大連理工823機械復(fù)試微機原理

1、大連理工大學(xué)自動化系微機原理2022/8/14 4:33計算機原理講義2課程的性質(zhì)、任務(wù)和目的：是計算機類的一門基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)計算機硬件和匯編語言的入門課程。了解、掌握微型計算機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、輸入輸出(I/O)接口、硬件連接及匯編語言程序設(shè)計的方法。建立起微機系統(tǒng)的整體概念，能夠進行簡單的微型計算機系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。課程目標(biāo)2022/8/14 4:33計算機原理講義3戴梅萼，微型計算機技術(shù)及應(yīng)用， 清華大學(xué)出版社沈美明、溫冬嬋， IBM-PC匯編語言程序設(shè)計， 清華大學(xué)出版社課程參考書目姓 名：劉文琦單 位：控制科學(xué)與工程學(xué)院電 話：84706002-3713辦 公 室：創(chuàng)新園大廈B

2、713Email： 任課教師2022/8/14 4:33計算機原理講義5第一章 微型計算機系統(tǒng)概論第二章 8086/8088微處理器第三章 8086微處理器的指令系統(tǒng)第四章 匯編語言程序設(shè)計第五章 存儲器系統(tǒng)第六章 輸入/輸出接口第七章 中斷與中斷控制第八章 I/O接口技術(shù)第九章 串行通訊技術(shù) 課程目錄2022/8/14 4:33計算機原理講義6第一章 微型計算機系統(tǒng)概論1.1 微型計算機概述1.2 微型計算機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工 作原理1.3 微型計算機內(nèi)信息的表示1.4 硬件知識回顧2022/8/14 4:33計算機原理講義7 1.1.1 微型計算機的常用術(shù)語 1.1.2 微型計算機的發(fā)展

3、1.1.3 微型計算機系統(tǒng) 1.1.4 微型計算機的應(yīng)用1.1 微型計算機概述2022/8/14 4:33計算機原理講義81位和字節(jié)位(bit)是計算機所能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單位; 取值只能為0或1的一個二進制數(shù)值位。位作為單位時記作b。字節(jié)(byte)由8位二進制位組成，通常用作計算存儲容量的單位；字節(jié)作為單位時記作B。 K 是kelo的縮寫，1K=1024B=210； M是mega的縮寫，1M=1024K=220； G 是giga的縮寫，1G=1024M=230； T 是tera的縮寫，1T=1024G=240。1.1.1 微型計算機的常用術(shù)語2022/8/14 4:33計算機原理講義

4、92字長字長是微處理器一次可以直接處理的二進制數(shù)碼的位數(shù); 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。微處理器的字長有4位、8位、16位和32位等等。 8086稱為16位處理器，8088稱為準(zhǔn)16位微處理器，而80386SX稱為準(zhǔn)32位微處理器。2022/8/14 4:33計算機原理講義10 3主頻主頻（時鐘頻率） 表示微處理器的運行速度; 主頻越高表明微處理器運行越快，單位MHz。 早期微處理器：主頻 = 外頻 80486DX2開始：主頻 = 外頻倍頻系數(shù)外頻 外部總線頻率; 外頻越高說明微處理器與系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度越快，因而微型計算機的運行速度也越快，單位MHz 。倍頻系

5、數(shù) 微處理器的主頻與外頻之間的相對比例系數(shù)。2022/8/14 4:33計算機原理講義114MIPS (Millions of Instruction Per Second)表示微處理器的性能，即每秒鐘能執(zhí)行多少百萬條指令。執(zhí)行不同類型的指令所需時間長度不同，MIPS = AVG(不同指令出現(xiàn)的頻度*系數(shù)) 。 主頻為25MHz的80486其性能大約是20MIPS； 主頻為400MHz的Pentium II的性能為832MIPS。2022/8/14 4:33計算機原理講義12世界上第一臺現(xiàn)代意義的電子計算機是1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計制造的ENIAC 電子計算機的發(fā)展：電子管計算機晶體管

