第一章 微機(jī)中的數(shù)據(jù)類型

1、微型計(jì)算機(jī)原理學(xué)時(shí)：64理論指導(dǎo)實(shí)踐課程課程性質(zhì)及教學(xué)目的 微機(jī)原理與接口技術(shù)是工科計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 本課程幫助學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)的硬件組成及使用；學(xué)會(huì)運(yùn)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；樹(shù)立起計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念；為后繼的軟、硬件課程做好鋪墊。教材及參考書目n1.80 x86匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)沈美明、溫冬嬋 編著， 清華大學(xué)出版社，2001年9月n2. IBM Pc匯編語(yǔ)言與程序設(shè)計(jì)第4版：英文埃布爾著一影印版，清華大學(xué)出版社，19982n3. IBM PC匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程，沈美明 溫冬蟬 張赤紅，清華大學(xué)出版社教學(xué)要求n不遲到，不早退，不曠課n課前預(yù)習(xí)n課堂

2、作筆記，認(rèn)真完成相應(yīng)的課堂作業(yè)n課后認(rèn)真完成相關(guān)作業(yè)n作好實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果1.掌握數(shù)制、碼制等基礎(chǔ)理論知識(shí)，能較熟練的進(jìn)行掌握數(shù)制、碼制等基礎(chǔ)理論知識(shí)，能較熟練的進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換，了解數(shù)字的各種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)方式碼制轉(zhuǎn)換，了解數(shù)字的各種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)方式2.了解計(jì)算機(jī)組成及其基本原理了解計(jì)算機(jī)組成及其基本原理3.掌握掌握80 x86的不同尋址方式，并能區(qū)別各種不同尋的不同尋址方式，并能區(qū)別各種不同尋址方式的異同。址方式的異同。4.熟練掌握熟練掌握80 x86的指令系統(tǒng)，能夠用的指令系統(tǒng)，能夠用80 x86指令系指令系統(tǒng)編寫基本的程序塊。統(tǒng)編寫基本的程序塊。5.掌握掌握80 x86匯編的編程方式，掌握循環(huán)、分支

3、、子匯編的編程方式，掌握循環(huán)、分支、子程序等基本程序結(jié)構(gòu)。程序等基本程序結(jié)構(gòu)。6.在了解基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握宏匯編程序設(shè)計(jì)技術(shù)。在了解基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握宏匯編程序設(shè)計(jì)技術(shù)。7.掌握微機(jī)接口技術(shù)和幾個(gè)主要芯片的基本結(jié)構(gòu)、初掌握微機(jī)接口技術(shù)和幾個(gè)主要芯片的基本結(jié)構(gòu)、初始化和應(yīng)用編程。始化和應(yīng)用編程。考核方式n平時(shí)成績(jī)：30（到課10，作業(yè)20）n考試成績(jī)：7011緒緒論論1946年年2月月15日日世界第一臺(tái)電子計(jì)世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世算機(jī)問(wèn)世1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)由美年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。盡管它重達(dá)國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。盡管它重達(dá)30噸，占噸，占地地170

4、平方米，耗電平方米，耗電140千瓦，用了千瓦，用了18800多個(gè)電子多個(gè)電子管，每秒鐘僅能做管，每秒鐘僅能做5000次加法次加法.這臺(tái)計(jì)算機(jī)有五個(gè)基本部件：輸入器、輸出器、這臺(tái)計(jì)算機(jī)有五個(gè)基本部件：輸入器、輸出器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器，奠定了當(dāng)代電子數(shù)字計(jì)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器，奠定了當(dāng)代電子數(shù)字計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 運(yùn)作了九年之久。吃電很兇，運(yùn)作了九年之久。吃電很兇，據(jù)傳據(jù)傳ENIAC每每次一開(kāi)機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。次一開(kāi)機(jī)，整個(gè)費(fèi)城西區(qū)的電燈都為之黯然失色。另外，真空管的損耗率相當(dāng)高，幾乎每另外，真空管的損耗率相當(dāng)高，幾乎每15分鐘就分鐘就可能燒掉一

