微機(jī)原理第一章

1、 及 課程課程介紹介紹典型機(jī)型：典型機(jī)型：IBM PCIBM PC系列機(jī)系列機(jī)基本系統(tǒng)：基本系統(tǒng)：8086CPU8086CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器I/OI/O接口電路及與外設(shè)的連接接口電路及與外設(shè)的連接硬件接口電路原理硬件接口電路原理軟件接口編程方法軟件接口編程方法專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課硬件系列課程之一計(jì)算機(jī)組成原理微機(jī)原理及接口技術(shù)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指定選修課以技術(shù)為主面向應(yīng)用軟硬件相結(jié)合課程課程特點(diǎn)特點(diǎn)區(qū)別區(qū)別先修課程數(shù)字邏輯提供硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組成原理確立計(jì)算機(jī)部件功能掌握計(jì)算機(jī)工作原理匯編語言程序設(shè)計(jì)建立必備軟件基礎(chǔ)掌握指令系統(tǒng)、程序格式先修先修課程課程 學(xué)習(xí)方法很重要復(fù)習(xí)并掌握先修課的有關(guān)

2、內(nèi)容課堂：聽講與理解、適當(dāng)筆記課后：認(rèn)真讀書、完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)：充分準(zhǔn)備、勇于實(shí)踐總成績(jī)考試成績(jī) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)平時(shí)成績(jī)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)方法方法學(xué)習(xí)資源要利用 錢曉捷之微服網(wǎng)http:/ 微機(jī)原理遠(yuǎn)程教學(xué)0/caicomputer/u錢曉捷 陳濤，微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.1uBarry B.Brey著 陳誼等譯，Intel系列微處理器結(jié)構(gòu)、編程和接口技術(shù)大全80X86、Pentium和Pentium Pro，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.1學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)資源資源第第1 1章章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)目的教學(xué)目的 補(bǔ)充必要的基本知

3、識(shí)，如數(shù)制、編碼等知識(shí)，為后面的學(xué)習(xí)作準(zhǔn)備。 了解微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類 數(shù)制 邏輯電路 布爾代數(shù) 二進(jìn)制運(yùn)算及加法電路 計(jì)算機(jī)中的信息表示 1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用及其分類 1.1.1 微機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展微機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展1971年，美國年，美國Intel公司研究并制造了公司研究并制造了I4004微處理器芯微處理器芯片。該芯片能同時(shí)處理片。該芯片能同時(shí)處理4位二進(jìn)制數(shù)，集成了位二進(jìn)制數(shù)，集成了2300個(gè)晶個(gè)晶體管，每秒可進(jìn)行體管，每秒可進(jìn)行6萬次運(yùn)算，成本約為萬次運(yùn)算，成本約為200美元。它是美元。它是世界上第一個(gè)微處理器芯片，以它為核心組成的世界上第

4、一個(gè)微處理器芯片，以它為核心組成的MCS-4計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的誕生。的誕生。微機(jī)概念：微機(jī)概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲(chǔ)器、輸入心，配以存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所制造出的計(jì)算機(jī)。制造出的計(jì)算機(jī)。劃分階段的標(biāo)志：劃分階段的標(biāo)志：以字長(zhǎng)和微處理器型號(hào)。以字長(zhǎng)和微處理器型號(hào)。第一代第一代4位和低檔位和低檔8位機(jī)位機(jī)Intel 4004第二代第二代中高檔中高檔8位機(jī)位機(jī)8080/8085、Z80、MC6800第三代第三代16位機(jī)位機(jī)Intel 80

5、86、Z8000、MC6800第四代第四代32位機(jī)位機(jī)80386、80486第五代第五代64位機(jī)位機(jī)（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1981-2000）（2001后）后）特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、芯片的發(fā)展遵循、芯片的發(fā)展遵循 摩爾定律摩爾定律2、速度越來越快。、速度越來越快。3、容量越來越大。、容量越來越大。4、功能越來越強(qiáng)。、功能越來越強(qiáng)。圖片示例圖片示例基于基于SoC的嵌入式核的結(jié)構(gòu)的嵌入式核的結(jié)構(gòu)1.1.2 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1、科學(xué)計(jì)算和科學(xué)研究、科學(xué)計(jì)算和科學(xué)研究 計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于解決科學(xué)研究和工

