為BCD碼

1.3.2BCD碼

：35-28=

[35]=00110101B-f”

BBCD-低四位向局四位借位

-[28]RCn=00101000B

00001101B一運(yùn)算結(jié)果的低4位出現(xiàn)非BCD碼

-00000110B一個(gè)位做減6調(diào)整

00000111B-結(jié)果仍為BCD碼

64

1.3.2BCD碼

練習(xí)題

①[95]BCD”78]BCD二

②[85]BCD-[27]BCD=

65

原版

1.4二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算及其電路

§1.4.1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

1.二進(jìn)制數(shù)的

運(yùn)算規(guī)則：

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=0（進(jìn)位1）

66

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1.4.1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

運(yùn)算規(guī)則：

0-0=0

1-1=0

1-0=1

0-1=1（有借位）

運(yùn)算規(guī)則：

0X0=lX0=0Xl=0

1X1=1

運(yùn)算規(guī)則：

二進(jìn)制數(shù)的除法是乘法的逆運(yùn)算

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1.4.1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

2.二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算

“與”運(yùn)算（）

“或，運(yùn)算（）

1.4.1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

A

“非，，運(yùn)算（）

“異或”運(yùn)算（）

原版

1.4.1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算

例1-12已知A=11110101B,B-00110000B,貝小

A=0000101|0B

AAB=00110000B

11110101

Aooiioooo

00110000

AVB=11110101B

mioioi

V00110000

11110101

AeB=11000101B

11110101

■00110000

11000101

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1.4二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算及其電路

§1.4.2力口法器

微機(jī)中的運(yùn)算都是在運(yùn)算器中運(yùn)行的，

運(yùn)算器是由加法器構(gòu)成的，只會(huì)做二進(jìn)制加

法運(yùn)算，一位二進(jìn)制全加器電路如圖所示:

全加器真值表

AiBiCiSiCi+1

00000

FA00110

-C01010

01101

10010

10101

11001

711111]

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1.4二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算及其電路

§1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

OVcsSS------------------s

1Iu0

abba

7765b5-----------------aQbQ

72

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1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

2a3a4a5a6a7為被加數(shù)/被減數(shù)

b°bib2b3b4b5b6b7為加數(shù)/減數(shù)

S°S1S2s3s4s5s6s7為和或差

C]C2c3c4c5c6c7c8為加法運(yùn)算中

低位向高位的進(jìn)位

SUB為加減控制信號(hào)

73

原版配

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

當(dāng)執(zhí)行運(yùn)算指令時(shí)，SUB=O,圖中

各異或邏輯門均為同相邏輯門，對(duì)加數(shù)沒有

任何影響，則S^a.+bj+c.

當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)，SUB=1,圖中各異

或邏輯門均為反相邏輯門，則Si=a/bi+q=

aj+bT+Cp并且FA連同SUB的狀態(tài)一起做加

法運(yùn)算

微機(jī)作減法運(yùn)算時(shí)，其運(yùn)算過程是：

一個(gè)數(shù)減去另一個(gè)數(shù)，等于加上另一個(gè)數(shù)的

反碼并加1,這個(gè)運(yùn)算過程稱為補(bǔ)碼運(yùn)算

74

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

圖中是進(jìn)位(或借位)的狀態(tài)標(biāo)志位，做

加法運(yùn)算時(shí)若最高位(FA7)有進(jìn)位，則Cy=L

否則Cy=O；做減法運(yùn)算時(shí)若FA7位無進(jìn)位，說明

不夠減，有借位現(xiàn)象，貝l]Cy=L否則，Cy=O

圖中是溢出標(biāo)志位，運(yùn)算結(jié)果有溢出時(shí),

OV=1,否則ov=o,溢出的原因是運(yùn)算結(jié)果超出

了微機(jī)中數(shù)的表示范[

Cy=C8?SUBOV=C7?C8

75

原版配

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

補(bǔ)碼運(yùn)算

研究表明，微機(jī)中的數(shù)一律用的形式表

示的，兩個(gè)數(shù)加法運(yùn)算時(shí)，應(yīng)將參加運(yùn)算的數(shù)

化成補(bǔ)碼形式，相加后的結(jié)果仍為補(bǔ)碼，對(duì)于

有符號(hào)數(shù)來說，符號(hào)位無須單獨(dú)處理，符號(hào)位

可直接參加運(yùn)算，不影響最終結(jié)果

[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=[X+Y]補(bǔ)

76

版配

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

數(shù)的補(bǔ)碼

正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同；

負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示等于該數(shù)的原碼取反(反碼)加1。

理論依據(jù)：［X］補(bǔ)二模+X(如何理解？)

：假設(shè)現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是4點(diǎn)整，而一只時(shí)鐘卻指示7

