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1、微型计算机原理与应用第一页，讲稿共八十一页哦微机 原理 及 接口 技术课程课程介绍介绍典型机型：典型机型：IBM PCIBM PC系列机系列机基本系统：基本系统：8086CPU8086CPU和半导体存储器和半导体存储器I/OI/O接口电路及与外设的连接接口电路及与外设的连接硬件接口电路原理硬件接口电路原理软件接口编程方法软件接口编程方法第二页，讲稿共八十一页哦2022/10/62专业技术基础课硬件系列课程之一计算机组成原理微机原理及接口技术计算机体系结构指定选修课以技术为主面向应用软硬件相结合课程课程特点特点区别区别第三页，讲稿共八十一页哦2022/10/63先修课程数字逻辑提供硬件基础计算机
2、组成原理确立计算机部件功能掌握计算机工作原理汇编语言程序设计建立必备软件基础掌握指令系统、程序格式先修先修课程课程第四页，讲稿共八十一页哦2022/10/64 学习方法很重要复习并掌握先修课的有关内容课堂：听讲与理解、适当笔记课后：认真读书、完成作业实验：充分准备、勇于实践总成绩考试成绩 实验成绩平时成绩学习学习方法方法第五页，讲稿共八十一页哦2022/10/65学习资源要利用n钱晓捷之微服网http:/ 陈涛，微型计算机原理及接口技术，北京：机械工业出版社，1999.1nBarry B.Brey著 陈谊等译，Intel系列微处理器结构、编程和接口技术大全80X86、Pentium和Penti
3、um Pro，北京：机械工业出版社，1998.1学习学习资源资源第六页，讲稿共八十一页哦2022/10/66第第 1 1 章章第七页，讲稿共八十一页哦第第1 1章章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述教学目的教学目的 补充必要的基本知识，如数制、编码等知识，为后面的学习作准备。第八页，讲稿共八十一页哦主要内容主要内容了解微型计算机的发展、应用及其分类数制逻辑电路布尔代数二进制运算及加法电路计算机中的信息表示 第九页，讲稿共八十一页哦2022/10/691.1 微型计算机的发展、应用及其分类微型计算机的发展、应用及其分类 1.1.1 微机计算机的发展微机计算机的发展1971年，美国年，美国In
4、tel公司研究并制造了公司研究并制造了I4004微处理器芯片。微处理器芯片。该芯片能同时处理该芯片能同时处理4位二进制数，集成了位二进制数，集成了2300个晶体管，个晶体管，每秒可进行每秒可进行6万次运算，成本约为万次运算，成本约为200美元。它是世界上第美元。它是世界上第一个微处理器芯片，以它为核心组成的一个微处理器芯片，以它为核心组成的MCS-4计算机，计算机，标志了世界标志了世界第一台微型计算机第一台微型计算机的诞生。的诞生。微机概念：微机概念：以大规模、超大规模构成的微处理器作为核心，以大规模、超大规模构成的微处理器作为核心，配以存储器、输入配以存储器、输入/输出接口电路及系统总路线所
5、制造出的输出接口电路及系统总路线所制造出的计算机。计算机。划分阶段的标志：划分阶段的标志：以字长和微处理器型号。以字长和微处理器型号。第十页，讲稿共八十一页哦2022/10/610第一代第一代4位和低档位和低档8位机位机Intel 4004第二代第二代中高档中高档8位机位机8080/8085、Z80、MC6800第三代第三代16位机位机Intel 8086、Z8000、MC6800第四代第四代32位机位机80386、80486第五代第五代64位机位机（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1981-2000）（2001后）后）特点：特点：1、芯片的发展遵循、芯片的发
6、展遵循 摩尔定律摩尔定律2、速度越来越快。、速度越来越快。3、容量越来越大。、容量越来越大。4、功能越来越强。、功能越来越强。图片示例图片示例第十一页，讲稿共八十一页哦2022/10/611基于基于SoC的嵌入式核的结构的嵌入式核的结构第十二页，讲稿共八十一页哦2022/10/6121.1.2 微型计算机的应用微型计算机的应用1、科学计算和科学研究、科学计算和科学研究 计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出的数学问计算机主要应用于解决科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。题（数值计算）。2、数据处理、数据处理（信息处理）（信息处理）主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对