5、支真空管，操作人員須花可能燒掉一支真空管，操作人員須花15分鐘以上分鐘以上的時(shí)間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。的時(shí)間才能找出壞掉的管子，使用上極不方便。曾有人調(diào)侃道：曾有人調(diào)侃道：“只要那部機(jī)器可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五只要那部機(jī)器可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)五天，而沒(méi)有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱天，而沒(méi)有一只真空管燒掉，發(fā)明人就要額手稱慶了慶了”。n n第二代計(jì)算機(jī)晶體管電子計(jì)算機(jī) 主要器件逐步由電子管改為晶體管，因而縮小了體積，降低了功耗，提高了速度和可靠性，而且價(jià)格也不斷下降。后來(lái)又采用了磁心存儲(chǔ)器，使速度得到進(jìn)一步提高。 工作特點(diǎn)是程序控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)字編碼程序控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)字編碼電子計(jì)算機(jī)工作

6、的基礎(chǔ)電子計(jì)算機(jī)工作的基礎(chǔ)幾個(gè)概念n控制器、控制器、CPUn計(jì)算機(jī)主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī)n計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)n計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)n字長(zhǎng)：字長(zhǎng)：CPUCPU并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù)。并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù)。8 8位位 機(jī)、機(jī)、1616位機(jī)、位機(jī)、3232位機(jī)和位機(jī)和6464位機(jī)。位機(jī)。12 計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 n微型化微型化 便攜式、低功耗便攜式、低功耗n巨型化巨型化 尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高尖端科技領(lǐng)域的信息處理，需要超大容量、高速度速度n智能化智能化 模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力n系列化、標(biāo)

7、準(zhǔn)化系列化、標(biāo)準(zhǔn)化 便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí)便于各種計(jì)算機(jī)硬、軟件兼容和升級(jí)n網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和信息高速公路n多機(jī)系統(tǒng)多機(jī)系統(tǒng) 大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理大型設(shè)備、生產(chǎn)流水線集中管理( (獨(dú)立控制、獨(dú)立控制、 故障分散、資源共享故障分散、資源共享) )n摩爾定律:單個(gè)芯片中的晶體管數(shù)目每年能夠翻一番。n摩爾定律的影響:n1) 在芯片集成度快速增長(zhǎng)的期間，單個(gè)芯片的成本幾乎沒(méi)有變化，這意味著計(jì)算機(jī)邏輯電路和存儲(chǔ)器電路的成本顯著下降。n2) 因?yàn)樵诩啥雀叩男酒羞壿嫼痛鎯?chǔ)器單元的位置更靠近，電路長(zhǎng)度更短，所以提高了工作速度。n3) 計(jì)算機(jī)變得更小，更容

8、易放置在各種環(huán)境中。n4) 減少了電能消耗及對(duì)冷卻的要求。n5) 集成電路內(nèi)部的連接比芯片間的連接更可靠，由干芯片中的電路增加，芯片間的連接變得更少。 n系列機(jī)具有以下特性：n1) 相同的或相似的指令集：多數(shù)情況下，系列中的所有成員都其有完全相同的指令集。這樣，能夠在一臺(tái)機(jī)器上執(zhí)行的指令同樣也能在另一臺(tái)機(jī)器上執(zhí)行。某些情況下，系列中低端產(chǎn)品的指令集是高端產(chǎn)品的一個(gè)子集。這意味著程序可以向上而不能向下移植。n2) 相似或相同的操作系統(tǒng)：產(chǎn)品家族中的所有成員都有相同的基本操作系統(tǒng)。有些情況下，高端成員會(huì)增添一些新特性。n3) 更高的速度：成員機(jī)器從低端到高端，指令執(zhí)行速度從低到高。n4) 更多的I

9、/O端口數(shù)：成員機(jī)器從低端到高端，I/O端口數(shù)越來(lái)越多。n5) 更大的內(nèi)存容量：成員機(jī)器從低端到高端，內(nèi)存容量越來(lái)越大。n6) 成本增加：成員機(jī)器從低端到高端，成本越來(lái)越高。n第四代計(jì)算機(jī)超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具的重視 n第五代計(jì)算機(jī)普適計(jì)算機(jī) 信息空間和信息空間的入口的矛盾嚴(yán)重限制了人們獲取信息和處理信息的能力 個(gè)人數(shù)字助理（Personal Digital Assistant，PDA）是這一代計(jì)算機(jī)的典型代表 1.2 計(jì)算機(jī)的分類n1、大型機(jī)、大型機(jī)n2、巨型機(jī)、巨型機(jī)n3、小型機(jī)、小型機(jī)n4、微型機(jī)、微型機(jī)n5、工程工作站、工程工作站n6、嵌入式計(jì)算機(jī)（目前應(yīng)用非常廣泛）