6、計算機中小規(guī)模集成電路計算機超大規(guī)模集成電路計算機1.1.2 微型計算機的發(fā)展2022/8/14 4:33計算機原理講義13ENIAC(1946, 18000電子管，150千瓦，重30噸，5000次/秒，.)2022/8/14 4:33計算機原理講義14微型計算機：以大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路為主要部件集成的微處理器為核心而構(gòu)造的計算機。采用字長和典型的微處理器芯片作為各階段標(biāo)志：第一代：1971年1972年 4位和低檔8位微機 400440408008 MCS-8微型計算機 字長為4位或8位，集成度約為3500晶體管/片，微處理器的主頻為0.5MHz。 基本指令48條。2022/8/14 4:

7、33計算機原理講義15第二代：1973年1977年 中高檔8位微機 Zilog Z80、Inter 8085、Motorola 6800，Apple-II微機(MC6502) 字長為8位，集成度約為6000晶體管/片，微處理器的主頻為1MHz。 基本指令70多條。2022/8/14 4:33計算機原理講義16Apple微型計算機Apple-IApple-II返回2022/8/14 4:33計算機原理講義17 第三代：1978年-1984年 16位微機 8086808880286、M68000、Z8000，IBM PC系列機 字長16位，地址總線為2024位，從而使尋址空間達116MB。 采用了

8、31.5 m工藝，集成了29,000 134,000個晶體管，工作頻率為4.776 MHz。2022/8/14 4:33計算機原理講義18 第四代：1985年- 32位微機 8038680486PentiumPentium II / III / 4, 32位PC機、Macintosh機、PS/2機80386，第一個實用的32位微處理器，采用了1.5m工藝，集成了275,000個晶體管，工作頻率達到16MHz。 80386的內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)總線和地址總線都是32位的。通過32位的地址總線，80386的可尋址空間達到4GB。2022/8/14 4:33計算機原理講義1980486，采用1m工藝，集

9、成了120萬個晶體管，工作頻率為25MHz。80486微處理器由三個部件組成： 80386體系結(jié)構(gòu)的主處理器 與80387相兼容的數(shù)學(xué)協(xié)處理器 8KB容量的高速緩沖存儲器。2022/8/14 4:33計算機原理講義20Pentium、 Pentium MMX 、Pentium Pro、Pentium II、Pentium III、 Pentium IV 0.8m -0.18m工藝技術(shù)，集成了310萬-4200萬個晶體管，工作頻率為60MHz/66MHz-3GHz。采用二級高速緩存，2級超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)，一個時鐘周期可以執(zhí)行3條指令。 體系結(jié)構(gòu)上， Pentium在內(nèi)核中采用了RISC技術(shù)，可以

10、說它是CISC和RISC技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 指令采用IA-32指令架構(gòu)，逐步增加了面向多媒體數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的擴展指令集。2022/8/14 4:33計算機原理講義21 第五代：2000年 64位微機 Itanium、64位RISC微處理器芯片 微機服務(wù)器、工程工作站、圖形工作站采用顯式并行指令計算的全新指令架構(gòu)，IA-64架構(gòu)。2022/8/14 4:33計算機原理講義22 發(fā)展趨勢： 從單處理器向多處理器發(fā)展 80486有一個定點處理器，一個浮點處理器 Pentium有二個定點處理器，一個浮點處理器； Pentium Pro有四個定點處理器，二個浮點處理器，支持多CPU; Pentium

11、 II片內(nèi)集成了二級Cache。 2022/8/14 4:33計算機原理講義23 指令系統(tǒng)由復(fù)雜指令系統(tǒng)向精簡指令系統(tǒng)發(fā)展 復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC） 精簡指令系統(tǒng)（RISC） MIPS R2000/R3000 Motorola 88000 INTEL 80860 Intel486以上計算機支持精簡指令2022/8/14 4:33計算機原理講義241.1.3 微型計算機系統(tǒng)微處理器 微型計算機 微型計算機系統(tǒng) 定義：微型計算機系統(tǒng)（MCS puter System）是以微型計算機（主機）為核心，配上外圍設(shè)備、電源和軟件等，能獨立工作的完整計算機。2022/8/14 4:33計算機原理講義25 微

