A01-4 第1章 微型计算机基础

1、武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院微机微机 原理原理 与与 接口接口 技术技术 典型机型：典型机型：IBM PCIBM PC系列机系列机I/OI/O接口电路及与外设的连接接口电路及与外设的连接硬件：接口电路原理硬件：接口电路原理软件：接口编程方法软件：接口编程方法基本系统：基本系统：80868086（80888088）CPUCPU1.1 微型计算机概述微型计算机概述 1.2 微型计算机系统微型计算机系统1.3 计算机中的数制及其转换计算机中的数制及其转换 1.4 计算机中数与字符的编码计算机中数与字符的编码 世界上第一台电子计算机是世界上第一台电子计算机是1943-19461943-19

2、46年美国宾夕法尼亚年美国宾夕法尼亚大学研制的大学研制的ENIACENIAC( (Electronic Numerical Integrator And Computer) )。 1.11.1微型机算机概述微型机算机概述1.1.11.1.1计算机的发展计算机的发展ENIAC (1946)掌上电脑掌上电脑(2000) 根据计算机所采用的根据计算机所采用的逻辑器件逻辑器件的发展，将其分的发展，将其分为四代：为四代：第一代：第一代：电子管计算机时代（电子管计算机时代（1946-201946-20世纪世纪5050年代年代后期）后期）第二代：第二代：晶体管计算机时代（晶体管计算机时代（2020世纪世纪5

3、050年代中期到年代中期到6060年代中后期）年代中后期）第三代：第三代：集成电路计算机时代（集成电路计算机时代（2020世纪世纪6060年代中期年代中期到到7070年代前期）年代前期）第四代：第四代：大规模集成电路计算机时代（大规模集成电路计算机时代（2020世纪世纪7070年年代开始）代开始） *微型计算机是第四代计算机的典型代表。微型计算机是第四代计算机的典型代表。电子管计算机电子管计算机(19461956) 晶体管计算机晶体管计算机(19571964)集成电路计算机集成电路计算机(19651970)大规模集成大规模集成电路计算机电路计算机(1971至今至今)l 用机器语言、汇编语言编写

4、程用机器语言、汇编语言编写程l 用于军事和国防尖端技术用于军事和国防尖端技术l 开始使用高级语言开始使用高级语言l 开始用于工程技术、数据处理和开始用于工程技术、数据处理和 其它科学领域其它科学领域l 采用微程序、流水线等技术，采用微程序、流水线等技术， 提高运行速度提高运行速度l 出现操作系统、诊断程序等软件出现操作系统、诊断程序等软件l 采用半导体存储器采用半导体存储器l 采用图形界面操作系统采用图形界面操作系统l 器件速度更快器件速度更快, 软件、外设更加丰富软件、外设更加丰富 主主要要特特点点 现代计算机的结构基础：现代计算机的结构基础：存储程序控制结构存储程序控制结构 1945194

5、5年，由美籍匈牙利数学家年，由美籍匈牙利数学家John Von Neumann提出提出, , 称为称为冯冯诺依曼计算机。其工作原理可概述为：诺依曼计算机。其工作原理可概述为：“存储程序存储程序” + “” + “程序控制程序控制”要点：要点：1 1以二进制表示数据和指令以二进制表示数据和指令( (程序程序) )。 2.2. 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行。行。1.1.2 1.1.2 微型计算机的特点微型计算机的特点功能强功能强 可靠性高可靠性高 价格低价格低 适应性强适应性强 周期短见效快（研制周期短，产品系列化，便于组建系统）周期短

6、见效快（研制周期短，产品系列化，便于组建系统） 体积小，重量轻，耗电小体积小，重量轻，耗电小 维护方便维护方便应用面广应用面广 科学计算，数据处理，事务管理，教学培训科学计算，数据处理，事务管理，教学培训 计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信计算辅助设计和制造，家庭娱乐，网络通信了解微型计算机的应用，明确学习本课程的目的！了解微型计算机的应用，明确学习本课程的目的！早期：科学计算。早期：科学计算。特点：没有很强的实时性要求，不需要专用特点：没有很强的实时性要求，不需要专用I/OI/O设备。设备。6060年代后重点转移：信息处理、过程控制。年代后重点转移：信息处理、过程控制。特点：实时性强，需

7、要专用特点：实时性强，需要专用I/OI/O设备。设备。因此，需掌握：因此，需掌握： （1 1）汇编语言编程）汇编语言编程实时性强，要求程序精练，运行快。实时性强，要求程序精练，运行快。（2 2）接口技术）接口技术专用专用I/OI/O设备与计算机的连结和程控。设备与计算机的连结和程控。1.1.3 1.1.3 微型计算机的指标微型计算机的指标1 1、字长、字长 微机的微机的字长字长是指微处理器内部一次可以是指微处理器内部一次可以并行处理二进制并行处理二进制代码代码的位数。它与微处理器的位数。它与微处理器内部寄存器及内部寄存器及CPUCPU内部数据总线宽内部数据总线宽度度是一致的，是一致的，字长字长

