微机原理与接口技术章精品文稿.ppt

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1、微机原理与接口技术章第1页，本讲稿共88页微机原理接口技术是学习和掌握微机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程，包括以下几个方面的内容：微型计算机的基本工作原理汇编语言程序设计微型计算机接口技术建立微型计算机系统的整体概念，形成微机系统软硬件开发的初步能力课程目标课程目标第2页，本讲稿共88页3 3高等学校非计算机专业计算机教学教育部提出了三个层次的教学体系计算机文化基础计算机技术基础计算机应用基础第3页，本讲稿共88页4 4教材及主要参考书教材及主要参考书教材：微机原理与接口技术 徐惠民主编，高等教育出版社主要参考书：微机原理与接口技术 冯博琴主编，清华大学出版社微型计算机原理及应用 周杰英

2、等主编，机械工业出版社微机原理及应用 徐晨等主编，高等教育出版社微型计算机原理及应用 许立梓等主编，机械工业出版社硬件技术基础 冯博琴主编，邮电出版社微机原理及应用 李伯成等编，西安电子科技大学出版社第4页，本讲稿共88页5 5考核方式考核方式平时作业20%实 验 10%期末考试 70%第5页，本讲稿共88页6 6第1章 微型计算机系统概述第2章 微型计算机系统的微处理器第3章8086/8088的指令系统第4章 汇编语言程序设计第5章 微型计算机总线总线概述第6章 半导体存储器存储器系统设计第7章 微型计算机和外设间的数据传输第8章 中断系统第9章 微型计算机常用接口技术并行通信接口定时器计数

3、器第10章 微型计算机的发展方向与新技术介绍课程安排课程安排第6页，本讲稿共88页第一章第一章 微型计算机系统概述微型计算机系统概述n n概述 n n计算机中数的表示和编码 n n微型计算机系统第7页，本讲稿共88页 1946年,美国宾西法尼亚大学研制成功电子数字计算机 ENIAC（Electronic Numegrical Intergrator And Calculator）。）。第一代 电子管时代(1946-1958)耗电高，体积大，定点计算，机器语言，汇编语言 第二代 晶体管时代(1958-1965)变集中处理为分级处理，浮点运算、高级语言 第三代 中小规模集成电路时代(1965-19

4、70)存储容量大，运算速度快，几十至几百万次/秒 第四代 大规模、超大规模集成电路时代(1971至今)向大型机和微型机两个方向发展 现代计算机发展方向 巨型化，微型化，网络化，智能化，多媒体化1.1 概述概述第8页，本讲稿共88页9 9计算机的发展世界上第一台现代意义的电子计算机是1946年美国宾夕法尼亚大学设计制造的”ENIAC”(艾尼阿克)Electronic Numerical Integrator and Calculator电子数字积分与计算器电子管18,800 继电器1,500 耗电150千瓦 重30吨 占地150m2 字长12位 5千次/秒加法 4百次/秒乘法开创性地把电子元件用

5、在数字计算装置上，引起“电脑革命”第9页，本讲稿共88页1010冯冯.诺依曼诺依曼(John Von Neuman)(John Von Neuman)（1903190319571957年）年）关于关于电电子子计计算机算机逻辑设计逻辑设计的初步探的初步探讨讨 报报告告提出存提出存储储程序程序计计算机算机设计设计思想奠定思想奠定现现代代计计算机算机结结构基构基础础19491949年英国年英国剑桥剑桥大学完成存大学完成存储储程序的程序的计计算机算机 EDVACEDVAC（爱爱迪迪萨萨克）克）Electronic Discrete Variable Automatic ComputerElectron

6、ic Discrete Variable Automatic Computer电电子式离散子式离散变变量自量自动计动计算机算机第10页，本讲稿共88页1111计算机硬件基本结构目前计算机硬件体系结构基本上还是经典的冯诺依曼结构，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个基本部分组成。第11页，本讲稿共88页冯冯 诺依曼提出的计算机组成和工作方式的基本思想：诺依曼提出的计算机组成和工作方式的基本思想：（1 1）计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存存储储器器、输输入入和和输输出出设设备备五五大大部部分组成。分组成。（2 2）数数据据和和指指令令以以二二进进制制代代码码形形式式不不