12、處理器（嚴(yán)格講，微處理器 CPU）CPU 計算機中執(zhí)行運算和控制功能的區(qū)域，由算術(shù)邏輯部件(ALU)和控制部件(CU)兩大主要部分組成微處理器 把CPU和一組稱為寄存器（Registers）的特殊存儲器集成在一片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路封裝之中2022/8/14 4:33計算機原理講義26微處理器實例一4004微處理器，1971，2300晶體管8008微處理器，1973，3500晶體管8086微處理器，1978，2.9萬晶體管80286微處理器，1982，13.5萬晶體管2022/8/14 4:33計算機原理講義2780386微處理器，1985，32萬晶體管微處理器實例二80486微處

13、理器，1990，120萬晶體管Pentium微處理器，1993，320萬晶體管Pentium4微處理器，2000，4200萬晶體管2022/8/14 4:33計算機原理講義28微處理器實例三處理器新革命ITANIUM（安騰）IA-64架構(gòu)處理器ITANIUM 2 (2.14億晶體管，1GHZ主頻，0.18微米線寬，328個寄存器，.）2022/8/14 4:33計算機原理講義29 微型計算機以微處理器為核心，配上由大規(guī)模集成電路制作的只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM）、輸入輸出接口電路及系統(tǒng)總線（計算機中連接各部件的一組公共通訊線）等所組成的計算機，稱為微型計算機。將這些組成部分集成在

14、一片超大規(guī)模集成電路芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。2022/8/14 4:33計算機原理講義30 微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng) 以微型計算機為中心，配以相應(yīng)的外圍設(shè)備以及控制微型計算機工作的軟件（軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類）構(gòu)成的。微型計算機如果不配有軟件，通常稱為裸機。單板機 將微型計算機的各個部分都集成在一塊印制電路板上，并配以簡單的外設(shè)（如鍵盤）等，構(gòu)成的一個簡單的計算機系統(tǒng)。2022/8/14 4:33計算機原理講義31算術(shù)邏輯單元(ALU)控制器內(nèi)部總線微處理器存儲器（RAM、ROM）I/O接口系統(tǒng)總線外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫等微 型 計 算 機 系 統(tǒng)微型

15、計算機寄存器組2022/8/14 4:33計算機原理講義32MCS硬件軟件主機外設(shè) CPUMemory RAM，ROM I/O接口I/O設(shè)備 輸入設(shè)備，輸出設(shè)備數(shù)據(jù)通道 軟盤，硬盤，光盤外部電路 ADC，DAC系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件 Office，MSN，Protel 等 數(shù)據(jù)庫 Oracle，Sybase，SQL Server，F(xiàn)oxpro 等操作系統(tǒng)內(nèi)存管理, 進程管理, 文件管理, 外設(shè)管理; 如: Windows，Unix監(jiān)控管理程序ROMBIOS語言編譯程序區(qū)別3個概念2022/8/14 4:33計算機原理講義33明確3個概念的區(qū)別微處理器（Microprocessor）一個大規(guī)模集成電路

16、芯片內(nèi)含控制器、運算器和寄存器等微機中的核心芯片微型計算機（ puter）通常指微型計算機的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：微機、微型機微型計算機系統(tǒng)（ puter system）指由硬件和軟件共同組成的完整的計算機系統(tǒng)返回2022/8/14 4:33計算機原理講義34可以分為兩個主要應(yīng)用方向用于數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理及信息管理方向通用微機，例如：PC微機功能越強越好、使用越方便越好用于過程控制及智能化儀器儀表方向?qū)Ｓ梦C，例如：工控機、單片機可靠性高、實時性強程序相對簡單、處理數(shù)據(jù)量小 將CPU以及其他主要部件（如ROM、RAM、I/O接口）都集成在一個微處理器芯片中例如：常用的MCS-51、MCS-9

17、61.1.4 微型計算機的應(yīng)用2022/8/14 4:33計算機原理講義35 1.2.1微型計算機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.2.2微型計算機的工作過程1.2 微型計算機的系硬件統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理2022/8/14 4:33計算機原理講義36馮諾依曼結(jié)構(gòu)1.2.1 微型計算機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和程序以二進制代碼的形式表示數(shù)據(jù)和程序存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也是二進制形式計算機在程序控制下自動執(zhí)行，具體來說，即控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（即程序）工作，并由一個程序計數(shù)器（PC）控制指令的執(zhí)行。2022/8/14 4:33計算機原理講義37馮諾依曼計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入