8、越长，所表示的数据精度就越高。当精度越长，所表示的数据精度就越高。当精度相等时，字长较长的微处理器运算速度快。相等时，字长较长的微处理器运算速度快。* 字长是衡量字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。工作性能的一个重要参数。 不同类型的不同类型的CPU有不同的字长。有不同的字长。 如如: Intel 4004 是是 4 位位 8080 是是 8 位位 8088/ 8086/80286 是是 16 位位 80386/80486、Pentium 是是 32 位位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数被加数 + + 1100 0011 1100 0

9、011 0001 0101 0101 1000 加数加数进位进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和和 4位位 8次次 8位位 4次次16位位 2次次32位位 1次次2 2、存储容量、存储容量 存储容量存储容量是衡量微机内部存储器能存储二进制信息量大小是衡量微机内部存储器能存储二进制信息量大小的一个技术指标。的一个技术指标。 下面是几个常用概念下面是几个常用概念：位：位：( ( bit)bit) 指指计算机能表示的最基本最小的单位。在计算机中采用计算机能表示的最基本最小的单位。在计算机中采用二进制表示数据和指

10、令，故：位就是一个二进制位，有两种二进制表示数据和指令，故：位就是一个二进制位，有两种状态，状态，“0” “0” 和和 “1” “1” 字节：字节：( ( Byte )Byte )8 8位二进制数称为一个字节位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 字：字：( (Word) Word) 1616位二进制数称为一个字位二进制数称为一个字 1 Word = 2 Byte 双字双字：（：（DwordDword) ) 3232位二进制数称为一个双字位二进制数称为一个双字1 DWord = 2 Word= 4 Byte*存储器容量以存储器容量以字节字节为最基本的计量单位。为最基本的计量单位。

11、位位 1 或或 0 1位位字节字节 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位双字双字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字节高字节低字节低字节 高高 字字 低低 字字例：例：位编号位编号 为便于描述，对字节为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。字和双字中的各位进行编号。 从低位开始，从右到左依次为从低位开始，从右到左依次为 0、1、2 编号编号7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字节字节数据数据Data地

12、址地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的编号为的编号为15 0双字双字的编号依此类推，为的编号依此类推，为31 03 3、指令执行时间、指令执行时间 指令执行时间指令执行时间是指计算机执行一条指令所需的平均时是指计算机执行一条指令所需的平均时间，其长短反映了计算机执行一条指令运行速度的快慢。间，其长短反映了计算机执行一条指令运行速度的快慢。 该项指标与微处理器工作主频、指令系统设计、该项指标与微处理器工作主频、指令系统设计、CPUCPU体体系结构等有关。系结构等有关。4 4、系统总线、系统总线 系统总线系统总线是连接微机系统各功能

13、部件的公共数据通道。是连接微机系统各功能部件的公共数据通道。 其性能表现为数据传送位数和总线工作时钟频率（外其性能表现为数据传送位数和总线工作时钟频率（外频）。频）。系统总线系统总线的信息吞吐率越高，微机系统的性能就越的信息吞吐率越高，微机系统的性能就越强。目前采用的总线标准如：强。目前采用的总线标准如：PCPC总线、总线、ISAISA、EISAEISA、VESAVESA、PCIPCI总线总线等。等。5 5、外部设备配置：显示器、打印机、网卡等、外部设备配置：显示器、打印机、网卡等6 6、系统软件配置：、系统软件配置：DOSDOS、WindowsWindows1.1.4 1.1.4 微型计算机

14、的分类微型计算机的分类1 1、按微处理器的位数分类、按微处理器的位数分类8 8位机、位机、 16 16位机、位机、3232位机、位机、 64 64位机位机2 2、按微型计算机的用途分类、按微型计算机的用途分类通用机、专用机通用机、专用机3 3、按微型计算机的档次分类、按微型计算机的档次分类低档机、中档机、高档机（按微处理器档次分如：低档机、中档机、高档机（按微处理器档次分如：80868086机、机、386386机、机、586-586-PentiumPentium机、机、Pentium4Pentium4机机) ) 以以IntelIntel公司生产的公司生产的8080 x86x86为例列出微机性能