7、加加区区别别地地存存放放在在存存储储器器中中，地地址址码码也为二进制形式；计算机能自动区分指令和数据。也为二进制形式；计算机能自动区分指令和数据。（3 3）编编写写好好的的程程序序事事先先存存入入存存储储器器。控控制制器器根根据据存存放放在在存存储储器器中中的的指指令令序序列列即即程程序序来来工工作作，由由程程序序计计数数器器（PCPC，Program Program CounterCounter）控控制制指指令令的的执执行行顺顺序序。控控制制器器具具有有判判断断能能力力，能能根根据据计算结果选择不同的动作流程计算结果选择不同的动作流程第12页，本讲稿共88页1313计算机的发展史第13页，本

8、讲稿共88页 电子计算机的发展：电子计算机的发展：n n第一代：电子管计算机（第一代：电子管计算机（1946-19561946-1956）n n第二代：晶体管计算机（第二代：晶体管计算机（1957-19641957-1964）n n第三代：中小规模集成电路计算机（第三代：中小规模集成电路计算机（1965-19701965-1970）n n第四代：超大规模集成电路计算机（第四代：超大规模集成电路计算机（1971-1971-今）今）电子计算机按其性能分类：电子计算机按其性能分类：n n大型计算机大型计算机/巨型计算机（巨型计算机（Mainframe Mainframe ComputerComput

9、er）n n中型计算机中型计算机n n小型计算机（小型计算机（MinicomputerMinicomputer）n n微型计算机（微型计算机（微型计算机（微型计算机（MicrocomputerMicrocomputer）n n单片单片计算机（计算机（Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomputer）电子计算机趋势电子计算机趋势速度、集成度、功能、容量、网络、价格速度、集成度、功能、容量、网络、价格第14页，本讲稿共88页 微型计算机经历了微型计算机经历了4 4位机、位机、8 8位机、位机、1616位机至高性能的位机至高性能的3232位机，位机

10、，64 64 位机正在广泛应用位机正在广泛应用。1515微机计算机的发展代发表年份字长(bits)型号线宽(m)晶体管数(万个)时钟频率(MHz)速度(MIPS)一197119724840048008500.20.310.05二197488080200.52-40.5三19781982168086/8088802862-32.913.44.77-108-16300七2002？64Itanium0.13CPU:2.5KCache:30K800(20条指令/时钟周期)3000第15页，本讲稿共88页16161971年，美国旧金山南部森特克拉郡（硅谷）的IntegratedElectron公司（即I

11、ntel公司）首先制成4004微处理器，进而研制出由它组成的第一台微型机。第一代微处理器：第一个微处理器是1971年美国Intel公司采用MOS大规模集成电路技术生产的4004，它本来是为高级袖珍计算器而设计的，但生产出来后，取得了意外的成功。第二代微处理器：第二代产品是19731977年间的产品。Intel公司的8080/8085、Zilog公司的Z80、Motorola公司的68000/6802、Rockwell公司的6502。第三代微处理器：19781980年微处理器进入了超大规模电路时代，16位微处理器时代开始，一块硅片上可容纳几万个晶体管。一些厂家推出了性能可与过去中档小型计算机相比

12、的16位微处理器。第16页，本讲稿共88页1717第四代微处理器：1984年以后进入了第四代。该代产品是32位微处理器，1984年7月，Motorola公司推出了MC68020，1985年Intel推出了80386。主要特征是，数据总线32位、地址总线32位，有实地址模式和虚地址保护模式和虚拟8086模式。第五代微处理器：1993年Intel Pentium（奔腾）32位微处理器推出。第六代微处理器：代表性的产品有Pentium Pro(高能奔腾)、Pentium II(奔腾II)、Pentium III(奔腾III)。第七代微处理器：Pentium 4仍然是32位的微处理器，采用超级管道技术

