微機原理微型計算機概述

1、微型計算機技術微型計算機技術微機原理與接口技術微機原理與接口技術余華芳余華芳 主講主講 授課學時：授課學時：45+1845+18學時學時 醫(yī)藥信息工程學院醫(yī)藥信息工程學院微型計算機技術微型計算機技術u姓姓 名：余華芳名：余華芳u單單 位：醫(yī)藥信息工程學院位：醫(yī)藥信息工程學院u辦公室：辦公室：C245u大學城短號及長號：大學城短號及長號：666555Q Q : 460395918u個人博客個人博客: http:/ 建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，培養(yǎng)建立微型計算機系統(tǒng)的整體概念，培養(yǎng)微機應用系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的綜合能力。微機應用系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的綜合能力。微型計算機的基本結構與

2、工作原理微型計算機的基本結構與工作原理匯編語言程序設計匯編語言程序設計微型計算機接口技術微型計算機接口技術 微型計算機技術微型計算機技術參考書參考書l 戴梅萼，史嘉權，微型計算機技術及應用（第戴梅萼，史嘉權，微型計算機技術及應用（第4版）版）清華大學出版社清華大學出版社l Barry B.Brey（美），金惠華等譯，（美），金惠華等譯，Intel微處理器微處理器（原書第（原書第7版）版） ，機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社 l 李繼燦，微型計算機技術及應用，清華大學出版社李繼燦，微型計算機技術及應用，清華大學出版社微型計算機技術微型計算機技術教學內容及時間安排教學內容及時間安排第第1章章 微型計

3、算機概述微型計算機概述(第第1周周)第第2章章 16位和位和32位微處理器位微處理器(第第2-3周周)第第3章章 Pentium的指令系統(tǒng)（復習和自學）的指令系統(tǒng)（復習和自學） (第第4-9周周)第第4章章 微型計算機存儲器系統(tǒng)微型計算機存儲器系統(tǒng)(第第10-11周周)第第5章章 微機與外設的數據傳輸微機與外設的數據傳輸(第第12周周)第第6章章 串并行通信和接口技術串并行通信和接口技術(第第13-14周周)第第7 7章章 中斷及中斷控制器中斷及中斷控制器(第第15周周)第第8 8章章 計數器計數器/ /定時器定時器(第第16-17周周)第第9 9章章 微機中的常用總線及復習微機中的常用總線及

4、復習(第第18周周)微型計算機技術微型計算機技術第第 1 章章 微型計算機概述及預備知識微型計算機概述及預備知識1.1 1.1 微型計算機的特點和發(fā)展微型計算機的特點和發(fā)展1.2 1.2 微型計算機的分類微型計算機的分類1.3 1.3 微型計算機系統(tǒng)的三個層次微型計算機系統(tǒng)的三個層次1.4 1.4 微型計算機的應用微型計算機的應用微型計算機技術微型計算機技術1.1 1.1 微型計算機的特點和發(fā)展微型計算機的特點和發(fā)展1.1.1 微型計算機的特點微型計算機的特點體積小、重量輕體積小、重量輕價格低廉價格低廉可靠性高、結構靈活可靠性高、結構靈活應用面廣應用面廣微型計算機技術微型計算機技術1.1.2

5、1.1.2 微型計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展1.1.微處理器的發(fā)展微處理器的發(fā)展（1 1）INTELINTEL微處理器的發(fā)展（見表）微處理器的發(fā)展（見表）Pentium 4Pentium 4的主要技術特性的主要技術特性于于20002000年年6 6月面世，第一代主頻為月面世，第一代主頻為1.4GHz1.4GHz2GHz,2GHz,第二代主第二代主頻為頻為1.6GHz1.6GHz3.06GHz, 3.06GHz, 目前超過目前超過3GHz3GHz采用超線程技術采用超線程技術3 3條超標量流水線，條超標量流水線，2020級流水線深度級流水線深度高效的亂序執(zhí)行功能高效的亂序執(zhí)行功能新型片上跟蹤緩存，

