微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論

1、河南科技大學(xué)河南科技大學(xué)1張張 伏伏1359206568313592065683（1#2131#213）河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2課程目標(biāo)課程目標(biāo) 微機(jī)原理是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)和匯微機(jī)原理是學(xué)習(xí)和掌握微機(jī)硬件知識(shí)和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的入門(mén)課程：編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的入門(mén)課程：F微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理微型計(jì)算機(jī)的基本工作原理F匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)F微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 目的：建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，目的：建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的初步能力形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)的初步能力。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工

2、程學(xué)院3教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、微處理器微處理器、 8086/8088 CPU的指令系統(tǒng)、的指令系統(tǒng)、 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、 存存儲(chǔ)器系統(tǒng)、儲(chǔ)器系統(tǒng)、 中斷技術(shù)、中斷技術(shù)、 常用數(shù)字接口電路常用數(shù)字接口電路、 模擬量的輸入輸出模擬量的輸入輸出 、定時(shí)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、DMA、人機(jī)交互設(shè)備接口等。、人機(jī)交互設(shè)備接口等。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院4第第1章章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)概論主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展l各種常用記數(shù)制和編碼以及它們各種常用記數(shù)制和編碼以及它們 相互間的轉(zhuǎn)換；相互間

3、的轉(zhuǎn)換；l二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；l符號(hào)數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算；符號(hào)數(shù)的表示及補(bǔ)碼運(yùn)算；l二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院51.1 概概 述述l電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展：l電子管計(jì)算機(jī)（電子管計(jì)算機(jī)（1946-1956）l晶體管計(jì)算機(jī)（晶體管計(jì)算機(jī)（1957-1964）l中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1970）l超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-今）今）l電子計(jì)算機(jī)按其性能分類：電子計(jì)算機(jī)按其性能分類：l大中型計(jì)算機(jī)大中型計(jì)算機(jī)/巨型計(jì)算

4、機(jī)（巨型計(jì)算機(jī)（Mainframe Computer）l小型計(jì)算機(jī)（小型計(jì)算機(jī)（Minicomputer）l微型計(jì)算機(jī)（微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）l單片單片計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer）l微型計(jì)算機(jī)的核心：微處理器微型計(jì)算機(jī)的核心：微處理器(中央處理器中央處理器CPU)lIntel CPU的發(fā)展見(jiàn)下頁(yè)表的發(fā)展見(jiàn)下頁(yè)表河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院6代代發(fā)表發(fā)表年份年份字長(zhǎng)字長(zhǎng)(bits)(bits)型號(hào)型號(hào)線寬線寬( ( m)m)晶體管數(shù)晶體管數(shù)( (萬(wàn)個(gè)萬(wàn)個(gè)) )時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率(MHz)(MHz)速度速度(MIPS)(M

5、IPS)一一19711971197219724 48 8400440048008800850500.20.20.30.3110.050.05二二197419748 88080808020200.50.52-42-40.50.5三三197819781982198216168086/80888086/808880286802862-32-32.92.913134.77-104.77-108-208-201300300七七20022002？6464ItaniumItanium ？0.080.08CPU:2.5KCPU:2.5KCache:30KCache:30K800(20800(20條指令條指令/

6、 /時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期) )30003000河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院7（1983-1993年）年）32位微處理器時(shí)期位微處理器時(shí)期 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院81.1 微處理器發(fā)展概述微處理器發(fā)展概述 1. 第一代微處理器第一代微處理器 Intel4004、Intel4040 4位微處理器位微處理器 Intel8008 低檔低檔8位微處理器位微處理器2. 第二代微處理器第二代微處理器 Intel8080、MC6800、6501、6502 8位微處理器位微處理器 Intel8085、Z80、MC6809 高檔高檔8位位微處理器微處理器 指令比較完善，有

7、了指令比較完善，有了中斷中斷與與DMA 匯編、匯編、BASIC，F(xiàn)ORTRAN 后期配備后期配備CP/M操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Intel 4004Intel 8008Intel 8085河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院93. 第三代微處理器第三代微處理器 Intel8086 、Z8000、MC68000 16位位 Intel8088 準(zhǔn)準(zhǔn)16位位 Intel80286、MC68010 高檔高檔16位位 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院104. 第四代微處理器第四代微處理器 Intel80386 32位微處理器位微處理器Intel80486 32位微處理器位微處理器河