6、程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計(jì)算）。的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計(jì)算）。 2、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 （信息處理）（信息處理）主要是利用計(jì)算機(jī)的速度快和精度高的特點(diǎn)來對(duì)數(shù)字主要是利用計(jì)算機(jī)的速度快和精度高的特點(diǎn)來對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行加工。信息進(jìn)行加工。 3、工業(yè)控制、工業(yè)控制 用單板微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)用單板微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)DDC級(jí)控制等。級(jí)控制等。 4 4、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)輔助教（計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)輔助教（CAICAI）、計(jì)算）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CADCAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAMCAM）、計(jì)算）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（機(jī)輔助測(cè)試（CATCA

7、T）、計(jì)算機(jī)集成制造（）、計(jì)算機(jī)集成制造（CIMSCIMS）等系）等系統(tǒng)。統(tǒng)。 5 5、人工智能人工智能 人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行人工智能主要就是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的為及其規(guī)律的一門學(xué)科，包括智能機(jī)器人，模擬人的思維過程，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能思維過程，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)等等。其主要任務(wù)是建立智能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以展現(xiàn)某些近似于人類智信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計(jì)算系統(tǒng)。能行為的計(jì)算系統(tǒng)。 1.2 數(shù)制數(shù)制數(shù)制是人們利用符號(hào)來記數(shù)的科學(xué)方法。1.2.1 1.2.1 數(shù)制的基與權(quán)

8、數(shù)制的基與權(quán) 基：數(shù)制所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù) 權(quán)：數(shù)制每一位所具有的值通常使用進(jìn)制：十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制 十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制(decimal system)的基為“10”，即它所使用的數(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為底的冪。十萬 萬 千 百 十 個(gè) 二進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制(binary system)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)是以2為底的冪 八進(jìn)制與十六進(jìn)制八進(jìn)制與十六進(jìn)制八進(jìn)制八進(jìn)制(octave system)(octave system)的基為的基為“8”8”，即其數(shù)碼共有，即其數(shù)碼共有8 8個(gè)：個(gè)：

9、0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7。八進(jìn)制的權(quán)為以。八進(jìn)制的權(quán)為以8 8為底的冪，有時(shí)也順次稱其各位為為底的冪，有時(shí)也順次稱其各位為0 0權(quán)位、權(quán)位、1 1權(quán)位、權(quán)位、2 2權(quán)位等。權(quán)位等。十六進(jìn)制十六進(jìn)制(hexadecimal system)(hexadecimal system)的基為的基為“16”16”，即其數(shù)碼共有，即其數(shù)碼共有1616個(gè)：個(gè)：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(xiàn) F。十六進(jìn)制的權(quán)為以。十六進(jìn)制的權(quán)為以1616為底的冪，有時(shí)也稱其各位的權(quán)為為底的冪，有時(shí)也

10、稱其各位的權(quán)為0 0權(quán)、權(quán)、1 1權(quán)、權(quán)、2 2權(quán)等。權(quán)等。例：二進(jìn)制數(shù)例：二進(jìn)制數(shù)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 二進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制1.2.2 各種數(shù)制的表示方法各種數(shù)制的表示方法 為了區(qū)分不同數(shù)制的表示，通常在數(shù)據(jù)的后面用括號(hào)加上該數(shù)據(jù)的數(shù)制。如： 1111(2)， 48(10)， 30(8)，F(xiàn)FAB9（16）1111(2)=F(16) (即15(10)11 0000(2)=30(16) (即

11、48(10)也有用字母符號(hào)來表示這些數(shù)制的，B二進(jìn)制 ，H十六進(jìn)制 ，D十進(jìn)制， O八進(jìn)制1.2.3 數(shù)制間的轉(zhuǎn)換數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)）、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。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 （2）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法方法1：A、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再

12、把轉(zhuǎn)、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相加。換結(jié)果進(jìn)行相加。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法：取余法：用用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為數(shù)，直到商為0。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘2取整法：取整法：每次用每次用2與小數(shù)部分相乘，與小數(shù)部分相乘，取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘2直到小數(shù)部分直到小數(shù)部分為為0。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。例：將（例：將

