1、武漢大學電子信息學院武漢大學電子信息學院微機微機 原理原理 與與 接口接口 技術技術 典型機型：典型機型：IBM PCIBM PC系列機系列機I/OI/O接口電路及與外設的連接接口電路及與外設的連接硬件：接口電路原理硬件：接口電路原理軟件：接口編程方法軟件：接口編程方法基本系統：基本系統：80868086（80888088）CPUCPU1.1 微型計算機概述微型計算機概述 1.2 微型計算機系統微型計算機系統1.3 計算機中的數制及其轉換計算機中的數制及其轉換 1.4 計算機中數與字符的編碼計算機中數與字符的編碼 世界上第一臺電子計算機是世界上第一臺電子計算機是1943-19461943-19

2、46年美國賓夕法尼亞年美國賓夕法尼亞大學研制的大學研制的ENIACENIAC( (Electronic Numerical Integrator And Computer) )。 1.11.1微型機算機概述微型機算機概述1.1.11.1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展ENIAC (1946)掌上電腦掌上電腦(2000) 根據計算機所采用的根據計算機所采用的邏輯器件邏輯器件的發(fā)展，將其分的發(fā)展，將其分為四代：為四代：第一代：第一代：電子管計算機時代（電子管計算機時代（1946-201946-20世紀世紀5050年代年代后期）后期）第二代：第二代：晶體管計算機時代（晶體管計算機時代（2020世紀世紀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：集成電路計算機時代（集成電路計算機時代（2020世紀世紀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：大規(guī)模集成電路計算機時代（大規(guī)模集成電路計算機時代（2020世紀世紀7070年年代開始）代開始） *微型計算機是第四代計算機的典型代表。微型計算機是第四代計算機的典型代表。電子管計算機電子管計算機(19461956) 晶體管計算機晶體管計算機(19571964)集成電路計算機集成電路計算機(19651970)大規(guī)模集成大規(guī)模集成電路計算機電路計算機(1971至今至今)l 用機器語言、匯編語言編寫

4、程用機器語言、匯編語言編寫程l 用于軍事和國防尖端技術用于軍事和國防尖端技術l 開始使用高級語言開始使用高級語言l 開始用于工程技術、數據處理和開始用于工程技術、數據處理和 其它科學領域其它科學領域l 采用微程序、流水線等技術，采用微程序、流水線等技術， 提高運行速度提高運行速度l 出現操作系統、診斷程序等軟件出現操作系統、診斷程序等軟件l 采用半導體存儲器采用半導體存儲器l 采用圖形界面操作系統采用圖形界面操作系統l 器件速度更快器件速度更快, 軟件、外設更加豐富軟件、外設更加豐富 主主要要特特點點 現代計算機的結構基礎：現代計算機的結構基礎：存儲程序控制結構存儲程序控制結構 1945194

5、5年，由美籍匈牙利數學家年，由美籍匈牙利數學家John Von Neumann提出提出, , 稱為稱為馮馮諾依曼計算機。其工作原理可概述為：諾依曼計算機。其工作原理可概述為：“存儲程序存儲程序” + “” + “程序控制程序控制”要點：要點：1 1以二進制表示數據和指令以二進制表示數據和指令( (程序程序) )。 2.2. 先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執(zhí)行。行。1.1.2 1.1.2 微型計算機的特點微型計算機的特點功能強功能強 可靠性高可靠性高 價格低價格低 適應性強適應性強 周期短見效快（研制周期短，產品系列化，便于組建系統）周期短

6、見效快（研制周期短，產品系列化，便于組建系統） 體積小，重量輕，耗電小體積小，重量輕，耗電小 維護方便維護方便應用面廣應用面廣 科學計算，數據處理，事務管理，教學培訓科學計算，數據處理，事務管理，教學培訓 計算輔助設計和制造，家庭娛樂，網絡通信計算輔助設計和制造，家庭娛樂，網絡通信了解微型計算機的應用，明確學習本課程的目的！了解微型計算機的應用，明確學習本課程的目的！早期：科學計算。早期：科學計算。特點：沒有很強的實時性要求，不需要專用特點：沒有很強的實時性要求，不需要專用I/OI/O設備。設備。6060年代后重點轉移：信息處理、過程控制。年代后重點轉移：信息處理、過程控制。特點：實時性強，需

