微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第1章

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)物理與電子科學(xué)學(xué)院岳偉偉Physics_yue@163.com1教材

微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)周荷琴吳秀清編著中國(guó)科技大學(xué)出版社2成績(jī)?cè)u(píng)定期中考試成績(jī)（20%）+平時(shí)作業(yè)、出勤成績(jī)（20%）+期末考試成績(jī)（60%）第一章緒論

1-1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況1-2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1-3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1-4

計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼1-1微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展概況1971年，美國(guó)Intel公司研究并制造了4004微處理器芯片。該芯片能同時(shí)處理4位二進(jìn)制數(shù)，集成了2300個(gè)晶體管，每秒可進(jìn)行6萬次運(yùn)算，成本約為200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MCS-4計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的誕生。第一代4位和低檔8位機(jī)Intel4004第二代中高檔8位機(jī)8080/8085、Z80、MC6800第三代16位機(jī)Intel8086、Z8000、MC68010第四代32位機(jī)80386、80486第五代64位機(jī)IntelPentium（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1983-1992）（1993后）特點(diǎn)：1、速度越來越快。2、容量越來越大。3、功能越來越強(qiáng)。幾個(gè)概念：1、晶體管：基于半導(dǎo)體，模電，數(shù)電2、微處理器3、時(shí)鐘頻率，指令執(zhí)行時(shí)間4、尋址：8位，32位，64位等5、存儲(chǔ)器6、總線：地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線微機(jī)概念：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總線所制造出的計(jì)算機(jī)。劃分階段的標(biāo)志：以字長(zhǎng)和微處理器型號(hào)。1-2微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1、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)中所提出的數(shù)學(xué)問題（數(shù)值計(jì)算）。2、數(shù)據(jù)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)字信息進(jìn)行加工。3、工業(yè)控制

4、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（CAI）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）等系統(tǒng)。

5、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)。1-3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一、微型計(jì)算機(jī)二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三、I/O設(shè)備和I/O接口四、總線五、單片機(jī)、單板機(jī)、PC機(jī)一、微型計(jì)算機(jī)馮.諾依曼結(jié)構(gòu)一、微型計(jì)算機(jī)ABDBCBCPU存儲(chǔ)器I/O接口外設(shè)（微型計(jì)算機(jī)組成框圖）

1、中央處理器的組成中央處理器（CPU）由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器：計(jì)算機(jī)中加工和處理數(shù)據(jù)的功能部件。功能：（1）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，主要包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算，如加、減、乘、與、或、非運(yùn)算等。 （2）暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。ALU數(shù)據(jù)寄存器1#數(shù)據(jù)寄存器2#存儲(chǔ)器外設(shè)控制器控制和指揮計(jì)算機(jī)內(nèi)各功能部件協(xié)同動(dòng)作，完成計(jì)算機(jī)程序功能。由程序計(jì)數(shù)器（IP）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）和時(shí)序信號(hào)發(fā)生器組成。（1）程序計(jì)數(shù)器（IP）：程序指令所在單元地址。（2）指令寄存器（IR）：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。（3）指令譯碼器（ID）：將指令的操作碼翻譯成機(jī)器能識(shí)別的命令信號(hào)。（4）時(shí)序信號(hào)發(fā)生器：根據(jù)指令譯碼器（ID）產(chǎn)生的命令信號(hào)產(chǎn)生具體的控制信號(hào)。AHALBHBLCHCLDHDL

SP

BP

DI

SI通用寄存器運(yùn)算寄存器ALU標(biāo)志執(zhí)行部分控制電路123456

CS

DS

SS

ES

IP內(nèi)部寄存器I/O控制電路地址加法器20位16位8位指令隊(duì)列緩沖器外總線執(zhí)行部件總線接口部件8086CPU結(jié)構(gòu)圖微處理器2存儲(chǔ)器功能：存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器內(nèi)存（主存）外存（輔存）RAMROMSRAMDRAMROMEPROME2PROM軟盤、硬盤、光盤主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器分為兩大類：主存儲(chǔ)器（主存、內(nèi)存）和輔助存儲(chǔ)器（輔存、外存）。①、主存