8、南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院115. 第五代微處理器第五代微處理器 Pentium（奔騰）奔騰） 32位微處理器位微處理器 Pentium MMX（多能奔騰）多能奔騰） 32位微處理器位微處理器河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院126. 第六代微處理器第六代微處理器 (P6核心結(jié)構(gòu)核心結(jié)構(gòu)) Pentium Pro（高能奔騰）高能奔騰） 32位微處理器位微處理器 Pentium II（奔騰奔騰2） 32位微處理器位微處理器 Pentium III（奔騰奔騰3） 32位微處理器位微處理器河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院137. 第六代之后的微處理器

9、第六代之后的微處理器 Pentium 4 32位微處理器位微處理器(非非P6核心結(jié)構(gòu)核心結(jié)構(gòu)) Itanium 64位微處理器位微處理器 AMD64 64位微處理器位微處理器河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院14 Intel IA-32e 64位微處理器位微處理器河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院15 1.2 微型計(jì)算機(jī)的組成微型計(jì)算機(jī)的組成 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院161.3 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 1. 3.1 微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 微型計(jì)算機(jī)除了具有一般計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度微型計(jì)算機(jī)除了具有一般計(jì)算機(jī)的運(yùn)算

10、速度快、計(jì)算精度高、記憶功能和邏輯判斷力強(qiáng)、快、計(jì)算精度高、記憶功能和邏輯判斷力強(qiáng)、自動(dòng)工作等常規(guī)特點(diǎn)外，還有它自己的獨(dú)特自動(dòng)工作等常規(guī)特點(diǎn)外，還有它自己的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 (1) 體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低 (2) 可靠性高、使用環(huán)境要求低可靠性高、使用環(huán)境要求低 (3) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便、適應(yīng)性強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便、適應(yīng)性強(qiáng) (4) 性能價(jià)格比高性能價(jià)格比高河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院171.3.2 應(yīng)用應(yīng)用河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院181.4 發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)微型計(jì)算機(jī)沿著兩個(gè)方向發(fā)展：微型計(jì)算機(jī)沿著兩個(gè)方向發(fā)

11、展： 一是生產(chǎn)性能更好的如一是生產(chǎn)性能更好的如8位、位、16位的單片微型計(jì)位的單片微型計(jì)算機(jī)，主要是面向要求低成本的家電、傳統(tǒng)工業(yè)算機(jī)，主要是面向要求低成本的家電、傳統(tǒng)工業(yè)改造及普及教育等，其特點(diǎn)是專用化、多功能、改造及普及教育等，其特點(diǎn)是專用化、多功能、可靠性好；可靠性好； 二是發(fā)展二是發(fā)展32位、位、64位微型計(jì)算機(jī)，面向更加復(fù)雜位微型計(jì)算機(jī)，面向更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，的數(shù)據(jù)處理，OA和和DA科學(xué)計(jì)算等，其特點(diǎn)是大科學(xué)計(jì)算等，其特點(diǎn)是大量采用最新技術(shù)成果，在量采用最新技術(shù)成果，在IC技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)等方技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)等方面，向高性能、多功能的方向發(fā)展。面，向高性能、多功能的方向發(fā)展。河南科技大

12、學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院191.5 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制計(jì)算機(jī)中的數(shù)制l了解了解l 特點(diǎn)；l 表示方法；l 相互間的轉(zhuǎn)換。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院20一、常用記數(shù)制一、常用記數(shù)制 l十進(jìn)制十進(jìn)制符合人們的習(xí)慣符合人們的習(xí)慣l二進(jìn)制二進(jìn)制便于物理實(shí)現(xiàn)便于物理實(shí)現(xiàn)l十六進(jìn)制十六進(jìn)制便于識(shí)別、書(shū)寫(xiě)便于識(shí)別、書(shū)寫(xiě)l八進(jìn)制八進(jìn)制河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院211. 十進(jìn)制十進(jìn)制特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一；特點(diǎn)：以十為底，逢十進(jìn)一； 共共有有0 0- -9 9十個(gè)數(shù)字符號(hào)十個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：表示：120120111101010101010 nnnnmmni

13、iimDDDDDDD河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院222. 二進(jìn)制二進(jìn)制特點(diǎn)：以特點(diǎn)：以2為底，逢為底，逢2進(jìn)位；進(jìn)位； 只有只有0和和1兩個(gè)符號(hào)。兩個(gè)符號(hào)。表示：表示：1202n 120111( )222222nnnmmniiimBBBBBBB 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院233. 十六進(jìn)制十六進(jìn)制特點(diǎn)：以特點(diǎn)：以16為底，逢為底，逢16進(jìn)位；進(jìn)位； 有0-9及A-F共16個(gè)數(shù)字符號(hào)。表示：表示：1201n 20111( )16161616161616nnnmmniiimHHHHHHH 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院24進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般

