清華大學微機原理-計算機基礎(chǔ)

2007.6.13微型計算機原理及應(yīng)用1計算機中的數(shù)制微型計算機基礎(chǔ)4二進制數(shù)的邏輯運算2符號數(shù)的表示方法5二進制編碼6BCD數(shù)的加減運算3二進制數(shù)的加減運算1計算機中的數(shù)制常用數(shù)制----二,十,十六進制為了區(qū)別3種不同數(shù)制，約定目前在計算機中，數(shù)幾乎全部用二進制表示為書寫方便,微機中的二進制數(shù)用十六進制數(shù)縮寫人們最熟悉、最常用的是十進制數(shù)數(shù)后加B表示二進制數(shù)數(shù)后加D或不加表示十進制數(shù)數(shù)后加H表示十六進制數(shù)

十進制、二進制、十六進制數(shù)之間的關(guān)系表十進制二進制十六進制十進制二進制十六進制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F數(shù)制間轉(zhuǎn)換二進制整數(shù)→十六：從右（最低位）向左將二進制數(shù)4位1組劃分，最后一組若不足4位則在其左邊補0，每組用1位十六進制數(shù)表示如：1111111000111B→1111111000111B

→0001111111000111B=1FC7H十六→二：用4位二進制數(shù)代替1位十六進制數(shù)1.二←→十六如：3AB9H=0011101010111001B數(shù)制間轉(zhuǎn)換十六→十：將十六進制數(shù)按權(quán)展開相加十進制整數(shù)→十六：除16取余法2.十六←→十如：38947=9823H如：

1F3DH=163×1＋162×15＋161×3＋160×13=4096×1＋256×15＋16×3＋1×13=4096＋3840＋48＋13=7997

16389473162434216152816990余數(shù)倒序排列數(shù)制間轉(zhuǎn)換3.二←→十十進制數(shù)→二進制數(shù)：十進制數(shù)→十六進制數(shù)→二進制數(shù)二進制數(shù)→十進制數(shù)：二進制數(shù)→十六進制數(shù)→十進制數(shù)使用2n的二進制數(shù)(等于1后跟n個0)和十六進制數(shù)、十進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系(如下表所示)以及個別十進制整數(shù)和十六進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系(如50=32H，80=50H，100=64H等)轉(zhuǎn)換，如:38947=32768+4096+2048+32+3=8000H+1000H+800H+20H+3H=9823H1F3DH=2000H-(80H+40H+3H)=8192-(128＋64+3)=79973種數(shù)制的對應(yīng)關(guān)系方法：利用2n和十六進制數(shù)、十進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換。2n二進制十六進制十進制常用縮寫241

000010162510

0000203226100

00004064271000

000080128281

0000

00001002562910

0000

0000200512210100

0000

000040010241K2111000

0000

000080020482K2121

0000

0000

0000100040964K21310

0000

0000

0000200081928K214100

0000

0000

000040001638416K2151000

0000

0000

000080003276832K2161

0000

0000

0000

0000100006553664K2符號數(shù)的表示方法用數(shù)的符號和數(shù)值部分一起編碼的方法表示符號數(shù)二進制數(shù)的最高位是符號位。正數(shù)的最高位為0，負數(shù)的最高位為1區(qū)分：機器數(shù)、真值、無符號數(shù)符號數(shù)常用的表示法：補碼，原碼，反碼

正數(shù)的補碼，符號位為0，數(shù)值部分為其絕對值；負數(shù)的補碼為與其絕對值相等的正數(shù)的補數(shù)補數(shù)有兩種求法：①從最低位向最高位掃描，保留直至第一個“1”的所有“0”，第一個“1”左邊各位按位取反如：X1=105=+1101001B[X1]補=01101001BX2=-105=-1101001B[X2]補=10010111B②按位取反后再加1對補碼表示的負數(shù)求補可以得到其絕對值如[-105]補=10010111B=97H求補，得：01101001=69H=105，即補碼表示的機器數(shù)97H的真值是-69H（-105）。2.1補碼注：一個補碼數(shù)，若最高位為0，則該數(shù)即為此數(shù)的絕對值；若最高位為1，則其補數(shù)為該數(shù)的絕對值8位補碼數(shù)的范圍：80H～7FH（-128～127）.16位補碼數(shù)的范圍：8000H～7FFFH（-32768～32767）補碼數(shù)80H和8000H的最高位既代表了符號為負又代表了數(shù)值為11個二進制補碼數(shù)的符號位向左擴展若干位后，所得到的補碼數(shù)的真值不變?nèi)纾篬68]補=44H→字節(jié)，

