第1章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成原理

1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) Principle of Microcomputer and Interface Technique 教材教材:微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) 鄒逢興主編鄒逢興主編 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社河海大學(xué)電氣學(xué)院自動(dòng)化系河海大學(xué)電氣學(xué)院自動(dòng)化系講課教師講課教師:陳冬紅陳冬紅 微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù)是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。本門(mén)課程就是要使同學(xué)們主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一。本門(mén)課程就是要使同學(xué)們能從應(yīng)用的角度出發(fā)，了解微機(jī)的工作原理，建能從應(yīng)用的角度出發(fā)，了解微機(jī)的工作原理，建立微機(jī)工作的整體概念，

2、從理論與實(shí)踐上掌握微立微機(jī)工作的整體概念，從理論與實(shí)踐上掌握微型機(jī)的硬件及各部件的功能與組成原理，學(xué)會(huì)用型機(jī)的硬件及各部件的功能與組成原理，學(xué)會(huì)用匯編語(yǔ)言進(jìn)行計(jì)算機(jī)底層軟件設(shè)計(jì)，以及掌握計(jì)匯編語(yǔ)言進(jìn)行計(jì)算機(jī)底層軟件設(shè)計(jì)，以及掌握計(jì)算機(jī)與其它輔助設(shè)備的接口技術(shù)的基本能力，以算機(jī)與其它輔助設(shè)備的接口技術(shù)的基本能力，以便為培養(yǎng)學(xué)生具有微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的能力打便為培養(yǎng)學(xué)生具有微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的能力打下必要的基礎(chǔ)。下必要的基礎(chǔ)。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，較全面地掌握計(jì)算機(jī)的通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，較全面地掌握計(jì)算機(jī)的基本工作原理，學(xué)會(huì)分析簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，掌基本工作原理，學(xué)會(huì)分析簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，掌握匯編語(yǔ)言程

3、序設(shè)計(jì)基本方法，為開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)系握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基本方法，為開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)打好基礎(chǔ)，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)能力。為后統(tǒng)打好基礎(chǔ)，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)能力。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并在今后有關(guān)工程設(shè)計(jì)續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并在今后有關(guān)工程設(shè)計(jì)中加以靈活應(yīng)用中加以靈活應(yīng)用4例：某火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的部分接口電路如圖所示。該系統(tǒng)例：某火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的部分接口電路如圖所示。該系統(tǒng) 具有溫度和煙霧濃度超限報(bào)警和自動(dòng)滅火功能。當(dāng)溫度具有溫度和煙霧濃度超限報(bào)警和自動(dòng)滅火功能。當(dāng)溫度或煙霧濃度超限時(shí)，進(jìn)行光報(bào)警；兩者同時(shí)超限時(shí)，進(jìn)或煙霧濃度超限時(shí)，進(jìn)行光報(bào)警；兩者同時(shí)超限時(shí)，進(jìn)行光、聲報(bào)警，并開(kāi)啟電磁閥，進(jìn)行噴淋滅火

4、。按鍵行光、聲報(bào)警，并開(kāi)啟電磁閥，進(jìn)行噴淋滅火。按鍵A為手動(dòng)報(bào)警按鈕，按鍵為手動(dòng)報(bào)警按鈕，按鍵B為解除報(bào)警按鈕。半導(dǎo)體溫度為解除報(bào)警按鈕。半導(dǎo)體溫度傳感器的溫度測(cè)量范圍為傳感器的溫度測(cè)量范圍為0127，對(duì)應(yīng)輸出電壓為，對(duì)應(yīng)輸出電壓為0V5V。ADC0809輸入電壓范圍為輸入電壓范圍為0V5V。開(kāi)關(guān)式集成。開(kāi)關(guān)式集成煙霧傳感器報(bào)警時(shí)輸出高電平，正常工作時(shí)輸出低電平。煙霧傳感器報(bào)警時(shí)輸出高電平，正常工作時(shí)輸出低電平。8253的通道的通道0、通道、通道1、通道、通道2均工作于方式均工作于方式3（方波發(fā)生（方波發(fā)生器），按器），按BCD碼計(jì)數(shù)。揚(yáng)聲器的報(bào)警聲音頻率為碼計(jì)數(shù)。揚(yáng)聲器的報(bào)警聲音頻率為2kH

5、z。8253、8255的方式控制字及的方式控制字及8255的置位的置位/復(fù)位控制字格復(fù)位控制字格式如圖所示。式如圖所示。5 GATE0A0 CLK0A1 OUT0RD CLK1WR 8253 GATE1CS GATE2 OUT1D7D0 CLK2 OUT2IOWIOR A1 A0 PA7PA0D7D0 PB0 PB1CS PB2WR PC0RDA1 PC4A0 8255 PC1 PC5 PC6 PC7D7D0 IN0ADDAADDB ADDCEOC IN7 OESTARTALE ADC 0809+5V煙霧傳感器煙霧傳感器驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電磁閥電磁閥噴淋頭噴淋頭溫度傳感器溫度傳感器D7D08259CSA

6、0驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)1MHzD7D0D7D0發(fā)光二極管發(fā)光二極管40H43H80H83HD7D020H21HA0+5V+5V按按鍵鍵B解解除除警警報(bào)報(bào)按按鍵鍵A手手動(dòng)動(dòng)報(bào)報(bào)警警IR7IR1IR068255的方式控制字格式如下：的方式控制字格式如下：78255 端口端口C按位置按位置0/置置1控制字控制字作用：作用：指定指定PC口的某一位（某一個(gè)引腳）輸出高平口的某一位（某一個(gè)引腳）輸出高平或低電平。或低電平。注意：注意：C口控制字雖然是對(duì)端口口控制字雖然是對(duì)端口C操作，但應(yīng)寫(xiě)入到操作，但應(yīng)寫(xiě)入到控制口地址，而不是寫(xiě)入到控制口地址，而不是寫(xiě)入到C數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口0D6D5D4D3D2D1D