15、指标表如下：为例列出微机性能指标表如下：推推出出 年年代代 CPU 芯芯片片 寄寄存存器器 位位 数数 数数据据线线 宽宽 度度 地地址址线线 宽宽 度度 最最大大主主频频 MHz 1971.11 4004 4 4 0.1 1972.4 1974.4 8008 8080 8 8 8 8 14 16 0.2 2 1978.6 1979.6 1982.2 8086 8088 80286 16 16 16 16 8 16 20 20 24 10 8 16 1985.10 1989.4 80386 80486 32 32 32 32 32 32 33 66 1993.3 1995.11 1997.5

16、1999.2 Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium III 32 32 32 32 64 64 64 64 32 32 36 36 100 200 450 1000 8080 x86x86微机性能指标表微机性能指标表Intel 4004Intel 8008Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 80486单片机单片机l 将将CPU、内存、内存、I/O接口电路全部集成一块芯片上，接口电路全部集成一块芯片上， 构成具备基本功能的计算机，称单片机。构成具备基本功能的计算机，称单片机。l 特点：超小型、高可靠性、价廉特点：超小

17、型、高可靠性、价廉l 应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等应用：智能仪表、工业实时控制、家用电器等l 产品：产品：Intel 的的8051、8096/8098系列系列 (有限选课有限选课) Motorola 的的6801、6805系列系列 Hitachi (日立日立) 的的 H8S、SH系列系列4 4、按微型计算机的组装形式和系统规模分类、按微型计算机的组装形式和系统规模分类 单片机、单板机、个人计算（单片机、单板机、个人计算（PC)PC)机机单板机单板机l将将CPU、内存、内存、I/O接口及其它辅接口及其它辅 助电路助电路 全部装在一块印刷电路板上，组成单板机。全部装在一块印刷电路板上，

18、组成单板机。l 特点：结构简单、价廉特点：结构简单、价廉l 应用：过程控制、数据处理应用：过程控制、数据处理l 产品：产品：TP-801 以以Z80CPU为核心的单板机为核心的单板机 80年代各院校年代各院校“微机原理微机原理”的实验机的实验机桌上型：台式电脑桌上型：台式电脑 便携型：笔记本便携型：笔记本个人计算（个人计算（PCPC）机机 PCPC机是将一块主机板（包括微处理器、内存储器、输机是将一块主机板（包括微处理器、内存储器、输入输出接口等芯片）和若干接口卡、外存、电源等部件组入输出接口等芯片）和若干接口卡、外存、电源等部件组装在一个机箱内，并配置显示器、键盘、鼠标等外设和系装在一个机箱

19、内，并配置显示器、键盘、鼠标等外设和系统软件构成的微机系统。统软件构成的微机系统。接接口口1.2 1.2 微型计算机系统微型计算机系统1.2.1 1.2.1 微型计算机微型计算机输输入入设设备备控制器控制器 微处理器微处理器CPU 存储器存储器运算器运算器ALU主主 机机接接口口图图1.1 1.1 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 微型计算机微型计算机硬件硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备和输出设备五大部分组成五大部分组成，并以，并以微处理器微处理器（CPU: central processing unit）芯片为核心，通过芯片为核心，通过总

20、线总线连接成一个整体。连接成一个整体。输输出出设设备备微处理器微处理器（CPU）：运算器加控制器（包括寄存器组）：运算器加控制器（包括寄存器组） 运算器运算器 对数据信息进行加工处理的部件（完成算数、逻辑运算对数据信息进行加工处理的部件（完成算数、逻辑运算和其他操作）。和其他操作）。 控制器控制器 微机的指挥控制中心，控制各部件协调工作。微机的指挥控制中心，控制各部件协调工作。存储器存储器 存放程序和数据的部件，分主存储器和辅助存储器。存放程序和数据的部件，分主存储器和辅助存储器。输入输入/ /输出（输出（I/O)I/O)设备设备 输入输入/ /输出（输出（I/O)I/O)设备又称外设，通过设

21、备又称外设，通过I/OI/O接口与接口与CPUCPU相相连。连。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU微型计算机微型计算机各部件通过各部件通过总线总线连接连接1.2.2 1.2.2 微型计算机系统微型计算机系统 微型计算机的硬件系统称为微型计算机的硬件系统称为裸机裸机，裸机配上，裸机配上系统软件系统软件，加，加上电源和合适的外设，就构成了一个可以使用的上电源和合适的外设，就构成了一个可以使用的微型计算机系微型计算机系统统。 软件软件是指为运行、维护、管理和应用计算机所编制的所有是指为运行、

22、维护、管理和应用计算机所编制的所有程序的集合，一般分为程序的集合，一般分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件两大类。两大类。*参见：微型计算机系统层次结构示意图参见：微型计算机系统层次结构示意图微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成微处理器微处理器( (MicroprocessorMicroprocessor) )微型计算机微型计算机( (Microcomputer)Microcomputer)微计算机系统微计算机系统( (Microcomputer systemMicrocomputer system) )系统软件：系统软件：DOS、Windows 95/98/2000应用软件：应用软件