13、（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 2 136 - 0 余數(shù)（結(jié)果）余數(shù)（結(jié)果） 低位低位 2 68 - 0 2 34 - 0 2 17 - 1 2 8 - 0 2 4 - 0 2 2 - 0 1 高位高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B例：將（例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D = (0.101)B方法方法2：（十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）（十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)）降冪法 首先寫出要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，其次寫出所有小于此數(shù)的各位二進(jìn)制數(shù)值，然后用要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)減去與它最相近的的二進(jìn)制權(quán)值，夠減則此位記為1，

14、否則記為0，如此反復(fù)。 如：N=123.8125D 小于123的二進(jìn)制權(quán) 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小數(shù)部分的二進(jìn)制權(quán) 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注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：(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

15、數(shù)來表示。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。界，整數(shù)和小數(shù)要分別轉(zhuǎn)換。2、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換（1）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換）、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換A、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用“三位化一位三位化一位”的方法。的方法。從小數(shù)點(diǎn)開始向從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向左不足三位的，從左邊補(bǔ)兩邊分別進(jìn)行每三位分一組，向左不足三位的，從左邊

16、補(bǔ)0；向右不足三位；向右不足三位的，從右邊補(bǔ)的，從右邊補(bǔ)0。B、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用、二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換采用“四位化一位四位化一位”的方法。的方法。從小數(shù)點(diǎn)開從小數(shù)點(diǎn)開始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補(bǔ)始向兩邊分別進(jìn)行每四位分一組，向左不足四位的，從左邊補(bǔ)0；向右不足；向右不足四位的，從右邊補(bǔ)四位的，從右邊補(bǔ)0。例：將例：將(1000110.01)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。 1 000 110 . 01 001 000 110 . 010 ( 1 0 6 . 2 )O二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：（

17、1000110.01）B = 100 0110 . 01 0100 0110 . 0100(4 6 . 4)H（2）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法：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。按順序按順序?qū)懗雒课话诉M(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所寫出每位八進(jìn)制（十六進(jìn)制）數(shù)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，所得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：將例：將(352.6)o轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 3 5 2 . 6 011 101 010 110 =(11 101 010 . 11)B1.3 邏輯電路邏輯電路由

18、其3種基本門電路(或稱判定元素)組成?；谶@3個(gè)基本門電路，可發(fā)展成許多復(fù)雜的邏輯電路。如：異或門 異或非門ABYY=A B+ =AB+AB&000=1000ABY=000&000基本門電路可以擴(kuò)展成以下的擴(kuò)展邏輯電路最后一個(gè)叫作緩沖器(buffer)，為兩個(gè)非門串聯(lián)以達(dá)到改變輸出電阻的目的?？梢蕴岣邘ж?fù)載的能力。布爾代數(shù)也稱為開關(guān)代數(shù)或邏輯代數(shù)，可以寫成下面的表達(dá)式：Y=f(A,B,C,D)特點(diǎn)：(1) 其中的變量其中的變量A，B，C，D等均只有兩種可能的等均只有兩種可能的數(shù)值：數(shù)值：0或或1。布爾代數(shù)變量的數(shù)值并無大小之。布爾代數(shù)變量的數(shù)值并無大小之意，只代表邏輯關(guān)系。意，只代表邏輯關(guān)系。

19、 當(dāng)人們遇到一個(gè)因果問題時(shí)，常常把各種因素全部考慮進(jìn)去，然后再研究結(jié)果。 真值表就是將輸入的全部可能取值加以考慮，列表，研究結(jié)果取值，形成的一種表格形式。 例如，考慮兩個(gè)一位的二進(jìn)制數(shù)A和B相加，其和S及向高一位 進(jìn)位C的結(jié)果如何? 同一邏輯函數(shù)可以用三種不同的方法描述，三種方法可以相互轉(zhuǎn)換 真值表轉(zhuǎn)換為邏輯表達(dá)式 真值表中每一組使函數(shù)值為1的輸入變量都對(duì)應(yīng)一個(gè)乘積項(xiàng)，在這些乘積項(xiàng)中，若對(duì)應(yīng)變量取值為1，則寫成原變量；若對(duì)應(yīng)變量取值為0，則寫成反變量。將這些乘積相加就得到了邏輯函數(shù)式。 現(xiàn)在可以由真值表寫出上面的邏輯表達(dá)式 S0 = A0B0 + A0B0 = A0 B0 C1 = A0B01