7、要專用特點：實時性強，需要專用I/OI/O設備。設備。因此，需掌握：因此，需掌握： （1 1）匯編語言編程）匯編語言編程實時性強，要求程序精練，運行快。實時性強，要求程序精練，運行快。（2 2）接口技術）接口技術專用專用I/OI/O設備與計算機的連結和程控。設備與計算機的連結和程控。1.1.3 1.1.3 微型計算機的指標微型計算機的指標1 1、字長、字長 微機的微機的字長字長是指微處理器內部一次可以是指微處理器內部一次可以并行處理二進制并行處理二進制代碼代碼的位數。它與微處理器的位數。它與微處理器內部寄存器及內部寄存器及CPUCPU內部數據總線寬內部數據總線寬度度是一致的，是一致的，字長字長

8、越長，所表示的數據精度就越高。當精度越長，所表示的數據精度就越高。當精度相等時，字長較長的微處理器運算速度快。相等時，字長較長的微處理器運算速度快。* 字長是衡量字長是衡量CPU工作性能的一個重要參數。工作性能的一個重要參數。 不同類型的不同類型的CPU有不同的字長。有不同的字長。 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 被加數被加數 + + 1100 0011 1100 0

9、011 0001 0101 0101 1000 加數加數進位進位 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、存儲容量、存儲容量 存儲容量存儲容量是衡量微機內部存儲器能存儲二進制信息量大小是衡量微機內部存儲器能存儲二進制信息量大小的一個技術指標。的一個技術指標。 下面是幾個常用概念下面是幾個常用概念：位：位：( ( bit)bit) 指指計算機能表示的最基本最小的單位。在計算機中采用計算機能表示的最基本最小的單位。在計算機中采用二進制表示數據和指

10、令，故：位就是一個二進制位，有兩種二進制表示數據和指令，故：位就是一個二進制位，有兩種狀態(tài)，狀態(tài)，“0” “0” 和和 “1” “1” 字節(jié)：字節(jié)：( ( Byte )Byte )8 8位二進制數稱為一個字節(jié)位二進制數稱為一個字節(jié) 1 Byte = 8 bit 字：字：( (Word) Word) 1616位二進制數稱為一個字位二進制數稱為一個字 1 Word = 2 Byte 雙字雙字：（：（DwordDword) ) 3232位二進制數稱為一個雙字位二進制數稱為一個雙字1 DWord = 2 Word= 4 Byte*存儲器容量以存儲器容量以字節(jié)字節(jié)為最基本的計量單位。為最基本的計量單位。

11、位位 1 或或 0 1位位字節(jié)字節(jié) 1100 0011 8位位字字 1100 0011 0011 1100 16位位雙字雙字 1100 0011 0011 1100 1100 0011 0011 1100 32位位高字節(jié)高字節(jié)低字節(jié)低字節(jié) 高高 字字 低低 字字例：例：位編號位編號 為便于描述，對字節(jié)為便于描述，對字節(jié),字和雙字中的各位進行編號。字和雙字中的各位進行編號。 從低位開始，從右到左依次為從低位開始，從右到左依次為 0、1、2 編號編號7654321010100010D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0字節(jié)字節(jié)數據數據Data地

12、址地址AddressD0D7D15D8158101010101010101070A0A7A15A8字字的編號為的編號為15 0雙字雙字的編號依此類推，為的編號依此類推，為31 03 3、指令執(zhí)行時間、指令執(zhí)行時間 指令執(zhí)行時間指令執(zhí)行時間是指計算機執(zhí)行一條指令所需的平均時是指計算機執(zhí)行一條指令所需的平均時間，其長短反映了計算機執(zhí)行一條指令運行速度的快慢。間，其長短反映了計算機執(zhí)行一條指令運行速度的快慢。 該項指標與微處理器工作主頻、指令系統設計、該項指標與微處理器工作主頻、指令系統設計、CPUCPU體體系結構等有關。系結構等有關。4 4、系統總線、系統總線 系統總線系統總線是連接微機系統各功能

13、部件的公共數據通道。是連接微機系統各功能部件的公共數據通道。 其性能表現為數據傳送位數和總線工作時鐘頻率（外其性能表現為數據傳送位數和總線工作時鐘頻率（外頻）。頻）。系統總線系統總線的信息吞吐率越高，微機系統的性能就越的信息吞吐率越高，微機系統的性能就越強。目前采用的總線標準如：強。目前采用的總線標準如：PCPC總線、總線、ISAISA、EISAEISA、VESAVESA、PCIPCI總線總線等。等。5 5、外部設備配置：顯示器、打印機、網卡等、外部設備配置：顯示器、打印機、網卡等6 6、系統軟件配置：、系統軟件配置：DOSDOS、WindowsWindows1.1.4 1.1.4 微型計算機