23、：Word、Photoshop微微 处处 理理 器器 CPU 存储器存储器(RAM,ROM) I/O接口接口总线总线 硬硬 件件软软 件件微微 型型计算机计算机系系 统统主主 机机外外 设设ALU寄存器寄存器控制部件控制部件键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪*微机系统硬件、软件互为基础，互相支持。微机系统硬件、软件互为基础，互相支持。 总线总线是连接多个功能部件的一组公共信号线，是连接多个功能部件的一组公共信号线， 微微机中各功能部件之间的信息是通过总线传输的。机中各功能部件之间的信息是通过总线传输的。总线总线 BUS存存储储器器I/

24、O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口输输出出设设备备CPU1.2.3 1.2.3 总线总线 按按总线总线的使用角度可分为以下几类的使用角度可分为以下几类内部总线：内部总线：是微处理器内部各个部件之间传送信息的通路。是微处理器内部各个部件之间传送信息的通路。元件级（微处理器级）总线：元件级（微处理器级）总线：连接计算机中两个主要部件的总连接计算机中两个主要部件的总线。线。主体是微处理器，通过微处理器与其它逻辑部分连接主体是微处理器，通过微处理器与其它逻辑部分连接构成主机板。构成主机板。板级（系统级）总线：板级（系统级）总线：微机系统都采用模块结构，各模块、板微机系统都采用模块结构，各模块、板

25、之间连接的总线。之间连接的总线。主体是主机板，通过主机板与其它部件主体是主机板，通过主机板与其它部件连接组成微机系统。连接组成微机系统。总线标准：国际上正式公布或推荐的系统各个模块互连的标准，总线标准：国际上正式公布或推荐的系统各个模块互连的标准，包括插座的尺寸、引线的数目、含义和时序等。例：包括插座的尺寸、引线的数目、含义和时序等。例：80868086系列系列微机中的标准总线有：微机中的标准总线有：PCPC总线、总线、ISAISA总线、总线、EISAEISA总线等。总线等。局部总线：局部总线：多总线结构，可减少总线竞争，提高系统效率。例：多总线结构，可减少总线竞争，提高系统效率。例：PCIP

26、CI局部总线，完全实现即插即用（局部总线，完全实现即插即用（PnpPnp) )。微机系统的组织方式：微机系统的组织方式： CPU CPU 元件级总线元件级总线 主板主板 系统级总线系统级总线 外设（多个）外设（多个） 按信号的作用总线分为三类按信号的作用总线分为三类: :地址总线地址总线（Address Bus)、 数据总线数据总线(Data Bus)、 控制总线控制总线 (Control Bus)存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线地址总线 AB ( Address Bus)

27、：单向单向用来传送用来传送CPU输出的地址信号，输出的地址信号，确定被访问的存储单元、确定被访问的存储单元、I/O端口。端口。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU地址总线的条数地址总线的条数 决定决定CPU的寻址能力。的寻址能力。10根根 210 1024 1K 16根根 216 65536 64K 20根根 220 1024K 1M32根根 232 22 230 4G36根根 236 26 230 64G数据总线数据总线 DB ( Data Bus )：双向双向 用来在用来在CPU与存

28、储器、与存储器、I/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU数据总线数据总线的条数决定一次可最多传送数据的宽度。的条数决定一次可最多传送数据的宽度。 8 根根 一次传送一次传送 8位位16 根根 一次传送一次传送 16位位 32 根根 一次传送一次传送 32位位 64 根根 一次传送一次传送 64位位控制总线控制总线CB ( Control Bus ) ： 用于传送各种控制信号。用于传送各种控制信号。存存储储器器I/O接接口口输输入入设设备备I/

29、O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB地址总线地址总线 AB输输出出设设备备CPU 有的是有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号；发出，如读控制信号、写控制信号； 有的是发向有的是发向CPU，如外设向如外设向CPU发出的中断申请信号。发出的中断申请信号。1.3 1.3 计算机中的数制及其转换计算机中的数制及其转换1.3.1 1.3.1 数与数制数与数制（一）、进位计数制及其要素：（一）、进位计数制及其要素： 进位计数制：按进位原则进行计数的方法。进位计数制：按进位原则进行计数的方法。例：十进制数有例：十进制数有 : 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十种状态。十种状态。