7、数字信主要是利用计算机的速度快和精度高的特点来对数字信息进行加工。息进行加工。3、工业控制、工业控制 用单板微型计算机实现用单板微型计算机实现DDC级控制等。级控制等。第十三页，讲稿共八十一页哦2022/10/613 4 4、计算机辅助系统、计算机辅助系统 计算机辅助系统主要有计算机辅助教（计算机辅助系统主要有计算机辅助教（CAICAI）、计算机辅）、计算机辅助设计（助设计（CADCAD）、计算机辅助制造（）、计算机辅助制造（CAMCAM）、计算机辅助测）、计算机辅助测试（试（CATCAT）、计算机集成制造（）、计算机集成制造（CIMSCIMS）等系统。）等系统。5 5、人工智能人工智能 人工
8、智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规人工智能主要就是研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的思维过程，计算机律的一门学科，包括智能机器人，模拟人的思维过程，计算机学习等等。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可学习等等。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。第十四页，讲稿共八十一页哦2022/10/6141.2 数制数制数制是人们利用符号来记数的科学方法。1.2.1 1.2.1 数制的基与权数制的基与权基：数制所使用的数码的个数权：数制每一位所具有的值通
9、常使用进制：十进制、二进制、八进制和十六进制十进制十进制十进制(decimal system)的基为“10”，即它所使用的数码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共有10个。十进制各位的权是以10为底的幂。十万 万 千 百 十 个第十五页，讲稿共八十一页哦2022/10/615二进制二进制二进制(binary system)的基为“2”，即其使用的数码为0，1，共两个。二进制各位的权是以2为底的幂八进制与十六进制八进制与十六进制八进制八进制(octave system)(octave system)的基为的基为“8”8”，即其数码共有，即其数码共有8 8个：个：0 0，1 1，2 2，3
10、 3，4 4，5 5，6 6，7 7。八进制的权为以八进制的权为以8 8为底的幂，有时也顺次称其各位为为底的幂，有时也顺次称其各位为0 0权位、权位、1 1权位、权位、2 2权位等。权位等。十六进制十六进制(hexadecimal system)(hexadecimal system)的基为的基为“16”16”，即其数码共有，即其数码共有1616个：个：0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，8 8，9 9，A A，B B，C C，D D，E E，F F。十六进制的权为以。十六进制的权为以1616为底的幂，有时也为底的幂，有时也称其各位的权为称其各位的权为0 0权、权、
11、1 1权、权、2 2权等。权等。例：二进制数例：二进制数1011.1表示如下：表示如下：(1011.1)B=1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-11 1 0 1 1 125 24 23 22 21 20 32 16 8 4 2 1 二进制二进制十进制十进制第十六页，讲稿共八十一页哦2022/10/6161.2.2 各种数制的表示方法各种数制的表示方法 为了区分不同数制的表示，通常在数据的后面用括号加上该数据的数制。如：1111(2)，48(10)，30(8)，FFAB9（16）1111(2)=F(16)(即15(10)11 0000(2)=30(16)(即48(10)也有用字母符号