14、表示進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示一般地，對(duì)任意一個(gè)一般地，對(duì)任意一個(gè)K進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)S都可表示為都可表示為120n 120111( ) nnknmmniiimSSKSKSKSKSKSK其中：其中： Si - S的的第第i位數(shù)碼，可以是位數(shù)碼，可以是K個(gè)符號(hào)中任何一個(gè)；個(gè)符號(hào)中任何一個(gè)； n,m 整數(shù)和小數(shù)的位數(shù)；整數(shù)和小數(shù)的位數(shù)； K - 基數(shù)；基數(shù)； Ki - K進(jìn)制數(shù)的權(quán)進(jìn)制數(shù)的權(quán)河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院25如何區(qū)分不同進(jìn)位記數(shù)制的數(shù)字如何區(qū)分不同進(jìn)位記數(shù)制的數(shù)字在數(shù)字后面加一個(gè)字母進(jìn)行區(qū)分：在數(shù)字后面加一個(gè)字母進(jìn)行區(qū)分：l二進(jìn)制：數(shù)字后面加B, 如1001B（Binary）

15、l八進(jìn)制：數(shù)字后面加O, 如1001Ol十進(jìn)制：一般不加, 如1001 D（Decimal）l十六進(jìn)制：數(shù)字后面加H , 如1001H（Hexadecimal）l在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略數(shù)字在明顯可以區(qū)分其記數(shù)制的情況下，可以省略數(shù)字后面的字母后面的字母河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院26二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二、各種數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1. 非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 按相應(yīng)按相應(yīng)進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開(kāi)，進(jìn)位計(jì)數(shù)制的權(quán)表達(dá)式展開(kāi)，再按十進(jìn)制求和。再按十進(jìn)制求和。 例：例：10110010B10110010B = (?)= (?)1010 13

16、FAH13FAH = (?)= (?)1010河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院272. 十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制到非十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換l十進(jìn)制十進(jìn)制 二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除2取余；取余； 小數(shù)部分：乘小數(shù)部分：乘2取整。取整。l十進(jìn)制十進(jìn)制 十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換： 整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除16取余；取余； 小數(shù)部分：乘小數(shù)部分：乘16取整。取整。以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。以小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)求得整數(shù)和小數(shù)的各個(gè)位。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院283. 二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換l用用4位

17、二進(jìn)制數(shù)表示位二進(jìn)制數(shù)表示1位十六進(jìn)制數(shù)位十六進(jìn)制數(shù) 例：例： 10110001001.110 = (?)H 0101 1000 1001.1100 5 8 9 . C 注意：位數(shù)不夠時(shí)要補(bǔ)注意：位數(shù)不夠時(shí)要補(bǔ)0河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院291.6 無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 無(wú)符號(hào)數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù) 算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算 有符號(hào)數(shù)有符號(hào)數(shù) 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院30一、無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算一、無(wú)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算l算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算 包括：包括： 加法運(yùn)算加法運(yùn)算 減法運(yùn)算減法運(yùn)算 乘法運(yùn)算乘法運(yùn)算 除法運(yùn)算除法運(yùn)算河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院

18、河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院311. 規(guī)則規(guī)則l加法：加法：1+1=0（有進(jìn)位）（有進(jìn)位）, l減法：減法：0-1=1（有借位）（有借位）, l乘除法：乘除法： 一個(gè)數(shù)乘以一個(gè)數(shù)乘以2相當(dāng)于該數(shù)左移一位；除以相當(dāng)于該數(shù)左移一位；除以2則相當(dāng)于該數(shù)右移則相當(dāng)于該數(shù)右移1位。位。 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院32例例：l000010110100=00101100B l000010110100=00000010B11B 即：即： 商商=00000010B 余數(shù)余數(shù)=00000011B河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院332. 無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍 一個(gè)一

19、個(gè)n位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)位的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X，其表示范圍，其表示范圍為為 0 X 2n-1若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍，則產(chǎn)生溢出。（或者說(shuō)（或者說(shuō)運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果超出超出n n位位，則產(chǎn)生溢出，則產(chǎn)生溢出）判別方法：判別方法： 運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或當(dāng)最高位向更高位有進(jìn)位（或 借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出借位）時(shí)則產(chǎn)生溢出。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院34例例： 1111111111111111 + 00000001+ 00000001 1 1 00000000 00000000結(jié)果超出位（最高位有進(jìn)位），發(fā)生溢結(jié)果超出位（最高位有進(jìn)