14、的分類微型計算機的分類1 1、按微處理器的位數分類、按微處理器的位數分類8 8位機、位機、 16 16位機、位機、3232位機、位機、 64 64位機位機2 2、按微型計算機的用途分類、按微型計算機的用途分類通用機、專用機通用機、專用機3 3、按微型計算機的檔次分類、按微型計算機的檔次分類低檔機、中檔機、高檔機（按微處理器檔次分如：低檔機、中檔機、高檔機（按微處理器檔次分如：80868086機、機、386386機、機、586-586-PentiumPentium機、機、Pentium4Pentium4機機) ) 以以IntelIntel公司生產的公司生產的8080 x86x86為例列出微機性能

15、指標表如下：為例列出微機性能指標表如下：推推出出 年年代代 CPU 芯芯片片 寄寄存存器器 位位 數數 數數據據線線 寬寬 度度 地地址址線線 寬寬 度度 最最大大主主頻頻 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微機性能指標表微機性能指標表Intel 4004Intel 8008Intel 8086Intel 80286Intel 80386Intel 80486單片機單片機l 將將CPU、內存、內存、I/O接口電路全部集成一塊芯片上，接口電路全部集成一塊芯片上， 構成具備基本功能的計算機，稱單片機。構成具備基本功能的計算機，稱單片機。l 特點：超小型、高可靠性、價廉特點：超小

17、型、高可靠性、價廉l 應用：智能儀表、工業(yè)實時控制、家用電器等應用：智能儀表、工業(yè)實時控制、家用電器等l 產品：產品：Intel 的的8051、8096/8098系列系列 (有限選課有限選課) Motorola 的的6801、6805系列系列 Hitachi (日立日立) 的的 H8S、SH系列系列4 4、按微型計算機的組裝形式和系統規(guī)模分類、按微型計算機的組裝形式和系統規(guī)模分類 單片機、單板機、個人計算（單片機、單板機、個人計算（PC)PC)機機單板機單板機l將將CPU、內存、內存、I/O接口及其它輔接口及其它輔 助電路助電路 全部裝在一塊印刷電路板上，組成單板機。全部裝在一塊印刷電路板上，

18、組成單板機。l 特點：結構簡單、價廉特點：結構簡單、價廉l 應用：過程控制、數據處理應用：過程控制、數據處理l 產品：產品：TP-801 以以Z80CPU為核心的單板機為核心的單板機 80年代各院校年代各院?！拔C原理微機原理”的實驗機的實驗機桌上型：臺式電腦桌上型：臺式電腦 便攜型：筆記本便攜型：筆記本個人計算（個人計算（PCPC）機機 PCPC機是將一塊主機板（包括微處理器、內存儲器、輸機是將一塊主機板（包括微處理器、內存儲器、輸入輸出接口等芯片）和若干接口卡、外存、電源等部件組入輸出接口等芯片）和若干接口卡、外存、電源等部件組裝在一個機箱內，并配置顯示器、鍵盤、鼠標等外設和系裝在一個機箱

19、內，并配置顯示器、鍵盤、鼠標等外設和系統軟件構成的微機系統。統軟件構成的微機系統。接接口口1.2 1.2 微型計算機系統微型計算機系統1.2.1 1.2.1 微型計算機微型計算機輸輸入入設設備備控制器控制器 微處理器微處理器CPU 存儲器存儲器運算器運算器ALU主主 機機接接口口圖圖1.1 1.1 計算機硬件系統組成計算機硬件系統組成 微型計算機微型計算機硬件硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備和輸出設備五大部分組成五大部分組成，并以，并以微處理器微處理器（CPU: central processing unit）芯片為核心，通過芯片為核心，通過總

20、線總線連接成一個整體。連接成一個整體。輸輸出出設設備備微處理器微處理器（CPU）：運算器加控制器（包括寄存器組）：運算器加控制器（包括寄存器組） 運算器運算器 對數據信息進行加工處理的部件（完成算數、邏輯運算對數據信息進行加工處理的部件（完成算數、邏輯運算和其他操作）。和其他操作）。 控制器控制器 微機的指揮控制中心，控制各部件協調工作。微機的指揮控制中心，控制各部件協調工作。存儲器存儲器 存放程序和數據的部件，分主存儲器和輔助存儲器。存放程序和數據的部件，分主存儲器和輔助存儲器。輸入輸入/ /輸出（輸出（I/O)I/O)設備設備 輸入輸入/ /輸出（輸出（I/O)I/O)設備又稱外設，通過設

21、備又稱外設，通過I/OI/O接口與接口與CPUCPU相相連。連。存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口數據總線數據總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU微型計算機微型計算機各部件通過各部件通過總線總線連接連接1.2.2 1.2.2 微型計算機系統微型計算機系統 微型計算機的硬件系統稱為微型計算機的硬件系統稱為裸機裸機，裸機配上，裸機配上系統軟件系統軟件，加，加上電源和合適的外設，就構成了一個可以使用的上電源和合適的外設，就構成了一個可以使用的微型計算機系微型計算機系統統。 軟件軟件是指為運行、維護、管理和應用計算機所編制的所有是指為運行、