10、、嵌入式計(jì)算機(jī)（目前應(yīng)用非常廣泛）n1.3.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成n計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指那些能夠被程序員所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，即概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性，通常是指用機(jī)器語(yǔ)言的程序員（也包括匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)者和匯編程序設(shè)計(jì)者）所看到的傳統(tǒng)機(jī)器的屬性，包括指令集、數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)器尋址技術(shù)和I/O處理機(jī)等，大都屬于抽象的屬性。 n計(jì)算機(jī)組成是指如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，它包含了許多對(duì)程序員來(lái)說(shuō)是透明的硬件細(xì)節(jié)。指令系統(tǒng)體現(xiàn)機(jī)器的屬性，這些屬于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的范疇。只要兩臺(tái)機(jī)器的指令系統(tǒng)相同時(shí)，就可以認(rèn)為它們具有相同的體系結(jié)構(gòu)。 1.4 計(jì)算機(jī)的基本組成n1.4.

11、1馮馮諾伊曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)諾伊曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)n1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入裝置和輸出裝置五大部件組成；n2）指令與數(shù)據(jù)以同等地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可按地址訪問(wèn)；n3）指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制碼表示；n4）指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來(lái)表示操作的性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)所在存儲(chǔ)器中的位置；n5）指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的，在特定條件下，可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序；n6）機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳送通過(guò)運(yùn)算器。12計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 n一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況第一代：電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（第一代：電

12、子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（19471957）第二代：晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（第二代：晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（19581964）第三代：集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（第三代：集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（19641972）第四代：超大規(guī)模集成電路（第四代：超大規(guī)模集成電路（VLSI）計(jì)算機(jī)時(shí)代）計(jì)算機(jī)時(shí)代（1972年年）。）。第五代：智能計(jì)算機(jī)（第五代：智能計(jì)算機(jī)（1981年年）。）。二、微處理器及微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況二、微處理器及微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況 第一代微處理器第一代微處理器是以是以Intel公司公司1971年推出的年推出的4004，4040為代為代表的四位微處理機(jī)。表的四位微處理機(jī)。第二代微處理機(jī)第二代微處理機(jī)（1973年年19

13、77年），典型代表有：年），典型代表有：Intel公公司的司的8080、8085；Motorola公司的公司的M6800以及以及Zlog公司的公司的Z80。第三代微處理機(jī)第三代微處理機(jī)第三代微機(jī)是以第三代微機(jī)是以16位機(jī)為代表，基本上是在位機(jī)為代表，基本上是在第二代微機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其中第二代微機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其中Intel公司的公司的8088。8086是在是在8085的基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；的基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；M68000是是Motorola公司公司在在M6800的基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；的基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的；第四代微處理機(jī)第四代微處理機(jī)以以Intel公司公司1984年年10月推出的月推出的8038

14、6CPU和和1989年年4月推出的月推出的80486CPU為代表，為代表，第五代微處理機(jī)第五代微處理機(jī)的發(fā)展更加迅猛，的發(fā)展更加迅猛，1993年年3月被命名為月被命名為PENTIUM的微處理機(jī)面世，的微處理機(jī)面世，98年年P(guān)ENTIUM2又被推向市場(chǎng)。又被推向市場(chǎng)。INTELCPU發(fā)展歷史發(fā)展歷史nIntel第一塊第一塊CPU4004,4位主理器位主理器,主頻主頻108kHz,運(yùn)算速度運(yùn)算速度0.06MIPs(MillionInstructionsPerSecond,每秒百萬(wàn)條指每秒百萬(wàn)條指令令),集成晶體管集成晶體管2,300個(gè)個(gè),10微米微米制造工藝制造工藝,最最大尋址內(nèi)存大尋址內(nèi)存640

