《微機原理與接口技術(shù)》課件-第1章微型計算機概述

*1微機原理與接口技術(shù)*2內(nèi)容提要課程框架結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)特點微型計算機的發(fā)展概況微型計算機系統(tǒng)簡介*3

課程框架結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)特點一、課程體系結(jié)構(gòu)8086/8088CPU雖然是80x86系列的原始型，但80x86匯編語言及高檔微處理器均以8086/8088為基礎(chǔ)發(fā)展起來，因此，本課程以8086/8088為背景介紹微處理器的結(jié)構(gòu)、微型計算機系統(tǒng)的組成、存儲器、接口技術(shù)以及匯編語言程序設(shè)計，為學(xué)習(xí)高檔微型計算機技術(shù)打下基礎(chǔ)。*4

課程框架結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)特點概述尋址方式和指令系統(tǒng)程序設(shè)計存儲器接口芯片CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理.編寫程序的基礎(chǔ)介紹程序設(shè)計的方法

存儲芯片的結(jié)構(gòu)和運用

接口芯片的結(jié)構(gòu)和運用

8086系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機基礎(chǔ)知識.一、課程結(jié)構(gòu)*5課程框架結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)特點二、學(xué)習(xí)特點難點整體概念建立困難指令較多，難記難用外圍芯片多，容易混淆要求課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)有問題及時解決，勿產(chǎn)生堆積多交流，多討論獨立完成作業(yè)*6§1-1微型計算機的發(fā)展概況

1946年第一代電子計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator）在美國（賓夕法尼亞大學(xué)）誕生。一、計算機的發(fā)展簡史它裝有

18800個電子管、7萬個電阻器。1萬個電容器和6000個開關(guān)，重達30噸，占地面積150多平方米，耗電150千瓦。*7§1-1微型計算機的發(fā)展概況

一、計算機的發(fā)展簡史第一代計算機：電子管計算機，1946年，以電子管為邏輯元件。操作指令是為特定任務(wù)而編制的，每種機器有不同的機器語言，功能受限，速度慢。使用真空管和磁鼓儲存數(shù)據(jù)。主要元件：18800個電子管，70000個電阻，500萬個焊接點。其他：重30噸，占地150m2，耗電150kw，5000次/秒的加法運算。*8§1-1微型計算機的發(fā)展概況

一、計算機的發(fā)展簡史第二代計算機：晶體管計算機，1958年，以晶體管為邏輯元件。與電子管相比、晶體管具有體積小、重量輕、壽命長、效率高、功耗低等特點。晶體管計算機，降低了成本和體積，提高了運算速度。高級語言（Fortran，Cobol）的出現(xiàn)，使計算機從原來的“科學(xué)計算”擴展到“數(shù)據(jù)處理、過程控制”。*9§1-1微型計算機的發(fā)展概況

一、計算機的發(fā)展簡史第三代計算機：集成電路計算機，1965年，以中、小規(guī)模集成電路為邏輯元件。與晶體管相比，集成電路的體積更小，功耗更低，可靠性更高。第三代計算機由于采用了集成電路，計算速度從幾十萬次提高到上千萬次，體積大大縮小，價格也不斷下降。配上各類操作系統(tǒng)，性能大大提高。出現(xiàn)了交互式語言Basic、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法。

*10§1-1微型計算機的發(fā)展概況

一、計算機的發(fā)展簡史第四代計算機：大規(guī)模集成電路計算機，1970年，以超大規(guī)模集成電路為邏輯元件。大規(guī)模集成電路（LSI）計算機，降低了成本和體積，提高了運算速度。在實現(xiàn)微型化的同時，還實現(xiàn)了巨型化計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理等。微型計算機是第四代計算機的典型代表！*11§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第一代微處理器：1971年（4位和8位微處理器）