7、0特征位特征位 不不 用用（寫(xiě)（寫(xiě)0）位位 選選 擇擇000=C口口0位位001=C口口1位位111=C口口7位位1=置位置位（高電平）（高電平）0=復(fù)位復(fù)位（低電平）（低電平）88253的方式控制字（A1A011）計(jì)數(shù)器讀寫(xiě)格式工作方式BCDD7D6D5D4D3D2D1D000 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器001 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器110 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器211 非法非法00 計(jì)數(shù)器鎖存命計(jì)數(shù)器鎖存命令令 01 只讀寫(xiě)低字節(jié)只讀寫(xiě)低字節(jié)10 只讀寫(xiě)高字節(jié)只讀寫(xiě)高字節(jié)11 先讀寫(xiě)低字節(jié)先讀寫(xiě)低字節(jié) 后讀寫(xiě)高字節(jié)后讀寫(xiě)高字節(jié)000 方式方式0001 方式方式1X10 方式方式2X11 方式方式3100 方式方式4101

8、方式方式50 二進(jìn)制二進(jìn)制1 BCD碼碼示例示例9部分初始化、主程序及中斷服務(wù)子程序如下：部分初始化、主程序及中斷服務(wù)子程序如下：CODESEGMENTASSUME DS:DATA,CS:CODESTART: ；8259初始化初始化MOV AL,13H ;初始化初始化8259 ICW1OUT 20H,ALMOV AL, ;送中斷類型碼基值送中斷類型碼基值OUT 21H,ALMOV AL,0DHOUT 21H,AL;8255初始化初始化MOV AL, ;置置8255工作方式工作方式OUT 83H,ALMOV AL,00H ;C口初始化口初始化OUT 82H,AL91H 08H10;8253初始化

9、初始化MOV AL,37H ；置；置8253通道通道0方式控制字方式控制字OUT 43H,ALMOV AL,00H ；置；置8253通道通道0計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)初值OUT 40H,ALMOV AL,10HOUT 40H,ALMOV AL, ;置置8253通道通道1方式方式控制字控制字OUT 43H,ALMOV AL,00H ；置；置8253通道通道1計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)初值OUT 41H,ALMOV AL,10HOUT 41H,ALMOV AL, 0B7H; 置置8253通道通道2方式控制字方式控制字OUT 43H,AL 77H或或7FH 11MOV AL, ;置置8253通道通道2計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)初值OUT

10、42H,ALMOV AL, ;OUT 42H,AL;中斷設(shè)置中斷設(shè)置MOV AH,25H;設(shè)置中斷向量設(shè)置中斷向量MOV AL,08H ；中斷類型號(hào)為入口參數(shù)；中斷類型號(hào)為入口參數(shù)MOV BX， ;DS:DX指向指向4字節(jié)地址字節(jié)地址MOV DS,BXMOV DX, ;INT 21HMOV AH,25HMOV AL, ;MOV BX,SEG KEYAINTMOV DS,BX 00H 05H SEG KEYBINT OFFSET KEYBINT 09H 12MOV DX,OFFSET KEYAINTINT 21HSTI;數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集MOV AL,00H ;選選ADC0809模擬量輸入通道號(hào)模

11、擬量輸入通道號(hào)OUT 81H,ALLOP:MOV AL, ;置置PC4=1，鎖存模擬量通道選擇號(hào)，鎖存模擬量通道選擇號(hào)OUT 83H,ALNOPMOV AL,08H ;置置PC4=0,啟動(dòng)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換OUT 83H,ALLOP1:IN AL,82H ;讀讀8255C口，查詢口，查詢EOCTEST AL,01HJZ LOP1IN AL,80H ;讀讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果CMP AL,0A0H ;判斷是否高于上限判斷是否高于上限 09H13JA ABOVEIN AL,82H ;判斷煙霧傳感器是否報(bào)警判斷煙霧傳感器是否報(bào)警TEST AL,02HJNZ BJMOV AL,0EHOUT 83H,

12、ALJMP LOPABOVE:IN AL,82HTEST AL,02HJZ BJMOV AL,0F0H ；啟動(dòng)報(bào)警及滅火功能；啟動(dòng)報(bào)警及滅火功能OUT 82H,ALJMP LOPBJ:MOV AL,0FH ;光報(bào)警光報(bào)警OUT 83H,ALJMP LOP14；中斷服務(wù)；中斷服務(wù)KEYAINT PROC FAR ;按鍵按鍵A中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序PUSH AXMOV AL,0F0HOUT 82H,ALMOV AL,20H ;給給8259發(fā)中斷結(jié)束命令發(fā)中斷結(jié)束命令OUT 20H,ALPOP AXIRETKEYAINT ENDP15；中斷服務(wù)；中斷服務(wù)KEYBINT PROC FAR ;按鍵

13、按鍵B中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序PUSH AXMOV AL, ;OUT 82H,ALMOV AL,20H OUT 20H,ALPOP AXIRETKEYBINT ENDPCODEENDSEND START 0XH或或1XH16請(qǐng)回答下列問(wèn)題：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：1、程序空白處填空。、程序空白處填空。2、超限報(bào)警溫度是、超限報(bào)警溫度是 。3、報(bào)警時(shí)，發(fā)光二極管顯示器的閃爍頻率是、報(bào)警時(shí)，發(fā)光二極管顯示器的閃爍頻率是 Hz4、僅溫度超限時(shí)，報(bào)警燈閃爍報(bào)警，若此時(shí)報(bào)警條件解、僅溫度超限時(shí)，報(bào)警燈閃爍報(bào)警，若此時(shí)報(bào)警條件解除，報(bào)警燈將（繼續(xù)、停止）除，報(bào)警燈將（繼續(xù)、停止） 報(bào)警。報(bào)警。5、火災(zāi)發(fā)生后，

14、光、聲報(bào)警，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，若此時(shí)報(bào)、火災(zāi)發(fā)生后，光、聲報(bào)警，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，若此時(shí)報(bào)警條件解除，揚(yáng)聲器將（繼續(xù)、停止）警條件解除，揚(yáng)聲器將（繼續(xù)、停止） 報(bào)警。報(bào)警。6、火災(zāi)發(fā)生后，光、聲報(bào)警，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，若報(bào)警條、火災(zāi)發(fā)生后，光、聲報(bào)警，滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，若報(bào)警條件未解除，按解除報(bào)警鍵件未解除，按解除報(bào)警鍵B，滅火系統(tǒng)將（繼續(xù)、停止），滅火系統(tǒng)將（繼續(xù)、停止） 工作。工作。 7、報(bào)警條件不成立，此時(shí)按手動(dòng)報(bào)警鍵、報(bào)警條件不成立，此時(shí)按手動(dòng)報(bào)警鍵A,滅火系統(tǒng)將滅火系統(tǒng)將（一直、工作一下馬上停止）（一直、工作一下馬上停止） 工作。工作。 801停止停止繼續(xù)繼續(xù)繼續(xù)繼續(xù)一直一直 （1）抓住）抓住“四基