6、能存儲新型片上跟蹤緩存，能存儲x86x86指令解碼后的微操作指令指令解碼后的微操作指令采用采用6464位位4 4倍數據速率（倍數據速率（QDRQDR）前端總線）前端總線FSBFSB，外頻，外頻X4X4倍頻倍頻方式實現方式實現CPUCPU和內存的配合。和內存的配合。SSE2SSE2指令擴展，處理指令擴展，處理128128位位SIMDSIMD的整數和雙精度浮點的整數和雙精度浮點微型計算機技術微型計算機技術Intel臺式機微處理器的發(fā)展年表臺式機微處理器的發(fā)展年表代代發(fā)表發(fā)表年份年份字長字長(bits)(bits)型號型號線寬線寬( ( m)m)晶體管數晶體管數( (萬個萬個) )時鐘頻率時鐘頻率(

7、MHz)(MHz)速度速度(MIPS)(MIPS)一一19711971197219724 48 84004/40404004/40408008800850500.3110.050.05二二197419748 88080808020200.50.52-42-40.50.5三三197819781982198216168086/80888086/808880286802862-32-32.92.913.413.44.77-104.77-108-168-161300300七七20022002？6464ItaniumItanium0.130.13CPU:2.5KCPU:2.5KCach

8、e:30KCache:30K800(20800(20條指令條指令/ /時鐘周期時鐘周期) )30003000微型計算機技術微型計算機技術（2 2）從單處理器向多處理器發(fā)展）從單處理器向多處理器發(fā)展Pentium IIPentium II片內內集成了二級片內內集成了二級CacheCache。英特爾英特爾 酷?？犷?2 2 雙核處理器包含雙核處理器包含 2.91 2.91 億億個晶體管。個晶體管。（3 3）指令系統(tǒng)由復雜指令系統(tǒng)向精簡指令系統(tǒng)發(fā)展）指令系統(tǒng)由復雜指令系統(tǒng)向精簡指令系統(tǒng)發(fā)展復雜指令系統(tǒng)（復雜指令系統(tǒng)（CISCCISC）精簡指令系統(tǒng)（精簡指令系統(tǒng)（RISCRISC） MIPS R200

9、0/R3000MIPS R2000/R3000 Motorola 88000Motorola 88000 INTEL 80860INTEL 80860 Intel486Intel486以上計算機支持精簡指令以上計算機支持精簡指令（4 4）嵌入式處理器（單片機）應用前景廣闊）嵌入式處理器（單片機）應用前景廣闊 主要應用在工業(yè)系統(tǒng)或家用電器等專用場合。主要應用在工業(yè)系統(tǒng)或家用電器等專用場合。 INTEL MSC-48,51,96INTEL MSC-48,51,96單片機單片機 Rabbit2000Rabbit2000 ARMARM嵌入式處理器嵌入式處理器 DSPDSP數字信號處理器數字信號處理器微

10、型計算機技術微型計算機技術2. 2. 微型計算機系統(tǒng)的發(fā)展微型計算機系統(tǒng)的發(fā)展臺式機臺式機（1 1）多種形式）多種形式工作站工作站筆記本筆記本臺式機臺式機平板電腦 掌上掌上電腦電腦掌上電腦掌上電腦筆記本筆記本工作站工作站平板電腦平板電腦微型計算機技術微型計算機技術（2 2）開放的硬件結構）開放的硬件結構ISAISA，VESAVESA，PCIPCI，AGPAGP，USBUSB等總線連接等總線連接DIYDIY裝機：主板，裝機：主板，CPUCPU，芯片組，內存，芯片組，內存，硬盤，光驅，顯示卡，顯示器，機箱，硬盤，光驅，顯示卡，顯示器，機箱，鍵盤，鼠標，聲卡，音箱等。鍵盤，鼠標，聲卡，音箱等。微型計

11、算機技術微型計算機技術（3 3）豐富的軟件支持）豐富的軟件支持操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：Windows 9x/2000/XPWindows 9x/2000/XP，OS/2OS/2，UnixUnix，LinuxLinux開發(fā)語言：開發(fā)語言： ASMASM，C C，C+C+，VBVB，VC+VC+，DelphiDelphi，JAVAJAVA應用軟件：應用軟件：OfficeOffice，金山詞霸，財務軟件，金山詞霸，財務軟件，CAD/CAMCAD/CAM計算機網絡：廣域網，局域網計算機網絡：廣域網，局域網(LAN)(LAN)，無線，無線局域網局域網(WLAN)(WLAN)，藍牙，藍牙(Bluetooth)