13、，增加了144条SSE2指令，ALU在2倍的处理器核心时钟频率上运行。Itanium是 64位微处理器，采用EPIC技术、RISC技术和CISC技术，三级高速缓存。EPIC 表示显式并行指令代码(Explicit Parallel Instruction Code)，它是一个新的指令集，用于高级别的并行操作并允许最多并行执行 9 条指令。第17页，本讲稿共88页1818“酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。早期的酷睿是基于笔记本处理器的。酷睿2：英文Core 2 Duo，是英特尔推出的新一代基于Core微架构的产品体系统

14、称之一。于2006年7月27日发布。酷睿2，是一个跨平台的构架体系，包括服务器版、桌面版、移动版三大领域。其中，服务器版的开发代号为Woodcrest，桌面版的开发代号为Conroe，移动版的开发代号为Merom。特性：全新的Core架构全部采用65nm制造工艺全线产品为单核心，双核心,四核心，目前为止L2缓存容量存在2MB和4MB两个版本,上市时曾出现过2MB缓存容量性能提升40%能耗降低40%，主流产品的平均能耗为65瓦特前端总线提升至1066Mhz(Conroe)，1333Mhz(Woodcrest)，667Mhz（Merom）第18页，本讲稿共88页应用领域应用领域n科学和工程计算 密

15、码破译，天气预报，地质勘探，卫星轨道计算n工业控制 机器人以及各种自动化装备，温度调节，阀门控制n辅助设计/分析/制造/教学 机械CAD，建筑CAD，CAE，CAM，CAIn数据处理 数据库管理，企业信息管理，统计汇总、办公自动化n智能模拟 人工智能、专家系统、自学习第19页，本讲稿共88页计数制：计数制：指用一组固定的数字符号和统一的规则表示数的方法。n十进制符合人们的习惯n二进制便于物理实现n八进制便于识别、书写n十六进制便于微型计算机的使用1.2 计算机中数的表示和编码计算机中数的表示和编码1.2.1 计算机中常用的数制及其转换计算机中常用的数制及其转换第20页，本讲稿共88页1.2.1

16、 计算机中常用的数制及其转换计算机中常用的数制及其转换一.进位计数制的表示方法进位计数制的表示方法 十进制十进制N ND Dn n十个数码：十个数码：0 09 9，逢十进一。，逢十进一。例例 1234.5=1101234.5=1103 3+210+2102 2+310+3101 1+410+4100 0+510+510-1-1n n加权展开式以加权展开式以1010为基数，各位系数为为基数，各位系数为0 09 9。一般表达式：一般表达式：n:整数位数，m:小数位数，ai：取值范围0-9 第21页，本讲稿共88页2222一般，r进制数可以用下式表示：r：基数rk：权决定运算的进、借位决定数字在不同

17、位置上的值基数使用数码的个数权数制中每一位所具有的值第22页，本讲稿共88页 二进制NBn两个数码：0、1,逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 n加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制第23页，本讲稿共88页八进制Non八个数码：0、1、2、3、4、5、6、7 逢八进一。例 1101.101=183+182+081+180+18-1+18-3 n加权展开式以8为基数，各位系数为0 7。一般表达式：1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制第24页，本讲稿共88页特点：有0

18、-7共8个数字符号，逢8进位。用O（Q）表示。000B 0O001,000B 100O 010,000B 20O 011000B 30O 001B 1O 001001B 11O 010001B 21O 010B 2O 001010B 12O 010010B 22O 011B 3O 001011B 13O 010011B 23O 100B 4O 001100B 14O 010100B 24O 101B 5O 001101B 15O 010101B 25O 110B 6O001110B 16O 010110B 26O 111B 7O 001111B 17O 010111B 27O 001,000,

19、000B 100O 第25页，本讲稿共88页 十六进制NHn十六个数码09、AF，逢十六进一。例：DFC.8=13162+15161+12160+816-1 n展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制第26页，本讲稿共88页计算机中常用计数制数 制基数 r数 码举 例二 进 制 Binary20,11011.11八 进 制Octave80,1,2,3,4,5,6,7745.64十 进 制Decimal 100,1,2,3,4,5,6,7,8,99999.99十 六 进 制Hexadecimal160,1,2,3,4,5,6,7,