15、本四基本”基本概念、基本分析方基本概念、基本分析方法、基本應(yīng)用、基本技能法、基本應(yīng)用、基本技能 （2）抓住）抓住“五環(huán)節(jié)五環(huán)節(jié)”教學(xué)、習(xí)題和習(xí)題課、教學(xué)、習(xí)題和習(xí)題課、自學(xué)、答疑和實(shí)驗(yàn)五個(gè)環(huán)節(jié)自學(xué)、答疑和實(shí)驗(yàn)五個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)成績(jī)學(xué)習(xí)成績(jī): :小測(cè)驗(yàn)（小測(cè)驗(yàn)（15%15%）期末統(tǒng)考（期末統(tǒng)考（70%70%）考勤、作業(yè)（考勤、作業(yè)（15%15%）重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)與難點(diǎn)： 硬件、軟件及應(yīng)用硬件、軟件及應(yīng)用 硬件：讀圖、畫(huà)圖硬件：讀圖、畫(huà)圖軟件：讀程、編程軟件：讀程、編程體會(huì)：繁、雜、規(guī)定多、約定多體會(huì)：繁、雜、規(guī)定多、約定多參考書(shū)目：參考書(shū)目：三級(jí)偏硬考試教程（東南大學(xué)出版社）三級(jí)偏硬考試教程（東南大學(xué)

16、出版社）三級(jí)考試試卷匯編（蘇州大學(xué)出版社）三級(jí)考試試卷匯編（蘇州大學(xué)出版社）微機(jī)原理與接口技術(shù)（陳光軍主編微機(jī)原理與接口技術(shù)（陳光軍主編 北京大學(xué)北京大學(xué)出版社）出版社）微機(jī)原理與接口技術(shù)（周明德主編微機(jī)原理與接口技術(shù)（周明德主編 人民郵電人民郵電出版社）出版社）20微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)原理與接口技術(shù)的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容1、微機(jī)原理部分以微機(jī)原理部分以8086/8088為基礎(chǔ)，逐步為基礎(chǔ)，逐步擴(kuò)展到擴(kuò)展到80X86，使同學(xué)們能夠?qū)訉由钊耄?，使同學(xué)們能夠?qū)訉由钊?，逐步掌握各種處理器的體系結(jié)構(gòu)、組織原理、步掌握各種處理器的體系結(jié)構(gòu)、組織原理、指令系統(tǒng)以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。指令系統(tǒng)以及它們之

17、間的區(qū)別和聯(lián)系。2、在講解在講解8086/8088微機(jī)模式的基礎(chǔ)上，對(duì)微機(jī)模式的基礎(chǔ)上，對(duì)目前廣為流行的目前廣為流行的Pentium微處理器以及一些微處理器以及一些新技術(shù)也做一些介紹，如虛擬存儲(chǔ)器、高速新技術(shù)也做一些介紹，如虛擬存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器（緩沖存儲(chǔ)器（Cache）、流水線技術(shù)、亂序）、流水線技術(shù)、亂序執(zhí)行技術(shù)以及多媒體執(zhí)行技術(shù)以及多媒體MMX技術(shù)等。技術(shù)等。213、在總線技術(shù)方面我們?cè)诮榻B傳統(tǒng)的、在總線技術(shù)方面我們?cè)诮榻B傳統(tǒng)的PC/XT、PC/AT總線以及總線以及RS-232-C的基礎(chǔ)上，介紹并行的基礎(chǔ)上，介紹并行總線總線ISA總線、總線、EISA總線、總線、MCA總線、總線、VE

18、SA總線總線 、PCI總線及總線及AGP接口的發(fā)展歷程及其應(yīng)接口的發(fā)展歷程及其應(yīng)用。用。4、在指令系統(tǒng)中，主要介紹、在指令系統(tǒng)中，主要介紹8086/8088基本指令?；局噶睢?25、在匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方面作了精簡(jiǎn)，就其內(nèi)容來(lái)講，、在匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方面作了精簡(jiǎn)，就其內(nèi)容來(lái)講，除了本章之外的其它一些內(nèi)容分散到其它章節(jié)講述，除了本章之外的其它一些內(nèi)容分散到其它章節(jié)講述，我們重在把程序設(shè)計(jì)融于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。我們重在把程序設(shè)計(jì)融于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。 6、在接口技術(shù)方面，我們主要圍繞個(gè)人計(jì)算機(jī)中常用、在接口技術(shù)方面，我們主要圍繞個(gè)人計(jì)算機(jī)中常用的接口進(jìn)行講述，包括的接口進(jìn)行講述，包括I/O接口技術(shù)、中斷技

19、術(shù)、并接口技術(shù)、中斷技術(shù)、并行接口技術(shù)和串行通信接口技術(shù)等，并介紹常用的接行接口技術(shù)和串行通信接口技術(shù)等，并介紹常用的接口芯片，如口芯片，如8255A、8259A、8251、8254等。等。237、在模擬量輸入、在模擬量輸入/輸出通道接口技術(shù)方面，主輸出通道接口技術(shù)方面，主要介紹模擬量輸出通道接口技術(shù)（要介紹模擬量輸出通道接口技術(shù)（D/A）、模）、模擬量輸入通道接口技術(shù)（擬量輸入通道接口技術(shù)（A/D）、多路開(kāi)關(guān)及）、多路開(kāi)關(guān)及采樣采樣/保持器和模擬量保持器和模擬量I/O通道的結(jié)構(gòu)形式。通道的結(jié)構(gòu)形式。 8、在計(jì)算機(jī)外設(shè)接口方面，主要介紹常規(guī)的、在計(jì)算機(jī)外設(shè)接口方面，主要介紹常規(guī)的鍵盤(pán)、鍵盤(pán)、C

20、RT工作原理，其他如鼠標(biāo)接口、噴工作原理，其他如鼠標(biāo)接口、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)及掃描儀等可以自學(xué)墨打印機(jī)、激光打印機(jī)及掃描儀等可以自學(xué)了解。了解。24 1.1 1.1 概述概述一、一、 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史 1946年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)算機(jī)ENIAC（Electronic Numerical Integrator Aan Calculator）發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四發(fā)展到以大規(guī)模集成電路為主要部件的第四代，產(chǎn)生了代，產(chǎn)生了微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)1971年，年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處