12、(Bluetooth)，InternetInternet多媒體技術：媒體播放器，多媒體技術：媒體播放器，RealoneRealone微型計算機技術微型計算機技術1.3 1.3 微型計算機系統(tǒng)的三個層次微型計算機系統(tǒng)的三個層次l微處理器微處理器Microprocessorl微型計算機微型計算機Microcomputerl微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)Microcomputer System微型計算機系統(tǒng)外圍設備系統(tǒng)軟件微型計算機系統(tǒng)總線輸入/輸出接口存儲器（ROM、RAM）算術邏輯部件累加器、寄存器控制部件內部總線微型計算機技術微型計算機技術微型計算機系統(tǒng)的層次結構微型計算機系統(tǒng)的層次結構微處理器

13、微處理器存儲器存儲器I/OI/O接口接口總線總線 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微微 型型計算機計算機系系 統(tǒng)統(tǒng)微微 型型計算機計算機外外 設設運算器運算器控制器控制器寄存器寄存器鍵盤、鼠標鍵盤、鼠標顯示器顯示器軟驅、硬盤、光驅軟驅、硬盤、光驅 打印機、掃描儀打印機、掃描儀系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件微型計算機技術微型計算機技術微型計算機技術微型計算機技術1.3.1 1.3.1 微處理器微處理器1. CPU （Central Processing Unit）主要由控制器和運算器組成，是計算機的核心。主要由控制器和運算器組成，是計算機的核心。微處理器微處理器（Microprocessor）

14、，即微型計算機），即微型計算機中的中的CPU，將，將運算器和運算器和控制器等部件集成在一控制器等部件集成在一個芯片上，是微型計算機的核心。個芯片上，是微型計算機的核心。 微處理器主要包括：運算器、控制器和寄存微處理器主要包括：運算器、控制器和寄存器。器。 實現運算功能和控制功能實現運算功能和控制功能微型計算機技術微型計算機技術2.CPU2.CPU一般應具備的功能一般應具備的功能可以進行算術運算和邏輯運算；可以進行算術運算和邏輯運算；可以保存少量數據；可以保存少量數據；能對指令進行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作；能對指令進行譯碼并執(zhí)行規(guī)定的動作；能和存儲器、外設交換數據；能和存儲器、外設交換數據；提供整個

15、系統(tǒng)所需要的定時和控制；提供整個系統(tǒng)所需要的定時和控制；可以響應其他部件發(fā)來的中斷和可以響應其他部件發(fā)來的中斷和DMADMA請求。請求。微型計算機技術微型計算機技術3. CPU3. CPU的組成的組成算術邏輯部件（算術邏輯部件（ALUALU）累加器和通用寄存器累加器和通用寄存器程序計數器（指令指針）程序計數器（指令指針）指令寄存器和譯碼器指令寄存器和譯碼器時序和控制部件時序和控制部件移位寄存器移位寄存器標志寄存器等標志寄存器等微型計算機技術微型計算機技術微型計算機技術微型計算機技術2. 2. 微機系統(tǒng)典型硬件結構微機系統(tǒng)典型硬件結構ROMRAMI/O接口接口外設外設控制總線控制總線CB地址總線

16、地址總線AB數據總線數據總線DBCPU總總線線控控制制邏邏輯輯CPU部分部分微型計算機技術微型計算機技術3.IBM-PC3.IBM-PC硬件結構框圖（系統(tǒng)板部件框圖）硬件結構框圖（系統(tǒng)板部件框圖）總線控制邏輯8237 DMA控制器RAMROM8087協處理器8284A時鐘發(fā)生器8088微處理器8259A中斷控制器8253/4計數器/定時器8255A 并行接口系統(tǒng)配置開關揚聲器接口鍵盤接口62芯總線鍵盤8288總線控制器地址鎖存器數據收發(fā)器微型計算機技術微型計算機技術1.4 1.4 微型計算機的應用微型計算機的應用l科學計算科學計算l信息處理和事務管理信息處理和事務管理l過程控制過程控制l儀器、

