微機(jī)原理與單片機(jī)應(yīng)用1-2

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算及其加法電路1.4.1二進(jìn)制數(shù)據(jù)算術(shù)運(yùn)算規(guī)則(1)加法運(yùn)算規(guī)則

0+0=0例如：

01010+1=1+)00011+0=101101+1=0并產(chǎn)生進(jìn)位(2)減法運(yùn)算規(guī)則

0-0=0例如：10110-1=1并產(chǎn)生借位

-)01011-0=101101-1=0(3)乘法運(yùn)算規(guī)則例如：

11010X0=0X)01010X1=011011X0=011011X1=11000001(4)除法運(yùn)算規(guī)則

1101例如：1110101/100110011110101100110111001010011001000000000第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.2半加器電路設(shè)計(jì)問題描述：對(duì)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，產(chǎn)生1位和和1位進(jìn)位。定義輸入輸出變量：輸入x,y,輸出S（sum）,C(carry)。真值表：xyCS0000010110011110邏輯表達(dá)式：S=xy+xy,C=xy，由此可以化出邏輯圖如下：第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)SyCx=1&HAxysc半加器電路圖：半加器符號(hào)：第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.3全加器電路設(shè)計(jì)FAabscico1位全加器框圖1位全加器真值表：abcicos00000001010100101110100011011011010111111位全加器邏輯表達(dá)式(電路圖見p13)S=/a/bci+/ab/ci+a/b/ci+abci=abciCo=/abci+a/bci+ab/ci+abci=ab+aci+bci

由多個(gè)一位全加器把進(jìn)位信號(hào)串聯(lián)而成，每個(gè)全加器都有2級(jí)門的延遲時(shí)間，故這種n位加法器有2n級(jí)門的延遲時(shí)間。abscicoabscicoabscicoFAabscicocicoa<3:0>b<3:0>a<0>a<1>a<3>a<2>b<0>b<1>b<3>b<2>s<0>s<1>s<3>s<2>s<3:0>1.4.4二進(jìn)制數(shù)的加法電路設(shè)計(jì)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)FAFAFA第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.5二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法(1)基本概念：無符號(hào)數(shù)、有符號(hào)數(shù)、機(jī)器數(shù)、真值。機(jī)器中，數(shù)的符號(hào)用“0”、“1”表示，最高位作符號(hào)位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。機(jī)器數(shù)：機(jī)器中數(shù)的表示形式，其位數(shù)通常為8的倍數(shù)。真值：機(jī)器數(shù)所代表的實(shí)際數(shù)值。舉例:一個(gè)8位機(jī)器數(shù)與它的真值對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：真值： X1=+84=+1010100BX2=-84=-1010100B機(jī)器數(shù)：[X1]機(jī)=01010100[X2]機(jī)=11010100有符號(hào)數(shù)通常使用三種表示方法:原碼、反碼和補(bǔ)碼。(2)原碼(TrueForm)：最高位為符號(hào)位，0表示“+”，1表示“－”，數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。例8位原碼機(jī)器數(shù)：真值： x1=+1010100B x2=－1010100B

機(jī)器數(shù)： [x1]原

=01010100 [x2]原

=11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.5二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法(3)反碼（One’sComplement）:正數(shù)的反碼與原碼表示相同。負(fù)數(shù)反碼符號(hào)位為1，數(shù)值位為原碼數(shù)值各位取反。 例8位反碼機(jī)器數(shù)： x=+4：[x]原=00000100 [x]反=00000100 x=-4：[x]原=10000100 [x]反=11111011(4)補(bǔ)碼（Two’sComplement）:正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼相同。負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，數(shù)值位等于反碼加1。例：求8位補(bǔ)碼機(jī)器數(shù)： x=+4 [x]原=[x]反=[x]補(bǔ)=00000100 x=-4 [x]原

=10000100 [x]反

=11111011 [x]補(bǔ)

=11111100補(bǔ)碼表示的優(yōu)點(diǎn)：

0的表示唯一，加減運(yùn)算方便。第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.5二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法(5)8位機(jī)器數(shù)表示的真值:第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.5二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法(6)各種編碼方法的表數(shù)范圍:n+1位二進(jìn)制編碼x表示的整數(shù)范圍：原碼、反碼：-2n＜x＜2n

補(bǔ)碼：-2n≤x＜2n例如：8位原碼、反碼的表數(shù)范圍是-127～+127，補(bǔ)碼的表數(shù)范圍是-128～+127；16位原碼、反碼的表數(shù)范圍是-32767～+32767，補(bǔ)碼的表數(shù)范圍是-32768～+32767(7)各種編碼之間的相互轉(zhuǎn)換：[x]原[x]補(bǔ)：

x≥0,[x]補(bǔ)=[x]原;x＜0,符號(hào)位不變，數(shù)值位取反+1。例1：[X1]原=01111111=7FH，[X1]補(bǔ)=01111111=7FH[X2]原=11111111=FFH，[X2]補(bǔ)=10000001=81H例2：[X1]原=59H，[X2]原=D9H，求真值？