主存儲(chǔ)器也稱為內(nèi)存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存），它直接與CPU相連接，是計(jì)算機(jī)中的工作存儲(chǔ)器，即當(dāng)前正在運(yùn)行的程序與數(shù)據(jù)都必須存放在主存中。計(jì)算機(jī)工作時(shí)，所執(zhí)行的指令及操作數(shù)都是從主存中取出的，處理的結(jié)果則存放入主存中。

計(jì)算機(jī)的主存由半導(dǎo)體器件（超大規(guī)模集成電路）構(gòu)成。整個(gè)主存被劃分成許多個(gè)存儲(chǔ)單元（每個(gè)單元具有相同的二進(jìn)制位長(zhǎng)度），區(qū)分各單元的方式是以一個(gè)不同的編號(hào)來標(biāo)識(shí)每一個(gè)單元，這個(gè)編號(hào)稱為地址。1234……目前主存常用兩類存儲(chǔ)器器件：RAM和ROM。

RAM（RandomAccessMemory），即隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其內(nèi)容既允許存入（寫）也允許取出（讀），使用方便靈活，其缺點(diǎn)是切斷機(jī)器電源時(shí)RAM中的信息會(huì)丟失。

ROM（ReadOnlyMemory），即只讀存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)的內(nèi)容只能供反復(fù)讀出，而不能重新寫入，因此在ROM中存放的是固定不變的程序與數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是切斷機(jī)器供電電源后，ROM中的信息仍然保留，不會(huì)改變（稱為非易失性存儲(chǔ)器）。(例BIOS)②、輔存計(jì)算機(jī)的輔存（外存）具有相當(dāng)大的存儲(chǔ)容量（幾十MB～幾十GB）。主要采用磁表面存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器等設(shè)備組成。磁表面存儲(chǔ)器還可分為磁盤和磁帶兩大類（軟磁盤、硬盤）。所有外存（輔存）的存儲(chǔ)介質(zhì)（盤片或磁帶）都必須通過機(jī)電裝置才能進(jìn)行信息的存取操作，這些機(jī)電裝置稱為驅(qū)動(dòng)器，例如軟盤驅(qū)動(dòng)器（軟盤片插在其中讀/寫）、硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器（磁帶裝在其中讀/寫）和光盤驅(qū)動(dòng)器（光盤片放在其中工作）等。

③寄存器陣列包括一組通用寄存器組和專用寄存器。

通用寄存器用于暫存參加運(yùn)算的一個(gè)操作數(shù)，例如數(shù)據(jù)寄存器可以用來存放8位或16位的二進(jìn)制操作數(shù)。這些操作數(shù)可以是參加操作的數(shù)據(jù)，操作的中間結(jié)果，也可以是操作數(shù)的地址，大部分算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令都可以使用這些數(shù)據(jù)寄存器。

專用寄存器通常有指令指針I(yè)P或程序計(jì)數(shù)器PC和堆棧指針SP等

存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)ALU寄存器Cache寄存器主存儲(chǔ)器（DRAM）輔助存儲(chǔ)器（軟盤、硬盤、光盤）后援存儲(chǔ)器（磁帶庫(kù)、光盤庫(kù)）

輸入/輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱I/O（Input/Output）設(shè)備,用于計(jì)算機(jī)與外界進(jìn)行通信。