30、我们说：我们说：十进制数基数十进制数基数10，变化范围，变化范围0（10-1）, 逢十进一。逢十进一。看一个十进制数：看一个十进制数： 4 0 9 4 每一位十种数码的状态每一位十种数码的状态(09) 千千 百百 十十 个个 本位绝对值的大小本位绝对值的大小=数位权数位权 103102101100 如：千位如：千位= 4103=4000十进制数有二个要素：十进制数有二个要素： 1. 基数：基数：10逢逢 十十 进进 一一 2. 位权：位权：10i 某一位数绝对值大小某一位数绝对值大小 = 数位权数位权.二个要素二个要素: 适用于二、八、十六进制。适用于二、八、十六进制。二进制数：基数二进制数：

31、基数2 位权位权2i 八进制数：基数八进制数：基数8 位权位权8i 十六进制数十六进制数: 基数基数16 位权位权16i（二）、（二）、 进位计数制的表示方法：进位计数制的表示方法： 123456= 1 103+2 102+3 101+4 100+5 10-1+6 10-2推广到任意十进制推广到任意十进制： N=k n 10n+k n-1 10 n-1+k0 100 +k-1 10-1+ +k-m 10-m = k i 10i (i= -mn)任何某一位数大小任何某一位数大小 = k i 10i对于任意进制对于任意进制: N= k i R i(i=-mn)R 基数基数 ， 逢逢R进一进一. R

32、i 位权位权例如：二进制数例如：二进制数 B=10011101 B=1 27+1 24+1 23+1 22+1 20 =（157）10 在计算机里进行运算和处理均是按在计算机里进行运算和处理均是按二进制数二进制数处理的。处理的。而二进制数写起来麻烦而二进制数写起来麻烦;写时又以写时又以八进制或十六进制八进制或十六进制表示；表示；日常生活中又常用日常生活中又常用十进制十进制，因此就有：因此就有：二二 十十 八八 十十 二二 八八 数制之间转换问题数制之间转换问题 十六十六 十十 二二 十六十六1. 整数整数 十十 二二 （除（除2取余法）取余法）： 读数由后向前。读数由后向前。1.3.2 1.3

33、.2 不同数制之间的转换不同数制之间的转换（一）（一） 十十 二二例：将（例：将（217）10 转化为二进制形式。转化为二进制形式。余数：余数： 按照相反的方向写下来。按照相反的方向写下来。 /2 /2 /2 /2 /2 /2 /2 /2217 108 54 27 13 6 3 1 0 -商商 1 0 0 1 1 0 1 1 - 余数余数(217)10=（11011001）2书写方向书写方向方法：对十进制数逐次乘方法：对十进制数逐次乘2， 即乘即乘2取整法，位数取决于要求精度。取整法，位数取决于要求精度。 例：例： (0.613)10 2=1.226 k-1=1 (0.226)10 2=0.4

34、52 k-2=0 (0.452)10 2=0.904 k-3=0 (0.904)10 2=1.808 k-4=1 （0. 1001）2 =（0. 5625）10 (0.808)10 2=1.616 k-5=1 （0.10011）2=（0. 609375）10 (0.616)10 2=1.232 k-6=1 (0.613)10=(0.100111)2 既有整数又有小数部分的，可分别转换，再组既有整数又有小数部分的，可分别转换，再组合起来。合起来。 3. 二二十十 按权展开，求累加和。按权展开，求累加和。例：例：（0. 1001）2 =1 2-1+1 2-4=0. 5+0. 0625=（0. 56

35、25）10（1001）2=1 23+0 22+0 21+1 20 =（9）10 *下页是常用的几种数制写法：下页是常用的几种数制写法： （八位二进制数）（八位二进制数） 十进制十进制 二进制二进制 八进制八进制 十六进制十六进制 BCD 0 0 0 0 01 01 1 1 12 10 2 2 103 11 3 3 114 100 4 4 1005 101 5 5 1016 110 6 6 1107 111 7 7 1118 1000 10 8 10009 1001 11 9 100110 1010 12 A 1000011 1011 13 B 1000112 1100 14 C 1001013

36、 1101 15 D 1001114 1110 16 E 1010015 1111 17 F 1010116 10000 20 10 10110。 。 。 11 。 。 。 12 。 。 。 。 。 (255)D 11111111B 377O(Q)FFH (10,0101,0101)BCD1 1、二二 八八 二二 八：八：以小数点为界向左向右三位一段，不够以小数点为界向左向右三位一段，不够补补0 0， 三位二进制数用一位八进制数表示。三位二进制数用一位八进制数表示。例：（例：（ 1，101，001.010，011，1 ）2 不够补不够补0 不够补不够补0 （001 101 001. 010 0