15、bytes,生產(chǎn)曰期生產(chǎn)曰期1971年年11月月.n8085,8位主理器位主理器,主頻主頻5M,運(yùn)算速度運(yùn)算速度0.37MIPs,集成晶體管集成晶體管6,500個(gè)個(gè),3微米微米制造工制造工藝藝,最大尋址內(nèi)存最大尋址內(nèi)存64KB,生產(chǎn)曰期生產(chǎn)曰期1976年年 n8086,16位主理器位主理器,主頻主頻4.77/8/10MHZ,運(yùn)算運(yùn)算速度速度0.75MIPs,集成晶體管集成晶體管29,000個(gè)個(gè),3微米微米制造工藝制造工藝,最大尋址內(nèi)存最大尋址內(nèi)存1MB,生產(chǎn)曰期生產(chǎn)曰期1978年年6月月. n80486DX,DX2,DX4,3280486DX,DX2,DX4,32位主理器位主理器, ,主頻主頻

16、25/33/50/66/75/100MHZ,25/33/50/66/75/100MHZ,總線頻率總線頻率33/50/66MHZ,33/50/66MHZ,運(yùn)算速度運(yùn)算速度2060MIPs,2060MIPs,集成晶集成晶體管體管1.2M1.2M個(gè)個(gè), ,1 1微米微米制造工藝制造工藝,168,168針針PGA,PGA,最最大尋址內(nèi)存大尋址內(nèi)存4GB,4GB,緩存緩存8/16/32/64KB,8/16/32/64KB,生產(chǎn)曰生產(chǎn)曰期期19891989年年4 4月月 nCeleronCeleron一代一代, , 主頻主頻266/300MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, 266/3

17、00MHZ(266/300MHz w/o L2 cache, CovingtonCovington芯心芯心 (Klamath (Klamath based),300A/333/366/400/433/466/500/5based),300A/333/366/400/433/466/500/533MHz w/128kB L2 cache, Mendocino33MHz w/128kB L2 cache, Mendocino核心核心 (Deschutes-based), (Deschutes-based), 總線頻率總線頻率66MHz,66MHz,0.250.25微米微米制造工藝制造工藝, ,生產(chǎn)

18、曰期生產(chǎn)曰期19981998年年4 4月月) ) nPentium 4 (478Pentium 4 (478針針),),至今分為三種核至今分為三種核心心 : W i l l a m e t t e: W i l l a m e t t e 核 心核 心 ( ( 主 頻主 頻 1 . 5 G1 . 5 G起起 , F S B 4 0 0 M H Z , 0 . 1 8, F S B 4 0 0 M H Z , 0 . 1 8 微 米 制 造 工微 米 制 造 工藝藝 ) , N o r t h w o o d) , N o r t h w o o d 核 心核 心 ( ( 主 頻主 頻1.6G3

19、.0G,FSB533MHZ,0.131.6G3.0G,FSB533MHZ,0.13微米制造工藝微米制造工藝, , 二級(jí)緩存二級(jí)緩存512K),Prescott512K),Prescott核心核心( (主頻主頻2.8G2.8G起起,FSB800MHZ,FSB800MHZ,0.090.09微米微米制造工藝制造工藝,1M,1M二級(jí)二級(jí)緩存緩存,13,13條全新指令集條全新指令集SSE3),SSE3),生產(chǎn)曰期生產(chǎn)曰期20012001年年7 7月月. . n更大的緩存、更高的頻率、 n超級(jí)流水線、分支預(yù)測(cè)、亂序執(zhí)行n超線程技術(shù) 微型計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件微型計(jì)算機(jī)（主機(jī)）微

20、處理器微處理器 (CPU)軟件外圍設(shè)備運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 (內(nèi)存)RAMROM外部設(shè)備輔助設(shè)備 輸入設(shè)備(鍵盤、掃描儀、語(yǔ)音識(shí)別儀) 輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、) 輔助存儲(chǔ)器(磁帶、磁盤、光盤)輸入輸入/ /輸出接口輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 總線 (AB、DB、CB)系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)，編輯、編譯程序，故障診斷,監(jiān)控程序)應(yīng)用軟件(科學(xué)計(jì)算，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)處理)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言)電源電路時(shí)鐘電路單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)簡(jiǎn)介n單片機(jī)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)是將計(jì)算機(jī)主機(jī)(CPU(CP

21、U、 內(nèi)存和內(nèi)存和I/I/O接口接口) )集成在一小塊硅片上的微型機(jī)集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。n單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開(kāi)發(fā)。片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開(kāi)發(fā)。n單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，又稱微控制器單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，又稱微控制器。具有具有三高優(yōu)勢(shì)三高優(yōu)勢(shì)(集成度高、可靠性高、性價(jià)比高集成度高、可靠性高、性價(jià)比高)。n主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。 特別適合于特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式