20、8,9,A,B,C,D,E,F0A45.B注：为了便于计算机识别，当十六进制数的首字符为字母时，前面加数字0。第27页，本讲稿共88页1.2.1 计算机中的进位计数制计算机中的进位计数制小结n每一计数制有一确定的基数R，系数ai有R种可能的取值n“逢R进一”n小数点右移一位相当于乘R；反之相当于除以R例 R=211012=（123+122+021+120）2=123+122+021+120=12+12+022+12=11010第28页，本讲稿共88页2929不同数制数的区别表示方法一：用后缀区分。例例1 1.123D123D 十进制数十进制数123=1123=110102 2+2+210101

21、 1+3+310100 0例例2.2.123Q123Q 八进制数八进制数123=1123=18 82 2+2+28 81 1+3+38 80 0例例3.123H3.123H 十六进制数十六进制数123=1123=116162 2+2+216161 1+3+316160 0 第29页，本讲稿共88页3030方法二：方法二：用括号将数字括起，加以下标标注。例1.十进制数123表示为：(123)10 例2.八进制数123表示为：(123)8 例3.十六进制123表示为：(123)16第30页，本讲稿共88页二.进位计数制之间的转换n nR 进制数转换为十进制数：按权按权展开，求和展开，求和 例例：1

22、011.10101011.1010B B=12=123 3+12+121 1+12+120 0+12+12-1-1+12+12-3-3=11.625=11.625DFC.8DFC.8H H=1316=13162 2+1516+15161 1+1216+12160 0+816+816-1-1=3580.5=3580.5n n十进制数转换为R进制数：整数和小数部分分别进行转换 1 1、整数部分、整数部分 “除除R R取余取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为 0 0。每除。每除一次取一个余数，从低位排向高位。一次取一个余数，从低位排向高位。第31页

23、，本讲稿共88页二.进位计数制之间的转换例：例：3939转换成二进制数转换成二进制数 39=100111B39=100111B2 2 39 39 2 19 1 2 19 1 （b b0 0）2 9 1 2 9 1 （b b1 1）2 4 1 2 4 1 （b b2 2）2 2 0 2 2 0 （b b3 3）2 1 0 2 1 0 （b b4 4）0 1 0 1 （b b5 5 ）第32页，本讲稿共88页二.进位计数制之间的转换2 2、小数部分、小数部分 “乘乘R R取取整整”：用用转转换换进进制制的的基基数数乘乘以以小小数数部部分分，直直至至小小 数数为为0 0或或达达到到转转换换精精度度要

24、要求求的的位位数数。每每乘乘一一次次取取一一次次整整数数，从从最最高位排到最低位。例：高位排到最低位。例：1、0.625转换成二进制数0.625 2 1.250 1 (b-1)2 0.5 0 0 (b-2)2 1.0 1 (b-3)0.625=0.101B第33页，本讲稿共88页二.进位计数制之间的转换n n二进制与八进制、十六进制之间的转换 八进制八进制 二进制：一位八进制数用三位二进制数表示。二进制：一位八进制数用三位二进制数表示。十六进制十六进制 二进制：一位十六进制数用四位二进制数表示。二进制：一位十六进制数用四位二进制数表示。二进制二进制 八进制：从小数点开始，分别向左右两边把三位二

25、进八进制：从小数点开始，分别向左右两边把三位二进 制数码划为一组，最左和最右一组不足三位制数码划为一组，最左和最右一组不足三位 用用0 0补充，然后每组用一个八进制数码代替。补充，然后每组用一个八进制数码代替。二进制二进制 十六进制：与八进制类似，但是四位分为一组。十六进制：与八进制类似，但是四位分为一组。第34页，本讲稿共88页无符号数的运算无符号数的算术运算 包括：加法运算 减法运算 乘法运算 除法运算第35页，本讲稿共88页(1)二进制数运算加、减0+0=0 ；0+1=1 ；1+0=1 ；1+1=10 ；例：例：1101+1011=11000 0-0=0 ；1-0=1 ；0-1=1 ；1