18、部件和輸出部件五大部分組成 控制器 輸入部件 存儲器 輸出部件 運算器 2022/8/14 4:33計算機原理講義38CPU (中央處理單元)Central Processing UnitALU (算術(shù)邏輯單元)Arithmetic Logic Unit控制器Memory(存儲器)RAM (讀寫存儲器)ROM (只讀存儲器)I/O接口 主機與外設(shè)的匹配連接BUS (總線)AB (地址總線)DB (數(shù)據(jù)總線)CB (控制總線)微型計算機的硬件結(jié)構(gòu)2022/8/14 4:33計算機原理講義39微型計算機的系統(tǒng)組成控制總線CB數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB系統(tǒng)總線形成中央處理單元CPUI/O設(shè)備I/O接口

19、存儲器系統(tǒng)總線BUS微處理器存儲器I/O接口系統(tǒng)總線主機輸入設(shè)備輸出設(shè)備2022/8/14 4:33計算機原理講義40 系統(tǒng)總線定義：總線是指傳遞信息的一組公共通信線；作為傳送信息的公共通道，微機系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)功能部件?？偩€信號可分成三組地址總線AB：傳送地址信息數(shù)據(jù)總線DB ：傳送數(shù)據(jù)信息控制總線CB ：傳送控制信息總線還有電源、地線等其他輔助信號2022/8/14 4:33計算機原理講義41地址總線AB 用于傳遞地址信息的通信線單向，成組使用指定尋址的存儲器單元或I/O端口的地址地址線的多少決定了系統(tǒng)直接尋址存儲器的范圍數(shù)據(jù)總線DB 用來傳遞數(shù)據(jù)信息的通信線雙向，成組使用CPU讀

20、操作時，外部數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往CPU CPU寫操作時，CPU數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送往外部數(shù)據(jù)線的多少決定了一次能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)2022/8/14 4:33計算機原理講義42控制總線CB 用來傳輸控制信號的通信線，以便控制計算機各部件協(xié)調(diào)工作有輸入，也有輸出，獨立使用協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部件的操作，有輸出控制、輸入狀態(tài)等控制總線決定了系統(tǒng)總線的特點，例如功能、適應(yīng)性等2022/8/14 4:33計算機原理講義438086微處理器8288總線控制器I/O通道8259中斷控制器隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM8253定時控制器8237DMA控制器8255并行接口控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址鎖存器數(shù)據(jù)收發(fā)器揚聲

21、器接口8284A時鐘發(fā)生器鍵盤接口系統(tǒng)配置開關(guān) 微處理器子系統(tǒng)8086CPU：16位內(nèi)部結(jié)構(gòu)、16位數(shù)據(jù)總線、20 位地址總線、4.77MHz主頻 存儲器ROM-BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）、主體為RAM I/O接口控制電路8259A、8253、8237A、8255等 I/O通道62線的IBM PC總線主機板結(jié)構(gòu)2022/8/14 4:33計算機原理講義44 馮諾依曼機存儲程序工作原理存儲程序工作原理：把程序存儲在計算機內(nèi)，使計算機能像快速存取數(shù)據(jù)一樣地快速存取組成程序的指令。為實現(xiàn)控制器自動連續(xù)地執(zhí)行程序，必須 先把程序和數(shù)據(jù)送到存儲器中保存； 然后給出程序中第一條指令的地址； 控制器依據(jù)存

22、儲程序中的指令順序周而復(fù)始地取指令、譯碼、執(zhí)行，直到完成全部指令操作為止，即控制器通過指令流的串行順序驅(qū)動實現(xiàn)程序控制。1. 2.3 微型計算機的工作過程2022/8/14 4:33計算機原理講義45微型計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程。程序由指令序列組成，執(zhí)行程序的過程就是執(zhí)行指令序列的過程，即逐條地從存儲器中取出指令并完成指令所指定的操作。執(zhí)行每一條指令，都包括取指、譯碼和執(zhí)行三個基本步驟。微型計算機的工作過程，就是不斷地取指令、譯碼和執(zhí)行的過程，直到遇到停機指令時才結(jié)束機器的運行。 微型計算機工作過程2022/8/14 4:33計算機原理講義462022/8/14 4:33計算機原理講