X1=+1011001B=+89X2=-1011001B=-89例3：[X1]補(bǔ)=59H，[X2]補(bǔ)=D9H，求真值？

X1=+1011001B=+89X2=-0100111B=-39第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.5二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼方法原碼、反碼、補(bǔ)碼表示小結(jié)：正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示均相同，符號(hào)位為0，數(shù)值位同數(shù)的真值。零的原碼和反碼均有2個(gè)編碼，補(bǔ)碼只有1個(gè)編碼。負(fù)數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼表示均不同，符號(hào)位為1，數(shù)值位：原碼為數(shù)的絕對(duì)值反碼為每一位均取反碼補(bǔ)碼為反碼再在最低位+1由[X]補(bǔ)求[-X]補(bǔ)：每一位取反后,再在最低位+1第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.6補(bǔ)碼加法器/減法器電路(1)補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算規(guī)律:[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)[-Y]補(bǔ)=對(duì)[Y]補(bǔ)逐位取反(包括符號(hào)位),再在最低位加1。例：設(shè)x=1010，y=-0101,則[x]補(bǔ)=01010，[y]補(bǔ)=11011,[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=00101[x+y]補(bǔ)=[1010-0101]補(bǔ)=[0101]補(bǔ)=00101,

由此可見[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)例：設(shè)x=0101，則-x=-0101,[x]補(bǔ)=00101,[-x]補(bǔ)=11011,

所以[-x]補(bǔ)=對(duì)[x]補(bǔ)逐位取反,再在最低位加1。第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.6補(bǔ)碼加法器/減法器電路(2)補(bǔ)碼加減法的電路實(shí)現(xiàn):8位二進(jìn)制加法器電路：第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)8位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼減法器電路：可控的8位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼加減法器(SUB=0,加法,SUB=1,減法):第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.6補(bǔ)碼加法器/減法器電路(3)加減法運(yùn)算的溢出問題：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器數(shù)所能表示的范圍時(shí)，稱為溢出。顯然，兩個(gè)異號(hào)數(shù)相加或兩個(gè)同號(hào)數(shù)相減，其結(jié)果是不會(huì)溢出的。僅當(dāng)兩個(gè)同號(hào)數(shù)相加或者兩個(gè)異號(hào)數(shù)相減時(shí)，才有可能發(fā)生溢出的現(xiàn)象，一旦溢出，運(yùn)算結(jié)果就不正確了，因此必須將溢出的情況檢查出來。判別溢出的方法：無符號(hào)數(shù)溢出判斷─最高位是否產(chǎn)生進(jìn)位或借位。計(jì)算機(jī)設(shè)置進(jìn)位標(biāo)志位Cy判斷無符號(hào)數(shù)溢出：

當(dāng)數(shù)據(jù)加/減最高位產(chǎn)生進(jìn)位/借位，Cy=1；否則,Cy=0。補(bǔ)碼溢出判斷─符號(hào)位和最高數(shù)值位進(jìn)位是否相同。計(jì)算機(jī)設(shè)置溢出標(biāo)志位OV判斷補(bǔ)碼溢出。

邏輯關(guān)系：OV=Cy6?Cy7

當(dāng)補(bǔ)碼加/減產(chǎn)生溢出OV=1，否則OV=0。第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.7其它編碼(1)西文字符編碼：美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼，用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳遞信息。用一個(gè)字節(jié)表示一個(gè)字符，其中低7位為字符的編碼值，最高位一般用作校驗(yàn)位。第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.4.7其它編碼(2)漢字編碼：

GB2312-80國標(biāo)碼，用兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字的編碼。漢字的區(qū)號(hào)+A0H=漢字機(jī)內(nèi)碼的高字節(jié)漢字的位號(hào)+A0H=漢字機(jī)內(nèi)碼的低字節(jié)例如：‘啊’的區(qū)號(hào)為十進(jìn)制的16區(qū)，位號(hào)為1。相應(yīng)的機(jī)內(nèi)碼為B0A1H(3)BCD碼(BinaryCodedDecimal)二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)：用4位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)。8421BCD碼：例：求十進(jìn)制數(shù)876的BCD碼

[876]BCD=100001110110 876=36CH=1101101100BBCD碼運(yùn)算：十進(jìn)制調(diào)整：計(jì)算機(jī)實(shí)際