微型計算機概論第1頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四《微型計算機原理及接口技術》課程簡介及要求課程特點:

理論與實際聯系非常緊密的課程,課程內容更新極快。內容多，學時少，進度快，難度大，應用廣。第2頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四《微型計算機原理及接口技術》課程簡介及要求抓住教學過程中的3個環節

上課時要主動參與、發現、探究將上課時的多媒體教案從教師手中轉化為自己的認知工具，主動參與、發現、探究；課堂上會布置自學內容，通過自學從而培養自學的能力；

獨立完成作業同學之間相互交流，一起討論，但一定要獨立完成作業；第3頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四《微型計算機原理及接口技術》課程簡介及要求

實驗課前要預習，寫出預習報告，做到心中有數，有的放矢；實驗課后，要寫實驗報告，總結經驗和教訓；提高自己分析問題和解決問題的能力，培養一種嚴謹科學作風。收獲與時間成正比

本課程理論聯系實際非常緊密，內容更新極快。只能采用解剖麻雀方法，教師在這里只起到拋磚引玉的作用。因此同學們學習過程中，要花時間去學習、思索、實踐。有機地將本專業的知識結合起來，構成一個實際系統，解決實際問題。

收獲與時間成正比,花時間越多，收獲將越大。第4頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四第一章微型計算機概論1．第一臺電子計算機

1946年2月，美國賓夕法尼亞大學誕生了世界上第一臺電子數字計算機：“埃尼阿克”（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數字積分計算機）。重量30噸，占地170平方米，每小時耗電150千瓦，價值約40萬美元。采用18000只電子管，70000個電阻，10000支電容，研制時間近三年，運算速度為每秒5000次加減法運算。

ENIAC的不足：運算速度慢、存儲容量小、全部指令沒有存放在存儲器中、機器操作復雜、穩定性差。1.1微型計算機概述1.1.1計算機的發展第5頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2．馮·諾依曼結構計算機

1946年6月，美籍匈牙利科學家馮·諾依曼（JoheVonNeumman）提出了“存儲程序”的計算機設計方案。其特點是：采用二進制數形式表示數據和計算機指令。指令和數據存儲在計算機內部存儲器中，能自動依次執行指令。由控制器、運算器、存儲器、輸入設備、輸出設備5大部分組成計算機硬件。

工作原理的核心是“存儲程序”和“程序控制”。按照這一原理設計的計算機稱為馮·諾依曼型計算機。馮·諾依曼提出的體系結構奠定了現代計算機結構理論的基礎，被譽為計算機發展史上的里程碑。第6頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四馮·諾依曼計算機結構運算器存儲器控制器輸出設備輸入設備原始數據和指令計算結果計算機的基本結構框圖第7頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四馮·諾依曼計算機結構數據和程序以二進制代碼形式不加區別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也為二進制。由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五部分組成。控制器是根據存放在存儲器中的指令序列即程序來工作的，并由一個程序計數器（即指令地址計數器）控制指令的執行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能根據指令，選擇不同的動作流程。微處理器包括運算器和控制器。以其為核心，通過地址(AB)、數據(DB)、控制(CB)三總線連接存儲器、輸入/輸出接口，進而輸入設備和輸出設備。第8頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.1.2微型計算機的分類及主要性能指標1.微型計算機的分類

(1)按照CPU的字長來分類有4位、8位、16位、32位、64位微型計算機等。(2)按照微處理器器件的工藝來分類可分成MOS工藝、雙極型TTL工藝的微處理器。(3)按照微型計算機的利用形態來分類有單片機、單板機、位片機、微機系統等。第9頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四(4)按計算機的用途分類個人計算機：面向個人或家庭使用的低檔微型計算機。工作站：介于PC機和小型機之間的高檔微型機。小型計算機：結構簡單、成本較低、易維護和使用。其規模和設置可以滿足一個中小型部門的工作需要。主機：具有大容量存儲器，多種類型的I/O通道，能同時支持批處理和分時處理等多種工作方式。其規模和配置可以滿足一個大中型部門的工作需要。小巨型計算機：也稱為桌上型超級計算機。最大的特點是價格便宜，并且具有較好的性能價格比。巨型計算機：也稱為超級計算機。具有極高的性能和極大的規模，價格昂貴，多用于尖端科技領域。第10頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2.微型計算機的性能指標介紹