點(diǎn)整。如何校準(zhǔn)時(shí)鐘？

①7-3=4

②7+9=7+5+4=12(自動(dòng)丟失)+4=4

7+9=4(mod12)［-3］補(bǔ)=12+9=9=12-3

⑸補(bǔ)=12+5=5

8位單片機(jī)mod128(28)

11111111(127)(100000000)

［X］補(bǔ)=2n+X(mod2n)

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

當(dāng)X〉[X]補(bǔ)二2〃+X二X

口八<0,[“=7+X=2〃-

n

111…IB—0Xn-2,…X|1X00+1=1Kn-27???￡1Z0+1mod2

78

版教學(xué)課件

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

(SUB=O)

：35+42=

[35]補(bǔ)=00100011

+[42]補(bǔ)=00101010

001001101

Cy=0,OV=0,結(jié)果為4DH,仍為補(bǔ)碼形式。

若要顯示運(yùn)算結(jié)果,應(yīng)對(duì)運(yùn)算結(jié)果求真值

就是將補(bǔ)碼形式的運(yùn)算結(jié)果用號(hào)的形

式來表示運(yùn)算結(jié)果的實(shí)際數(shù)值。一般用十六進(jìn)制

或十進(jìn)制表示

79

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

：35+(-42)=

[35]補(bǔ)=00100011

+[-42]補(bǔ)=11010110

011111001

C8=0,Cy=0,OV=0,說明沒有溢出。運(yùn)

算結(jié)果為負(fù)，若求真值，須對(duì)運(yùn)算結(jié)果求補(bǔ)碼

80

原版

L4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

練習(xí)題

①已知X=-76,Y=+23,求X+Y=?OV=?Cy=?

@已知X=-76,Y=?69,耒

答案：①X+Y=53OV=0Cy=O

(2)X+Y=-145(+111)OV=1Cy=l

176]科=101101OOB[-76]^=101101OOB

+[23]科=000101118+卜69]科=10111011B

11001011B□0110111IB

lov=c8?c7=oH|ov=c?c7=1|

o/

Ic=C8?SUB=O|

Ic=Cs?SUB=ll

Iy8

y占

原版配

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

：85+78=

[85]補(bǔ)=01010101

+[78]補(bǔ)=01001110

010100011

Cy=0,OV=1,說明運(yùn)算結(jié)果出現(xiàn)

溢出現(xiàn)象，運(yùn)算結(jié)果超出了微機(jī)中對(duì)

數(shù)的表示范

82

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

若將上述運(yùn)算“看成”是有符號(hào)數(shù)的運(yùn)算,

運(yùn)算結(jié)果的最高位可"看作''符號(hào)位，結(jié)果為

負(fù)數(shù)，由于8位有符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼的表示范圍為-

128-+127,該運(yùn)算結(jié)果顯然超出了數(shù)的表示

范圍，OV=1產(chǎn)生了溢出現(xiàn)象，運(yùn)算結(jié)果無

意義，應(yīng)做溢出提示

85+78=溢出

83

原版教學(xué)配套課

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

若將上述運(yùn)算“看成”是無符號(hào)數(shù)的運(yùn)算,

運(yùn)算結(jié)果的最高位不再做符號(hào)位了，而是數(shù)

值位（權(quán)為128）,8位無符號(hào)數(shù)補(bǔ)碼的表示

范I為0~255,盡管產(chǎn)生了溢出標(biāo)志，但運(yùn)

算結(jié)果仍有意義，真值為163

85+78=163

84

原版教學(xué)配套課

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

微機(jī)的補(bǔ)碼運(yùn)算可分為帶符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算

和無符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算，但微機(jī)并不認(rèn)識(shí)數(shù)的屬

性，運(yùn)算器在進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)并不區(qū)分操作數(shù)是

否帶有符號(hào)，運(yùn)算過程都是一樣的

當(dāng)SUB=O時(shí)，直接將兩個(gè)數(shù)相加，當(dāng)SUB=1

時(shí)，將減數(shù)求補(bǔ)（取反加1）,再進(jìn)行運(yùn)算。在

運(yùn)算的同時(shí)自動(dòng)設(shè)置CY和OV,運(yùn)算后若是無符

號(hào)數(shù)，通過判斷Cy確定是否有進(jìn)位，如果是帶

符號(hào)數(shù)，則通過判斷OV確定是否溢出

85

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

例：求下列符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算，并求真值

76+23=

[76]補(bǔ)=01001100

+[23]補(bǔ)=00010111

01100011

Cy=0,OV=0

86

1.4.3二進(jìn)制數(shù)的加法/減法電路

35+(-69)=-34

[35]補(bǔ)=00100011

+[-69]補(bǔ)=10111011

11011110

Cy=0,OV=0

87

原版

1.4