22、維護、管理和應用計算機所編制的所有程序的集合，一般分為程序的集合，一般分為系統軟件系統軟件和和應用軟件應用軟件兩大類。兩大類。*參見：微型計算機系統層次結構示意圖參見：微型計算機系統層次結構示意圖微型計算機系統的組成微型計算機系統的組成微處理器微處理器( (MicroprocessorMicroprocessor) )微型計算機微型計算機( (Microcomputer)Microcomputer)微計算機系統微計算機系統( (Microcomputer systemMicrocomputer system) )系統軟件：系統軟件：DOS、Windows 95/98/2000應用軟件：應用軟件

23、：Word、Photoshop微微 處處 理理 器器 CPU 存儲器存儲器(RAM,ROM) I/O接口接口總線總線 硬硬 件件軟軟 件件微微 型型計算機計算機系系 統統主主 機機外外 設設ALU寄存器寄存器控制部件控制部件鍵盤、鼠標鍵盤、鼠標顯示器顯示器軟驅、硬盤、光驅軟驅、硬盤、光驅 打印機、掃描儀打印機、掃描儀*微機系統硬件、軟件互為基礎，互相支持。微機系統硬件、軟件互為基礎，互相支持。 總線總線是連接多個功能部件的一組公共信號線，是連接多個功能部件的一組公共信號線， 微微機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸的。機中各功能部件之間的信息是通過總線傳輸的?？偩€總線 BUS存存儲儲器器I/

24、O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口輸輸出出設設備備CPU1.2.3 1.2.3 總線總線 按按總線總線的使用角度可分為以下幾類的使用角度可分為以下幾類內部總線：內部總線：是微處理器內部各個部件之間傳送信息的通路。是微處理器內部各個部件之間傳送信息的通路。元件級（微處理器級）總線：元件級（微處理器級）總線：連接計算機中兩個主要部件的總連接計算機中兩個主要部件的總線。線。主體是微處理器，通過微處理器與其它邏輯部分連接主體是微處理器，通過微處理器與其它邏輯部分連接構成主機板。構成主機板。板級（系統級）總線：板級（系統級）總線：微機系統都采用模塊結構，各模塊、板微機系統都采用模塊結構，各模塊、板

25、之間連接的總線。之間連接的總線。主體是主機板，通過主機板與其它部件主體是主機板，通過主機板與其它部件連接組成微機系統。連接組成微機系統?？偩€標準：國際上正式公布或推薦的系統各個模塊互連的標準，總線標準：國際上正式公布或推薦的系統各個模塊互連的標準，包括插座的尺寸、引線的數目、含義和時序等。例：包括插座的尺寸、引線的數目、含義和時序等。例：80868086系列系列微機中的標準總線有：微機中的標準總線有：PCPC總線、總線、ISAISA總線、總線、EISAEISA總線等?？偩€等。局部總線：局部總線：多總線結構，可減少總線競爭，提高系統效率。例：多總線結構，可減少總線競爭，提高系統效率。例：PCIP

26、CI局部總線，完全實現即插即用（局部總線，完全實現即插即用（PnpPnp) )。微機系統的組織方式：微機系統的組織方式： CPU CPU 元件級總線元件級總線 主板主板 系統級總線系統級總線 外設（多個）外設（多個） 按信號的作用總線分為三類按信號的作用總線分為三類: :地址總線地址總線（Address Bus)、 數據總線數據總線(Data Bus)、 控制總線控制總線 (Control Bus)存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口數據總線數據總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU地址總線地址總線 AB ( Address Bus)

27、：單向單向用來傳送用來傳送CPU輸出的地址信號，輸出的地址信號，確定被訪問的存儲單元、確定被訪問的存儲單元、I/O端口。端口。存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口數據總線數據總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU地址總線的條數地址總線的條數 決定決定CPU的尋址能力。的尋址能力。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數據總線數據總線 DB ( Data Bus )：雙向雙向 用來在用來在CPU與存

28、儲器、與存儲器、I/O接口之間進行數據傳送。接口之間進行數據傳送。存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口數據總線數據總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU數據總線數據總線的條數決定一次可最多傳送數據的寬度。的條數決定一次可最多傳送數據的寬度。 8 根根 一次傳送一次傳送 8位位16 根根 一次傳送一次傳送 16位位 32 根根 一次傳送一次傳送 32位位 64 根根 一次傳送一次傳送 64位位控制總線控制總線CB ( Control Bus ) ： 用于傳送各種控制信號。用于傳送各種控制信號。存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/