位：這是計算機中所表示的最基本、最小的數據單元。字長：是計算機在交換、加工和存放信息時的最基本的長度。字節（Byte）：是計算機中通用的基本單元，由8個二進制位組成。字：是計算機內部進行數據處理的基本單位。主頻：也稱時鐘頻率，是指計算機中時鐘脈沖發生器所產生的頻率。訪存空間：是該微處理器構成的系統所能訪問的存儲單元數。指令數：構成微型計算機的操作命令數。基本指令執行時間：計算機執行程序所花的時間?？煽啃裕褐赣嬎銠C在規定時間和條件下正常工作不發生故障的概率。兼容性：指計算機硬件設備和軟件程序可用于其他多種系統的性能。性能價格比：是衡量計算機產品優劣的綜合性指標。第11頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四微機系統的主要性能指標字長計算機內部一次可處理的二進制數的位數。取決于微處理器內部通用寄存器的位數和數據總線的寬度。字長越長，則表示的數據精度越高，完成相同精度的數據運算速度越快。運算速度常用平均運算速度MIPS(MillionsofInstructionPerSecond)和CPU的主頻表示。主頻：微處理器運行的時鐘頻率。外頻：微處理器外部總線的頻率。早期微處理器的主頻與外部總線的頻率相同，從80486DX2開始，主頻=外部總線頻率倍頻系數。第12頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四微機系統的主要性能指標存儲器容量：內存和外存，通常以字節為單位。內存：微處理器的尋址空間和實際配置的存儲器容量(內存條容量)。外存：硬盤容量。1K=210=1024；1M=220=1024K；1G=230=1024M；1T=240=1024G外設擴展能力計算機系統配接各種外部設備的可能性、靈活性和適應性。第13頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.1.3微型計算機的發展1．按邏輯部件化分的計算機發展階段按電子部件的演變經歷了四代：（1）第一代（1946年-1958年）：電子管計算機特點：體積大、耗電多、運算速度慢，存儲容量小。（2）第二代（1959年-1964年）：晶體管計算機

特點：體積減小，重量輕、省電、壽命長、可靠性提高，運算速度可達每秒百萬次。（3）第三代（1965年-1970年）：中小規模集成電路計算機特點：存儲容量1-4兆字節。運算速度每秒幾百萬至千萬次，可靠性有較大提高，體積進一步縮小，成本進一步降低，出現了向大型化和小型化發展的趨勢。第14頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（4）第四代（1971年-）：大規模和超大規模集成電路計算機大規模集成電路使計算機發生了巨大的變化，半導體存儲器的集成度越來越高。Intel公司推出了微處理器，誕生了微型計算機，使計算機的存儲容量、運算速度、可靠性、性能價格比等方面都比上一代計算機有較大突破。第15頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（1）超、大、中、小型計算機階段（1946年-1980年）采用計算機來代替人的腦力勞動，提高了工作效率，能夠解決較復雜的數學計算和數據處理。（2）微型計算機階段（1981年-1990年）微型計算機大量普及，幾乎應用于所有領域，對世界科技和經濟的發展起到了重要的推動作用。（3）計算機網絡階段（1991年至今）計算機網絡為人類實現資源共享提供了有力的幫助，從而促進了信息化社會的到來，實現了遍及全球的信息資源共享。2．按計算機應用劃分的計算機發展階段第16頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3.按微處理器的產生和發展按照計算機CPU、字長和功能劃分，經歷了5代的演變:第一代（1971年～1973年）：4位和8位低檔微處理器；第二代（1974年～1978年）：8位中高檔微處理器；第三代（1978年～1980年）：16位微處理器；第四代（1981年～1992年）：32位微處理器；第五代（1993年以后）：全新高性能奔騰系列微處理器。將傳統計算機的運算器和控制器集成在一塊大規模集成電路芯片上作為中央處理部件，簡稱為微處理器（Microprocessor）。微型計算機是以微處理器為核心，再配上存儲器、接口電路等芯片構成的。第17頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四微處理器的發展一階段1971年Intel40044位2300108KHz每秒6萬次1972年Intel80088位3500基本指令周期為20～50μs第二階段1974年Intel80808位60002MHzMC68008位68001976年Z808位100002.5MHz三階段1978年Intel808616位290005MHz／基本指令周期0.5μs1982年Intel8028616位13.4萬基本指令周期0.2μs四階段1985年10月8038632位27.5萬16-33MHz／3-4MIPS1989年4月8048632位120萬33-120MHz/41-54MIPS五階段1993.3.22Pentium32位310萬75-133MHz0.6μm1995.11.8Pentiumpro32位550萬200MHz/400MIPS第六階段1997年PentiumⅡ32位700萬266MHz/400MIPS1999.2.26PentiumⅢ32位2800萬450MHz1999.2.24AMD-K6-Ⅲ32位2130萬450MHz0.25μm七階段2000.11.24Pentium432位4200萬1.4GHz0.18μm第18頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四CPU性能每18個月增加一倍