20、）寫布爾代數(shù)式先看真值表中結(jié)果為1的項(xiàng)，有幾項(xiàng)就有幾個(gè)或項(xiàng)2）每一項(xiàng)個(gè)因數(shù)之間是“與”的關(guān)系，寫該項(xiàng)時(shí)每個(gè)因素都寫上，輸入為0的因素取“反”。ABCY00000011010101101001101011011110練習(xí)：寫出右面真值表所練習(xí)：寫出右面真值表所具有的邏輯函數(shù)式具有的邏輯函數(shù)式Y(jié)=ABC+ABC+ABC+ABC 例1， 算術(shù)的基本運(yùn)算共有4種：加、減、乘和除。在微型計(jì)算機(jī)中常常只有加法電路，這是為了使硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而成本較低。不過，只要有了加法電路，也能完成算術(shù)的4種基本運(yùn)算。 現(xiàn)在的嵌入式微處理器中，可以包含十分復(fù)雜的算術(shù)處理部件。(1) 兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，可以逐位相加。如二進(jìn)制

21、數(shù)可以寫成：A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0則從最右邊第1位(即0權(quán)位)開始，逐位相加，其結(jié)果可以寫成： 其中各位是分別求出的：S0=A0+B0進(jìn)位C1S1=A1+B1+C1進(jìn)位C2S2=A2+B2+C2進(jìn)位C3S3=A3+B3+C3進(jìn)位C4最后所得的和是：(2) 右邊第1位相加的電路稱為半加器(half adder)。 輸入量為兩個(gè)，即A0及B0； 輸出量為兩個(gè)，即S0及C1。(3) 從右邊第2位開始，各位可以對(duì)應(yīng)相加，并有進(jìn)位參與運(yùn)算，稱為全加器(full adder)。輸入量為3個(gè)，即Ai,Bi,Ci；輸出量為兩個(gè)，即Si,Ci+1。其中i=1,2,3，n。1.5.2 半加器電路

22、具有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)電位輸入（A0B0），有兩個(gè)輸出端，用以輸出總和S0和進(jìn)位C1，也就是前面所寫的：S0=A0+B0 -C1 即：A0+B0=C1S01.5.3 全加器電路全加器電路的要求是：有3個(gè)輸入端，以輸入Ai，Bi和Ci，有兩個(gè)輸出端，即Si及Ci+1。其真值表如下圖所示： 1.5.4 半加器與全加器的符號(hào) 1.5.5 二進(jìn)制數(shù)的加法電路學(xué)到這里就可以利用學(xué)過的半加器和全加器電路來組織加法電路了例：設(shè)A=1010=10(10) B=1011=11(10) ，求加法電路 A與B相加，寫成豎式算法如下：A：1 0 1 0B：1 0 1 1 (+S：10 1 0 1即其相加結(jié)果為S=101

23、01。 從加法電路，可看到同樣的結(jié)果：S=C4S3S2S1S0=10101 微型計(jì)算機(jī)中，沒有專用的減法器，而是將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)微型計(jì)算機(jī)中，沒有專用的減法器，而是將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，其原理為：將減數(shù)換為加法運(yùn)算，其原理為：將減數(shù)B變成補(bǔ)碼后，再與變成補(bǔ)碼后，再與被減數(shù)相加，其和（如有進(jìn)位舍棄）就是兩數(shù)之差被減數(shù)相加，其和（如有進(jìn)位舍棄）就是兩數(shù)之差 補(bǔ)碼部分，我們?cè)诒菊碌淖詈笱a(bǔ)充補(bǔ)碼部分，我們?cè)诒菊碌淖詈笱a(bǔ)充利用補(bǔ)碼可將減法變?yōu)榧臃▉磉\(yùn)算，因此需要有這么一個(gè)電路，它能將原碼變成反碼，并使其最小位加1。下圖的可控反相器就是為了使原碼變?yōu)榉创a而設(shè)計(jì)的。這實(shí)際上是一個(gè)異或門(異門)，兩輸入端的異

24、或門的特點(diǎn)是：兩者相同則輸出為0，兩者不同則輸出為1。SUB B0 YY與B0 的關(guān)系00101Y與B0相同 Y與B0相同同相10110 Y與B0相反 Y與B0相反反相 利用這個(gè)特點(diǎn)，在前面講的4位二進(jìn)制數(shù)加法電路上增加4個(gè)可控反相器，并將最低位的半加器也改用全加器，就可以得到4位二進(jìn)制數(shù)加法器減法器電路。 如果有下面兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)：A=A3A2A1A0B=B3B2B1B0 則可將這兩個(gè)數(shù)的各位分別送入該電路的對(duì)應(yīng)端，于是：當(dāng)SUB=0時(shí)，電路作加法運(yùn)算：A+B。當(dāng)SUB=1時(shí)，電路作減法運(yùn)算：A-B。 圖1.9電路的原理如下：當(dāng)SUB=0時(shí)，各位的可控反相器的輸出與B的各位同相，所以圖1.9和