26、-1=0 ；例：例：1101 1011=0010加法规则：加法规则：逢二进一。减法规则：减法规则：借一当二。第36页，本讲稿共88页(2)二进制数运算乘乘法规则：乘法规则：任何数乘以0得0，1乘以任何数得该数。即：0 0=0 ；0 1=0 ；1 0=0 ；1 1=1 乘法：乘以2相当于左移1位；1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1例：例：1101101=1000001 第37页，本讲稿共88页(3)二进制数运算除除法规则：除法规则：0除以任何数得0，任何数除以1得该数，除数不得为0。除法：除以2则相当于右移1位0 0 1=0 1=0

27、；1 1 1=1 1=1 例：例：110 10=11 1 11 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0第38页，本讲稿共88页无符号数的表示范围 一个n位的无符号二进制数X（Xn-1Xn-2X1X0）其表示范围为：0 X 2n-1 若运算结果超出这个范围，则产生超出。判别方法：运算时，当最高位（Xn-1）向更高位有进位（或借位）时则产生超出。第39页，本讲稿共88页例：11111111 +00000001 1 00000000 结果超出位（最高位D7有进位），发生超出（结果为256，超出位二进制数所能表示的范围0255）第40页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n n

28、无符号数和带符号数 无符号数：机器的全部有效位均用来表示数的大小，如无符号数：机器的全部有效位均用来表示数的大小，如 N N01001 01001 表示无符号数表示无符号数9 9 带符号数：机器中，最高位作符号位带符号数：机器中，最高位作符号位(数的符号用数的符号用“0 0”、“1 1”表示表示)，其余位为数值位。其余位为数值位。n n机器数与真值 机器数：机器中数的表示形式，机器数：机器中数的表示形式，连同符号位一起数值化了的数，如原码、如原码、反码、补码。反码、补码。真值：真值：机器数所代表的实际数值机器数所代表的实际数值 例例:一个一个8 8位机器数与它的真值对应关系：位机器数与它的真值

29、对应关系：真值：真值：X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B 机器数：机器数：X1X1机机=01010100 X2=01010100 X2机机=11010100=11010100第41页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n原码 最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。数值位与真值数值位相同。例：真值：x1 =+1010100B x2 =1010100B 机器数：x1原 =01010100 x2原=11010100 特点：1、表示简单、直观。2、0的表示不唯一，即真值0有两种不同

30、的表示形式，0 或 -0。0原=0.000 -0原=1.000 3、加减运算复杂。第42页，本讲稿共88页n定义符号位：0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值。二进制数：原码：数0的原码不唯一 00001000n位原码表示数值的范围是-(2n-1-1)+(2n-1-1)对应的原码是1111 0111第43页，本讲稿共88页 正数的反码与其原码相同。负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。例：8位反码机器数 x=+4：x原=00000100 x反=00000100 x=-4：x原=10000100 x反=11111011 x=+0：x原=00000000 x反=00000000 x=-

31、0：x原=10000000 x反=11111111 x=+127：x原=01111111 x反=01111111 x=-127：x原=11111111 x反=100000001.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n n反码第44页，本讲稿共88页反码 X 反反二进制数：反码：数0的反码不唯一 00001111n位反码表示数值的范围是-(2n-1-1)+(2n-1-1)对应的反码是1111 0111第45页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n补码 数的补码与“模”有关 “模”:计数系统的量程 X补=MX （mod M）当X0，M丢掉,X补=X 当X0，X补=M+X=M-X

32、。正数的补码与原码相同；负数的补码为其反码加1。第46页，本讲稿共88页1.2.2带符号数的表示补码 x 0 x 2n-1 x补=2n+x -2n-1 x 0 x 0 x 2n-1 x补=2n-|x|-2n-1 x 0正数的补码与原码相同负数的补码是：原码的符号位不变，其余各位求反加1。第47页，本讲稿共88页 例：8位二进制数的模为：28=256 当X0，X补=28-X =256-X=255-X+1 =X反码+1 1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示第48页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示 例：8位补码机器数 x=+4 x原=x反=x补=00000100 x=-4

