第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)本課程特點(diǎn)：（1）專業(yè)核心課之一；（2）學(xué)習(xí)目的：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)基本理解微型計(jì)算機(jī)的工作原理，理解并盡可能掌握電子計(jì)算機(jī)在算術(shù)運(yùn)算和控制方面的基本原理和基本概念，進(jìn)而系統(tǒng)的理解和掌握微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及微型計(jì)算機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成和基本工作原理。（3）學(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)：了解和認(rèn)識(shí)微處理器以及微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基本工作原理，基本掌握8086芯片的功能和使用；理解和認(rèn)識(shí)指令系統(tǒng)的功能并基本掌握8086處理器基本指令的使用，掌握8086宏匯編語(yǔ)言的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法；掌握內(nèi)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法；掌握中斷的概念以及應(yīng)用；掌握接口概念和應(yīng)用；掌握若干接口芯片的應(yīng)用。（4）學(xué)習(xí)方法：聽(tīng)課、練習(xí)、閱讀教材和參考書(shū)、思考計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行及計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作過(guò)程；認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)（特別提倡多在自己計(jì)算機(jī)中練習(xí)）。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第1章1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概述

1.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況

1.1.2計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)

1.1.3計(jì)算機(jī)的分類

1.1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1.2運(yùn)算基礎(chǔ)

1.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

1.2.2二進(jìn)制編碼

1.2.3帶符號(hào)數(shù)的表示

1.2.4數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及程序執(zhí)行過(guò)程

1.3.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程

1.3.2計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

1.3.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

1.3.4微型計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算機(jī)發(fā)展概述●采用水銀延遲線作為內(nèi)存，磁鼓作為外存。體積大、耗電多、運(yùn)算速度慢。最初只能使用二進(jìn)制表示的機(jī)器語(yǔ)言，到20世紀(jì)50年代中期才出現(xiàn)匯編語(yǔ)言。這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算和軍事方面，應(yīng)用很不普遍。電子管計(jì)算機(jī)（1945~1958年）●內(nèi)存主要采用磁芯，外存大量采用磁盤(pán)，輸入輸出設(shè)備有了較大改進(jìn)。體積顯著減小、可靠性提高、運(yùn)算速度可達(dá)每秒百萬(wàn)次。軟件方面出現(xiàn)了高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和編譯系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于以管理為目的的信息處理。第二代第一代晶體管計(jì)算機(jī)（1958~1964年）1.11.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展概況第三代第四代集成電路計(jì)算機(jī)（1964-1971年）●主要采用中、小規(guī)模集成電路，運(yùn)算速度達(dá)每秒千萬(wàn)次，可靠性大大提高，體積進(jìn)一步縮小，價(jià)格大大降低。軟件方面進(jìn)步很大，有了操作系統(tǒng)，開(kāi)展了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化工作并提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用開(kāi)始向社會(huì)化發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域和普及程度迅速擴(kuò)大?！裎⑿陀?jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的重大事件，使得計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、可靠性和性能價(jià)格比等方面都比上一代計(jì)算機(jī)有了較大突破。各種系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件大量推出，功能配置空前完善，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的功能，把計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用帶入了一個(gè)全新時(shí)代。大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971年至今）1.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展史