29、O接接口口數據總線數據總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU 有的是有的是CPU發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號；發(fā)出，如讀控制信號、寫控制信號； 有的是發(fā)向有的是發(fā)向CPU，如外設向如外設向CPU發(fā)出的中斷申請信號。發(fā)出的中斷申請信號。1.3 1.3 計算機中的數制及其轉換計算機中的數制及其轉換1.3.1 1.3.1 數與數制數與數制（一）、進位計數制及其要素：（一）、進位計數制及其要素： 進位計數制：按進位原則進行計數的方法。進位計數制：按進位原則進行計數的方法。例：十進制數有例：十進制數有 : 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十種狀態(tài)。十種狀態(tài)。

30、我們說：我們說：十進制數基數十進制數基數10，變化范圍，變化范圍0（10-1）, 逢十進一。逢十進一?？匆粋€十進制數：看一個十進制數： 4 0 9 4 每一位十種數碼的狀態(tài)每一位十種數碼的狀態(tài)(09) 千千 百百 十十 個個 本位絕對值的大小本位絕對值的大小=數位權數位權 103102101100 如：千位如：千位= 4103=4000十進制數有二個要素：十進制數有二個要素： 1. 基數：基數：10逢逢 十十 進進 一一 2. 位權：位權：10i 某一位數絕對值大小某一位數絕對值大小 = 數位權數位權.二個要素二個要素: 適用于二、八、十六進制。適用于二、八、十六進制。二進制數：基數二進制數：

31、基數2 位權位權2i 八進制數：基數八進制數：基數8 位權位權8i 十六進制數十六進制數: 基數基數16 位權位權16i（二）、（二）、 進位計數制的表示方法：進位計數制的表示方法： 123456= 1 103+2 102+3 101+4 100+5 10-1+6 10-2推廣到任意十進制推廣到任意十進制： 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)任何某一位數大小任何某一位數大小 = k i 10i對于任意進制對于任意進制: N= k i R i(i=-mn)R 基數基數 ， 逢逢R進一進一. R

32、i 位權位權例如：二進制數例如：二進制數 B=10011101 B=1 27+1 24+1 23+1 22+1 20 =（157）10 在計算機里進行運算和處理均是按在計算機里進行運算和處理均是按二進制數二進制數處理的。處理的。而二進制數寫起來麻煩而二進制數寫起來麻煩;寫時又以寫時又以八進制或十六進制八進制或十六進制表示；表示；日常生活中又常用日常生活中又常用十進制十進制，因此就有：因此就有：二二 十十 八八 十十 二二 八八 數制之間轉換問題數制之間轉換問題 十六十六 十十 二二 十六十六1. 整數整數 十十 二二 （除（除2取余法）取余法）： 讀數由后向前。讀數由后向前。1.3.2 1.3

33、.2 不同數制之間的轉換不同數制之間的轉換（一）（一） 十十 二二例：將（例：將（217）10 轉化為二進制形式。轉化為二進制形式。余數：余數： 按照相反的方向寫下來。按照相反的方向寫下來。 /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 - 余數余數(217)10=（11011001）2書寫方向書寫方向方法：對十進制數逐次乘方法：對十進制數逐次乘2， 即乘即乘2取整法，位數取決于要求精度。取整法，位數取決于要求精度。 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 既有整數又有小數部分的，可分別轉換，再組既有整數又有小數部分的，可分別轉換，再組合起來。合起來。 3. 二二十十 按權展開，求累加和。按權展開，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 *下頁是常用的幾種數制寫法：下頁是常用的幾種數制寫法： （八位二進制數）（八位二進制數） 十進制十進制 二進制二進制 八進制八進制 十六進制十六進制 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：以小數點為界向左向右三位一段，不夠以小數點為界向左向右三位一段，不夠補補0 0， 三位二進制數用一位八進制數表示。三位二進制數用一位八進制數表示。例：（例：（ 1，101，001.010，011，1 ）2 不夠補不夠補0 不夠補不夠補0 （001 101 001. 010 0