輸入設(shè)備是指能向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入信息的設(shè)備。如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。輸出設(shè)備一般是指能從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸出人可直接識(shí)別的信息的設(shè)備。如顯示器、繪圖儀等。所有輸入/輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器的操作，是由程序中的輸入/輸出指令或輸入/輸出語句統(tǒng)一控制的。凡是從外部設(shè)備讀出數(shù)據(jù)向內(nèi)存寫入的操作均稱為輸入操作；反之，凡是從內(nèi)存讀出數(shù)據(jù)送到外部設(shè)備的均稱為輸出操作。3、I/O設(shè)備和I/O接口I/O接口的功能及其組成（1）速度的不匹配。（2）信息格式的不匹配。（3)信息類型與信號(hào)電平的不匹配。（4）時(shí)序的不匹配。微處理機(jī)通過接口與外設(shè)交換信息（1）、I/O設(shè)備：微機(jī)配備的輸入/輸出設(shè)備（外設(shè)）。標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出設(shè)備（控制臺(tái)）：鍵盤和顯示器（CRT）。I/O設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)掃描儀、數(shù)碼相機(jī)顯示器打印機(jī)繪圖儀顯示器（2）、I/O接口：連接外設(shè)備和系統(tǒng)總線，完成信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩沖、與CPU進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò)等工作。顯示器卡：完成顯示器與總線的連接。聲卡：完成聲音的輸入/輸出。網(wǎng)卡：完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。掃描卡：連接掃描儀到計(jì)算機(jī)。調(diào)制解調(diào)器卡：模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。鍵盤接口、打印機(jī)接口等。232接口：串行數(shù)據(jù)接口。USB接口：通用串行接口。PⅢ微型計(jì)算機(jī)典型系統(tǒng)主板結(jié)構(gòu)圖4、總線

總線（BUS）是連接計(jì)算機(jī)中CPU、內(nèi)存、輔存、各種輸入/輸出控制部件的一組物理信號(hào)線及其相關(guān)的控制電路。它是計(jì)算機(jī)中用于在各部件間運(yùn)載信息的公共線路?？偩€分為內(nèi)部總線、元件級(jí)總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線通常是指在CPU內(nèi)部各組成部分相互之間交換信息用的總線。系統(tǒng)總線則指的是CPU、存儲(chǔ)器與各類I/O設(shè)備之間相互交換信息的總線。日常所說的總線一般都指系統(tǒng)總線。外部總線：是微機(jī)系統(tǒng)相互之間或微機(jī)系統(tǒng)與其他電子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)通訊連接的總線?？偩€按其傳輸?shù)男盘?hào)分為：（元件級(jí)總線）1．?dāng)?shù)據(jù)總線DB（DataBus）數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息，具有三態(tài)控制功能，且是雙向的。

2．地址總線AB（AddressBus）地址總線用于傳送CPU要訪問的存儲(chǔ)單元或I/O接口的地址信號(hào)。該總線為單向總線。

16條地址線可訪問216=64KB。

20條地址線可訪問220=1MB。

1K=1024B1M=1024KB1G=1024MB

3．控制總線CB（ControlBus）控制總線是連接CPU的控制部件和內(nèi)存、I/O設(shè)備等，用來控制內(nèi)存和I/O設(shè)備的全部工作?？刂瓶偩€的方向：一部分是從CPU輸出：通過對(duì)指令的譯碼，由CPU內(nèi)部產(chǎn)生，由CPU送到存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和其它部件。如時(shí)鐘信號(hào)、控制信號(hào)等。另一部分是由系統(tǒng)中的部件產(chǎn)生，送往CPU，如：中斷請(qǐng)求信號(hào)、總線請(qǐng)求信號(hào)(DMA)、狀態(tài)信號(hào)?？偩€的使用特點(diǎn)：1、在某一時(shí)刻，只能由一個(gè)總線主控設(shè)備來控制總線，其它總線主控設(shè)備此時(shí)必須放棄對(duì)總線的控制。2、在連接系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備中，在某一時(shí)刻只能有一發(fā)送者發(fā)送信號(hào)，但可以有多個(gè)設(shè)備從總線上同時(shí)獲得信號(hào)。3、通過總線插槽與接口板連接。微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖常見微機(jī)系統(tǒng)總線主要參數(shù)表ISA總線PC機(jī)問世以來，最先推出的系統(tǒng)總線是PCXT總線，該總線是早期PCXT機(jī)的系統(tǒng)總線，共有62根信號(hào)線，其中數(shù)據(jù)線有8位（簡(jiǎn)稱8位總線），地址線有20位，還有若干控制信號(hào)線。80286問世之后，這種總線在內(nèi)存尋址和數(shù)據(jù)位寬上不能適應(yīng)286系統(tǒng)的要求，因此，一種新的16位系統(tǒng)總線PCAT總線（即ISA總線）應(yīng)運(yùn)而生，它是一種性能更好些的16位總線，直到現(xiàn)在還在使用。