將一塊石頭擲入水中，形成波浪，波頭經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能傳播到遠(yuǎn)方某處，水銀延遲線的工作原理就是這樣。1951年3月，由ENIAC的主要設(shè)計(jì)者莫齊利和?？颂卦O(shè)計(jì)的第一臺(tái)通用自動(dòng)計(jì)算機(jī)UNIVAC-1使用了水銀延遲線存儲(chǔ)裝置。UNIVAC-1使用的水銀延遲線是一根直徑10mm、長(zhǎng)150cm的管子，內(nèi)部充滿水銀，兩端各有一個(gè)轉(zhuǎn)換器分別進(jìn)行電-聲轉(zhuǎn)換和聲-電轉(zhuǎn)換，這樣，脈沖信號(hào)從管子的一端進(jìn)入，轉(zhuǎn)換成超聲波，960ms后超聲波到達(dá)管子的另一端，然后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能，還需要一些額外的電路：經(jīng)調(diào)制的脈沖信號(hào)從管子的一端進(jìn)入，960ms后從管子的另一端輸出，由變換器接收后，經(jīng)檢測(cè)、放大、整形和再生，重新反饋到發(fā)送端。一個(gè)延遲線電路稱作一個(gè)通道（channel），每個(gè)通道可存儲(chǔ)10個(gè)91位的字，差不多1000個(gè)脈沖，UNIVAC系統(tǒng)中共有100個(gè)這樣的通道。為了讓存儲(chǔ)系統(tǒng)穩(wěn)定工作，水銀的溫度需要保持在40℃左右，因此要將水銀管置于一個(gè)類似混凝土攪拌機(jī)的容器中，容器中設(shè)置有加熱器用來(lái)加熱水銀管。水銀延遲線存儲(chǔ)器可以稱得上是史上最笨重的主存儲(chǔ)器。使用的水銀管稱之為：汞槽[mercurytank]是一根直徑10mm、長(zhǎng)150cm的管子，內(nèi)部有很多充滿水銀的管道，使每個(gè)汞槽重量超過(guò)一噸！返回計(jì)算機(jī)發(fā)展概述微型第一代１９７１－１９７３，４位機(jī)；第二代１９７４－１９７７，８位機(jī)；第三代１９７８－１９８４，１６位機(jī)；第四代１９８５－１９９３，３２位機(jī)；第五代１９９３－今６４位機(jī)(Pentium,2006年Core)計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)自動(dòng)性高速性邏輯性通用性準(zhǔn)確性特點(diǎn)1.1.2自動(dòng)性的核心是存儲(chǔ)程序與程序控制返回計(jì)算機(jī)的分類從原理上數(shù)字計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)從用途上專用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)從字長(zhǎng)上4位、8位、16位機(jī)32位、64位機(jī)1.1.3航空航天科學(xué)研究家用電器計(jì)算機(jī)的應(yīng)用1.1.4等等等計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)多媒體技術(shù)兩極化(微型化、巨型化）網(wǎng)絡(luò)化智能化非馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

1.1.5●采用二進(jìn)制數(shù)的形式表示指令和數(shù)據(jù)

●將指令序列（程序）和數(shù)據(jù)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中●計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)工作原理的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”，即“集中順序控制”。

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及程序執(zhí)行過(guò)程VonNeumann計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)要點(diǎn)計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備存儲(chǔ)器控制器數(shù)據(jù)流控制流圖1-1計(jì)算機(jī)的基本硬件組成1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程1.運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器●在微型機(jī)中存儲(chǔ)單元通常以8bit即1字節(jié)為單位。為了能唯一確定并找到任一個(gè)存儲(chǔ)單元，計(jì)算機(jī)對(duì)每一存儲(chǔ)單元都指定一個(gè)唯一的編號(hào)，稱之為存儲(chǔ)單元的地址，地址通常從0開(kāi)始順序編排。即圖1-2所示。2031-18...186012...n地址內(nèi)容圖1-2存儲(chǔ)單元的地址與內(nèi)容●運(yùn)算器主要包括能完成加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算及邏輯運(yùn)算的電路以及多個(gè)寄存器。在控制信號(hào)的指揮下，運(yùn)算器完成諸如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、暫存操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果以及數(shù)據(jù)傳送等工作。2.1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程

2.