21、理器芯片處理器芯片Intel4004，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)時(shí)代計(jì)算機(jī)時(shí)代第一代第一代4位和低檔位和低檔8位機(jī)位機(jī)Intel 4004 8008第二代第二代中高檔中高檔8位機(jī)位機(jī)Intel 8080/8085Z80、MC6800第三代第三代16位機(jī)位機(jī)Intel 8086/8088 80286Z8000、MC68000第四代第四代32位機(jī)位機(jī)Intel 80386、80486 MC68020（1971-1972）（1973-1977）（1978-1984）（1985-1992）（1993-2001）特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、速度越來(lái)越快。、速度越來(lái)越快。2、容量越來(lái)越大。、容量越來(lái)越大

22、。3、功能越來(lái)越強(qiáng)。、功能越來(lái)越強(qiáng)。第五代第五代超級(jí)超級(jí)32位機(jī)位機(jī)Pentium PRO （2002-）微處理器微處理器發(fā)展歷史發(fā)展歷史 第六代第六代64位機(jī)位機(jī)AMD K8 Athlon64/FXAMD K8 Athlon64 X2Intel Prescott Intel Pentium D指令執(zhí)行時(shí)間指令執(zhí)行時(shí)間1020s指令執(zhí)行時(shí)間指令執(zhí)行時(shí)間110s指令執(zhí)行時(shí)間小于指令執(zhí)行時(shí)間小于1s指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)到指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)到ns級(jí)級(jí)26幾幅圖片Intel 4004Intel 8008Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 8048627PentiumPen

23、tium MMXPentium ProPentium Pentium Pentium 28AMD K7 AthlonAMD K7 AthlonAMD K7 Athlon XP29 計(jì)算機(jī)之父計(jì)算機(jī)之父馮馮諾依曼諾依曼 約翰約翰馮馮諾依曼（諾依曼（John VonNoumaJohn VonNouma，1903190319571957），美藉匈牙利人，），美藉匈牙利人，19031903年年1212月月2828日生于匈牙利的日生于匈牙利的布達(dá)佩斯。馮布達(dá)佩斯。馮諾依曼從小聰穎過(guò)人，興趣廣泛，讀書(shū)諾依曼從小聰穎過(guò)人，興趣廣泛，讀書(shū)過(guò)目不忘。過(guò)目不忘。19111911年一年一19211921年，馮年，馮

24、諾依曼在布達(dá)佩斯的諾依曼在布達(dá)佩斯的盧瑟倫中學(xué)讀書(shū)期間，就嶄露頭角而深受老師的器重。盧瑟倫中學(xué)讀書(shū)期間，就嶄露頭角而深受老師的器重。在費(fèi)克特老師的個(gè)別指導(dǎo)下，兩人合作發(fā)表了第一篇數(shù)在費(fèi)克特老師的個(gè)別指導(dǎo)下，兩人合作發(fā)表了第一篇數(shù)學(xué)論文，此時(shí)馮學(xué)論文，此時(shí)馮諾依曼還不到諾依曼還不到1818歲。歲。 19211921年至年至19231923年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)。在年在蘇黎世大學(xué)學(xué)習(xí)。在19261926年以年以優(yōu)異的成績(jī)獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，此時(shí)馮優(yōu)異的成績(jī)獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，此時(shí)馮諾依曼年僅諾依曼年僅2222歲。歲。19271927年至年至19291929年，馮年，馮. .諾依

25、曼相繼諾依曼相繼在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。在柏林大學(xué)和漢堡大學(xué)擔(dān)任數(shù)學(xué)講師。19301930年接受了普年接受了普林斯頓大學(xué)客座教授的職位，林斯頓大學(xué)客座教授的職位，19311931年成為該校終身教授年成為該校終身教授。30 19331933年轉(zhuǎn)到該校的高級(jí)研究所，并在那里工作了一生年轉(zhuǎn)到該校的高級(jí)研究所，并在那里工作了一生。馮。馮諾依曼是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大諾依曼是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和慕尼黑學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)和慕尼黑高等技術(shù)學(xué)院等校的榮譽(yù)博士，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、秘魯高等技術(shù)學(xué)院等校的榮譽(yù)

26、博士，是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、秘魯國(guó)立自然科學(xué)院和意大利國(guó)立林且學(xué)院等院的院士。國(guó)立自然科學(xué)院和意大利國(guó)立林且學(xué)院等院的院士。19541954年他任美國(guó)原子能委員會(huì)委員；年他任美國(guó)原子能委員會(huì)委員；19511951年至年至19531953年任美國(guó)數(shù)年任美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)主席。學(xué)會(huì)主席。19541954年夏，馮年夏，馮諾依曼被發(fā)現(xiàn)患有癌癥，諾依曼被發(fā)現(xiàn)患有癌癥，19571957年年2 2月月8 8日，在華盛頓去世，終年日，在華盛頓去世，終年5454歲。歲。 馮馮諾依曼于諾依曼于19371937年獲美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的波策獎(jiǎng)；年獲美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)的波策獎(jiǎng)；19471947年年獲美國(guó)總統(tǒng)的功勛獎(jiǎng)?wù)?、美?guó)海軍優(yōu)秀公民服務(wù)獎(jiǎng)；獲美

27、國(guó)總統(tǒng)的功勛獎(jiǎng)?wù)?、美?guó)海軍優(yōu)秀公民服務(wù)獎(jiǎng)；19561956年獲美國(guó)總統(tǒng)的自由獎(jiǎng)?wù)潞蛺?ài)因斯坦紀(jì)念獎(jiǎng)以及費(fèi)米獎(jiǎng)年獲美國(guó)總統(tǒng)的自由獎(jiǎng)?wù)潞蛺?ài)因斯坦紀(jì)念獎(jiǎng)以及費(fèi)米獎(jiǎng)。31 Von Neumann type computer Von Neumann type computer 1945 1945年年6 6月美國(guó)數(shù)學(xué)家月美國(guó)數(shù)學(xué)家馮馮諾依曼諾依曼在一篇論文中第一次提出了計(jì)算機(jī)在一篇論文中第一次提出了計(jì)算機(jī)的三個(gè)主要思想：的三個(gè)主要思想： 計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)的基本組成 采用二進(jìn)制進(jìn)行信息表示采用二進(jìn)制進(jìn)行信息表示 存儲(chǔ)程序原理存儲(chǔ)程序原理從而形成了目前的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。從而形成了目前的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。Jo