12、来表示这些数制的，B二进制，H十六进制，D十进制，O八进制1.2.3 数制间的转换数制间的转换1、二进制数和十进制数之间的转换、二进制数和十进制数之间的转换（1）、二进制数转换为十进制数）、二进制数转换为十进制数方法：按二进制数的位权进行展开相加即可。方法：按二进制数的位权进行展开相加即可。例例:11101.101=124+123+122+021+120+12-1+02-2+12-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125=29.875 第十七页，讲稿共八十一页哦2022/10/617（2）、十进制数转换为二进制数）、十进制数转换为二进制数方法方法1：A、将整数部分和小数部分分别进
13、行转换，然后再把转换、将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把转换结果进行相加。结果进行相加。B、整数转换采用除、整数转换采用除2取余法：取余法：用用2不断地去除要转换的数，不断地去除要转换的数，直到商为直到商为0。再将每一步所得的余数，按逆序排列，便可得转。再将每一步所得的余数，按逆序排列，便可得转换结果。换结果。C、小数转换采用乘、小数转换采用乘2取整法：取整法：每次用每次用2与小数部分相乘，取乘与小数部分相乘，取乘积的整数部分，再取其小数部分乘积的整数部分，再取其小数部分乘2直到小数部分为直到小数部分为0。将所取。将所取整数顺序放在小数点后即为转换结果。整数顺序放在小数点后即为转换结果
14、。第十八页，讲稿共八十一页哦2022/10/618例：将（例：将（136）D转换为二进制数。转换为二进制数。2 136 -0 余数（结果）余数（结果）低位低位 2 68 -0 2 34 -0 2 17 -1 2 8 -0 2 4 -0 2 2 -0 1 高位高位转换结果：（转换结果：（136）D=（10001000）B第十九页，讲稿共八十一页哦2022/10/619例：将（例：将（0.625)D转换为二进制数。转换为二进制数。转换结果：转换结果：(0.625)D =(0.101)B第二十页，讲稿共八十一页哦2022/10/620方法方法2：（十进制数转换为二进制数）（十进制数转换为二进制数）降
15、幂法 首先写出要转换的十进制数，其次写出所有小于此数的各位二进制数值，然后用要转换的十进制数减去与它最相近的的二进制权值，够减则此位记为1，否则记为0，如此反复。如：N=123.8125D小于123的二进制权 26 25 24 23 22 21 20 64 32 16 8 4 2 1 123 59 27 11 3 3 1 1 1 1 1 0 1 1小于0.8125小数部分的二进制权 21 22 23 24 0.5 0.25 0.125 0.0625 0.8125 0.3125 0.0625 0.0625 1 1 0 1 所以：123.8125D1111011.1101B第二十一页，讲稿共八十一
16、页哦2022/10/621注意事项：注意事项：(1)一一个个二二进进制制数数可可以以准准确确地地转转换换为为十十进进制制数数，而而一一个个带带小小数数的的十十进进制数不一定能够准确地用二进制数来表示。制数不一定能够准确地用二进制数来表示。(2)带带小小数数的的十十进进制制数数在在转转换换为为二二进进制制数数时时，以以小小数数点点为为界界，整整数数和和小数要分别转换。小数要分别转换。第二十二页，讲稿共八十一页哦2022/10/6222、二进制数和八进制数、十六进制数间的转换、二进制数和八进制数、十六进制数间的转换（1）、二进制数到八进制数、十六进制数的转换）、二进制数到八进制数、十六进制数的转换
17、A、二进制数到八进制数转换采用、二进制数到八进制数转换采用“三位化一位三位化一位”的方法。的方法。从小数点开始向两边分别从小数点开始向两边分别进行每三位分一组，向左不足三位的，从左边补进行每三位分一组，向左不足三位的，从左边补0；向右不足三位的，从右边补；向右不足三位的，从右边补0。B、二进制数到十六进制数的转换采用、二进制数到十六进制数的转换采用“四位化一位四位化一位”的方法。的方法。从小数点开始向两边分别进行从小数点开始向两边分别进行每四位分一组，向左不足四位的，从左边补每四位分一组，向左不足四位的，从左边补0；向右不足四位的，从右边补；向右不足四位的，从右边补0。例：将例：将(10001