晶體管數目每兩年增加一倍后面是什么???Itanium733/800MHzIA-64架構McKinleyIA-64架構MadisonIA-64架構DeerfieldIA-64架構PentiumⅡPentiumMMXPentiumPro80486DX280386DX802868086第19頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四摩爾定律

晶體管數目每兩年增加一倍第20頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四摩爾定律CPU性能每18個月增加一倍第21頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四朝著微型計算機和巨型計算機兩級方向發展。當前開發和研究的熱點是多媒體計算機。未來計算機發展的總趨勢是智能化計算機。今后計算機應用的主流是計算機與通信相結合的網絡技術。非馮·諾依曼型體系結構的計算機是提高現代計算機性能的另一個研究焦點。

4．未來計算機的發展趨勢第22頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四神經網絡計算機：建立在人工神經網絡研究的基礎上，從內部基本結構來模擬人腦的神經系統。用簡單的數據處理單元模擬人腦的神經元，并利用神經元節點的分布式存儲和相互關聯來模擬人腦的活動。生物計算機：使用由生物工程技術產生的蛋白分子為材料的“生物芯片”，不僅具有巨大的存儲能力，而且能以波的形式傳播信息。由于它具備生物體的某些機能，所以更易于模擬人腦的機制。光子計算機：用光子代替電子，用光互連代替導線互連，用光硬件代替電子硬件，用光運算代替電子運算。5．新型計算機第23頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.2計算機的基本結構1.2.1計算機的基本結構第24頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四各部分的主要功能：（1）輸入設備：用于輸入原始信息和處理信息的程序。如鍵盤、鼠標器和掃描儀等。（2）輸出設備：用來輸出計算機的處理結果及程序清單。如顯示器和打印機。（3）存儲器：用來存放程序和數據。在控制器的控制下，可與輸入設備、輸出設備、運算器、控制器交換信息，是計算機中各種信息存儲和交流的中心。（4）運算器：用來對信息及數據進行處理和計算。也稱為算術邏輯部件ALU（ArithmeticandLogicUnit）。（5）控制器：是整個計算機的指揮中心，用來指揮計算機各部件的操作，使其協調一致地工作。

計算機中的兩類信息：一類是采用雙線表示的數據信息流，它包括原始數據、中間結果、計算結果和程序中的指令；另一類是采用單線表示的控制信息流，它是控制器發出的各種操作命令。第25頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.2.2計算機的工作原理

1．存儲程序原理把事先編制好的由計算機指令組成的程序存放到存儲器內，計算機在運算時依次取出指令，根據指令的功能進行相應的運算，這就是存儲程序原理。2．程序的自動執行程序在執行前先裝入內存儲器，CPU負責從內存中逐條取出指令，分析識別指令，最后執行指令，從而完成一條指令的執行周期。

程序的執行流程：取指令—

分析指令—

執行指令。

第26頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.2.3微型計算機系統的組成微型計算機系統由硬件系統和軟件系統兩大部分組成：硬件微計算機外圍設備微處理器內存儲器I/O接口電路系統總線外部設備過程I/O通道1.微型計算機系統的一般結構第27頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四軟件系統軟件程序設計語言應用軟件：軟件包，數據庫機器語言匯編語言高級語言監控程序操作系統編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序第28頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四硬件系統是由電子部件和機電裝置所組成的計算機實體。