17、儀表控制儀器、儀表控制l家用電器和民用產品家用電器和民用產品微型計算機技術微型計算機技術作業(yè)作業(yè) 查資料，寫一篇關于查資料，寫一篇關于“計算機發(fā)計算機發(fā)展簡史展簡史”或或“電子產品發(fā)展簡史電子產品發(fā)展簡史”的的論文，要求圖文并茂，文字不需太多，論文，要求圖文并茂，文字不需太多，但是圖片卻需要恰當，要能反映最新但是圖片卻需要恰當，要能反映最新產品或未來產品。產品或未來產品。微型計算機技術微型計算機技術預備知識（必須掌握）預備知識（必須掌握）l字節(jié)、字字節(jié)、字l二進制數的運算二進制數的運算l微型機中常用的編碼微型機中常用的編碼微型計算機技術微型計算機技術微型計算機技術微型計算機技術 1.1 數的表

18、示方法及數制間的轉換數的表示方法及數制間的轉換1.1.1 微型計算機中的常用數制微型計算機中的常用數制 微型計算機中常用的數制有三微型計算機中常用的數制有三種，即種，即十進制數十進制數、二進制數二進制數和和十六進十六進制數制數。 微型計算機技術微型計算機技術 1十進制數十進制數 十進制數是我們最熟悉的一種進位計數制，十進制數是我們最熟悉的一種進位計數制， 其主要特點是：其主要特點是： (1)(1) 它由它由0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9不不同的基本數碼符號構成，基數為同的基本數碼符號構成，基數為1010。 (2)(2) 進位規(guī)則是進位規(guī)則是“逢十

19、進一逢十進一”，一般在數的，一般在數的后面加符號后面加符號D D表示十進制數。表示十進制數。 所謂所謂基數，基數，在數學中指計數制中所用到的在數學中指計數制中所用到的數碼的個數。數碼的個數。 微型計算機技術微型計算機技術 2二進制數二進制數 二進制數是計算機內的基本數制，其主要二進制數是計算機內的基本數制，其主要 特點是：特點是： (1) 任何二進制數都只由任何二進制數都只由0和和1兩個數碼組兩個數碼組 成，其基數是成，其基數是2。 (2) 進借位規(guī)則是進借位規(guī)則是“逢二進一逢二進一, ,借一當二借一當二”. . 一般在數的后面用符號一般在數的后面用符號B B表示這個數是二進制數表示這個數是二

20、進制數. . 二進制數同樣可以用冪級數形式展開。二進制數同樣可以用冪級數形式展開。微型計算機技術微型計算機技術 (3) 字節(jié)：字節(jié)：8位二進制數約定為位二進制數約定為1字節(jié)字節(jié)MSBLSB D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位號：位號：字節(jié)：字節(jié)： 一個字節(jié)可表示一個字節(jié)可表示2 28 8個值（個值（0 0255255） LSBLSB： 最低有效位，最低有效位，D0D0位位 MSBMSB：最高有效位，最高有效位，D7D7位位 圖圖1.6 字節(jié)的定義字節(jié)的定義微型計算機技術微型計算機技術 (4) 字：字：2字節(jié)，字節(jié)，16位二進制數位二進制數 LSB： 最低有效位，最低有效位， D0

21、位位MSB： 最高有效位，最高有效位， D15位位一個字有一個字有216個值（個值（065535）微型計算機技術微型計算機技術 在微機軟件編程時，十六進制數常用于代碼在微機軟件編程時，十六進制數常用于代碼和數據的縮寫，其主要特點是：和數據的縮寫，其主要特點是： (1) 十六進制數由十六進制數由16個數符構成：個數符構成：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F，其中，其中A、B、C、D、E、F分別代表十進制數的分別代表十進制數的10、11、12、13、14、15，其基數是，其基數是16。 (2) 進借位規(guī)則是進借位規(guī)則是“逢十六進一，逢十六進一，借一當十六借一當十六”。一般在數的后面加一個字母一