20、位），發(fā)生溢出。（結(jié)果為出。（結(jié)果為256256，超出位二進(jìn)制數(shù)所能，超出位二進(jìn)制數(shù)所能表示的范圍表示的范圍255255） 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院353. 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算l與與()、或、或()、非、非() 、異或、異或()l特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無(wú)進(jìn)借位特點(diǎn)：按位運(yùn)算，無(wú)進(jìn)借位l運(yùn)算規(guī)則運(yùn)算規(guī)則.例：例：A=10110110, B=01101011求：求：AB, B, AB, B, ABB 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院364. 邏輯門(mén)邏輯門(mén)邏輯門(mén)：完成邏輯運(yùn)算的電路邏輯門(mén)：完成邏輯運(yùn)算的電路掌握：掌握：l與、或、非門(mén)邏輯符號(hào)和邏輯關(guān)系與、或、非門(mén)邏輯符

21、號(hào)和邏輯關(guān)系（真值表）；（真值表）；l與非門(mén)、或非門(mén)的應(yīng)用。與非門(mén)、或非門(mén)的應(yīng)用。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院37與門(mén)（與門(mén)（AND Gate）Y = ABABY000010100111&ABY注：基本門(mén)電路僅完成注：基本門(mén)電路僅完成1位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院38或門(mén)（或門(mén)（OR Gate）Y = ABABY000011101111YAB1 1河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院39非門(mén)（非門(mén)（NOT Gate）1AYY = AAY0110河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院40異或門(mén)（

22、異或門(mén)（eXclusive OR Gate）Y = ABYABABY000011101110河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院411.7 帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算l計(jì)算機(jī)中的帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)計(jì)算機(jī)中的帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)l把二進(jìn)制數(shù)的把二進(jìn)制數(shù)的最高位最高位定義為符號(hào)位定義為符號(hào)位l符號(hào)位為符號(hào)位為 0 表示表示正數(shù)正數(shù)，符號(hào)位為，符號(hào)位為 1 表示表示負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)l連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)。l機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值真值。（在以下講述中，均以位二進(jìn)制數(shù)為例）河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河

23、南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院42例例： +52 = +0110100 = 0 0110100 符號(hào)位符號(hào)位數(shù)值位數(shù)值位 -52 = -0110100 = 1 0110100 真值真值機(jī)器數(shù)機(jī)器數(shù)河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院431. 符號(hào)數(shù)的表示符號(hào)數(shù)的表示l對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示對(duì)于符號(hào)數(shù)，機(jī)器數(shù)常用的表示方法有方法有原碼原碼、反碼反碼和和補(bǔ)碼補(bǔ)碼三種。三種。數(shù)數(shù)X的原碼記作的原碼記作 X 原原，反碼記作，反碼記作 X 反反，補(bǔ)碼記作，補(bǔ)碼記作 X 補(bǔ)補(bǔ)。注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。注意：對(duì)正數(shù)，三種表示法均相同。 它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示。它們的差別在于對(duì)負(fù)數(shù)的表示

24、。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院44原碼原碼X原l定義定義符號(hào)位：符號(hào)位：0表示正，表示正，1表示負(fù)；表示負(fù)； 數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。數(shù)值位：真值的絕對(duì)值。nnnXXXXX 11122200-河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院45數(shù)數(shù)0的原碼的原碼l8位數(shù)位數(shù)0的原碼：的原碼：+0 = 0 0000000 - 0 = 1 0000000 即：數(shù)即：數(shù)0的原碼不唯一。的原碼不唯一。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院46反碼反碼X反定義定義l 若若X0 ，則則 X反反=X原原l 若若X0， 則則X補(bǔ)補(bǔ)= X反反= X原原l若若X0， 則則X補(bǔ)補(bǔ)= X反

25、反+1-nnnXXXXX 11222 00 -河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院50例例：lX= 52= 0110100 X原原 = 10110100 X反反 = 11001011 X補(bǔ)補(bǔ) = X反反+1=11001100n位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是位補(bǔ)碼表示數(shù)值的范圍是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是對(duì)應(yīng)的補(bǔ)碼是1000 0111。()11221nn河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院510的補(bǔ)碼：的補(bǔ)碼：l+0補(bǔ)補(bǔ)= +0原原=00000000l-0補(bǔ)補(bǔ)= -0反反+1=11111111+1 =1 00000000 對(duì)對(duì)8 8位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉位字長(zhǎng)，進(jìn)位被舍掉l+0補(bǔ)補(bǔ)= -0補(bǔ)補(bǔ)=