18、10.01)B转换为八进制数和十六进制数。转换为八进制数和十六进制数。1 000 110.01 001 000 110.010 (1 0 6 .2)O二进制数到十六进制数的转换：二进制数到十六进制数的转换：（1000110.01）B =100 0110.01 0100 0110.0100(4 6 .4)H第二十三页，讲稿共八十一页哦2022/10/623（2）、八进制、十六进制数到二进制数的转换）、八进制、十六进制数到二进制数的转换方法：采用方法：采用“一位化三位（四位）一位化三位（四位）”的方法。的方法。按顺序写出每按顺序写出每位八进制（十六进制）数对应的二进制数，所得结果即为相应位八进制（
19、十六进制）数对应的二进制数，所得结果即为相应的二进制数。的二进制数。例：将例：将(352.6)o转换为二进制数。转换为二进制数。3 5 2 .6 011 101 010 110 =(11 101 010.11)B第二十四页，讲稿共八十一页哦2022/10/6241.3 逻辑电路逻辑电路由其3种基本门电路(或称判定元素)组成。第二十五页，讲稿共八十一页哦2022/10/625基于这3个基本门电路，可发展成许多复杂的逻辑电路。如：异或门 第二十六页，讲稿共八十一页哦2022/10/626异或非门第二十七页，讲稿共八十一页哦2022/10/627基本门电路可以扩展成以下的扩展逻辑电路 最后一个叫作缓
20、冲器(buffer)，为两个非门串联以达到改变输出电阻的目的。可以提高带负载的能力。第二十八页，讲稿共八十一页哦2022/10/6281.4 布尔代数布尔代数布尔代数也称为开关代数或逻辑代数，可以写成下面的表达式：Y=f(A,B,C,D)特点：(1)其中的变量其中的变量A，B，C，D等均只有两种可能的等均只有两种可能的数值：数值：0或或1。布尔代数变量的数值并无大小之意，。布尔代数变量的数值并无大小之意，只代表逻辑关系。只代表逻辑关系。(2)(2)函数函数函数函数f f只有只有只有只有3 3种基本运算方式：种基本运算方式：种基本运算方式：种基本运算方式：“或或或或”运算，运算，运算，运算，“与
21、与与与”运运运运算及算及算及算及“反反反反”运算。下面分别讲述这运算。下面分别讲述这运算。下面分别讲述这运算。下面分别讲述这3 3种运算的规律。种运算的规律。种运算的规律。种运算的规律。第二十九页，讲稿共八十一页哦2022/10/6291.4.1 1.4.1 真值表及布尔代数式的关系真值表及布尔代数式的关系真值表及布尔代数式的关系真值表及布尔代数式的关系当人们遇到一个因果问题时，常常把各种因素全部考虑进去，然后再研究结果。真值表就是将输入的全部可能取值加以考虑，列表，研究结果取值，形成的一种表格形式。例如，考虑两个一位的二进制数A和B相加，其和S及向高一位 进位C的结果如何?第三十页，讲稿共八
22、十一页哦2022/10/630 真值表，逻辑函数式和逻辑图真值表，逻辑函数式和逻辑图真值表，逻辑函数式和逻辑图真值表，逻辑函数式和逻辑图同一逻辑函数可以用三种不同的方法描述，三种方法可以相互转换真值表转换为逻辑表达式真值表中每一组使函数值为1的输入变量都对应一个乘积项，在这些乘积项中，若对应变量取值为1，则写成原变量；若对应变量取值为0，则写成反变量。将这些乘积相加就得到了逻辑函数式。现在可以由真值表写出上面的逻辑表达式S0=A0B0+A0B0=A0 B0C1=A0B0从真值表写出布尔代数式的方法可用下面两段话表示：从真值表写出布尔代数式的方法可用下面两段话表示：从真值表写出布尔代数式的方法可
23、用下面两段话表示：从真值表写出布尔代数式的方法可用下面两段话表示：1）写布尔代数式先看真值表中结果为1的项，有几项就有几个或项2）每一项个因数之间是“与”的关系，写该项时每个因素都写上，输入为0的因素取“反”。第三十一页，讲稿共八十一页哦2022/10/631ABCY00000011010101101001101011011110练习：写出右面真值表所具有练习：写出右面真值表所具有的逻辑函数式的逻辑函数式Y=ABC+ABC+ABC+ABC第三十二页，讲稿共八十一页哦2022/10/6321.5.1 1.5.1 1.5.1 1.5.1 二进制数的相加二进制数的相加二进制数的相加二进制数的相加例1