指令指針寄存器(IP)指令寄存器（IR）指令譯碼器（ID）控制信號(hào)發(fā)生器控制器運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程ACC通用寄存器組專用寄存器組IP讀/寫(xiě)控制電路地址譯碼器存儲(chǔ)單元暫存器1暫存器2指令寄存器IR指令譯碼器ID控制信號(hào)發(fā)生器算術(shù)邏輯單元ALU地址總線AB內(nèi)部控制信號(hào)外部控制信號(hào)數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB圖1-3簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的硬件2.運(yùn)算器、存儲(chǔ)去和控制器電路結(jié)構(gòu)示意圖1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程3.程序執(zhí)行過(guò)程程序的執(zhí)行過(guò)程就是執(zhí)行指令序列的過(guò)程，也就是一條條地執(zhí)行指令的過(guò)程。每一條指令的執(zhí)行，都要先從存儲(chǔ)器中取出指令（稱為取指階段），然后由控制器進(jìn)行分析譯碼、發(fā)出一系列控制信號(hào)完成該指令的執(zhí)行（稱為分析執(zhí)行階段）。1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程4.控制器設(shè)計(jì)微程序控制器按照其產(chǎn)生微操作控制信號(hào)的方式傳統(tǒng)的組合邏輯控制器控制器把指令的執(zhí)行分解成若干個(gè)微操作，用微指令將這些微操作編成微程序，通過(guò)執(zhí)行微程序來(lái)完成這些微操作，即執(zhí)行了指令。這就是微程序技術(shù)的基本原理。1.2.1計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及程序執(zhí)行過(guò)程微型機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

●總線是微型機(jī)中連接各功能部件并傳送信息的一組信號(hào)線，分為三類，即地址總線AB（AddressBus）、數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）和控制總線CB（ControlBus）?？偩€結(jié)構(gòu)是微型機(jī)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，如圖1-4所示。CPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O接口I/O接口外部設(shè)備ABDBCB圖1-4微型機(jī)的外部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)1.算術(shù)邏輯部件累加器、寄存器控制器內(nèi)部總線內(nèi)部存儲(chǔ)器輸入/輸出接口系統(tǒng)總線外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖1-5微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型機(jī)硬件系統(tǒng)的組成1.2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)2.微型計(jì)算機(jī)的組成（一）微型計(jì)算機(jī)

微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路、系統(tǒng)總線。（二）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)+輸入輸出設(shè)備+系統(tǒng)軟件（三）微處理器(CPU)CPU由算術(shù)邏輯部件、累加器、寄存器、指令指針寄存器IP（程序計(jì)數(shù)器）、段寄存器、時(shí)序和控制邏輯部件、內(nèi)部總線等組成。（四）存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，分內(nèi)部和外部存儲(chǔ)兩大類圖1-6存儲(chǔ)系統(tǒng)微型機(jī)的軟件系統(tǒng)1.2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)3.由于微型機(jī)體積小、價(jià)格便宜、性能相對(duì)較低，主要用在小規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域，其系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件規(guī)模相對(duì)較小、功能相對(duì)較簡(jiǎn)單。目前常用的操作系統(tǒng)有Windows系列，WindowsServer系列、UNIX、Linux等，常用的應(yīng)用軟件有Office、IE瀏覽器，以及VB、VC++、JAVA等語(yǔ)言處理程序和Sybase、Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。嵌入式微處理器EMPU(Embedded

MicroProcessorUnit)－組成單板機(jī)系統(tǒng)嵌入式微控制器MCU－單片機(jī)系統(tǒng)嵌入式DSP處理器EDSP－DSP系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)SOC－組成片上系統(tǒng)，使用硬件描述語(yǔ)言。4.嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)的功能但又不稱為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材，它以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軟硬件集于一體，具有代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。主要有嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件等組成。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛：可用于移動(dòng)計(jì)算機(jī)平臺(tái)（PDA，掌上計(jì)算機(jī)）、信息家電（數(shù)字電視、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）、無(wú)線通信設(shè)備（智能手機(jī)）、工業(yè)商業(yè)控制（范圍非常廣），電子商務(wù)平臺(tái)、軍事領(lǐng)域等等。常用的名詞術(shù)語(yǔ)位位是計(jì)算機(jī)所能表示的最基本最小的數(shù)據(jù)單位。它只有兩種狀態(tài)“0”和“1”，即二進(jìn)制位。字計(jì)算機(jī)中作為一個(gè)整體參與運(yùn)算、處理和傳送的一串二進(jìn)制數(shù)，是計(jì)算機(jī)中信息的基本單位。字長(zhǎng)計(jì)算機(jī)中每個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長(zhǎng)。字長(zhǎng)通常等于數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和通用寄存器的位數(shù)。字節(jié)8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)。指令指揮計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本操作的命令。指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。程序完成某一任務(wù)的指令（或語(yǔ)句）的有序集合稱為程序。1.1.2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)主要性能指標(biāo)字長(zhǎng)內(nèi)存儲(chǔ)器容量運(yùn)算速度外部設(shè)備配備2.1.2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)軟件1.2.4計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)各種語(yǔ)言的匯編或解釋、編譯程序機(jī)器的監(jiān)控管理程序、操作系統(tǒng)、調(diào)試程序、故障診斷程序程序庫(kù)系統(tǒng)軟件1.應(yīng)用軟件