22、微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。n三、計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的發(fā)展概況三、計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的發(fā)展概況 機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言就是0，1碼語(yǔ)言，是計(jì)算機(jī)唯一能理解并直接執(zhí)行的語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言用一些助記符號(hào)代替用0，1碼描述的某種機(jī)器的指令系統(tǒng)，匯編語(yǔ)言就是在此基礎(chǔ)上完善起來(lái)的。高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言BASIC，PASCAL，C語(yǔ)言等等。用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序稱源程序，它們必須通過(guò)編譯或解釋，連接等步驟才能被計(jì)算機(jī)處理。 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言面向?qū)ο笳Z(yǔ)言C+，Java等編程語(yǔ)言是面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。通用計(jì)算機(jī)分類n通用計(jì)算機(jī)分為6類，其區(qū)別在于體積、復(fù)雜度、功耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和價(jià)格超級(jí)計(jì)算機(jī)（Supercomp

23、uter）大型機(jī)（Mainframe）服務(wù)器（Server）工作站（Workstation）微型機(jī)（Microcomputer）單片機(jī)（Single-Chip Computer）微機(jī)中的數(shù)據(jù)類型n一、數(shù)據(jù)類型 帶符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)BCD數(shù)字符串位浮點(diǎn)數(shù)n二、數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式 字節(jié)為單位 高位字節(jié)占高地址 低位字節(jié)占低地址n三、數(shù)的進(jìn)位制約定nBnHnDn各種進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換！n（一）（一） 十進(jìn)制十進(jìn)制N ND Dn有十個(gè)數(shù)碼：有十個(gè)數(shù)碼：0 09 9，逢十進(jìn)一。，逢十進(jìn)一。例例 1234.5=11234.5=110103 3 +2+210102 2 +3+310101 1 +4+4101

24、00 0 +5+51010- -1 1n加權(quán)展開(kāi)式以加權(quán)展開(kāi)式以1010稱為基數(shù)，各位系數(shù)為稱為基數(shù)，各位系數(shù)為0 09 9，1010i i為為權(quán)。權(quán)。一般表達(dá)式：一般表達(dá)式：nN ND D= d= dn-1n-11010n-1n-1+d+dn-2n-21010n-2 n-2 + +d+d0 010100 0 +d+d-1-11010-1-1+ +一、數(shù)的表示一、數(shù)的表示n（二）（二） 二進(jìn)制二進(jìn)制N NB Bn兩個(gè)數(shù)碼：兩個(gè)數(shù)碼：0 0、1, 1, 逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一。例例 1101.101=11101.101=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+1

25、2 2- -1 1+1+12 2-3-3 n加權(quán)展開(kāi)式以加權(quán)展開(kāi)式以2 2為基數(shù)，各位系數(shù)為為基數(shù)，各位系數(shù)為0 0、1 1， 2 2i i為為權(quán)。權(quán)。一般表達(dá)式：一般表達(dá)式： N NB B = b = bn-1n-12 2n-1 n-1 + b+ bn-2n-22 2n-2 n-2 + +b+b0 02 20 0 +b+b-1-12 2-1-1+ +n（三）十六進(jìn)制（三）十六進(jìn)制N NH Hn十六個(gè)數(shù)碼十六個(gè)數(shù)碼0 09 9、A AF F，逢十六進(jìn)一，逢十六進(jìn)一。例：例：DFC.8=13DFC.8=1316162 2 +15 +1516161 1 +12 +1216160 0 +8 +816

26、16-1-1 n展開(kāi)式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為展開(kāi)式以十六為基數(shù)，各位系數(shù)為0 09 9，A AF F，1616i i為權(quán)。為權(quán)。一般表達(dá)式：一般表達(dá)式：N NH H= h= hn-1n-11616n-1n-1+ h+ hn-2n-21616n-2n-2+ + h+ h0 016160 0+ h+ h-1-11616- -1 1+ +不同進(jìn)位記數(shù)制對(duì)照表 十進(jìn)制 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 十進(jìn)制 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 0 0000 0 8 1000 8 1 0001 1 9 1001 9 2 0010 2 10 1010 A 3 0011 3 11 1011 B 4 0100 4 12 1100 C 5