22、般在數的后面加一個字母H表示是十六進制表示是十六進制數。數。 3十六進制數十六進制數微型計算機技術微型計算機技術表表1.1 各種進位制的對應關系各種進位制的對應關系 十進制十進制二進制二進制十六進制十六進制十進制十進制二進制二進制十六進制十六進制0 00 00 09 9100110019 91 11 11 1101010101010A A2 210102 2111110111011B B3 311113 3121211001100C C4 41001004 4131311011101D D5 51011015 5141411101110E E6 61101106 6151511111111F

23、F7 71111117 71616100001000010108 8100010008 8須記住須記住微型計算機技術微型計算機技術 1二進制數二進制數與與十六進制數十六進制數的轉換的轉換 （1） 二進制數轉化成十六進制數二進制數轉化成十六進制數 采用四位二進制數合成一位十六進制數的方采用四位二進制數合成一位十六進制數的方法，以小數點開始分成左側整數部分和右側小數法，以小數點開始分成左側整數部分和右側小數部分。部分。 例例1.1 把把10111110100.0011101B轉換成十六進制轉換成十六進制數數 。 解：解：101 1111 0100 . 0011 1010 B = 5F4.3AH 1

24、.1.2 數制間的轉換數制間的轉換微型計算機技術微型計算機技術（2） 十六進制數轉換成二進制數十六進制數轉換成二進制數 將十六進制數的每位分別用四位二進制將十六進制數的每位分別用四位二進制數碼表示，然后把它們連在一起即為對應的數碼表示，然后把它們連在一起即為對應的二進制數。二進制數。 例例1.2 把把13CA.58H轉換成二進制數。轉換成二進制數。 解：解： 13CA.58H=1 0011 1100 1010. 0101 1B微型計算機技術微型計算機技術 2. 二進制數與十進制數間的轉換二進制數與十進制數間的轉換 （1）二進制數轉換成十進制數）二進制數轉換成十進制數 將二進制數按權展開后相加即

25、得到對應的將二進制數按權展開后相加即得到對應的十進制數。十進制數。 例例1.3 將將1001B轉換成十進制數。轉換成十進制數。 解：按權相加得：解：按權相加得： 1001B = 123+120 = 8+1 = 9D = 9 其中，十進制數的后綴其中，十進制數的后綴“D”可省略?？墒÷?。微型計算機技術微型計算機技術 （2） 十進制數轉化成二進制數十進制數轉化成二進制數 十進制數的整數部分和小數部分轉化成二十進制數的整數部分和小數部分轉化成二進制數的方法不同，要將它們分別轉換，然后進制數的方法不同，要將它們分別轉換，然后將結果合并到一起即得到對應的二進制數。將結果合并到一起即得到對應的二進制數。

26、十進制整數轉成二進制整數的常用方十進制整數轉成二進制整數的常用方法是法是“除除2取余法取余法”，即用即用2連續(xù)去除要轉換的連續(xù)去除要轉換的十進制數和所得的商，直到商小于十進制數和所得的商，直到商小于2為止，依為止，依次記下各個余數，然后按最先得到的余數為最次記下各個余數，然后按最先得到的余數為最低位，最后得到的余數為最高位依次排列，就低位，最后得到的余數為最高位依次排列，就得到轉換后的二進制整數。得到轉換后的二進制整數。微型計算機技術微型計算機技術 十進制小數轉換成二進制小數的常用方法十進制小數轉換成二進制小數的常用方法是是“乘乘2取整法取整法”，即用即用2連續(xù)去乘要轉換的十進連續(xù)去乘要轉換的

27、十進制小數部分和前次乘積后的小數部分，依次記下制小數部分和前次乘積后的小數部分，依次記下每次乘積的整數部分，直到小數部分為每次乘積的整數部分，直到小數部分為0或滿足或滿足所需要的精度為止，然后按最先得到的整數為二所需要的精度為止，然后按最先得到的整數為二進制小數的最高位，最后得到的為最低位依次排進制小數的最高位，最后得到的為最低位依次排列，就得到轉換后的二進制小數。列，就得到轉換后的二進制小數。微型計算機技術微型計算機技術例例1.4 將將45.6789轉換為二進制數，其中二進制小轉換為二進制數，其中二進制小 數保留數保留4位。位。 解：解： 45.6789 = 101101.1011B微型計算