●計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件、軟件與用戶之間的關(guān)系如圖1-7所示，軟件可看做是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的接口。軟件之間又是逐層依賴的。

●總之，硬件建立了計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而各種軟件則擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的功能。硬件和軟件只有結(jié)合起來(lái)，才能完成各種功能，才是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖1-6給出了微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系。1.2.4計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)用戶用各種語(yǔ)言編制的解決各種問(wèn)題的軟件統(tǒng)稱為應(yīng)用軟件財(cái)務(wù)管理軟件銀行管理軟件等文字處理軟件2.算術(shù)邏輯部件累加器、寄存器控制器內(nèi)部總線內(nèi)部存儲(chǔ)器輸入/輸出接口系統(tǒng)總線外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)圖1-7計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能模型用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件硬件系統(tǒng)微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.4計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)運(yùn)算基礎(chǔ)1.3一個(gè)R進(jìn)制數(shù)具有以下主要特點(diǎn)具有R個(gè)不同數(shù)字符號(hào)：0、1、·······、R-1逢R進(jìn)一S=an-1an-2…a1a0.a-1a-2…a-m

=an-1×Rn-1+

an-2×Rn-2+…+a1×R1+a0×R0+a-1×R-1…+a-m×R-m上述R進(jìn)制數(shù)S可用多項(xiàng)式（稱為按權(quán)展開(kāi)式）表示為：1.3.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

用an-1an-2…a1a0.a-1a-2…a-m書(shū)寫(xiě)表方式示數(shù)據(jù)的方法稱為位置表示法。十進(jìn)制數(shù)具有十個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，即0-9逢十進(jìn)一特點(diǎn)一個(gè)十進(jìn)數(shù)可以用它的按權(quán)展開(kāi)式表示。例如：（758.75）10=7×102+5×101+8×100+7×10-1+5×10-21.二進(jìn)制數(shù)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)可以用它的按權(quán)展開(kāi)式表示。例如：(10110.101)2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20

+1×2-1+0×2-2+1×2-3

=(22.625)10具有兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，即0和1逢二進(jìn)一特點(diǎn)2.(1AF.4)16=1×162+10×161+15×160+4×16-1=(430.25)10一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)可以用它的按權(quán)展開(kāi)式表示。例如：具有十六個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，即0-9和A-F逢十六進(jìn)一特點(diǎn)3.十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制二進(jìn)制16進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制16進(jìn)制000000910019100011101010A200102111011B300113121100C401004131101D501015141110E601106151111F701117161000010810008171000111表1-1三種數(shù)制對(duì)照表【例1-1】十進(jìn)制數(shù)22.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)222112…余0（低位）52…余122…余112…余00…余1（高位）0.625×21.25…取整數(shù)1（高位）×20.5…取整數(shù)0×21.0…取整數(shù)0（低位）