微型計算機的發(fā)展通常以微處理芯片CPU的發(fā)展為基點，微處理器作為微型計算機的核心，其技術(shù)的快速發(fā)展推動著整個微型計算機的進步和更新?lián)Q代。微處理器發(fā)展經(jīng)歷五代：第二代微處理器：1973年（8位微處理器）第三代微處理器：1978年（16位微處理器）第四代微處理器：1983年（32位微處理器）第五代微處理器：1993年（64位微處理器）*12§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第一代微處理器：1971年（4位和8位微處理器）典型產(chǎn)品：

Intel4004（1971年，4位微處理器）

Intel8008（1972年，8位微處理器）特點：工藝：PMOS集成度：2000只晶體管/片時鐘頻率：小于1MHz平均指令執(zhí)行時間：10~15μs采用機器語言編程。*13§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第二代微處理器：1973年（8位微處理器）典型產(chǎn)品：Intel8080（73年），MotorolaMC6800（74年），ZilogZ80（75年），Intel8085（76年）特點：工藝：NMOS集成度：9000只晶體管／片時鐘頻率：1~4MHz平均指令執(zhí)行時間：1~2μs有中斷和DMA等功能，指令系統(tǒng)相對完善，配備了匯編語言和高級語言（BASIC、FORTRAN語言），使用單用戶操作系統(tǒng)。*14§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第三代微處理器：1978年（16位微處理器）典型產(chǎn)品：Intel8086（1978年），ZilogZ8000（1979年），Motorola68000（1979年），Intel80286（1983年），Motorola68010（1983年）特點：工藝：HMOS集成度：2~7萬只晶體管/片時鐘頻率：4~25MHz平均指令執(zhí)行時間：0.5μs*15§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第三代微處理器：1978年（16位微處理器）8086微處理器時鐘頻率為5MHz，數(shù)據(jù)總線16位，地址總線20位，可尋址1MB內(nèi)存空間。具有豐富的指令系統(tǒng)，采用多級中斷，多重尋址方式，有段寄存器結(jié)構(gòu)，配有磁盤操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和多種高級語言，性能超過了70年代的中低檔小型機水平。*16§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第三代微處理器：1978年（16位微處理器）80286微處理器時鐘頻率為25MHz，地址總線24位，可尋址16MB內(nèi)存空間。提出了實模式和保護模式兩種存儲器管理模式，使之突破了8086訪問1MB存儲空間的限制；引進了段描述符表的概念，可訪問1GB的虛擬地址空間；支持虛擬存儲器體系，滿足了多用戶和多任務(wù)的工作需要。*17§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第四代微處理器：1983年（32位微處理器）典型產(chǎn)品：ZilogZ80000（1983年），Motorola68020（1984年），Intel80386（1985年），Intel80486（1989年），Motorola68040（1989年）特點：工藝：CHMOS集成度：15~50萬只晶體管／片時鐘頻率：16~40MHz平均指令執(zhí)行時間：<0.1μs*18§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第四代微處理器：1983年（32位微處理器）80386CPU數(shù)據(jù)總線和地址總線均為32位，尋址能力高達4GB，采用段頁式存儲器管理機制，提供帶有存儲器保護的虛擬存儲。采用6級流水線，即取指令，譯碼，內(nèi)存管理，執(zhí)行指令和總線訪問并行操作。有快速局部總線，有一套支持的配件。

*19§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第四代微處理器：1983年（32位微處理器）80486CPU不僅將浮點運算部件集成進芯片之內(nèi)，又增加了8KB的片內(nèi)高速緩存（Cache），內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度為64位。80486的整數(shù)處理部件采用了RISC技術(shù)（ReducedInstructionSetComputer，簡化指令集合計算機），可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，使80486的處理速度極大提高。芯片內(nèi)部其它方面保留CISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令系統(tǒng)

）用以處理復(fù)雜的指令，以保證兼容性。它還采用突發(fā)總線方式，大大提高了與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換速度。80486引進了時鐘倍頻技術(shù)，使主頻超過100MHz成為可能。*20§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展第五代微處理器：1993年開始（32位向64位微處理器過渡）典型產(chǎn)品：Pentium（1993年），PentiumPro（1995年）