33、 x原=10000100 x反=11111011 ，x补=11111100 优点：1、0的表示唯一。2、加减运算方便。即负数用补码表示时，可以把减法 转化为加法。3、8位二进制补码表示的整数范围为+127-128；16位二进制补码表示的整数范围为32768 32767；若机器字长为n，则补码表示的整数范围为2n-1（2n-11）。4、由补码求真值：当为负数时，即最高位为1，其绝对值所对应的二进制数应为各数值位“按位求反加1”的和。第49页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n n补码运算：补码加法：补码加法：A+BA+B补补=AA补补+B+B补补（mod 2mod 2）即两

34、数和的补码等于两数补码的和。也就是，在进行补码即两数和的补码等于两数补码的和。也就是，在进行补码加法时，可以不必考虑加数的正负，直接进行加法即可。加法时，可以不必考虑加数的正负，直接进行加法即可。从而简化了计算机内部的操作。从而简化了计算机内部的操作。注：在模在模2 2的意义下相加，即超过的意义下相加，即超过2 2的进位要丢掉。的进位要丢掉。第50页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示例:1 1、计算、计算（-70+55-70+55）解：解：解：解：-70-70原原=11000110 -70=11000110 -70补补=10111010=10111010 55 55原原=

35、00110111 55=00110111 55补补=00110111=00110111 -70 -70补补+55+55补补 =10111010+00110111=10111010+00110111=1 111100011110001 因因符符号号位位为为“1 1”，所所以以对对补补码码相相加加结结果果1111000111110001的的数数值值部部分分 “求求反反加加1 1”得得：-15-15 所以：所以：-70+55-70+5515 15 第51页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示2、计算-70+（-55）解解：-70原=11000110 -70补=10111010 -

36、55原=10110111 -55补=11001001 -70补+-55补 =10111010+11001001=1（10000011）因符号位为“1”，所以对补码相加结果10000011的数值部分“求反加1”得：-125 所以：-70+（-55）-125 第52页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示 注：1、补码运算步骤 1 1）将参加运算的操作数用补码表示。将参加运算的操作数用补码表示。2 2）进行加法得到两数和的补码进行加法得到两数和的补码 （符号位作为数的一部分参加运算）符号位作为数的一部分参加运算）3 3）判断是否溢出判断是否溢出 若没有溢出，则可进一步求和的真值：

37、和为正数可直接求若没有溢出，则可进一步求和的真值：和为正数可直接求出，和为负数，则再次出，和为负数，则再次“求反加求反加1”1”，得到真值。，得到真值。第53页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示2、溢出的判断：溢出：带符号数运算的结果超出计算机可以表溢出：带符号数运算的结果超出计算机可以表示的范围，就是溢出。示的范围，就是溢出。8 8位整数范围位整数范围:（127127，-128-128）两个同符号数相加有可能产生溢出；两个同符号数相加有可能产生溢出；两个负数补码相加后得到正数的补码，或两个两个负数补码相加后得到正数的补码，或两个正数的补码相加后到负数的补码，都是产生了正

38、数的补码相加后到负数的补码，都是产生了溢出。溢出。第54页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示例：例：计算计算 6565补补+9696补补解：解：解：解：6565补补+9696补补=01000001=010000010110000001100000 0 0 10100001 10100001 而而1010000110100001 9595补补 可以看出，两个正数的补码相加后得到负数的补码，显然出错了。可以看出，两个正数的补码相加后得到负数的补码，显然出错了。因为因为161161127127，所以称为正向溢出，所以称为正向溢出 第55页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表

39、示带符号数的表示例：计算（-70）补+（-60）补解：解：（-70）补+（-60）补 =10111010+11000100=1 01111110 两个负数之和却产生了正的结果，同样是因为产生了溢出。因是超出了负的最大范围，所以是负向溢出 第56页，本讲稿共88页溢出的判断方法n方法：同号相减或异号相加不会溢出。同号相加或异号相减可能溢出：n两种情况：两种情况：同号相加时，结果符号与加数符号相反溢出；异号相减时，结果符号与减数符号相同溢出。n方法：两个带符号二进制数相加或相减时，若 C7C61，则结果产生溢出。C7为最高位的进(借)位；C为次高位的进(借)位。第57页，本讲稿共88页1.2.2