（0.625）10=（0.101）2所以:（22）10=(10110)2結(jié)果:（22.625）10=(10110.101)2整數(shù)部分：小數(shù)部分：4.各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)430.25轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)430162616…余14→E（低位）116…余10→A…余1(高位)整數(shù)部分：0小數(shù)部分：0.25×164.0…取整數(shù)4結(jié)果：（430.25）10=（1AE.4）16【例1-2】注意①整數(shù)部分轉(zhuǎn)換，每次只求整數(shù)商，將余數(shù)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果的一位，重復(fù)對(duì)整數(shù)商除基數(shù)，一直除到商為0為止。②小數(shù)部分轉(zhuǎn)換，每次把乘積的整數(shù)取走作為轉(zhuǎn)換結(jié)果的一位，對(duì)剩下的小數(shù)繼續(xù)進(jìn)行乘法運(yùn)算。對(duì)某些數(shù)可以乘到積的小數(shù)為0（如上述兩例），這種轉(zhuǎn)換結(jié)果是精確的；對(duì)某些數(shù)（如0.3）永遠(yuǎn)不能乘到積的小數(shù)為0，這時(shí)要根據(jù)精度要求，取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果位數(shù)即可，這種轉(zhuǎn)換結(jié)果是不精確的。：十六進(jìn)制數(shù)1AE4

0001101011100100即（1AE.4）16=（110101110.01）2若要將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，只要以小數(shù)點(diǎn)為分界，分別向左和向右每四位二進(jìn)制位分為一組（若最高位或最低為不夠四位則補(bǔ)0），對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)即可。例如：二進(jìn)制數(shù)110101110.01000110101110.0100十六進(jìn)制數(shù)1AE.4即（110101110.01）2=（1AE.4）16例如二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算【例1-3】10100+1101=100001【例1-4】100001-10100=110110100100001+1101-101001000011101【例1-5】1101×1011=10001111【例1-6】11100÷101=101┅┅111101101┅┅商

×1011111001101101110110000000101+110111┅┅余數(shù)

100011115.二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算【例1-7】10100101AND10001011【例1-8】10100101OR10001011=10000001=101011111010010110100101AND10001011OR1000101110000001101011116.abNOTaNOTbaANDbaORbaXORb0011000011001110010111100110【例1-9】NOT10100101【例1-10】10100101XOR10001011=01011010=0010111010100101NOT10100101XOR100010110101101000101110二進(jìn)制編碼1.3.2BCD碼是十進(jìn)制數(shù)，有10個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，且是逢十進(jìn)位的；但它的每一位是用4位二進(jìn)制編碼來(lái)表示的，因此稱為二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)。BCD碼比較直觀，例如十進(jìn)制數(shù)65用BCD碼書(shū)寫(xiě)為01100101，BCD碼01001001.0111表示的十進(jìn)制數(shù)為49.7。1.二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)雖然BCD碼是用二進(jìn)制編碼方式表示的，但它與二進(jìn)制之間不能直接轉(zhuǎn)換，要用十進(jìn)制作為中間橋梁，即先將BCD碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，然后再轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)；反之亦然。表1-2BCD編碼表十進(jìn)制8421BCD碼十進(jìn)制8421BCD碼0000060110100017011120010810003001191001401001000010000501011100010001字母與字符的編碼

2.另外，在計(jì)算機(jī)中，漢字編碼采用國(guó)標(biāo)碼（GB18030-2000）,它采用單、雙、四字節(jié)混合編碼，每個(gè)字節(jié)的最高位為1，并以此來(lái)區(qū)分漢字和ASCⅡ碼。字母和字符也必須按照特定的規(guī)則，用二進(jìn)制編碼才能在機(jī)器中表示。編碼可以有各種方式，目前微機(jī)中最普遍采用的是ASCⅡ碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange,美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼)。ASCⅡ碼采用7位二進(jìn)制編碼,故可表示27=128個(gè)字符,其中包括數(shù)碼(0-9)，以及英文字母等可打印的字符。原碼●正數(shù)的符號(hào)位用0表示,負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示,數(shù)值位保持不變。這種方法稱為原碼。原碼的定義為:

若X≥+0

則[X]原=X

若X≤-0

則[X]原=2n-1–X

＝２n-1+|x|其中n為原碼的位數(shù)(包括符號(hào)位）。1.3.3帶符號(hào)數(shù)的表示1.例如：x=-101，則表示為[x]原＝24－1－（－101）＝1000+101=1101反碼⑴“0”有兩種表示方法：[+0]反=00000000，[-0]反=11111111⑵8位二進(jìn)制反碼真值范圍為-127～+127；16位反碼真值范圍為-32767～+32767。⑶當(dāng)一個(gè)帶符號(hào)數(shù)用反碼表示時(shí)，最高位為符號(hào)位。特點(diǎn)2.反碼的定義為：若X≥+0則[X]反=X