28、機技術微型計算機技術 3十六進制數和十進制數間的轉換十六進制數和十進制數間的轉換 （1）十六進制數轉換成十進制數十六進制數轉換成十進制數 將十六進制數按權展開后相加即得到對應的將十六進制數按權展開后相加即得到對應的 十進制數。十進制數。 例例1.5 將十六進制數將十六進制數3FEA換成十進制數。換成十進制數。 解：解：3FEAH = 3163+15162+14161+10160 = 16362 D = 16362微型計算機技術微型計算機技術(2) 十進制數轉換成十六進制數十進制數轉換成十六進制數 與十進制數轉換成二進制數類似，與十進制數轉換成二進制數類似，十進制整數部分采用十進制整數部分采用“

29、除除16取余逆排法取余逆排法”，十進制小數部分采用十進制小數部分采用“乘乘16取整順排法取整順排法”。 微型計算機技術微型計算機技術例例1.6 將將3901.76171875轉換成十六進制數。轉換成十六進制數。 3901.76171875=F3D.C3H微型計算機技術微型計算機技術1.2 二進制數的運算二進制數的運算 1.2.1 算術運算算術運算 1. 加法運算加法運算 運算規(guī)則為：運算規(guī)則為：0+0=0 、1+0=0+1=1、 1+1=10(向高位有進位向高位有進位)。 2. 減法運算減法運算 運算規(guī)則為：運算規(guī)則為：0-0=0、1-0=1、1-1=0、 0-1=1(向高位借向高位借1當作當

30、作2)。微型計算機技術微型計算機技術 3. 乘法運算乘法運算 運算規(guī)則為：運算規(guī)則為：00=0、01=10=0、 11=1。 4. 除法運算除法運算 除法運算是乘法運算的逆運算。與十進制類除法運算是乘法運算的逆運算。與十進制類似，從被除數最高位開始取出與除數相同的位似，從被除數最高位開始取出與除數相同的位數，減去除數。數，減去除數。 微型計算機技術微型計算機技術 1.2.2 邏輯運算邏輯運算 微機內二進制信息的邏輯運算由專門的邏微機內二進制信息的邏輯運算由專門的邏輯電路完成。輯電路完成。 1. 邏輯與運算邏輯與運算 (AND AL, 0FH) 邏輯與常用符號邏輯與常用符號“”表示，運算規(guī)則為表

31、示，運算規(guī)則為：00=000=0，10=010=0，01=001=0，11=111=1。兩個位。兩個位數相同的二進制數進行邏輯與時，只是對應位數相同的二進制數進行邏輯與時，只是對應位進行與運算。進行與運算。 微型計算機技術微型計算機技術 2. 邏輯或運算邏輯或運算(OR AL, 0FH) 邏輯或又稱為邏輯加，常用符號邏輯或又稱為邏輯加，常用符號“”表表示，其運算規(guī)則為：示，其運算規(guī)則為：00=0，10=1，01=1，11=1。 3. 邏輯非運算邏輯非運算(NOT AL) 邏輯非運算又稱邏輯取反，常用運算符號邏輯非運算又稱邏輯取反，常用運算符號“-”表示，運算規(guī)則為：表示，運算規(guī)則為： = 1，

32、 = 0。 01微型計算機技術微型計算機技術 4. 邏輯異或運算邏輯異或運算(XOR AL, 0FH) 邏輯異或又稱半加，是不考慮進位的加法邏輯異或又稱半加，是不考慮進位的加法，常用運算符號，常用運算符號 表示。表示。 例例1.7 72H ABH = ？ 解：解： 0111 0010 B 1010 1011 B 1101 1001 B 72H ABH = 11011001B = D9H 微型計算機技術微型計算機技術1.3 微機的碼制和編碼微機的碼制和編碼 數數在在計算機內計算機內的表示形式稱為的表示形式稱為機器數機器數這個這個數本數本身身稱為稱為真值。真值。例例1.8 正數正數 +100 01