37、11 100）2=（151.234）8 八八二：二： 一位八進制數用三位二進制數表示。一位八進制數用三位二進制數表示。 （151234）8=（001 101 001. 010 011 100）2（二）（二）二二 八，二八，二 十六，二十六，二 BCD之間轉換之間轉換 二二十六：十六：以小數點為界向左向右四位一段，以小數點為界向左向右四位一段， 不夠補不夠補0, 四位二進制數用一位十六進制數表示。四位二進制數用一位十六進制數表示。例：（例：（ 110 1001.0100 111 ）2 ( 69.4E )16 不夠補不夠補0 不夠補不夠補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進制數用四位二進制數表示。一位十六進制數用四位二進制數表示。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數：數：常用常用8421碼，每一位碼，每一位十進制數十進制數用用四位二進制編碼表示。四位二進制編碼表示。 1111B9D1001BCD 10D 0001 0000BCDBCD碼與二進制數之間轉換沒有直接關系，碼與二進制數之間轉換沒有直接關系，必須先轉換成十進制必須先轉換成十進制,然后轉換成二進制。然后轉換成二進制。例：例： 11111

39、11B=255D=0010,0101,0101BCD0010,0101,0101BCD255D=1111 1111B3 3、二二 BCDBCD1、二進制數的編碼及運算、二進制數的編碼及運算 數據的數據的正負號正負號可以用一位二進制的可以用一位二進制的“0”和和“1”來表來表示示。常用的二進制數值數據編碼有。常用的二進制數值數據編碼有原碼、反碼和補碼原碼、反碼和補碼 。由于補碼由許多優(yōu)點，大多數微機采用由于補碼由許多優(yōu)點，大多數微機采用補碼補碼進行編碼。進行編碼。 什么是機器數與真值？什么是機器數與真值？機器數：機器數：帶符號的二進制數值數據在計算機內部的編碼。帶符號的二進制數值數據在計算機內部

40、的編碼。機器數的最高有效位是符號位：機器數的最高有效位是符號位：0 正數正數 1負數負數真值：真值：機器數所代表的實際值。機器數所代表的實際值。1.4 1.4 計算機中數與字符的編碼計算機中數與字符的編碼1.4.1 1.4.1 數值數據的編碼及其運算數值數據的編碼及其運算例例: 機器數與真值機器數與真值 （注意（注意符號怎么表示？）符號怎么表示？）N1=+ 1011011 N2= - 1011011 為真值為真值 0 1011011 1 101 1011 為機器數為機器數總結：總結：對于字長對于字長8位機器數位機器數 D7為符號位為符號位: 0表示表示“+”，1表示表示“-”。符號數碼化。符號

41、數碼化了。了。 D6D0為數字位。為數字位。如如: X=（01011011）2=+91 X=（11011011）2= - 91 * 符號數碼化了，對數據進行運算時，符號位應如何處理？符號數碼化了，對數據進行運算時，符號位應如何處理？ 把符號位和數值位一起編碼：原碼，反碼，補碼。把符號位和數值位一起編碼：原碼，反碼，補碼。 正數符號位用正數符號位用“0”表示，負數符號用表示，負數符號用“1”表示，表示，絕對值的編碼規(guī)則與無符號數編碼規(guī)則相同，這種表絕對值的編碼規(guī)則與無符號數編碼規(guī)則相同，這種表示法稱為原碼。示法稱為原碼。 X=+105 X原原= 0 1101001 X=-105 X原原= 1 1

42、101001 符號符號 數值數值 原碼表示簡單原碼表示簡單,真值真值 轉換方便，減法不方便。轉換方便，減法不方便。 故引進故引進反碼，補碼。反碼，補碼。 原碼原碼 正數反碼正數反碼表示與原碼相同，最高位表示與原碼相同，最高位“0”表示正，其余位為數值表示正，其余位為數值位。位。 負數反碼負數反碼表示為負數原碼的符號位不變，尾數按位取反。表示為負數原碼的符號位不變，尾數按位取反。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、碼反碼 正數的補碼正數的補碼表示與原碼相同，最高位表示與原碼相同，最高位 用用“0”表示表示正，其余位為數值位。正，其余位為數值位。 負數的補碼負數的補碼表示為它的反碼表示為它的反碼+1。（也可從定義出發(fā)。（也可從定義出發(fā)求補碼，當求補碼，當X0時，時，X補補=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補補=1 0000001 -0補補=0 0000000 補碼補碼舉例說明補碼表示法的意義：舉例說明補碼表示法的意義： 鐘表校時，若標準時間為鐘表校時，若標準時間為6 6點整，

44、現在表指向點整，現在表指向1010點整，要點整，要撥到撥到6 6點，有兩種撥法：點，有兩種撥法：（1 1）、倒撥）、倒撥 10-4=6 10-4=6（2 2）、順撥）、順撥 10+8= 10+8=1212+6=6 +6=6 （1212自動丟棄自動丟棄）可得出下列結論：可得出下列結論：（1 1）、在模的意義下，等式）、在模的意義下，等式10-4=10+810-4=10+8成立（成立（mod 12)mod 12)，系統的系統的模即系統的最大量程（如模即系統的最大量程（如1212）是自然丟掉的。）是自然丟掉的。（2 2）、）、+8+8為為-4-4對模對模1212的補碼，同理，的補碼，同理，+7+7與