25、圖1.7的原理完全一樣，各位均按位相加。結(jié)果S=S3S2S1S0，而其和為：C3S=C4S3S2S1S0。 當(dāng)SUB=1時(shí)，各位的反相器的輸出與B的各位反相。注意，最右邊第一位(即S0位)也是用全加器，其進(jìn)位輸入端與SUB端相連，因此其C0=SUB=1。所以此位相加即為：A0+B0+1其他各位為：A1+B1+C1A2+B2+C2A3+B3+C3因此其總和輸出S=S3S2S1S0，即：S=A+B+1 =A3A2A1A0+B3B2B1B0+1 =A+B =A-B當(dāng)然，此時(shí)C4如不等于0，則要被舍去。 練習(xí) 求出101011(2) + 011110(2)的門電路圖，并求其相加的結(jié)果。 已知X=010

26、0B Y=0011B請(qǐng)利用補(bǔ)碼計(jì)算 X-Y,并畫出實(shí)現(xiàn)這一功能的二進(jìn)制補(bǔ)碼加法/減法電路。 1.6 計(jì)算機(jī)中的信息表示計(jì)算機(jī)中的信息表示 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 機(jī)器碼與真值 機(jī)器數(shù)的種類和表示方法 計(jì)算機(jī)中常用的編碼1.6.1 機(jī)器碼與真值機(jī)器碼與真值對(duì)于帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)，通常將數(shù)學(xué)上的對(duì)于帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)，通常將數(shù)學(xué)上的“+”和和“-”數(shù)字化，數(shù)字化，規(guī)定一個(gè)字節(jié)的第七位為符號(hào)位，規(guī)定一個(gè)字節(jié)的第七位為符號(hào)位，D0D6為數(shù)字位，在符號(hào)中為數(shù)字位，在符號(hào)中“1”表示負(fù)數(shù)，表示負(fù)數(shù)，“0”表示正數(shù)。表示正數(shù)。如：如： N=0101 1011 =+91D N=11011011 = -91D1.6.

27、2 機(jī)器數(shù)的種類和編碼機(jī)器數(shù)的種類和編碼 常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。 1、原碼、原碼 原碼：用最高位表示符號(hào)，其中：原碼：用最高位表示符號(hào)，其中：0-正、正、1-負(fù)，其負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對(duì)值。它位表示數(shù)值的絕對(duì)值?！纠坑蟹?hào)數(shù)的原碼表示。有符號(hào)數(shù)的原碼表示。X=45=00101101B X原= 00101101BX=-45, X原=10101101B 原碼表示簡(jiǎn)單易懂，但若是兩個(gè)異號(hào)數(shù)相加（或兩個(gè)同號(hào)數(shù)相減）,就要做減法。為了把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算就引進(jìn)了反碼和補(bǔ)碼。 0的表示形式（的表示形式（8位）位）+0原原=00000000-0原原=1

28、0000000 特點(diǎn)特點(diǎn)A、原碼與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單。、原碼與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單。B、0的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。C、8位二進(jìn)制數(shù)，原碼可表示的范圍：位二進(jìn)制數(shù)，原碼可表示的范圍：+127D-127D 2、反碼、反碼 正數(shù)的反碼正數(shù)的反碼與原碼相同，符號(hào)位用與原碼相同，符號(hào)位用0表示，數(shù)值位值不變。表示，數(shù)值位值不變。 負(fù)數(shù)的反碼負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位用符號(hào)位用1表示表示, 數(shù)值位由原碼數(shù)值位按位取反形數(shù)值位由原碼數(shù)值位按位取反形成，即成，即0變變1、1變變0?！纠?.2】有符號(hào)數(shù)的反碼表示。X=45=00101101B, X反=00101101BX=-45, X反