28、hn von Neumann32馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) 以運(yùn)算器為核心、以以運(yùn)算器為核心、以存儲(chǔ)程序原理存儲(chǔ)程序原理為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)運(yùn)算器運(yùn)算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器指令指令驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)指令流指令流控制命令控制命令數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流33計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力： 一是能夠存儲(chǔ)程序；一是能夠存儲(chǔ)程序； 二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。 計(jì)算機(jī)是利用計(jì)算機(jī)是利用“存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器”（內(nèi)存）來(lái)存放所（內(nèi)存）來(lái)存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為要執(zhí)行的程序的，而稱之為 CPU CPU 的部件可以依的部件可以依次從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令

29、，并加以次從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。34二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)微處理器微處理器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/OI/O接口接口總線總線 微微 型型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)( (主機(jī)主機(jī)) )外外 設(shè)設(shè)ALUALU寄存器寄存器控制器控制器鍵盤(pán)、鼠標(biāo)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)顯示器顯示器軟驅(qū)、硬盤(pán)、光驅(qū)軟驅(qū)、硬盤(pán)、光驅(qū) 打印機(jī)、掃描儀打印機(jī)、掃描儀應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工具軟件、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工具軟件、系統(tǒng)維

30、護(hù)程序系統(tǒng)維護(hù)程序35微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的概念結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線地址總線 ABAB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB控制總線控制總線 CBCBI/O接口AB: Address Bus，DB: Data Bus，CB: Control Bus36 1 1、微處理器、微處理器功能：控制中心、提供運(yùn)算、判斷能力功能：控制中心、提供運(yùn)算、判斷能力構(gòu)成：算術(shù)邏輯單元構(gòu)成：算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、控制器、寄存器組）、控制器、寄存器組例例：Intel 8088/8086、PIII、P4、Celeron AMD K7（At

31、hlon、Duron）CPU的位數(shù)：的位數(shù)：4位、位、8位、位、16位、位、32位、位、64位位是指一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)是指一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)372 2、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器功能：存放功能：存放程序程序和和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（各類信息數(shù)（各類信息數(shù)據(jù)、文字、圖像、據(jù)、文字、圖像、）內(nèi)存：內(nèi)存：ROM、RAM、CACHE 特點(diǎn)：隨機(jī)存取，速度快，容量小特點(diǎn)：隨機(jī)存取，速度快，容量小外存：硬盤(pán)、光盤(pán)等外存：硬盤(pán)、光盤(pán)等 特點(diǎn)：順序存取特點(diǎn)：順序存取/塊存取，速度慢，塊存取，速度慢，容量大容量大38 3 3、輸入、輸入/ /輸出接口輸出接口簡(jiǎn)寫(xiě)為簡(jiǎn)寫(xiě)為I/O接口，是接口，是CPUCPU與外部設(shè)備間與外部設(shè)備間

32、交換信息的橋梁交換信息的橋梁CPUI/O接口接口外設(shè)外設(shè)394 4、總線（、總線（BUSBUS）連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線連接多個(gè)功能部件的一組公共信號(hào)線 地址總線地址總線AB：用來(lái)傳送：用來(lái)傳送CPU輸出的地址信號(hào)，輸出的地址信號(hào)，確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、確定被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元、I/O端口。端口。地址線的根地址線的根數(shù)數(shù)決定了決定了CPU的尋址范圍。的尋址范圍。 CPU的尋址范圍的尋址范圍 = 2n， n地址線根數(shù)地址線根數(shù)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB：在：在CPU與存儲(chǔ)器、與存儲(chǔ)器、I/O接口之間接口之間數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)傳送的公共通路。數(shù)據(jù)總線的條數(shù)數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定決定CPU一次最多可

33、以傳送的數(shù)據(jù)寬度。一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度。控制總線控制總線CB：用來(lái)傳送各種控制信號(hào)：用來(lái)傳送各種控制信號(hào)40三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用程序用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)應(yīng)用程序系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)機(jī)器指令機(jī)器指令微指令微指令硬件邏輯電路硬件邏輯電路從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)應(yīng)用程序應(yīng)用程序BIOS硬件邏輯電路從程序員的觀點(diǎn)從程序員的觀點(diǎn)DOSDisk Operation SystemBasic Input Output System從鍵盤(pán)輸入一個(gè)字符從鍵盤(pán)輸入一個(gè)字符MOV AH，01INT 21H從鍵盤(pán)輸入一個(gè)字符從鍵盤(pán)輸入一個(gè)字符MOV AH，0

34、INT 16H41四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用四、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算 天氣預(yù)報(bào)、石油勘探、。天氣預(yù)報(bào)、石油勘探、。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 統(tǒng)計(jì)、管理、銀行、。統(tǒng)計(jì)、管理、銀行、。 計(jì)算機(jī)控制（自動(dòng)控制）計(jì)算機(jī)控制（自動(dòng)控制） 工業(yè)控制、遙控遙測(cè)、機(jī)器人、。工業(yè)控制、遙控遙測(cè)、機(jī)器人、。 人工智能人工智能 思維、行為、推理、。思維、行為、推理、。 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)-設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)/制造制造/教學(xué)教學(xué)/42五、五、 微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語(yǔ)和指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語(yǔ)和指標(biāo)1位和字節(jié)位和字節(jié)位位（bit）是計(jì)算機(jī)所能表示的最小基本數(shù)據(jù)單位是計(jì)算機(jī)所能表示的最小基本數(shù)據(jù)單位字節(jié)（字節(jié)（byte）由由8個(gè)

35、二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)算個(gè)二進(jìn)制位組成，通常用作計(jì)算存儲(chǔ)容量的單位，記存儲(chǔ)容量的單位，記作作B.1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024M；1TB=1024G。432字長(zhǎng)字長(zhǎng)字長(zhǎng)是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)字長(zhǎng)是微處理器一次可以直接處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄碼的位數(shù)，它通常取決于微處理器內(nèi)部通用寄存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字存器的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。微處理器的字長(zhǎng)有長(zhǎng)有4位、位、8位、位、16位、位、32位和位和64位等。位等。443.內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量 即內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)即內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)，以字節(jié)為單位。，以字節(jié)為單位。 注意：