23、義47計算1+2=?匯編語言程序?qū)?yīng)的機器指令 對應(yīng)的操作MOV AL, 1 10110000 將立即數(shù)1傳送到 00000001 累加寄存器AL中ADD AL, 2 00000100 計算兩個數(shù)的和， 00000010 結(jié)果存放到AL中MOV 0008, AL 10100010 將AL中的數(shù)傳送到 00001001 地址單元 HLT 11110100 停機2022/8/14 4:33計算機原理講義482022/8/14 4:33計算機原理講義49 1.3.1 進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換 1.3.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 1.3.3 非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.3 微型計算機內(nèi)信息的表示2022/8/14 4:

24、33計算機原理講義501、進位計數(shù)值 十進制符合人們的習(xí)慣 二進制便于物理實現(xiàn) 十六進制便于識別、書寫 八進制均采用的都是進位計數(shù)制；進位計數(shù)制中用少量數(shù)碼按次序排列成數(shù)位，并按由低到高的進位方式進行計數(shù)。1.3.1 進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換2022/8/14 4:33計算機原理講義51基數(shù)和權(quán)是進位計數(shù)制的兩個基本要素?；鶖?shù)：進位計數(shù)制中所用數(shù)碼的個數(shù)；基數(shù)為r的進位計數(shù)制中需要r個數(shù)碼，每個數(shù)位計滿r就向高位進一，即逢r進一。進位計數(shù)制表示的數(shù)中，同一數(shù)字處在不同位置表示不同的值；權(quán)：不同位置的同一數(shù)字所表示的值等于該數(shù)字乘以一個所在數(shù)位對應(yīng)的常數(shù)，這一常數(shù)就是該數(shù)位所具有的權(quán)。r進制數(shù)各位

25、的權(quán)是以r為底的冪。2022/8/14 4:33計算機原理講義52任何一個r進制數(shù)N可以表示為：若r=10，十進制數(shù)，各位的權(quán)是以10為底的冪，(D) ；若r=2，二進制數(shù)，各位的權(quán)是以2為底的冪，(B) ；若r=8，八進制數(shù)，各位的權(quán)是以8為底的冪， (O) ；若r=16，十六進制數(shù)，其各位的權(quán)是以16為底的冪， (H)， 十六進制中共有16個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。2022/8/14 4:33計算機原理講義532、進制的轉(zhuǎn)換 r進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)按照公式展開求和例1. 分別把二進制數(shù)1011.01和十六進制數(shù)F0.C用十進制表示2022/8/

26、14 4:33計算機原理講義54 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為r進制數(shù)整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換整數(shù)部分N的轉(zhuǎn)換步驟：把r寫成十進制數(shù)；將N除以r，記錄商和余數(shù)，用r進制表示的余數(shù)便是r進制表示數(shù)的最低位數(shù)字；把商重復(fù)中的運算直到商為0，最后得到的余數(shù)即為十進制數(shù)N用r進制表示時的最高位數(shù)字。2022/8/14 4:33計算機原理講義55例2. 把十進制數(shù)103用二進制表示例3. 把十進制數(shù)506用十六進制表示（1100111B）（1FAH）2022/8/14 4:33計算機原理講義56小數(shù)部分M的轉(zhuǎn)換步驟： 把r寫成十進制數(shù)； 將M乘以r，記錄積的整數(shù)部分和小數(shù)部分，r進制表示的整數(shù)部分即為轉(zhuǎn)換后r進

27、制小數(shù)的最高位； 把上次積的小數(shù)部分進行中所述乘以r取整的運算；重復(fù)這種運算直到積的小數(shù)部分為0，或者達到所要求的位數(shù)，這時的整數(shù)部分即為十進制數(shù)N轉(zhuǎn)換成r進制小數(shù)的最低位。例4. 把十進制0.8125用八進制表示（0.64O）2022/8/14 4:33計算機原理講義57 二進制與八進制、十六進制的相互轉(zhuǎn)換二進制十六進制：從小數(shù)點位置開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每四位二進制數(shù)為一組用一位十六進制的數(shù)字來表示，不足四位的用0補足。例5. 二進制1011011010111.11101用十六進制表示16D7.E8H2022/8/14 4:33計算機原理講義58二進制八進制：從小數(shù)點位置開始，