29、=11010010BA、0的表示有兩種形式（的表示有兩種形式（8位）位）+0反反 = 0000 0000-0反反 = 1111 1111B、8位二進(jìn)制數(shù)，反碼可表示的范圍：位二進(jìn)制數(shù)，反碼可表示的范圍：+127D-127DC、若一個(gè)帶符號(hào)數(shù)用反碼表示時(shí)，最高位為符號(hào)位，若符號(hào)位為、若一個(gè)帶符號(hào)數(shù)用反碼表示時(shí)，最高位為符號(hào)位，若符號(hào)位為0，后面的后面的7位是數(shù)值，若符號(hào)位為位是數(shù)值，若符號(hào)位為1，后面的，后面的7位并不是此負(fù)數(shù)的數(shù)值，位并不是此負(fù)數(shù)的數(shù)值，必須取反后，得到必須取反后，得到7位的二進(jìn)制數(shù)值。位的二進(jìn)制數(shù)值。如：一個(gè)數(shù)的反碼為如：一個(gè)數(shù)的反碼為1001 0100B（反）（反） 其實(shí)際

30、表示值為其實(shí)際表示值為-107D3、補(bǔ)碼、補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼反碼+1?！纠?.3】有符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼表示。X=45=00101101B X補(bǔ)=00101101BX=-45 X補(bǔ)=11010011B【例1.4】求127和 0的三種編碼表示。+127原原 = 0 1111111 +0原原 = 0 0000000-127反反 = 1 0000000 -0反反 = 1 1111111-127補(bǔ)補(bǔ) = 1 0000001 -0補(bǔ)補(bǔ) = 0 0000000 正數(shù)補(bǔ)碼等于它本身，只有負(fù)數(shù)才有求補(bǔ)碼的問題，補(bǔ)正數(shù)補(bǔ)碼等于它本身，只有負(fù)數(shù)才有求補(bǔ)碼的問題，

31、補(bǔ)碼的計(jì)算可以有以下方法：碼的計(jì)算可以有以下方法： 根據(jù)定義求：根據(jù)定義求：X補(bǔ)補(bǔ)=2n+X=2n-|X|，X X1補(bǔ)補(bǔ) = 1010 1001B X2補(bǔ)補(bǔ) = 1001 0000B 補(bǔ)碼的加法補(bǔ)碼的加法 可以證明：兩個(gè)補(bǔ)碼形式的數(shù)（無論正負(fù)）相加，只可以證明：兩個(gè)補(bǔ)碼形式的數(shù)（無論正負(fù)）相加，只要按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算，得到的結(jié)果就是其和的補(bǔ)要按二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算，得到的結(jié)果就是其和的補(bǔ)碼。即有：碼。即有：X+Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)+Y補(bǔ)補(bǔ)例：用補(bǔ)碼進(jìn)行下列運(yùn)算 1）、（+18）+（-15） 2）、（-18）+（-11） 解 1）、0001 0010B +18補(bǔ) + 1111 0001B -15補(bǔ) 1

32、0000 0011B +3補(bǔ) 符號(hào)位的進(jìn)位，舍棄2)、 1110 1110B -18補(bǔ) + 1111 0101B -11補(bǔ) 11110 0011B -29補(bǔ) 符號(hào)位的進(jìn)位，舍棄溢出判斷溢出判斷 當(dāng)兩個(gè)帶符號(hào)位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果的絕對(duì)值超過運(yùn)算裝置的容量，數(shù)值部分便會(huì)發(fā)生溢出，占據(jù)符號(hào)位的位置，引起計(jì)算出錯(cuò)。 補(bǔ)碼運(yùn)算過程也存在，正常溢出是以2n（n為二進(jìn)制的位數(shù)）為模的溢出，它被自然丟失，不影響結(jié)果的正確性。設(shè)Cs用于表征最高位（符號(hào)位）的進(jìn)位情況，Cs=1表示有進(jìn)位，Cs=0表示無進(jìn)位；Cp用于表示數(shù)值部分最高位的進(jìn)位情況，如有進(jìn)位，Cp=1，否則，Cp=0。設(shè)微型計(jì)算機(jī)字