27、0101 5 13 1101 D 6 0110 6 14 1110 E 7 0111 7 15 1111 F 三種數(shù)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系 十 進(jìn) 制十六進(jìn)制二進(jìn)制 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 8 8 1000 9 9 1001 10 A 1010 11 B 1011 12 C 1100 13 D 1101 14 E 1110 15 F 1111BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制十進(jìn)制BCD碼00000000000011000100102001000113001101004010001015

28、0101011060110011170111100081000100191001101010非法BCD碼101111非法BCD碼110012非法BCD碼110113非法BCD碼111014非法BCD碼111115非法BCD碼組合BCD碼與分離BCD碼n組合BCD碼(壓縮BCD碼)：一個(gè)字節(jié)放2位十進(jìn)制數(shù)n分離BCD碼（非壓縮BCD碼）：一個(gè)字節(jié)放1位十進(jìn)制數(shù)，存放在低四位，高四位與數(shù)值無(wú)關(guān)。 其它進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 n方法：按進(jìn)位計(jì)數(shù)制（位置計(jì)數(shù)法）展開(kāi)計(jì)算后得到十進(jìn)制 n例1：將二進(jìn)制數(shù)1101.101轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 解：（1101.101）2=123+122+021+120+12-1+02-

29、2+12-3=8+4+0+1+0.5+0+0.125=13.625其它進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制n例2：將十六進(jìn)制數(shù)2AE.4轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)解： 2AE.4H=2162+10161+14160+416-1 =512+160+14+0.25 =626.25 二進(jìn)制與十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換 n方法：四位二進(jìn)制對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制（整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右）n例1：將1011101001.110101B轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)解：整數(shù)部分：0010 1110 1001 2 E 9小數(shù)部分：1101 0100 D 4n故1011101001.110101B=2E9.D4H 二進(jìn)制與十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換n 例2：將5A.

30、3BH轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)解： 5 A . 3 Bn 101 1010. 0011 1011n故5A.3BH=1011010.00111011B 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù) n方法：整數(shù)部分除基數(shù)取余，小數(shù)部分乘基數(shù)取整。n例例1：將十進(jìn)制整數(shù)（：將十進(jìn)制整數(shù)（105105）1010轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)。解：解： 2 2 105 105 2 2 52 52 余數(shù)為余數(shù)為1 1 2 2 26 26 余數(shù)為余數(shù)為0 0 2 2 13 13 余數(shù)為余數(shù)為0 0 2 2 6 6 余數(shù)為余數(shù)為1 1 2 2 3 3 余數(shù)為余數(shù)為0 0 2 2 1 1 余數(shù)為余數(shù)為1 1 0 0 余數(shù)為余

31、數(shù)為1 1所以，（所以，（105105）1010（11010011101001）2 2十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)例例2、將十進(jìn)制小數(shù)（、將十進(jìn)制小數(shù)（0.8125）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，采轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)，采用用“乘乘2順取整順取整”的方法，過(guò)程如下：的方法，過(guò)程如下：0.812521.625取整數(shù)位取整數(shù)位10.62521.25取整數(shù)位取整數(shù)位10.2520.5取整數(shù)位取整數(shù)位00.521.0取整數(shù)位取整數(shù)位1所以，（所以，（0.8125）10（0.1101）2注意：如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為注意：如果出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以，則可以根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即

32、可。根據(jù)精度的要求截取一定的位數(shù)即可。思考：思考：1、將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制？、將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制？2、既有整數(shù)，又有小數(shù)部分的情況？、既有整數(shù)，又有小數(shù)部分的情況？練習(xí)n將（11.375）10,和（278.635）10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) n將十進(jìn)制數(shù)301.6875，4978.35轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)n將BCD碼10010110和10101100.0110110轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 練習(xí)n329.75D=( )B= （ ）BCDn87.25D=（ ）BCD=（ ）Hn11001110.011011B=( )H=( )Dn四、整數(shù)n1、無(wú)符號(hào)數(shù)n2、帶符號(hào)數(shù) 原碼 反碼 補(bǔ)碼 移碼正數(shù)和負(fù)數(shù)的區(qū)別正數(shù)和負(fù)