PentiumⅡ（1997年），PentiumⅢ（1999年），Pentium4（2000年），Core（2006年）Pentium處理器不僅保留了與80486的兼容，而且在內(nèi)部集成了浮點運算器和兩個8KB的Cache，分別用于保存指令與數(shù)據(jù)；還提供了兩條并行的流水線，形成超標(biāo)量的體系結(jié)構(gòu)，大大提高了指令的并行運算速度。CPU的內(nèi)部工作頻率為60～100MHz，使Pentium處理器可在一個機器周期內(nèi)執(zhí)行完兩條指令。特點*21§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展PentiumPro內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與地址總線均為64位，采用3路超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)，14級超級流水線，非順序執(zhí)行指令，進行分支指令預(yù)測技術(shù)和數(shù)據(jù)流分析，可實現(xiàn)指令的動態(tài)執(zhí)行；PentiumⅡ雙重獨立總線結(jié)構(gòu)（二級高速緩存總線及處理器到主存的系統(tǒng)總線分別獨立）；內(nèi)置多媒體擴展技術(shù)；將256～512KB的L2Cache集成到CPU中，優(yōu)化了L2Cache到系統(tǒng)總線的輸入隊列和數(shù)據(jù)緩沖器；PentiumⅢ主頻為450MHz，系統(tǒng)總線頻率為100MHz；增加了70余條三維圖像處理指令—SSE指令集；PentiumⅢ主頻為450～700MHz。*22§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展Pentium4主頻可達1.5GHz～3.6GHz，它采用了一系列新技術(shù)，包括400MHz的系統(tǒng)總線和雙通道的DRAM、專用的跟蹤緩沖器（用來保存已解碼的指令和轉(zhuǎn)移高速處理所需的數(shù)據(jù)）、超線程技術(shù)（為每個CPU設(shè)置兩個入口，相當(dāng)于兩個邏輯CPU），以及20級的超長流水線技術(shù)和高級動態(tài)分支技術(shù)，同時引入了為加速執(zhí)行各種應(yīng)用程序而設(shè)計的包括144條多媒體及圖形指令（SSE2），從而使Pentium4CPU能夠更好地滿足互聯(lián)網(wǎng)用戶的要求。特點*23§1-1微型計算機的發(fā)展概況

二、微型計算機的發(fā)展Core（酷睿）處理器采用先進的雙核架構(gòu)，將兩個微處理器內(nèi)核封裝在一起，共享二級緩存和系統(tǒng)總線，可以根據(jù)工作負載情況，將共享二級高速緩存動態(tài)分配到每個處理器內(nèi)核。特點*24INTEL微處理器性能演進表地址總線數(shù)據(jù)總線存儲器尋址空間一級緩存二級緩存工作頻率(Hz)集成度(只/片)808016864KB2M450080882081MB5M29000808620161MB5/8/10M2900080286241616MB12/20/25M13.4萬80386SX241616MB16/25/33M27.5萬80386DX32324GB16/33/40M27.5萬80486DX32324GB8KB25~100M120萬Pentium32644GB16KB66~200M310萬PentiumMMX32(36)6464GB16KB200~300M450萬性能芯片*25地址總線數(shù)據(jù)總線存儲器尋址空間一級緩存二級緩存工作頻率(Hz)集成度(只/片)PentiumPro366464GB16KB256KB150~200M550萬PⅡ366464GB32KB512KB233~450M750萬PⅡXeon366464GB32KB512KB350~450M750萬PⅢ366464GB32KB512KB450M~1.4G950萬P4366464GB32KB256KB~2MB1.3~3.8G1.25億Core366464GB64KB2MB~8MB1.8~3.0G2.91億CoreXeon40641024GB64KB2MB~12MB1.6~3.0G8.2億INTEL微處理器性能演進表（續(xù)）性能芯片*26§1-2微型計算機系統(tǒng)概述控制器輸出設(shè)備