若X≤-0則[X]反=2n+X-1=2n-1-|x|

其中n為反碼的位數(shù)。補(bǔ)碼●在鐘表上，指針正撥12小時(shí)或倒撥12小時(shí)，其時(shí)間值是相等的,即在鐘表上X+12=X-12(mod12)。模的概念補(bǔ)碼的引入●對(duì)于n位二進(jìn)制數(shù)，其計(jì)數(shù)范圍為0～（2n-１），在該計(jì)數(shù)器上加2n或減2n結(jié)果是不變的，我們稱2n為n位計(jì)數(shù)系統(tǒng)的模。對(duì)鐘表來(lái)說(shuō)，它的模為12?！裨阽姳砩?，如果現(xiàn)在時(shí)間是6點(diǎn)整，而鐘表卻指著8點(diǎn)整，快了2小時(shí)，校準(zhǔn)的方法是正撥10小時(shí)或倒撥2小時(shí)，結(jié)果都正確，即：8+10=6（mod12）順撥，8-2=6（mod12）倒撥。3.[+3]補(bǔ)=[+3]原=[+3]反=00000011[-3]補(bǔ)=[-3]反+1=11111100+1=11111101[+0]補(bǔ)=[+0]原=[+0]反=00000000[-0]補(bǔ)=[-0]反+1=11111111+1=00000000補(bǔ)碼的求法●對(duì)n為二進(jìn)制數(shù)，模為2n

，則[X]補(bǔ)=（x+2n*i

)MOD2n。補(bǔ)碼的定義●如果X≥0,則[X]補(bǔ)=（2n+X）MOD2n=X,即正數(shù)的補(bǔ)碼為原正數(shù)不變?！袢绻鸛≤0,則[X]補(bǔ)=(2n+X)MOD2n

=2n-1+X+1=[X]反+1，即負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于負(fù)數(shù)的反碼加1，也就是等于負(fù)數(shù)原碼除符號(hào)位外求反加1。求法與應(yīng)用[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)==00000000，即0的補(bǔ)碼為0，且只有一種表示方法。上述表示是基于８位字長(zhǎng)，如果是其它位，長(zhǎng)度要依據(jù)字長(zhǎng)變。注意補(bǔ)碼⑴[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000。⑵8位二進(jìn)制補(bǔ)碼真值范圍為-128～+127，16位補(bǔ)碼真值范圍為-32768～+32767。⑶一個(gè)用補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)，最高位為符號(hào)位，當(dāng)符號(hào)位為“0”即正數(shù)時(shí)，其余位即為此數(shù)的二進(jìn)制值；但當(dāng)符號(hào)位為“1”即負(fù)數(shù)時(shí)，其余位不是此數(shù)的二進(jìn)制值，其值為后面各位按位取反，在最低位加1。當(dāng)采用補(bǔ)碼表示時(shí)，可以把減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，即[X±Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[±Y]補(bǔ)。8位帶符號(hào)的補(bǔ)碼特點(diǎn)補(bǔ)碼數(shù)的表示方法十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼-128-127-126…-2-1-0+0+1+2…+126+127-10000000-1111111-1111110……-0000010-0000001-0000000+0000000+0000001+0000010……+1111110+1111111----1111111111111110……100000101000000110000000000000000000000100000010……0111111001111111----1000000010000001……111111011111111011111111000000000000000100000010……0111111001111111100000001000000110000010……111111101111111100000000000000000000000100000010……0111111001111111表1:●所謂溢出是指運(yùn)算結(jié)果超出了規(guī)定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的數(shù)值表示范圍，在此特指帶符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼運(yùn)算溢出。對(duì)字長(zhǎng)為n位的補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)，其最高位表示符號(hào)，其余n-1位表示數(shù)值，其數(shù)值表示范圍為-2n-1～+2n-1-1。如果一個(gè)運(yùn)算的結(jié)果超出了這個(gè)范圍，就稱為補(bǔ)碼溢出（簡(jiǎn)稱溢出），這時(shí)運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的。例如，對(duì)于8位字長(zhǎng)的二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)，其數(shù)值表示范圍為-128～+127。如果運(yùn)算結(jié)果超出了此范圍，就會(huì)產(chǎn)生溢出。4.補(bǔ)碼運(yùn)算的溢出及其判斷方法●已知[60]補(bǔ)=00111100，[-60]補(bǔ)=11000100[100]補(bǔ)=01100100，[-100]補(bǔ)=10011100[60]補(bǔ)=00111100[-60]補(bǔ)=11000100[60]補(bǔ)=00111100+[100]補(bǔ)=01100100+[-100]補(bǔ)=10011100+[-100]補(bǔ)=1001110010100000