33、數(shù)的區(qū)別二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則：加法規(guī)則：0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 11 + 1 = 0 （進(jìn)位1）乘法規(guī)則：0 0 = 00 1 = 01 0 = 01 1 = 1十六進(jìn)制的運(yùn)算：法一：首先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，計(jì)算后得到結(jié)果；然后，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制。法二：按照逢十六進(jìn)一的規(guī)則。二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算計(jì)算機(jī)中的數(shù)的表示 n無(wú)符號(hào)數(shù)n有符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)n無(wú)符號(hào)數(shù)指字節(jié).字.雙字整數(shù)操作數(shù)中，對(duì)應(yīng)的8位、16位、32位二進(jìn)制全部用來(lái)表示數(shù)值本身，沒(méi)有用來(lái)表示符號(hào)的位。n無(wú)符號(hào)數(shù)都是正整數(shù)。n位無(wú)符號(hào)數(shù)表示范圍：0n例：01100000B，10110000B 其十進(jìn)制數(shù)為96

34、，176。 帶符號(hào)數(shù)n機(jī)器數(shù)n真值n機(jī)器數(shù)的表示法 n關(guān)于-0的問(wèn)題 n整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算 n進(jìn)位和溢出 機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)：一個(gè)帶符號(hào)數(shù)在機(jī)器中的表示形式。最高位定義為符號(hào)位，“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)。如：n01100000B，10110000B稱機(jī)器數(shù) 真值n真值：機(jī)器數(shù)的數(shù)值n例：X原=01011100 機(jī)器數(shù) +01011100 真值 機(jī)器數(shù)的表示法n 原碼：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，最高位表示數(shù)的符號(hào)（0正，1負(fù)），其余各位表示數(shù)值本身。n 反碼：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，若以2n-1為模，它的補(bǔ)碼稱為反碼（1補(bǔ)碼）。n 補(bǔ)碼：一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，若以2n為模，它的補(bǔ)碼稱為補(bǔ)碼（2補(bǔ)碼）。 機(jī)器數(shù)的表示法 正正 數(shù)數(shù)

35、負(fù)負(fù) 數(shù)數(shù)范圍（范圍（n位）位）正正0負(fù)負(fù)0原碼原碼0數(shù)值數(shù)值1絕對(duì)值絕對(duì)值 （ （ ）（）0000000010000000反碼反碼0數(shù)值數(shù)值1按位取反按位取反 （ （ ）（）0000000011111111補(bǔ)碼補(bǔ)碼0數(shù)值數(shù)值1按位取反按位取反+1（）（）0000000000000000 機(jī)器數(shù)的表示法 例1、 若X1=+1010011B X2=1010011B試求X1，X2的原碼，反碼，補(bǔ)碼。 解： X1原=01010011B X1反=01010011B X1補(bǔ)=01010011B X2原=11010011B X2反=10101100B X2補(bǔ)=10101101B 機(jī)器數(shù)的表示法例2.內(nèi)存中

36、有一字節(jié)，內(nèi)容是10000101，按不同格式可理解為：無(wú)符號(hào)數(shù)：133或85H原碼表示法：-5反碼表示法：-122補(bǔ)碼表示法：-123一個(gè)數(shù)的物理意義，由程序員決定一個(gè)數(shù)的物理意義，由程序員決定。 練習(xí)例3.內(nèi)存中有一字節(jié)，內(nèi)容是11000110，按不同格式可理解為：無(wú)符號(hào)數(shù)：原碼表示法：反碼表示法：補(bǔ)碼表示法：例3.內(nèi)存中有一字節(jié)，內(nèi)容是A2H，按不同格式可理解為：無(wú)符號(hào)數(shù)：原碼表示法：反碼表示法：補(bǔ)碼表示法：練習(xí)n已知11001000是一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，求該數(shù)的原碼和真值數(shù)是多少？n已知01100110是一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，求該數(shù)的真值數(shù)是什么？關(guān)于-0的問(wèn)題-0補(bǔ)=10000000B-0補(bǔ)=000