24、，1.5 二进制数的运算及其加法电路二进制数的运算及其加法电路算术的基本运算共有4种：加、减、乘和除。在微型计算机中常常只有加法电路，这是为了使硬件结构简单而成本较低。不过，只要有了加法电路，也能完成算术的4种基本运算。现在的嵌入式微处理器中，可以包含十分复杂的算术处理部件。第三十三页，讲稿共八十一页哦2022/10/633通过以上例子，可以总结如下：通过以上例子，可以总结如下：通过以上例子，可以总结如下：通过以上例子，可以总结如下：(1)两个二进制数相加时，可以逐位相加。如二进制数可以写成：A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0则从最右边第1位(即0权位)开始，逐位相加，其结果可以写成：S
25、=SS=S3 3S S2S1 1S S0 0其中各位是分别求出的：S0=A0+B0进位C1S1=A1+B1+C1进位C2S2=A2+B2+C2进位C3S3=A3+B3+C3进位C4最后所得的和是：C4S3S2S1S0=A+B第三十四页，讲稿共八十一页哦2022/10/634(2)右边第1位相加的电路称为半加器(half adder)。输入量为两个，即A0及B0；输出量为两个，即S0及C1。(3)从右边第2位开始，各位可以对应相加，并有进位参与运算，称为全加器(full adder)。输入量为3个，即Ai,Bi,Ci；输出量为两个，即Si,Ci+1。其中i=1,2,3，n。第三十五页，讲稿共八十
26、一页哦2022/10/6351.5.2 半加器电路具有两个输入端，两个电位输入（A0B0），有两个输出端，用以输出总和S0和进位C1，也就是前面所写的：S0=A0+B0 -C1 即：A0+B0=C1S0第三十六页，讲稿共八十一页哦2022/10/6361.5.3 全加器电路全加器电路的要求是：有3个输入端，以输入Ai，Bi和Ci，有两个输出端，即Si及Ci+1。其真值表如下图所示：第三十七页，讲稿共八十一页哦2022/10/6371.5.4 半加器与全加器的符号第三十八页，讲稿共八十一页哦2022/10/6381.5.5 二进制数的加法电路学到这里就可以利用学过的半加器和全加器电路来组织加法电
27、路了例：设A=1010=10(10)B=1011=11(10)，求加法电路第三十九页，讲稿共八十一页哦2022/10/639A与B相加，写成竖式算法如下：A：1 0 1 0B：1 0 1 1 (+S：10 1 0 1即其相加结果为S=10101。从加法电路，可看到同样的结果：S=C4S3S2S1S0=10101第四十页，讲稿共八十一页哦2022/10/6401.5.6 1.5.6 1.5.6 1.5.6 二进制数的减法电路二进制数的减法电路二进制数的减法电路二进制数的减法电路微型计算机中，没有专用的减法器，而是将减法运算转换微型计算机中，没有专用的减法器，而是将减法运算转换为加法运算，其原理为
28、：将减数为加法运算，其原理为：将减数B变成补码后，再与被减数变成补码后，再与被减数相加，其和（如有进位舍弃）就是两数之差相加，其和（如有进位舍弃）就是两数之差补码部分，我们在本章的最后补充补码部分，我们在本章的最后补充第四十一页，讲稿共八十一页哦2022/10/6411.5.7 可控反相器及加法可控反相器及加法/减法电路减法电路利用补码可将减法变为加法来运算，因此需要有这么一个电路，它能将原码变成反码，并使其最小位加1。下图的可控反相器就是为了使原码变为反码而设计的。这实际上是一个异或门(异门)，两输入端的异或门的特点是：两者相同则输出为0，两者不同则输出为1。SUB B0YY与B0 的关系0
29、0101Y与B0相同 Y与B0相同同相10110 Y与B0相反 Y与B0相反反相第四十二页，讲稿共八十一页哦2022/10/642利用这个特点，在前面讲的4位二进制数加法电路上增加4个可控反相器，并将最低位的半加器也改用全加器，就可以得到4位二进制数加法器减法器电路。第四十三页，讲稿共八十一页哦2022/10/643如果有下面两个二进制数：A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0则可将这两个数的各位分别送入该电路的对应端，于是：当SUB=0时，电路作加法运算：A+B。当SUB=1时，电路作减法运算：A-B。图1.9电路的原理如下：当SUB=0时，各位的可控反相器的输出与B的各位同相，所以图1.
30、9和图1.7的原理完全一样，各位均按位相加。结果S=S3S2S1S0，而其和为：C3S=C4S3S2S1S0。第四十四页，讲稿共八十一页哦2022/10/644当SUB=1时，各位的反相器的输出与B的各位反相。注意，最右边第一位(即S0位)也是用全加器，其进位输入端与SUB端相连，因此其C0=SUB=1。所以此位相加即为：A0+B0+1其他各位为：A1+B1+C1A2+B2+C2A3+B3+C3因此其总和输出S=S3S2S1S0，即：S=A+B+1 =A3A2A1A0+B3B2B1B0+1 =A+B =A-B当然，此时C4如不等于0，则要被舍去。第四十五页，讲稿共八十一页哦2022/10/64