硬件的基本功能是接受計算機程序，并在程序的控制下完成數據輸入、數據處理和輸出結果等任務。軟件系統是指為計算機運行工作服務的全部技術資料和各種程序。

軟件系統基本功能保證計算機硬件的功能得以充分發揮，并為用戶提供一個寬松的工作環境。計算機的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能正常工作。第29頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四微處理器CPU存儲器RAM接口電路時鐘外存I/O設備接口電路存儲器ROM數據總線（雙向）地址總線（單向）控制總線1.2.4微型計算機的硬件結構

第30頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四微型計算機（MicroComputer）是計算機的微型化，簡稱微機，它由CPU、存儲器、輸入接口和輸出接口以及總線組成。該層次就是已安裝了CPU和內存條的主板。微型計算機的硬件結構如圖所示第31頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

1．中央處理單元中央處理單元CPU（ControlProcessingUnit）是微型計算機的核心部件，是包含有運算器、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規模集成電路芯片，俗稱微處理器。各組成模塊及其功能：

微處理器（Microprocessor）簡稱μP或MP，或MPU（MicroprocessingUnit）。MPU是采用大規模和超大規模集成電路技術將算術邏輯部件ALU（ArithmeticLogicUnit）、控制部件CU（ControlUnit）和寄存器組R（Registers）三個基本部分以及內部總線集成在一塊半導體芯片上構成的電子器件。又稱為“中央處理單元”（CentralProcessorUnit），簡稱CPU。微處理器是微型計算機的核心，它的性能決定了整個微型機的各項關鍵指標。第32頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四按讀寫方式可分為兩種，一種是隨機存取存儲器RAM（RandomAccessMemory），RAM又分為靜態存儲器SRAM和動態存儲器DRAM，在PC機中，前者用作高速緩存，后者用作內存條，可隨時將信息寫入RAM，也可隨時從RAM中讀出信息。另一種是只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory），CPU只能從ROM中讀出預先寫入的信息。存儲器均按字節編址。2．存儲器(用于存放程序與數據的半導體器件)第33頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四數據總線DB（DataBus）：用于CPU與主存儲器、CPU與I/O接口之間傳送數據。地址總線AB（AddressBus）：用于CPU訪問主存儲器和外部設備時，傳送相關的地址。控制總線CB（ControlBus）：用于傳送CPU對主存儲器和外部設備的控制信號。3．系統總線總線（BUS）包括地址總線、數據總線和控制總線三種。所謂總線，它將多個功能部件連接起來，并提供傳送信息的公共通道，能為多個功能部件分時共享，總線上能同時傳送二進制信息的位數稱為總線的寬度。

CPU通過三種總線連接存儲器和I/O接口，構成了微型計算機。第34頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

（1）地址總線AB（AddressBus）微處理器數據總線寬度地址總線寬度最大存儲器容量808616201MB80888201MB8018616201MB80286162416MB80386SX162416MB80386DX32324GB8048632324GBPentium64324GBPentiumPro643664GBPentiumⅡ643664GBPentiumⅢ643664GBPentiumⅣ643664GB第35頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（2）數據總線DB（DataBus）數據總線是CPU和存儲器、CPU和I/O接口之間傳送信息的數據通路，數據總線傳輸的方向為雙向傳輸。數據總線的寬度越寬，CPU傳輸數據信息的速度越快，8086CPU數據總線為16位，PentiumPro的數據總線64位，見表1-1，分別表示CPU一次可與存儲器或I/O接口傳送16位和64位二進制信息。（3）控制總線CB（ControlBus）