[68]補=0044H→字

[-68]補=BCH→字節(jié)，

[-68]補=FFBCH→字微機中，符號數(shù)用補碼表示！→數(shù)值為其絕對值，正數(shù)的符號位為0，負數(shù)的符號位為1。如：X1=105=+1101001B[X1]原=01101001BX2=-105=-1101001B[X2]原=11101001B2.2原碼注：原碼表示的數(shù),8位數(shù)中,D7位為符號位,其余7位為數(shù)值位(為真值的絕對值)8位原碼數(shù)的數(shù)值范圍為FFH～7FH（-127～127）；16位原碼數(shù)的數(shù)值范圍為FFFFH～7FFFH（-32767～32767）原碼表示簡單易懂,且與真值轉(zhuǎn)換方便,但內(nèi)部運算復雜,為簡化計算機結(jié)構(gòu),引進了反碼和補碼注：

一個負數(shù)的反碼的數(shù)值部分并不是其真值的絕對值,要按位取反才能求得真值的絕對值正數(shù)的反碼與原碼一樣，符號位為0，其余位為其數(shù)值；負數(shù)的反碼為它的絕對值連同符號位按位取反如：X1=105=+1101001B[X1]反=01101001BX2=-105=-1101001B[X2]反=10010110B2.3反碼3二進制數(shù)的加減運算二進制加法規(guī)則:二進制減法規(guī)則:0+0=00+1=1+0=11+1=0→進位10-0=01-0=11-1=00-1=1→借位1計算機把機器數(shù)均當作無符號數(shù)進行運算，即符號位也參與運算1)兩個無符號數(shù)相加----和為正數(shù).當和超過其位數(shù)所允許的范圍時，向更高位進位，用CF表示如：

59+164=3BH+0A4H

127＋160=7FH＋A0H=0DFH=11FH=287

無進位，CF=0有進位，CF=13.1無符號數(shù)的運算

00111011+1010010011011111

01111111+10100000100011111進位192-10=C0H-0AH=B6H=182無借位，CF=010-192=0AH-C0H=-B6H=-182有借位，CF=111000000-000010101011011000001010-11000000101001010借位

結(jié)論：對無符號數(shù)進行減法運算，其結(jié)果的符號用進位來判別：CF=0(無借位)結(jié)果為正；CF=1(有借位)結(jié)果為負如：2)兩個無符號數(shù)相減----被減數(shù)大于或等于減數(shù)，無借位，結(jié)果為正；被減數(shù)小于減數(shù)，有借位，結(jié)果為負。兩數(shù)進行運算,結(jié)果超出表示范圍會產(chǎn)生溢出;用OF表示3.2符號數(shù)的運算如：105+50=155＞127，超出范圍，產(chǎn)生溢出又如：-105-50=-155＜-128，超出范圍，產(chǎn)生溢出

01101001+0011001010011011=155→視為無符號數(shù)，結(jié)果正確=-65H→結(jié)果為負，錯誤，溢出，0F=1

10010111+11001110101100101進位=-155→將進位視為符號，結(jié)果正確=65H→結(jié)果為正，錯誤，溢出，0F=1說明:將多位二進制數(shù)拆成多部分運算時,數(shù)的低位部分均為無符號數(shù),只有高位部分才為符號數(shù)注意區(qū)分進位與溢出溢出不同于補碼運算中的進位或借位丟失

如：-50-5=-5511001110+11111011111001001=-00110111B=-55進位丟失結(jié)果正確，無溢出判斷補碼運算有無溢出的方法：