31、5练习求出101011(2)+011110(2)的门电路图，并求其相加的结果。已知X=0100B Y=0011B请利用补码计算 X-Y,并画出实现这一功能的二进制补码加法/减法电路。第四十六页，讲稿共八十一页哦2022/10/6461.6 计算机中的信息表示计算机中的信息表示 主要内容：主要内容：机器码与真值机器数的种类和表示方法计算机中常用的编码第四十七页，讲稿共八十一页哦2022/10/6471.6.1 机器码与真值机器码与真值对于带符号的二进制数，通常将数学上的对于带符号的二进制数，通常将数学上的“+”和和“-”数字化，规定一个数字化，规定一个字节的第七位为符号位，字节的第七位为符号位，
32、D0D6为数字位，在符号中为数字位，在符号中“1”表示负数，表示负数，“0”表示正数。表示正数。如：如：N=0101 1011=+91D N=11011011=-91D 机器数：数值数据在计算机中的编码。机器数：数值数据在计算机中的编码。机器数：数值数据在计算机中的编码。机器数：数值数据在计算机中的编码。机器数的真值：机器数所代表的实际数值。机器数的真值：机器数所代表的实际数值。机器数的真值：机器数所代表的实际数值。机器数的真值：机器数所代表的实际数值。第四十八页，讲稿共八十一页哦2022/10/6481.6.2 机器数的种类和编码机器数的种类和编码常用的编码方案：原码、反码、补码。常用的编码
33、方案：原码、反码、补码。1、原码、原码原码：用最高位表示符号，其中：原码：用最高位表示符号，其中：0-正、正、1-负，其它位表负，其它位表示数值的绝对值。示数值的绝对值。【例】有符号数的原码表示。【例】有符号数的原码表示。X=45=00101101B X原=00101101BX=-45,X原=10101101B原码表示简单易懂，但若是两个异号数相加（或两个同号数相减）,就要做减法。为了把减法运算转换为加法运算就引进了反码和补码。第四十九页，讲稿共八十一页哦2022/10/6490的表示形式（的表示形式（8位）位）+0原原=00000000-0原原=10000000特点特点A、原码与真值的对应关
34、系简单。、原码与真值的对应关系简单。B、0的编码不唯一，处理运算不方便。的编码不唯一，处理运算不方便。C、8位二进制数，原码可表示的范围：位二进制数，原码可表示的范围：+127D-127D第五十页，讲稿共八十一页哦2022/10/6502、反码、反码正数的反码正数的反码与原码相同，符号位用与原码相同，符号位用0表示，数值位值不变。表示，数值位值不变。负负数数的的反反码码符符号号位位用用1表表示示,数数值值位位由由原原码码数数值值位位按按位位取取反反形形成成，即即0变变1、1变变0。【例1.2】有符号数的反码表示。X=45=00101101B,X反=00101101BX=-45,X反=11010
35、010BA、0的表示有两种形式（的表示有两种形式（8位）位）+0反反=0000 0000-0反反 =1111 1111B、8位二进制数，反码可表示的范围：位二进制数，反码可表示的范围：+127D-127DC、若一个带符号数用反码表示时，最高位为符号位，若符号位为、若一个带符号数用反码表示时，最高位为符号位，若符号位为0，后面的，后面的7位是位是数值，若符号位为数值，若符号位为1，后面的，后面的7位并不是此负数的数值，必须取反后，得到位并不是此负数的数值，必须取反后，得到7位的二进制数值。位的二进制数值。如：一个数的反码为如：一个数的反码为1001 0100B（反）（反）其实际表示值为其实际表示
36、值为-107D第五十一页，讲稿共八十一页哦2022/10/6513、补码、补码正数的补码和原码相同。正数的补码和原码相同。负数的补码负数的补码=反码反码+1。【例1.3】有符号数的补码表示。X=45=00101101B X补=00101101BX=-45 X补=11010011B【例1.4】求127和 0的三种编码表示。+127原原=0 1111111 +0原原 =0 0000000-127反反 =1 0000000 -0反反 =1 1111111-127补补 =1 0000001 -0补补 =0 0000000注：注：A A、00补补=+0=+0补补=-0=-0补补=00000000=000