26、00000000河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院52特殊數(shù)特殊數(shù)10000000l該數(shù)在原碼中定義為：該數(shù)在原碼中定義為： -0l在反碼中定義為：在反碼中定義為： -127l在補(bǔ)碼中定義為：在補(bǔ)碼中定義為： -128l對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)：(10000000) = 128河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院538位有符號(hào)數(shù)的表示范圍：位有符號(hào)數(shù)的表示范圍：l對(duì)對(duì)8位二進(jìn)制數(shù)：位二進(jìn)制數(shù)：l原碼： -127 +127l反碼： -127 +127l補(bǔ)碼： -128 +127l想一想：想一想：16位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？位有符號(hào)數(shù)的表示范圍是多少？河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工

27、程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院542. 有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)：對(duì)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)： 1）求出真值）求出真值 2）進(jìn)行轉(zhuǎn)換）進(jìn)行轉(zhuǎn)換河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院55例例：l將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。將一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 1) X補(bǔ)補(bǔ) = 0 0101110B 真值為：真值為：+0101110B 正數(shù)正數(shù) 所以：所以：X=+46 2) X補(bǔ)補(bǔ) = 1 1010010B 負(fù)數(shù)負(fù)數(shù) X = X補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) = 11010010補(bǔ)補(bǔ) = - 0101110B 所以：所以：X = - 46河

28、南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院563. 補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)則l通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換通過(guò)引進(jìn)補(bǔ)碼，可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：為加法運(yùn)算。規(guī)則如下：X+Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)+Y補(bǔ)補(bǔ) X-Y補(bǔ)補(bǔ)=X補(bǔ)補(bǔ)- Y補(bǔ)補(bǔ) 其中其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院57*補(bǔ)碼的運(yùn)算原理補(bǔ)碼的運(yùn)算原理 模模(module)就是一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的最大容量就是一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的最大容量。例如，鐘例如，鐘表的模為表的模為12，8位二進(jìn)制數(shù)的模為位二進(jìn)制數(shù)的模為28。 凡是用器件進(jìn)行的運(yùn)算都是有模

29、運(yùn)算，凡是用器件進(jìn)行的運(yùn)算都是有模運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果超過(guò)運(yùn)算結(jié)果超過(guò)模的部分模的部分會(huì)被運(yùn)算器會(huì)被運(yùn)算器自動(dòng)丟棄自動(dòng)丟棄。因此，當(dāng)。因此，當(dāng)器件為器件為n位時(shí)，位時(shí)，有有X=2n+X (mod 2n)不難驗(yàn)證，不難驗(yàn)證， X補(bǔ)補(bǔ)=2n+X (mod 2n)因此，因此， X Y補(bǔ)補(bǔ)= 2n + (X Y) (mod 2n) = (2n+X) + (2n Y) (mod 2n) = X補(bǔ)補(bǔ)+ Y補(bǔ)補(bǔ)河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院58例例：lX=-0110100，Y=+1110100，求求X+Y補(bǔ)補(bǔ)lX原原=10110100 lX補(bǔ)補(bǔ)= X反反+1=11001100lY補(bǔ)補(bǔ)= Y原原=

30、01110100l所以：所以： X+Y補(bǔ)補(bǔ)= X補(bǔ)補(bǔ)+ Y補(bǔ)補(bǔ) =11001100+01110100 =01000000河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院594. 符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問(wèn)題l進(jìn)(借)位l在加法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；l在減法過(guò)程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。l溢出l運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院60溢出的判斷方法溢出的判斷方法l方法：方法：l同號(hào)相減或異號(hào)相加不會(huì)溢出。l同號(hào)相加或異號(hào)相減可能溢出：l兩種情況：兩種情況：同號(hào)相加時(shí)，結(jié)果符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相反溢出；異號(hào)相減時(shí)，結(jié)果符號(hào)與減數(shù)符

31、號(hào)相同溢出。l方法：方法：l兩個(gè)8位帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，若 C7C61， 則結(jié)果產(chǎn)生溢出。 C7為最高位的進(jìn)(借)位；C為次高位的進(jìn)(借)位。河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院61例例：有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的有符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有溢出表示結(jié)果是錯(cuò)誤的無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算，有進(jìn)位表示結(jié)果是是錯(cuò)誤的錯(cuò)誤的 1 0 1 1 0 1 0 1 + + 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 + + 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 + + 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1CASE1:CASE2:CASE3:河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院621.8 二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼一、十進(jìn)制數(shù)的表示一、十進(jìn)制數(shù)的表示BCD碼l用用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。有兩種表示法：示法：壓縮壓縮BCD碼碼和和非壓縮非壓縮BCD碼碼。l壓縮壓縮BCD碼的每一位