(工控板）ISA總線的功能數(shù)據(jù)線16位；地址線24位，支持16MB存儲(chǔ)器的尋址能力；硬中斷11級(jí)（IRQ3～I(xiàn)RQ7，IRQ9，IRQ10～I(xiàn)RQ12，IRQ14～I(xiàn)RQ15），DMA通道擴(kuò)充到7個(gè)（DERQ1～DERQ2，DERQO，DERO5～DERO7）PC/ATISA總線的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCAT/ISA總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ISA總線的發(fā)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（IndustryStandardArchitecture。ISA）總線擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（ExtendedIndustryStandardArchitecture，EISA）總線微通道結(jié)構(gòu)（MicroChannelArchitecture；MCA）總線標(biāo)準(zhǔn)視頻電氣標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（VideoElectronicsStandardsAssociation，VESA）局部總線標(biāo)準(zhǔn)外部設(shè)備互連（PeripheralComponentInterconnect，PCI

）局部總線標(biāo)準(zhǔn)局部總線在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，局部總線原來是指微處理器周圍的接口，它開始于微處理器引腳，并接到微處理器附近的某些專用芯片，從而形成一個(gè)局部范圍的總線，它是一種與微處理器接口的公用接口線。

PCI總線

PCI是一種性能優(yōu)異的局部總線，其數(shù)據(jù)位寬為32位，可以擴(kuò)展到64位以適配奔騰處理器，當(dāng)其運(yùn)行時(shí)鐘為33MHz時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)132MB/S，而位寬為64位時(shí)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)264MB/S。PCI總線概況

PCI總線是通過PCI橋（PCI控制器）與CPU局部總線相連。

PCI總線位寬為32位或64位，數(shù)據(jù)傳送速率很高，具有PCI總線的系統(tǒng)仍然可以支持ISA總線的運(yùn)行，這使得原來很多連接在ISA總線上的慢速外設(shè)可繼續(xù)在PCI總線系統(tǒng)中使用。

PCI總線在系統(tǒng)板上的連接PCI總線的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)典型PCI局部總線的PCI/ISA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PCI總線的特點(diǎn)

1、由于有PCI橋?qū)CI總線與CPU隔離開來，因此不會(huì)造成CPU負(fù)載過重的問題。PCI總線可以帶

10個(gè)負(fù)載。

2、

PCI具有即插即用，這是由于PCI具有自動(dòng)設(shè)置功能。

3、PCI橋具有多級(jí)緩沖，PCI可支持外圍設(shè)備與CPU并發(fā)工作。

4、PCI有部分信號(hào)線具有雙重功能，地址信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)共用一條信號(hào)線，在不同時(shí)刻，分別用于傳輸?shù)刂放c數(shù)據(jù)信號(hào)。

5、是一個(gè)獨(dú)立的總線，運(yùn)行不受CPU限制，性能指標(biāo)與CPU及系統(tǒng)時(shí)鐘無關(guān)，當(dāng)微處理器及其局部總線發(fā)生改變時(shí)，只需更改PCI橋控制器,外設(shè)接口可照常工作。

6、PCI從一開始就作為長(zhǎng)期使用的總線標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)。

P4主板的外形圖二、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是由硬件和軟件組成的。

1計(jì)算機(jī)硬件是指有形的物理設(shè)備，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱，可以是電子的、電磁的、機(jī)電的或光學(xué)的元件/裝置或者由它們所組成的計(jì)算機(jī)部件。例如，計(jì)算機(jī)的處理器芯片、存儲(chǔ)器芯片、底板（母板）、各類擴(kuò)充板卡、機(jī)箱、鍵盤、鼠標(biāo)器、顯示器、打印機(jī)、軟盤、硬盤等都是計(jì)算機(jī)的硬件。