37、00000B-128補(bǔ)=10000000B 關(guān)于-0的問(wèn)題 例： -64 1100 0000 + -64 + 1100 0000 -128 11000 0000=-128補(bǔ) 符號(hào)位進(jìn)位丟掉 -128 1000 0000 + 127 0111 1111 -1 1111 1111=-1補(bǔ)碼 關(guān)于-0的問(wèn)題若誤認(rèn)為-0補(bǔ)=1000 0000B運(yùn)算會(huì)出錯(cuò) - 0 1000 0000+ + 1 0000 0001 + 1 1000 0001=-127補(bǔ)+1可將-0補(bǔ)=-0反+1=1111 1111+1=00000000 將十進(jìn)制真值X(-127,-1,0,+1,+127)列表表示成二進(jìn)制數(shù)及原碼、反碼、

38、補(bǔ)碼。【解】其中，0在X原，X反中有兩種表示形式。真值真值X(X(十進(jìn)制十進(jìn)制) )真值真值X(X(二進(jìn)制二進(jìn)制) )XX原原XX反反XX補(bǔ)補(bǔ)-127-127-111 1111-111 11111111 11111111 11111000 00001000 00001000 00011000 0001-1-1-000 0001-000 00011000 00011000 00011111 11101111 11101111 11111111 11110 0 0000 00000000 00001000 00001000 00001111 11111111 11110000 00000000 0

39、0000000 00000000 00000000 00000000 0000+1+1+000 0001+000 00010000 00010000 00010000 00010000 00010000 00010000 0001+127+127+111+111 1111 11110111 11110111 11110111 11110111 11110111 11110111 1111整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算規(guī)則nX+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ)nX-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ)求補(bǔ)運(yùn)算方法 對(duì)補(bǔ)按位取反末位加，就得到補(bǔ)。對(duì)補(bǔ)按位取反末位加，就得到補(bǔ)。 整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算例1、（66）+（51）

40、 66補(bǔ)=01000010 51補(bǔ)=00110011 01000010 + 00110011 01110101 117整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算例2、 （66）+（-51） 66補(bǔ)=01000010 -51補(bǔ)=11001101 01000010 + 11001101 00001111 15 整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算例3、（66）+（99） 66補(bǔ)=01000010 99補(bǔ)=01100011 01000010 + 01100011 10100101 91整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算整數(shù)補(bǔ)碼的運(yùn)算例4、（-66）+（-99） -66補(bǔ)=10111110 -99補(bǔ)=10011101 10111110 + 1

41、0011101 01011010 91 進(jìn)位和溢出進(jìn)位和溢出（）進(jìn)位最高位向更高位的進(jìn)位。被運(yùn)算器“丟棄”，保存在“進(jìn)位標(biāo)志觸發(fā)器”中（C標(biāo)志）。n有符號(hào)數(shù)，不能統(tǒng)計(jì)在運(yùn)算結(jié)果中。n無(wú)符號(hào)數(shù)，進(jìn)位值是結(jié)果的一部分。（）溢出結(jié)果超出了寄存器所能表示的范圍，溢出觸發(fā)器置1（O標(biāo)志）有符號(hào)數(shù)溢出判斷雙高位判別法 Cs Cp=1，溢出標(biāo)志O s表征符號(hào)位進(jìn)位（最高位進(jìn)位標(biāo)志），有進(jìn)位Cs=1，否則，Cs=0；Cp表征數(shù)值部分的進(jìn)位（次高位進(jìn)位標(biāo)志），有進(jìn)位Cp=1，否則Cp=0； 當(dāng)Cs=0，Cp=1時(shí)，溢出為“正溢出”， Cs=1，Cp=0時(shí)，溢出為“負(fù)溢出”， 當(dāng)Cs=0。Cp=0時(shí)，無(wú)溢出， 當(dāng)

42、Cs=1，Cp=1時(shí)，無(wú)溢出例1、（1） （+100）+（+32） 解：（1）+100補(bǔ)=01100100 +32補(bǔ)=00100000 01100100 + 00100000 10000100 CP=1 CS=0 正溢出，結(jié)果出錯(cuò)（2） （100）+（32） 100補(bǔ)=1001 1100 32補(bǔ)=1110 0000 1001 1100 + 1110 0000 10111 1100CP=0 CS=1 負(fù)溢出，結(jié)果出錯(cuò) 對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)，只要有進(jìn)位，即溢出。 n練習(xí)：判斷溢出（8位計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)）n 87（-123）n （-90）（-38）n 8840n（-33）+（-37 ）n （-90）+（-70 ）n 72-