01101001+0011001010011011CY=0，

CS=1OF=0

⊕1=1,有溢出如：105+50CY=1，

CS=0

10010111+11001110101100101OF=1

⊕0=1,有溢出-105-50CY=1，

CS=1

11001110+11111011111001001OF=1⊕1=0,無溢出-50-5設(shè)符號位向進位位的進位為CY，數(shù)值部分向符號位的進位為CS，則溢出判別式為：OF=CY⊕CS

當OF=1時，有溢出；當OF=0時，無溢出1.4二進制數(shù)的邏輯運算1.邏輯非→按位求反

2.邏輯乘∧(邏輯與)→按位求“與”如：A=01100001B,B=11001011BA=10011110B,B=00110100B規(guī)則：０∧０=0，０∧１=0,1∧0=0,1∧1=1如：01100001B∧11001011B=01000001B

3.邏輯加∨(邏輯或)→按位求“或”4.邏輯異或⊕(按位加)→按位求模２和規(guī)則：0∨0=0,0∨1=1,1∨0=1,1∨1=1

如：01100001B∨11001011B=11101011B規(guī)則：0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=0

如：01100001B⊕11001011B=10101010B

5.正邏輯與負邏輯正邏輯——高電平表示邏輯１，低電平表示邏輯0負邏輯——高電平表示邏輯0，低電平表示邏輯15二進制編碼計算機里，字母、各種符號以及指揮計算機執(zhí)行操作的指令，均用二進制數(shù)的組合表示，稱為二進制編碼8421BCD編碼表十進制數(shù)壓縮BCD數(shù)非壓縮BCD數(shù)(ABCⅡBCD數(shù))十進制數(shù)壓縮BCD數(shù)非壓縮BCD數(shù)(ABCⅡBCD數(shù))00H(0000B)00H(00000000B)55H(0101B)05H(00000101B)11H(0001B)01H(00000001B)66H(0110B)06H(00000110B)22H(0010B)02H(00000010B)77H(0111B)07H(00000111B)33H(0011B)03H(00000011B)88H(1000B)08H(00001000B)44H(0100B)04H(00000100B)99H(1001B)09H(00001001B)5.1二進制編碼的十進制數(shù)用二進制表示的十進制數(shù)，簡稱BCD數(shù)（binarycodeddecimal)，常用的是8421BCD碼壓縮BCD數(shù)→用8位二進制數(shù)表示2個十進制數(shù)位非壓縮BCD數(shù)→用8位二進制數(shù)表示1個十進制數(shù)位如：19→壓縮BCD→00011001=19H19→非壓縮BCD→0000000100001001=0109H說明：①十進制數(shù)與BCD數(shù)的轉(zhuǎn)換查8421BCD編碼表→直接②BCD數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)寫出BCD數(shù)的十進制數(shù)→十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)③二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD數(shù)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)→根據(jù)十進制數(shù)寫出BCD數(shù)ASCII碼----字符在機內(nèi)的表示,ASCII字符表（7位碼）見下頁。常用的ASCII碼字符如下表：字符ASCⅡ碼(H)字符ASCⅡ碼(H)0～930～39$24A～Z41～5A換行LF0Aa～z61～7A回車CR0DBlank205.2ASCII碼012345670NULDLESP0@P`p1SOHDC1!1AQaq2STXDC2“2BRbr3ETXDC3#3CScs4EOTDC4$4DTdt5ENQNAK%5EUeu6ACKSYN&6FVfv7BELETB‘7GWgw8BSCAN(8HXhx9HTEM)9IYiyALFSUB*:JZjzBVTESC+;K[k{CFFFS,<L\l|DCRGS-=M]m}ESORS.>N^n~FSIUS/?O_oDELHLNUL空SOH標題開始STX正文結(jié)束ETX本文結(jié)束EOT傳輸結(jié)束ENQ詢問ACK承認BEL報警符BS退格HT橫向列表LF換行VT垂直制表FF走紙控制CR回車SO移位輸出SI移位輸入DLE數(shù)據(jù)鏈換碼DC1設(shè)文字備控制1DC2設(shè)備控制2DC3設(shè)備控制3DC4設(shè)備控制4NAK否定SYN空轉(zhuǎn)同步ETB信息組傳送結(jié)束CAN作廢EM紙盡SUB減ESC換碼FS分隔符GS組分隔符RS