2

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)指為運(yùn)行、管理、應(yīng)用、維護(hù)計(jì)算機(jī)所編制的所有程序及文檔的總和。依據(jù)功能的不同，軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的主要組成部分。3計(jì)算機(jī)分類⑴、按其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，如CISC

(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）與RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī)；單處理機(jī)與多處理機(jī)（并行機(jī)）；16位機(jī)、32位機(jī)或64位計(jì)算機(jī)等。⑵、計(jì)算機(jī)的性能和作用進(jìn)行分類。1989年11月IEEE提出一個(gè)分類報(bào)告，它根據(jù)計(jì)算機(jī)在信息處理系統(tǒng)中的地位與作用，考慮到計(jì)算機(jī)分類的演變過程和近期可能的發(fā)展趨勢(shì)，把計(jì)算機(jī)分成６大類：①、巨型計(jì)算機(jī)；②、小巨型機(jī)；③、主機(jī)；④、小型計(jì)算機(jī)；⑤、工作站；⑥、個(gè)人計(jì)算機(jī)；4計(jì)算機(jī)的性能評(píng)測(cè)⑴、CPU字長(zhǎng)：

指參與算術(shù)邏輯運(yùn)算的操作數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)。⑵、主頻：

指CPU的時(shí)鐘頻率，微機(jī)運(yùn)行的速度與主頻有關(guān)。⑶、主存容量與速度：

主存儲(chǔ)器的速度用存取周期來衡量。⑷、硬盤存儲(chǔ)器性能：

主要技術(shù)指標(biāo)包括：存儲(chǔ)容量、平均等待時(shí)間、平均尋道時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸速率。⑸、運(yùn)算速度：微機(jī)每秒執(zhí)行的指令條數(shù)。⑹、內(nèi)核數(shù)目：?jiǎn)魏耍p核，四核……（7）高速緩存：為了讓數(shù)據(jù)存取的速度適應(yīng)CPU的處理速度。五、單片機(jī)、單板機(jī)、PC機(jī)1、單片機(jī)：又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：它主要是將微處理器、部分存儲(chǔ)器、輸入輸出接口都集成在一塊集成電路芯片上，一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)2、單板機(jī)：將計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分都組裝在一塊印制電路板上，包括微處理器/存儲(chǔ)器/輸入輸出接口，還有簡(jiǎn)單的七段發(fā)光二極管顯示器、小鍵盤、插座等。功能比單片機(jī)強(qiáng)，適于進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制?？梢灾苯釉趯?shí)驗(yàn)板上操作，適用于教學(xué)。

3、PC機(jī)（PersonalComputer）:面向個(gè)人單獨(dú)使用的一類微機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及信息管理等。§1.4

計(jì)算機(jī)中的數(shù)制和編碼

一、計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)制數(shù)

人們最常用的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)，計(jì)算機(jī)中采用的是二進(jìn)制數(shù)，同時(shí)有的時(shí)候?yàn)榱撕?jiǎn)化二進(jìn)制數(shù)據(jù)的書寫，也采用八進(jìn)制和十六進(jìn)制表示方法。下面將分別介紹這幾種常用的進(jìn)制。

1、十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)是大家熟悉的，用0，1，2，…，8，9十個(gè)不同的符號(hào)來表示數(shù)值，它采用的是“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十”的原則。

2、二進(jìn)制表示法基數(shù)為10的記數(shù)制叫十進(jìn)制；基數(shù)為2的記數(shù)制叫做二進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)的計(jì)算規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。

二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：

NB=±Ki*2i其中：Ki

=0或1ni=-m例：二進(jìn)制數(shù)1011.1表示如下：(1011.1)B=1*23+0*22+1*21+1*20+1*2-1運(yùn)算規(guī)則：加法運(yùn)算：0+0=00+1=11+0=11+1=10（逢二進(jìn)一）減法運(yùn)算：0-0=010-1=1（借位）1-0=11-1=0乘法運(yùn)算：0*0=00*1=01*0=01*1=1除法運(yùn)算0/1=01/1=13、八進(jìn)制表示法八進(jìn)制數(shù)是基數(shù)為八的計(jì)數(shù)制。八進(jìn)制數(shù)主要采用0，1，2，…，7這八個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字。八進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則為“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”。八進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：