33、長(zhǎng)為n，則兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)的絕對(duì)值都應(yīng)當(dāng)小于2n-1，因而只有當(dāng)兩個(gè)數(shù)同為正或同為負(fù)，并且和的絕對(duì)值又大于2n-1時(shí)，才會(huì)發(fā)生溢出。兩個(gè)正數(shù)相加，若數(shù)值部分之和大于2n-1，則數(shù)值部分必有進(jìn)位Cp=1，而符號(hào)位卻無進(jìn)位Cs=0，這種溢出稱為“正溢出”。例如： 0101 1010B +90 +）0110 1011B +107 1100 0101B -59 兩個(gè)負(fù)數(shù)相加，若數(shù)值部分絕對(duì)值之和大于2n-1，則數(shù)值部分補(bǔ)碼之和必小于2n-1，Cp=0，而符號(hào)位肯定有進(jìn)位Cs=1，這時(shí)稱為負(fù)溢出例如： 1001 0010B -110補(bǔ) +）1010 0100B -92補(bǔ) 10011 0110B +54求補(bǔ)求

34、補(bǔ)Cs=0 Cp=1 正溢出，結(jié)果出錯(cuò)正溢出，結(jié)果出錯(cuò)Cs=1 Cp=0 負(fù)溢出，結(jié)果出錯(cuò)負(fù)溢出，結(jié)果出錯(cuò) 雙高位判別法可以總結(jié)如下：當(dāng)Cs和Cp的狀態(tài)不同時(shí)，產(chǎn)生溢出；Cp和Cs的狀態(tài)相同時(shí)，不發(fā)生溢出。通常用異或線路來判別有無溢出發(fā)生，即若Cs Cp=1，表示有溢出發(fā)生，否則便無溢出。常用的編碼方式為美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換（常用的編碼方式為美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換（American Standard Card for Information Interchange，ASCII碼）。碼）。 、 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用碼用7位二進(jìn)制數(shù)編碼，共有位二進(jìn)制數(shù)編碼，共有128個(gè)。個(gè)。 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器基本單位為計(jì)算機(jī)

35、存儲(chǔ)器基本單位為8位，位，ASCII碼的最高位通常為碼的最高位通常為0，通信時(shí)，最高位用作奇偶校驗(yàn)位。通信時(shí)，最高位用作奇偶校驗(yàn)位。 ASCII碼表中的前碼表中的前33個(gè)和最后個(gè)和最后1個(gè)編碼是不能顯示的控制個(gè)編碼是不能顯示的控制字符，用于表示某種操作。字符，用于表示某種操作。 ASCII碼表中碼表中20H后的后的94個(gè)編碼是可顯示和打印的字符，個(gè)編碼是可顯示和打印的字符，其中包括數(shù)碼其中包括數(shù)碼09，英文字母，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。，英文字母，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。 1.6.3 計(jì)算機(jī)中常用的編碼計(jì)算機(jī)中常用的編碼1、ASCII碼碼 0000 1001 2010 3011 4100 5101 6110 7111

36、00000NULDLESP0P、p00011SOHDC1!1AQaq00102STXDC2”2BRbr00113ETXDC3#3CScs01004EOTDC4$4DTdt01015ENQNAK%5EUeu01106ACKSYN&6FVfv01117BELETB7GWgw10008BSCAN(8HXhx10019HTEM)9IYiy1010ALFSUB*:JZjz1011BVTESC+;Kk1100CFFFS,Nn1111FSIUS/?OoDEL高位高位b6b5b4低位低位b3b2b1b07位位ASCII碼編碼表碼編碼表 2、BCD碼碼 雖然二進(jìn)制數(shù)實(shí)現(xiàn)容易雖然二進(jìn)制數(shù)實(shí)現(xiàn)容易,但不符合人們的使

37、用習(xí)慣但不符合人們的使用習(xí)慣,且書且書寫閱讀不方便，所以在計(jì)算機(jī)輸入輸出時(shí)通常還是采寫閱讀不方便，所以在計(jì)算機(jī)輸入輸出時(shí)通常還是采用十進(jìn)制來表示數(shù)，這就需要實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制與二進(jìn)制間用十進(jìn)制來表示數(shù)，這就需要實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。為了轉(zhuǎn)換方便的轉(zhuǎn)換。為了轉(zhuǎn)換方便,常采用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制常采用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制,簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱為稱為BCD碼。碼。BCD碼是一種用碼是一種用4位二進(jìn)制數(shù)字來表示一位十進(jìn)制位二進(jìn)制數(shù)字來表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼，也成為二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)數(shù)字的編碼，也成為二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)（Binary Code Decimal），簡(jiǎn)稱），簡(jiǎn)稱BCD碼。表碼。表1-2示示出了十進(jìn)