37、11 100）2=（151.234）8 八八二：二： 一位八进制数用三位二进制数表示。一位八进制数用三位二进制数表示。 （151234）8=（001 101 001. 010 011 100）2（二）（二）二二 八，二八，二 十六，二十六，二 BCD之间转换之间转换 二二十六：十六：以小数点为界向左向右四位一段，以小数点为界向左向右四位一段， 不够补不够补0, 四位二进制数用一位十六进制数表示。四位二进制数用一位十六进制数表示。例：（例：（ 110 1001.0100 111 ）2 ( 69.4E )16 不够补不够补0 不够补不够补0(0 1 1 0,1 0 0 1 . 0 1 0 0,1

38、1 1 0)2=(69 . 4E)16 十六十六二：二：一位十六进制数用四位二进制数表示。一位十六进制数用四位二进制数表示。例：例： (69 . 4E)16 = (0 1 1 0,1 0 0 1 . 0 1 0 0,1 1 1 0)22 2、 二二 十六十六BCD数：数：常用常用8421码，每一位码，每一位十进制数十进制数用用四位二进制编码表示。四位二进制编码表示。 1111B9D1001BCD 10D 0001 0000BCDBCD码与二进制数之间转换没有直接关系，码与二进制数之间转换没有直接关系，必须先转换成十进制必须先转换成十进制,然后转换成二进制。然后转换成二进制。例：例： 11111

39、11B=255D=0010,0101,0101BCD0010,0101,0101BCD255D=1111 1111B3 3、二二 BCDBCD1、二进制数的编码及运算、二进制数的编码及运算 数据的数据的正负号正负号可以用一位二进制的可以用一位二进制的“0”和和“1”来表来表示示。常用的二进制数值数据编码有。常用的二进制数值数据编码有原码、反码和补码原码、反码和补码 。由于补码由许多优点，大多数微机采用由于补码由许多优点，大多数微机采用补码补码进行编码。进行编码。 什么是机器数与真值？什么是机器数与真值？机器数：机器数：带符号的二进制数值数据在计算机内部的编码。带符号的二进制数值数据在计算机内部

40、的编码。机器数的最高有效位是符号位：机器数的最高有效位是符号位：0 正数正数 1负数负数真值：真值：机器数所代表的实际值。机器数所代表的实际值。1.4 1.4 计算机中数与字符的编码计算机中数与字符的编码1.4.1 1.4.1 数值数据的编码及其运算数值数据的编码及其运算例例: 机器数与真值机器数与真值 （注意（注意符号怎么表示？）符号怎么表示？）N1=+ 1011011 N2= - 1011011 为真值为真值 0 1011011 1 101 1011 为机器数为机器数总结：总结：对于字长对于字长8位机器数位机器数 D7为符号位为符号位: 0表示表示“+”，1表示表示“-”。符号数码化。符号

41、数码化了。了。 D6D0为数字位。为数字位。如如: X=（01011011）2=+91 X=（11011011）2= - 91 * 符号数码化了，对数据进行运算时，符号位应如何处理？符号数码化了，对数据进行运算时，符号位应如何处理？ 把符号位和数值位一起编码：原码，反码，补码。把符号位和数值位一起编码：原码，反码，补码。 正数符号位用正数符号位用“0”表示，负数符号用表示，负数符号用“1”表示，表示，绝对值的编码规则与无符号数编码规则相同，这种表绝对值的编码规则与无符号数编码规则相同，这种表示法称为原码。示法称为原码。 X=+105 X原原= 0 1101001 X=-105 X原原= 1 1

42、101001 符号符号 数值数值 原码表示简单原码表示简单,真值真值 转换方便，减法不方便。转换方便，减法不方便。 故引进故引进反码，补码。反码，补码。 原码原码 正数反码正数反码表示与原码相同，最高位表示与原码相同，最高位“0”表示正，其余位为数值表示正，其余位为数值位。位。 负数反码负数反码表示为负数原码的符号位不变，尾数按位取反。表示为负数原码的符号位不变，尾数按位取反。例：例： +4反反 = 0 0000100-4反反 = 1 1111011 +127反反 = 0 1111111-127反反 = 1 0000000 +0反反 = 0 0000000 -0反反 = 1 1111111 反

43、码反码 正数的补码正数的补码表示与原码相同，最高位表示与原码相同，最高位 用用“0”表示表示正，其余位为数值位。正，其余位为数值位。 负数的补码负数的补码表示为它的反码表示为它的反码+1。（也可从定义出发。（也可从定义出发求补码，当求补码，当X0时，时，X补补=2 n -|X|，mod 2n）+127原原=0 1111111 +0原原=0 0000000-127反反=1 0000000 -0反反=1 1111111-127补补=1 0000001 -0补补=0 0000000 补码补码举例说明补码表示法的意义：举例说明补码表示法的意义： 钟表校时，若标准时间为钟表校时，若标准时间为6 6点整，