45、與-5-5，+6+6與與-6-6（3 3）、）、10-410-4轉化為轉化為10+810+8，結果相同，說明引進補碼后，減法就，結果相同，說明引進補碼后，減法就可轉化為加法了?？赊D化為加法了。對對8 8位二進制而言，它的模為位二進制而言，它的模為2 28 8。三種碼制之間關系及特點：三種碼制之間關系及特點：正數：正數：原，反，補相同原，反，補相同負數：負數：原，反，補不同，但最高位為原，反，補不同，但最高位為1。負數負數: 原原反，反， 符號位不變，尾數按位求反符號位不變，尾數按位求反 原原補補 ，符號位不變，尾數按位求反，符號位不變，尾數按位求反+1 補補原，原， 符號位不變，尾數求反符號位

46、不變，尾數求反+1 反反原原 ，符號位不變，尾數求反，符號位不變，尾數求反. 小結：小結：說明：說明：1 1）、）、原碼表示法簡單，易于理解，與真值轉換方便，但加原碼表示法簡單，易于理解，與真值轉換方便，但加減運算時麻煩，故引進反碼和補碼。減運算時麻煩，故引進反碼和補碼。2 2）、數）、數0 0的原碼和反碼有兩種表示形式，而補碼表示法中，的原碼和反碼有兩種表示形式，而補碼表示法中，0 0只有一種表示形式。只有一種表示形式。 “0”的表示的表示 原碼原碼反碼反碼補碼補碼+0原原=00000+0反反=00000+0補補=00000-0原原=10000-0反反=11111-0補補=000003 3）

47、8 8位二進制數的表示范圍：位二進制數的表示范圍： 無符號數：無符號數：0255原原 碼碼 ：-127+127反反 碼碼 ：-127+127補補 碼碼 ：-128+127補碼數的擴展：補碼數的擴展：正數在符號位前補正數在符號位前補0，負數在符號位前，負數在符號位前補補1。例：。例： 70H 0070H, F0H FFF0H已知補碼求真值：已知補碼求真值：補碼的補碼即為真值。例：補碼的補碼即為真值。例：X補補=1111 1111，則，則X= X補補補補=1000 0001=（-1）10 二進制數補碼的運算二進制數補碼的運算補碼的運算規(guī)則是：補碼的運算規(guī)則是： X+YX+Y補補=XX補補+YY補補

48、 X-YX-Y補補=XX補補+ +-YY補補舉例說明：舉例說明：設設X1= + 0001100 X2 =0001100 Y1 = + 0000101 Y2 =0000101則則X1補補 = 00001100X2補補 = 11110100Y1補補 = 00000101Y2補補 = 11111011【例】【例】 計算計算X1 + Y1。（。（兩正數相加）兩正數相加） + 0001100 X1 0 0001100 X1補補+) + 0000101 Y1 +) 0 0000101 Y1補補 + 0010001 X1+Y1 0 0010001 X1補補+Y1補補因為：因為： X1+Y1補補 = +001

49、0001補補 = 0 0010001 = X1補補+ Y1補補所以：所以： X1+Y1補補 = X1補補 + Y1補補 計算計算X1Y1。 （兩正數相減）兩正數相減） + 0001100X10 0001100X1補補) + 0000101Y1 +) 1 1111011Y1補補 + 0000111X1Y1 10 0000111X1補補+Y1補補自然丟失自然丟失因為：因為： X1Y1補補 = +0000111補補 = 0 0000111 = X1補補+ Y1補補 所以：所以： X1Y1補補 = X1補補 + Y1補補 計算計算X2 + Y2。 （兩負數相加）兩負數相加） 0001100 X2 1

50、1110100 X2補補+) 0000101 Y2+) 1 1111011 Y2補補 0010001 X2+Y2 1 1 1101111 X2補補+Y2補補自然丟失自然丟失因為：因為： X2+ Y2補補 = 0010001補補 = 1 1101111 = X2補補+ Y2補補所以：所以： X2 + Y2補補 = X2補補 + Y2補補 計算計算X2 - Y2。 （兩負數相減）兩負數相減） 0001100X21 1110100X2補補) 0000101Y2 +) 0 0000101Y2補補 0000111X2 - Y2 1 1111001X2補補+Y2補補因為：因為： X2 - Y2補補 = 0