CPU

存儲器運算器ALU輸入設(shè)備微型計算機的基本結(jié)構(gòu)屬于馮·諾依曼型計算機。它包括運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個組成部分，基本工作原理是存儲器存儲程序控制的原理。早期的馮·諾依曼機結(jié)構(gòu)上以運算器和控制器為中心，隨著計算機系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)已演化為以存儲器為中心的結(jié)構(gòu)。*27§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

一、微型計算機系統(tǒng)微處理器(Microprocessor)

微處理器(Microprocessor)，簡稱μP或MP，是由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運算器和控制器的中央處理機部件，即CPU(CertalProcessingUnit)。

微處理器不能構(gòu)成獨立工作的系統(tǒng)，也不能獨立執(zhí)行程序，必須配上存儲器、外部輸入/輸出接口構(gòu)成一臺微型計算機方能工作。*28§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

一、微型計算機系統(tǒng)微型計算機微型計算機的組成：CPU存儲器I/O接口電路系統(tǒng)總線微型計算機由微處理器CPU、內(nèi)部存儲器、輸入/輸出接口電路組成

（CPU+內(nèi)存+I/O接口+系統(tǒng)總線）。*29§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

一、微型計算機系統(tǒng)微型計算機*30§1-2微型計算機系統(tǒng)概述一、微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)成：微型計算機＋外部輸入／輸出設(shè)備＋系統(tǒng)軟件*31§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

一、微型計算機系統(tǒng)微型計算機系統(tǒng)*32§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

ALU寄存器控制部件系統(tǒng)軟件：DOS、Windows95/98/2000應(yīng)用軟件：WPS、Word、Photoshop微處理器CPU

存儲器(RAM,ROM)I/O接口總線硬件軟件微型計算機系統(tǒng)微型計算機外設(shè)鍵盤、鼠標(biāo)顯示器軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)打印機、掃描儀概念對照

[微處理器、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)]*33§1-2微型計算機系統(tǒng)概述二、微型計算機硬件系統(tǒng)微型計算機的硬件主要由以下五個部分組成：微處理器CPU、內(nèi)存儲器（RAM、ROM）外存儲器（磁盤、磁帶、光盤），輸入、輸出設(shè)備，總線（BUS）。*34*341.微處理器:微處理器由運算器、控制器組成。

運算器部分：（1）算術(shù)邏輯單元ALU（ArithmeticLogicUnit）（2）累加器ACC（Accumulator）（3）狀態(tài)寄存器FRCFlagRegister）（4）寄存器組RS（Resisters）（5）堆棧和堆棧指針寄存器SP§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

控制信號…指令寄存器IR指令譯碼器ID控制邏輯PLA累加器ALU程序計數(shù)器PC狀態(tài)寄存器堆棧指針SP通用寄存器*35*351.微處理器§1-2微型計算機系統(tǒng)概述控制器部份：（1）程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）

PC用來記住當(dāng)前要執(zhí)行的指令地址碼。具有自動加1的功能。（2）指令寄存器IR、指令譯碼器ID及控制信號發(fā)生電路。指令寄存器IR：存放從存儲器取出的將要執(zhí)行的指令。指令譯碼器ID：對指令寄存器IR中的指令進行譯碼，確定該指令應(yīng)執(zhí)行什么操作。可編程邏輯陣列PLA：產(chǎn)生取指令和執(zhí)行指令所需的各種微操作控制信號。*36§1-2微型計算機系統(tǒng)概述