37、00000B B、8 8位二进制数表示的数值范围是：位二进制数表示的数值范围是：+127-128+127-128C C、知道补码求原码：、知道补码求原码：XX补补 补补=X=X原原第五十二页，讲稿共八十一页哦2022/10/6524、补码的计算、补码的计算、补码的计算、补码的计算正正数数补补码码等等于于它它本本身身，只只有有负负数数才才有有求求补补码码的的问问题题，补补码码的的计计算算可以有以下方法：可以有以下方法：根据定义求：根据定义求：X补补=2n+X=2n-|X|，X X1补补=1010 1001B X2补补=1001 0000B第五十三页，讲稿共八十一页哦2022/10/653补码的加
38、法补码的加法可可以以证证明明：两两个个补补码码形形式式的的数数（无无论论正正负负）相相加加，只只要要按按二二进进制制运算规则运算，得到的结果就是其和的补码。即有：运算规则运算，得到的结果就是其和的补码。即有：X+Y补补=X补补+Y补补例：用补码进行下列运算 1）、（+18）+（-15）2）、（-18）+（-11）第五十四页，讲稿共八十一页哦2022/10/654解 1）、0001 0010B +18补 +1111 0001B -15补 10000 0011B +3补 符号位的进位，舍弃2)、1110 1110B -18补 +1111 0101B -11补 11110 0011B -29补 符号
39、位的进位，舍弃第五十五页，讲稿共八十一页哦2022/10/655溢出判断溢出判断当两个带符号位的二进制数进行补码运算时，若运算结果的绝对值超过运算装置的容量，数值部分便会发生溢出，占据符号位的位置，引起计算出错。补码运算过程也存在正常溢出正常溢出正常溢出正常溢出，正常溢出是以2n（n为二进制的位数）为模的溢出，它被自然丢失，不影响结果的正确性。溢出判别法溢出判别法溢出判别法溢出判别法-双高位判别法双高位判别法双高位判别法双高位判别法设Cs用于表征最高位（符号位）的进位情况，Cs=1表示有进位，Cs=0表示无进位；Cp用于表示数值部分最高位的进位情况，如有进位，Cp=1，否则，Cp=0。设微型计
40、算机字长为n，则两个带符号数的绝对值都应当小于2n-1，因而只有当两个数同为正或同为负，并且和的绝对值又大于2n-1时，才会发生溢出。第五十六页，讲稿共八十一页哦2022/10/656两个正数相加，若数值部分之和大于2n-1，则数值部分必有进位Cp=1，而符号位却无进位Cs=0，这种溢出称为“正溢出”。例如：0101 1010B +90 +）0110 1011B +107 1100 0101B -59两个负数相加，若数值部分绝对值之和大于2n-1，则数值部分补码之和必小于2n-1，Cp=0，而符号位肯定有进位Cs=1，这时称为负溢出例如：1001 0010B -110补 +）1010 0100
41、B -92补 10011 0110B +54求补求补Cs=0 Cp=1 正溢出，结果出错正溢出，结果出错Cs=1 Cp=0 负溢出，结果出错负溢出，结果出错第五十七页，讲稿共八十一页哦2022/10/657双高位判别法可以总结如下：当Cs和Cp的状态不同时，产生溢出；Cp和Cs的状态相同时，不发生溢出。通常用异或线路来判别有无溢出发生，即若Cs Cp=1，表示有溢出发生，否则便无溢出。第五十八页，讲稿共八十一页哦2022/10/658常用的编码方式为美国标准信息交换（常用的编码方式为美国标准信息交换（American Standard Card for Information Intercha
42、nge，ASCII码）。码）。、标准标准ASCII码用码用7位二进制数编码，共有位二进制数编码，共有128个。个。计算机存储器基本单位为计算机存储器基本单位为8位，位，ASCII码的最高位通常为码的最高位通常为0，通，通信时，最高位用作奇偶校验位。信时，最高位用作奇偶校验位。ASCII码表中的前码表中的前33个和最后个和最后1个编码是不能显示的控制字符，用于表个编码是不能显示的控制字符，用于表示某种操作。示某种操作。ASCII码表中码表中20H后的后的94个编码是可显示和打印的字符，其中个编码是可显示和打印的字符，其中包括数码包括数码09，英文字母，标点符号等。，英文字母，标点符号等。1.6.