CPU的控制總線按照傳輸方向分為兩種，一種是由CPU發出的控制信號，用以對其他部件的讀控制、寫控制等，另一種則是其他部件發向CPU的，反過來實現對CPU的控制，在兩種方向的控制信號中前者多于后者。第36頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四5．主機板主機板也稱為系統主板或簡稱主板。主機板上有CPU芯片、內存槽、擴展槽、各種跳線和一些輔助電路。6．外存儲器分為軟磁盤、硬磁盤、光盤存儲器。磁盤存儲器由磁盤、磁盤驅動器和驅動器接口電路組成，統稱為磁盤機。光盤存儲器是由光盤、光盤驅動器和接口電路組成。7．輸入/輸入設備計算機最常用的輸入設備是鍵盤和鼠標。計算機最常用的輸出設備是顯示器和打印機。4．輸入輸出接口電路輸入/輸出接口電路也稱為I/O（Input/Output）電路，即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計算機外部設備交換信息的橋梁。第37頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.2.5微型計算機的軟件系統

計算機軟件是指支持計算機運行的各種程序，以及開發、使用和維護這些程序的各種技術資料的總稱。軟件系統由系統軟件和應用軟件組成，它們形成層次關系。處在內層的軟件要向外層軟件提供服務，外層軟件必須在內層軟件支持下才能運行。系統軟件的主要功能是簡化計算機操作，充分發揮硬件功能，支持應用軟件的運行并提供服務。應用軟件處于軟件系統的最外層，直接面向用戶，為用戶服務。應用軟件是為了解決各類應用問題而編寫的程序，包括用戶編寫的特定程序，以及商品化的應用軟件和套裝軟件。計算機語言也稱為程序設計語言，是人機交流信息的一種特定語言。在編寫程序時用指定的符號來表達語義。第38頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.3微型計算機的基礎知識

1.3.1基本概念在計算機內部表示二進制數的方法稱為數值編碼，把一個數及其符號在機器中的表示加以數值化，稱為機器數。機器數所代表的數稱為數的真值。表示一個機器數，應考慮以下三個因素：

1．機器數的范圍字長為8位，無符號整數的最大值是（11111111）B=（255）D，此時機器數的范圍是0-255。字長為16位，無符號整數的最大值是（1111111111111111）B=（FFFF）H=（65535）D，此時機器數的范圍是0-65535。第39頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2．機器數的符號在算術運算中，數據是有正有負的，將這類數據稱為帶符號數。為了在計算機中正確地表示帶符號數，通常規定每個字長的最高位為符號位，并用0表示正數，用1表示負數。3．機器數中小數點的位置在機器中，小數點的位置通常有兩種約定：一種規定小數點的位置固定不變，這時的機器數稱為

“定點數”。另一種規定小數點的位置可以浮動，這時的機器數稱為“浮點數”。第40頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

在計算機中，約定數據小數點的位置固定在某一位，原理上講，小數點的位置固定在哪一位都行，但是，通常有兩種定點格式，一是將小數點固定在數的最左邊（即純小數），二是固定在數的最右邊（即純整數）。

(1)定點數的表示法第41頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

例如，用寬度為n+1位的字來表示定點數X，其中X0表示數的符號，例如1代表負數，0代表正數，其余位代表它的數位，對于任意定點數X=X0X1X2……Xn，在定點計算機中可表示為：①如果X為純小數，小數點固定在X0與X1之間，數X的表示范圍為：

0≤|X|≤1-2-n

②如果X為純整數，小數點固定在Xn的右邊，數X的表示范圍為：

0≤|X|≤2n-1第42頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四(2)浮點數的表示法（1）

任意一個十進制數N可以寫成

N=10E×M（1-3）

任意一個二進制數N可以寫成

N=2e×m（1-4）例如，N=101.1101=20011×0.1011101同樣，在計算機中一個任意進制數N可以寫成：

N=Re×M

其中，m為浮點數的尾數，是一個純小數，e是比例因子的指數，稱為浮點數的指數，是一個純整數，比例因子的基數R是一個常數，一般R取值為2，也有取值為8、16兩種情況。第43頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（2）浮點數的表示法（2）

在計算機中存放一個完整的浮點數，應該包括階碼、階符、尾數以及尾數的符號（數符）共4部分，即：ESE1E2……EmMSM1M2……Mn階符階碼數符尾數

一般按照IEEE754標準，采用32位浮點數和64位浮點數兩種標準格式。

第44頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

32位浮點數標準格式如下：①32位浮點數標準格式

在32位浮點數中，約定基數R=2，S是尾數的符號位，即浮點數的符號位，它占一位，安排在最高位，0表示正數，1表示負數，尾數M占23位，放在低位部分，當然是純小數。E是階碼，占8位。②64位浮點數格式