40、带符号数的表示带符号数的表示3、溢出的解决：扩大数的表示范围可以防止溢出。数的扩展不能改变数的大小，只能改变数的位数。正数扩展：高位全部加正数扩展：高位全部加0 0；负数扩展：高位全部加负数扩展：高位全部加1 1。如：如：-70-70 (10111010)(10111010)补补 (1111111110111010)(1111111110111010)补补 第58页，本讲稿共88页1.2.2 带符号数的表示带符号数的表示n n纯小数时的情况 1、8位二进制数 补码范围：+127/128 -1 小数形式:0.1111111 1.0000000 2、转换方法：与整数相同第59页，本讲稿共88页1.

41、2.2 带符号数的表示带符号数的表示n n移码移码 定义：定义：xx 移移2 2n-1n-1+x+x x x 移移机器数机器数 ，x x为真值为真值 表示：符号位与补码相反，其它位与补码相同。表示：符号位与补码相反，其它位与补码相同。第60页，本讲稿共88页1.2.3 数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示n n定点与浮点表示1.定点数 小数点位置固定的机器数。具有运算简便小数点位置固定的机器数。具有运算简便,表示范表示范围小的特点。围小的特点。1)1)定点整数：小数点固定在数值位之后。定点整数：小数点固定在数值位之后。2)2)定点小数：小数点固定在数值位之前符号位之后。定点小数：小数点

42、固定在数值位之前符号位之后。第61页，本讲稿共88页1.2.3 数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示二进制数浮点表示：B=S2P Pf P Sf S 阶苻 阶码 尾数 尾数 符号S尾数，为原码表示的纯小数。P阶码，为整数，常用补码表示。R进制，默认为2，二进制。2、浮点数 B=SRP1）小数点位置不固定。表示范围大，运算复杂。第62页，本讲稿共88页1.2.3 数的定点表示与浮点表示数的定点表示与浮点表示2）浮点数的规格化表示 规格化表示：使数值最高位为有效数值位。规格化表示：使数值最高位为有效数值位。尾数用原码表示时，使其最高位为一。尾数用原码表示时，使其最高位为一。尾数用补码表示时

43、，应满足尾数最高数值位与符号位尾数用补码表示时，应满足尾数最高数值位与符号位 不同，即不同，即0.10.1 和和 1.0 1.0 。规格化操作：相应地调整尾数和阶码的大小，使其满规格化操作：相应地调整尾数和阶码的大小，使其满 足要求。足要求。第63页，本讲稿共88页IEEE754标准 符号位阶玛尾数总位数短实数 182332长实数1115264临时实数1156480第64页，本讲稿共88页1.2.4 计算机中常用的编码计算机中常用的编码n nBCD码码(Binary Coded Decimal)Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。二进制代码表示的十进制数。842

44、1 BCD8421 BCD码码例：求十进制数例：求十进制数876的的BCDBCD码 876876BCD BCD=1000 0111 0110=1000 0111 0110 876=36C 876=36CH=1101101100=1101101100B B 第65页，本讲稿共88页1.2.4 计算机中常用的编码计算机中常用的编码符号信息的编码：符号信息的编码：P11 P11 表表1-2-21-2-2美国标准信息交换码美国标准信息交换码ASCIIASCII码，用于计算机与计算机、计算机与码，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。外设之间传递信息。第66页，本讲稿共88页ASCII码第67页

45、，本讲稿共88页汉字的编码汉字的编码计算机要处理汉字信息，就必须首先解决计算机要处理汉字信息，就必须首先解决汉字的表示问题。同英文字符一样，汉字汉字的表示问题。同英文字符一样，汉字的表示也只能采用二进制编码形式，目前的表示也只能采用二进制编码形式，目前使用比较普遍的是我国制定的汉字编码标使用比较普遍的是我国制定的汉字编码标准准GB2312-80，该标准共包含一、二级汉字，该标准共包含一、二级汉字6763个，其他符号个，其他符号682个，每个符号都是用个，每个符号都是用14位（两个位（两个7位）二进制数进行编码，通常叫做位）二进制数进行编码，通常叫做国标码。如国标码。如“啊啊”的国标码为的国标码