28、整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每三位二進制數(shù)為一組用一位八進制的數(shù)字來表示，不足三位的用0補足。例6. 把八進制數(shù)62.31用二進制表示（110010.011001B）2022/8/14 4:33計算機原理講義59 幾個概念真值：數(shù)的原始表示形式。機器數(shù)：在計算機中使用的數(shù)據(jù)的實際表示形式稱為機器數(shù)。定點數(shù)：小數(shù)點的位置默認(rèn)并固定的機器數(shù)。如果小數(shù)點的位置固定在機器數(shù)的最右側(cè)，則為定點整數(shù)。無符號定點整數(shù)（無符號數(shù)）：此類機器數(shù)的表示范圍為正數(shù)和零，不含負(fù)數(shù)。有符號定點整數(shù)（有符號數(shù)）：機器數(shù)的表示范圍包括正數(shù)、負(fù)數(shù)和零。1.3.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 2022/8/14 4:33計算機原理講義60

29、1、有符號數(shù)的表示 表示方法把二進制數(shù)的最高一位定義為符號位，符號位為0表示正數(shù)，符號位為1表示負(fù)數(shù)此時機器數(shù)是指在計算機中使用的、連同符號位一起數(shù)值化了的數(shù)。真值即機器數(shù)所表示的真實的數(shù)值。對于符號數(shù)，機器數(shù)常用的表示方法有原碼X原、反碼X反和補碼X補三種。2022/8/14 4:33計算機原理講義61原碼表示法：最高位表示符號，數(shù)值位用二進制絕對值表示的方法。反碼表示法：一個負(fù)數(shù)的原碼符號位保持不變，其余位取反就是機器數(shù)。正數(shù)的反碼與原碼相同。補碼表示法：將負(fù)數(shù)的反碼加1，則得到機器數(shù)的補碼表示。正數(shù)的補碼與原碼相同。即：一個正數(shù)的原碼、反碼和補碼相同，而一個負(fù)數(shù)的原碼、反碼和補碼不同。2

30、022/8/14 4:33計算機原理講義62 補碼加減法的運算規(guī)則XY補=X補+Y 補其中X，Y為正負(fù)數(shù)均可，符號位參與運算。計算機內(nèi)有符號數(shù)默認(rèn)用補碼表示。一個字節(jié)表示有符號數(shù)的范圍：原碼表示：-127+127；有+0和-0； 01111111B+127D; 11111111B-127D;00000000B +0D; 10000000B -0D 反碼表示：-127+127；有+0和-0；11111111B-0D; 10000000B -127D 補碼表示：-128+127；0的表示唯一，不分+0和-0； 10000000B定義為-128D。2022/8/14 4:33計算機原理講義63 如何

31、從反碼得到原碼，如何從補碼得到原碼？如果一個有符號二進制數(shù)的最高位為0，表明這是一個正數(shù)，那么此時原碼、反碼、補碼三者相等。如果一個有符號二進制數(shù)的最高位為1，表明這是一個負(fù)數(shù)，那么此時反碼按位取反（符號位除外）便得到了原碼；補碼則是按位取反（符號位除外）后再加1，便得到原碼。2022/8/14 4:33計算機原理講義64例7. 設(shè)X = 23，Y = 42，計算機字長為8位（以下各例同），用補碼運算求X - Y。如果處理器進行補碼運算產(chǎn)生了溢出，處理器會產(chǎn)生一個溢出標(biāo)志，用O標(biāo)識。當(dāng)運算結(jié)果超出補碼表示的數(shù)值范圍時，補碼運算就不正確了。這種現(xiàn)象稱為溢出。2022/8/14 4:33計算機原理