它與32位浮點數的組成原理相同，約定基數R=2，尾數符號位S占一位，置于最高位，規格化的尾數M占52位，最左邊一位1已被隱藏。第45頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.3.2原碼、反碼與補碼1.機器數與真值

機器數：帶符號的二進制數稱之為機器數。二進制數最高位作為符號位：1表示負數，0表示正數例：取8位字長時：

10001111B則可以代表-15

00001111B則可以代表+15真值：機器數所能表示的值。在微機中，機器數有三種表示方法，即原碼、反碼與補碼第46頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2.原碼表示法

若定點整數的原碼形式為X0X1X2……Xn，則原碼表示的定義是

X

2n>X≥0

[X]原=

2n-X=2n+∣X∣

0≥X>-2n(1-8)

X0為符號位，若n=7，即字長8位，則①X取值范圍：-127～+127②[+0]原=00000000③[-0]原=10000000第47頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四原碼

正數的符號位為0，負數的符號位為1，其它位按照一般的方法來表示數的絕對值。用這樣的表示方法得到的就是數的原碼。【例】當機器字長為8位二進制數時：

X＝＋1011011[X]原碼＝01011011Y＝－1011011[Y]原碼＝11011011[＋1]原碼＝00000001[－1]原碼＝10000001[＋127]原碼＝01111111[－127]原碼＝11111111

原碼表示的整數范圍是：－（2n-1－1）～＋（2n-1－1），其中n為機器字長。則：8位二進制原碼表示的整數范圍是－127～＋127；

16位二進制原碼表示的整數范圍是－32767～＋32767。

第48頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

采用原碼表示法簡單易懂，但它最大缺點是加法運算電路復雜，不容易實現。第49頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四3.反碼表示法

對于定點整數，反碼表示的定義是：

X2n>X≥0[X]反=(2n+1-1)+X0≥X>-2n(1-9)

同樣n取7，即字長8位，那么①X取值范圍：-127～+127②[+0]反=00000000③[-0]反=11111111第50頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四反碼

對于一個帶符號的數來說，正數的反碼與其原碼相同，負數的反碼為其原碼除符號位以外的各位按位取反?！纠慨敊C器字長為8位二進制數時：

X＝＋1011011[X]原碼＝01011011[X]反碼＝01011011Y＝－1011011[Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[＋1]反碼＝00000001 [－1]反碼＝11111110[＋127]反碼＝01111111 [－127]反碼＝10000000

負數的反碼與負數的原碼有很大的區別，反碼通常用作求補碼過程中的中間形式。反碼表示的整數范圍與原碼相同。第51頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四4.補碼表示法

對于定點整數，補碼表示的定義是：

X2n>X≥0[X]補=2n+1+X=2n+1-∣X∣0≥X≥-2n(1-10)

同樣如果n取7，即字長8位，那么①X取值范圍：-128～+127②[+0]補=[-0]補=00000000③[-10000000]補=10000000

④[[X]補]補=X，對已知的一個補碼通過再一次求其補，便可還原出真值第52頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四補碼正數的補碼與其原碼相同，負數的補碼為其反碼在最低位加1?！纠浚?）X＝＋1011011（2）Y＝－1011011（1）根據定義有：[X]原碼＝01011011[X]補碼＝01011011（2）根據定義有：[Y]原碼＝11011011[Y]反碼＝10100100[Y]補碼＝10100101

補碼表示的整數范圍是－2n-1

～＋（2n-1－1），其中n為機器字長。則：8位二進制補碼表示的整數范圍是－128～＋12716位二進制補碼表示的整數范圍是－32768～＋32767

當運算結果超出這個范圍時，就不能正確表示數了，此時稱為溢出。第53頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四例若字長8位，X=126，Y=-126,求[X]原，

[X]反，[X]補和[Y]原，[Y]反，[Y]補。解：[X]原=[X]反=[X]補=01111110[Y]原=11111110[Y]反=10000001[Y]補=10000010第54頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四5.補碼的加減法運算及溢出的判斷