51、000111補補 = 1 1111001 = X2補補+ Y2補補所以：所以： X2 - Y2補補 = X2補補 + Y2補補計算機計算機引入了補碼引入了補碼編碼后，帶來了以下幾個編碼后，帶來了以下幾個優(yōu)點：優(yōu)點： (1) (1) 減法轉化成了加法減法轉化成了加法，這樣大大簡化了運算器硬件電，這樣大大簡化了運算器硬件電路的設計，加減法可用同一硬件電路進行處理。路的設計，加減法可用同一硬件電路進行處理。 (2) (2) 運算時，運算時，符號位與數值位同等對待符號位與數值位同等對待，都按二進制數，都按二進制數參加運算，符號位產生的進位丟掉不管，其結果是正確的。這參加運算，符號位產生的進位丟掉不管，

52、其結果是正確的。這大大簡化了運算規(guī)則。大大簡化了運算規(guī)則。結論：結論：-Y補補怎么求？怎么求？變補（求負）的概念：變補（求負）的概念：已知已知Y補補求求-Y補補的過程。的過程。方法：方法：對對Y補補的每位按位取反（包括符號位），然后加的每位按位取反（包括符號位），然后加1，即為即為-Y補補。例：例：+87補補=0101 0111 -87補補=1010 1001采用補碼運算后結果是怎樣的？采用補碼運算后結果是怎樣的？補碼運算的結果也是補碼補碼運算的結果也是補碼 ！欲得真值，還需轉換！欲得真值，還需轉換！思考：思考： 運算時數的溢出問題運算時數的溢出問題 假設機器字長為假設機器字長為n n位，則位

53、，則有符號整數有符號整數( (一般為補碼）表示一般為補碼）表示的范圍是：的范圍是：-2-2n-1n-1X2X2n-1n-1-1-1 無符號整數無符號整數表示的范圍是：表示的范圍是：0X20X2n n-1-1例：例：當當n=8n=8時時, ,數的范圍分別是：數的范圍分別是：-128-128+127+127（有符號）（有符號）0 0 255 255 （無符號）（無符號）當當n=16n=16時時, ,數的范圍分別是：數的范圍分別是：-32768-32768+32767+32767（有符號）（有符號）0 0 65535 65535 （無符號）（無符號） *運算時數如果超出了范圍則稱為溢出，發(fā)生溢出的情

54、況有：運算時數如果超出了范圍則稱為溢出，發(fā)生溢出的情況有： 1 1、同號數相加、同號數相加 2 2、異號數相減、異號數相減1.4.2 1.4.2 非數值數據的二進制編碼非數值數據的二進制編碼 字和各種字符也需按照特定規(guī)則用二進制編碼字和各種字符也需按照特定規(guī)則用二進制編碼才能在機器中表示。編碼有各種方式，目前規(guī)定在才能在機器中表示。編碼有各種方式，目前規(guī)定在微型機中最普遍采用微型機中最普遍采用ASC碼。碼。（American Standard Code for Information Interchange ) 美國標準信息交換碼美國標準信息交換碼 字符與字符串的表示方式字符與字符串的表示方式

55、:ASC碼碼:字符編碼通用的編碼方案是字符編碼通用的編碼方案是ASCIIASCII碼，即美國標準信息交換碼。碼，即美國標準信息交換碼。 （American Standard Code for Information Interchange ) ASCII ASCII碼是二進制編碼，可以表示碼是二進制編碼，可以表示128128個字符。個字符。 可顯字符：可顯字符：9595個，個，0100000-1111110 0100000-1111110 非顯字符：非顯字符：3333個，個，0000000-00111110000000-0011111，11111111111111 用一個字長（用一個字長（8位

56、）表示一個位）表示一個ASC字符。字符。 常用的常用的ASC字符：字符：09 的的ASC碼碼30H39HAZ 的的ASC碼碼41H5AH az 的的ASC碼碼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 漢字的表示方式漢字的表示方式1、輸入碼：用于漢字輸入。、輸入碼：用于漢字輸入。 好的輸入碼應具有的特點好的輸入碼應具有的特點：容易記憶容易記憶 .代碼短代碼短 .重碼少重碼少 漢字漢字 輸入碼主要分為三類：數字碼、音碼和形碼。輸入碼主要分為三類：數字碼、音碼和形碼。（1）數字碼）數字碼區(qū)位碼和電報碼是典型的數字碼。區(qū)位有時還使用。區(qū)位碼和電報碼是典型的數字碼。區(qū)位有時還使用。區(qū)位碼：區(qū)號區(qū)位碼：區(qū)號 位號組成的編碼位號組成的編碼 區(qū)號區(qū)號01-94 位號位號01-94如如1601 啊?。?/p>