46、为0110000，0100001。新的国标汉字库已包括两万多个汉字。新的国标汉字库已包括两万多个汉字和字符。和字符。一般符号一般符号 202序号序号 60数字数字 22英文英文 52日文假名日文假名 169希腊字母希腊字母 48俄文俄文 66汉语拼音汉语拼音 26汉语注音汉语注音 37一级汉字一级汉字 3755二级汉字二级汉字 3008第68页，本讲稿共88页国标码：国家标准信息交换用汉字编码，每个汉字用四位十六进制数表示（二个字节），汉字的这2个字节都在21H7EH之间，区位码：每个汉字用二个十进制数表示区码和位码 6763个常用汉字，列表，分94个区，每区94位如“啊”国标码在10H(16

47、D)区第1位，（区号20H，位号20H）表示出来就是30H，21H，区位码1601 每一字节只占用低7位（与ASCII码冲突）机内码：将国标码两个字节最高位都置1 机内码国标码8080H，“啊”B0A1H 故不会与ASCII冲突 输入码 输出码第69页，本讲稿共88页第70页，本讲稿共88页第第3节节 微型计算机系统微型计算机系统1.3.1 微处理器微处理器n n微处理器微处理器 中央处理器：运算器和控制器合在一起称中央处理器。中央处理器：运算器和控制器合在一起称中央处理器。微微处处理理器器：利利用用超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术把把运运算算器器和和控控制制器器集集成成在在一一片片硅

48、硅片片上上形形成成微微处处理理器器，即即CPUCPU。一一般般由由算算术术逻逻辑辑单单元元、累累加加器器和和通通用用寄寄存存器器组组、程程序序计计数数器器、数数据据地地址址锁锁存存器器缓缓冲冲器器、时时序序和和控控制制逻辑部件及内部总线等组成。逻辑部件及内部总线等组成。第71页，本讲稿共88页1.3.1 微处理器微处理器微处理器结构CPU的主要功能是取出指令、分析、并执行指令，也就是不断地从存储器中取出指令和操作数，完成指令所规定的操作工作。第72页，本讲稿共88页1.3.1 微处理器微处理器1 1）算术逻辑单元）算术逻辑单元ALUALU：进行各种算术运算和逻辑运算。：进行各种算术运算和逻辑运

49、算。2 2）累加器和通用寄存器组）累加器和通用寄存器组 ：保存参加运算的数据和运算：保存参加运算的数据和运算的的 中间结果。累加器是特殊的寄存器，它既向中间结果。累加器是特殊的寄存器，它既向ALUALU提供操提供操作作 数，又接收数，又接收ALUALU的运算结果。的运算结果。3 3）CPUCPU中有一些专用寄存器（如程序计数器中有一些专用寄存器（如程序计数器PCPC、堆栈指针、堆栈指针 SPSP和标志寄存器和标志寄存器FRFR等）。等）。4 4）程序计数器用来存放下一条要执行的指令地址。）程序计数器用来存放下一条要执行的指令地址。第73页，本讲稿共88页1.3.1微处理器微处理器5 5）堆栈指

50、针）堆栈指针SPSP：用来存放栈顶地址。堆栈是一种特殊的存：用来存放栈顶地址。堆栈是一种特殊的存 贮区域，按照贮区域，按照“先进后出先进后出”的原则工作。的原则工作。6 6）标志寄存器：存放指令执行结果的特征和处理器的标志寄存器：存放指令执行结果的特征和处理器的状态。状态。7 7）指令译码器：对指令进行译码，产生相应的控制信号）指令译码器：对指令进行译码，产生相应的控制信号 送至时序和控制逻辑电路，组合成外部电路工作所需送至时序和控制逻辑电路，组合成外部电路工作所需 要的时序和控制信号。要的时序和控制信号。第74页，本讲稿共88页1.3.1微处理器微处理器 指令执行的基本过程：（1 1）假设程