32、講義65例8：127+127=？ 0111 1111 B (127補碼) + 0111 1111 B (127補碼) 1111 1110 B = -2 (結(jié)果錯誤，產(chǎn)生溢出)。例9：-100100=？ 1001 1100 B (-100補碼) + 1001 1100 B (-100補碼) 1 0011 1000 B =+56 (結(jié)果錯誤，產(chǎn)生溢出)。處理器采用雙高位的判別方法來產(chǎn)生溢出標(biāo)志： 最高位（符號位）是否有進位Cs異或 次高位（數(shù)值的最高位）是否有進位Cp。 OF = Cs XOR Cp2022/8/14 4:33計算機原理講義662、無符號數(shù)的表示 二進制無符號數(shù) 碼值和數(shù)值相等。n

33、位二進制無符號數(shù)所能表示的范圍是02n-1。 2022/8/14 4:33計算機原理講義67 BCD碼主要用于輸入/輸出這種編碼形式利用了四個位元來儲存一個十進制的數(shù)碼，使二進制和十進制之間的轉(zhuǎn)換得以快捷的進行。 壓縮BCD碼的每一位用4位二進制表示，00001001表示09，一個字節(jié)表示兩位十進制數(shù)。非壓縮BCD碼用一個字節(jié)表示一位十進制數(shù)，高4位無效，一般總為0000，低4位的00001001表示09。2022/8/14 4:33計算機原理講義68例： 0011 1001 b 壓縮格式： 39 非壓縮格式下：9 表面上看BCD碼是二進制數(shù)據(jù)；本質(zhì)上是十進制數(shù)據(jù)，各位的權(quán)重是8421 二進制

34、關(guān)系，但相鄰的兩個BCD碼之間卻逢十進一。四則運算先按二進制進行，然后調(diào)整為BCD碼。2022/8/14 4:33計算機原理講義69計算機內(nèi)一個字節(jié)為 81H 1000 0001B二進制129 （二進制無符號數(shù)）BCD碼 81 （壓縮格式BCD碼）原碼 -1反碼 -126（1111 1110b 1000 0001b）補碼 -127（1111 1111b 1000 0000b 1000 0001b）一個代碼，賦予不同類型，其數(shù)值不一樣。而類型要由人指定。2022/8/14 4:33計算機原理講義701、ASCII碼 美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼采用7位二進制代碼對字符進行編碼，包括字母、數(shù)字和命令符。第

35、032號、127號(共34個)是控制字符或通訊專用字符，如控制符：LF（換行0AH）、CR（回車0DH）、FF（換頁0CH）、DEL（刪除7FH）、BEL（振鈴07H）、NUL(空操作00H)等；通訊專用字符：SOH（文頭01H）、EOT（文尾04H）、ACK（確認(rèn)06H）等； 1.3.3 非數(shù)值數(shù)據(jù)的表示2022/8/14 4:33計算機原理講義71數(shù)字09的編碼01100000111001，其高3位均是011,后4位與其對應(yīng)的二進制代碼相符（30H 39H）。英文字母AZ的ASCII碼從1000001（41H5AH）開始順序遞增，字母az的ASCII碼從1100001（61H7AH）開始順

36、序遞增，這樣的排列對信息檢索十分有利。 大寫字母 + 20H = 所對應(yīng)的小寫字母計算機與外設(shè)（字符顯示器、字符打印機）交換信息一般都用ASCII碼表示。2022/8/14 4:33計算機原理講義72在計算機的存儲單元中，一個ASCII碼值占一個字節(jié)(8個二進制位)，其最高位(b7)用作奇偶校驗位。 所謂奇偶校驗，是指在代碼傳送過程中用來檢驗是否出現(xiàn)錯誤的一種方法，一般分奇校驗和偶校驗兩種。奇校驗規(guī)定：正確的代碼一個字節(jié)中1的個數(shù)必須是奇數(shù)，若非奇數(shù)，則在最高位b7添1；偶校驗規(guī)定：正確的代碼一個字節(jié)中1的個數(shù)必須是偶數(shù)，若非偶數(shù)，則在最高位b7添1。 2022/8/14 4:33計算機原理講