10110000011011000

↓

自然丟失←┘↓↓符號(hào)符號(hào)符號(hào)即[60+100]補(bǔ)=10100000，兩個(gè)正數(shù)相加，結(jié)果為負(fù)數(shù)，是錯(cuò)誤的；[(-60)+(-100)]補(bǔ)=01100000，兩個(gè)負(fù)數(shù)相加，結(jié)果為正數(shù)，是錯(cuò)誤的；[60+(-100)]補(bǔ)=11011000=-40。前兩個(gè)運(yùn)算結(jié)果之所以不正確，是因?yàn)槠湎嗉咏Y(jié)果分別為+160和-160，均超出了表數(shù)范圍，使結(jié)果的數(shù)值部分占據(jù)了符號(hào)位，產(chǎn)生了溢出錯(cuò)誤。但一個(gè)正數(shù)與一個(gè)負(fù)數(shù)相加，一定不會(huì)產(chǎn)生溢出錯(cuò)誤?！衽袛嘁绯龅姆椒ê芏?，上例根據(jù)參加加法運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)據(jù)的符號(hào)及運(yùn)算結(jié)果的符號(hào)可以判斷是否溢出。計(jì)算機(jī)中，根據(jù)加法運(yùn)算中在最高位與次高位的兩個(gè)進(jìn)位來(lái)判斷。設(shè)8位二進(jìn)制數(shù)的各位記為D7D6D5…D0,運(yùn)算中兩個(gè)D6位的進(jìn)位記為C6，兩個(gè)D7位的進(jìn)位記為C7，用OV=C7XORC6（XOR是邏輯異或運(yùn)算）判別式可以判斷溢出情況。如果OV=0，表示結(jié)果無(wú)溢出，否則當(dāng)OV=1時(shí)，表示結(jié)果有溢出。請(qǐng)注意進(jìn)位與溢出的區(qū)別。進(jìn)位是指運(yùn)算結(jié)果的最高位向更高位的進(jìn)位，如上所述的8位運(yùn)算中的C7。進(jìn)位通常記做Cy，Cy=0表示無(wú)進(jìn)位，Cy=1表示有進(jìn)位。而溢出是用最高位進(jìn)位（即Cy）與次高位進(jìn)位的邏輯異或結(jié)果來(lái)判斷的。通過(guò)上例可以看出，有進(jìn)位不一定就有溢出，無(wú)進(jìn)位也不一定就無(wú)溢出。同理，有溢出不一定就有進(jìn)位，無(wú)溢出也不一定就無(wú)進(jìn)位（請(qǐng)計(jì)算(-60)+100來(lái)驗(yàn)證）?？梢?jiàn)，進(jìn)位和溢出是兩個(gè)不同性質(zhì)的概念，不能混淆。定點(diǎn)表示法●約定小數(shù)點(diǎn)在符號(hào)位之后、數(shù)值部分最高位之前，因此數(shù)據(jù)是純小數(shù)，故又稱定點(diǎn)小數(shù)，其格式為：符號(hào)位數(shù)值部分（尾數(shù)）小數(shù)點(diǎn)位置定點(diǎn)小數(shù)法比