2.存儲器存儲器是微機的存儲和記憶部件，用來存放程序和數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果與最終結(jié)果）。在計算機內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)都是用0、1二進制代碼的形式來表示的。每一個0或1就叫做1位信息。*373.總線（1）地址總線AB：用來傳送CPU輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、I/O端口。地址總線的條數(shù)決定微處理器的尋址能力（2）數(shù)據(jù)總線DB：用來在CPU與存儲器、I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)總線的條數(shù)決定微處理器一次最多可以傳送的數(shù)據(jù)寬度（3）控制總線CB：以來傳送各種控制信號§1-2微型計算機系統(tǒng)概述*38§1-2微型計算機系統(tǒng)概述4.I/O接口和輸入/輸出設(shè)備常用的輸入設(shè)備有鍵盤、卡片、輸入機、條形碼識別裝置、掃描儀等；輸出設(shè)備有LED顯示器、CRT、打印機、繪圖儀等。輸入/輸出設(shè)備又稱外圍設(shè)備，它要通過I/O接口與計算機相連。I/O接口是微型計算機與外界通信聯(lián)系的通道。

*39三、

微型計算機的工作過程微型計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，而程序由指令序列組成，因此，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。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指、譯碼和執(zhí)行三個基本步驟，所以，微型計算機的工作過程，也就是不斷地取指令、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?！?-2微型計算機系統(tǒng)概述*40簡單地講，微型計算機系統(tǒng)的工作過程是取指令(代碼)→分析指令(譯碼)→執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過程?！?-2微型計算機系統(tǒng)概述*41§1-2微型計算機系統(tǒng)概述*42四、

微型計算機的主要性能指標(biāo)CPU字長在計算機術(shù)語中，通常都不用位來表示基本信息單元，而是用一個計算機字（簡稱字）來表示。CPU字長就是計算機內(nèi)部一次可以處理的二進制代碼的位數(shù)。CPU時鐘頻率（主頻）CPU時鐘頻率在很大程度上決定了計算機的運算速度。CPU指令執(zhí)行時間CPU指令執(zhí)行時間反映了CPU運算速度的快慢?！?-2微型計算機系統(tǒng)概述*43§1-2微型計算機系統(tǒng)概述內(nèi)存儲器容量與速度內(nèi)存儲器容量是衡量計算機存儲二進制信息量大小的一個重要指標(biāo)。微型機常用字節(jié)表示內(nèi)存儲器的容量。1K字節(jié)=210字節(jié)=1024字節(jié)，1M字節(jié)=220字節(jié)=1024K字節(jié)，1G字節(jié)=230字節(jié)=1024M字節(jié)。內(nèi)存儲器速度用存取周期來衡量，存儲器執(zhí)行一次完整的讀/寫操作所需的時間稱為存取周期。當(dāng)然，執(zhí)行不同的指令所需的時間不同，這里的“運算速度”指統(tǒng)計平均速度，即以“百萬條指令/秒”（MIPSMillionInstructionPerSecond）作單位，*44§1-2微型計算機系統(tǒng)概述系統(tǒng)總線的傳輸速率系統(tǒng)總線的傳輸速率直接影響到計算機輸入/輸出的性能，它與總線中的數(shù)據(jù)寬度及總線周期有關(guān)，以MB/S為單位。外部設(shè)備的配備情況在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，外部設(shè)備占據(jù)重要地位。一臺計算機配備多少外部設(shè)備，或者配有多少外部設(shè)備的接口電路，對于程序的研制和系統(tǒng)性能都有重大影響。系統(tǒng)軟件的配置軟件是計算機系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，它的配備直接關(guān)系到計算機的性能好壞、效率高低。軟件配備通常包括操作系統(tǒng)、高級語言和匯編語言、應(yīng)用軟件等的配備。*45

一、

數(shù)制的概念

1.逢R進一

R表示數(shù)制中需要的數(shù)碼（數(shù)字字符）的總數(shù)，也稱為基數(shù)。基數(shù)為R的數(shù)制稱為R進制數(shù)。