36、注意：內(nèi)存空間內(nèi)存空間與與內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量的區(qū)別的區(qū)別 內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量：實(shí)際配置的內(nèi)存大小。例：某微：實(shí)際配置的內(nèi)存大小。例：某微機(jī)配置機(jī)配置2條條128MB的的SDRAM內(nèi)存條，其內(nèi)存內(nèi)存條，其內(nèi)存容量容量256MB 內(nèi)存空間內(nèi)存空間：又稱為存儲(chǔ)空間、尋址范圍，是：又稱為存儲(chǔ)空間、尋址范圍，是指微機(jī)的尋址能力，與指微機(jī)的尋址能力，與CPU的地址總線寬度的地址總線寬度有關(guān)。有關(guān)。Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 454.主頻主頻主頻主頻也叫做時(shí)鐘頻率，用來(lái)表示微處理器的運(yùn)行速也叫做時(shí)鐘頻率，用來(lái)表示微處理器的運(yùn)行速度，主

37、頻越高表明微處理器運(yùn)行越快，主頻的單位度，主頻越高表明微處理器運(yùn)行越快，主頻的單位是是MHz。早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX2開(kāi)始，主頻開(kāi)始，主頻=外部總線頻率外部總線頻率 倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)外部總線頻率通常簡(jiǎn)稱為外部總線頻率通常簡(jiǎn)稱為外頻外頻，它的單位也是，它的單位也是MHz，外頻越高說(shuō)明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度外頻越高說(shuō)明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越快。越快，因而微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也越快。倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)是微處理器的主頻與外頻之間的相對(duì)比例是微處理器的主頻與外頻之間的相對(duì)比例系

38、數(shù)。系數(shù)。通過(guò)提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在通過(guò)提高外頻或倍頻系數(shù)，可以使微處理器工作在比標(biāo)稱主頻更高的時(shí)鐘頻率上，這就是所謂的比標(biāo)稱主頻更高的時(shí)鐘頻率上，這就是所謂的超頻。超頻。465.MIPS 秒鐘能執(zhí)行多少秒鐘能執(zhí)行多少M(fèi)IPS是是Millions of Instruction Per Second的縮寫(xiě)，用來(lái)表示微處理器的性能，的縮寫(xiě)，用來(lái)表示微處理器的性能，意思是每秒百萬(wàn)條指令意思是每秒百萬(wàn)條指令6.微處理器的集成度微處理器的集成度 指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。指微處理器芯片上集成的晶體管的密度。 最早最早Intel 4004的集成度為的集成度為2250個(gè)晶體管，目

39、前個(gè)晶體管，目前Pentium 的集成度已經(jīng)達(dá)到二千萬(wàn)個(gè)晶體管的集成度已經(jīng)達(dá)到二千萬(wàn)個(gè)晶體管以上，集成度提高了一萬(wàn)多倍。以上，集成度提高了一萬(wàn)多倍。471.2 微型計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算基礎(chǔ)微型計(jì)算機(jī)的算術(shù)運(yùn)算基礎(chǔ)一、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法一、計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)的符號(hào)數(shù)的符號(hào)由最高位表示由最高位表示 “0”表示表示“+” “1”表示表示“”1 1、真值、機(jī)器數(shù)、真值、機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)：數(shù)：數(shù)( (含符號(hào)含符號(hào)) )在機(jī)器中的編碼表示在機(jī)器中的編碼表示 真值真值：機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值：機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值48例例1：a = +2, b = 2.用用8位二進(jìn)制數(shù)表示。位二進(jìn)制數(shù)表

40、示。a = +2 表示為： 0 0 0 0 0 0 1 0b = 2 表示為： 1 0 0 0 0 0 1 0真值真值機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)492 2、有符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法、有符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法 原碼原碼 反碼反碼 補(bǔ)碼補(bǔ)碼為什么要為什么要用用“碼碼”來(lái)來(lái)表示表示“數(shù)數(shù)”？為了方便計(jì)算為了方便計(jì)算機(jī)的處理，簡(jiǎn)機(jī)的處理，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程化計(jì)算過(guò)程50數(shù)的原碼表示數(shù)的原碼表示Define: 求原碼的方法求原碼的方法: 根據(jù)定義求原碼根據(jù)定義求原碼 直接寫(xiě)出原碼直接寫(xiě)出原碼X原原=X 0 x2n-12 n-1 - -X - -2n-1x0其中：其中：n為二進(jìn)制的位數(shù)為二進(jìn)制的位數(shù)原碼的表示范圍：原碼的表示

41、范圍：(2(2n1n11) 1) (2(2n1n11)1)51例例3: 已知：已知：a=+2，b=2，根據(jù)定義求，根據(jù)定義求a,b的原碼的原碼a原原和和b原原。設(shè)。設(shè)n=8。 根據(jù)公式有：根據(jù)公式有： a a 原原 = a = (0000 0010)= a = (0000 0010)2 2 b b 原原 = 2= 2n-1 n-1 b b = 2 = 28-1 8-1 (2) (2) = 2 = 27 7 + 2+ 2 1000 0000 + 10 1000 001052例例4: 已知：已知：a=+2，b=2，直接寫(xiě)出，直接寫(xiě)出a,b的原碼的原碼a原原和和b原原。設(shè)。設(shè)n=8。0 0 0 0

42、0 1 00 a原原0 0 0 0 0 1 01 b原原符號(hào)位符號(hào)位數(shù)據(jù)部分?jǐn)?shù)據(jù)部分當(dāng)當(dāng)n=8時(shí)，時(shí)，原碼的表示范圍原碼的表示范圍:- -127 +12753一個(gè)一個(gè)0 0有兩種有兩種 表示方法！表示方法！+0+0原原 = = 0 0 0000000 0000000 -0-0原原 = = 1 1 00000000000000v原碼表示方式存在的問(wèn)題原碼表示方式存在的問(wèn)題對(duì)整數(shù)進(jìn)行加減對(duì)整數(shù)進(jìn)行加減 運(yùn)算只有通過(guò)結(jié)果運(yùn)算只有通過(guò)結(jié)果 才能確定符號(hào)才能確定符號(hào)54v原碼進(jìn)行加減法時(shí)存在的問(wèn)題原碼進(jìn)行加減法時(shí)存在的問(wèn)題 例如，當(dāng)例如，當(dāng)n=8時(shí)，用時(shí)，用原碼原碼計(jì)算：計(jì)算： 4 + 3 = 7 10