(1)補碼加法運算

規則：[X]補+[Y]補

=[X+Y]補

條件：X、Y以及X+Y在定義域內

特點：符號位參與運算；以2n+1為模進行加法，最高位相加產生的進位自然丟掉。根據運算后結果的符號位，對結果求補，即[[X+Y]補]補=X+Y，便可還原出真值。第55頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四在下面所有例子的運算過程中，假定字長均是8位。例X=+00001111，Y=+01000000，求X+Y。解：[X]補=00001111[Y]補=0100000000001111+0100000001001111=[X+Y]補=X+Y，結果正確。例X=-00001111，Y=01000000，求X+Y解：[X]補=11110001[Y]補=0100000011110001+01000000100110001=[X+Y]補=X+Y，結果正確。第56頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四(2)溢出的判斷若參與操作的兩數在定義域內，但運算結果超出了字長范圍內補碼所能允許表示的值，所計算出的結果產生了錯誤，稱之為溢出。例如字長8位，補碼表示數的范圍是：

-128≤x≤+127，若字長n位，補碼所能表示數的范圍是-2n-1≤x≤2n-1-1，當運算結果超出這個范圍時，便產生溢出，兩個正數相加可能產生正的溢出，兩個負數相加可能會產生負的溢出，正負兩數相加不會產生溢出。第57頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

例計算64+65D7D601000000+64+01000001+6510000001+129>+127，結果錯誤，產生了溢出

兩個正數相加，結果為負數形式，這是由于+129>+127的原因，從上式可看出D7=1，D6=0，OF=D7⊕D6=1⊕0=1，溢出標志OF=1，表示有溢出。第58頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

例計算-128-1D7D6[-128]補

=10000000+[-1]補

=11111111101111111

兩個負數相加，結果為正數形式，這是由于-128-1=-129<-128的原因，從上式可看出D7=0，D6=1，OF=D7⊕D6=0⊕1=1，表示有溢出。第59頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

例計算64-1D7D6[+64]補=01000000+[-1]補=11111111100111111

運算結果正確。D7=0，D6=0，則OF=D7⊕D6=0⊕0=0，無溢出。第60頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四6．補碼與真值之間的轉換

正數補碼的真值等于補碼的本身；負數補碼轉換為其真值時，將負數補碼按位求反，末位加1，即可得到該負數補碼對應的真值的絕對值?！纠縖X]補碼＝01011001B，[X]補碼＝11011001B，分別求其真值X。（1）[X]補碼代表的數是正數，其真值：

X＝＋1011001B＝＋（1×26＋1×24＋1×23＋1×20）＝＋（64＋16＋8＋1）＝＋（89）D（2）[X]補碼代表的數是負數，則真值：

X＝－（[1011001]求反＋1）B＝－（0100110＋1）B

＝－（0100111）B＝－（1×25＋1×22＋1×21＋1×20）＝－（32＋4＋2＋1）＝－（39）D第61頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四1.3.2、微機中常用的數字代碼與字符代碼1.數字代碼(1)數字代碼的表示

BCD碼是一種常用的數字代碼，它的編碼方法是每個十進制數用4位二進制數表示，從而實現了用二進制數。表示十進制數。在計算機中，最常用的BCD碼是8421碼，稱為標準BCD碼，每個BCD碼每位上對應的權值與二進制權值相同，十進制數0～9的BCD碼則為0000、0001……1001。第62頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

二—十進制編碼——BCD碼

BCD（Binary-CodedDecimal）碼又稱為“二—十進制編碼”，專門解決用二進制數表示十進數的問題。最常用的是8421編碼，其方法是用4位二進制數表示1位十進制數，自左至右每一位對應的位權是8、4、2、1。1．壓縮BCD碼每一位數采用4位二進制數來表示，即一個字節表示2位十進制數。例如：二進制數10001001B，采用壓縮BCD碼表示為十進制數89D。2．非壓縮BCD碼每一位數采用8位二進制數來表示，即一個字節表示1位十進制數。而且只用每個字節的低4位來表示0～9，高4位為0。例如：十進制數89D，采用非壓縮BCD碼表示為二進制數是：

0000100000001001B第63頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四（2）標準BCD碼的加法