2.位權(quán)表示法位權(quán)，又簡稱為權(quán)。同一個數(shù)碼處于不同位置則表示不同的值。通常把基數(shù)的某次冪稱為位權(quán)，位權(quán)是指一個數(shù)碼在某個固定位置上所代表的值，處在不同位置上的數(shù)碼所代表的值是不同的，值的大小與其所處的位置有關(guān)。任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和?！?-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*46一、常用數(shù)制介紹

1、二進制（Binary）

2、八進制（Octal）

3、十六進制（Hexadecimal）注意：八進制數(shù)也可用O作為后綴，O為Octal的字頭。但為了避免與0混淆，通常改寫為Q表示。§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*47計算機中各種常用數(shù)制與十進制的表示§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*48三、數(shù)制轉(zhuǎn)換1.非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)

2.十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制

3.二進制數(shù)與八進制、十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

(1)二進制轉(zhuǎn)換成八進制、十六進制數(shù)(2)八進制、十六進制轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*49四、機器數(shù)和真值在計算機中，只能表示0和1兩種數(shù)碼，為表示正數(shù)和負數(shù)，專門選擇一位（通常選擇最高位）來表示數(shù)的符號，稱為符號位。規(guī)定：符號位為“0”時表示正數(shù)；為“1”時表示負數(shù)。

把一個數(shù)在機器中的表示形式（連同符號位在一起）稱為機器數(shù)；而它原來實際的數(shù)值叫機器數(shù)真值（簡稱真值）。機器數(shù)只用二進制表示，而真值可以用任意進制表示。五、

原碼、反碼和補碼計算機中為了表示和運算的方便，對帶符號數(shù)有三種表示方法，分別是原碼、反碼和補碼?！?-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*501.原碼表示法在原碼表示中，最高位表示數(shù)的符號，其余各位表示數(shù)值。符號位規(guī)定0表示正號，1表示負號。例1：X1=67=+1000011BX2=-67=-1000011B[X1]原=01000011[X2]原=11000011

顯然，數(shù)0的原碼有兩種不同形式（設(shè)字長為8位）：

[+0]原=00000000[-0]原=10000000§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*512.反碼表示法規(guī)定如下：①對于正數(shù)，反碼的表示與原碼的表示相同。②對于負數(shù)，符號位為1，其余由原碼的數(shù)值部分按位取反。③對于0，兩種表示方法，［＋0］反＝00000000；［－0］反＝11111111。設(shè)存儲位數(shù)為8位，X＝103，則［X］原＝01100111；［X］反＝01100111；Y＝－103則［Y］原＝11100111；［Y］反＝10011000?？梢钥闯?，在反碼中，0的表示也是不惟一的?！?-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*523.補碼表示法補碼是計算機中帶符號數(shù)的實用表示法。①對于正數(shù)，補碼的表示與原碼的表示相同。②對于負數(shù)，補碼可由其反碼的末尾加1獲得，即負數(shù)的補碼是對其原碼除符號位之外各數(shù)值位求反并在末位加1而得到的。③對于0，補碼的表示是惟一的，［＋0］補＝00000000，［－0］補＝00000000。§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*53設(shè)存儲位數(shù)為8位，X＝123，則［X］原＝01111011；［X］補＝01111011；

Y＝－123，則［Y］原＝11111011；

［Y］補＝10000101。補碼表示中，不但0的表示是惟一的，而且在進行數(shù)學(xué)運算時，不需要事先進行符號位判斷，而是讓符號位與數(shù)值一起參與運算。因此，補碼是計算機中最為實用的數(shù)的表示方法?！?-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*544、數(shù)的表示范圍對于長度為8位的二進制數(shù)，表示數(shù)值范圍的情況如下：①作為無符號數(shù)時，其表示的數(shù)值范圍為0～＋255；②作為原碼時，其表示的數(shù)值范圍為－127～＋127，其中，［－127］原＝11111111，［＋127］原＝01111111；③作為反碼時，其表示的數(shù)值范圍為－127～＋127，其中，［－127］反＝10000000，［＋127］反＝01111111；§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*55④作為補碼時，其表示的數(shù)值范圍為－128～＋127，其中，［－128］補＝10000000，［＋127］補＝01111111；可以得出，當(dāng)存儲位數(shù)為n時，無符號數(shù)的表示范圍為.原碼和反碼的表示范圍為補碼碼的表示范圍為-2n-1