43、00 0100 + 1000 0011 10000100 + 100000111000001114 + 3 00000100 + 10000011產(chǎn)生產(chǎn)生 溢出溢出10000111 能否單獨(dú)處能否單獨(dú)處理符號(hào)位理符號(hào)位難啊難?。〔荒懿荒?！55數(shù)的反碼表示數(shù)的反碼表示Define:X反反=X 0 x2n-12 n -|-|X|-1|-1 - -2n-1x0其中：其中：n為二進(jìn)制的位數(shù)為二進(jìn)制的位數(shù)反反碼的表示范圍：碼的表示范圍：(2(2n1n11) 1) (2(2n1n11)1) 求反碼的方法求反碼的方法 根據(jù)定義求反碼根據(jù)定義求反碼 求負(fù)數(shù)的原碼，除求負(fù)數(shù)的原碼，除符號(hào)位外按位符號(hào)位外按位取反

44、取反56例例5: 已知：已知：a=+2，b=2，根據(jù)定義求，根據(jù)定義求a和和b的反碼的反碼a反反和和b反反，設(shè)，設(shè)n=8。 根據(jù)公式有：根據(jù)公式有： a反反 = a = a原原 = (0000 0010)2 b反反 = 2n |b| 1 = 28 |2| 1 = 28 3 1 0000 0000 - 11 1111 110157例例6: 已知：已知：a=+2，b=2，直接寫(xiě)出，直接寫(xiě)出a和和b的反碼的反碼a反反和和b反反。設(shè)。設(shè)n=8。 a反 = a原 = (0000 0010)20 0 0 0 0 1 01 先寫(xiě)出先寫(xiě)出b的原碼表示的原碼表示1 1 1 1 1 0 11 除符號(hào)位外，數(shù)據(jù)位按

45、位取反除符號(hào)位外，數(shù)據(jù)位按位取反Sign bite數(shù)據(jù)部分?jǐn)?shù)據(jù)部分當(dāng)當(dāng)n=8時(shí)，反碼的表示范圍是時(shí)，反碼的表示范圍是:- -127 +127 b反 b原58一個(gè)一個(gè)0 0有兩種有兩種 表示方法！表示方法！+0+0反反 = = 0 0 0000000 0000000 -0-0反反 = 1= 1 11111111111111反碼表示方式存在的問(wèn)題反碼表示方式存在的問(wèn)題對(duì)整數(shù)進(jìn)行加減對(duì)整數(shù)進(jìn)行加減 運(yùn)算只有通過(guò)結(jié)果運(yùn)算只有通過(guò)結(jié)果 才能確定符號(hào)才能確定符號(hào)7 + -3 = 47 + -3 = 43 - 7 = -43 - 7 = -459反碼進(jìn)行加減法時(shí)存在的問(wèn)題反碼進(jìn)行加減法時(shí)存在的問(wèn)題 例如，當(dāng)

46、例如，當(dāng)n=8時(shí)，用時(shí)，用反碼反碼計(jì)算：計(jì)算： 4 + 3 = 7 1111 1011 + 1111 1100 11111011 + 111111001111101114 + 3 00000100 + 11111100產(chǎn)生產(chǎn)生 溢出溢出100000000 60數(shù)的補(bǔ)碼表示數(shù)的補(bǔ)碼表示Define:X補(bǔ)補(bǔ)=X 0 x2n-12 n -|-|X| | - -2n-1x0其中：其中：n為二進(jìn)制的位數(shù)為二進(jìn)制的位數(shù)補(bǔ)碼的表示范圍：補(bǔ)碼的表示范圍：22n1n1 (2 (2n1n11)1) 求補(bǔ)碼的方法求補(bǔ)碼的方法 根據(jù)定義求補(bǔ)碼根據(jù)定義求補(bǔ)碼 寫(xiě)出對(duì)應(yīng)正數(shù)的原碼，寫(xiě)出對(duì)應(yīng)正數(shù)的原碼， 按位按位取反取反+

47、161例例7: 已知：已知：a=+2，b=2，根據(jù)定義求，根據(jù)定義求a和和b的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼a補(bǔ)補(bǔ)和和b補(bǔ)補(bǔ)，設(shè)，設(shè)n=8。 根據(jù)公式有：根據(jù)公式有： a補(bǔ)補(bǔ) = a = a原原 = (0000 0010)2 b補(bǔ)補(bǔ) = 2n |b| = 28 |2| = 28 2 1 0000 0000 - 10 1111 111062例例8: 已知：已知：a=+2，b=2，直接寫(xiě)出，直接寫(xiě)出a和和b的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼a補(bǔ)補(bǔ)和和b補(bǔ)補(bǔ)。設(shè)。設(shè)n=8。 a補(bǔ) = a原 = (0000 0010)20 0 0 0 0 1 01 先寫(xiě)出先寫(xiě)出b的原碼表示的原碼表示1 1 1 1 1 1 01 除符號(hào)位外，數(shù)據(jù)位按位取反除符

48、號(hào)位外，數(shù)據(jù)位按位取反+1Sign bite數(shù)據(jù)部分?jǐn)?shù)據(jù)部分b補(bǔ)b原63更一般的求負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的方法：更一般的求負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的方法： 先寫(xiě)出先寫(xiě)出負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的正數(shù)正數(shù)的二進(jìn)制表示；的二進(jìn)制表示； 連同符號(hào)位連同符號(hào)位一起按位取反，然后再加上一起按位取反，然后再加上1。例例9: 已知：已知：b=2，寫(xiě)出補(bǔ)碼，寫(xiě)出補(bǔ)碼b補(bǔ)補(bǔ)。設(shè)。設(shè)n=8。0 0 0 0 0 1 00 先寫(xiě)出先寫(xiě)出+2的原碼表示的原碼表示1 1 1 1 1 1 01 所有的所有的位按位取反位按位取反+1當(dāng)當(dāng)n=8時(shí)，補(bǔ)碼的表示范圍是時(shí)，補(bǔ)碼的表示范圍是:- -128 +127-2補(bǔ)+2原64為什么負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的編碼多一個(gè)？為什么負(fù)