NO=±Ki*8i其中：Ki

=0、1、2、3、4、5、6、7ni=-m例：（467.6)O=4*82+6*81+7*80+6*8-14、十六進(jìn)制表示法基數(shù)為16，用0-9、A-F十五個(gè)字符來數(shù)值，逢十六進(jìn)一。各位的權(quán)值為16i。二進(jìn)制表示數(shù)值方法如下：

NH=±Ki*16i其中：Ki

=0-9、A-Fni=-m例：（56D.3)H=5*162+6*161+13*160+3*16-1二、進(jìn)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（1）、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。例:11101.101=1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=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)方法：A、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。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法：用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為0。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。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘2取整法：每次用2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2直到小部分為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。例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

2136余數(shù)（結(jié)果）低位

268----------0234----------0217----------028----------124----------022----------021----------00----------1高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。0.625*21.25*20.5*21.0取整：高位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D=(0.101)B若出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分一直不為“0”，則可以根據(jù)計(jì)算精度的要求截取一定的位數(shù)即可。如0.6*2

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（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A、二進(jìn)制數(shù)到八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換采用“三位化一位”的方法。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)0；向右不足三位的，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“四位化一位”的方法。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)0；向右不足四位的，從右邊補(bǔ)0。例：將(1000110.01)B轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。

1000110.01001000110.010(106.2)O二進(jìn)制數(shù)到十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換：（1000110.01）B=1000110.0101000110.0100(46.4)H（2）、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法：采用“一位化三位（四位）”的方法。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)，所得結(jié)果即為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例：將(352.6)o轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。

352.6011101010110=(11101010.11)B三、機(jī)器數(shù)的表示機(jī)器數(shù)：數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼。機(jī)器數(shù)的真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。常用的編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。1、原碼表示法原碼：用最高位表示符號(hào)，其中：0----正、1----負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對(duì)值。

例：求X1=1011，X2=-1011的原碼。（8位）

[X1]原=00001011

[X2]原=10001011

0的表示形式（8位）

[+0]原=00000000

[-0]原=10000000

特點(diǎn)

A、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。

C、8位數(shù)原碼所表示的范圍：-127～+1272、反碼表示法定義：若X>0，則[X]反=[X]原。若X<0，則[X]反=對(duì)應(yīng)原碼的符號(hào)位不變數(shù)值部分按位求反。[+0]反=00000000[-0]反=1111111[+1100111]反=01100111[-1100111]反=100110008位反碼所表示的范圍：-127～+1273、

補(bǔ)碼表示法正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼+1。[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=100000000[0]補(bǔ)=[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=000000008位補(bǔ)碼所表示的范圍：-128～+127

計(jì)算機(jī)中的數(shù)均為補(bǔ)碼形式。特殊數(shù)10000000該數(shù)在原碼中定義為：-0在反碼中定義為：-127在補(bǔ)碼中定義為：-128對(duì)無符號(hào)數(shù)：(10000000)２=1284、由補(bǔ)碼求真值某內(nèi)存單元的內(nèi)容是D2，為8位二進(jìn)制數(shù)，其所表示的十進(jìn)制數(shù)是多少？

[X]補(bǔ)=D2H=1

1010010B

X=[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[11010010]補(bǔ)

=-

0101110B=-2EH

所以：X=

-

46--5、補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則通過引進(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：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號(hào)位參與運(yùn)算。[例]：X=-0110100，Y=+1110100

求[X+Y]補(bǔ)

[X]原=10110100[X]補(bǔ)=[X]反+1=11001100[Y]補(bǔ)=[Y]原=01110100所以：[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)

=11001100+01110100=01000000思考：X、Y及X+Y各是多少？6、符號(hào)數(shù)運(yùn)算中的溢出問題進(jìn)(借)位——在加法過程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生進(jìn)位；在減法過程中，符號(hào)位向更高位產(chǎn)生借位。溢出——運(yùn)算結(jié)果超出運(yùn)算器所能表示的范圍。四、