44、现在表指向点整，现在表指向1010点整，要点整，要拨到拨到6 6点，有两种拨法：点，有两种拨法：（1 1）、倒拨）、倒拨 10-4=6 10-4=6（2 2）、顺拨）、顺拨 10+8= 10+8=1212+6=6 +6=6 （1212自动丢弃自动丢弃）可得出下列结论：可得出下列结论：（1 1）、在模的意义下，等式）、在模的意义下，等式10-4=10+810-4=10+8成立（成立（mod 12)mod 12)，系统的系统的模即系统的最大量程（如模即系统的最大量程（如1212）是自然丢掉的。）是自然丢掉的。（2 2）、）、+8+8为为-4-4对模对模1212的补码，同理，的补码，同理，+7+7与

45、与-5-5，+6+6与与-6-6（3 3）、）、10-410-4转化为转化为10+810+8，结果相同，说明引进补码后，减法就，结果相同，说明引进补码后，减法就可转化为加法了。可转化为加法了。对对8 8位二进制而言，它的模为位二进制而言，它的模为2 28 8。三种码制之间关系及特点：三种码制之间关系及特点：正数：正数：原，反，补相同原，反，补相同负数：负数：原，反，补不同，但最高位为原，反，补不同，但最高位为1。负数负数: 原原反，反， 符号位不变，尾数按位求反符号位不变，尾数按位求反 原原补补 ，符号位不变，尾数按位求反，符号位不变，尾数按位求反+1 补补原，原， 符号位不变，尾数求反符号位

46、不变，尾数求反+1 反反原原 ，符号位不变，尾数求反，符号位不变，尾数求反. 小结：小结：说明：说明：1 1）、）、原码表示法简单，易于理解，与真值转换方便，但加原码表示法简单，易于理解，与真值转换方便，但加减运算时麻烦，故引进反码和补码。减运算时麻烦，故引进反码和补码。2 2）、数）、数0 0的原码和反码有两种表示形式，而补码表示法中，的原码和反码有两种表示形式，而补码表示法中，0 0只有一种表示形式。只有一种表示形式。 “0”的表示的表示 原码原码反码反码补码补码+0原原=00000+0反反=00000+0补补=00000-0原原=10000-0反反=11111-0补补=000003 3）

47、8 8位二进制数的表示范围：位二进制数的表示范围： 无符号数：无符号数：0255原原 码码 ：-127+127反反 码码 ：-127+127补补 码码 ：-128+127补码数的扩展：补码数的扩展：正数在符号位前补正数在符号位前补0，负数在符号位前，负数在符号位前补补1。例：。例： 70H 0070H, F0H FFF0H已知补码求真值：已知补码求真值：补码的补码即为真值。例：补码的补码即为真值。例：X补补=1111 1111，则，则X= X补补补补=1000 0001=（-1）10 二进制数补码的运算二进制数补码的运算补码的运算规则是：补码的运算规则是： X+YX+Y补补=XX补补+YY补补

48、 X-YX-Y补补=XX补补+ +-YY补补举例说明：举例说明：设设X1= + 0001100 X2 =0001100 Y1 = + 0000101 Y2 =0000101则则X1补补 = 00001100X2补补 = 11110100Y1补补 = 00000101Y2补补 = 11111011【例】【例】 计算计算X1 + Y1。（。（两正数相加）两正数相加） + 0001100 X1 0 0001100 X1补补+) + 0000101 Y1 +) 0 0000101 Y1补补 + 0010001 X1+Y1 0 0010001 X1补补+Y1补补因为：因为： X1+Y1补补 = +001

49、0001补补 = 0 0010001 = X1补补+ Y1补补所以：所以： X1+Y1补补 = X1补补 + Y1补补 计算计算X1Y1。 （两正数相减）两正数相减） + 0001100X10 0001100X1补补) + 0000101Y1 +) 1 1111011Y1补补 + 0000111X1Y1 10 0000111X1补补+Y1补补自然丢失自然丢失因为：因为： X1Y1补补 = +0000111补补 = 0 0000111 = X1补补+ Y1补补 所以：所以： X1Y1补补 = X1补补 + Y1补补 计算计算X2 + Y2。 （两负数相加）两负数相加） 0001100 X2 1

50、1110100 X2补补+) 0000101 Y2+) 1 1111011 Y2补补 0010001 X2+Y2 1 1 1101111 X2补补+Y2补补自然丢失自然丢失因为：因为： X2+ Y2补补 = 0010001补补 = 1 1101111 = X2补补+ Y2补补所以：所以： X2 + Y2补补 = X2补补 + Y2补补 计算计算X2 - Y2。 （两负数相减）两负数相减） 0001100X21 1110100X2补补) 0000101Y2 +) 0 0000101Y2补补 0000111X2 - Y2 1 1111001X2补补+Y2补补因为：因为： X2 - Y2补补 = 0