37、義732022/8/14 4:33計算機原理講義742、漢字編碼漢字編碼包括輸入編碼、內(nèi)碼和字模編碼，分別用于輸入、內(nèi)部處理和輸出。漢字的輸入編碼 為了使用西文標(biāo)準(zhǔn)鍵盤把漢字輸入到計算機中，其編碼方法主要有數(shù)字編碼、拼音碼和字形編碼三類。 除了鍵盤輸入以外，利用語音或圖象識別技術(shù)自動將漢字輸入到計算機內(nèi)的方法也已經(jīng)實現(xiàn)。2022/8/14 4:33計算機原理講義75漢字內(nèi)碼 是用于漢字信息的存儲、交換、檢索等操作的機內(nèi)代碼，它采用兩個字節(jié)的二進制形式表示一個漢字； 主要對6763個常用漢字、次常用漢字（其中一級字庫3755字，二級字庫3008字）和其他682個全角符號進行了編碼； 為了能與AS

38、CII碼兼容，又能相互區(qū)別，漢字機內(nèi)代碼中兩個字節(jié)的最高位均規(guī)定為l。2022/8/14 4:33計算機原理講義76漢字字模編碼 是用來描述漢字字形的代碼，它是漢字的輸出形式。 漢字庫有點陣字庫、TrueType字庫、矢量字庫等類型2022/8/14 4:33計算機原理講義77計算機的硬件主要由邏輯門，觸發(fā)器（D觸發(fā)器）和三態(tài)門構(gòu)成，使用器件多為CMOS, TTL, NMOS。TTL和CMOS電平范圍如下表所示：1.4 硬件知識回顧單位(V)GNDVoLViLViHVoHVCC5V TTL00.40.822.453.3V CMOS00.40.822.43.35V CMOS00.41.53.54

39、.4452022/8/14 4:33計算機原理講義781、三態(tài)緩沖器計算機中與總線相連的輸出部件均為三態(tài)緩沖器。 三態(tài)門OE為低電平，F(xiàn)=A OE為高電平，F(xiàn)浮空，可以由與F相連的其他輸出器件輸出2022/8/14 4:33計算機原理講義79 三態(tài)緩沖器 單向三態(tài)緩沖器 74LS24474LS244為TTL的單向三態(tài)緩沖器，有兩個三態(tài)控制使能引腳G1和G2，分別控制4個三態(tài)門。當(dāng)G1為低電平，1A輸出到1Y當(dāng)G2為低電平，2A輸出到2Y當(dāng)G1、G2為高電平時，輸出為三態(tài)2022/8/14 4:33計算機原理講義80雙向三態(tài)緩沖器 74LS24574LS245為TTL雙向三態(tài)緩沖器，有控制引腳D

40、IR和EN當(dāng)EN為低電平，三態(tài)門導(dǎo)通:DIR為低電平，由B傳輸?shù)紸DIR為高電平，由A傳輸?shù)紹EN為高電平時，A、B均為三態(tài)2022/8/14 4:33計算機原理講義812、緩沖輸出與非緩沖輸出緩沖輸出 驅(qū)動能力強。如果一個芯片是緩沖輸出，那么輸出拉電流可達15mA，灌電流可達20mA。2022/8/14 4:33計算機原理講義82非緩沖輸出非緩沖輸出驅(qū)動能力較弱（拉電流能力很弱，灌電流能力較強）如果一個芯片是非緩沖輸出，那么輸出拉電流一般為幾百微安，灌電流可達8mA。2022/8/14 4:33計算機原理講義83緩沖輸出的例子 緩沖輸出帶載能力輸入為1時，LED能被點亮緩沖輸出拉電流能力強輸

41、入為0時，LED能被點亮緩沖輸出灌電流能力強2022/8/14 4:33計算機原理講義84非緩沖輸出的例子 非緩沖輸出帶載能力輸入為0時，LED不能被點亮非緩沖輸出拉電流能力弱輸入為1時，LED能被點亮非緩沖輸出灌電流能力較強2022/8/14 4:33計算機原理講義853、鎖存器 D觸發(fā)器1) 電平鎖存2) 上升沿鎖存3) 帶異步清0的 上升沿鎖存2022/8/14 4:33計算機原理講義86具有異步清零的TTL上升沿鎖存器74LS273當(dāng)CLK上升沿到來時，將輸入端的數(shù)據(jù)D0D7鎖存到輸出端Q0Q7，當(dāng)CLR為低電平時將鎖存器輸出清零。2022/8/14 4:33計算機原理講義87具有緩沖輸出的TTL低電平