33、01B（+45H） 100 0101B0 （45H）機器數機器數真真值值例例1.9 負數負數 - 101 0101B（- 55H） 101 0101B1 （ D5H）機器數機器數真值真值1.3.1 機器數及其真值機器數及其真值微型計算機技術微型計算機技術 1.3.2 原碼、反碼和補碼原碼、反碼和補碼 在在8位微型計算機中約定，最高位位微型計算機中約定，最高位D7用來表示符號，而其他用來表示符號，而其他7位用于表示位用于表示數值。如圖數值。如圖1.7所示，所示，D7=0表示正數表示正數，D7=1表示負數表示負數。微型計算機技術微型計算機技術D1D2D3D4D5D6D7D0符號位數值位 圖圖1.7

34、 8位機器數結構位機器數結構 最高位最高位微型計算機技術微型計算機技術1. 原碼原碼 最高位為符號位，最高位為符號位，數值數值為為絕對值絕對值2. 反碼反碼 正數的反碼與其原碼相同。正數的反碼與其原碼相同。 負數的負數的反碼反碼符號位為符號位為1，數值位，數值位為其為其原原碼碼數值位數值位逐位取反。逐位取反。微型計算機技術微型計算機技術 3. 補碼補碼 正數的補碼與其原碼相同；正數的補碼與其原碼相同； 負數的補碼為其反碼末位加負數的補碼為其反碼末位加1。 計算機中，計算機中，帶符號數的帶符號數的運算運算均采用補碼。均采用補碼。例例1.11 正數正數 +100 0101B（+45H） 100 0

35、101B0 反碼反碼 100 0101B0 補碼補碼例例1.10 負數負數 - 101 0101B （- 55H） 010 1010B1 反碼反碼（AAH） 010 1011B1 補碼補碼（ABH）微型計算機技術微型計算機技術由補碼求其真值的方法由補碼求其真值的方法 求補得到求補得到原碼原碼（符號位符號位+ +數值位數值位），依原碼），依原碼求真值。如：求真值。如：補碼為：補碼為：1010 1011B求補得：求補得：1101 0101B真值為：真值為：-55H。微型計算機技術微型計算機技術 1BCD碼碼 BCD碼碼是將每一位十進制數用二進制數編是將每一位十進制數用二進制數編碼，它保留了碼，它保

36、留了十進制的權，十進制的權，數字則數字則用二進制數用二進制數表示，因而也稱為表示，因而也稱為二二-十十進制數。進制數。一般用標識一般用標識符符BCD表示。表示。BCD碼種類較多，如碼種類較多，如8421碼、碼、2421碼、格雷碼等，其中最常用的編碼為碼、格雷碼等，其中最常用的編碼為8421碼。碼。 1.3.2 微型機中常用的編碼微型機中常用的編碼微型計算機技術微型計算機技術 補碼的優(yōu)點：補碼的優(yōu)點：將將減法減法運算轉換為運算轉換為加法，加法，且且數值連同數值連同符號位符號位可可一起參加運算一起參加運算例例1.12 45H-55H= -10H 45H補： 0100 0101+-55H補： 101

37、0 1011 -10H補： 1111 0000 求補求補得得原碼：原碼： 1001 0000真值：真值： - 001 0000 （10H）微型計算機技術微型計算機技術 (1) 8421碼編碼方法碼編碼方法 8421碼編碼原則是每位十進制數用碼編碼原則是每位十進制數用4位位二二進制數進制數來表示，來表示，8、4、2、1代表代表4位二進制數位二進制數每一位的權。每一位的權。8421碼名稱也由此而得。十進制碼名稱也由此而得。十進制數共有數共有09十個數字，而十個數字，而4位二進制數共有位二進制數共有16種組合。種組合。8421碼用其中碼用其中0000B1001B組合表組合表示示09十個十進制數。而十