≤X≤2n-1-15.補碼的加減運算當(dāng)負數(shù)采用補碼表示時，就可以將減法轉(zhuǎn)換為加法。§1-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼±（2n-1-1）0≤X≤2n-1

*56

（1）補碼加法規(guī)則：兩數(shù)和的補碼等于兩數(shù)補碼的和，即[X+Y]補=[X]補+[Y]補其中X、Y可為正數(shù)或負數(shù)，符號位參與運算。

（2）補碼減法規(guī)則：[X-Y]補=[X]補+[-Y]補其中X、Y可為正數(shù)或負數(shù)，符號位參與運算。運算時，先求[X]補，再求[-Y]補，然后進行補碼的加法運算?！?-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*57例設(shè)X=66Y=51以28為模求X±Ｙ解：[X]補=01000010[Y]補=00110011[-Y]補=11001101[X+Y]補=[X]補+[Y]補=01000010+00110011=01110101X+Y=+1110101B=+117[X-Y]補=[X]補+[-Y]補=01000010+11001101=100001111

X-Y=+0001111B=+15本例雖然進位被丟棄，但X-Y不超出補碼表示范圍，故運算結(jié)果為正確的補碼?！?-3微計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼*58§1-3計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼例求66+99，-66-99

解：[66]補=01000010[-66]補=10111110[99]補=01100011 [-99]補=10011101[66+99]補=01000010+01100011

=10100101

[-66-99]補=10111110+10011101

=01011011超出補碼表示范圍，溢出，結(jié)果都是錯誤的。*59§1-3計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼6.溢出及其判斷（1）溢出的概念如上所述，字長為n位的帶符號數(shù)，用最高位表示符號，其余n-1位表示數(shù)值，它能表示的補碼運算范圍為-2n-1

≤X≤2n-1-1，如果運算結(jié)果超出此范圍，就叫補碼溢出，簡稱溢出。例如對字長為8位的二進制帶符號數(shù)，其補碼范圍為-28-1

≤X≤28-1-1，即-128—+127。如果運算結(jié)果超出此范圍，就會產(chǎn)生溢出。*60§1-3計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼（2）溢出的判斷判斷溢出的方法很多，現(xiàn)列舉一二：①如上例介紹，根據(jù)參加運算的兩個數(shù)的符號及運算結(jié)果的符號可以判斷溢出。②利用雙進位的狀態(tài)，即利用符號位相加和數(shù)值部分的最高位相加的進位狀態(tài)來判斷，亦即利用判別式V=D7C⊕D6C來判斷。當(dāng)V=1，即D7C與D6C“異或”結(jié)果為1，表示有溢出；當(dāng)V=0，即D7C與D6C“異或”結(jié)果為0，表示無溢出。*61§1-3計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼（3）溢出與進位進位與溢出是兩個不同的概念，兩者沒有必然的聯(lián)系，有的運算有進位也有溢出，有的運算無進位卻有溢出。進位是指運算結(jié)果的最高位向更高位的進位，如有進位，則CY=1；如無進位，則CY=0。當(dāng)CY=1，即D7C=1，若D6C=1，則V=D7C⊕D6C=1⊕1=0，無溢出；若D6C=0，則V=D7CD6⊕C=1⊕0=1，有溢出。在上述例2.8中,雖無進位卻有溢出;例2.9中,既有進位也有溢出。*62§1-3計算機中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示及編碼六.定點數(shù)和浮點數(shù)在計算機中，不僅要處理整數(shù)運算，還要處理小數(shù)運算，如何處理小數(shù)點位置是十分重要的。經(jīng)常用定點法和浮點法來表示小數(shù)點的位置。1.定點表