由于計算機中的基本運算電路只能作二進制加法運算，如果利用它實現BCD碼相加，必須要找出將二進制加法運算電路適應標準BCD碼相加的規則，然后遵循該規則設計出BCD碼相加的運算電路第64頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四例

01000101+0101010010011001結果正確例

01000101+0101010110011010結果不正確

+110

個位加6修正

10100000結果還不正確

+110

十位加6修正

100000000結果正確第65頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四BCD碼加法的規則：

兩個BCD數對應的BCD碼位用二進制加法相加，若產生的和小于10則保持不變，結果正確；如果產生的和≥10，則在和數上作加6修正兩個BCD數對應的BCD碼位用二進制加法相加后，如果向高位BCD碼產生了進位，說明逢十六進一，丟掉了6，所以也要作加6修正。加6修正的原因是：運算電路只能逢十六進一，不能逢十進一第66頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四(3)標準BCD碼的減法

BCD碼減法規則：兩個BCD數對應的BCD碼位用二進制相減，不發生借位則結果正確兩個BCD數對應的BCD碼位用二進制相減，若低位向高位發生了借位，表示借16，而不是借10，在低位上要作減6修正第67頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四2.字符代碼

微機中常用的是ASCⅡ碼（美國信息交換標準代碼）,如表1-2所示。它包括10個十進制數碼，26個英文字母和一些專用符號，總共128個字符的ASCⅡ碼，因此，只需要一個字節中的低7位編碼，最高位可用作奇偶校驗位，當最高位恒取1，稱為標記校驗，當最高位恒取0，稱作空格校驗。第68頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

ASCⅡ（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）碼是美國信息交換標準代碼的簡稱，用于給西文字符編碼；包括英文字母的大小寫、數字、專用字符、控制字符等；這種編碼由7位二進制數組合而成，可以表示128種字符；在ASCII碼中，按其作用可分為：34個控制字符；10個阿拉伯數字52個英文大小寫字母；32個專用符號

第69頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四低位LSB高位MSB00001001201030114100510161107111012345000000010010001101000101NULSOHSTXETXEOTENQDLEDC1DC2DC3DC4NAKSP！″#$%012345@ABCDEPQRSTU、abcdepqrstu6789A01100111100010011010ACKBELBSHTLFSYNETBCANEMSUB&,()*6789

：FGHIJVWXYZfghijvwxyzBCDEF10111100110111101111VTFFCRSOSIESCFSGSRSUS+′-·/;<=>?KLMNO[\]↑←klmno{|}～DEL第70頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四NUL空HT橫向列表(穿孔卡片指信令)FF走紙控制DC4設備控制4SOH標題開始LF換行CR回車NAK否定應答STX正文結束SYN空轉同步SO移位輸出FS文字分隔符ETX本文結束ETB信息組傳送結束SI移位輸入GS組分隔符EOT傳輸結果CAN刪去符SP空格RE記錄分隔符ENQ詢問EM紙盡DLE數據鏈換碼US單元分隔符ACK承認SUB減DC1設備控制1DEL作廢VEL報警符ESC換碼DC2設備控制2BS退一格VT垂直制表DC3設備控制3第71頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

128個ASCⅡ字符中有95個編碼，它們分別對應計算機中在輸入/輸出終端設備上能鍵入和輸出顯示以及輸出打印的95個字符，包括大小寫英文字母，其余33個編碼，其編碼值為0～31和127，則不對應任何顯示與打印實際字符，它們被用作為控制碼，控制計算機I/O設備的操作以及計算機軟件的執行情況。第72頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四

通常，計算機中的數據分為兩類：（1）數：用來直接表示量的多少，有大小之分，能夠進行加減等運算。（2）碼：通常指代碼或編碼，在計算機中用來描述某種信息。

1.數制的基本概念

(1)數的表示

任何一種數制表示的數都可以寫成按位權展開的多項式之和。

N＝dn－1bn－1＋dn－2bn－2＋dn－3bn－3＋……d－mb－m

式中：n——整數的總位數。

m——小數的總位數。

d下標——表示該位的數碼。

b——表示進位制的基數。

b上標——表示該位的位權。1.3.3

計算機中的數制及其轉換第73頁，共79頁，2023年，2月20日，星期四(2