38、個十進制數。而1010B1111B六個六個編碼舍去不用。它們之間的對應關系如表編碼舍去不用。它們之間的對應關系如表1.2所所示。示。微型計算機技術微型計算機技術表表1.2 8421碼與十進制數的對應關系碼與十進制數的對應關系十進制數十進制數BCD碼碼十進制數十進制數 BCD碼碼00000B81000B10001B91001B20010B1000010000B30011B1100010001B40100B1200010010B50101B1300010011B60110B1400010100B70111B1500010101B微型計算機技術微型計算機技術 (2) BCD碼的運算碼的運算 BCD碼

39、用碼用4位二進制數表示位二進制數表示09十個十進制十個十進制數，但數，但4位二進制數可表示位二進制數可表示16種狀態(tài)。因而種狀態(tài)。因而有有六種六種狀態(tài)在狀態(tài)在BCD編碼中為編碼中為非法碼。非法碼。這樣在這樣在BCD碼的運算中必須進行修正才能得到正確的結果碼的運算中必須進行修正才能得到正確的結果。微型計算機技術微型計算機技術 BCD碼加法運算：碼加法運算： 兩個兩個BCD碼相加的原則是碼相加的原則是“逢十進位逢十進位”，其和也是一個其和也是一個BCD數。數。 BCD碼減法運算：碼減法運算： BCD碼作減法運算時也需要修正。修正的碼作減法運算時也需要修正。修正的原則是：低原則是：低4位出現非法碼位

40、出現非法碼(大于大于9)或低或低4位向高位向高4位有借位，則低位有借位，則低4位減位減6修正；高修正；高4位出現非法位出現非法碼碼(大于大于9)或高或高4位最高位有借位，則高位最高位有借位，則高4位減位減6修正。修正。微型計算機技術微型計算機技術(3) 非壓縮非壓縮BCD碼：碼：8位碼表示位碼表示1位十進位十進 制數（高制數（高4位填位填0）的編碼。）的編碼。采用采用壓縮壓縮BCD碼碼比采用比采用非壓縮非壓縮BCD碼節(jié)碼節(jié)省存儲空間。省存儲空間。 (4) 非法碼：非法碼： 4位代碼在位代碼在1010B1111B范圍時，范圍時，稱之稱之 為為BCD碼的碼的非法碼非法碼。微型計算機技術微型計算機技

41、術2. ASCII碼碼 ASCII碼（碼（American Standard Coded for Information Interchange）是）是“美國信息交換美國信息交換標準碼標準碼”的簡稱，后來由國際標準組織（的簡稱，后來由國際標準組織（ISO）確定為國際標準字符編碼。它是微機中最常）確定為國際標準字符編碼。它是微機中最常使用的字符編碼。使用的字符編碼。 ASCII碼由碼由7位二進制碼構成，可表示位二進制碼構成，可表示128（27=128）個字符，）個字符，ASCII碼表碼表見表見表1-3 。微型計算機技術微型計算機技術表表 1.3 ASCII 碼碼 表表 微型計算機技術微型計算機技

42、術本章小結本章小結 1. 將算術邏輯部件將算術邏輯部件ALU、控制部件、控制部件CU、寄、寄存器組以及片內總線等集成在同一塊芯片上的，存器組以及片內總線等集成在同一塊芯片上的，具有運算和控制功能的中央處理單元，稱為微處具有運算和控制功能的中央處理單元，稱為微處理器，簡稱為理器，簡稱為CPU或或MPU。微型計算機是以。微型計算機是以CPU為核心，再配上存儲器、為核心，再配上存儲器、I/O接口電路及相應的外接口電路及相應的外部設備。微機的組成結構決定了它具有體積小、部設備。微機的組成結構決定了它具有體積小、重量輕、功耗低、結構靈活、價格低廉和應用廣重量輕、功耗低、結構靈活、價格低廉和應用廣泛等特點。泛等特點。微型計算機技術微型計算機技術 2. 按一定的進位原則進行計數的科學方法稱按一定的進位原則進行計數的科學方法稱為數制。二進制、十進制和十六進制是微機中的為數制。二進制、十進制和十六進制是微機中的常用進制。它們都有各自的特點和運算規(guī)則，并常用進制。它們都有各自的特點和運算規(guī)則，并且