43、3 计算机中常用的编码计算机中常用的编码1、ASCII码码 第五十九页，讲稿共八十一页哦2022/10/659 0000 1001 2010 3011 4100 5101 6110 711100000NULDLESP0P、p00011SOHDC1!1AQaq00102STXDC2”2BRbr00113ETXDC3#3CScs01004EOTDC4$4DTdt01015ENQNAK%5EUeu01106ACKSYN&6FVfv01117BELETB7GWgw10008BSCAN(8HXhx10019HTEM)9IYiy1010ALFSUB*:JZjz1011BVTESC+;Kk1100CFFFS
44、,Nn1111FSIUS/?OoDEL高位高位b6b5b4低位低位b3b2b1b07位位ASCII码码编编码码表表第六十页，讲稿共八十一页哦2022/10/6602、BCD码码 虽虽然然二二进进制制数数实实现现容容易易,但但不不符符合合人人们们的的使使用用习习惯惯,且且书书写写阅阅读读不不方方便便，所所以以在在计计算算机机输输入入输输出出时时通通常常还还是是采采用用十十进进制制来来表表示示数数，这这就就需需要要实实现现十十进进制制与与二二进进制制间间的的转转换换。为为了转换方便了转换方便,常采用二进制编码的十进制常采用二进制编码的十进制,简称为简称为BCD码。码。BCD码是一种用码是一种用4位
45、二进制数字来表示一位十进制数字的位二进制数字来表示一位十进制数字的编码，也成为二进制编码表示的十进制数（编码，也成为二进制编码表示的十进制数（Binary Code Decimal），简称），简称BCD码。表码。表1-2示出了十进制数示出了十进制数0-15的的BCD码。码。第六十一页，讲稿共八十一页哦2022/10/661表表1.1 十进制数字的十进制数字的8421BCD码码十进制数字十进制数字8421BCD码码十进制数字十进制数字8421BCD码码00000501011000160110200107011130011810004010091001第六十二页，讲稿共八十一页哦2022/10/6
46、62 BCDBCD码有两种格式码有两种格式：（1 1）压缩）压缩BCDBCD码格式（码格式（Packed BCD FormatPacked BCD Format）（也叫组合式）（也叫组合式BCDBCD码）码）用用4个二进制位表示一个十进制位，就是用个二进制位表示一个十进制位，就是用0000B-1001B来表示十进制数来表示十进制数0-8。例如：十进制数例如：十进制数4256的压缩的压缩BCD码表示为：码表示为：0100 0010 0101 0110 B (即即4256H)（2）非压缩）非压缩BCD码格式（码格式（Unpacked BCD Format）（也叫分离式）（也叫分离式BCD码）码）用
47、用8个二进制位表示一个十进制位，其中，高四位无意义，我们一般用个二进制位表示一个十进制位，其中，高四位无意义，我们一般用xxxx表示，表示，低四位和压缩低四位和压缩BCD码相同。码相同。例如：十进制数例如：十进制数4256的非压缩的非压缩BCD码表示为：码表示为：xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 有时，要求非压缩有时，要求非压缩BCD码的高码的高4位为位为0，这时，这时，4256（10）的非压缩的非压缩BCD码为码为04020506H。第六十三页，讲稿共八十一页哦2022/10/663计算机中的数制、码制。BCD码和ASCII的概念。二进制加减电路。本
48、章小结第六十四页，讲稿共八十一页哦2022/10/664第第1 1章章 学习要求学习要求1.掌握掌握p数制及其转换，补码运算、ASCII码、BCD码p二、十转换，二、十六进制转换p二进制运算的加法/减法电路2.熟悉计算机数制中二进制、十六进制、十进制的制式及转换二进制的原码、反码和补码，及其在8位和16位字长下的范围3.了解ASCII码及数字和大写字母AZ的ASCII码表述第六十五页，讲稿共八十一页哦第第1 1章章 主要外语词汇主要外语词汇 ASCII BCD第六十六页，讲稿共八十一页哦本章习题课1.十进制数30.375表示成十六进制数为_,写出计算过程2.8位二进制补码11011101所表示
49、的十进制符号数为_.3.无符号二进制数1111 1010转换为BCD码为_.4.使一个二进制位置1的方法是该位和1相_.(填与、或、非)5.若x=-1，y=-127,则 x补=_,x+y补=_6.用补码进行计算：1）96-197.用双高位判别法判断下列补码运算是否发生溢出 1）45+45 2）(-27)+(-112)8.用学过的电路知识，做出1010(2)+0011(2)的门电路图，并求出计算过程。9.课后作业：课后作业：P17 1.2 1.8 1.10第六十七页，讲稿共八十一页哦2022/10/667习题课解答1.十进制数30.375表示成十六进制数为_,写出计算过程解：首先将十进制数转化为
50、二进制数：解：首先将十进制数转化为二进制数：整数部分：整数部分：2 30 0 小数部分：小数部分：0.375 2 15 1 2 2 7 1 0.75 0 2 3 1 2 1 1.5 1所以：所以：30(10)=11110(2)2 0.375(10)=0.011(2)1 1 即：即：30.375(10)=1 1110.0110(2)=1E.6(H)第六十八页，讲稿共八十一页哦2022/10/6682.8位二进制补码11011101所表示的十进制符号数为_.解：补码的补码等于原码解：补码的补码等于原码（11011101）补补=（10100011）原原=-43（10）3.无符号二进制数1111 10