38、制數(shù)出了十進(jìn)制數(shù)0-15的的BCD碼。碼。表表1.1 十進(jìn)制數(shù)字的十進(jìn)制數(shù)字的8421BCD碼碼十進(jìn)制數(shù)字十進(jìn)制數(shù)字8421BCD碼碼十進(jìn)制數(shù)字十進(jìn)制數(shù)字8421BCD碼碼00000501011000160110200107011130011810004010091001 BCDBCD碼有兩種格式碼有兩種格式：（1 1）壓縮）壓縮BCDBCD碼格式（碼格式（Packed BCD FormatPacked BCD Format）（也叫組合式）（也叫組合式BCDBCD碼）碼） 用用4個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，就是用個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，就是用0000B-1001B來表示十進(jìn)制數(shù)來表示十進(jìn)制

39、數(shù)0-8。例如：十進(jìn)制數(shù)例如：十進(jìn)制數(shù)4256的壓縮的壓縮BCD碼表示為：碼表示為：0100 0010 0101 0110 B (即即4256H)（2）非壓縮）非壓縮BCD碼格式（碼格式（Unpacked BCD Format）（也叫分離式）（也叫分離式BCD碼）碼） 用用8個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，其中，高四位無意義，我們一般用個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，其中，高四位無意義，我們一般用xxxx表示，低四位和壓縮表示，低四位和壓縮BCD碼相同。碼相同。 例如：十進(jìn)制數(shù)例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮的非壓縮BCD碼表示為：碼表示為： xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxx

40、x0110 B 有時(shí)，要求非壓縮有時(shí)，要求非壓縮BCD碼的高碼的高4位為位為0，這時(shí)，這時(shí)，4256（10）的非壓縮的非壓縮BCD碼為碼為04020506H。計(jì)算機(jī)中的數(shù)制、碼制。 BCD碼和ASCII的概念。 二進(jìn)制加減電路。 本章小結(jié)第第1 1章章 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求1.掌握掌握p數(shù)制及其轉(zhuǎn)換，補(bǔ)碼運(yùn)算、ASCII碼、BCD碼p二、十轉(zhuǎn)換，二、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換p二進(jìn)制運(yùn)算的加法/減法電路2.熟悉p計(jì)算機(jī)數(shù)制中二進(jìn)制、十六進(jìn)制、十進(jìn)制的制式及轉(zhuǎn)換p二進(jìn)制的原碼、反碼和補(bǔ)碼，及其在8位和16位字長(zhǎng)下的范圍3.了解pASCII碼及數(shù)字和大寫字母AZ的ASCII碼表述第第1 1章章 主要外語詞匯主要外語

41、詞匯 ASCII BCD本章習(xí)題課1.十進(jìn)制數(shù)30.375表示成十六進(jìn)制數(shù)為_,寫出計(jì)算過程2.8位二進(jìn)制補(bǔ)碼11011101所表示的十進(jìn)制符號(hào)數(shù)為_.3.無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)1111 1010轉(zhuǎn)換為BCD碼為_. 4.使一個(gè)二進(jìn)制位置1的方法是該位和1相_.(填與、或、非)5.若x=-1，y=-127,則 x補(bǔ)=_, x+y補(bǔ)=_6.用補(bǔ)碼進(jìn)行計(jì)算：1）96-197.用雙高位判別法判斷下列補(bǔ)碼運(yùn)算是否發(fā)生溢出 1）45+45 2）(-27)+(-112)8.用學(xué)過的電路知識(shí)，做出1010(2)+0011(2)的門電路圖，并求出計(jì)算過程。9.課后作業(yè)：課后作業(yè)：P17 1.2 1.8 1.10 習(xí)題

42、課解答1. 十進(jìn)制數(shù)30.375表示成十六進(jìn)制數(shù)為_,寫出計(jì)算過程解：首先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：解：首先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)：整數(shù)部分：整數(shù)部分： 2 30 0 小數(shù)部分：小數(shù)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) 2 . 8位二進(jìn)制補(bǔ)碼11011101所表示的十進(jìn)制符號(hào)數(shù)為_.解：補(bǔ)碼的補(bǔ)碼等于原碼解：補(bǔ)碼的補(bǔ)碼等于原碼（11011101）補(bǔ)補(bǔ) =（10100011）原