49、數(shù)補(bǔ)碼的編碼多一個(gè)？-128-128補(bǔ)補(bǔ)=2=28-18-1 補(bǔ)補(bǔ)= = 2 28 8|2 27 7| | = = 2 28 8 2 27 7 = 2 = 2 2 27 7 2 27 7 = = 2 27 7 = = （1000 00001000 0000）2 2當(dāng)當(dāng)n=8時(shí)，時(shí)， 228-18-1 (-128)的補(bǔ)碼是？的補(bǔ)碼是？00補(bǔ)補(bǔ)= 2= 28 800 = ( = (1 1 0000 0000) 0000 0000)2 2 0 0 = (0000 0000)= (0000 0000)2 2= +065 可以唯一表示可以唯一表示0，不存在，不存在+0和和- -0的問(wèn)題。的問(wèn)題。 計(jì)算機(jī)

50、系統(tǒng)中采用補(bǔ)碼運(yùn)算僅用加法器就可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用補(bǔ)碼運(yùn)算僅用加法器就可實(shí)現(xiàn)所有算術(shù)運(yùn)算；結(jié)果也為補(bǔ)碼形式。所有算術(shù)運(yùn)算；結(jié)果也為補(bǔ)碼形式。 符號(hào)位符號(hào)位可以與可以與數(shù)值部分?jǐn)?shù)值部分一起參加運(yùn)算。一起參加運(yùn)算。補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)66補(bǔ)碼進(jìn)行加減法時(shí)就沒(méi)有前述的問(wèn)題補(bǔ)碼進(jìn)行加減法時(shí)就沒(méi)有前述的問(wèn)題 例如，當(dāng)例如，當(dāng)n=8時(shí)，用時(shí)，用補(bǔ)碼補(bǔ)碼計(jì)算：計(jì)算： 4 + 3 = 7 1111 1011 + 1111 1100 11111100 + 111111011111110014 + 3 00000100 + 11111101100000001計(jì)算機(jī)除了進(jìn)行數(shù)值計(jì)算外，還要處理各種非計(jì)算機(jī)

51、除了進(jìn)行數(shù)值計(jì)算外，還要處理各種非數(shù)值信息，歸納起來(lái)有數(shù)值信息，歸納起來(lái)有字符字符、聲音聲音、圖象圖象等。本節(jié)等。本節(jié)討論怎樣用討論怎樣用0 0、1 1這樣兩種狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)各種各樣的信這樣兩種狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)各種各樣的信息，統(tǒng)稱之為編碼。息，統(tǒng)稱之為編碼。在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，眾多廠商采用不同的技在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中，眾多廠商采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，后來(lái)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局制訂了了一術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼，后來(lái)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局制訂了了一套標(biāo)準(zhǔn)化信息交換碼套標(biāo)準(zhǔn)化信息交換碼 ( (America Standard Code America Standard Code for Information Interchang

52、efor Information Interchange) ) 是現(xiàn)在廣泛使用是現(xiàn)在廣泛使用的的ASCIIASCII碼碼。ASCIIASCII碼由碼由7 7位二進(jìn)制組成，對(duì)位二進(jìn)制組成，對(duì)英文大小寫(xiě)字母英文大小寫(xiě)字母、阿拉伯?dāng)?shù)字阿拉伯?dāng)?shù)字、常用運(yùn)算符號(hào)常用運(yùn)算符號(hào)以及一些以及一些控制字符控制字符進(jìn)行進(jìn)行編碼。編碼。 4、無(wú)符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法、無(wú)符號(hào)數(shù)的機(jī)器數(shù)表示方法ASCIIASCII碼碼000000000000000000001000000100000100000010000001100000110000100000010000001010000101000011000001100000

53、11100001110001000000100000010010001001000101000010100001011000101100011000001100000110100011010001110000111000011110001111字符字符( (空）空） ( (嘟聲嘟聲) )( (記憶記憶) )( (換行換行) )( (起始起始) )( (換頁(yè)換頁(yè)) )( (回車(chē)回車(chē)) ) ASCIIASCII碼碼001000000100000010001001000100100100010010001001100100110010100001010000101010010101001011000

54、10110001011100101110011000001100000110010011001001101000110100011011001101100111000011100001110100111010011110001111000111110011111字符字符 ! ! ! ! ASCIIASCII碼碼010000001000000100001010000101000100100010010001101000110100100010010001001010100101010011001001100100111010011101010000101000010100101010010101

55、01001010100101011010101101011000101100010110101011010101110010111001011110101111字符字符空格空格 ！ # # $ %& ( () )* *+ +- -. / ASCIIASCII碼碼011000001100000110001011000101100100110010011001101100110110100011010001101010110101011011001101100110111011011101110000111000011100101110010111010011101001110110111

56、01101111000111100011110101111010111110011111001111110111111字符字符0 1 23 3 4567 7 8 89 9: :; ; ?ASCIIASCII碼碼100000010000001000001100000110000101000010100001110000111000100100010010001011000101100011010001101000111100011110010001001000100100110010011001010100101010010111001011100110010011001001101100110

57、11001110100111010011111001111字符字符 A AB B C C D DE FG GH HI IJ JK KL LM MN NO OASCIIASCII碼碼101000010100001010001101000110100101010010101001110100111010100101010010101011010101101011010101101010111101011110110001011000101100110110011011010101101010110111011011101110010111001011101101110110111101011110

58、10111111011111字符字符P Q R R S T TU UV V WW X XY YZ Z -ASCIIASCII碼碼11000001100000110000111000011100010110001011000111100011110010011001001100101110010111001101100110110011111001111101000110100011010011101001110101011010101101011110101111011001101100110110111011011101110110111011011111101111字符字符 a a bc

59、def g gh hi ij jk kl lm mnoASCIIASCII碼碼11100001110000111000111100011110010111001011100111110011111010011101001110101111010111101101110110111011111101111111000111100011110011111001111101011110101111011111101111111001111100111110111111011111110111111011111111111111字符字符pq rs s tuvw wx xy yz z | | ASCII

60、ASCII碼用碼用7 7位位 編碼，編碼，8 8位表位表 示，最高位示，最高位0 0。 0 0 -0 00110000 0110000 3030H H 9 9 -0 00111001 0111001 3939H H A A - -0 01000001 1000001 4141H H Z Z - -0 01011010 1011010 5A5AH H a a - -0 01100001 ? 1100001 ? z z - ? ? - ? ? 61H61H7AH7AH0 011110101111010人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，計(jì)算機(jī)人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制，數(shù)字編碼是一內(nèi)部使用二進(jìn)制，數(shù)字編碼