51、000111补补 = 1 1111001 = X2补补+ Y2补补所以：所以： X2 - Y2补补 = X2补补 + Y2补补计算机计算机引入了补码引入了补码编码后，带来了以下几个编码后，带来了以下几个优点：优点： (1) (1) 减法转化成了加法减法转化成了加法，这样大大简化了运算器硬件电，这样大大简化了运算器硬件电路的设计，加减法可用同一硬件电路进行处理。路的设计，加减法可用同一硬件电路进行处理。 (2) (2) 运算时，运算时，符号位与数值位同等对待符号位与数值位同等对待，都按二进制数，都按二进制数参加运算，符号位产生的进位丢掉不管，其结果是正确的。这参加运算，符号位产生的进位丢掉不管，

52、其结果是正确的。这大大简化了运算规则。大大简化了运算规则。结论：结论：-Y补补怎么求？怎么求？变补（求负）的概念：变补（求负）的概念：已知已知Y补补求求-Y补补的过程。的过程。方法：方法：对对Y补补的每位按位取反（包括符号位），然后加的每位按位取反（包括符号位），然后加1，即为即为-Y补补。例：例：+87补补=0101 0111 -87补补=1010 1001采用补码运算后结果是怎样的？采用补码运算后结果是怎样的？补码运算的结果也是补码补码运算的结果也是补码 ！欲得真值，还需转换！欲得真值，还需转换！思考：思考： 运算时数的溢出问题运算时数的溢出问题 假设机器字长为假设机器字长为n n位，则位

53、，则有符号整数有符号整数( (一般为补码）表示一般为补码）表示的范围是：的范围是：-2-2n-1n-1X2X2n-1n-1-1-1 无符号整数无符号整数表示的范围是：表示的范围是：0X20X2n n-1-1例：例：当当n=8n=8时时, ,数的范围分别是：数的范围分别是：-128-128+127+127（有符号）（有符号）0 0 255 255 （无符号）（无符号）当当n=16n=16时时, ,数的范围分别是：数的范围分别是：-32768-32768+32767+32767（有符号）（有符号）0 0 65535 65535 （无符号）（无符号） *运算时数如果超出了范围则称为溢出，发生溢出的情

54、况有：运算时数如果超出了范围则称为溢出，发生溢出的情况有： 1 1、同号数相加、同号数相加 2 2、异号数相减、异号数相减1.4.2 1.4.2 非数值数据的二进制编码非数值数据的二进制编码 字和各种字符也需按照特定规则用二进制编码字和各种字符也需按照特定规则用二进制编码才能在机器中表示。编码有各种方式，目前规定在才能在机器中表示。编码有各种方式，目前规定在微型机中最普遍采用微型机中最普遍采用ASC码。码。（American Standard Code for Information Interchange ) 美国标准信息交换码美国标准信息交换码 字符与字符串的表示方式字符与字符串的表示方式

55、:ASC码码:字符编码通用的编码方案是字符编码通用的编码方案是ASCIIASCII码，即美国标准信息交换码。码，即美国标准信息交换码。 （American Standard Code for Information Interchange ) ASCII ASCII码是二进制编码，可以表示码是二进制编码，可以表示128128个字符。个字符。 可显字符：可显字符：9595个，个，0100000-1111110 0100000-1111110 非显字符：非显字符：3333个，个，0000000-00111110000000-0011111，11111111111111 用一个字长（用一个字长（8位

56、）表示一个位）表示一个ASC字符。字符。 常用的常用的ASC字符：字符：09 的的ASC码码30H39HAZ 的的ASC码码41H5AH az 的的ASC码码61H7AH行行 列列 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP 0 P 、 p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v

57、 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ； K k 1100 FF FS ， L l 1101 CR GS = M m 1110 SO RS N n 1111 SI US / ？ O _ o DEL 汉字的表示方式汉字的表示方式1、输入码：用于汉字输入。、输入码：用于汉字输入。 好的输入码应具有的特点好的输入码应具有的特点：容易记忆容易记忆 .代码短代码短 .重码少重码少 汉字汉字 输入码主要分为三类：数字码、音码和形码。输入码主要分为三类：数字码、音码和形码。（1）数字码）数字码区位码和电报码是典型的数字码。区位有时还使用。区位码和电报码是典型的数字码。区位有时还使用。区位码：区号区位码：区号 位号组成的编码位号组成的编码 区号区号01-94 位号位号01-94如如1601 啊啊（